Wachstum und Nanogaps - JuSER - Forschungszentrum Jülich

STRUKTURIERUNG MIT DIBLOCK- COPOLYMER MIZELL TEMPLATES 62
Es wurden sowohl Si/SiO 2 -Substrate als auch Proben mit TiO 2 -Oberfläche verwendet. Für Proben mit
der Schichtreihenfolge Si/SiO 2 /TiO 2 /Pt/TiO 2 ist eine Temperatur von 180 ◦ C mit einer Dauer von 30min
optimal. Charakterisiert wurden die unterschiedlichen Proben unter dem SEM. Das Zusammenwachsen
der primären Goldnanopartikel ist in Abb. 2.15 b.) deutlich zu sehen. Weiterhin ist auch die im Fall für
Si/SiO 2 /TiO 2 /Pt/TiO 2 vollständige Veraschung der Diblock-Copolymere erkennbar. Dies wird durch den
scharfen Kontrast der TiO 2 -Körner, welche die Unterlage für die Goldpartikel bilden, ersichtlich.
Nachdem die Prozessparameter zur Reduktion und Veraschung der beladenen Diblock-Copolymer Mizellen
und zum Zusammenwachsen der Goldprimärpartikel ermittelt wurden, können die entstandenen
Goldnanopartikel als Hartmaske verwendet werden.
2.4.4 Herstellen von TiO 2 -Kristallisationskeimen und
Abscheidung von Bleititanat (PbTiO 3 )
Das Ziel des nächsten Prozessschrittes ist der Abtrag der TiO 2 Schicht an der Substratoberfläche bis zur
unteren Platinelektrode, wobei nur das unterhalb der Goldpartikel befindliche Titanoxid geschützt ist.
Auf diese Weise entstehen kleine Titansäulen, die als Kristallisationskeime für ternäre Oxide fungieren
können. Um TiO 2 mit Hilfe von Goldnanopartikel über ein Ätzverfahren strukturieren zu können, muss
die Differenz in der Ätzrate der beiden verwendeten Materialien groß genug sein. Dies bedeutet, dass
der Materialabtrag von Gold im Plasma geringer sein muss als der entsprechende Abtrag von TiO 2 .
Diese Voraussetzung können über zwei verschiedene Wege realisiert werden. Einerseits kann ein Plasma
eingesetzt werden, bei dem der Materialabtrag für Gold geringer ist als für TiO 2 . Dies ist zum Beispiel
bei fluorhaltigen Gasen wie SF 6 ,CF 4 , CHF 3 möglich, da diese Gassorten materialspezifisch abtragen.
Arbeitet jedoch das Ätzverfahren nicht selektiv und ist somit der Materialabtrag bei beiden Materialien
ungefähr gleich, so kann andererseits die fehlende Abtragdifferenz von Beginn an durch unterschiedliche
Schichtdicken ausgeglichen werden. Nach dem Reduzieren und Veraschen der Diblock-Copolymer Mizellen
haben die auf der Probenoberfläche verbliebenen Goldpartikel einen Durchmesser von 5nm±1nm.
Im Folgenden werden Si/SiO 2 /TiO 2 /Pt/TiO 2 Substrate mit zwei unterschiedlichen TiO 2 -Dicken, 2nm
und 10nm, unter Verwendung eines selektiven Plasmaätzens und eines nicht selektiven Materialabtrags
im Plasma eingesetzt.
Zur Ermittlung genauer Ätzparameter an der Ionfab 300Plus, wird zunächst die Ätzrate mit Hilfe eines
Massenspektrometers ermittelt. Dafür wird Titan ausreichend dick (ca. 200nm) auf einem oxidierten
Siliziumwafer aufgedampft und solange einem SF 6 Plasma ausgesetzt, bis das jeweils materialspezifische
Maximum detektiert durch das Massenspektrometer nicht mehr vorhanden ist. Die Ätzrate des
Titans beläuft sich bei dieser Versuchsdurchführung auf ungefähr 32nm/min. Diese Angabe für den
Materialabtrag wird ebenfalls als Anhaltspunkt für das Strukturieren der Titanoxidschicht herangezogen.
Das Ermitteln einer Ätzrate für Gold ist aufgrund des verwendeten Massenspektrometers, das für die
Massenzahl von 197 ein Minimum besitzt, nicht möglich.
Da für die Deposition von Diblock-Copolymer Mizellen Substrate mit einer Titanoxiddicke von 10nm
eingesetzt werden, ist die hohe Abtragrate, 32nm/min, im SF 6 Plasma sehr kritisch. Es wäre eine