[Interview] Entwicklung eines Vorläufers für Ru-Draht [Ryosuke Harada, Chief Manager, Abteilung für neue Geschäftsentwicklung, TANAKA PRECIOUS METAL TECHNOLOGIES Co., Ltd.]

Erreichen des weltweit höchsten Dampfdrucks

Als Verdrahtungstechnologie für moderne Halbleiter wird die Entwicklung alternativer Materialien wie Ruthenium (Ru) vorangetrieben. TANAKA PRECIOUS METAL TECHNOLOGIES (TPMT) entwickelt Ru-Vorläufer für CVD- (Chemical Vapor Deposition) und ALD-Materialien (Atomlagenabscheidung) zur Ru-Verdrahtung und entwickelte 2020 einen flüssigen Ru-Vorläufer mit dem weltweit höchsten Dampfdruck. Aktuell bereitet das Unternehmen die Massenproduktion mit dem Ziel einer umfassenden Anwendung vor.

―Warum sich auf CVD/ALD-Materialien konzentrieren?

Harada: Sowohl CVD als auch ALD sind Technologien zur Bildung von Dünnfilmen auf Substraten, aber in den letzten Jahren, im Zuge der Miniaturisierung von Halbleitern, hat ALD aufgrund seiner Fähigkeit, gleichmäßige Filmablagerungen selbst in kleinen, tiefen Löchern zu erreichen, an Aufmerksamkeit gewonnen. Bei ALD wird eine Verbindung, die als Vorläufer bezeichnet wird, unter reduziertem Druck oder durch Erhitzen verdampft, und diese wird einem beheizten Substrat zugeführt, um Dünnfilme auf atomarer Schichtebene zu bilden.

Das Unternehmen liefert derzeit Bonding Drähte, Ag-Klebstoffe, Sputterziele, Beschichtungslösungen und Materialien für Sondenstifte als Produkte für Halbleiter. Unter diesen konzentriert sich das Unternehmen auf CVD/ALD-Materialien als neues Geschäftsfeld. Das Unternehmen entwickelt seit mehr als 20 Jahren Vorläufer für die Verwendung in ALD und kündigte 2020 CVD/ALD-Vorläufer an, die den weltweit höchsten Dampfdruck erreichen.

– Welche Eigenschaften haben die entwickelten Vorläufer?

Harada: Derzeit ist Kupfer (Cu) das gängigste Verdrahtungsmaterial für Halbleiter, aber es wird erwartet, dass es in Zukunft durch Ru ersetzt wird, das eine niedrigere elektrische Widerstand und höhere Haltbarkeit als Cu aufweist. Wir haben mehrere Arten von Ru-Vorstufen, darunter "DCR," "RuPta," und "TRuST." DCR ist eine feste Vorstufe, während RuPta und TRuST flüssige Vorstufen sind.

TRuST zeichnet sich unter anderem durch einen hohen Dampfdruck (Tendenz zum Gaswerden) aus und zersetzt sich leicht in Reaktionsgasen wie Wasserstoff und Sauerstoff, was die Abscheidung von Ru-Filmen mit niedrigem Widerstand ermöglicht. Bei Raumtemperatur ist sein Dampfdruck mehr als 100-mal so hoch wie der von herkömmlichen Ru-Vorläufern und liegt damit weltweit an der Spitze der Liste flüssiger Vorläufer.

Die Vorläufer weisen in Reaktionsöfen höhere Konzentrationen und eine stärkere Adsorption auf Substraten auf, da ihr Dampfdruck steigt und ihre Molekülstrukturen kleiner werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Vorläufern erzielt TRuST sowohl eine exzellente Stufenabdeckung als auch eine hohe Filmbeschichtungsgeschwindigkeit. Die Filmbeschichtungsgeschwindigkeit beträgt ca. 1,7 Ångström pro Zyklus und zählt damit zu den weltweit höchsten Werten für die ALD-Filmbeschichtung mit flüssigen Ru-Vorläufern.

―Wie wird Film hergestellt?

Harada: Die Filmabscheidung kann entweder mit Sauerstoff oder Wasserstoff als Reaktionsgas durchgeführt werden. Insbesondere verhindert der zweistufige Prozess mit Sauerstoff und Wasserstoff die Oxidation der Substratoberfläche und erzielt eine qualitativ hochwertige, niederohmige Filmabscheidung. In der ersten Phase wird Wasserstoff nach der Abscheidung des Vorfilmmaterials eingeführt, um die Oxidation der Substratoberfläche zu unterdrücken. Nach wiederholtem Durchlaufen dieses Zyklus wechselt der Prozess zur Filmabscheidung mit Sauerstoff. Da jeder Prozess mit denselben Rohmaterialien und Abscheidetemperaturen durchgeführt wird, sind Kostensenkungen bei Prozessen und Ausrüstung zu erwarten.

„Hast du irgendwelche Probleme?“

Harada: ALD kann ultradünne Filme auf Oberflächen mit feinen und komplexen Strukturen bilden, aber die Menge, die für die Filmbildung verwendet werden kann, ist im Vergleich zu dem verwendeten Vorläufer gering, und die Materialnutzungseffizienz ist nicht gut. Darüber hinaus ist Ru ein Edelmetall, und sein Preis ist in den letzten Jahren gestiegen. Aus der Perspektive der Ressourcenschonung und der stabilen Versorgung ist es notwendig, ungenutzte Vorläufer zurückzugewinnen und zu recyceln. Wir entwickeln auch eine Technologie zur Rückgewinnung von verwendeten Vorläufern nach der Filmbildung und zur Umwandlung zurück in hochreines Metall Ru.

„Was sind Ihre zukünftigen Perspektiven?“

Harada: Derzeit wird erwartet, dass Ru-Verkabelung in fortschrittlichen Halbleitern ab 2 nm eingesetzt wird, und zur Vorbereitung auf die umfassende Einführung bereiten wir die Massenproduktion von Ru-Vorläufern vor. Neben Ru entwickeln wir auch verschiedene Edelmetall-CVD/ALD-Vorläufer, und wir streben an, CVD/ALD-Materialien zu einem Wachstumsbereich für die Zukunft zu machen.

(Interviewer: Shingo Matsunaga, Nachrichten aus der Elektronikindustrie)

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Seit ihrer Gründung im Jahr 1885 hat sich TANAKA zu einem spezialisierten Edelmetallunternehmen entwickelt, das parallel zur japanischen Fertigungsindustrie gewachsen ist. Heute bietet das Unternehmen auch ein breites Spektrum an Materialien und technologischen Lösungen für die Halbleiterfertigung an.

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