Kombinierte RIE- und PECVD-Anlage
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Schwerpunkt, in dem das Gerät eingesetzt wurde, lag in der Untersuchung und Optimierung von Dünnschichtverkapselungen aus PEALD- und PECVD-Schichten. Um die Permeationsrate von plasmaprozessierten Barrieren messen zu können, war es notwendig, einen bereits am Institut vorhandenen Messaufbau weiterzuentwickeln. Damit mehr Tests in der gegebenen Zeit durchgeführt werden können, sind die Messungen bei erhöhter Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit durchgeführt worden (60 °C, 90 % F). Zunächst wurden Al2O3-Filme, die mittels TALD und PEALD abgeschieden wurden, verglichen. Die thermischen Schichten stammten aus einer kommerziellen ALD-Anlage. Bei optimierten Prozessbedingungen war bei den PEALD-Proben eine geringere Wasserdampfpermeationsrate (WVTR) festzustellen. Die Erklärung hierfür ist möglicherweise ein sehr geringer Kohlenstoffanteil. Eingebaute Fremdatome bzw. -moleküle führen zur Bildung von Fehlstellen, durch welche Wasser und Sauerstoff perkolieren können. Weiterhin ist der Grad der Verunreinigung abhängig von der Prozesstemperatur. So konnten bei 200 °C Barriereschichten mit dem geringsten C-Anteil hergestellt werden. Es wurde außerdem festgestellt, dass eine Erhöhung der Schichtdicke von 25 nm auf 50 nm eine Verringerung der WVTR um ca. eine Größenordnung bewirkt. Bei noch dickeren Schichten nimmt die WVTR jedoch nur noch unwesentlich ab. Um dennoch eine weitere Verbesserung bei der Barrierewirkung zu erzielen, sind Mehrschichtbarrieren untersucht worden, bestehend aus 25 nm PEALD Aluminiumoxid und jeweils 125 nm PECVD Siliziumdioxid bzw. Plasmapolymer (PP). Für Letzteres wurde Benzol als Edukt eingesetzt, welches in einem Plasma polymerisiert wurde. Zur Abscheidung des SiO2 ist Monosilan als Präkursor verwendet worden. Die eigentliche Barrierewirkung der realisierten Schichtfolgen wird hierbei durch das Aluminiumoxid bewirkt. Die PECVD-Schichten dienen vorrangig der Separation von Defekten im Al2O3, sodass sich die Weglänge für permeierende Wassermoleküle durch die Barriere erheblich verlängert. Von beiden Mehrschichttypen sind Proben jeweils 1,5, 2,5 und 3,5 Doppellagen (D) Al2O3 und SiO2/PP hergestellt und charakterisiert worden. Bei 1,5 D ist die WVTR für beide Mehrschichtkonzepte nur minimal besser als mit 50 nm Al2O3. Mit einer Verstärkung auf 2,5 D und 3,5 D verbessert sich die WVTR jedoch überproportional gegenüber der reinen Al2O3-Schichtdicke. Damit ist ein Mehrwert des Mehrschichtkonzepts gegenüber Al2O3-Einzelschichten klar erkennbar geworden. Die Barrierewirkung von Schichten mit PP und SiO2 unterscheiden sich nicht nennenswert. Die beste WVTR wurde mit 3,5 D Al2O3/SiO2 erzielt (0,001 g/(m2Tag) bei 60 °C/90 % F). Dieser Wert kommt der WVTR einer Glasdeckelverkapselung bei gleicher Sensorgröße sehr nahe (0,0006 g/(m2Tag) bei 60 °C/90 % F). Zudem sind die Al2O3/SiO2- Schichten durchweg sehr transparent über den gesamten sichtbaren Spektralbereich (>80 %). Die Al2O3/PP-Schichten hingegen wiesen eine signifikante Absorption im blauen Spektralbereich auf. Für eine Anwendung in Vollfarbbauelementen müsste folglich ein alternatives Polymer gefunden werden. Alkoxide via Moleküllagenabscheidung könnten hierfür beispielsweise eine Möglichkeit sein. Das Gerät erweist sich als ein sehr zuverlässiges Instrument zur Abscheidung oben beschriebener Materialen und wird derzeit in Folgeprojekten stark in die Prozessketten eingebunden.
