Digitální knihovna UPCE přechází na novou verzi. Omluvte prosím případné komplikace. / The UPCE Digital Library is migrating to a new version. We apologize for any inconvenience.

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

ČlánekOmezený přístuppeer-reviewedpublished
dc.contributor.authorAnsari, Mohd Zahid
dc.contributor.authorJaníček, Petr
dc.contributor.authorPark, Ye Jin
dc.contributor.authorNamGung, Sook
dc.contributor.authorCho, Bo Yeon
dc.contributor.authorNandi, Dip K
dc.contributor.authorJang, Yujin
dc.contributor.authorBae, Jong-Seong
dc.contributor.authorHong, Tae Eun
dc.contributor.authorCheon, Taehoon
dc.contributor.authorSong, Wooseok
dc.contributor.authorAn, Ki-Seok
dc.contributor.authorKim, Soo-Hyun
dc.date.accessioned2024-08-24T07:09:57Z
dc.date.available2024-08-24T07:09:57Z
dc.date.issued2023
dc.description.abstractIn 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 further reduced by increasing the growth temperature and by subsequent post-annealing, as evidenced by X-ray photoelectron spectroscopy and secondary-ion mass spectrometry analyses. Finally, ellipsometry analysis was performed to measure the optical properties of the prepared ALD-HfO2 thin films. It is expected that the described process may be of significance in the preparation of high-k films wherein thermally stable amorphous films with extremely conformal and uniform coatings are required to fabricate next-generation electronic devices.eng
dc.description.abstract-translatedV 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 a sekundární iontová hmotnostní spektrometrie. Nakonec byla provedena elipsometrická analýza pro měření optických vlastností připravených tenkých vrstev ALD-HfO2. Očekává se, že popsaný proces může mít význam při přípravě filmů o vysokém k, kde jsou pro výrobu elektronických zařízení nové generace vyžadovány tepelně stabilní amorfní filmy s extrémně konformními a jednotnými povlaky.cze
dc.formatp. 156834eng
dc.identifier.doi10.1016/j.apsusc.2023.156834
dc.identifier.issn0169-4332
dc.identifier.obd39888834
dc.identifier.scopus2-s2.0-85149169290
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/10195/83613
dc.identifier.wos000949722300001
dc.language.isoeng
dc.peerreviewedyeseng
dc.publicationstatuspublishedeng
dc.publisherElsevier Science BVeng
dc.relation.ispartofApplied Surface Science, volume 620, issue: Mayeng
dc.relation.publisherversionhttps://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.156834
dc.rightspouze v rámci univerzitycze
dc.subjectAmorphous hafnium dioxideeng
dc.subjectThin filmseng
dc.subjectAtomic layer depositioneng
dc.subjectBoratabenzene ligandeng
dc.subjectWafer-scale filmseng
dc.subjectAmorfní oxid hafničitýcze
dc.subjectTenké filmycze
dc.subjectDepozice atomových vrstevcze
dc.subjectboratabenzenový ligandcze
dc.subjectpokrytí velkých plochcze
dc.titlePreparation of wafer-scale highly conformalamorphous hafnium dioxide thin films by atomic layer deposition using a thermally stable boratabenzene ligand-containing hafnium precursoreng
dc.title.alternativePříprava vysoce konformních tenkých filmů amorfního oxidu hafničitého pomocí depozice atomární vrstvev za použití tepelně stabilního prekurzoru hafnia obsahujícího boratabenzenový ligand pokrývajících velké plochycze
dc.typeArticleeng
dspace.entity.typePublication

Soubory

Původní svazek

Nyní se zobrazuje 1 - 1 z 1
Načítá se...
Náhled
Název:
janicek_ALD_HFOx_OBD.pdf
Velikost:
14.54 MB
Formát:
Adobe Portable Document Format