Metallorganisch chemische ... - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

18 2 Grundlagen
2.2 Schichtabscheidung
2.2.1 Depositionsmethoden
Der Schlüssel für den Übergang der hoch-ε Materialien vom Laborbereich zur Massenproduktion
ist die Abscheidungstechnologie für die Herstellung dünner Schichten. Dünne Schichten
in der ULSI Technologie müssen bis zu Dicken von nur wenigen Nanometern kontrolliert
abgeschieden werden. Abhängig von der Anwendung, ist es notwendig amorphe, polykristalline
oder epitaktische Filme auf verschiedenen Substraten wachsen zu lassen. Dabei gibt es
eine Vielzahl verschiedener Abscheidmethoden.
Der Gebrauch einer spezifischen Technologie hängt sowohl vom Materialsystem selbst ab, als
auch von den Randbedingungen der Integration und den angestrebten Eigenschaften. Eine im
Labormaßstab bewährte Nass-Chemische Methode ist die Chemical Solution Deposition
(CSD). Die CSD Methode benutzt eine Lösung aus Metallorganischen Verbindungen, die bei
Raumtemperatur durch Schleudern aufgebracht werden. Diese werden getrocknet und je
nachdem, bei 500 – 800°C getempert. Diese Schritte werden so lange wiederholt, bis die gewünschte
Filmdicke erreicht ist, was diese Methode sehr zeitaufwendig macht. Eine weitere
Einschränkung ist die Bedeckung auch komplexer geformter Substrate. Eine konforme Abscheidung
an dreidimensionalen Strukturen ist praktisch nicht denkbar. Aufgrund dieser Einschränkungen
basiert die Mehrzahl der heute gängigen Verfahren auf der Abscheidung aus
der Gasphase. Hier unterscheidet man zwischen den physikalischen- und den chemischen
Methoden, die in der nachfolgenden Tabelle einander gegenübergestellt sind.
PVD (Physical Vapor Deposition)
Evap./MBE Sputtering PLD
Prinzip Thermische E- Impulsübertrag Thermische
nergie
Energie
Abscheidungsrate Hoch, bis Niedrig, außer
750000Å/Min einzelne Elemente
Art des Materials Atome und Ionen Atome und Ionen Atome, Ionen,
Energie der abgeschiedenen
Materialien
Abscheidung
a) Auf Komplex geformte
Objekte
b) In einer versteckten
Öffnung
Niedrig,
0,1 – 0,5eV
Gering, in einer
sichtbaren Linie.
Gering
Kann hoch sein
1 – 100eV
Ungleichmäßige
Dicke
Gering
CVD / MOCVD (Chemical
Vapor Deposition)
Chemische Reaktion
Gemäßigt Gemäßigt, bis zu
2500Å/Min
Prekursormoleküle, die in
Cluster Atome zerfallen
Von niedrig bis Kann hoch, mit Unter-
hoch
stützung von Plasma
Gering
Gering
Gut
Eingeschränkt
Tabelle 2.2: Gegenüberstellung verschiedener Methoden der physikalischen und der
chemischen Abscheidung aus der Gasphase. [36]
Die physikalische Abscheidung aus der Gasphase beinhaltet Molekularstrahlepitaxie (MBE),
die gepulste Laserabscheidung (PLD) und das Sputtern. Für das MBE Verfahren werden entweder
Knudsen Zellen oder Elektronenstrahlverdampfer verwendet, die für die verschiedenen
Elemente unabhängig angesteuert werden. Da diese Verdampfung im UHV erfolgt können die
oberflächenanalytischen UHV-Methoden in-situ zur Kontrolle des Wachstums eingesetzt
werden, z.b. RHEED. Bei den zwei anderen Methoden wird das Target Material beschossen,
dadurch hat das auf dem Substrat abgeschiedene Material i.A. dieselbe Zusammensetzung wie
im Target. Beim PLD wird das Target von einem fokussierten Laserstrahl getroffen und beim
Sputtern sind es schnelle Ionen, die die Atome aus dem Taget herausschlagen. Über den Sau-