Uitgangsverbinding die bij CVD of ALD reageert en de gewenste film vormt. Voorbeelden zijn TEOS en organometallische verbindingen.
Japanse benaming: プリカーサ(前駆体)
“Precursor (voorloper)” komt voor in 1 oefenvragen uit 1 onderwerpen, bijv. Laagafzetting (CVD, PVD).
Vakgebied: Procesmaterialen (gassen, chemicaliën)
Bij chemical vapor deposition (CVD) stroomt precursordamp over een verwarmde wafer, adsorbeert aan het oppervlak en ontleedt of reageert met een co-reactant, waarbij een vaste laag achterblijft terwijl vluchtige bijproducten worden weggepompt. Silaan (SiH4) ontleedt tot silicium en waterstof, wolfraamhexafluoride (WF6) wordt gereduceerd tot wolfraam met HF als bijproduct, en TEOS valt uiteen tot SiO2. Bij atomic layer deposition (ALD) chemisorbeert de precursor op oppervlakteplaatsen totdat die bezet zijn, wordt het overschot weggespoeld en maakt een aparte reactant zoals water, ozon of ammoniak de reactie af, wat ongeveer 0,1 nm per cyclus oplevert.
Een bruikbare precursor moet vluchtig genoeg zijn om als damp te worden aangevoerd; vloeistoffen zoals TEOS worden verdampt door er een draaggas doorheen te laten borrelen (bubbler) of met directe vloeistofinjectie. Hij moet het transport overleven zonder in de gasfase te ontleden, maar wel gemakkelijk aan het oppervlak reageren. Zijn liganden moeten zuiver vertrekken: chloriden zoals HfCl4 zijn thermisch stabiel rond 300 °C maar kunnen chloor in de laag achterlaten, terwijl organometaalverbindingen zoals TEMAHf bij lagere temperatuur reageren maar koolstof kunnen achterlaten. Ook veiligheid telt, en daarom wordt vloeibaar TEOS voor oxide vaak verkozen boven pyrofoor silaan.
Bij lage temperatuur is de oppervlaktereactie traag en bepaalt die de depositiesnelheid, die dan de Arrhenius-wet volgt en exponentieel van de temperatuur afhangt, zodat de temperatuuruniformiteit van de wafer de dikte-uniformiteit bepaalt. Omdat precursormoleculen diep in trenches kunnen diffunderen voordat ze reageren, geeft dit regime een goede step coverage. Bij hoge temperatuur is de reactie snel en beperkt de aanvoersnelheid van de precursor de groei, zodat de uniformiteit van de gasstroming ertoe doet en de openingen van trenches meer laag krijgen en kunnen dichtgroeien (pinch-off). Grote blootliggende oppervlakken verbruiken meer precursor en vertragen de depositie, een effect dat loading heet.
Siliciumlagen en epitaxie gebruiken silaan, dichloorsilaan (SiH2Cl2) en trichloorsilaan (SiHCl3), meestal verdund in waterstof, dat ook het oppervlak gereduceerd houdt en chloor als HCl afvoert. Oxide gebruikt TEOS, wolfraamplugs gebruiken WF6, en titaniumnitride gebruikt vaak TiCl4. High-k-ALD gebruikt HfCl4 of TEMAHf met H2O of O3, en Al2O3 gebruikt trimethylaluminium (TMA) met water binnen een ALD-venster van ongeveer 150 tot 300 °C. Doteringsgassen zoals fosfine en diboraan worden toegevoegd voor in-situdotering, en focused ion beam-apparaten injecteren precursorgassen om lokaal platina of wolfraam te deponeren.
Antwoord: B. Door zelfbeperkende oppervlaktereacties van precursors te herhalen kan de laagdikte op atomair niveau worden geregeld
Bij ALD wordt een cyclus herhaald waarin een brongas (precursor) wordt toegevoerd dat slechts één laag aan het oppervlak adsorbeert, overtollig gas door purge wordt verwijderd en vervolgens een reactiegas wordt toegevoerd dat reageert. Zodra de reactieve plaatsen op het oppervlak bezet zijn, stopt de reactie (zelfbeperkend), zodat de laagdikte met circa 0,1 nm per cyclus nauwkeurig kan worden geregeld en ook in diepe sleuven met een aspectverhouding van tientallen gelijkmatig kan worden afgezet. Daar staat tegenover dat de depositiesnelheid laag is.
De precursor draagt het element dat in de laag terechtkomt, zoals het hafnium in HfCl4 of het aluminium in trimethylaluminium. De reactant, vaak water, ozon of ammoniak, wordt in een aparte stap gedoseerd om de geadsorbeerde precursorlaag om te zetten in oxide of nitride en om reactieve oppervlakteplaatsen te herstellen voor de volgende cyclus.
TEOS is bij kamertemperatuur vloeibaar en niet pyrofoor, zodat het veiliger op te slaan en te hanteren is dan silaan. Doordat de ontleding door het oppervlak wordt gestuurd, geeft het ook een conformer oxide met een betere step coverage in smalle openingen.
Nee. Een draaggas zoals waterstof, stikstof of argon transporteert en verdunt alleen de precursordamp en levert geen atomen aan de laag, al werkt waterstof bij siliciumepitaxie ook als reductiemiddel dat het oppervlak schoon houdt.
Bij ALD wordt een cyclus herhaald waarin een brongas (precursor) wordt toegevoerd dat slechts één laag aan het oppervlak adsorbeert, overtollig gas door purge wordt verwijderd en vervolgens een reactiegas wordt toegevoerd dat reageert.
Welke uitspraak over ALD (atomic layer deposition) is juist?ALD (atomic layer deposition) Aspectverhouding Arsine (AsH3) Fosfine (PH3) Massaflowcontroller (MFC) NF3 (stikstoftrifluoride) Silaan (SiH4) Speciale materiaalgassen (specialty gases) TMAH Ultrapuur water (UPW)