Metallorganisch chemische ... - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

5.1 Keimbildung und Wachstum 87
Ergänzend zeigt Abbildung 5.3 eine TEM-Aufnahme nach dem standardmäßigen Tempern
bei 600°C. Zur Aufnahme in Aufsicht wurde das Substrat von der Rückseite bis in die Platinschicht
abgetragen. Deutlich kann man die einzelnen Körner erkennen, deren Größe ungefähr
100nm betragen. Die einzelnen Körner sind jeweils von fünf bis sechs benachbarten Körnern
umgeben.
Abbildung 5.3: HRTEM
Aufnahme in Draufsicht.
Zu sehen ist die Platinschicht
des Substrats. Die
Korngröße der Platinkörner
beträgt ungefähr
100nm. Die Abbildung
zeigt einen 500 x 500nm²
großen Ausschnitt.
Das Anlassen bei 700°C (siehe Abbildung 5.2c) zeigt dagegen eine deutliche Veränderung
der Strukturen unter ansonsten gleichen Bedingungen. Dieser Temperaturbereich entspricht
auch einer deutlichen Stufe, bei der in-situ beobachteten Spannugsrelaxation von Platinschichten
auf Silizium [101]. Die Körner haben eine Größe von bis zu 200nm und können im
Mittel mit 150nm abgeschätzt werden. Es ist bisher noch nicht verstanden, woher die kleineren
Spitzen auf den Körnern kommen, ob es sich um Verunreinigungen oder kleinere Platinhillocks
handelt.
Bei Betrachtung der Rauhigkeiten fällt auf, dass diese mit wachsender Korngröße sinkt, von
einem RMS = 1,7nm in (b) bis zu 1,4nm in (c). Diese Aufnahmen wurden mit dem Jeol 4210
System gemacht. Die mit der Pico-station von SIS durchgeführten Messungen der Platinschicht
zeigen durchweg Rauhigkeitswerte um 1,0nm, was auf eine verminderte Auflösung
schließen lässt.
Auf dem Platin werden keine Hillocks beobachtet, was beweist, dass die Herstellung des Substrates
bereits optimiert ist. Nur vereinzelnd werden kleinere Erhöhungen von einigen Nanometern
gefunden. Die Stärke der beobachteten Vorzugsrichtung nimmt durch das
Tempern stark zu. Jedoch stehen die Schichten unter thermisch induzierten Zugspannungen.
Der thermische Stress σth kann mit der Formel 5.1 beschrieben werden.
E
σ th = ⋅ ( α F −α
S ) ⋅ ( TH
− T 0)
5.1
1−
v
Wobei αF und αS die thermischen Expansionskoeffizienten von Film und Substrat (in diesem
Fall Silizium) sind, TH die Temperatur beim Tempern und T0 die Temperatur während der
Messung, E ist das Elastizitätsmodul und v die Poisson Zahl. Die hier verwendeten Schichten
zeigen eine tetragonale Verzerrung von 0,5% (c/a = 0.995) und die Spannung ergibt sich, in
guter Übereinstimmung mit den Spannungswerten nach in-situ Relaxationsmessungen zu
525Mpa [101].