Reacciones en fase gaseosa entre precursores y moléculas inhibidoras durante el proceso de deposición selectiva de capa atómica

Abstract

La deposición selectiva de capas atómicas (AS-ALD) enfrenta como principal limitación la pérdida de selectividad, fenómeno que reduce la eficiencia del proceso y dificulta su aplicación. Para mejorar la competitividad resulta necesario comprender las causas de estas pérdidas. Entre ellos está la degradación de los materiales, contaminación de la atmósfera y, particularmente, reacciones no deseadas en fase gaseosa entre precursores e inhibidores. En este contexto, el presente trabajo estudia la reactividad entre precursores de titanio, tántalo, silicio y hafnio con diferentes moléculas inhibidoras, utilizando la teoría funcional de la densidad (DFT) para identificar y evaluar las posibles reacciones químicas. El análisis consideró la optimización de estructuras y la caracterización de estados de fisisorción, quimisorción, estados de transición y productos, validados mediante frecuencias vibracionales e IRC. Esto permitió construir los perfiles energéticos de cada reacción y distinguir entre los distintos tipos de interacción precursor-inhibidor. Los resultados muestran que la reactividad depende fuertemente del tipo de precursor. Los precursores que poseen amina tienden a formar complejos más estabilizados y, en varios casos, presentan barreras de activación moderadas, lo que favorece la ocurrencia de reacciones en fase gaseosa. Por el contrario, los precursores clorados, si bien pueden generar coordinaciones intensas, suelen presentar barreras elevadas o productos energéticamente desfavorables, limitando la progresión de la reacción y favoreciendo la conservación del inhibidor y la selectividad del proceso. En cuanto a los inhibidores, el ácido acético presenta la mayor reactividad, con formación de complejos fuertemente estabilizados y mecanismos accesibles energéticamente. El hexanal, en cambio, muestra una fuerte estabilización electrónica en los complejos coordinados, pero termodinámicamente no es favorable al considerar la energía libre de Gibbs entre 100-550 °C, lo que indica que estas interacciones son penalizadas entrópicamente en fase gaseosa. El DMATMS exhibe (...).