Синтез и термические свойства высокочистых металлорганических соединений, эффективных в процессах атомно-слоевого и химического газофазного осаждения функциональных слоев для микроэлектроники

Целью НИР является разработка методик получения металлорганических соединений-прекурсоров, отвечающих критериям высокой чистоты и требованиям к термохимическим свойствами, для процессов атомно-слоевого осаждения оксидных слоев с высоким значением диэлектрической проницаемости (high-k), а именно, гафния, циркония, титана, а также металлических слоев, а именно, рутения, меди, кобальта в элементах микроэлектроники. Отработка методов очистки прекурсоров и развитие методик контроля их чистоты. Актуальность проблемы обусловлена необходимостью обеспечения электронной компонентной базой для производства микроустройств и микросистемной техники. Технологические процессы формирования наноструктур элементов микроэлектроники требуют использования методов атомного-слоевого (ALD) или химического газофазного осаждения (CVD), обеспечивающих прецизионный контроль состава и характеристик формируемых слоев, а также конформное покрытие объектов сложной геометрии. Получаемые таким образом материалы, в частности, high-k диэлектрики, металлические барьерные и зародышевые слои, безальтернативны при уменьшении проектных норм изготовления микропроцессоров, в основе которых лежат КМОП транзисторы, выполненные по технологии HkMG, FinFET, GAA и востребованы при конструировании перспективных элементов энергонезависимой памяти новых типов (сегнетоэлектрическая, резистивная). Ключевую роль в процессах осаждения играют металлорганические соединения-прекурсоры, которые должны удовлетворять определенному набору требований к химическим и термическим свойствам. Поэтому развитие и реализация процессов получения функциональных слоев с заданными характеристиками требует разработки эффективных прекурсоров каждого компонента. Термохимические исследования соединений, их тестирование на серийных установках и анализ функциональных свойств полученных материалов обеспечат научную базу для оптимизации условий осаждения наноструктур с заданными параметрами, что будет содействовать дальнейшему внедрению в производственные линии. Описанный комплексный подход позволит подобрать эффективные комбинации металлорганических соединений для получения в одном процессе смешанных пленочных структур, характеризующихся наибольшим потенциалом. Следует подчеркнуть, что в микроэлектронном производстве предъявляются высочайшие требования к чистоте используемых материалов. Прекурсоры требуемого качества для востребованных материалов, в частности, соединения гафния, циркония, титана, рутения, кобальта, иридия и меди, поставляют на рынок, в основном, иностранные производители. Разработка подходов к синтезу и глубокой очистке целевых металлорганических соединений является необходимым этапом для реализации отечественных производственных цепочек компонентой базы устройств и обеспечения технологического суверенитета Российской Федерации. При этом отработка технологий очистки металлорганических соединений невозможна без развития методик количественного химического анализа, обеспечивающих контроль примесных элементов, определяющих функциональные свойства получаемых материалов, на требуемом уровне содержаний. В дополнение к основным исследованиям, поскольку в определенных конструкциях элементов памяти RAM перспективно использование тонких диэлектрических слоев на основе оксида магния, в рамках собственных поисковых фундаментальных исследований лаборатории разрабатываемые методы и подходы будут адаптированы к ALD/CVD прекурсорам магния. В Проекте будут решены следующие задачи: 1. Определение металлорганических соединений (МОС), перспективных для получения требуемых функциональных слоев (металлов рутения, кобальта, меди и оксидов гафния, циркония, титана и магния) в условиях Индустриального Партнера, включая дизайн новых прекурсоров. 2. Разработка методик синтеза, выделения и очистки целевых МОС, обеспечивающих возможность получения и характеризации материалов с требуемым для микроэлектроники уровнем чистоты. 3. Исследования строения и термических свойств МОС. Определение параметров процессов осаждения функциональных слоев, определение комбинаций прекурсоров для осаждения многокомпонентных оксидных структур. 4. Тестирование синтезированных МОС на базе имеющегося комплекса лабораторных (СVD) и серийной (ALD, Picosun, Финляндия) установок. Изучение особенностей состава и микроструктуры полученных слоев, исследование функционального отклика: оптических и электрофизических характеристик. Установление влияния условий осаждения на характеристики формируемого материала. 5. Разработка методик количественного химического анализа для аналитического обеспечения технологий получения высокочистых металлорганических соединений для микроэлектроники.