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ZrO2 Monolayer as a Removable Etch Stop Layer for Thermal Al2O3 Atomic Layer Etching Using Hydrogen Fluoride and Trimethylaluminum
Chemistry of Materials ( IF 7.2 ) Pub Date : 2020-11-29 , DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c03335 David R. Zywotko 1 , Omid Zandi 2 , Jacques Faguet 2 , Paul R. Abel 2 , Steven M. George 1
Chemistry of Materials ( IF 7.2 ) Pub Date : 2020-11-29 , DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c03335 David R. Zywotko 1 , Omid Zandi 2 , Jacques Faguet 2 , Paul R. Abel 2 , Steven M. George 1
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A ZrO2 monolayer was demonstrated as a removable etch stop layer (ESL) for thermal Al2O3 atomic layer etching (ALE) using HF and Al(CH3)3 (trimethylaluminum (TMA)) as the reactants. The ZrO2 ESL was deposited on Al2O3 using tetrakis(ethylmethylamido)zirconium (TEMAZ) and H2O. In situ quartz crystal microbalance (QCM) measurements showed that a ZrO2 coverage of ∼190 ng/cm2 completely blocked thermal Al2O3 ALE at 285 °C. This ZrO2 coverage is equivalent to approximately one ZrO2 monolayer. The inhibition of the Al2O3 etch rate was proportional to the ZrO2 fractional coverage. The ZrO2 ESL was effective for hundreds of thermal Al2O3 ALE cycles. In terms of the surface chemistry, the ZrO2 ESL is known to be fluorinated to a ZrOxFy or ZrF4 layer by HF exposure. This fluorinated layer restricts etching by preventing the ligand-exchange reaction with TMA. The fluorinated layer could be easily removed using thermal ALE with HF and AlCl(CH3)2 (dimethylaluminum chloride (DMAC)) as the reactants. The ZrO2 ESL could be deposited and removed repeatedly without changing the Al2O3 etch rate. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) studies observed no trace of Zr on the Al2O3 surface after 7–8 cycles of HF and DMAC sequential exposures. Area selective deposition of the ZrO2 ESL would lead to area selective etching using HF and TMA as the reactants.
中文翻译：
ZrO 2单层作为可去除蚀刻停止层，用于使用氟化氢和三甲基铝蚀刻Al 2 O 3原子层
ZrO 2单层被证明是可移除的蚀刻停止层（ESL），用于使用HF和Al（CH 3）3（三甲基铝（TMA））作为反应物进行热Al 2 O 3原子层蚀刻（ALE）。ZrO 2 ESL使用四（乙基甲基氨基）锆（TEMAZ）和H 2 O沉积在Al 2 O 3上。原位石英晶体微天平（QCM）测量显示，约190 ng / cm 2的ZrO 2覆盖率完全阻止了热Al 2 O 3 ALE在285°C下。ZrO 2覆盖范围大约相当于一个ZrO 2单层。Al 2 O 3蚀刻速率的抑制与ZrO 2分数覆盖率成正比。ZrO 2 ESL可有效用于数百次Al 2 O 3 ALE热循环。就表面化学而言，已知ZrO 2 ESL通过HF暴露被氟化成ZrO x F y或ZrF 4层。该氟化层通过防止与TMA的配体交换反应来限制蚀刻。使用带有HF和AlCl（CH 3）2的热ALE可以轻松去除氟化层（二甲基氯化铝（DMAC））作为反应物。ZrO 2 ESL可以重复沉积和去除，而无需改变Al 2 O 3蚀刻速率。X射线光电子能谱（XPS）研究发现，在HF和DMAC连续曝光7-8个循环后，Al 2 O 3表面没有Zr痕迹。ZrO 2 ESL的区域选择性沉积将导致使用HF和TMA作为反应物进行区域选择性蚀刻。
更新日期：2020-12-08
中文翻译：
ZrO 2单层作为可去除蚀刻停止层，用于使用氟化氢和三甲基铝蚀刻Al 2 O 3原子层
ZrO 2单层被证明是可移除的蚀刻停止层（ESL），用于使用HF和Al（CH 3）3（三甲基铝（TMA））作为反应物进行热Al 2 O 3原子层蚀刻（ALE）。ZrO 2 ESL使用四（乙基甲基氨基）锆（TEMAZ）和H 2 O沉积在Al 2 O 3上。原位石英晶体微天平（QCM）测量显示，约190 ng / cm 2的ZrO 2覆盖率完全阻止了热Al 2 O 3 ALE在285°C下。ZrO 2覆盖范围大约相当于一个ZrO 2单层。Al 2 O 3蚀刻速率的抑制与ZrO 2分数覆盖率成正比。ZrO 2 ESL可有效用于数百次Al 2 O 3 ALE热循环。就表面化学而言，已知ZrO 2 ESL通过HF暴露被氟化成ZrO x F y或ZrF 4层。该氟化层通过防止与TMA的配体交换反应来限制蚀刻。使用带有HF和AlCl（CH 3）2的热ALE可以轻松去除氟化层（二甲基氯化铝（DMAC））作为反应物。ZrO 2 ESL可以重复沉积和去除，而无需改变Al 2 O 3蚀刻速率。X射线光电子能谱（XPS）研究发现，在HF和DMAC连续曝光7-8个循环后，Al 2 O 3表面没有Zr痕迹。ZrO 2 ESL的区域选择性沉积将导致使用HF和TMA作为反应物进行区域选择性蚀刻。
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