Steigert Leistung von Halbleitern: Japanisches Unternehmen entwickelt neuartigen Ruthenium-Präkursor

Die TANAKA Kikinzoku Kogyo K.K., ein japanisches Unternehmen, welches das Edelmetallgeschäft der TANAKA Holding betreibt, bringt im Oktober 2020 einen neuen Ruthenium-Präkursor auf den Markt, Dank seiner neuartigen Molekularstruktur sorgt der sogenannte TRuST-Präkursor bei der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD), Atomlagenabscheidung (ALD) und bei anderen Prozessen zur Bildung dünner Metallfilme oder Metallverdrahtungen für eine bessere Stufenabdeckung und eine verbesserte Filmbildungsgeschwindigkeit. Laut TANAKA wird die Innovation damit die Herstellung von leistungsstärkeren, energieeffizienteren und miniaturisierteren Halbleitern ermöglichen.

TANAKA Kikinzoku Kogyo K.K. entwickelte im Laufe der Jahre bereits eine Reihe von Edelmetallvorläufern, darunter auch Ruthenium-Präkursoren. Beim TRuST-Präkursor miniaturisierte und optimierte die Firma die Molekularstruktur dahingehend, dass der Dampfdruck im Vergleich zu anderen flüssigen Ruthenium-Präkursoren jetzt mehr als 100 Mal höher ist. Laut TANAKA stellt das den weltweit höchsten Dampfdruckwert eines Präkursors bei Raumtemperatur dar.

Ein enormer Vorteil bei der Filmbildung. Denn je höher der Dampfdruck des Präkursors – das ist der Umgebungsdruck, unterhalb dessen eine Flüssigkeit in den gasförmigen Zustand übergeht – und je kleiner die Molekularstruktur, desto höher ist die mögliche Konzentration des Präkursors in der Filmbildungskammer. Mit der Konsequenz, dass die Adsorptionsdichte der Präkursor-Moleküle auf der Substratoberfläche, also der Anreichungsrad dieser an der Oberfläche des zu beschichtenden Festkörpers, steigt.

Nach Forschungsergebnissen der Yeungnam-Universität, Südkorea, ist eine ALD-Filmbildung bei ca. 1,7 Å pro Zyklus möglich. Mit keinem anderen flüssigen Ruthenium-Präkursor lässt sich diese Geschwindigkeit erreichen. Und die spezifische Beständigkeit nach der Filmbildung liegt bei etwa 13 Mikroohm-Zentimeter, was nah am Wert des Ruthenium-Metalls als Bulkware liegt (7,6 Mikroohm-Zentimeter). Im Gegensatz zum Einsatz von Bulk-Ruthenium, wo bei der Gasphasenabscheidung Temperaturen von etwa 3000 Grad Celsius notwendig sind, kann Ruthenium als Präkursor bei niedrigen Temperaturen zwischen Raumtemperatur und etwa 200 Grad Celsium im Vakuum verdampft werden. Infolgedessen ist die produktive Bildung eines qualitativ hochwertigen Rutheniumfilms mit überlegener Stufenabdeckung möglich. Der TRuST-Präkursor mit seinem hohen Dampfdruck und der thermischen Stabilität vereinfacht die Beherrschung der komplexen chemischen Prozesse.

Entwickelt wurde der „TRuST"-Präkursor gemeinsam von TANAKA Kikinzoku Kogyo K.K. und Soo-Hyun Kim, Ph.D., Professor an der School of Materials Science and Engineering, College of Engineering an der Yeungnam University in Südkorea. Soo-Hyun Kim forschte bei dem Projekt vor allem zur Optimierung der Filmbildungseigenschaften und die TANAKA Wissenschaftler beschäftigten sich schwerpunktmäßig mit dem Design und der Synthese.

Über die Neuentwicklung informieren die Fachwelt Professor Soo-Hyun Kim und ein Wissenschaftler von TANAKA Kikinzoku Kogyo K.K. auf der „International Interconnect Technology Conference (IITC) 2020. Diese findet online vom 5. bis 8. Oktober 2020 statt.

*1. Chemische Gasphasenabscheidung (CVD): CVD ist eine Methode der chemischen Filmbildung. Es ist ein Verfahren zur Bildung dünner Metallfilme auf den Oberflächen von Basismaterialien oder Substraten durch eine chemische Reaktion, die durch das Richten von Energie in Form von Wärme, Plasma und Licht auf gasförmiges Dampfmaterial, das in eine Reaktionskammer bei Drücken zwischen Atmosphärendruck und mittlerem Vakuumdruck (100-10-1 Pa) geleitet wird, induziert und beschleunigt wird.

*2. Atomlagenabscheidung (ALD): Sowohl CVD als auch ALD sind Schichtbildungsverfahren, die chemische Reaktionen in Reaktionskammern nutzen, um Material durch die Dampfphase auf Substrate abzuscheiden. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Methoden besteht darin, dass bei der CVD kontinuierlich atomare und molekulare Schichten gebildet werden, während bei der ALD die Schichten intermittierend Schicht für Schicht gebildet werden.

*3. Vorläufer: Präkursoren sind Verbindungen, die als Ausgangsmaterial für die Bildung dünner Metallfilme und Metallverdrahtungen auf Substraten verwendet werden.

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