In situ characterization of ALD processes and study of reaction mechanisms for high-k metal oxide formation

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-9926-7
Title: In situ characterization of ALD processes and study of reaction mechanisms for high-k metal oxide formation
Author: Tomczak, Yoann
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Chemistry, Laboratory of Inorganic Chemistry
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Atomic Layer Deposition (ALD) is a thin film deposition method allowing the growth of highly conformal films with atomic level thickness and composition precision. For most of the ALD processes developed, the reaction mechanisms occurring at each step of the deposition remain unclear. Learning more about these reactions would help to control and optimize the existing growth processes and develop new ones more quickly. For that purpose, in situ methods such as quartz crystal microbalance (QCM) and quadrupole mass spectrometer (QMS) are used. These techniques present numerous advantages because they allow monitoring the thin film growth mechanisms directly during the process. Additionally, they do not require separate experiments or large amounts of precursors to test the efficiency of new processes and could be very effective means to monitor industrial processes in real time. This thesis explores the most common in situ analytical methods used to study ALD processes. A review on the ALD metal precursors possessing ligands with nitrogen bonded to the metal center and their reactivity is provided. The results section reports the reaction mechanisms of ALD processes for the deposition of Nb2O5, Ta2O5, Li2SiO3, TiO2 and ZrO2. All the processes studied are using metal precursors with nitrogen bonded ligands and ozone or water for the deposition of high-k and other oxide films.Atomikerroskasvatus (Atomic Layer Deposition, ALD) on ohutkalvojen kasvatusmenetelmä, jonka avulla pystytään kasvattamaan tarkasti atomikerrosten paksuisia ja erittäin konformaalisia kalvoja. Useimpien ALD-prosessien reaktiomekanismit ovat vielä huonosti tunnettuja. Reaktiomekanismien tutkiminen on tärkeää, sillä se auttaa sekä ymmärtämään paremmin jo tunnettuja prosesseja että kehittämään nopeammin uusia. Tähän tarkoitukseen käytetään in situ -menetelmiä, kuten kvartsikidemikrovaakaa (quartz crystal microbalance, QCM) sekä kvadrupolimassaspektrometria (quadrupole mass spectrometer, QMS). Näillä menetelmillä on lukuisia etuja, sillä niiden avulla ohutkalvojen kasvumekanismeja pystytään tarkastelemaan kasvatusprosessin aikana. Lisäksi niiden käyttämiseen ei tarvita suuria määriä lähtöaineita ja ne voivat olla tehokkaita menetelmiä myös teollisten prosessien reaaliaikaisessa seurannassa. Tässä tutkielmassa perehdytään yleisimpiin ALD-prosessien tutkimisessa käytettäviin in situ -menetelmiin. Tutkielmassa on myös kirjallisuuskatsaus sellaisista ALD-metallilähtöaineista, joissa ligandit ovat sitoutuneet metalliatomiin typpiatomin kautta. Väitöskirjan kokeellisessa osassa on tutkittu Nb2O5:n, Ta2O5:n, Li2SiO3:n, TiO2:n ja ZrO2:n ALD-prosessien reaktiomekanismeja. Kaikissa näissä prosesseissa on käytetty edellä mainitun kaltaisia metalli-typpi-sidoksen sisältäviä metallilähtöaineita sekä otsonia tai vettä.
URI: URN:ISBN:978-952-10-9926-7
http://hdl.handle.net/10138/45268
Date: 2014-06-06
Subject: inorganic chemistry
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Tomczak_dissertation.pdf 1.085Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record