Spektroskopische und mikroskopische Untersuchungen zur Bildung von Siliciumoxidschichten aus einem zweistufigen Plasmaverfahren

Von:

Lisa Wurlitzer

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In dieser Dissertation wird ein neuartiges Verfahren zur Abscheidung von Siliciumoxid-Schichten mittels eines PECVD-Verfahrens unter der Verwendung von Silan betrachtet. Die explosionsartige Reaktion wird durch eine räumliche und zeitliche Trennung der Reaktionsgase in einem zweistufigen Verfahren verhindert. Im ersten Prozessschritt wird eine Siliciumnitrid-Schicht auf das Substrat mittels eines SiH4/N2-Gasgemisches bei Raumtemperatur durch Zündung einer dielektrisch behinderten Entladung aufgebracht. Diese Beschichtung wird im zweiten Prozessschritt durch die Zündung von sauerstoffhaltigen Plasma zu SiO2 oxidiert. Gegenstand dieser Dissertation ist die spektroskopische Analyse mittels Röntgenphotoelektronen- und Valenzbandspektroskopie der einzelnen Prozessschritte in Abhängigkeit der gewählten Prozessparameter des Partialdruckes, der Behandlungsdauer und der Entladungscharakteristik. Des Weiteren wird die Abhängigkeit von der Sauerstoffquelle für die Oxidation und der Einfluss dieser Parameter auf die Oberflächenmorphologie betrachtet. Schlussendlich kann anhand dieser Untersuchungen auf ein Oxidationsmechanismus der abgeschiedenen Siliciumnitrid-Schicht geschlossen werden. Hierbei handelt es sich um einen diffusionskontrollierten Substitutionsprozess der Stickstoffatome durch Sauerstoffatome. Den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt stellt dabei die Diffusion der Sauerstoffatome durch die sich aufbauende Siliciumdioxid-Schicht dar. Dieser Prozess resultiert in einem drei-Schicht-Aufbau, wobei die oberste Schicht weitestgehend aus stöchiometrischen SiO2 mit teilweise Einlagerungen von Stickstoff besteht. Es folgen Siliciumoxinitride als Übergangsschicht. Die unterste Schicht, welche sich direkt auf dem Substrat befindet, besteht aus Siliciumnitrid.