Verwenden von Atomic Layer Deposition zu Platinum Films wachsen

Durch AZoNano Editors

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Einführung

Ultra-dünne Platin abgeschiedenen Filme auf Oxid Substrate finden eine Reihe von Anwendungen in der Mikroelektronik, Nanotechnologie, etc., aufgrund der Tatsache, dass Platin sehr gute elektronische Eigenschaften aufweist, ist chemisch stabil und weist katalytische Aktivität. Die Atomic Layer Deposition (ALD) -Technik ist ein sich selbst begrenzender Technik in der Lage genaue und gleichmäßige Abscheidung von dünnen Schichten. Mit dieser Technik kann ultra-dünne Metallschichten mit einer Dicke im Nanometer-Bereich mit hohem Aspektverhältnis hinterlegt. Es gibt grundsätzlich zwei ALD -Methoden, nämlich thermische ALD-und Remote-Plasma-ALD. In den nachfolgenden Abschnitten wird das Verhalten von Platin ALD hinterlegt Wachstum sowohl mit diesen Techniken werden diskutiert.

ALD-Prozess

Die FlexAL-MK II Pt Deposition System wurde auf einem induktiv gekoppelten Plasma (ICP)-Quelle bei 300 W und einem Ellipsometer angetrieben verbunden. Diese Anordnung durchführen können Remote-Plasma sowie thermische ALD. Trimethyl (methylcyclopentadienyl) Platin (IV) (MeCpPtMe3) (SAFC, Sigma-Aldrich) als Platin-Quelle (Vorstufe) verwendet wurde, wurde diese Verbindung in einem Edelstahl-Bubbler untergebracht und einer 70 ° C der Heizung. Der entstehende Dampf in die Kammer durch den Dampf zu ziehen aufgestellt. Um eine maximale Nutzung der Vorstufe zu gewährleisten, wurde MeCpPtMe3 Vorläufer in der ersten halben Zyklus präsentieren, ohne zu pumpen und die Haltezeit war 5 bis 10 s. Im Falle von Oxid-Proben wurden Si (100) Substraten mit 10 bis 20 nm Dicke beschichtet ALD Al ₂ O _3, HfO ₂ und SiO ₂ vor dem ALD -Prozess begann. Tabelle 1 enthält Angaben zu den vier verschiedenen Substraten.

Tabelle 1. Die Substrate für ALD-Pt Schichtabscheidung verwendet

Während des Experiments, der Kammerdruck war 10 bis 40 mT und Teile wie Halter, Kammer-und der Förderleitung variiert wurden, um ein Erhitzen auf Temperaturen von 120 und 80 ° C, bzw. ausgesetzt. Die abgeschiedene Pt Schichtdicke wurde mit JA Woollam M2000V spektroskopischen Ellipsometer und die chemische Zusammensetzung wurde von Energie-dispersive X-Ray Analysis (EDX) und Auger-Elektronenspektroskopie (AES) überprüft. Ein Vier-Punkt-Sonde wurde verwendet, um die elektrischen Eigenschaften zu testen.

Diskussion der Versuchsergebnisse

Thermische ALD

Ein Grundstück von Wachstum gegen Widerstand des Pt abgeschiedenen Filme durch thermische-ALD-Verfahren bis zu 600 Zyklen ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1. Wachstumsrate und Widerstand von Platin-Filme durch thermische-ALD bei 300 ° C vs Vorläufer Dosis-Zeit für 600 Zyklen

Die Wachstumsrate (GR) gegen Widerstand Daten bis zu 2250 Zyklen in Abbildung 2 dargestellt ist. Aus der Abbildung ist es offensichtlich, dass es einen leichten Anstieg der GR für lange Abscheidung von Pt. Auch zeigte sich der spezifische Widerstand des Pt-Schicht eine Abnahme, wenn sie auf Si mit zunehmender Schichtdicke aufgebracht.

Abbildung 2. Wachstumsrate (GR) und Widerstand von Platin-Filme durch thermische-ALD vs Taktzahl und es wird festgestellt, dass ein GR von Pt thermisch-ALD rund 0.45-0.47Å/cycle und der spezifische Widerstand Bereich von 14,1 bis sich 12.8μΩ- cm von 500 Zyklus bis 2250 Zyklus

Abbildung 3. Dicke der Platin-Filme durch thermische-ALD vs Taktzahl bei 300 ° C und die Keimbildung Verzögerung von Pt thermisch-ALD auf rund 70 Zyklen gefunden werden.

Die Keimbildung charakteristischen Studie von Pt und Pd auf verschiedenen Substraten ergab, dass, wenn Pt gleichzeitig auf Si-Substraten abgeschieden es zeigten einen Anstieg der Partikelgröße und Pt-Film wurde kontinuierlich nach 75 bis 100 Zyklen.

