Les couches minces jouent un rôle clé dans la production de l'électronique. Ils peuvent être cultivés directement sur une surface de substrat par le procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD), qui implique une réaction de composés précurseurs en phase vapeur. Basé sur la spectroscopie Raman in situ lors d'une CVD simulée dans un réacteur personnalisé, la décomposition d'un précurseur de carbonitrure de tungstène a été examinée dans des conditions réalistes. Dans le Journal européen de chimie inorganique , des chercheurs ont proposé un mécanisme de décomposition.

L'un des principaux avantages du CVD par rapport aux techniques physiques est sa croissance de film conforme, qui permet une couverture uniforme de surfaces tridimensionnelles complexes, y compris des structures extrêmement fines sur des plaquettes. Une telle croissance de film conforme est nécessaire pour la préparation de barrières de diffusion pour circuits intégrés métallisés au cuivre. Les atomes de cuivre des pistes conductrices ont tendance à se diffuser dans le silicium ou la silice environnant, altérant les propriétés électriques et provoquant éventuellement la défaillance des composants microélectroniques. Alors que les barrières de diffusion actuelles sont constituées de bicouches de tantale/nitrure de tantale appliquées par dépôt physique en phase vapeur, des matériaux alternatifs appliqués par CVD ont été considérés. Le carbonitrure de tungstène (WNxCy) est un candidat prometteur en raison de sa faible résistivité, stabilité thermique et mécanique adaptée, et une réactivité chimique minimale avec d'autres matériaux utilisés dans les circuits intégrés.

Pour établir un processus CVD approprié, la nature du composé précurseur est essentielle. Ses caractéristiques physiques et chimiques et les mécanismes de ses voies de décomposition sont essentiels pour contrôler le dépôt et les propriétés du matériau déposé. "Malheureusement, la grande majorité de la caractérisation de la décomposition est effectuée à l'aide de techniques qui ne capturent pas les conditions CVD, " dit Lisa McElwee-White. Travaillant avec son équipe à l'Université de Floride (Gainesville, NOUS.), elle a pu surmonter ces limitations en simulant le processus CVD dans un réacteur sur mesure. Ce réacteur est équipé d'un spectromètre Raman, permettant l'observation des produits de réaction en phase gazeuse in situ. La spectroscopie Raman repose sur des altérations des modes vibrationnels et rotationnels des molécules. En tant que composé précurseur, les chercheurs ont choisi le complexe tungstène imido Cl 4 (CH 3 CN)WNiPr, un précurseur connu pour la CVD assistée par aérosol (AA) de films minces de carbonitrure de tungstène.

Sur la base des intermédiaires observés combinés aux résultats des données de calcul et d'analyses ex situ précédentes, les chercheurs ont pu proposer un mécanisme de décomposition probable du précurseur qu'ils ont étudié. Il comprend une réaction connue sous le nom de métathèse de la liaison σ entre la liaison précurseur W-Cl et H2. Cette réaction est généralement défavorable dans les conditions de réaction organométalliques classiques. "Le fait que cette réaction se produise pourrait être dû aux températures élevées et aux conditions spéciales à l'intérieur de notre réacteur CVD, " dit McElwee-White. Une autre étape est l'homolyse de la liaison imido du précurseur à la position N(imido)-C. Cette étape est également une réaction à haute énergie qui nécessite des températures élevées. "Nos résultats pourraient expliquer la température limite de dépôt observée pour croissance de WNxCy à partir de complexes imido."