Ein neuer Prozess für die Herstellung von Silberdünnschichten mittels Atomlagenabscheidung

Conference: MikroSystemTechnik 2019 - Kongress
10/28/2019 - 10/30/2019 at Berlin, Deutschland

Proceedings: MikroSystemTechnik Kongress 2019

Pages: 4Language: germanTyp: PDF

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Authors:
Boysen, Nils; Devi, Anjana (Chemie Anorganischer Materialien, Ruhr-Universität Bochum, Deutschland)
Hasselmann, Tim; Riedl, Thomas (Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente, Bergische Universität Wuppertal, Deutschland)

Abstract:
Für die Realisierung von optisch funktionalen Elektroden in Solarzellen ist die Herstellung von dünnen Silberschichten im Bereich von nur wenigen Nanometern nötig. Die Atomlagenabscheidung (ALD) spielt hierbei eine wesentliche Rolle, da eine Kontrolle der Schichtdicke mit Atomlage für Atomlage erfolgen kann. Bisher war die Herstellung von kohärenten Silberschichten mittels ALD nur über Umwege wie z.B. über das Aufbringen einer Nukleationsschicht auf einem Halbleiter oder metalloxidischen Substraten möglich. Die für die ALD von Silberdünnschichten benötigte chemische Vorstufe (Präkursor) wurde bislang noch nicht als möglicher Einflussfaktor für eine frühe Perkolation der dünnen Silberschichten betrachtet. Eine vergleichende Studie zwischen dem Wachstumsverhalten der Silberdünnschichten bei der Verwendung unterschiedlicher Silberpräkursoren konnte bisher nicht durchgeführt werden, da bislang nur ein Silberpräkursor [Ag(fod)(PEt3)] für die ALD geeignete Eigenschaften besitzt. Aufgrund der mangelnden Anzahl an geeigneten Silberpräkursoren wurde eine neue Silberpräkursoren [Ag(NHC)(hmds)] entwickelt, die unter Zuhilfenahme eines N-heterozyklischen Carben Liganden eine besonders hohe thermische Stabilität auch ohne Elemente in der Ligandenumgebung wie Fluor, Phosphor oder Sauerstoff aufweist. Mit diesem Silberpräkursor konnte in einem atmosphärischem plasma-unterstützten räumlich getrennten ALD Prozess bei einer Substrattemperatur von Ts = 100 °C leitfähige (10-5 Ω cm) Silberdünnschichten mithilfe eines Ar/H2 DBE-Plasmas auf Si(100) Substraten hergestellt werden. Die Wachstumsrate (2.1 x 1014 Ag-Atome/(cm2 Zyklus); entspricht 0.36 Å/Zyklus) der Silberschichten wurden mittels Rutherford- Rückstreu-Spektrometrie (RBS) bestimmt und mit der geringeren Wachstumsrate (0.14 Å/Zyklus) eines nominell identischen Prozesses mit der [Ag(fod)(PEt3)] verglichen. Die hergestellten Schichten wurden des Weiteren mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) untersucht, welches die frühere Perkolation der Metallinseln mit [Ag(NHC)(hmds)] bestätigt. Mit der Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) konnte die hohe Reinheit (< 1.5 at.% Kohlenstoff, < 0.8 at.% Silicium) bestätigt werden. Diese neue Entwicklung im Bereich der Metall ALD soll den Weg zur zukünftigen Fertigung von hochtransparenten Solarzellen mit gesteigerter Effizienz ebnen und weitere Anwendungen dieser dünnen Metallschichten in der mikroelektronischen Anwendung ermöglichen.