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Wie metallische Dünnschichten chemisch gebaut werden
Interdisziplinäres Uni-Projekt erforscht Abscheidung von Silber- und Kupferschichten

Metallische Dünnschichten spielen in der Halbleitertechnologie und in der Mikrosystemtechnik eine herausragende Rolle. Nach ihrer Strukturierung - beispielsweise durch Photolithographie oder durch Nass-Ätzprozesse - dienen sie als Leiterbahnen zur Kontaktierung und Verknüpfung von Bauelementestrukturen. Bei den modernen Speicherchip-Generationen verdrängt Kupfer zunehmend das über viele Jahre bewährte Aluminium. Um die entsprechenden metallischen Dünnschichten abzuscheiden, werden in aller Regel Verdampfungs- und Zerstäubungstechniken eingesetzt: Neben elektrolytischen Methoden, bei denen die Abscheidung in der flüssigen Phase erfolgt, werden bei der Abscheidung von Kupferschichten zunehmend auch Verfahren der Gasphasenabscheidung angewandt: Bei diesem Verfahren mit der Fachbezeichnung "Chemical Vapour Deposition" (CVD) werden flüssige, metallorganische Verbindungen bei geringem Druck in den gasförmigen Zustand gebracht und auf heiße Oberflächen gedampft. Auf diesem Gebiet existiert an der TU Chemnitz eine mehrjährige fachübergreifende Zusammenarbeit zwischen den Professuren Mikrotechnologie und dem Zentrum für Mikrotechnologien von Prof. Dr. Thomas Geßner mit der Professur Anorganische Chemie von Prof. Dr. Heinrich Lang.

Welche Silberverbindungen sind die besten?

Von allen Metallen weist Silber den geringsten spezifischen Widerstand auf und ist deshalb für mikroelektronische Bauelemente der ULSI- Technologiegeneration von besonders großem Interesse. ULSI steht für "Ultra Large Scale Integrated Circuit" und bezeichnet die neueste Generation von Speicherchips und Prozessoren mit minimalen Strukturabmessungen von rund 100 Nanometern. Da sich die Abscheidung von Silber jedoch immer noch besonders schwierig gestaltet, sind weitere Untersuchungen notwendig. Deshalb sind an der TU Chemnitz in den letzten Monaten an verschiedenen Professuren Expertisen erstellt worden, um die gemeinsame Forschungsarbeit besser miteinander zu verzahnen. Ziel ist es, einen Gesamtprozess zur Abscheidung dünner Silberschichten mit Hilfe des CVD-Verfahrens zu konzipieren. Im Rahmen dieser interdisziplinären Forschungsarbeit werden an der Chemnitzer Professur für Anorganische Chemie die für den Prozess der Schichtabscheidung notwendigen Silber(I)- Precursoren entwickelt. Silber(I)-Precursoren sind die Verbindungen, in denen einwertiges Silber vorliegt, das von organischen beziehungsweise anorganischen Bausteinen umgeben ist.

   Diese Precursorsysteme gelten als Vorläuferverbindungen für die metallischen Dünnschichten. Hauptaufgabe wird sein, solche Silber(I)-Systeme synthetisch zugänglich zu machen, die den Anwendungsanforderungen entsprechen. Zum Beispiel müssen sie sich leicht verflüchtigen und zudem möglichst lange haltbar sein sowie sich in größeren Mengen synthetisch herstellen lassen. Unter diesem Gesichtspunkt werden in Chemnitz bestimmte Silber(I)-Organyl-Precursoren sowohl synthetisiert als auch charakterisiert und anschließend in einer CVD-Testanlage daraufhin untersucht, ob sie sich zur Abscheidung von Silberschichten auf unter- schiedlichen Substraten eignen. Im Anschluss daran werden die Silberschichten im größeren Maßstab am Lehrstuhl für Halbleitertechnologie der Technischen Universität Magdeburg abgeschieden.Der Prozess der Schichtabscheidung wird für aussichtsreiche Ausgangsverbindungen enwickelt, dabei werden    
 

die erzeugten Schichten auch hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung, Homogenität und Mikrostruktur analysiert und zugleich ihre mechanischen und elektrischen Eigen- schaften untersucht. Parallel dazu werden am Lehrstuhl für Physikalische Chemie der Universität Bielefeld Untersuchungen zum Wachstumsmechanismus der Silberschichten angestellt. Es ist zu erwarten, dass diese Ergebnisse erste Rückschlüsse erlauben, wie sowohl die Zusammensetzung und
 

damit die Synthese geeigneter Silber(I)- Systeme als auch der Abscheideprozess der Dünnschichten optimiert und gestaltet werden kann. Das Projekt zur Erzeugung dünner Metallfilme nach dem CVD-Verfahren wird seit letztem Jahr von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Schwerpunktprogramms "Anorganische Materialien durch Gasphasensynthese: Interdisziplinäre Ansätze zu Entwicklung, Verständnis und Kontrolle von CVD-Verfahren" an der Chemnitzer Professur für Anorganische Chemie mit rund 75.000 Euro pro Jahr gefördert. Wie sich zeigt, sind an dieser Untersuchung nicht nur Naturwissenschaftler und Ingenieure innerhalb unserer Universität fächerübergreifend engagiert. Die TU Chemnitz arbeitet auf diesem Gebiet auch mit anderen Universitäten überaus eng zusammen.

Prof. Dr. Heinrich Lang Professur Anorganische Chemie

  Mit CVD-Anlagen kennt sich die Chemiestudentin Heike Schmidt aus. Sie kommen auch bei der chemischen Gasphasenabscheidung metallischer Schichten zum Einsatz. In das Glasrohr wird das Substrat mit einer Pin- zette eingebracht, auf dem eine Silberschicht abgeschieden werden soll. In ihrer Diplomarbeit erforscht Heike Schmidt derzeit neue chemische Verbindungen, mit deren Hilfe Silberschichten im CVD-Verfahren erzeugt werden können.
Foto: Jens Nassall
   
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