Metallorganisch chemische ... - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

64 4 Ergebnisse der Prozessentwicklung
rameter gegeneinander durchzuführen, so dass möglichst früh einige vernachlässigt werden
können, weil ihre Auswirkung vergleichbar klein ist gegenüber der Auswirkung eines anderen
Parameters. Danach wurden gezielte Versuchsreihen bei vordefinierten Standardbedingungen
durchgeführt, um die Einflüsse der einzelnen Parameter zu verstehen und zu optimieren. Die
alternative Methode einer statistischen Variation aller Parameter und anschließender Auswertung
der Korrelationen (DOE, ’design of experiment’) schien nicht erfolgversprechend, da
dafür eine sehr hohe Reproduzierbarkeit der Bedingungen über viele Experimente erforderlich
ist. Ein entscheidender Faktor ist dabei, dass der Reaktor über kein ‚load-lock’ verfügt und
zwischen den Beschichtungen belüftet und geöffnet werden muss.
Trotz der gegenseitigen Abhängigkeiten der einzelnen Parameter sollen hier einige Trends
nochmals zusammengestellt werden (s. Kap. 2.2.3):
Der bedeutendste Parameter ist die Suszeptortemperatur. Diese bestimmt die Energie, die für
die Zersetzung des Prekursors und die Oberflächendiffusion auf der wachsenden Schicht bereitgestellt
wird. Damit kann über amorphes bzw. kristallines Wachstum entschieden werden.
Aber auch das gesamte thermische Profil im Reaktor ändert sich über die Suszeptortemperatur
und damit die kinetische Energie und die freie Weglänge der Gasteilchen, siehe Gleichung
2.14. An dieser Formel für die freie Weglänge sieht man aber auch die direkte Korrelation
von Temperatur und Druck; beide Größen müssen berücksichtigt werden um Vorreaktionen
in der Gasphase möglichst zu vermeiden.
Im Weiteren kann die Konzentration des Prekursors in der Gasphase durch die verschiedenen
Flüsse an Inert- und Reaktionsgasen verändert werden. Ein verstärkter Fluss an Trägergas
vermindert die Konzentration der Prekursormoleküle, was Vorreaktionen unterdrückt. Auf der
anderen Seite vermindert eine erhöhte Gasgeschwindigkeit die Zeit, die dem Prekursor verbleibt,
um zum Substrat zu gelangen und dort zu reagieren. Eine weitere Größe, die in diesem
Zusammenhang berücksichtigt werden muss und maßgeblich vom Trägergasfluss abhängt ist
die Homogenität über 6“, sowohl in Dicke, als auch in der Elementzusammensetzung.
Dann gibt es natürlich noch die Reaktionsgase, wie Sauerstoff und N2O, die so eingestellt
werden, dass genügend Oxidationsgas zur Verfügung steht, damit die Prekursoren sich vollständig
zersetzen und im Optimalfall kein Kohlenstoff in die Schicht eingebaut wird; andererseits
ergibt die Forderung nach Unterdrückung von Vorreaktionen in der Gasphase ein oberes
Limit. Der minimale Wert ist abhängig von der Wahl der Prekursoren und der Wachstumstemperatur
und liegt i.A. um ein bis zwei Größenordnungen über der Konzentration der Prekursormoleküle.
4.1 Prozessparameter für BST
In der nachfolgenden Tabelle werden die wesentlichen Prozessparameter zusammengefasst.
In Spalte 2 ist der Bereich angegeben, in dem der entsprechende Parameter variiert wurde und
Spalte 3 enthält die Werte für die optimierte Standardabscheidung für hoch texturiertes BST.
Die Suszeptortemperatur wurde über einen weiten Bereich variiert da sowohl amorphe als
auch kristalline Schichten hergestellt werden sollten. Deshalb wird die Temperatur nicht als
Optimierungsparameter im engeren Sinne betrachtet; vielmehr werden die restlichen Prozessparameter
bei vorgegebener Temperatur optimiert. Mit Trägergasfluss wird der gesamte Argonfluss
(Summe aus dem in Tabelle 4.2 gegebenem Fluss durch den Verdampfer und dem
zusätzlichem Einlass in den Reaktor) durch die Quarzdüse bezeichnet. Die Reaktionsgase
werden unterhalb der Düse eingelassen. Die optimalen Werte für die Gasflüsse sind unterschiedlich
für den ATMI und den TRIJET Verdampfer, was zum größten Teil auf den Unterschied
zwischen weitgehend kontinuierlicher und gepulster Verdampfung zurückzuführen ist.