Doktorarbeit_Mairoser.pdf - OPUS - Universität Augsburg

C. Wachstum von Kupfer auf Silizium-Substraten
Vor dem Wachstum von Kupfer muss das zu verwendende Siliziumsubstrat von der
Oxidschicht befreit werden, die sich an der Oberfläche beim Kontakt mit Sauerstoff
immer bildet. Hierzu stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung. So desorbiert der
gebundene Sauerstoff durch das Erhitzen des Si-Substrat auf etwa 1100 ◦ C unter UHV-
Bedingungen. Da sowohl UHV-Bedingungen mit der Vakuumkammer nicht erreicht
werden können und auch das Heizelement nur bis etwa 900 ◦ C ausgelegt ist, kann diese
Methode nicht angewendet werden. Eine weitere Möglichkeit besteht im Wegätzen
der SiO 2 -Schicht mittels Flusssäure (HF). Hierbei entsteht eine Wasserstoff-terminierte
Oberfläche des Si-Substrats, wodurch eine Oxidation über einen gewissen Zeitraum
verhindert wird [252]. Durch den Ätzprozess entsteht allerdings eine erhöhte Oberflächenrauigkeit
[253]. Nichtsdestotrotz wurde dieses Verfahren gewählt. Zum Ätzen
wurde gepufferte Flusssäure 1 verwendet. Das Substrat wurde solange in der Säure
belassen, bis es nicht mehr vom Wasser benetzt wurde. 2
Kommerziell erhältlich sind Si-Substrate in den Orientierungen (001), (110) und (111).
Jiang et al. wuchsen auf Si-Substraten mit den genannten Orientierungen Cu mittels
Magnetron-Sputtern auf [254]. Als Vorbereitung zum Wachstum von dünnen Eisen-
Filmen wurde ebenfalls Cu auf den verschiedenen Si-Substraten aufgewachsen, um
die bestmögliche Qualität des so zu erstellenden Substrats für das Eisen-Wachstum
zu gewährleisten. Die Abbildungen C.1, C.2 und C.3 zeigen θ-2θ- (a) sowie ϕ-Scans
(b) der mittels Sputterdeposition gewachsenen Kupfer-Filmen auf (001)-, (110)- bzw.
auf (111)-orientiertem Si. Alle in diesem Kapitel genannten Filme wurden mit dem
Sputtersystem zur in situ Neutronen-Reflektometrie gewachsen.
Das Wachstum von Cu auf (001)-orientiertem Si findet epitaktisch statt, was die ϕ-
Scans in Abbildung C.1 (b) demonstrieren. Das Wachstum von (111)-orientiertem
Cu findet dagegen nicht epitaktisch statt, sondern es treten mehrere unterschiedliche
In-Plane-Orientierungen auf. So zeigt sich für die Verwendung von (110)-orientierten
Si-Substraten eine Zwillingsbildung von 180 ◦ . Auf (111)-orientiertem Si treten noch
weitere In-Plane-Orientierungen auf. Die in den Abbildung C.1, C.2 und C.3 gezeigten
Resultate bestätigen im Wesentlichen die Resultate von Jiang et al. [254].
Aufgrund des nicht epitaktischen Wachstums von (111)-orientiertem Cu wurde zum
Wachstum der dünnen Eisenschichten (001)-orientiertes Cu gewählt. Dies impliziert
die Verwendung der (001)-orientierten Si-Substrate.
1 Buffered Oxide Etch 7:1 der Firma J. T. Baker.
2 SiO 2 wird von Wasser benetzt, während dies für H-terminiertes Si nicht der Fall ist. Weiterhin wird
SiO 2 von Flusssäure geätzt, während dies für reines Si nicht der Fall ist.
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