Remote-Plasma ALD

Abbildung 4 ist die Handlung des GR der Pt-Filme durch Plasma-ALD gegen die Vorläufer Dosis-Zeit bei 300 ° C. Der Wert des GR wurde 0,43-0,45 Å / Zyklus, die fast gleich, die durch thermische ALD-Technik erhalten wird.

Abbildung 4. Wachstumsrate von Platin Filme von plasma-ALD bei 300 ° C vs Vorläufer Dosis-Zeit

Auch Abbildung 5 zeigt den Widerstand und die Dicke der Pt-Folie mit der Zyklenzahl bei 300 ° C. Nach 500 Zyklen der Pt-Folie bietet einen spezifischen Widerstand von 14,5 μΩ.cm und die Keimbildung Verzögerung ist etwa 20 Zyklen, die viel kleiner als der Wert in thermische Verfahren und eine gleichmäßige Abscheidung von Pt wurde auf verschiedenen Untergründen zu sehen ist.

Abbildung 5. Stärke und Widerstand von Platin-Filme von plasma-ALD vs Taktzahl bei 300 ° C und die Keimbildung Verzögerung von Pt plasma-ALD ist ca. 20 Zyklen. Im Vergleich zu der Keimbildung Verzögerung von Pt thermisch-ALD von 70 Zyklen zeigt sich, dass Plasma-ALD kann die Keimbildung Verzögerung von Pt zu reduzieren.

Abbildung 6 zeigt die Auftragung des spezifischen Widerstandes ausgestellt von der Pt-Film, wenn sie auf-Substrate durch Plasma-Verfahren abgeschieden bei 300 ° C gegenüber dem Vorläufer Dosis-Zeit. Es kann aus der Abbildung zu beachten, dass Widerstand von Pt Rückgang zeigte mit zunehmender Dosis-Zeit bis zu 1,5 s mit dem niedrigsten spezifischen Widerstandes unter dem HfO _2-Substrat.

Abbildung 6. Widerstand von Platin-Film auf verschiedenen Oxiden von plasma-ALD bei 300 ° C vs Vorläufer Dosis-Zeit. Es ist klar, dass die Reihenfolge der Widerstand des Pt-Film auf Oxiden gewachsen Si / SiO _2> Si / Al ₂ O _3> Si / HfO ₂ ist

Die Ergebnisse der AES-Profil zu scannen und die EDX Tests, die auf dem Pt-Film durchgeführt wurden, sind in Abbildung 7 dargestellt.

Abbildung 7. AES von 30nm Pt Film von plasma-ALD gewachsen.

Vergleich der beiden Methoden

Abbildung 8 (a und b) stellt die Daten erhalten, wenn Pt Film wurde durch die Kombination von Plasma-und thermische ALD für 500 Zyklen bei 300 ° C abgeschieden Die Daten zeigten, dass Partikelgröße von Pt durch Plasma-Methode größer geworden als durch thermische Verfahren an der gleichen Zyklus Zahlen gewachsen war.

Abbildung 8. SEM von Pt-ALD-Filme (Querschnitt der Dicke und der Partikelgröße Messung).

Tabelle 2 enthält die Daten der Teilchengrößen in verschiedenen Zyklus-Nummern und Daten von Pt Ablagerung auf verschiedenen Substraten.

Tabelle 2. Die Prozessdaten der Pt-Filme auf der Oberfläche von Si, SiO _2, Al ₂ O ₃ und HfO ₂ hinterlegt bei 300 ° C durch thermische und Remote-Plasma-ALD mit MeCpPtMe3 und O _2-Gas oder O _2-Plasma (500 Zyklen)

Abbildung 9 zeigt die GR und Widerstand des Pt-Schichten abgeschieden auf Oxid-Substraten.

Abbildung 9. Wachstumsrate und Widerstand von Pt plasma-ALD-Schichten auf verschiedenen Oxiden. HfO ₂ ist die höchste Wachstumsrate und dem niedrigsten spezifischen Widerstand von ihnen gezeigt. Es wird angenommen, dass Funktionalisierung von Oberflächen durch Plasma-ALD-und Rich-absorbierten Sauerstoff-Radikale auf HfO ₂ Fläche sind die Gründe.

Schlussfolgerungen

Zum Abschluss, sowohl die thermische und die Plasma-ALD-Verfahren hinterlegen eine hochwertige, einheitliche Pt-Schicht mit niedrigem Widerstand. Im Vergleich zu den thermischen Verfahren, zeigt die Plasma-ALD-Verfahren weniger Keimbildung Verzögerung und der ALD Pt Filme zeigten niedrigsten Widerstand.

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• Ätzen
  • RIE, ICP, DRIE, RIE / PE, Ion Beam
• Ablagerung
  • PECVD, ICP-CVD-, Nanofab, ALD , PVD, IBD
• Wachstum
  • HVPE, Nanofab

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