プラチナフィルムを育てる原子層の沈殿の使用

AZoNano エディターによって

目録

導入
ALD プロセス
実験結果の議論
     熱 ALD
     遠隔血しょう ALD
     2 つの方法の比較
結論
オックスフォードの器械血しょう技術について

導入

酸化物の基板で沈殿する極めて薄いプラチナフィルムはマイクロエレクトロニクス、プラチナが非常によい電子特性を表わし、化学的に安定して、そして触媒作用作業を表わすという事実によるナノテクノロジー、等のいくつかのアプリケーションを見つけます。 原子層の沈殿 (ALD)技術は薄膜の正確な、均一沈殿が可能な自己限定の技術です。 この技術を使用して、高いアスペクトレシオの nanoscale のレベルで厚さを持っている極めて薄い金属の層は沈殿させることができます。 基本的に 2 つの ALD 方法が、即ち、熱 ALD および遠隔血しょう ALD あります。 それに続くセクションでは、両方のこれらの技術を使用して沈殿したプラチナ ALD 成長の動作は論議されます。

ALD プロセス

FlexAL MK II Pt の沈殿システムは 300 W および ellipsometer で動力を与えられた (ICP)帰納的につながれた血しょうソースに接続されました。 この整理は遠隔血しょう、また熱 ALD を行うことができます。 Trimethyl (methylcyclopentadienyl) プラチナ (IV) (MeCpPtMe3) (SAFC、シグマAldrich) プラチナソース (前駆物質) として、この混合物収容され、ステンレス鋼のバブラーで暖房の 70°C に服従させました使用されました。 生じる蒸気は蒸気引くこと方法によって区域に引かれました。 前駆物質の最大使用法を保障するため、 MeCpPtMe3 前駆物質はポンプでくまないで最初の半サイクルの間に現在であり、 ALD プロセスが始まった前に保留時間は酸化物のサンプル、 Si の (100 つの) 基板の場合には ALD AlO、 HfO および SiO の 20 nm の厚さへの23 10 が2 5 へ2 10 S. 塗られましたでした。 表 1 は 4 つの基板の細部を提供したものです。

表 1。 ALD Pt フィルムの沈殿に使用する基板

基板 ALD 酸化物プロセス ALD の酸化膜厚さ (nm) ALD プロセス温度 (oc) ALD の前駆物質
Si (100)

/

/

/

/

SiO/Si2

血しょうALD

10

200

TRDMAS

AlO/Si23

血しょうALD

18

200

TMA

HfO/Si2

血しょうALD

10

290

TEMAH

実験の間に、区域圧力は 10 から 40 mT まで変わり、ホールダー、区域および配達ラインのような部分は 120 および 80°C の温度へ熱することに、それぞれ服従しました。 沈殿させた Pt のフィルム厚さは J.A. Woollam M2000V の分光 ellipsometer を使用して測定され、化学成分はエネルギー分散 X 線分析 (EDX) およびオージェ電子分光によって点検されました (AES)。 4 点のプローブが電気特性をテストするのに使用されました。

実験結果の議論

熱 ALD

600 のサイクルまで熱ALD 方法によって沈殿する図 1. で Pt のフィルムの抵抗に対する成長率のプロットは示されています。

図 1. 300°C の熱ALD によるプラチナフィルムの成長率および抵抗対 600 のサイクルのための前駆物質の線量時間

2250 のサイクルまで (GR)抵抗データに対して計画される成長率は図 2. で示されています。 図から、それは長い Pt の沈殿のための GR にわずかな増加があること明白です。 また、 Pt の層の抵抗は増加する層の厚さの Si で沈殿させたとき減少を表わしました。

熱ALD Pt の (GR) GR が 500 サイクルからの 2250 サイクルに 14.1 に 12.8μΩ cm の 0.45-0.47Å/cycle そして抵抗の範囲のまわりにあることが図 2. サイクルの番号およびそれ対熱ALD によるプラチナフィルムの成長率および抵抗は分られます

図 3 は 70 のサイクルで熱 ALD で核形成の遅延を示します。

 

300°C のサイクル番号対熱ALD によるプラチナフィルムの図 3. 厚さおよび熱ALD 70 のサイクルのまわりで見つけられるべき Pt の核形成の遅延。

異なった基板の Pt そして Pd の核形成の独特の調査は粒度および Pt のフィルムの増加は 75 から 100 つのサイクルの後で連続的だったことを Pt が Si の基板で同時に沈殿するとき示したことを明らかにしました。

遠隔血しょう ALD

図 4 は 300°C. に前駆物質の線量時間に対して血しょう ALD によって Pt のフィルムの GR のプロット行います。 GR の値は熱 ALD の技術によって得られるそれとほとんど等しい 0.43-0.45 Å/cycle でした。

