Verlag des Forschungszentrums Jülich

JUEL-4153
Ganster, Ralf
Metallorganische Gasphasenabscheidung (MOCVD) oxidischer Dünnschichten aus dem Materialsystem Barium-Titanat-Zirkonat für integrierte Kondensatoren
X, 176 S., 2004

Die vorliegende Arbeit zielt erstmals darauf ab, Schichten aus dem alternativen hoch- DK-Material Barium-Titanat-Zirkonat (Ba(Ti1-xZrx)O3) über einen MOCVD-Prozess in hoher Qualität zu wachsen und im Hinblick auf ihre dielektrischen Eigenschaften für eine spätere Anwendung in den Einsatzbereichen ‚integrierte Kondensatoren für Speicherbausteine’ bzw. ‚durchstimmbare Mikrowellenantennen’ zu charakterisieren. Entscheidend für eine Diskussion der Zusammenhänge zwischen Mikrostruktur und elektrischen Eigenschaften der Schichten ist ein Verständnis des MOCVD–Prozesses einerseits und des Wachstumsprozesses der (Ba(Ti1-xZrx)O3)-Schichten andererseits. Zum ersten zählt auch die Chemie der Precursoren sowie der Verdampfungs- und Zersetzungsprozess.
Im Vordergrund der Arbeit stand die Integration des neuartigen TriJetTM- Verdampfersystems für flüssige, organische Precursoren in eine MOCVD-Laboranlage mit Horizontalreaktor (AIX-200) der Firma AIXTRON. Zur Prozesseinstellung und -optimierung waren sämtliche freie Parameter für das Material und die für diese MOCVD-Anlage bislang nicht zum Standardspektrum zählenden Precursoren neu anzupassen. Die Abscheidung wurde im Hinblick auf ein reproduzierbares Wachstum qualitativ hochwertiger BTZ-Schichten verfeinert. Die erzielten dielektrischen Eigenschaften von Ba(Ti0.76Zr0.24)O3-Schichten übertreffen in Bezug auf geringe dielektrische Verluste (tan δ = 0,005) und Durchstimmbarkeiten von 20 - 50 % bei Dielektrizitätszahlen von etwa 200 deutlich die in der Literatur angegebenen Werte von BTZ-Schichten, die nach CSD- oder Sputterverfahren hergestellt wurden.


This thesis targets for the first time at the growth of high-quality layers of the alternative high-k material barium titanate zirconate (Ba(Ti1-xZrx)O3) via an MOCVD process. Their dielectric attributes will be characterized in the light of possible applications such as integrated capacitors for memory chips and tunable microwave antennas. It is of pivotal importance to understand the MOCVD process itself but the growth of Ba(Ti1-xZrx)O3 layers as well in order to discuss relationships between microstructure and electrical results. The understanding of MOCVD is also devoted to the chemistry of precursors and furthermore to evaporation and decomposition.
One of the priorities of this work was the integration of the novel TriJetTM vaporizer for liquid organic precursors within the built-up of a new MOCVD laboratory system based on a horizontal reactor (AIX-200) provided by AIXTRON. All free process parameters had to be adjusted and optimised both for the material and the new set of non-standard precursors regarding the MOCVD system. Growth was improved in terms of reproducible BTZ films with a high quality. Taking low dielectric losses (tan δ = 0,005) and tunabilities between 20 - 50 % at dielectric constants of about 200 into account the final characteristics of Ba(Ti0.76Zr0.24)O3 films exceed significantly values of BTZ films found in literature that were fabricated by CSD or sputtering.

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Letzte Änderung: 07.06.2022