Synthesis and characterisation of Cu, Au and Ir CVD precursors
Synthèse et caractérisation de précurseurs de cuivre, or et iridium et études des dépots de films métalliques correspondants par CVD pour des applications en microelectronique
Résumé
A novel series of fluorine free copper (I) precursors, (b-diketonate)Cu(L) (L = BTMSA or TMSP), has been synthesized by acid-base reaction and characterized. Of these precursors, (5-methyl-2,4-hexanedionate)Cu(BTMSA) and (5,5-dimethyl-2,4-hexanedionate)Cu(BTMSA) are the most interested ones. By using these precursors, continuous, highly pure and electrically conducting copper thin films were grown on Ta/TaN at low deposition temperatures with high deposition rates (50 nm/min). AuCl(PF3) has also been evaluated for Au thermal CVD in this work. This inorganic precursor was used both in solid form (with a conventional bubbler) and in a solution with toluene solvent (use of a liquid delivery system). Use of H2 as co-reactant gas, continuous and highly pure gold metallic thin films were deposited on Ta/TaN at depostion temperatures as low as 110°C. The impact of carrier gas nature (N2, H2) and deposition temperature on the precursor deposition reaction as well as on the properties of grown gold films has been investigated. [IrCl(PF3)2]2 has been used, for the first time in this work, as iridium source for Ir CVD. This inorganic precursor is very volatile but highly air-sensible. Hence, in this work, we have synthesized this precursor "in-situ" in the CVD reactor from IrCl(PF3)4 which is more air stable but more thermally unstable. Under N2 carrier gas, compact, conformal and highly pure iridium thin films were grown on SiO2/Si from 240°C. We have also studied the influence of carrier gas nature (N2, H2, or O2) as well as the deposition temperature on the growth of iridium films.
Des nouveaux précurseurs non fluorés de cuivre (I) de la famille (b-dicétonate)Cu(L) (où L= BTMSA (Bis(triméthylsilyl) acétylène) ou TMSP (1-(triméthyl silyl) propyne)) ont été synthétisés par réaction acide-base et caractérisés. Parmi les précurseurs synthétisés, (5-méthyle-2,4-hexanedionate)Cu(BTMSA) et (5,5-diméthyle-2,4-hexanedionate)Cu(BTMSA) sont les précurseurs les plus prometteurs; ils sont liquides à température ambiante, très volatils et assez stables. A partir des précurseurs, les films adhérents, continus, purs et conducteurs électriques de cuivre métallique ont été déposés à partir de 170°C sur Ta/TaN. L'AuCl(PF3) a été évalué, dans ce travail de thèse, comme précurseur pour déposer de films minces d'or par CVD thermique. Ce précurseur inorganique a été utilisé sous forme solide pur (à l'aide d'un bulleur) ainsi que dissout dans une solution avec le toluène comme solvant (utilisant un système d'injection direct). En utilisant H2 comme gaz co-réactif, les films minces continus, purs d'or ont été déposés sur Ta/TaN à partir de 110°C. Nous avons étudié l'influence de la nature de gaz vecteurs (N2, H2), de la température de dépôt sur la réaction de décomposition du précurseur ainsi que sur les caractéristiques des films obtenus. L'utilisation de [IrCl(PF3)2]2 comme précurseur pour le dépôt CVD d'iridium a été réalisée, pour la première fois, dans ce travail de thèse. Ce précurseur inorganique est très volatil mais sensible. Nous l'avons généré "in-situ" dans le réacteur de dépôt CVD à partir de IrCl(PF3)4, le produit plus stable et manipulable. Sous N2, [IrCl(PF3)2]2 se décompose à partir de 240°C donnant des films compacts, extrêmement purs d'Ir sur SiO2/Si. Dans le cadre de ce travail, l'influence de la nature de gaz vecteurs (N2, H2 ou O2) et de la température de dépôt sur la croissance des films déposés a été également examinée.
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