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Area-Selective Deposition by Cyclic Adsorption and Removal of 1-Nitropropane
The Journal of Physical Chemistry A ( IF 2.7 ) Pub Date : 2023-09-08 , DOI: 10.1021/acs.jpca.3c04339 Josiah Yarbrough 1 , Stacey F Bent 1, 2
The Journal of Physical Chemistry A ( IF 2.7 ) Pub Date : 2023-09-08 , DOI: 10.1021/acs.jpca.3c04339 Josiah Yarbrough 1 , Stacey F Bent 1, 2
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The ever-greater complexity of modern electronic devices requires a larger chemical toolbox to support their fabrication. Here, we explore the use of 1-nitropropane as a small molecule inhibitor (SMI) for selective atomic layer deposition (ALD) on a combination of SiO2, Cu, CuOx, and Ru substrates. Results using water contact angle goniometry, Auger electron spectroscopy, and infrared spectroscopy show that 1-nitropropane selectively chemisorbs to form a high-quality inhibition layer on Cu and CuOx at an optimized temperature of 100 °C, but not on SiO2 and Ru. When tested against Al2O3 ALD, however, a single pulse of 1-nitropropane is insufficient to block deposition on the Cu surface. Thus, a new multistep process is developed for low-temperature Al2O3 ALD that cycles through exposures of 1-nitropropane, an aluminum metalorganic precursor, and coreactants H2O and O3, allowing the SMI to be sequentially reapplied and etched. Four different Al ALD precursors were investigated: trimethylaluminum (TMA), triethylaluminum (TEA), tris(dimethylamido)aluminum (TDMAA), and dimethylaluminum isopropoxide (DMAI). The resulting area-selective ALD process enables up to 50 cycles of Al2O3 ALD on Ru but not Cu, with 98.7% selectivity using TEA, and up to 70 cycles at 97.4% selectivity using DMAI. This work introduces a new class of SMI for selective ALD at lower temperatures, which could expand selective growth schemes to biological or organic substrates where temperature instability may be a concern.
中文翻译：
通过循环吸附和去除 1-硝基丙烷进行区域选择性沉积
现代电子设备变得越来越复杂，需要更大的化学工具箱来支持其制造。在这里，我们探索使用 1-硝基丙烷作为小分子抑制剂 (SMI) 在 SiO 2、Cu、CuO x和 Ru 基材上进行选择性原子层沉积 (ALD)。水接触角测角法、俄歇电子能谱和红外光谱的结果表明，1-硝基丙烷在 100 °C 的最佳温度下选择性化学吸附在 Cu 和 CuO x上形成高质量的抑制层，但不在 SiO 2 和 Ru 上形成高质量的抑制层。然而，当针对 Al 2 O 3 ALD 进行测试时，1-硝基丙烷的单脉冲不足以阻止铜表面上的沉积。因此，开发了一种新的低温 Al 2 O 3 ALD 多步骤工艺，该工艺通过暴露 1-硝基丙烷（铝金属有机前体）和共反应剂 H 2 O 和 O 3进行循环，从而允许顺序重新施加和蚀刻 SMI。研究了四种不同的 Al ALD 前体：三甲基铝 (TMA)、三乙基铝 (TEA)、三(二甲基氨基)铝 (TDMAA) 和二甲基异丙醇铝 (DMAI)。由此产生的区域选择性 ALD 工艺可在 Ru（而非 Cu）上实现最多 50 次 Al 2 O 3 ALD 循环，使用 TEA 时选择性为 98.7%，使用 DMAI 时最多可循环 70 次，选择性为 97.4%。这项工作引入了一种用于较低温度下选择性 ALD 的新型 SMI，它可以将选择性生长方案扩展到可能需要考虑温度不稳定性的生物或有机基质。
更新日期：2023-09-08
中文翻译：
通过循环吸附和去除 1-硝基丙烷进行区域选择性沉积
现代电子设备变得越来越复杂，需要更大的化学工具箱来支持其制造。在这里，我们探索使用 1-硝基丙烷作为小分子抑制剂 (SMI) 在 SiO 2、Cu、CuO x和 Ru 基材上进行选择性原子层沉积 (ALD)。水接触角测角法、俄歇电子能谱和红外光谱的结果表明，1-硝基丙烷在 100 °C 的最佳温度下选择性化学吸附在 Cu 和 CuO x上形成高质量的抑制层，但不在 SiO 2 和 Ru 上形成高质量的抑制层。然而，当针对 Al 2 O 3 ALD 进行测试时，1-硝基丙烷的单脉冲不足以阻止铜表面上的沉积。因此，开发了一种新的低温 Al 2 O 3 ALD 多步骤工艺，该工艺通过暴露 1-硝基丙烷（铝金属有机前体）和共反应剂 H 2 O 和 O 3进行循环，从而允许顺序重新施加和蚀刻 SMI。研究了四种不同的 Al ALD 前体：三甲基铝 (TMA)、三乙基铝 (TEA)、三(二甲基氨基)铝 (TDMAA) 和二甲基异丙醇铝 (DMAI)。由此产生的区域选择性 ALD 工艺可在 Ru（而非 Cu）上实现最多 50 次 Al 2 O 3 ALD 循环，使用 TEA 时选择性为 98.7%，使用 DMAI 时最多可循环 70 次，选择性为 97.4%。这项工作引入了一种用于较低温度下选择性 ALD 的新型 SMI，它可以将选择性生长方案扩展到可能需要考虑温度不稳定性的生物或有机基质。
京公网安备 11010802027423号