Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...

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7. Diskussion
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β-SiC ebenso wie α- und β-Si3N4 in den Schichten nachgewiesen werden. Erhöhte Gasge-
schwindigkeiten durch den Einsatz von Überschalldüsen (HVHF) führen zu reduzierten Prozesszeiten
und der röntgenamorphe Anteil in den Schichten nimmt zu. Dabei werden kolumnare
und auch dichte Schichtmorphologien erzielt.
DC Plasmen erreichen prinzipiell höhere Temperaturen als HF Plasmen und arbeiten bei
höheren Gasgeschwindigkeiten und somit kürzeren Prozesszeiten. Das Bilden nanoskaliger
Partikel tritt nur bei hohen Precursorförderraten oder hohen Brennerabständen und damit
längeren Prozesszeiten und steileren Temperaturgradienten an den Grenzen des Plasmastrahls
auf. Bei sehr hohen Gasgeschwindigkeiten und niedrigen Precursorförderraten werden bevorzugt
vollständig röntgenamorphe Strukturen abgeschieden. Dabei wird auch die Synthese von
Schichten mit dichter Morphologie möglich. Bei hohen Temperaturen und vergleichsweise
langen Prozesszeiten werden bevorzugt kolumnare, teilkristalline Schichten erhalten, wobei in
den Schichten β-SiC sowie α- und / oder β-Si3N4 nachgewiesen wird.
Mittels Drei-Brenner DC Plasmajet CVD lassen sich in reinen Argonplasmen im Rahmen der
verwendeten Prozessparameter ausschließlich röntgenamorphe Schichten synthetisieren.
Durch das Beimischen von Wasserstoff werden neben röntgenamorphen Schichten beim
Einsatz von HMDSZ auch β-Si3N4-haltige und beim Einsatz von HMDSO, TMDSO oder
HMDSZ β-SiC-haltige Schichten hergestellt. Auch das Beimischen von Stickstoff ermöglicht
das Herstellen teilkristalliner Schichten mit β-Si3N4 und teilweise darüber hinaus auch
α-Si3N4 Anteilen. Das Bilden feiner Kristallite kann auf den deutlichen Anstieg des Wärme-
eintrags in das Substrat in Folge der Zugabe zweiatomiger Gase zum Plasmagas und somit auf
eine erhöhte Substrattemperatur zurückgeführt werden. Die nitrierende Wirkung des Stickstoffs
bewirkt das vornehmliche Bilden von Siliciumnitriden.
Für die Zusammensetzung der synthetisierten Schichten ist auch der Sauerstoffpartialdruck
von großer Bedeutung. Es konnte nachgewiesen werden, dass bei hohen Sauerstoffpartialdrücken
auch der Sauerstoffgehalt der Schichten hoch ist.
Mit allen drei verwendeten TPCVD Prozessen können sehr hohe Abscheideraten erzielt
werden. Bei hohen Precursorförderraten beträgt die Abscheiderate von Schichten aus nanoskaligen
Partikeln mittels DC Plasmajet CVD 1.500 µm/h. Bei der Synthese kolumnarer
Schichten sinkt die Abscheiderate wegen der geringeren Precursorförderrate und der höheren
Schichtdichte auf 400 µm/h. Mittels Drei-Brenner DC Plasmajet CVD können kolumnare
Schichten mit Raten von 800 µm/h und beim Auftreten von Sekundärnukleation sogar von
1.500 µm/h abgeschieden werden. Beim HVHF Plasmajet CVD Prozess betragen die