Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...
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2. Stand der Forschung<br />
29<br />
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3 SiH4 → Si3H6 + 3 H2<br />
4 SiH4 → Si4H8 + 4 H2<br />
Somit bilden sich entropiebedingt ringförmige Cluster, die durch das Anlagern weiterer Ringe<br />
<strong>auf</strong> mehr als sieben Siliciumatome thermodynamisch stabil werden [Swi99]. Weitere Temperaturerhöhungen<br />
begünstigen das Bilden wasserstoffarmer Cluster zusätzlich. Unter den<br />
Temperaturbedingungen in thermischen Plasmastrahlen ist daher analog zur Clusterbildung<br />
aus Kohlenstoffdampf bei der Diamantsynthese die Bildung <strong>von</strong> Siliciummolekülen wahrscheinlich.<br />
Anderson et al. [And89] berichten über die Synthese <strong>von</strong> nanoskaligen, hydratisierten Siliciumnitridpulvern<br />
in einer kapazitiven Glimmentladung aus SiH4 und NH3. Zwar sind die langen<br />
Verweilzeiten nicht mit TPCVD Prozessen vergleichbar, doch sind <strong>auf</strong> Grund der wesentlich<br />
höheren Temperaturen und dem Vorliegen reaktiver Radikale vergleichbare Reaktionen<br />
denkbar.<br />
2.3.2 Transport schichtbildender Spezies an die Substratoberfläche<br />
Neben der Art der für die Schichtbildung zur Verfügung stehenden Spezies im Plasmastrahl<br />
sind die Strömungsbedingungen an der Substratoberfläche <strong>von</strong> entscheidender Bedeutung.<br />
Die Strömungsbedingungen sind entscheidend für die Dicke der Grenzschicht über der zu<br />
beschichtenden Substratoberfläche und ihrer Verteilung. Sowohl bei seitlich als auch bei<br />
frontal angeströmten Substraten ändert sich die Dicke der Grenzschicht <strong>auf</strong> der Substratoberfläche<br />
(Abbildung 5). Die chemischen Reaktionen in der Grenzschicht unterscheiden<br />
sich wesentlich <strong>von</strong> denen in einem frei expandierenden Plasma und können insbesondere bei<br />
den kurzen Prozesszeiten in TPCVD Prozessen in Abhängigkeit <strong>von</strong> der Dicke der Grenzschicht<br />
unterschiedlich stark wirksam werden.<br />
Es liegen Untersuchungen zur Diamantschichtbildung in TPCVD Prozessen sowohl für DC<br />
als auch für HF Plasmen vor, die nachweisen, dass die Abnahme der Grenzschichtdicke <strong>auf</strong><br />
der Substratoberfläche wesentlichen Einfluss <strong>auf</strong> die Abscheiderate und die Struktur der<br />
Schichten nimmt [Yu94]. Dies beruht <strong>auf</strong> der begrenzten freien Weglänge <strong>von</strong> Spezies mit<br />
freien Bindungen in der Grenzschicht. Der Transport der Spezies durch die Grenzschicht ist<br />
diffusionskontrolliert und somit sowohl durch die Temperatur als auch den Konzentrationsgradienten<br />
gesteuert. Je dicker die Grenzschicht ist, um so größer ist die Wahrscheinlichkeit,<br />
dass <strong>auf</strong> dem Weg zur Substratoberfläche die freien Bindungen teilweise oder sogar vollständig<br />
abgesättigt werden. Die simulierte Entwicklung der Zusammensetzung eines Gemisches<br />
aus Wasserstoff und Methan (Verhältnis 1:0,02) bei Normaldruck in Abhängigkeit vom
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