Chemie David Zanders ausgezeichnet

So beschreibt David Zanders seine prämierte Forschungsarbeit:

Die sogenannte Metallisierung ist in jedem modernen integrierten Schaltkreis (Mikrochip) zu finden und besteht aus dünnen metallischen Verbindungslinien, die die einzelnen Transistoren (Recheneinheiten) miteinander verbinden und den Mikrochip vom Grund bis zur Oberseite durchlaufen. Sie ist die „Daten- oder Signalautobahn“.

Für die Herstellung von Transistoren und insbesondere der Metallisierung spielen chemische Beschichtungsprozesse wie die Chemische Gasphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition, CVD) oder insbesondere die Atomlagenabscheidung (Atomic Layer Deposition, ALD) eine immer größere Rolle bei der Herstellung dünnster Schichten (wenige Nanometer bis wenige Angström), die mit keiner anderen Methode in der erforderlichen Qualität hergestellt werden können. Dies macht nicht nur die vorgenannten Prozesse unabdingbar, sondern auch ihre kontinuierliche Weiterentwicklung imperativ.

Von einem fundamentalwissenschaftlichen Gesichtspunkt aus stellen hierbei die verwendete Präkursor- und die Prozesschemie, die die Herstellung einer gewünschten Schicht erst ermöglichen, wesentliche Stellschrauben dar. So können unter anderem neue Präkursoren die Abscheidung neuartiger Materialsysteme ermöglichen oder aber die Herstellung bekannter Schichtsysteme auf eine solche Weise ermöglichen, die ihre Implementierung in beispielsweise Halbleiterbauteilen der neusten Generation umsetzbar macht.

Zurück zur Metallisierung und der Zielsetzung der Doktorarbeit: Es ist eine Tatsache, dass die physikalische Limitierung althergebrachter und standardmäßig verwendeter Metalle wie Kupfer im Metallisierungsschema (1-4-Ebene) der Herstellung von Mikrochips mit verbesserter Rechenleistung absehbar im Wege steht. Das Hauptproblem der Verwendung von Kupfer (Cu) in diesen Ebenen liegt darin begründet, dass die Verbindungslinien so klein skaliert werden müssen, dass der elektrische Widerstand in ihnen sprunghaft auf Grund von „Endlichen-Größen und Korngrenzen-Effekten“ ansteigt was wiederum den Signaltransport verlangsamt. Somit begann vor einigen Jahren die noch immer fortwährende Suche nach geeigneten Ersatzleitern, idealerweise einem Metall oder einer binären Legierung, um Cu im Metallisierungsschema schrittweise zu ersetzen.

Basierend auf umfassenden Studien stellen sich die Metalle Cobalt (Co) und Ruthenium (Ru) als vielversprechende Kandidaten heraus. Jedoch stoßen etablierte Beschichtungsverfahren, auch etablierte CVD- und ALD-Prozesse, für die Anwendung auf der industriellen Skala an ihre Grenzen. Es mangelt schlichtweg an geeigneten Co- und Ru-Präkursoren und auf ihnen basierenden CVD/ALD-Prozesse.

Meine Dissertation widmete sich dieser herausfordernden Ausgangssituation. Es war einerseits die Zielsetzung, neue Präkursoren der Elemente Co und Ru systematisch herzustellen und hinsichtlich ihrer Eignung für CVD- und ALD-Prozessentwicklungen zu testen. Auf den darauf gewonnenen Erkenntnissen und dem Stand der Wissenschaft aufbauend ging es andererseits darum, mittels neuartiger Oberflächenchemie Co- und Ru-CVD/ALD-Prozesse für die Herstellung metallischer Dünnschichten zu entwickeln und kritisch ihre Eigenschaften in Hinsicht auf Mikrochip-Anforderungen zu bewerten.