Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005

L21: HT-XRD – Spannungen und DeformationenAbbildung 3:AnalyseVeränderung der Reflexlage desAl(331)-Reflexes von Probe 2 mit derTemperatur.Bei der vorliegenden Untersuchung wurdensehr dünne Aluminiumschichten mittels Magnetron-Sputter-Abscheidungauf Silizium(100)-Substratenerzeugt. Dabei wurden 4 Schichten bei unterschiedlichenSubstrat-Temperaturen abgeschieden(T D = 60, 150, 250, 300°C), um den Einfluss derHerstellungsbedingungen auf die thermisch induziertenSpannungen zu untersuchen.Die Filme wurden Temperaturzyklen von 23°Cbis 450°C ausgesetzt, wobei zur Spannungsbestimmungalle 50°C ausgewählte Röntgenreflexeder Aluminiumschicht gemessen gemessen wurden.Aus dem Diffraktionswinkel 2Θ der Reflexe(entspricht Intensitätsmaxima der Messprofile inAbb. 3) relativ zur Richtung des einfallenden Strahlskönnen die Netzebenenabstände d(hkl) und weitersdie Gitterkonstante a der (kristallinen) Al-Schichterrechnet werden.Abbildung 4:Gitterparameter a als Funktionvon sin 2 ψ.Die Veränderung der Gitterkonstanten a mitdem Verkippungswinkel ψ des Strahls relativ zurProbenoberfläche gibt qualitativen Aufschlussüber Deformationen in der Al-Schicht. Ein linearerZusammenhang zwischen der Gitterkonstantena und sin 2 ψ weist auf eine isotrope Kristallstrukturder Al-Schicht (ohne Vorzugsorientierung) hin(s. Abb. 4). Aus der Steigung der Geraden (steigendoder fallend) erkennt man das Vorherrschen einerZug- oder Druckspannung, und über die Steigungkann der Spannungszustand auch quantifiziertwerden [1].Aus den Netzebenenabständen d(hkl) werdenanschließend die Spannungen im Al-Film als Funktionder Temperatur berechnet. Abb. 5 zeigt dieAbhängigkeit der mechanischen Spannung vonder Temperatur für die 4 unterschiedlichen Metallfilme.Wie aus Abb. 5 ersichtlich ergeben sichbeim Aufheizen und Abkühlen unterschiedlicheSpannungsverläufe. Man erkennt deutlich denUnterschied zwischen den beiden Filmen, die beiniedriger Substrat-Temperatur T D erzeugt wurdenund jenen Filmen mit höherer Abscheidungstem-Index Kontakte Institute Lösungen MethodenHandbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005171