Uso de Atomic Layer Deposition para Crescer Films Platinum

Por Editores AZoNano

Índice

Introdução

Filmes ultra-finos de platina depositados sobre substratos de óxido de encontrar um número de aplicações em microeletrônica, nanotecnologia, etc, devido ao fato de que a platina apresenta excelentes propriedades eletrônicas, é quimicamente estável e apresenta atividade catalítica. O Atomic camada de deposição (ALD) técnica é uma técnica de auto-limitada capacidade de deposição precisa e uniforme de filmes finos. Usando esta técnica, as camadas ultra-finas de metal com espessura em escala nanométrica, com alta razão de aspecto pode ser depositado. Existem basicamente dois ALD métodos, ou seja, ALD térmica e plasma remoto ALD. Nas seções subseqüentes, o comportamento de platina ALD crescimento depositados usando tanto essas técnicas serão discutidos.

Processo de ALD

O Flexal-MK II sistema de deposição Pt foi ligado a um plasma indutivamente acoplado (ICP) alimentado com fonte de 300 W e elipsometria. Esse arranjo pode executar plasma remoto, bem como ALD térmica. Trimetil platina (methylcyclopentadienyl) (IV) (MeCpPtMe3) (SAFC, Sigma-Aldrich) foi utilizado como fonte de platina (precursor), este composto foi alojado em um borbulhador de aço inoxidável e submetido a 70 ° C de aquecimento. O vapor resultante foi arrastado para a câmara pelo método de chamar a vapor. A fim de assegurar a utilização máxima do precursor, MeCpPtMe3 precursor estava presente durante o primeiro semi-ciclo de bombeamento e sem o tempo de espera foi de 5 a 10 s. No caso das amostras de óxido de Si (100) substratos foram revestidos com 10-20 nm de espessura de ALD Al ₂ O _3, SiO ₂ e HfO ₂ antes da ALD processo começou. A Tabela 1 apresenta detalhes dos quatro diferentes substratos.

Tabela 1. Os substratos usados ​​para ALD-Pt deposição de filmes

Durante o experimento, a pressão da câmara foi variado 10-40 mT e peças como titular, de câmara e a linha de distribuição foram submetidas a um aquecimento a temperaturas de 120 e 80 ° C, respectivamente. A espessura do filme depositado Pt foi medida usando JA Woollam elipsometria espectroscópica M2000V e composição química foi verificada por análise de energia dispersiva de Raio-X (EDX) e espectroscopia Auger Electron (AES). Uma sonda de quatro pontos foi usado para testar as propriedades elétricas.

Discussão dos resultados experimentais

ALD térmica

Um gráfico da taxa de crescimento contra a resistividade dos filmes de Pt depositados por termo-ALD método de até 600 ciclos é mostrado na Figura 1.

Figura 1 Taxa de crescimento. E resistividade dos filmes de platina por tratamento térmico-ALD, a 300 ° C precursor vs dose de tempo para 600 ciclos

A taxa de crescimento (GR) conspiraram contra resistividade de dados até 2250 ciclos é mostrado na Figura 2. A partir da figura, é evidente que há um ligeiro aumento no GR para a deposição de Pt longo. Além disso, a resistividade da camada de Pt apresentaram uma diminuição quando depositados sobre Si com espessura da camada crescente.

Figura 2. Taxa de crescimento (GR) e resistividade dos filmes de platina por tratamento térmico-ALD número do ciclo vs e se verificar que um GR de Pt térmica-ALD é de cerca de 0.45-0.47Å/cycle ea faixa de resistividade de 14,1 para 12.8μΩ- centímetro de 500 ciclo para ciclo de 2250

Figura 3. Espessura de filmes de platina por tratamento térmico-ALD número do ciclo vs a 300 ° C eo atraso nucleação de Pt-ALD térmica a ser encontrado em torno de 70 ciclos.

