Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...
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2. Stand der Forschung<br />
25<br />
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Ein Beispiel für die Prozessführung zum Abscheiden <strong>von</strong> SiC Schichten in einem rein<br />
thermisch aktivierten Prozess ist der Einsatz <strong>von</strong> Mischungen aus SiH2Cl2, C4H10 und H2 bei<br />
Normaldruck und Prozesstemperaturen <strong>von</strong> 1.500 K [Lel91]. Weiterhin sind der Literatur für<br />
die Herstellung <strong>von</strong> Si-C-N Schichten aus Si(CH3)4 und Ammoniak Substrattemperaturen<br />
oberhalb 1.000 °C und bei Verwendung <strong>von</strong> metallorganischen Single Precursoren mindestens<br />
750 °C zu entnehmen [Lar84, Mau87].<br />
2.2.5 Plasma unterstützte CVD Verfahren (Plasma Enhanced CVD - PECVD)<br />
Derzeit sind PECVD Prozesse zum Abscheiden <strong>von</strong> Si-C(-N) Schichten Stand der Technik.<br />
Die zum Einsatz kommenden Nichtgleichgewichtsplasmen zeichnen sich durch eine hohe<br />
Temperaturdifferenz zwischen Elektronen Te und schweren Teilchen Th, wobei es sich um<br />
Ionen und angeregte Atome handelt, am gleichen Ort aus (Te >> Th).<br />
Es existiert eine breite Palette <strong>von</strong> Plasma unterstützten CVD Verfahren. Diese haben<br />
gemeinsam, dass eine Entladung genutzt wird, um Prozessgase, die mit den schichtbildenden<br />
Ausgangsstoffen wechselwirken, anzuregen, oder die Ausgangsstoffe direkt in angeregte<br />
Zustände zu überführen. Die direkte Wechselwirkung mit den Ausgangsstoffen ist energetisch<br />
wirkungsvoller und erlaubt höhere Abscheideraten. Für ein Fernplasma CVD Verfahren, bei<br />
dem der Ausgangsstoff Hexamethyldisilan verwendet wird, sind Abscheideraten <strong>von</strong><br />
0,002 µm/h dokumentiert [Wic94]. Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens besteht darin,<br />
dass ein perfektes Interface zwischen Substrat und Schicht erhalten bleibt, da im Gegensatz zu<br />
Verfahren, deren Plasma an der Substratoberfläche wirkt, ein Beschuss durch Elektronen oder<br />
schwere Teilchen vermieden wird. Gleichzeitig wird das Substrat weniger erwärmt und die<br />
Homogenität der Schichtdickenverteilung verbessert.<br />
Der zusätzliche Energieübertrag <strong>auf</strong> die Ausgangsstoffe erlaubt es, auch bei an der Substratoberfläche<br />
wirkenden Plasmen im Vergleich zu rein thermisch aktivierten Prozessen niedrigere<br />
Substrattemperaturen zu realisieren. Üblicher Weise reichen 200 °C bis 400 °C aus<br />
[Win91, Lel91, Klu94, Zha94, Ger93].<br />
Allerdings führen niedrige Substrattemperaturen beim Einsatz <strong>von</strong> Ausgangsstoffen mit<br />
Silicium-Wasserstoffbindungen zu einer Begünstigung des Transfers dieser Bindungen in die<br />
Schichtstruktur, wodurch die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt werden. Für<br />
Schichten aus SiH4 und verschiedenen Kohlenstofflieferanten sind Wasserstoffanteile bis zu<br />
41 At.−% dokumentiert [Win91]. Mittels Wärmebehandlung kann der Eigenspannungszu-<br />
stand der Schichten <strong>von</strong> zunächst hohen Druckspannungen unter Freisetzung <strong>von</strong> Wasserstoff<br />
vollständig abgebaut und sogar zu Zugspannungen verschoben werden [Klu94]. Je mehr der
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