Publication detail

Preparation of wafer-scale highly conformalamorphous hafnium dioxide thin films by atomic layer deposition using a thermally stable boratabenzene ligand-containing hafnium precursor

Year: 2023

Type of publication: článek v odborném periodiku

Name of source: Applied Surface Science

Publisher name: Elsevier Science BV

Place: Amsterdam

Page from-to: 156834

Titles:

Language	Name	Abstract	Keywords
cze	Příprava vysoce konformních tenkých filmů amorfního oxidu hafničitého pomocí depozice atomární vrstvev za použití tepelně stabilního prekurzoru hafnia obsahujícího boratabenzenový ligand pokrývajících velké plochy	V této studii byly tenké filmy HfO2 připraveny depozicí atomových vrstev (ALD) za použití nového heteroleptického kovového organického prekurzoru [tris (dimethylamino) dimethylaminoboratabenzen hafnium] [eta(6):eta(1)-(C5H5BNMe2)Hf (NMe2) (3); (BBHf)] spolu s O2 jako zdrojem kyslíku v rozmezí teplot (tj. 150-350 °C). Tento nový prekurzor je heteroleptický komplex syntetizovaný zavedením boratabenzenového ligandu (BB) do mateřské Hf kovové koule pro dosažení zvýšené tepelné stability. V tomto systému se O2 používá jako mírný reaktant obsahující kyslík, který nahrazuje typicky používaný ozón (O3). Byla stanovena charakteristická samoomezující depozice s poměrně vysokým růstem na cyklus 0,068 nm a lineární růst byl pozorován jako funkce počtu ALD cyklů. Tepelný rozklad nebyl detekován při teplotě 350 °C nebo pod ní, což ukazuje na zlepšenou tepelnou stabilitu ve srovnání s použitím často používaných Cp (cyklopentadienyl)-amidových prekurzorů. Za podmínek depozice ALD použitých v této studii (275 stupňů C) bylo dosaženo úplného pokrytí s dobrou konformitou na duálních příkopech s vysokým poměrem stran [horní a spodní šířka = 40 a 15 nm, v tomto pořadí, poměr stran (AR) přibližně 6,3 ] a rovnoměrné pokrytí bylo získána na velkém rovinném substrátu (průměr 15 cm). Po žíhání při 700 stupních C se vytvořil vyrostlý film s amorfní strukturou s mírně zvýšenou krystalinitou, zatímco žíhání při 850 stupních C vedlo k vytvoření nanokrystalických HfO2 filmů s amorfními strukturami, jak bylo indikováno měřením rentgenové difrakce. Bylo zjištěno, že takto vyrostlé filmy jsou mírně bohaté na kyslík ve srovnání se stechiometrií HfO2, ačkoli také obsahovaly významné množství zbytkových nečistot, jako je H, B a C (cca 6, 6 a 7 at.% , v tomto pořadí), jak potvrdila Rutherfordova zpětná rozptylová spektrometrie a analýzy detekce elastického zpětného odrazu. Hladiny nečistot byly dále sníženy zvýšením teploty růstu a následným žíháním, jak dokazují rentgenová fotoelektronová spektroskopie	Amorfní oxid hafničitý; Tenké filmy; Depozice atomových vrstev; boratabenzenový ligand; pokrytí velkých ploch
eng	Preparation of wafer-scale highly conformalamorphous hafnium dioxide thin films by atomic layer deposition using a thermally stable boratabenzene ligand-containing hafnium precursor	In the present study, HfO2 thin films were fabricated via atomic layer deposition (ALD) using a novel heteroleptic metal organic precursor [tris (dimethylamino) dimethylaminoboratabenzene hafnium] [eta(6):eta(1)-(C5H5BNMe2)Hf (NMe2)(3); (BBHf)] along with O2 as the oxygen source at a range of growth temperatures (i.e., 150-350 degrees C). This novel precursor is a heteroleptic complex synthesized by the introduction of a boratabenzene ligand (BB) into the parent Hf metal sphere to achieve an enhanced thermal stability. In this system, O2 is used as a mild oxygen-containing reactant to replace the typically employed ozone (O3). Distinctive self-limiting deposition was established with a comparatively high growth per cycle value of 0.068 nm, and linear growth was observed as a function of the ALD cycle number. Thermal decomposition was not detected at or below 350 degrees C, thereby indicating the improved thermal stability compared to when frequently used Cp (cyclopentadienyl)-amide precursors are employed. Under the ALD deposition conditions employed herein (275 degrees C), a complete step coverage was achieved with a good conformality on high aspect ratio dual trenches [top and bottom widths = 40 and 15 nm, respectively, aspect ratio (AR) approximate to 6.3], and uniformity was obtained on the large planar substrate (15 cm diameter). Upon annealing at 700 degrees C, the as-grown film formed an amorphous structure with a slightly enhanced crystallinity, while annealing at 850 degrees C led to the generation of nanocrystalline HfO2 films with amorphous structures, as indicated by X-ray diffraction measurements. The as-grown films were determined to be slightly rich in oxygen compared to the stoichiometry of HfO2, although they also contained significant amounts of residual impurities, such as H, B, and C (similar to 6, 6, and 7 at.%, respectively), as confirmed by Rutherford back-scattering spectrometry and elastic recoil detection analyses. The impurity levels were	Amorphous hafnium dioxide; Thin films; Atomic layer deposition; Boratabenzene ligand; Wafer-scale films

Search

Login for students

Login for employees

Publication detail

Departments

Other Parts

Map

Services

Popular Links