Untersuchung des Puls-Magnetron-Sputterprozesses zur Abscheidung von Aluminiumoxid und des Einflusses einer gepulsten Biasspannung am Substrat:
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adam_text | TECHNISCHE UNIVERSITAET DRESDEN UNTERSUCHUNG DES
PULS*MAGNETRON-SPUTTERPROZESSES ZUR ABSCHEIDUNG VON ALUMINIUMOXID UND
DES EINFLUSSES EINER GEPULSTEN BIASSPANNUNG AM SUBSTRAT TILO WUENSCHE VON
DER FAKULTAET ELEKTROTECHNIK UND INFORMATIONSTECHNIK DER TECHNISCHEN
UNIVERSITAET DRESDEN ZUR ERLANGUNG DES AKADEMISCHEN GRADES EINES
DOKTORINGENIEURS (DR.-ING.) GENEHMIGTE DISSERTATION VORSITZENDER:
PROF.DR.-ING.HABIL. WOLTER GUTACHTER PROF.DR.RER.NAT. BARTHA TAG DER
EINREICHUNG: 26.06.2002 PROF.DR.-ING.HABIL. GUELDNER TAG DER
VERTEIDIGUNG: 13.03.2003 PROF.DR.RER.NAT. BRAEUER INHALTSVERZEICHNIS 1
EINLEITUNG 6 2 GRUNDLAGEN DES MAGNETRONGESTUETZTEN SPUTTERPROZESSES 8 2.1
ELEMENTARVORGAENGE BEI DER SCHICHTBILDUNG 9 2.2 REAKTIVER SPUTTERPROZESS
12 2.2.1 GRUNDLAGEN DES REAKTIVEN SPUTTERPROZESSES 12 2.2.2
STABILISIERUNG DES REAKTIVEN SPUTTERPROZESSES ZUR ABSCHEIDUNG
STOECHIOMETRISCHER VERBINDUNGSSCHICHTEN 14 2.3 AUSNAHMEZUSTAENDE - ARES 14
2.4 PULS-MAGNETRON-SPUTTERN 15 2.5 BETRACHTUNGEN ZUM BESCHUSS DES
SUBSTRATS MIT LADUNGSTRAEGERN AUS DER PLASMARANDSCHICHT 18 2.5.1
ALLGEMEINE BEZIEHUNGEN FUER RANDSCHICHTEN 18 2.5.2 VORSPANNUNG DES
SUBSTRATS (BIAS) 19 2.5.3 PULSBIAS 20 3 VERWENDETE SPUTTERANLAGE UND
SCHICHTANALYTIK 22 3.1 AUFBAU DER SPUTTERANLAGE 22 3.2 SCHICHTANALYTIK
DER ABGESCHIEDENEN ALUMINIUMOXID-SCHICHTEN 26 4 PLASMADIAGNOSTIK 27 4.1
DIAGNOSTIK MIT HILFE DER STROM- UND SPANNUNGSVERLAEUFE 27 4.2 OPTISCHE
EMISSIONSSPEKTROSKOPIE 30 4.3 ELEKTROSTATISCHE SONDENMESSUNG 33 4.3.1
LANGMUIRSONDENMESSUNG 34 3 INHALTSVERZEICHNIS 4.3.2 MESSUNG MIT EINER
EMISSIVEN SONDE 38 4.3.3 PROBLEME BEI DER SONDENMESSUNG IN
BESCHICHTUNGSPLASMEN .... 39 5 REGELUNG DES REAKTIVEN SPUTTERPROZESSES
41 5.1 CHARAKTERISIERUNG DES REAKTIVEN ARBEITSPUNKTS 41 5.2 REGELSTRECKE
43 5.3 AUFBAU DES REGLERS 45 5.4 START - UND ARCREGIME 47 5.5
BEEINFLUSSUNG DER ARBEITSPUNKTKENNLINIE DURCH PROZESSPARAMETER .... 49 6
UNTERSUCHUNG DES PULS-MAGNETRON-SPUTTER-PROZESSES 52 6.1 ZEITAUFGELOESTES
VERHALTEN DES BIPOLAR GEPULSTEN TITAN-SPUTTERPROZESSES . 52 6.2
PULS-MAGNETRON-SPUTTEM VON ALUMINIUMOXID 62 6.2.1 ZEITAUFGELOESTES
