Herstellung und Charakterisierung der ferroelektrischen Schichten Strontium-Bismut-Tantalat aus Ein- und Zweikomponenten-Precursoren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Berichtszeitraum wurden am Lehrstuhl für Anorganische Chemie verschiedene bekannte und neue Precursoren des Strontiums, Bismuts und Tantals synthetisiert und charakterisiert. Mit der Precursorkombi nation Triallylbismut/- Sr[Ta(OEt)s(OC2H4OMe)]2 konnte erstmals ein flüssiges System zur Verfügung gestellt werden, das zur Abscheidung von SBT-Schichten geeignet ist. Hier sind allerdings weiterführende Untersuchungen unbedingt notwendig, um das System zu optimieren. In der ersten Projektphase wurde am Lehrstuhl Halbleitertechnologie der Einzelscheibenreaktor in Bezug auf das Precursorversorgungssystem für den Einsatz flüssiger metallorganischer Ausgangsmaterialien umgerüstet und erfolgreich eingefahren. Die bereitgestellten metallorganischen Precursoren für die Metalle Strontium, Bismut und Tantal, sowie eine Strontium-Tantal Verbindung wurden einzeln zur Abscheidung gebracht, um Abscheideraten in Abhängigkeit von Prozesstemperatur und -druck, von Massenflussraten des Precursors und der Hilfs- bzw. Volumengase untersuchen zu können. Die Schichtdicken der erzielten Oxide wurden ellipsometrisch gemessen, die Aktivierungsenergien der Abscheideprozesse ermittelt. Nach diesen Untersuchungen und nach Auswahl geeignet erscheinender Prozessparametersätze wurde versucht, Strontium-Bismut-Tantalat-Schichten {SBT-Schichten) unter Verwendung der bereitgestellten obigen Precursoren herzustellen. Gegenstand der Untersuchungen waren die Wachstumsraten der SBT-Schichten in Abhängigkeit von den Prozessparametern, die Zusammensetzung der Schichten, die mittels Röntgenstrahl-Photoelektronen-Spektroskopie durchgeführt wurden. Unter Verwendung des Strontium-Tantal Precursors Sr[Ta(OEt)5- (OC2H4OMe)]2 und des Bismut Preursors Triallylbismut konnten SBT-Schichten in einem Niederdruck Gasphasenabscheidungsverfahren unter Verwendung eines relativ einfachen, für die Dosierung und Verdampfung von Flüssigkeiten ausgelegten Precursorversorgungssystems niedergeschlagen werden. Dabei gelang es, aufgrund des Einsatzes der neuartigen gemischten Bismutalkyle Schichten mit der geforderten Stöchiometrie herzustellen, die nach Temperung die gewünschten ferroetektrischen Eigenschaften zeigten, wobei aber die Leckstromdichte noch nicht ausreichend niedrig gehalten werden konnte. Ausblick Im Rahmen eines bereits gestellten Neuantrages an die DFG sollen die Abscheideprozesse für die SBT-Schichten unter Einsatz weiterer zu synthetisierender Bismut-Precursoren weiterentwickelt und dreidimensionale Kondensatorstrukturen unter Verwendung eines MOCVD-Prozesses für die aus Iridium bestehenden Metallelektroden entwickelt werden. Als Konzept für die dreidimensionalen ferroelektrischen Speicherkondensatorzellen wird dabei ein "via-hole"-Konzept gewählt, d.h. derKondensator wird in einem Kontaktloch über der entsprechenden Elektrode seines Schalttransistors angeordnet. Derartige Strukturen sollen als Demonstrationsmuster technologisch realisiert und charakterisiert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Hyeon, J.-Y.; Lisker, M; Silinskas, M.; Burte, E. P.; Edelmann, F. T.: Liquid-Delivery MOCVD of Strontium Bismuth Tantalate Thin Films Using Sr[Ta(OC2H5)5(OCH2CH2OCH3)]2 and Liquid Bi(CH2CH=CH2)3 as Precursors Chemical Vapor Deposition H (4) (2005), 213-218
- Lisker, M.; Silinskas, M.; Kalkofen, B.; Burte, E. P. Improvement of Electrical Properties of High-K Strontium Tantalate Films for Gate Dielectric Applications Electrochem. Soc. Proceed. 2005-05 (2005), 426-433
- Silinskas, M.; Lisker, M..; Kalkofen, B.; Matichyn, S.; Burte, EP.: Deposition Kinetics of MOCVD of Strontium Bismuth Tantalate Thin Films Lithuanian Journal of Physics 44 (2004), 375-379
- Silinskas, M.; Matichyn, S.; Lisker, M.; Kalkofen, B.; Garke, B.; Hur'yeva, T.; Burte, E. P.: Preparation of Strontium Bismut Tantalate Thin Films by Liquid-Delivery Metalorganic Chemical Vapor Deposition MRS Proceed. 830 (2005), 319-324