図 4. 300°C の血しょうALD によるプラチナフィルムの成長率対前駆物質の線量時間

また図 5 は 300°C. でサイクル番号を用いる Pt のフィルムの抵抗そして厚さを示します。 500 のサイクルの後で Pt のフィルムは 14.5 μΩ.cm の抵抗を提供し、 Pt の熱方法そして均一沈殿の値がさまざまな基板で見られたよりより少し大いにの核形成の遅延はおよそ 20 のサイクルです。

血しょうALD によるプラチナフィルムの図 5. 厚さおよび抵抗は対 300°C のサイクル番号および Pt 血しょうALD の核形成の遅延およそ 20 のサイクルです。 血しょうALD が Pt の核形成の遅延を減らすことができることを 70 のサイクルの熱ALD Pt の核形成の遅延と比較して示します。

前駆物質の線量時間に対して 300°C で血しょう方法によって酸化物の基板で沈殿させたとき図 6 は Pt のフィルムによって表わされる抵抗のプロットを示します。 それは図から Pt の抵抗が HfO の基板の最も低い抵抗の 1.5s まで線量時間の増加を用いる減少を示したこと観察する2 ことができます。

300oC の血しょうALD によるさまざまな酸化物のプラチナフィルムの図 6. 抵抗対前駆物質の線量の時間。 酸化物で育つ Pt のフィルムの抵抗の順序が Si/SiO > Si/AlO> Si/HfO あることは2 明確23です2

pt のフィルムで遂行された AES のプロフィールスキャンおよび EDX のテストの結果は図 7. で示されています。

血しょうALD によって育つ 30nm Pt のフィルムの図 7. AES。

2 つの方法の比較

Pt のフィルムが 300°C. の 500 のサイクルのための血しょうそして熱 ALD の結合によって沈殿した時図 8 (a および b) はデータを得られる提供します。 データは血しょう方法によって育った Pt の粒度が同じサイクル番号で熱方法によって育ったそれより大きかったことを明らかにしました。

PtALD フィルムの図 8. SEM (厚さおよび粒度の測定の横断面)。

表 2 はさまざまなサイクル番号で粒度のデータおよびさまざまな基板で Pt の沈殿のデータを提供したものです。

表 2。 MeCpPtMe3 および O のガスか O 血しょう (500 のサイクル) を使用して熱2および遠隔23 血しょう ALD2 によって 300°C で沈殿する Si、 SiO、 AlO および HfO の2 表面の Pt の2 フィルムのプロセスデータ

Pt サンプル実行

ALD プロセス 基板 50 のサイクルの粒度 100 つのサイクルの粒度 成長率 (Å/cycle) 抵抗 (μΩ cm)
1

熱ALD

Si/native SiO2 (~1nm)

1.6 ±0.2

2.1 ±0.2

0.44 ±0.01

14.1 ±0.2

2

血しょうALD

Si/native SiO2 (~1nm)

2.0 ±0.2

3.2 ±0.2

0.45 ±0.01

14.5 ±0.2

3

熱ALD

Si/SiO2 (10nm ALD)

2.2 ±0.2

2.6 ±0.2

0.43 ±0.01

15.1 ±0.2

4

血しょうALD

Si/SiO2 (10nm ALD)

2.5 ±0.2

3.6 ±0.2

0.44 ±0.01

31.2 ±0.5

5

熱ALD

Si/AlO23 (18nm ALD)

/

/

0.46 ±0.01

25.2 ±0.5

6 血しょうALD Si/AlO23 (18nm ALD) / / 0.47 ±0.02 18.3 ±0.3
7 血しょうALD Si/HfO2 (10nm ALD) 3.7 ±0.3 5.6 ±0.5 0.49 ±0.02 14.0 ±0.5

図 9 は酸化物の基板で沈殿する Pt の層の GR そして抵抗を描写します。

さまざまな酸化物の図 9. Pt 血しょうALD 層の成長率および抵抗。 HfO は2 それらの高い成長のレートそして最も低い抵抗を示されています。 血しょうALD による表面の functionalization および HfO の表面の豊富吸収された酸素基が理由である2 と考えられています。

結論

へ完了するためには、上昇温暖気流および血しょう ALD 方法は両方低い抵抗の良質の、均一 Pt の層を沈殿させます。 熱方法と比較されて、血しょう ALD 方法は少し核形成の遅延および最も低い抵抗を示されている ALD Pt のフィルムを示します。

オックスフォードの器械血しょう技術について

オックスフォードの器械血しょう技術は研究開発にかかわる顧客を処理する半導体に高性能、適用範囲が広いツールおよび生産の範囲を提供します。 私達は 3 つのメインエリアを専門にします:

  • 腐食
    • RIE、 ICP、 DRIE、 RIE/PE のイオンビーム
  • 沈殿
    • PECVD、 ICP CVD、 Nanofab、 ALD、 PVD、 IBD
  • 成長
    • HVPE、 Nanofab

この情報はオックスフォードの器械血しょう技術によって提供される材料から供給され、見直され、そして適応させて。

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Date Added: May 17, 2011 | Updated: Sep 24, 2013

Last Update: 24. September 2013 05:42

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