Elektronenstrahlinduzierte Abscheidung von metallischen Nanostrukturen in einem Rasterelektronenmikroskop

Abstract

Ein System zur Mikro- und Nanostrukturierung im Direkt-Schreib-Verfahren wurde auf der Basis eines handelsüblichen Rasterelektronenmikroskops für die Abscheidung von metallischen Strukturen adaptiert. Dazu wurde das vorhandene Gasinjektionssystem (GIS) um eine Gaslinie erweitert, und für schwer flüchtige Precursoren ein Miniatur-GIS entwickelt. Zur Untersuchung von thermischen Effekten auf die Abscheidecharakteristik wurde eine Substratheizungsregelung gebaut, die im Rasterelektronenmikroskop installiert werden kann. Für die Herstellung metallischer Strukturen mit einem fokussierten Elektronenstrahl standen vier Precursoren zur Verfügung. Dabei handelt es sich um Materialien, die üblicherweise in der thermischen CVD (chemical vapor deposition) Verwendung finden. Mit dem anorganischen Precursor Eisenpentacarbonyl Fe(CO)5 wurden grundlegende Experimente zur Charakterisierung des Abscheideprozesses vorgenommen. Es wurden mehrere Abscheideparameter variiert und deren Auswirkungen auf die Deponate analysiert. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf der Zielvorgabe chemisch reine Abscheidungen herzustellen. Darüber hinaus sollten auch die Abscheideraten maximiert und die erreichbare Strukturgröße minimiert werden. Bei den Experimenten mit Eisenpentacarbonyl wurde ein unerwarteter Effekt des dendritischen Wachstums festgestellt, welcher im Weiteren genauer analysiert wurde. Die drei metallorganischen Precursoren aus der Gruppe der beta-diketonate wurden verwendet, um metallische Kupfer und Gold Strukturen herzustellen. Ebenso wurde der Einfluss von Zusatzgasen auf die Abscheidecharakteristik untersucht.<br />Die Abscheideraten wurden sowohl aus den geometrischen als auch durch profilometrische Messungen bestimmt. Die chemische Zusammensetzung der Abscheidungen wurden mittels EDX (energy dispersive x-ray spectroscopy) System bestimmt. Thermische Nachbehandlungen wurden in einem RTA (rapid thermal annealing) Ofen in definierten Gaszusammensetzungen durchgeführt und deren Auswirkungen auf die Strukturen wurden analysiert. Die elektrischen Eigenschaften der metallischen Strukturen wurden an einem Spitzenmessplatz mit einem industriellen Prober durch Vierpunktmessungen bestimmt. Zur strukturellen Charakterisierung der Eisenabscheidungen wurden Untersuchungen in einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) vorgenommen.<br />Im Laufe der Arbeit zeigte sich, dass der Probenstrom, der mit einem Picoampermeter während des Abscheidevorgangs gemessen wird, Aufschluss über die entstehende Struktur gibt. Die daraus erhaltenen Messkurven werden in dieser Arbeit diskutiert und analysiert.