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摘要：采用计算和实验相结合的方法了解自限制 (SL) 和化学气相蚀刻 (CVE) 反应之间的竞争，以设计原子层蚀刻 (ALE) 工艺。ALE 工艺中的脉冲必须是自限制的；即，反应应在足够的脉冲时间后达到饱和。通过使用密度泛函理论 (DFT) 比较相应的 SL 和 CVE 反应的反应自由能，可以预测有利于 SL 或 CVE 反应的温度和压力条件。以 TiO 2 暴露于 HF 气体时的蚀刻为测试案例。模拟表明，当 TiO 2 暴露于压力为 0.2 Torr 的反应物 HF 时，在高达 87 °C (360 K) 的温度下，SL 反应优先去除 0.01 Torr 下的 H 2 O 并使表面氟化。在较高温度下，根据受动力学活化能垒影响的反应 TiO 2 + HF → TiF 4 + H 2 O，CVE 会持续去除 TiO 2。将原位傅里叶变换红外 (FTIR) 光谱和四极杆质谱 (QMS) 的实验结果与理论预测进行了比较。与理论高度一致，FTIR 光谱研究表明自发蚀刻 (CVE) 在温度约为 80 − 90 °C 时开始。此外，QMS 分析观察到 TiF 4 和 H 2 O 作为蚀刻产物，进一步验证了计算结果。计算还预测反应气体压力的增加会增强高温下的蚀刻。这种理论方法的计算成本低，可以快速筛选蚀刻试剂并预测反应在 SL 或 CVE 范围内的温度/压力窗口。
HF 暴露于 TiO2
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