O estudo de nucleação característica de Pt e Pd em diferentes substratos revelou que quando Pt é depositado simultaneamente em Si substratos mostrou um aumento no tamanho das partículas e filmes Pt foi contínuo, depois de 75 a 100 ciclos.

Remoto Plasma ALD

A Figura 4 é o enredo do GR de Pt filmes de plasma ALD contra o precursor dose de tempo a 300 ° C. O valor da GR foi 0,43-0,45 Å / ciclo que é quase igual ao obtido pela técnica de ALD térmica.

Figura 4. A taxa de crescimento de filmes de platina por plasma-ALD, a 300 ° C precursor vs dose de tempo

Também a Figura 5 mostra a resistividade e espessura do filme Pt ​​com o número do ciclo, a 300 ° C. Após 500 ciclos o filme Pt ​​oferece uma resistividade de 14,5 μΩ.cm eo atraso de nucleação é de cerca de 20 ciclos, que é muito inferior ao valor do método térmico e uma deposição uniforme de Pt foi visto em vários substratos.

Espessura figura 5. E resistividade dos filmes de platina por plasma-ALD número do ciclo vs a 300 ° C eo atraso nucleação de plasma Pt-ALD é de cerca de 20 ciclos. Comparando com o atraso de nucleação de Pt-ALD térmica de 70 ciclos, isso mostra que plasma-ALD pode reduzir o atraso de nucleação de Pt.

A Figura 6 mostra o gráfico da resistividade exibido pelo filme Pt ​​quando depositados sobre substratos de óxidos pelo método de plasma, a 300 ° C contra o precursor dose de tempo. Pode ser observado a partir da figura que a resistividade de Pt mostrou um decréscimo com o aumento da dose de tempo de até 1.5s, com menor resistividade sob a _dois HfO substrato.

Figura 6. Resistividade do filme de platina em vários óxidos por plasma-ALD a 300oC precursor vs dose de tempo. É claro que a ordem de resistividade do Pt filme é cultivada em óxidos de Si / SiO _2> Si / Al ₂ O _3> Si / ₂ HfO

Os resultados do perfil AES varredura e os testes EDX que foram realizadas sobre o filme pt são mostrados na Figura 7.

Figura 7. AES de 30nm filme Pt cresceu plasma-ALD.

Comparação dos dois métodos

Figura 8 (a e b) fornece os dados obtidos quando Pt filme foi depositado por plasma combinando e ALD térmica por 500 ciclos, a 300 ° C. Os dados revelaram que o tamanho das partículas de Pt crescidos pelo método de plasma foi maior do que a cultivada pelo método térmico para os números mesmo ciclo.

Figura 8. SEM de Pt-ALD filmes (cross-section de espessura e de tamanho de partícula de medição).

A Tabela 2 fornece os dados dos tamanhos de partículas em números e dados de diversas ciclo de deposição Pt em vários substratos.

Tabela 2. Os dados de processo de filmes Pt na superfície do Si, SiO _2, Al ₂ O ₃ e ₂ HfO depositados a 300 ° C por plasma térmico e remoto ALD usando MeCpPtMe3 e O ₂ O ₂ a gás ou plasma (500 ciclos)

Figura 9 mostra o GR e resistividade das camadas Pt depositados sobre substratos de óxido.

Figura taxa de 9. Crescimento e resistividade do plasma Pt-ALD camadas de óxidos diferentes. ₂ HfO é mostrado a maior taxa de crescimento ea mais baixa resistividade deles. Acredita-se que funcionalização de superfície por plasma-ALD e radicais de oxigênio absorvido ricos em HfO superfície ₂ são as razões.

Conclusões

Para concluir, tanto a térmica e os métodos de plasma ALD um depósito de alta qualidade, a camada de Pt uniforme com baixa resistividade. Comparado com o método térmico, o método de plasma ALD mostra atraso menor de nucleação e os filmes ALD Pt mostrou menor resistividade.

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