Elektronenverstärkte atomare Schichtabscheidung von einstellbaren TiCₓNᵧ-Dreistoff-Nitridfilmen unter Verwendung von Tetrakis(dimethylamido)titan mit Ammoniak als reaktivem Hintergrundgas

Elektronenverstärkte atomare Schichtabscheidung (EE-ALD) von amorphen, einstellbaren Titankarbonitrid (TiCxNy)-Filmen wurde bei niedrigen Temperaturen erreicht. Die TiCxNy EE-ALD wurde durch sequentielle Expositionen von Tetrakis(dimethylamido)titan (TDMAT) und niederenergetischen Elektronen in Anwesenheit eines kontinuierlichen NH3-Reaktivhintergrundgases (RBG) realisiert. Die Zusammensetzung der TiCxNy-Filme wurde durch Variation des NH3-Hintergrunddrucks und der Elektronenexpositionszeit eingestellt. Die TiCxNy EE-ALD wurde unter Verwendung einer hohlkathodenplasma-Elektronenquelle (HC-PES) durchgeführt. Die HC-PES lieferte einen hohen Elektronenfluss in Hintergrundgasen bei Drücken bis zu mehreren mTorr. TDMAT diente als Quelle für Ti, C und N. Das NH3-RBG diente sowohl als Quelle für zusätzliches N als auch als Methode zur Entfernung von C aus den TiCxNy-Filmen. Das Wachstum der TiCxNy EE-ALD-Filme wurde mittels in situ Ellipsometrie überwacht. Die TiCxNy EE-ALD wurde bei niedrigen Temperaturen durchgeführt, die 130 °C nie überschritten, unter Verwendung von NH3-Drücken von 0 bis 3 mTorr. Der C-Gehalt in den TiCxNy-Filmen konnte durch den NH3-RBG-Druck eingestellt werden. Niedrigere NH3-Drücke führten zu einer stärkeren Einlagerung von C in die TiCxNy-Filme. Das Verhältnis C:Ti variierte von etwa 0,3 bis etwa 0,05 in Abhängigkeit vom NH3-RBG-Druck, gemessen durch Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS), bei konstanter Elektronenexpositionszeit von 10 s. Die Elektronenexpositionszeit wurde ebenfalls genutzt, um den C-Gehalt in den TiCxNy-Filmen zu modulieren. Kürzere Elektronenexpositionen führten zu mehr C-Einlagerung. Das Verhältnis C:Ti variierte von etwa 2 bis etwa 0,1 in Abhängigkeit von der Elektronenexpositionszeit, gemessen durch XPS bei konstantem NH3-Hintergrunddruck von 2 mTorr. In situ 4-Wellenlängen- und ex situ spektroskopische Ellipsometrie konnten elektrische Widerstände der TiCxNy-Filme abschätzen. Der spezifische Widerstand verringerte sich von >2000 μΩ cm auf etwa 200 μΩ cm mit abnehmendem C-Gehalt. Röntgenreflektometrie (XRR) ermöglichte die Bestimmung der Filmdichten. Die Filmdichte für TiN-Filme lag bei 4,6 g/cm³ und nahm mit steigendem C-Gehalt ab. Der C-Gehalt in den TiCxNy-Filmen konnte auch durch ein CH4-RBG variiert werden. Kohlenstoff konnte durch kohlenstoffbasierte EE-Chemische Gasphasenabscheidung (EE-CVD) unter Verwendung von Elektronenexpositionen zusammen mit einem CH4-RBG zugesetzt werden. Kohlenstoff konnte ebenso mittels kohlenstoffbasierter EE-Chemischer Gasphasenätzung (EE-CVE) unter Verwendung von Elektronenexpositionen zusammen mit NH3-RBG entfernt werden. Die Kontrolle des C-Gehalts in den TiCxNy-Filmen gestaltete sich bei Verwendung eines Superzyklus-Ansatzes mit TiN EE-ALD und kohlenstoffbasierter EE-CVD als schwierig.