Metallorganische Chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) von Übergangsmetallen am Beispiel von Eisen, Ruthenium und Wolfram

Metalorganic Chemical Vapour Deposition (MOCVD) Of The Transition Metals Iron, Ruthenium And Tungsten

  • In der vorliegenden Arbeit wurden metallorganische Eisen-, Ruthenium- und Wolfram¬verbindungen für die Metallorganische Chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) synthetisiert und deren Zersetzungsverhalten im MOCVD-Prozess detailliert untersucht. Vorab wurden die eingesetzten Verbindungen hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften charakterisiert. Es zeigte sich, dass sich aus der [(Aren)(dien)Fe]-Verbindungsklasse das [(1,3-Butadien)(toluol)Fe] wie auch das [(1,3-Cyclohexadien)(toluol)Fe] für Eisenabscheidungen ab einer Temperatur von 120°C eignen. Hinsichtlich des potentiellen Anwendungsbereiches von Eisen als Katalysator für die Herstellung von Carbon Nanotubes (CNTs) wurde die gezieltIn der vorliegenden Arbeit wurden metallorganische Eisen-, Ruthenium- und Wolfram¬verbindungen für die Metallorganische Chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) synthetisiert und deren Zersetzungsverhalten im MOCVD-Prozess detailliert untersucht. Vorab wurden die eingesetzten Verbindungen hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften charakterisiert. Es zeigte sich, dass sich aus der [(Aren)(dien)Fe]-Verbindungsklasse das [(1,3-Butadien)(toluol)Fe] wie auch das [(1,3-Cyclohexadien)(toluol)Fe] für Eisenabscheidungen ab einer Temperatur von 120°C eignen. Hinsichtlich des potentiellen Anwendungsbereiches von Eisen als Katalysator für die Herstellung von Carbon Nanotubes (CNTs) wurde die gezielte Abscheidung von Eisen-Kristalliten auf einem pulverförmigen Al2O3-Träger realisiert. Rutheniumschichten wurden aus den Verbindungen [(1,5-Cyclooctadien)(toluol)Ru] und aus [(Benzol)(1,3-cyclohexadien)Ru] abgeschieden. Da Ruthenium ein sehr vielversprechendes Material für Elektroden in mikroelektronischen Bauteilen ist, stand hier die Abscheidung von metallischem Ruthenium bei möglichst niedrigen Abscheidungstemperaturen und gleichzeitig niedrigen Kohlenstoff-Verunreinigungen der erzeugten Schichten im Vordergrund. Ergebnisse aus Untersuchungen zur Zusammensetzung der abgeschiedenen Ruthenium¬schichten wie auch des MOCVD-Abgases erlaubten die Formulierung von detaillierten Zersetzungsmechanismen und die Identifizierung der eigentlichen Quellen für die eingelagerten Kohlenstoff-Verunreinigungen. Dabei ist es im Rahmen der vorliegenden Arbeit gelungen, den Kohlenstoff-Anteil durch Optimierung des Ruthenium-Precursors sowie durch Optimierung der MOCVD-Prozessparameter deutlich abzusenken. Die MOCVD von Wolfram bzw. Wolframkarbid wurde aus den Verbindungen [(1,3-Butadien)2W(CO)2] und aus [(1,3-Cyclohexadien)2W(CO)2] vorgenommen. Auch in diesem Fall konnten Abscheidungen bereits ab einer Substrattemperatur von 200°C vorgenommen werden. Analysen abgeschiedener Schichten deuten die Anwesenheit von metallischem wie auch von karbidischem Wolfram an.show moreshow less
  • The primary goal in this study was the synthesis of iron-, ruthenium- and tungsten-precursors for the metalorganic chemical vapour deposition (MOCVD) and the analysis of their decomposition behaviour in the MOCVD-process. Prior to the deposition experiments physical properties of the precursors were determined. In case of the iron MOCVD-process [(1,3-butadiene)(toluene)Fe] and [(1,3-cyclohexadiene)(toluene)Fe] were tested as iron precursors. Iron was deposited at a temperature of 120°C. As iron is an effective catalyst for the production of carbon nanotubes (CNTs) the deposition of iron-crystallites on Al2O3-powder was realised in this work. The deposition of ruthenium was carried out from [The primary goal in this study was the synthesis of iron-, ruthenium- and tungsten-precursors for the metalorganic chemical vapour deposition (MOCVD) and the analysis of their decomposition behaviour in the MOCVD-process. Prior to the deposition experiments physical properties of the precursors were determined. In case of the iron MOCVD-process [(1,3-butadiene)(toluene)Fe] and [(1,3-cyclohexadiene)(toluene)Fe] were tested as iron precursors. Iron was deposited at a temperature of 120°C. As iron is an effective catalyst for the production of carbon nanotubes (CNTs) the deposition of iron-crystallites on Al2O3-powder was realised in this work. The deposition of ruthenium was carried out from [(1,5-cyclooctadiene)(toluene)Ru] and [(benzene)(toluene)Ru]. As ruthenium is a very promising material for electrodes in microelectronic devices, the main aim was the deposition of metallic ruthenium with low carbon contaminations at low deposition temperatures. In detailed studies the composition of the deposited ruthenium films and of the MOCVD exhaust gas were determined and allowed the formulation of a detailed decomposition mechanism for the ruthenium precursors. Furthermore the sources for the incorporated carbon contaminations were identified. In this work the carbon contaminations of deposited ruthenium films were reduced effectively by applying an optimised ruthenium precursor and optimised MOCVD-process parameter. The MOCVD of tungsten and tungsten carbide was investigated using the complexes [(1,3-butadiene)2W(CO)2] and [(1,3-cyclohexadiene)2W(CO)2]. Depositions were already realised at a substrate temperature of 200°C. Analyses of the deposited films indicate the presence of metallic and carbidic tungsten phases.show moreshow less

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Metadaten
Author:Andreas Schneider
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus-3858
Advisor:Nadja Popovska
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2006
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Date of final exam:2006/05/04
Release Date:2006/05/26
Tag:Dünnschichttechnologie; Zersetzungsmechanismen; maßgeschneiderte Precursoren
Decomposition mechanism; Thin Film Technology; tailor-made precursors
SWD-Keyword:Beschichtung; Gaschromatographie
Original publication:Dissertation Andreas Schneider.pdf
Institutes:Technische Fakultät / Technische Fakultät -ohne weitere Spezifikation-
Dewey Decimal Classification:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Chemische Verfahrenstechnik / Chemische Verfahrenstechnik
open_access (DINI-Set):open_access

$Rev: 13581 $