Användning av Atomic Layer Deposition att växa Platinum Films

Genom AZoNano Redaktörer

Innehåll

Inledning

Ultratunn platina filmer deponeras på oxid substrat hitta ett antal tillämpningar inom mikroelektronik, nanoteknologi, etc, på grund av att platina uppvisar mycket goda elektroniska egenskaper, är kemiskt stabil och utställningar katalytisk aktivitet. Den Atomic Layer Deposition (ALD) teknik är en självbegränsande teknik som kan exakt och enhetlig nedfall av tunna filmer. Med denna teknik kan ultratunna metall skikt som har tjockleken på nanonivå nivå med hög bildformat deponeras. Det finns i princip två ALD metoder, nämligen termisk ALD och avlägsna plasma ALD. I efterföljande avsnitt, beteende platina ALD deponeras tillväxt med båda dessa tekniker kommer att diskuteras.

ALD Process

Den FlexAL-MK II Pt nedfall systemet var ansluten till ett induktivt kopplad plasma (ICP) källa som drivs på 300 W och en ellipsometer. Detta arrangemang kan utföra avlägsna plasma samt termisk ALD. Trimetyl (methylcyclopentadienyl) platina (IV) (MeCpPtMe3) (SAFC, Sigma-Aldrich) användes som platina källa (föregångare), var denna förening inhyst i en rostfri bubbelflaskan och utsätts för 70 ° C av uppvärmning. Den resulterande ånga drogs in i kammaren med ånga dra metoden. För att säkerställa maximal användning av föregångaren var MeCpPtMe3 föregångare närvarande under första halv-cykel utan pumpning och hålltid var 5 till 10 s. Vid oxid prover, var Si (100) substrat belagda med 10 till 20 nm tjocklek ALD Al ₂ O _3, HFO ₂ och SiO ₂ innan ALD processen började. Tabell 1 ger information om de fyra olika substrat.

Tabell 1. Substrat som används för ALD-Pt film nedfall

Under experimentet var kammartryck varierade mellan 10 och 40 Mt och delar som innehavare, kammarmusik och leverans linjen utsattes för uppvärmning till temperaturer på 120 och 80 ° C, respektive. Den deponerade Pt skikttjocklek mättes med JA Woollam M2000V spektroskopiska ellipsometer och kemiska sammansättning kontrolleras av energi dispersiv X-Ray analys (EDX) och Auger elektronspektroskopi (AES). En fyrgradig sond användes för att testa de elektriska egenskaper.

Diskussion av experimentella resultat

Termisk ALD

En tomt på tillväxt mot resistivitet Pt filmer som deponerats av termiskt ALD metod för upp till 600 cykler visas i figur 1.

Figur 1. Tillväxt och resistivitet av platina filmer genom termisk-ALD vid 300 ° C vs föregångare dos-tiden för 600 cykler

Tillväxttakten (GR) plottas mot resistivitet uppgifter upp till 2250 cykler visas i figur 2. Från figuren är det uppenbart att det finns en liten ökning i GR för långa Pt nedfall. Dessutom uppvisade resistivitet Pt lagret en minskning när det deponeras på Si med ökande skikttjocklek.

Figur 2. Tillväxttakt (GR) och resistivitet platina filmer genom termisk-ALD vs cykel nummer och det visar sig att en GR av Pt termiskt ALD är runt 0.45-0.47Å/cycle och resistivitet utbud av 14,1 till 12.8μΩ- cm från 500 cykel till 2250 cykel

Figur 3. Tjocklek platina filmer genom termisk-ALD vs antal cykler vid 300 ° C och kärnbildning försenade Pt termiskt ALD som finns omkring 70 cykler.

Den kärnbildning karaktäristiska studie av Pt och Pd på olika substrat visade att när Pt deponeras samtidigt på Si substrat den visade en ökning i partikelstorlek och Pt filmen var kontinuerligt efter 75 100 cykler.

Remote Plasma ALD

Figur 4 är handlingen i GR för Pt filmer av plasma ALD mot föregångaren dos-tid på 300 ° C. Värdet på GR var 0,43-0,45 Å / cykel som är nästan lika med den som erhålls genom termisk ALD teknik.

