由碳氮化钨前体模拟化学气相沉积

薄膜在电子产品生产中起着关键作用。它们可以通过化学气相沉积(CVD)工艺直接生长在基板表面上，该工艺涉及气相前体化合物的反应。基于在定制反应器中的模拟CVD期间的原位拉曼光谱，在实际条件下检查碳氮化钨前体的分解。在欧洲无机化学杂志上，研究人员提出了一种分解机制。

CVD相对于物理技术的主要优点之一是其保形膜生长，其能够均匀覆盖复杂的三维表面，包括晶片上极其精细的结构。这种保形膜生长需要用于制备铜金属化集成电路的扩散阻挡层。来自导电轨道的铜原子倾向于扩散到周围的硅或二氧化硅中，改变电性能并最终导致微电子元件的失效。而目前的扩散阻挡层由通过物理气相沉积施加的钽/氮化钽双层组成，已考虑通过CVD应用的替代材料。碳氮化物(WNxCy)由于其低电阻率，合适的热稳定性和机械稳定性以及与嵌入电路中使用的其他材料的最小化学反应性而是有希望的候选物。

为了建立合适的CVD工艺，前体化合物的性质是必不可少的。其物理和化学特性及其分解途径的机制对于控制沉积材料的沉积和性质是至关重要的。“不幸的是，绝大多数的分解表征是使用不捕获CVD条件的技术完成的，”Lisa McElwee-White说。她在佛罗里达大学(盖恩斯维尔)与她的团队合作，通过在一个特殊的定制反应堆中模拟CVD过程，克服了这些限制。该反应器配有拉曼光谱仪，可以原位观察气相反应产物。拉曼光谱依赖于分子的振动和旋转模式的改变。作为前体化合物，4(CH 3 CN)WNiPr，公知的前体为钨碳氮化物的气溶胶辅助(AA)CVD 薄膜。

基于观察到的中间体结合先前计算和非原位分析数据的结果，研究人员能够为他们研究的前体提出可能的分解机制。它包括在前体W-Cl键和H 2之间称为σ-键复分解的反应。在常规的有机金属反应条件下，该反应通常是不利的。“发生这种反应可能是由于我们CVD反应器内的高温和特殊条件，”McElwee-White说。另一步骤是前体的均裂在N(亚氨基)-C位置的亚氨基键。该步骤也是需要高温的高能反应。“我们的研究结果可能解释了从亚氨基复合物中观察到的WNxCy生长的极限沉积温度。”

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