Metallorganisch chemische ... - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

6.1 Entwicklung der Grenzschicht zwischen STO und Si 125
Der Ausgangswert von 0,6nm wird alleine durch das Aufheizen erreicht. Eine Abscheidung
ohne Sauerstoff ergibt eine 1nm dicke Grenzschicht und Aufheizen ohne Abscheidung unter
relativ hohem Sauerstofffluss von 110sccm ergibt eine 1,5nm dicke Grenzschicht. Eine Abscheidung
unter Sauerstoff dagegen ergibt 3,0 - 3,8nm und ist damit doppelt so groß, wie bei
reiner thermischer Oxidation in der Reaktorumgebung [142].
Um zusätzlich die Kinetik des Wachstums zu untersuchen, wurden zwei Dickenserien unter
verschiedenen Sauerstoffpartialdrücken durchgeführt (siehe Tabelle 6.1 und Abbildung 6.5).
Es fällt auf, dass sich die Dicke der amorphen Schicht sehr schnell bildet und dann in ein Sättigungsverhalten
einmündet. Die Abscheidungszeit der Probe 3a beträgt 22s, was einem 1nm
dicken STO Film entspricht. Die Dicke der amorphen Grenzschicht beträgt in diesem Fall
schon 1,9nm. Die Kurve verläuft asymptotisch auf einen Grenzwert von 2,7nm zu und dieser
Wert wird bereits bei einer Filmdicke von 10nm erreicht. Das heißt man beobachtet ein
schnelles anfängliches Wachstum, was man mit einem kinetisch kontrollierten Wachstum
beschreiben kann, das aber nach kurzer Zeit zu langsamen diffusions-kontrollierten Wachstum
übergeht, sobald sich ein genügend dicker STO Film gebaut hat [143].
Dicke [nm]
4
3,5
3
2,5
2
O2=110
1,5
O2=60
1
O2=55/55
0,5
0
O2=0
0 200 400 600 800
Reaktionszeit [s]
Abbildung 6.5: Abhängigkeit
der Dicke der amorphen
Schicht von der Abscheidungszeit
für verschiedene
Sauerstoffflüsse
[sccm]. Den Startpunkt für
alle Kurven stellt die
Schicht 2a dar. Die gestrichelten
Linien sind nur
Hilfslinien.
Den gleichen Sättigungseffekt beobachtet man auch für die Schichten 4a – 4c aus Tabelle 6.1.
Hier besteht kein Unterschied zwischen der 10, 20 oder 30nm dicken Schicht. Allerdings variiert
die Sättigungsdicke der amorphen Grenzschicht in Abhängigkeit vom Sauerstoffpartialdruck
während der Abscheidung. Ein interessantes zusätzliches Detail ergibt sich aus dem
Vergleich der beiden Dickenserien 3 und 4. Obwohl der Fluss der Oxidationsgase von Serie 3
nach 4 von 55sccm O2 + 55sccm N2O nach 60sccm O2 verringert wurde, kann man eine sichtbare
Verminderung der amorphen Grenzschicht beobachten. Wie schon in Kap. 4.1.1 diskutiert,
zeigt sich auch unter diesen Bedingungen, dass das N2O bei diesen Temperaturen noch
kein effektives Oxidationsmittel ist.
Mit dem beobachteten Sättigungsverhalten kann auch die oben diskutierte geringe Abhängigkeit
vom Einlasszeitpunk des Sauerstoffs erklärt werden. In Abbildung 6.5 sind dies die oberen
vier Punkte aus der ersten Serie, die praktisch alle zusammenliegen. Der bei hoher Temperatur
wachsende STO Film stellt damit keine gute Diffusionsbarriere für Sauerstoff dar.
Konsistent ergibt sich, wie der Vergleich von Schicht 3e mit 3e-no zeigt, auch kein signifikanter
Unterschied für Substrate, die wasserstoffterminiert wurden, zu solchen, die ihr natürliches
Oxid behalten haben.