СИНТЕЗ ОКСИДА РУТЕНИЯ (IV) НА ТАНТАЛЕ МЕТОДОМ АТОМНО-СЛОЕВОГО ОСАЖДЕНИЯ
Аннотация
Представлены результаты по синтезу наноразмерных пленок диоксида рутения на тантале. Пленки получены методом атомно-слоевого осаждения на установке TFS 200 Beneq (производство Финляндия). В качестве прекурсоров были использованы бис(этилцикло-пентадиенил) рутений и кислород. Азот выступал в качестве инертного газа для продувки реакционной камеры от остатков прекурсоров и продуктов реакции. Синтез проводили в два этапа: активация поверхности тантала гидроксильными группами и попеременная подача в реакционную камеру прекурсоров рутения и кислорода при определенных условиях. Были выявлены основные закономерности процесса и предложена методика реализации синтеза. Показано, что на результат синтеза оказывают влияние параметры процесса метода атомно-слоевого осаждения. Основными параметрами, влияющими на процесс, являются: температура в реакционной камере; температура прекурсора, требующего нагревания; время напуска прекурсоров и время продувки азотом. Также в процессе синтеза использован такой параметр, как «пауза» - временное прекращение подачи каких-либо реагентов в реакционную камеру для увеличения соотношения реагирующих молекул. Обосновано и экспериментально подтверждено влияние каждого параметра процесса на синтез тонких пленок диоксида рутения. Сделан вывод, что оптимальная температура осаждения диоксида рутения 220 °C. Оптимальная температура нагреваемого прекурсора 80 °C. Оптимальное время напуска прекурсора рутения 1 с, время напуска окисляющего агента 10 с при заявленных условиях. Оптимальное время «паузы» 3 с после напуска бис(этилцикло-пентадиенил) рутения, и 5 с после напуска кислорода. Представленная методика синтеза диоксида рутения позволит получать качественные, равномерные по всей толщине наноразмерные пленки, которые могут быть использованы в качестве материала для электрода в конденсаторах.
Литература
Park K.J., Doub J.M., Gougousi T., Parsons G.N. Microcontact patterning of ruthenium gate electrodes by selective area atomic layer deposition. Appl. Phys. Lett. 2005. V. 86. P. 051903. DOI: 10.1063/1.1852079.
Austin D.Z., Jenkins M.A., Allman D., Hose S., Price D., Dezelah C.L., Conley J.F. Atomic layer deposition of ruthenium and ruthenium oxide using a zero-oxidation state precursor. Chem. Mater. 2017. V. 29. P. 1107-1115. DOI: 10.1021/acs.chemmater.6b04251.
Popic J.P., Avramov-Ivic M.L., Vukovic N.B. Reduction of carbon dioxide on ruthenium oxide and modified ruthenium oxide electrodes in 0.5 M NaHCO3. J. Electroanal. Chem. 1997. V. 421. N 1-2. P. 105-110. DOI: 10.1016/S0022-0728(96)04823-1.
Rudnev V.S., Yarovaya T.P., Nedozorov P.M., Kaidalova T.A. Oxide layers with titanium and zirconium phosphates. Russ. J. Inorg. Chem. 2008. V. 53. P. 1347–1352. DOI: 10.1134/S0036023608090015.
Chang K.H., Hu C.C. Coalescence inhibition of hydrous RuO2 crystallites prepared by a hydrothermal method. Appl. Phys. Lett. 2006. V. 88. N 193102. P. 1-3. DOI: 10.1063/1.2200154.
Jung H.J., Han J.H.,Jung E.A., Park B.K., Hwang J.-H., Son S.U., Kim C.G., Chung T.-M., An K.-S. Atomic layer deposition of ruthenium and ruthenium oxide thin films from a zero-valent (1,5-Hexadiene)(1-isopropyl-4-methylbenzene)-ruthenium complex and O2. Chem. Mater. 2014. V. 26. P. 7083-7090. DOI: 10.1021/cm5035485.
Kim J.-Y., Kil D.-S., Kim J.-H., Kwon S.-H., Ahn J.-H., Roh J.-S., Park S.-K. Ru films from bis(ethylcyclopentadienyl)-ruthenium using ozone as a reactant by atomic layer deposition for capacitor electrodes. J. Electrochem. Soc. 2012. V. 159. N 6. P. H560-H564. DOI: 10.1149/2.069206jes.
Han J.H., Han S., Lee W., Lee S.W., Kim S.K., Gat-ineau J., Dussarrat C., Hwang C.S. Improvement in the leakage current characteristic of metal-insulator-metal capacitor byadopting RuO2 film as bottom electrode. Appl. Phys. Lett. 2011. V. 99. P. 022901. DOI: 10.1063/1.3609875.