Figur 4. Tillväxttakten av platina filmer av plasma-ALD vid 300 ° C vs föregångare dos-tid

Även Figur 5 visar resistivitet och tjocklek Pt film med cykeln antalet till 300 ° C. Efter 500 cykler Pt filmen erbjuder en resistivitet 14,5 μΩ.cm och kärnbildning förseningen är runt 20 cykler, vilket är mycket mindre än värdet i termisk metod och en enhetlig deposition av Pt sågs på olika substrat.

Figur 5. Tjocklek och resistivitet av platina filmer av plasma-ALD vs antal cykler vid 300 ° C och kärnbildning försenade Pt plasma-ALD är cirka 20 cykler. Jämfört med den kärnbildning försenade Pt termiskt ALD på 70 cykler, det visar att plasma-ALD kan minska kärnbildning försening Pt.

Figur 6 visar handlingen i resistivitet ut av Pt filmen när deponeras på oxid substrat med plasma-metoden vid 300 ° C mot föregångaren dos-tiden. Det kan observeras från den siffra som resistivitet Pt visade minskar med ökad dos-tid upp till 1.5s med lägst resistivitet på HFO ₂ substrat.

Figur 6. Resistivitet platina film på olika oxider med plasma-ALD vid 300oC vs föregångare dos-tiden. Det är tydligt att ordningen för resistivitet Pt film odlas på oxider är Si / SiO _2> Si / Al ₂ O _3> Si / HFO ₂

Resultaten av AES-profilen skanna och EDX tester som utfördes på PT filmen visas i Figur 7.

Figur 7. AES av 30nm Pt film vuxit med plasma-ALD.

Jämförelse av de två metoderna

Figur 8 (a och b) ger den data som erhålls när Pt filmen deponeras genom att kombinera plasma och termiska ALD för 500 cykler vid 300 ° C. Uppgifterna visade att partikelstorlek på Pt ökat med plasma-metoden var större än vad som odlas av termiska metoden på samma cykel nummer.

Figur 8. SEM av Pt-ALD filmer (tvärsnitt av tjocklek och kornstorlek mätning).

Tabell 2 ger uppgifter om partikelstorlek på olika cykel siffror och uppgifter Pt nedfall på olika substrat.

Tabell 2. Processen data Pt filmer på ytan av Si, SiO _2, Al ₂ O ₃ och HFO ₂ deponeras vid 300 ° C genom termisk och avlägsna plasma ALD med MeCpPtMe3 och O _2-gas eller O ₂ plasma (500 cykler)

Figur 9 beskriver GR och resistivitet Pt lager deponeras på oxid substrat.

Figur 9. Tillväxt och resistivitet Pt plasma-ALD lager på olika oxider. HFO ₂ visas den högsta tillväxttakten och den lägsta resistiviteten av dem. Man tror att ytan funktionalisering av plasma-ALD och rik-absorberad radikaler syre på HFO ₂ ytan är skälen.

Slutsatser

Avslutningsvis, både termiska och plasma ALD metoderna deponera en hög kvalitet, enhetlig Pt lagret med låg resistivitet. Jämfört med den termiska metoden visar plasma ALD metoden mindre kärnbildning förseningen och ALD Pt filmerna visade lägst resistivitet.

Om Oxford Instruments plasmateknik

Oxford Instruments Plasma Technology erbjuder ett sortiment av högpresterande, flexibla verktyg till kunder halvledare bearbetning involverade i forskning och utveckling samt produktion. Vi specialiserar oss på tre huvudområden:

• Etch
  • RIE, ICP, DRIE, RIE / PE, Ion Beam
• Deposition
  • PECVD, ICP CVD, Nanofab, ALD , PVD, IBD
• Tillväxt
  • HVPE, Nanofab

Denna information kommer, ses över och anpassas från material som tillhandahålls av Oxford Instruments Plasma-tekniken.

För mer information om denna källa, besök Oxford Instruments Plasma-tekniken .