Snel laag voor laag atomen aanbrengen

Marianne Vincken

Snelheid en uniformiteit van dunnelagenmateriaal zijn vaak tegengestelde eisen in een depositieproces. TNO ontwikkelt samen met partners een snelle versie van een bestaande techniek.

Omdat er uniforme lagen van precies de gewenste dikte mee aangebracht kunnen worden, is Atomic Layer Deposition (ALD) in de halfgeleiderindustrie een veelgebruikt proces. In een vacuümreactor reageert een gas chemisch met het te behandelen oppervlak totdat dit helemaal met precies één laag moleculen bedekt is. Daarna wordt het restgas weggespoeld. Een ander gas zorgt ervoor dat het oppervlak weer in de uitgangspositie terechtkomt en dan begint het proces van voren af aan. De dikte van een laag kan zo exact op een gewenst aantal atoomlagen bepaald worden.

 

‘Eigenlijk heeft ALD maar één groot nadeel’, zegt Roger Görtzen, business developer bij TNO in Eindhoven. ‘Het is een langzaam proces. Je behandelt maximaal honderd siliciumplakken per uur in een vacuümreactor, waarin je achtereenvolgens de twee reagerende gassen binnenlaat, gescheiden door het spoelgas. Dat kan sneller, bedachten we twee jaar geleden. Nu hebben we een kop, met vier openingen waaruit de gassen stromen, die in een oven snel over het te behandelen oppervlak beweegt. Niet meer in vacuüm, maar onder atmosferische omstandigheden.’ Essentieel daarvoor is dat de reactiesnelheden hoog genoeg zijn; berekeningen tonen aan dat dat inderdaad zo is.

 

TNO ontwikkelde de mechatronica samen met partners waarbij de kenniswerkersregeling het ontwikkelproces versnelde. Op dit moment worden de verschillende onderdelen tot het eerste prototype samengesteld. Binnen twee jaar hopen de samenwerkende partijen de nieuwe ALD-machine op de markt te hebben. ‘In eerste instantie mikken we op de zonnecelindustrie’, zegt Görtzen. ‘De passivatielaag die moet voorkomen dat de door het zonlicht opgewekte elektronen recombineren met gaten, kan alleen met ALD met de gewenste uniformiteit aangebracht worden.

 

Maar een batchgewijs proces is te langzaam als je drieduizend plakken per uur wilt behandelen. We hopen daarna ook de halfgeleiderindustrie voor onze Fast ALD-techniek te interesseren.’