Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at

L21: HT-XRD – Spannungen und Deformationen
Abbildung 3:
Analyse
Veränderung der Reflexlage des
Al(331)-Reflexes von Probe 2 mit der
Temperatur.
Bei der vorliegenden Untersuchung wurden
sehr dünne Aluminiumschichten mittels Magnetron-Sputter-Abscheidung
auf Silizium(100)-Substraten
erzeugt. Dabei wurden 4 Schichten bei unterschiedlichen
Substrat-Temperaturen abgeschieden
(T D = 60, 150, 250, 300°C), um den Einfluss der
Herstellungsbedingungen auf die thermisch induzierten
Spannungen zu untersuchen.
Die Filme wurden Temperaturzyklen von 23°C
bis 450°C ausgesetzt, wobei zur Spannungsbestimmung
alle 50°C ausgewählte Röntgenreflexe
der Aluminiumschicht gemessen gemessen wurden.
Aus dem Diffraktionswinkel 2Θ der Reflexe
(entspricht Intensitätsmaxima der Messprofile in
Abb. 3) relativ zur Richtung des einfallenden Strahls
können die Netzebenenabstände d(hkl) und weiters
die Gitterkonstante a der (kristallinen) Al-Schicht
errechnet werden.
Abbildung 4:
Gitterparameter a als Funktion
von sin 2 ψ.
Die Veränderung der Gitterkonstanten a mit
dem Verkippungswinkel ψ des Strahls relativ zur
Probenoberfläche gibt qualitativen Aufschluss
über Deformationen in der Al-Schicht. Ein linearer
Zusammenhang zwischen der Gitterkonstanten
a und sin 2 ψ weist auf eine isotrope Kristallstruktur
der Al-Schicht (ohne Vorzugsorientierung) hin
(s. Abb. 4). Aus der Steigung der Geraden (steigend
oder fallend) erkennt man das Vorherrschen einer
Zug- oder Druckspannung, und über die Steigung
kann der Spannungszustand auch quantifiziert
werden [1].
Aus den Netzebenenabständen d(hkl) werden
anschließend die Spannungen im Al-Film als Funktion
der Temperatur berechnet. Abb. 5 zeigt die
Abhängigkeit der mechanischen Spannung von
der Temperatur für die 4 unterschiedlichen Metallfilme.
Wie aus Abb. 5 ersichtlich ergeben sich
beim Aufheizen und Abkühlen unterschiedliche
Spannungsverläufe. Man erkennt deutlich den
Unterschied zwischen den beiden Filmen, die bei
niedriger Substrat-Temperatur T D erzeugt wurden
und jenen Filmen mit höherer Abscheidungstem-
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Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005
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