Õhukeste ruteeniumikilede aatomkihtsadestamine etüültsüklopentadienüül-pürrolüülruteeniumist ja hapnikust.

Arvutimälude (nii püsimälude kui dünaamiliste juhupöördmälude) uute tehnoloogiliste põlvkondade arendamise ja tootmisliinile viimise käigus on juba aastaid tagasi loobutud tasapinnaliste infobitte “0” ja “1” säilitavate kondensaatorite kasutusest. Selle asemel on tulnud kolmedimensionaalsed (3D) struktuurid, ehk kondensaatorid tehakse põhimõtteliselt pikkade kitsaste silindrite kujulistena nii, et neid mahuks üksteise kõrvale võimalikult rohkem ja nad samas siiski mahutaksid võimalikult suurt elektrilaengut. Üksikute kondensaatorite mõõtmed on kahanenud pidevalt ja uuemate põlvkondade “nanoseadmetes” on seetõttu traditsioonilised dielektrilised koostiskihid (SiO₂, SiON) mõnda aega tagasi välja vahetatud paremini polariseeruvate ja suuremat laengut säilitavate metalloksiidide Ta₂O₅, HfO₂ ja/või ZrO₂ vastu. Vana elektroodmaterjal – juhtiv polükristalne räni – on vahetatud välja juhtiva titaannitriidi (TiN) vastu. Maailmas tehakse tõsiseid jõupingutusi selle nimel, et dielektrikena hakata kasutama väga kõrge dielektrilise läbitavusega, näiteks perovskiidi struktuuriga materjale (nt. SrTiO₃) ja elektroodina võiks siis juba kasutada mõnda metalli, eeskätt ruteeniumi (Ru).

Joonis: Skaneeriva elektronmikroskoobi läbilõikepilt ca. 100 nm laiustesse ja 2 mikromeetri sügavustesse räniuuretesse sadestatud ruteeniumikilest (vasakpoolne paneelide veerg), ruteeniumi lähteaine molekuli skeem (ülal keskmine paneel), aatomjõumikroskoobi skaneering mõõdukalt karedalt ruteeniumikile pinnalt (paneel ülal paremas nurgas) ning ioonkiirega pommitamise teel saadud ränile sadestatud ruteeniumikile koostiseelementide jäljendid ioondetektori spektris (paneelid all keskel ja paremas nurgas). Ioonkiiranalüüs näitas, et metallkile sisaldab kogu paksuse ulatuses jääklisanditena veel vähesel määral süsinikku, lämmastikku, vesinikku ja hapnikku.

Käesolev töö (vt. Algallikas) käsitles ruteeniumikihtide sadestamist uuelaadsest normaaltingimustel vedelfaasis ja gaasfaasis termiliselt üsna stabiilsest lähteainest. Töös osalesid Eesti, Soome, Saksa ja Ameerika teadurid ja tulemused avaldatigi kui ühistöö tulemused. Töö põhiliseks eesmärgiks oli selgitada kuivõrd usaldusväärselt ja korratavalt on võimalik kilesid uuest lähteainest (Joonis) tavalistes laboritingimustes toota. Ruteeniumikiled kasvatati aatomkihtsadestusmeetodil erinevatele alusmaterjalidele (Si, TiN, ZrO₂) ja leiti, et kasv võimendub eriti just metalli oksiidil (ZrO₂). Samuti leiti, et üsnagi väikeste jõupingutustega ja väheste ajaliste kulutustega protsessi parametriseerimisele on võimalik kasvatada Ru kilesid 3D alustele (Joonis) paljulubava ühtlusega. Ruteeniumikiht kasvab metalse ruteeniumina juba sellelaadse protsessi jaoks madalatel temperatuuridel: ka vahemikus 250-275 ^оC kasvanud kihtides esinesid kerged elemendid peamiselt jääkelementidena. Ruteeniumi pinnakiht oli küll oksüdeerunud, kuid antud juhul ei tekita selline nähtus isoleerivate omadustega parasiitkihti, vaid selle metalli oksiid on juhtiv ja RuO₂-e võib samuti kasutada elektroodmaterjalina. Protsessiparameetreid tuleks edasi optimiseerida vastavalt reaktori konstruktsioonile ning aluspinna materjalile ja kujule, kuid need katsed on juba näidanud, et uuritud lähteainekeemia võimaldab edukalt sadestada 5-25 nanomeetri paksuseid üliõhukesi metallelektroode.

Algallikas:

Atomic Layer Deposition of Ruthenium Films from (Ethylcyclopentadienyl)(pyrrolyl)ruthenium and Oxygen,

Kaupo Kukli, Marianna Kemell, Esa Puukilainen, Jaan Aarik, Aleks Aidla, Timo Sajavaara, Mikko Laitinen, Massimo Tallarida, Jonas Sundqvist, Mikko Ritala, and Markku Leskelä,

Journal of The Electrochemical Society, Vol. 158 , No. 3, pp. D158-D165 (2011).