Deposición por capas atómicas de ZrO₂ en películas a altas temperaturas (>350 °C) utilizando un precursor modificado...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Deposición de película delgada
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• La deposición por capas atómicas (ALD, por sus siglas en inglés) de las películas HfO2 y ZrO2 requiere diferentes temperaturas óptimas de proceso utilizando precursores de tris (dimetilamino) ciclopentadienilo metálico (CpX (NMe2) 3).
• La ALD simultánea para HfxZr1−xO2 requiere alinear estas temperaturas óptimas dispares, lo que plantea un desafío para la composición y las propiedades precisas de la película.
• Los precursores existentes de CpZr ((NMe2) 3 presentan una menor estabilidad térmica en comparación con sus contrapartes de hafnio, lo que limita la flexibilidad de la temperatura de deposición.

Objetivo del estudio:

• Introducir y evaluar un nuevo precursor del ciclo pentadienil Zr (MCPZr) con mayor estabilidad térmica.
• Investigar el comportamiento de crecimiento y las propiedades de las películas de ZrO2 depositadas utilizando MCPZr a la temperatura elevada óptima para HfO2.
• Para comparar las propiedades fisicoquímicas y eléctricas de las películas de ZrO2 cultivadas con MCPZr frente al precursor convencional CpZr ((NMe2) 3) a 350 °C.

Principales métodos:

• Deposición por capa atómica (ALD) de películas de ZrO2 utilizando dos precursores diferentes: CpZr ((NMe2) 3) y el recién desarrollado MCPZr.
• La deposición se llevó a cabo a 350 °C, la temperatura óptima para HfO2 ALD utilizando CpHf(NMe2) 3.
• La caracterización de las propiedades de la película incluyó la densidad física, la concentración de impurezas, la constante dieléctrica, la corriente de fuga y la resistencia a la ruptura dieléctrica.

Principales resultados:

• El precursor MCPZr demostró una estabilidad térmica superior, permitiendo la deposición de ZrO2 a 350 °C.
• Las películas cultivadas con MCPZr presentan una densidad física más alta y concentraciones de impurezas más bajas en comparación con las cultivadas con CpZr(NMe2) 3.
• Las propiedades físico-químicas mejoradas se traducen en características eléctricas mejoradas, incluida una mejor constante dieléctrica, una corriente de fuga reducida y una mejor ruptura dieléctrica.

Conclusiones:

• El nuevo precursor MCPZr facilita la deposición de películas de ZrO2 de alta calidad a la temperatura elevada requerida para la ALD simultánea de HfxZr1−xO2.
• El uso de MCPZr supera las limitaciones de estabilidad térmica de los precursores tradicionales de Zr, lo que permite un mejor control de las propiedades de la película HfxZr1−xO2.
• La calidad mejorada de la película y el rendimiento eléctrico indican un potencial significativo para MCPZr en aplicaciones avanzadas de semiconductores que requieren dieléctricos de alto k.