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微电子设备的微型化要求制造技术达到原子级精度，特别是在薄膜沉积方面。原子层沉积 (ALD) 因其在控制复杂三维结构上的薄膜厚度和成分方面的精度而受到认可。本研究重点研究了钌 (Ru) 的 ALD 成核和生长机制，钌是一种对未来微电子学具有重大影响的金属。尽管具有诸多优势，但将高表面自由能材料（如 Ru）沉积在低表面自由能材料（如氧化物）上通常面临成核延迟大和生长不均匀的挑战。为了应对这些挑战，我们探索了使用三甲基铝 (TMA) 或二乙基锌 (DEZ) 进行有机金属表面预处理以增强 Ru 薄膜成核和生长的有效性。我们的研究采用了一种研究较少的 Ru 前体，环戊二烯基乙基（二羰基）钌 [RuCpEt(CO) 2 ]，它在减少成核延迟和增加薄膜连续性方面表现出良好的效果。 Ru ALD 在具有天然氧化物的硅基板上进行，使用 RuCpEt(CO) 2 和 O 2 作为共反应物。我们的研究结果表明，表面预处理显著提高了最初 60 个 ALD 循环内的成核密度和膜厚度，与未经预处理的基板相比，Ru 表面覆盖率提高了 3.2 倍。在密度泛函理论计算的支持下，我们提出，与之前研究的 Ru(Cp) 2 相比，RuCpEt(CO) 2 观察到的增强成核是由于两种关键机制：沉积过程中 CO 配体的促进去除，从而增强了前体的反应性，以及涉及 RuCpEt(CO) 2 的乙基配体和表面上的金属烷基团的氢提取反应。这项研究不仅加深了我们对 Ru ALD 工艺的理解，而且还强调了前体化学和表面处理对优化 ALD 以用于高级微电子应用的重大影响。
AVS 表面之下 - Andrea Tononi
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