VERHALTEN DES GEPULSTEN ALUMINIUMOXID-SPUTTER- PROZESSES 62 6.2.2
EINFLUSS DES ARBEITSPUNKTS AUF DAS VERHALTEN DES PLASMAS .... 66 6.2.3
EINFLUSS DES REAKTIVEN ARBEITSPUNKTS AUF DIE EIGENSCHAFTEN GESPUT-
TERTER ALUMINIUMOXIDSCHICHTEN 69 6.2.4 EINFLUSS DER SUBSTRATPOSITION 71
6.2.5 ELEKTRISCHE POTENTIALE IM SPUTTERPROZESS OHNE BIAS 72 7
ABSCHEIDUNG UNTER SUBSTRATBIAS 76 7.1 GRUNDLEGENDE UNTERSUCHUNGEN DER
BIAS BEIM SPUTTERN VON TITAN .... 76 7.1.1 DC-BIAS 76 7.1.2 UNIPOLARE
PULSBIAS 80 7.1.3 BIPOLARE PULSBIAS 82 7.2 PULSBIAS ZUR UNTERSTUETZUNG
DES ALUMINIUMOXID-SPUTTERPROZESSES 84 7.2.1 BESONDERHEITEN DER PULSBIAS
IM ALUMINIUMOXID-SPUTTERPROZESS . 84 7.2.2 ZEITAUFGELOESTES VERHALTEN DER
PULSBIAS 86 7.2.3 ARTEN DER BIASWIRKUNG 88 7.2.4 BEEINFLUSSUNG DER
BIASWIRKUNG 90 7.3 ABSCHEIDUNG VON ALUMINIUMOXID UNTER SUBSTRATBIAS 92 8
ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 99 8.1 ZUSAMMENFASSUNG ZUR REGELUNG 99 4
INHALTSVERZEICHNIS 8.2 ZUSAMMENFASSUNG ZUM REAKTIVEN
ALUMINIUMOXID-SPUTTERPROZESS 100 8.3 ZUSAMMENFASSUNG ZUM PULSBIAS
UNTERSTUETZTEN ALUMINIUMOXID- SPUTTERPROZESS 101 8.4 AUSBLICK 102 A
ABSCHAETZUNGEN DER ZUSAMMENSETZUNG DES SPUTTERGASES 112 * ABSCHAETZUNG DER
MITTLEREN FREIEN WEGLAENGE DER ATOME UND IONEN 114 * ZEITLICHE AENDERUNG
DES TARGETZUSTANDS BEI ABSCHALTEN DER ENERGIEVERSOR- GUNG 116 D
KOMBINIERTER MEDIAN-MITTELWERT-FILTER 118 5
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TECHNISCHE UNIVERSITAET DRESDEN UNTERSUCHUNG DES
PULS*MAGNETRON-SPUTTERPROZESSES ZUR ABSCHEIDUNG VON ALUMINIUMOXID UND
DES EINFLUSSES EINER GEPULSTEN BIASSPANNUNG AM SUBSTRAT TILO WUENSCHE VON
DER FAKULTAET ELEKTROTECHNIK UND INFORMATIONSTECHNIK DER TECHNISCHEN
UNIVERSITAET DRESDEN ZUR ERLANGUNG DES AKADEMISCHEN GRADES EINES
DOKTORINGENIEURS (DR.-ING.) GENEHMIGTE DISSERTATION VORSITZENDER:
PROF.DR.-ING.HABIL. WOLTER GUTACHTER PROF.DR.RER.NAT. BARTHA TAG DER
EINREICHUNG: 26.06.2002 PROF.DR.-ING.HABIL. GUELDNER TAG DER
VERTEIDIGUNG: 13.03.2003 PROF.DR.RER.NAT. BRAEUER INHALTSVERZEICHNIS 1
EINLEITUNG 6 2 GRUNDLAGEN DES MAGNETRONGESTUETZTEN SPUTTERPROZESSES 8 2.1
ELEMENTARVORGAENGE BEI DER SCHICHTBILDUNG 9 2.2 REAKTIVER SPUTTERPROZESS
12 2.2.1 GRUNDLAGEN DES REAKTIVEN SPUTTERPROZESSES 12 2.2.2
STABILISIERUNG DES REAKTIVEN SPUTTERPROZESSES ZUR ABSCHEIDUNG
