Revista de Investigación y Desarrollo
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Espectrometría de Masas 2017: Celda de Knudsen aplicada a la investigación de vapores de precursores organometálicos. - Ioana Nuta - Universidad de Orleans

ioana nuta

Introducción En el campo de la microelectrónica, el tamaño decreciente continuo de los dispositivos de silicio de circuitos integrados (IC) requiere la mejora de los procesos de deposición de vapor químico (CVD) y deposición de capa atómica (ALD) de la fábrica, así como de las materias primas utilizadas como fuentes de moléculas. Para lograr la deposición a baja temperatura de películas puras y conformes, se necesitan precursores muy reactivos que conduzcan a reacciones superficiales completamente autolimitantes. Pentakis (dimetilamido) tantalio (PDMAT) es la fuente de tantalio más común para la deposición de capas de TaN que se utilizan como barreras para evitar la difusión de cobre en silicio y dieléctrico en dispositivos semiconductores de metalización multinivel. El material de barrera debe tener una resistividad b1000 μΩ cm para mantener una excelente conductividad eléctrica entre las capas de cobre y silicio. Para este propósito, la fase TaN cumplió con estos requisitos, pero la mayoría de los intentos de depositar la fase TaN pura a menudo han fallado [1,2]. Se han obtenido algunas películas delgadas con una relación N/Ta de 0,8 a 1 a partir de PDMAT con ALD asistido por plasma [3] y ALD térmico [4]. Sin embargo, la información sobre el comportamiento físico y químico de este precursor es escasa y se desconocen las especies que fueron transportadas a la cámara de depósito. Esta información sería necesaria para gestionar la reducción de Ta(V) a estado de oxidación de Ta(III) en el proceso de deposición. El espectrómetro de masas acoplado a una celda de efusión Knudsen ya ha demostrado ser una poderosa herramienta para estudiar la estabilidad de las moléculas gaseosas, la termodinámica de las fases condensadas y, en general, los procesos de vaporización [5,6]. El objetivo de este estudio es investigar las propiedades de vaporización de PDMAT utilizando un "reactor organometálico (OM)" específico; acoplado a un espectrómetro de masas. 2. Pentakis(dimetilamido) tantalio experimental (PDMAT), Ta[N(CH3)2]5, se adquirió de Air Products (98 % de pureza). Además de los productos de descomposición, el PDMAT contiene pocas impurezas metálicas como Al, 0,52 ppm, Li, 0,25 ppm, Na, 1,03 ppm y Sn, 0,3 ppm. Debido a su sensibilidad a la humedad, la limpieza y el llenado de la celda deben realizarse en una caja de guantes bajo argón seco (≤1 ppm H2O). El estudio de la vaporización del PDMAT se llevó a cabo utilizando un espectrómetro de masas magnéticas (original Nuclide Corporation 1967) acoplado a una celda de efusión Knudsen. En el campo de la microelectrónica, el tamaño decreciente continuo de los dispositivos de silicio de circuitos integrados (IC) requiere la mejora de los procesos de deposición de vapor químico (CVD) y deposición de capa atómica (ALD) de la fábrica, así como de las materias primas utilizadas como fuentes de moléculas. Para lograr la deposición a baja temperatura de películas puras y conformes, se necesitan precursores muy reactivos que conduzcan a reacciones superficiales completamente autolimitantes. Pentakis (dimetilamido) tantalio (PDMAT) es la fuente de tantalio más común para la deposición de capas de TaN que se utilizan como barreras para evitar la difusión de cobre en silicio y dieléctrico en dispositivos semiconductores de metalización multinivel. El material de barrera debe tener una resistividad b1000 μΩ cm para mantener una excelente conductividad eléctrica entre las capas de cobre y silicio. Para este propósito, la fase TaN satisfizo estos requisitos, pero la mayoría de los intentos de depositar la fase TaN pura a menudo han fallado. Se han obtenido algunas películas delgadas con una relación N/Ta de 0,8 a 1 a partir de PDMAT con ALD asistido por plasma y ALD térmico. Sin embargo, la información sobre el comportamiento físico y químico de este precursor es escasa y, concretamente, se desconocen las especies que se transportaron a la cámara de deposición. . Esta información sería necesaria para gestionar la reducción de Ta(V) a estado de oxidación de Ta(III) en el proceso de deposición. El espectrómetro de masas acoplado a una celda de efusión Knudsen ya ha demostrado ser una poderosa herramienta para estudiar la estabilidad de las moléculas gaseosas, la termodinámica de las fases condensadas y, en general, los procesos de vaporización. El objetivo de este estudio es investigar las propiedades de vaporización de PDMAT utilizando un "reactor organometálico (OM)" específico; acoplado a un espectrómetro de masas, los parámetros termodinámicos relevantes se toman de la literatura, como actividades, presiones parciales y coeficientes de interacción. Según nuestros resultados, la destilación de fósforo al vacío se produce a altas temperaturas. Sin embargo, el oxígeno residual presente en el vacío es un obstáculo para la destilación, ya que se evapora en forma de óxidos de silicio.