Hamalainen J., Ritala M., Leskela M. Layer deposition of noble metals and their oxides. Chem. Mater. 2014. V. 26. P. 786-801. DOI: 10.1021/cm402221y.
Fröhlich K., Ťapajna M., Rosová A., Dobročka E., Hušeková K., Aarik J., Aidlab A. Growth of high-dielectric-constant tio2 films in capacitorswith RuO2 electrodes. J. Electrochem. Soc. 2008. V. 11. N 6. P. G19-G21. DOI: 10.1149/ 1.2898184.
Kwon O.S., Kim S.K., Cho M., Hwang C.S., Jeong J. Chemically conformal ALD of SrTiO3 thin films using conventional metallorganic precursors. J. Electrochem. Soc. 2005. V. 152. N 4. P. C229-C236. DOI: 10.1149/1.1869292.
Kim J.Y., Kim J.H., Ahn J.H., Kang S.W. Step coverage modeling of thin films in atomic layer deposition. J. Appl. Phys. 2007. V. 101. P. 073502. DOI: 10.1063/1.2714685.
Kim J.Y., Kim J.H., Ahn J.H., Park P.K., Kang S.W. Applicability of Step-Coverage Modeling to TiO2 Thin films in atomic layer deposition. J. Electrochem. Soc. 2007. V. 154.
N 12. P. H1008-H1013. DOI: 10.1149/1.2789802.
Byabartta P. Ruthenium(II) nitro-nitroso-bis-{1-(alkyl)-2-(β-napthylazo)imidazole}: Synthesis, spectroscopy, electrochemistry and reactivity. Russ. J. Inorg. Chem. 2011. V. 56. P. 44-51. DOI: 10.1134/S0036023611010062.
Kurzeev S.A., Medved’ko A.V., Grinberg V.A., Kozyukhin S.A., Emets V.V., Sadovnikov A.A., Baranchikov A.E., Ivanov V.K., Andreev V.N., Nizhnikovskii E.A. Synthesis and photoelectrochemical properties of cyclometallated ruthenium(II) complex. Russ. J. Inorg. Chem. 2014. V. 59. P. 658-664. DOI: 10.1134/S0036023614070110.
Kukli K., Kemell M., Puukilainen E., Aarik J., Aidla A., Sajavaara T., Laitinen M., Tallarida M., Sundqvist J., Ritala M., Leskela M. Atomic layer deposition of ruthenium films from (ethylcyclopentadienyl)(pyrrolyl)ruthenium and oxygen. J. Electrochem. Soc. 2011. V. 158. N 3. P. D158-D165. DOI: 10.1149/1.3533387.
Hur’yeva T., Lisker M., Burte E.P. Ruthenium films deposited by liquid‐delivery MOCVD using bis(ethylcyclopentadienyl)-ruthenium with toluene as the solvent. Chem. Vap. Deposit. 2006. V. 12. N 7. P. 429-434. DOI: 10.1002/cvde.200606484.
Kim W.H., Sang J.P., Kim D.Y., Kim H. Atomic layer deposition of ruthenium and rutheniumoxide thin films by using a Ru(EtCp)2 precursor and oxygen gas. J. Korean Physic. Soc. 2009. V. 55. N 1. P. 32-37. DOI: 10.3938/ jkps.55.32.
Choi S.H., Cheon T., Kim S.H., Kang D.H., Park G.S., Kim S.J. Thermal atomic layer deposition (ALD) of Ru films for Cu direct plating. J. Electrochem. Soc. 2011. V. 158. N 6. P. D351-D356. DOI: 10.1149/1.3575163.
Salaun A., Newcomb S.B., Povey I.M., Salaün M., Keeney L., O'Mgahony A., Pemble M.E. Nucleation and Chemical Transformation of RuO2 Films Grown on (100) Si Substrates by Atomic Layer Deposition. Chem. Vap. Deposit. 2011. V. 17. N 4-6. P. 114-122. DOI: 10.1002/cvde.201006882.
Park S.J., Kim W.H., Lee H.B.R., Maeng W.J., Kim H. Thermal and plasma enhanced atomic layer deposition ruthenium and electrical characterization as a metal electrode. Microelectron. Eng. 2008. V. 85. N 1. P. 39-44. DOI: 10.1016/j.mee.2007.01.239.
Park S.J., Kim W.-H., Maeng W.J., Yang Y.S., Park C.G., Kim H., Lee K.-N., Jung S.-W., Seong W.K. Effect oxygen exposure on the quality of atomic layer deposition of ruthenium from bis(cyclopentadienyl)ruthenium and oxygen. Thin Solid Films. 2008. V. 516. N 21. P. 7345-7349. DOI: 10.1016/j.tsf.2008.02.011.