STOECHIOMETRISCHER VERBINDUNGSSCHICHTEN 14 2.3 AUSNAHMEZUSTAENDE - ARES 14
2.4 PULS-MAGNETRON-SPUTTERN 15 2.5 BETRACHTUNGEN ZUM BESCHUSS DES
SUBSTRATS MIT LADUNGSTRAEGERN AUS DER PLASMARANDSCHICHT 18 2.5.1
ALLGEMEINE BEZIEHUNGEN FUER RANDSCHICHTEN 18 2.5.2 VORSPANNUNG DES
SUBSTRATS (BIAS) 19 2.5.3 PULSBIAS 20 3 VERWENDETE SPUTTERANLAGE UND
SCHICHTANALYTIK 22 3.1 AUFBAU DER SPUTTERANLAGE 22 3.2 SCHICHTANALYTIK
DER ABGESCHIEDENEN ALUMINIUMOXID-SCHICHTEN 26 4 PLASMADIAGNOSTIK 27 4.1
DIAGNOSTIK MIT HILFE DER STROM- UND SPANNUNGSVERLAEUFE 27 4.2 OPTISCHE
EMISSIONSSPEKTROSKOPIE 30 4.3 ELEKTROSTATISCHE SONDENMESSUNG 33 4.3.1
LANGMUIRSONDENMESSUNG 34 3 INHALTSVERZEICHNIS 4.3.2 MESSUNG MIT EINER
EMISSIVEN SONDE 38 4.3.3 PROBLEME BEI DER SONDENMESSUNG IN
BESCHICHTUNGSPLASMEN . 39 5 REGELUNG DES REAKTIVEN SPUTTERPROZESSES
41 5.1 CHARAKTERISIERUNG DES REAKTIVEN ARBEITSPUNKTS 41 5.2 REGELSTRECKE
43 5.3 AUFBAU DES REGLERS 45 5.4 START - UND ARCREGIME 47 5.5
BEEINFLUSSUNG DER ARBEITSPUNKTKENNLINIE DURCH PROZESSPARAMETER . 49 6
UNTERSUCHUNG DES PULS-MAGNETRON-SPUTTER-PROZESSES 52 6.1 ZEITAUFGELOESTES
VERHALTEN DES BIPOLAR GEPULSTEN TITAN-SPUTTERPROZESSES . 52 6.2
PULS-MAGNETRON-SPUTTEM VON ALUMINIUMOXID 62 6.2.1 ZEITAUFGELOESTES
VERHALTEN DES GEPULSTEN ALUMINIUMOXID-SPUTTER- PROZESSES 62 6.2.2
EINFLUSS DES ARBEITSPUNKTS AUF DAS VERHALTEN DES PLASMAS . 66 6.2.3
EINFLUSS DES REAKTIVEN ARBEITSPUNKTS AUF DIE EIGENSCHAFTEN GESPUT-
TERTER ALUMINIUMOXIDSCHICHTEN 69 6.2.4 EINFLUSS DER SUBSTRATPOSITION 71
6.2.5 ELEKTRISCHE POTENTIALE IM SPUTTERPROZESS OHNE BIAS 72 7
ABSCHEIDUNG UNTER SUBSTRATBIAS 76 7.1 GRUNDLEGENDE UNTERSUCHUNGEN DER
BIAS BEIM SPUTTERN VON TITAN . 76 7.1.1 DC-BIAS 76 7.1.2 UNIPOLARE
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IM ALUMINIUMOXID-SPUTTERPROZESS . 84 7.2.2 ZEITAUFGELOESTES VERHALTEN DER
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BIASWIRKUNG 90 7.3 ABSCHEIDUNG VON ALUMINIUMOXID UNTER SUBSTRATBIAS 92 8
ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 99 8.1 ZUSAMMENFASSUNG ZUR REGELUNG 99 4
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ALUMINIUMOXID-SPUTTERPROZESS 100 8.3 ZUSAMMENFASSUNG ZUM PULSBIAS
UNTERSTUETZTEN ALUMINIUMOXID- SPUTTERPROZESS 101 8.4 AUSBLICK 102 A
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