Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
REM-Aufnahme einer Diamantschicht auf einem Siliziumsubstrat mit natürlicher Oxidschicht. Die Kristallgröße und Rauheit der wachsenden polykristallinen Diamantschicht nehmen mit der Schichtdicke zu.
Bestimmung optischer Konstanten von großflächigen Diamantschichten
Projekt SemiProcessing
Charakterisierung großflächiger Diamantschichten
Großflächige Diamantbeschichtungen bieten großes Potenzial für industrielle Anwendungen – stellen jedoch hohe Anforderungen an Qualitätssicherung und Prozesskontrolle. Entscheidend ist eine homogene Schichtdicke und reproduzierbare Materialeigenschaften über den gesamten Wafer. Voraussetzung dafür ist die exakte Kenntnis der optischen Konstanten des Diamanten über einen breiten Wellenlängenbereich. Klassische optische Messverfahren liefern wertvolle Informationen, stoßen jedoch insbesondere bei rauen, polykristallinen Schichten und komplexen Mehrschichtsystemen als Einzelmethode an Grenzen.
Ganzheitlicher Messansatz des Fraunhofer IST
Durch die gezielte Kombination mehrerer Messverfahren lassen sich deutlich robustere und zuverlässigere Aussagen über die Schichteigenschaften gewinnen. Das Fraunhofer IST hat einen integrierten Mess‑ und Auswerteansatz entwickelt, der spektrale Photometrie und winkelaufgelöste Ellipsometrie kombiniert. Alle Messdaten werden simultan in einem globalen Modellierungsverfahren ausgewertet. Ein speziell entwickeltes Mehrschichtmodell bildet Diamantschichten inklusive Rauheit realitätsnah ab und integriert etablierte optische Materialdaten. Die gleichzeitige Analyse aller Messgrößen ermöglicht eine deutlich höhere Genauigkeit als klassische Einzelmessungen und schafft belastbare Prozessdaten. Nach Bestimmung der optischen Dispersion lassen sich großflächige Substrate schnell und effizient mittels Reflexions‑Mapping charakterisieren, auch bei Wafern bis 300 mm Durchmesser.
Effiziente Wafer‑Charakterisierung mit hohem Mehrwert
Kunden profitieren von verkürzten Messzeiten, verbesserter Prozesskontrolle und einer zielgerichteten Optimierung der Schichthomogenität. Die Methode bildet damit eine robuste Grundlage für stabile Beschichtungsprozesse sowie für leistungsfähige und langlebige Diamantbeschichtungen in der industriellen Anwendung.
Einblicke ins Projekt
Skizze einer Diamantschicht auf einem Siliziumsubstrat mit natürlicher Oxidschicht. Die Kristallgröße und Rauheit der wachsenden polykristallinen Diamantschicht nehmen mit der Schichtdicke zu.
Beispiel eines gemessenen Reflexionsspektrums an einem Messpunkt
des Mappings im Wellenlängenbereich von 250 bis 1200 nm
mit angepasstem Fit zur Bestimmung der Schichtdicke und
Rauheit. Zur Veranschaulichung des vom menschlichen Auge
wahrnehmbaren Bereichs ist zusätzlich ein Farbbalken mit dem
sichtbaren Spektrum eingeblendet.
Vergleich eines nicht optimierten und eines optimierten Beschichtungsprozesses. Jeweils links ist ein diamantbeschichteter Siliziumwafer (300 mm) dargestellt, rechts die zugehörige Schichtdickenverteilung (gleiche Schichtdickenskala für beide Wafer). Beim nicht optimierten Prozess (links) liegt die Schichtdicke im Bereich Min/Max (913 nm/1081 nm), beim optimierten Prozess (rechts) im Bereich Min/Max (1013 nm/1059 nm). Die größten Abweichungen treten jeweils am Waferrand auf.