Simuleret kemisk dampaflejring fra en wolframcarbonitridforløber

Tynde film spiller en central rolle i produktionen af ​​elektronik. De kan dyrkes direkte på en substratoverflade gennem processen med kemisk dampaflejring (CVD), som involverer en reaktion af dampfaseprekursorforbindelser. Baseret på in situ Raman -spektroskopi under simuleret CVD i en tilpasset reaktor, nedbrydningen af ​​en wolframcarbonitridprækursor blev undersøgt under realistiske betingelser. I European Journal of Inorganic Chemistry , forskere har foreslået en nedbrydningsmekanisme.

En af de store fordele ved CVD frem for fysiske teknikker er dens konforme filmvækst, som muliggør ensartet dækning af komplekse tredimensionelle overflader, herunder ekstremt fine strukturer på skiver. En sådan konform filmvækst er nødvendig til fremstilling af diffusionsbarrierer til kobbermetalliserede integrerede kredsløb. Kobberatomer fra ledende spor har en tendens til at diffundere ind i det omgivende silicium eller silica, ændre de elektriske egenskaber og til sidst forårsage svigt i de mikroelektroniske komponenter. Mens de nuværende diffusionsbarrierer består af tantal/tantal nitrid dobbeltlag påført gennem fysisk dampaflejring, alternative materialer anvendt af CVD er blevet overvejet. Wolframcarbonitrid (WNxCy) er en lovende kandidat på grund af dets lave resistivitet, passende termisk og mekanisk stabilitet, og minimal kemisk reaktivitet med andre materialer, der anvendes i integrerede kredsløb.

For at etablere en passende CVD-proces, prækursorforbindelsens beskaffenhed er afgørende. Dens fysiske og kemiske egenskaber og mekanismerne for dets nedbrydningsveje er kritiske for at kontrollere aflejringen og egenskaberne af det deponerede materiale. "Desværre, langt størstedelen af ​​nedbrydningskarakterisering udføres ved hjælp af teknikker, der ikke indfanger CVD -forhold, "siger Lisa McElwee-White. Arbejder med sit team ved University of Florida (Gainesville, OS.), hun var i stand til at overvinde disse begrænsninger ved at simulere CVD -processen i en særlig, specialfremstillede reaktor. Denne reaktor er udstyret med et Raman -spektrometer, muliggør observation af gasfasereaktionsprodukter in situ. Raman -spektroskopi er afhængig af ændringer af molekylers vibrations- og rotationsmåder. Som en forløberforbindelse, forskerne valgte wolfram -imidokomplekset Cl ₄ (CH ₃ CN) WNiPr, en kendt forløber for aerosolassisteret (AA) CVD af wolframcarbonitrid-tynde film.

Baseret på de observerede mellemprodukter kombineret med resultaterne af tidligere beregningsmæssige og ex situ analytiske data, forskerne var i stand til at foreslå en sandsynlig nedbrydningsmekanisme for den forløber, de undersøgte. Det inkluderer en reaktion kendt som σ-bindingsmetatese mellem forløberen W-Cl-binding og H2. Denne reaktion er normalt ugunstig under konventionelle organometalliske reaktionsbetingelser. "At denne reaktion opstår kan skyldes de høje temperaturer og særlige forhold inde i vores CVD -reaktor, "siger McElwee-White. Et andet trin er homolyse af prækursorens imidobinding ved N (imido) -C-positionen. Dette trin er også en højenergireaktion, der kræver høje temperaturer." Vores fund kan forklare den begrænsende aflejringstemperatur observeret for vækst af WNxCy fra imidokomplekser. "