El uso de deposición de capas atómicas para crecer películas de platino

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Tabla de contenidos

Introducción

Películas ultrafinas de platino depositado sobre sustratos de óxido de encontrar una serie de aplicaciones de la microelectrónica, la nanotecnología, etc, debido al hecho de que el platino presenta propiedades electrónicas muy bueno, es químicamente estable y presenta actividad catalítica. La deposición atómica de capas (ALD) técnica es una técnica de auto-limitación de capacidad de depósito exacto y uniforme de las películas delgadas. Usando esta técnica, una capa muy delgada de metal que tiene un espesor en el nivel de nanoescala con relaciones de aspecto de alta se pueden depositar. Hay básicamente dos ALD métodos, a saber, térmica ALD y remotas ALD plasmática. En las secciones siguientes, el comportamiento de platino ALD crecimiento depositados utilizando estas técnicas se discutirán.

ALD proceso

El FlexAL-MK II sistema de deposición de Pt fue conectado a un plasma de acoplamiento inductivo (ICP) en fuente de alimentación de 300 W y una ellipsometer. Este arreglo puede realizar remoto del plasma, así como ALD térmica. Trimetil (metilciclopentadienil) de platino (IV) (MeCpPtMe3) (SAFC, Sigma-Aldrich) fue utilizado como la fuente de platino (precursor), este compuesto se encuentra en un pelele de acero inoxidable y sometidos a 70 ° C de calentamiento. El vapor resultante se vio envuelta en la cámara de vapor por el método de sorteo. Con el fin de garantizar un uso máximo de los precursores, MeCpPtMe3 precursor estuvo presente durante la primera mitad del ciclo, sin bombeo y el tiempo de espera fue de 5 a 10 s. En el caso de las muestras de óxido, Si (100) sustratos fueron recubiertas con espesor de 10 nm a 20 de ALD Al ₂ O _3, HfO ₂ y SiO ₂ antes de la ALD proceso se inició. La Tabla 1 proporciona detalles de los cuatro sustratos diferentes.

Tabla 1. Los sustratos utilizados para la deposición de la película ALD-Pt

Durante el experimento, la presión de la cámara se varió de 10 a 40 mT y partes, como titular, de cámara y la tubería de transporte se somete a calentamiento a temperaturas de 120 y 80 ° C, respectivamente. El espesor de Pt depositado película se midió utilizando JA Woollam ellipsometer M2000V espectroscópicas y la composición química fue verificada por energía dispersiva de rayos X análisis (EDX) y espectroscopia de electrones Auger (AES). Una sonda de cuatro puntos se utilizó para probar las propiedades eléctricas.

Discusión de los resultados experimentales

ALD térmica

Un gráfico de la tasa de crecimiento frente a la resistividad de las películas de Pt depositado por termo-ALD método de hasta 600 ciclos se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Tasa de crecimiento y de la resistividad de las películas de platino por termo-ALD a 300 ° C vs precursor de la dosis de tiempo para 600 ciclos

La tasa de crecimiento (GR) en función de datos de resistividad hasta 2250 ciclos se muestra en la Figura 2. De la figura, es evidente que hay un ligero aumento en los recursos genéticos a largo deposición de Pt. Por otra parte, la resistividad de la capa de Pt mostraron una disminución cuando se deposita sobre el Si con el aumento de espesor de la capa.

Figura 2. Tasa de crecimiento (GR) y la resistividad de las películas de platino por termo-ALD número de ciclos vs y se encuentra que un GR de Pt-ALD térmica es de alrededor de 0.45-0.47Å/cycle y el rango de resistividad de 14,1 a 12.8μΩ- cm a partir de 500 a 2250 ciclos de ciclo

Figura 3. Espesor de películas de platino por termo-ALD número de ciclos vs a 300 ° C y la demora de la nucleación de Pt-ALD térmica que se encuentran alrededor de 70 ciclos.

El estudio de la nucleación característica de Pt y Pd sobre diferentes sustratos reveló que cuando Pe se deposita simultáneamente en sustratos de silicio que mostró un aumento de tamaño de partícula y el cine Pt se continua después de 75 a 100 ciclos.

Remoto Plasma ALD

La figura 4 es la trama de la GR de Pt películas de ALD plasmática contra el tiempo precursor de la dosis a 300 ° C. El valor de GR fue 0.43-0.45 Å / ciclo, que es casi igual a la obtenida mediante la técnica de ALD térmica.

Figura 4. Tasa de crecimiento de películas de platino por plasma-ALD a 300 ° C vs precursor dosis-tiempo

También la Figura 5 se muestra la resistencia y el espesor de la película de PT con el número de ciclos a 300 ° C. Después de 500 ciclos de la película Pt ofrece una resistividad de 14,5 μΩ.cm y el retardo de la nucleación es de alrededor de 20 ciclos, que es mucho menor que el valor en el método térmico y una deposición uniforme de Pt fue visto en varios sustratos.

Figura 5. Espesor y resistividad de las películas de platino por plasma-ALD número de ciclos vs a 300 ° C y la demora de la nucleación de Pt-ALD plasmática es de alrededor de 20 ciclos. En comparación con el retraso de la nucleación de Pt-ALD térmica de 70 ciclos, muestra que plasma-ALD puede reducir el retraso de la nucleación de Pt.

La figura 6 muestra el diagrama de la resistencia mostrada por la película de Pt, cuando se depositan sobre sustratos de óxido por el método de plasma a 300 ° C contra el precursor de la dosis a tiempo. Se puede observar en la figura que la resistividad del Pt mostró una disminución con el aumento de la dosis hasta 1,5 segundos el tiempo con la menor resistencia en el sustrato HfO _2.

Figura 6. Resistividad de la película de platino en varios óxidos de plasma-ALD a 300 ° C precursor vs dosis-tiempo. Es claro que la orden de la resistividad de la película de Pt crecido en los óxidos es Si / SiO _2> Si / Al ₂ O _3> Si / HfO ₂

Los resultados del perfil de AES exploración y las pruebas de EDX que se llevaron a cabo en la película de PT se muestra en la Figura 7.

Figura 7. AES de 30 nm película Pt crecido un plasma-ALD.

La comparación de los dos métodos

Figura 8 (a, b) proporciona los datos obtenidos cuando Pt película fue depositado por plasma y la combinación de ALD térmica de 500 ciclos a 300 ° C. Los datos revelaron que el tamaño de partícula de Pt crecido por el método de plasma era más grande que el que se cultiva por el método térmico a los números de un mismo ciclo.

Figura 8. SEM de Pt-ALD películas (sección transversal de espesor y la medición del tamaño de partículas).