Bestimmung der chemischen Bindungen in Grenzschichten von Bor- und Siliziumcarbonitriden zum Substrat.

• Applicants: Dr. Burkhard Beckhoff; Professor Dr. Wolfgang Ensinger
• Subject Area: Analytical Chemistry
• Term: from 2009 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 117370402

• Final Report Year: 2012

Final Report Abstract

Im vorhergehenden Projekt hatten sich die Antragsteller mit der chemischen Charakterisierung der Nanoschichten von Bor- und Siliziumcarbonitriden beschäftigt. Die Bedeutung solcher Schichten liegt in deren Schutzwirkung gegen Verschleiß und Korrosion, vor Oxidation bei hohen Temperaturen (Feuchtigkeitsbarriere), sowie als superharte Materialien und in der Anwendung in mikroelektronischen Systemen auf Grund ihrer Halbleitereigenschaften mit variablen „band-gaps“. Neben den Eigenschaften der individuellen Schichten spielen bei ihrer Anwendung die chemischen und physikalischen Wechselwirkungen (vor allem bei der Synthese) zwischen den Nachbarschichten und dem Substrat eine entscheidende Rolle. In dem aktuellen Projekt wurden die physikalischen und chemischen Reaktionen zwischen den Schichten untersucht. Dazu war die Anwendung verschiedener, z.T. neu entwickelter Methoden der Röntgenspektrometrie unter streifendem Einfall notwendig. Hier wurden die Bedingungen für den effektiven Zugang zur Speziation von Grenzflächen durch theoretische und experimentelle Vorgehensweisen geschaffen. Bei unterschiedlichen Synthesetemperaturen reagieren die Metalle (Ni, Cu) entweder mit der BCN-Schicht unter der Bildung von Carbiden oder mit dem Substrat mit dem Ergebnis von Siliciden. Bei erhöhten Temperaturen diffundieren die Metalle in das Substrat und z.T. in die BCN-Schicht. Dagegen diffundieren die Elemente C und N aus SiCN-Schichten kaum merklich in das Substrat Si. Mit Hilfe der eingesetzten Methoden können die Grenzflächen der Schichtproben charakterisiert und damit auch die Synthese optimiert werden.

Publications

• Compilation on Synthesis, Characterization and Properties of Silicon and Boron Carbonitride Films. In: Silicon Carbide – Materials, Processing and Applications in Electronic Devices (Ed.: M. Mukherjee), InTech, ISBN 978-953-307-968-4, pp. 487-546
  P. Hoffmann, N. Fainer, M. Kosinova, O. Baake, W. Ensinger
  
• Complementary Characterization of Buried Nanolayers by Quantitative X-ray Fluorescence Spectrometry under Conventional and Grazing Incidence Conditions, Anal.Chem. 83, 8623–8628 (2011)
  R. Unterumsberger, B. Pollakowski, M. Müller, and B. Beckhoff
  
• Chemical bonds and elemental compositions of BCxNy layers produced by chemical vapor deposition with trimethylamine borane, triethylamine borane, or trimethylborazine. X-Ray Spectrom.41, 240-246 (2012)
  P.S. Hoffmann, O. Baake, M.L. Kosinova, B. Beckhoff, A. Klein, B. Pollakowski, V.A. Trunova, V.S. Sulyaeva, F.A. Kuznetsov, W. Ensinger
  
• Chemical Interactions in the Layered System BCxNy/Ni(Cu)/Si, Produced by CVD at High Temperature, Analytical and Bioanalytical Chemistry 404, 479-487(2012)
  P.S. Hoffmann, M.I. Kosinova, S. Flege, O. Baake, B. Pollakowski, V.A. Trunova, A. Klein, B. Beckhoff, F.A. Kuznetsov, W. Ensinger
  
• Non-destructive and non-preparative internal material interface speciation at tunable high information depths, Anal. Chem.
  B. Pollakowski, P. Hoffmann, M. Kosinova, O. Baake, V. Trunova, R. Unterumsberger, W. Ensinger, B. Beckhoff
  
• Silicon carbonitride nanolayers – Synthesis and chemical characterization. Thin Solid Films 520, 5906-5913 (2012)
  P.S. Hoffmann, N.I. Fainer, O. Baake, M.I. Kosinova, Y.M. Rumyantsev, V.A. Trunova, A. Klein, B. Pollakowski, B. Beckhoff, F.A. Kuznetsov, W. Ensinger