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针对超薄 Pt 薄膜原子层沉积（ALD）中前驱体与反应物反应化学研究不足的问题，研究人员采用 DDAP 前驱体与 O?开展 Pt 薄膜 ALD 工艺研究。发现其在 180–280?°C 具高循环生长量、低杂质，且衬底和温度影响成核，该成果为微电子纳米金属层应用提供可能。
论文解读
在先进微电子领域，超薄铂（Pt）薄膜因高功函数、低电阻率及良好稳定性，在半导体器件电极与互连等应用中备受关注。然而，原子层沉积（Atomic Layer Deposition, ALD）技术制备 Pt 薄膜时，Pt 前驱体与反应物间的反应化学机制尚未充分探索，尤其是在介电衬底（如氧化物、氮化物）上，初始生长阶段常因成核不佳呈现岛状生长，难以形成连续超薄薄膜，这成为制约其在纳米级金属层需求场景应用的关键瓶颈。此外，现有 Pt ALD 研究多局限于 MeCpPtMe?前驱体，且以 O?为氧化剂时，成核效果与薄膜连续性有待提升，而臭氧（O?）等活化物种虽可能改善成核，却存在引入氧杂质影响电学性能的风险。因此，开发新型前驱体与氧化剂组合的 ALD 工艺，揭示沉积机制以实现高质量超薄 Pt 薄膜的可控生长，对下一代微电子器件的发展至关重要。
为解决上述问题，研究人员开展了以二甲基（N,N - 二甲基 - 3 - 丁烯 - 1 - 胺 - N）铂（dimethyl (N,N-dimethyl-3-butene-1-amine-N) platinum, DDAP）为前驱体、O?为氧化剂的 Pt 薄膜 ALD 工艺研究，相关成果发表在《Applied Surface Science》。
主要关键技术方法
研究在定制的行波型反应腔中进行，采用热氧化 SiO?/Si 衬底及 ALD 生长的 Al?O?/SiO?/Si 衬底，预处理为 O?等离子体清洗。通过控制沉积温度（150–280?°C）与循环次数，利用石英晶体微天平（QCM）监测薄膜生长速率，借助二次离子质谱（SIMS）分析杂质含量，使用四探针法测量薄膜电阻率，并通过原子力显微镜（AFM）与扫描电子显微镜（SEM）观察薄膜形貌与粗糙度，系统探究了温度与衬底对 Pt 薄膜生长特性的影响。
研究结果
饱和行为与生长特性
通常 ALD 具有自饱和特性，即达到一定前驱体剂量后薄膜厚度恒定。实验发现，在 250?°C 下，即使 DDAP 进料时间长达 10 秒，Pt 离子面密度未呈现明显饱和，推测可能因 DDAP 前驱体部分热分解，导致传统 ALD 的自限制生长行为不明显。但在 180–280?°C 宽温范围内，薄膜生长呈现高度线性，循环生长量（Growth Per Cycle, GPC）较高，表明该工艺虽非典型 ALD，仍可实现可控生长。
杂质含量与电阻率
SIMS 分析显示，所制备的 Pt 薄膜中碳、氮、氢、氧等杂质含量极低。薄膜体电阻率约为 11 μΩ?cm，接近 Pt 的理论值，说明 O?作为氧化剂未显著引入氧杂质，且前驱体分解充分，保证了薄膜的高纯度与优异电学性能。
衬底与温度对成核的影响
衬底类型与温度显著影响 Pt 薄膜的成核行为。Al?O?衬底因表面能较高，相比 SiO?衬底更有利于 Pt 的成核。随着温度升高，两种衬底上的成核诱导循环数减少，薄膜粗糙度降低。在 Al?O?衬底上，形成连续薄膜的最小厚度从 SiO?衬底的约 5 nm 降至约 3 nm，且厚度依赖的电阻率增加现象延迟出现，进一步体现了 Al?O?衬底在促进超薄连续 Pt 薄膜形成中的优势。
研究结论与意义
本研究揭示了 DDAP-O?体系在 Pt 薄膜 ALD 中的独特生长机制，尽管缺乏典型自限制行为，但通过宽温范围内的高线性生长、低杂质特性及衬底调控成核策略，成功制备了厚度仅 3 nm 的连续 Pt 薄膜，为纳米级金属层在先进微电子器件中的应用提供了新路径。研究结果不仅拓展了 Pt ALD 前驱体与氧化剂的选择范围，还深化了对介电衬底上贵金属薄膜成核与生长的理解，为解决半导体器件中超薄导电层的制备难题奠定了基础，对推动下一代微电子技术的发展具有重要意义。
