Rationales Design der selektiven thermischen Atomlagenätzprozesse durch Computerchemie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Theoretische Berechnungen wurden durchgeführt, um Reaktionsmechanismen des thermischen Atomlagenätzens (ALE) zu verstehen und die Entwicklung neuer Prozesse zu unterstützen. Im ersten Fallbeispiel wurde das thermische ALE von Al2O3 mit HF und AlMe3 (Me = CH3) untersucht. Thermodynamische Modellierung und Berechnungen mittels Dichtefunktionaltheorie (DFT) zeigen einen zweistufigen Mechanismus für die AlF3-Ätzung durch AlMe3, bei dem zunächst eine AlF3-xMex-Schicht auf der Oberfläche gebildet und anschließend durch Bildung flüchtiger Dimere mit AlMe3 entfernt wird. Dieser Reaktionsmechanismus wurde verwendet, um potenzielle neue Ätzmittel für das thermische Al2O3 ALE zu finden. In der Folge wurden theoretische Berechnungen durchgeführt, um das thermische ALE von metallischem Cu, einem wichtigen Material in der Back- End-of-Line-Metallisierung, zu untersuchen. Obwohl Cl2 als potenzieller Coreaktant für Cu ALE in Betracht gezogen wurde, benötigte es eine höhere Reaktionstemperatur als O 2 oder O3. DFT-Berechnungen unter Verwendung von Oberflächenmodellen zeigten, dass die Desorption von Ätzprodukten von der Oberfläche der geschwindigkeitsbestimmende Schritt ist. Um neue Ätzmittel für die Cu ALE zu entdecken, wurde ein "Reverse Engineering"-Ansatz vorgeschlagen, der darin besteht, mit den gewünschten Ätzprodukten zu beginnen und rückwärts zu arbeiten, um die erforderlichen Ätzmittel zu finden. Dieser Ansatz vereinfacht auch die Suche und stellt nicht nur sicher, dass das Ätzprodukt die erforderliche Stabilität und Flüchtigkeit hat.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Ab initio study on the surface reactions of thermal atomic layer etching of Al2O3. The AVS 20th International Conference on Atomic Layer Deposition. 2020, Belgium.
Xiao Hu, Jörg Schuster & Stefan Schulz
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Ab initio calculations on the thermal atomic layer etching of copper. The AVS 22th International Conference on Atomic Layer Deposition. 2022, Belgium.
Xiao Hu & Jörg Schuster
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Chemical Mechanism of AlF3 Etching during AlMe3 Exposure: A Thermodynamic and DFT Study. The Journal of Physical Chemistry C, 126(17), 7410-7420.
Hu, Xiao & Schuster, Jörg
