Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...

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142 7. Diskussion ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ mischen Ausdehnungskoeffizienten mit steigender Substrattemperatur zunehmende Eigenspannungen. Auch beim Einsatz von HMDSO, TMDSO, HMDSZ und Hexamethylcyclotrisilazan technischer Reinheit kann in einigen Schichten lokal Chlor nachgewiesen werden. Somit beeinträchtigen bereits geringe Chlorgehalte im Precursor die Schichtreinheit und sollten daher vermieden werden. Der Einsatz chlorfreier Si-C-O-H oder Si-C-N-H Precursoren erleichtert das Handling im Vergleich zu Chlorsilanen oder SiH4 wesentlich. Da in Schichten aus HMDSO und TMDSO geringere Sauerstoffgehalte nachgewiesen werden als in Schichten aus Chlorsilanen, erscheinen diese für die Synthese von Si-C Schichten mit geringem Sauerstoffgehalt geeignet. In Untersuchungen mittels Drei-Brenner DC Plasmajet CVD werden in Schichten aus TMDSO höhere Sauerstoffgehalte nachgewiesen als beim Einsatz von HMDSO, was auf den geringeren Kohlenstoffanteil zurückgeführt werden kann, da Kohlenstoff den Sauerstoff unter Bildung von flüchtigem CO oder CO2 abbinden kann. Bei noch höheren Anforderungen in Bezug auf einen niedrigen Sauerstoffgehalt in den Schichten können bspw. die sauerstofffreien Precursoren HMDSZ oder Hexamethylcyclotrisilazan eingesetzt werden. Für die untersuchten Prozessdrücke erwiesen sich die geringst möglichen Drücke (> 5 kPa) für die Synthese hochwertiger Schichten als besonders günstig. Mit abnehmendem Kammerdruck nimmt der Querschnitt hoher Temperaturen und Gasgeschwindigkeiten des Plasmastrahls zu, so dass größere Flächen mit einem homogenen Schichtaufbau beschichtbar sind. Niedrige Drücke sind darüber hinaus mit einer Abnahme des axialen Temperaturgradienten verbunden. Niedrige Temperaturgradienten sind günstig zum Vermeiden der Kondensation im Strahl und bedeuten darüber hinaus eine geringe Sensibilität der Schichteigenschaften auf eine Variation des Brenner - Substrat Abstands. Auch aus energetischer Sicht sind niedrige Prozessdrücke günstig, da der Wärmeeintrag in das Substrat bei ansonsten konstanten Randbedingungen in Folge der reduzierten Energieabgabe an das Umgebungsgas zunimmt. Die Plasmagaszusammensetzung, der Plasmastrom und die Kühlleistung bestimmen bei konstantem Prozessdruck welche Temperaturverteilung sich an der Oberfläche eines Substrats einstellt. Daher müssen diese Parameter in gegenseitiger Abhängigkeit voneinander optimiert werden. Der Einsatz flüssiger Precursoren ist nur bei radialer Injektion innerhalb der Düse eines Plasmabrenners oder bei axialer Injektion möglich. Die hohe Viskosität des Plasmastrahls bewirkt, dass Precursor Tröpfchen, die außerhalb der Düse injiziert werden, bereits im Randbereich reflektiert werden. Nur ein geringer Anteil verdampft in Folge des Wärmeübertrags, so dass atomare Spezies im Plasmastrahl transportiert werden. Die Injektion innerhalb der
7. Diskussion 143 ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Düse erzwingt eine gewisse Wegstrecke der Precursor Tröpfchen im Plasmastrahl. Auf Grund der niedrigen Siedetemperatur und der geringen Tröpfchengröße reicht ein Weg von 5 mm aus, um 0,02 l/min von Chlormonosilanen oder 0,01 l/min HMDSO zu verdampfen. Beim Einsatz der Disilanfraktion der Müller-Rochow Synthese und insbesondere beim Einsatz von Aminodisilanen sind wesentlich geringere Flussraten erforderlich, wenn ein vollständiges Verdampfen erzielt werden soll. Prinzipiell lassen sich Flüssigkeiten mit niedrigen Viskositäten und geringen Siedetemperaturen bei höheren Förderraten verarbeiten. Bei der HVHF Plasmajet CVD Synthese ist die Precursor Förderrate wegen der axialen Injektion innerhalb des Brenners in Bezug auf ein vollständiges Verdampfen weit weniger eingeschränkt als beim Einsatz konventioneller DC Plasmabrenner. Allerdings nimmt das Abscheiden von Schichten auf der Innenwandung der Überschalldüse bei Förderraten über 0,003 l/min stark zu, so dass der Prozess nicht dauerhaft stabil betrieben werden kann.
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Lebenslauf 3 ______________________
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Vorwort 5 _________________________
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Abstract 7 ________________________
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Verwendete Indizierung und Konstant
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Inhaltsverzeichnis 11 _____________
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2. Stand der Forschung 13 _________
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3. Ziele 45 _______________________
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4. Methodische Vorgehensweise 47 __
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