CVD

Chemical Vapor Deposition ist ein Verfahren, das feste Beschichtungen Atom für Atom aus gasförmigen Ausgangsstoffen aufbaut. Ein Werkstück wird in eine beheizte Kammer gelegt, in der Gase in der Nähe der Oberfläche reagieren oder zerfallen und einen dünnen Film aus dem gewünschten Material, typischerweise ein Metall, eine Keramik oder eine Verbindung, direkt auf den Untergrund aufbringen. Das Ergebnis ist eine Beschichtung, die auf atomarer Ebene haftet und deutlich stärker und gleichmäßiger ist als Farbe oder galvanische Beschichtung.

Das Verfahren beginnt, wenn Ausgangsgase in eine Reaktionskammer eintreten, die je nach zu beschichtendem Material auf Temperaturen zwischen 300 und 1.200 Grad Celsius gehalten wird. Hitze, manchmal unterstützt durch ein Plasma oder eine Lichtquelle, zerlegt die Gasmoleküle. Die entstehenden Atome oder Fragmente reagieren mit der Substratoberfläche oder miteinander und bauen die Beschichtungsschicht Schicht für Schicht auf. Nebenproduktgase werden abgeführt und hinterlassen die feste Abscheidung. Die Filmdicke liegt typischerweise zwischen Nanometern und Mikrometern und wächst mit Raten von 0,1 bis 10 Mikrometern pro Minute.

Varianten und Anwendungen

Atmosphärische CVD läuft bei Normaldruck ab; CVD bei niedrigem Druck (LPCVD) findet in einer Vakuumkammer statt und erzeugt gleichmäßigere Beschichtungen auf komplexen Geometrien. Plasma-Enhanced CVD (PECVD) nutzt eine elektrische Entladung, um die erforderliche Temperatur zu senken, was für hitzeempfindliche Substrate nützlich ist. Metal CVD beschichtet Wolfram, Molybdän oder Kupfer für integrierte Schaltkreise. Keramik-CVD trägt Titannitrid, Siliziumkarbid oder Diamant für Werkzeugbeschichtungen, Wärmeschutzschichten und Verschleißfestigkeit auf Schneidwerkzeugen und Maschinenteilen auf.

In der Metallbearbeitung und Werkzeugtechnik verlängern CVD-Beschichtungen die Werkzeuglebensdauer dramatisch: Ein Hartmetall-Einsatz mit Titannitridbeschichtung hält 5 bis 20 Mal länger als ein unbeschichtetes Werkzeug bei derselben Operation. Die Luftfahrtindustrie nutzt CVD für Hochtemperaturbeschichtungen auf Turbinenschaufeln. Die Halbleiterindustrie verlässt sich auf CVD für die Abscheidung von Dielektrika und Leitern während der Waferfertigung. Chemikalienausrüstungen, Chemikalienreaktoren und sogar künstliche Diamantfenster für Industrielaser sind alle auf CVD angewiesen.

Der Hauptnachteil ist Zeit und Kosten. CVD-Kammern müssen beheizt, abgedichtet und sorgfältig kontrolliert werden. Sichtlinien-Abscheidung bedeutet, dass das Gas jede Oberfläche erreichen muss, daher können komplexe innere Geometrien unbeschichtet bleiben. Ausrüstungsausfälle oder Prozessabweichungen führen zu Beschichtungsfehlern oder völligem Verlust der Beschichtung auf einer Charge. Trotz dieser Einschränkungen bleibt CVD das dominierende Beschichtungsverfahren in Industrien, in denen Haltbarkeit, Reinheit und Genauigkeit wichtiger sind als Geschwindigkeit oder Einfachheit.