In-situ Atomic Layer Deposition growth of Hf-oxide

In-situ Atomlagenabscheidung von Hafniumoxid

  • We have grown HfO2 on Si(001) by atomic layer deposition (ALD) using HfCl4, TEMAHf, TDMAHf and H2O as precursors. The early stages of the ALD were investigated with high-resolution photoelectron spectroscopy and x-ray absorption spectroscopy. We observed the changes occurring in the Si2p, O1s, Hf4f, Hf4d, and Cl2p (for HfCl4 experiment) core level lines after each ALD cycle up to the complete formation of two layers of HfO2. The investigation was carried out in-situ giving the possibility to determine the properties of the grown film after every ALD cycle or even after a half cycle. This work focused on the advantages of the in-situ approach in comparison to ex-situ experiments. The study provides to follow the evolution of the important properties of HfO2: contamination level, density and stoichiometry, and influence of the experimental parameters to the interface layer formation during ALD. Our investigation shows that the in-situ XPS approach for ALD gives much more information than ex-situ experiments.
  • Die Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition: ALD) wurde benutzt, um HfO2 auf Si(001) abzuscheiden, wobei HfCl4, TEMAHf, TDMAHf und H2O als Prekursoren zum Einsatz kamen. Das frühe Wachstumsstadium der ALD-Schichten wurde mittels hochaufgelöster Photoelektronen- und Röntgenabsorptionsspektroskopie analysiert. Die Änderungen der Si2p-, O1s-, Hf4f-, Hf4d- und Cl2p- (für HfCl4-Prekursor) Rumpfniveaus nach jedem ALD-Zyklus bis zur vollständigen Bildung von zwei HfO2-Lagen wurden verfolgt. Die Untersuchungen erfolgten in-situ, was eine Charakterisierung nach jedem ALD-Zyklus oder auch nach jedem Halbzyklus ermöglichte. Diese Arbeit fokussiert auf die Vorteile des in situ-Ansatzes im Vergleich zu ex situ-Methoden. Diese Studie liefert Daten über wichtige Eigenschaften von HfO2 und deren Veränderungen während des Schichtwachstums. Dazu zählen Verunreinigungen, Dichte, Stöchiometrie sowie der Einfluss der experimentellen Parameter auf eine Grenzflächenschichtbildung während der ALD. Unsere Ergebnisse zeigen, dass der in-situ-XPS-AnsatzDie Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition: ALD) wurde benutzt, um HfO2 auf Si(001) abzuscheiden, wobei HfCl4, TEMAHf, TDMAHf und H2O als Prekursoren zum Einsatz kamen. Das frühe Wachstumsstadium der ALD-Schichten wurde mittels hochaufgelöster Photoelektronen- und Röntgenabsorptionsspektroskopie analysiert. Die Änderungen der Si2p-, O1s-, Hf4f-, Hf4d- und Cl2p- (für HfCl4-Prekursor) Rumpfniveaus nach jedem ALD-Zyklus bis zur vollständigen Bildung von zwei HfO2-Lagen wurden verfolgt. Die Untersuchungen erfolgten in-situ, was eine Charakterisierung nach jedem ALD-Zyklus oder auch nach jedem Halbzyklus ermöglichte. Diese Arbeit fokussiert auf die Vorteile des in situ-Ansatzes im Vergleich zu ex situ-Methoden. Diese Studie liefert Daten über wichtige Eigenschaften von HfO2 und deren Veränderungen während des Schichtwachstums. Dazu zählen Verunreinigungen, Dichte, Stöchiometrie sowie der Einfluss der experimentellen Parameter auf eine Grenzflächenschichtbildung während der ALD. Unsere Ergebnisse zeigen, dass der in-situ-XPS-Ansatz deutlich mehr Informationen als ex-siut-Experimente liefert.show moreshow less

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Metadaten
Author: Konstantin Karavaev
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus-22617
Referee / Advisor:Prof. Dr. rer. nat. habil. Dieter Schmeißer
Document Type:Doctoral thesis
Language:English
Year of Completion:2011
Date of final exam:2010/06/17
Release Date:2011/09/16
Tag:ALD; Atomlagenabscheidung; HfO2; Röntgen-Photoelektronenspektroskopie; XPS
ALD; Atomic layer deposition; HfO2; X-ray photoelectron spectroscopy; XPS
GND Keyword:Atomlagenabscheidung
Institutes:Fakultät 1 MINT - Mathematik, Informatik, Physik, Elektro- und Informationstechnik / FG Angewandte Physik und Halbleiterspektroskopie
Institution name at the time of publication:Fakultät für Mathematik, Naturwissenschaften und Informatik (eBTU) / LS Angewandte Physik / Sensorik
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