Диффузионный барьер

A диффузионный барьер представляет собой тонкий слой (обычно толщиной микрометров) металла, обычно помещаемый между двумя другими металлами. Это сделано для того, чтобы действовать как барьер для защиты одного из металлов от разрушения другого.

Адгезия металлического слоя к его подложке требует физического сцепления, между- диффузия осадка или химическая связь между пластиной и подложкой для работы. Роль диффузионного барьера заключается в предотвращении или замедлении взаимной диффузии двух наложенных друг на друга металлов. Следовательно, чтобы быть эффективным, хороший диффузионный барьер требует инертности по отношению к соседним материалам. Чтобы получить одновременно хорошую адгезию и диффузионный барьер, соединение между слоями должно происходить в результате химической реакции ограниченного диапазона на обеих границах. Материалы, обеспечивающие хорошую адгезию, не обязательно являются хорошими диффузионными барьерами, и наоборот. Следовательно, бывают случаи, когда необходимо использовать два или более отдельных слоя, чтобы обеспечить надлежащий интерфейс между подложками.

Хотя выбор диффузионного барьера зависит от конечной функции, ожидаемая рабочая температура и срок службы являются критическими параметрами для выбора материалов диффузионного барьера. Многие комбинации металлов тонкая пленка были оценены на предмет их адгезионных и диффузионных свойств.

Алюминий обеспечивает хорошую электрическую и теплопроводность, адгезию и надежность благодаря своей реакционной способности к кислороду и само- пассивации Свойства его оксида.

Медь также легко вступает в реакцию с кислородом, но ее оксиды обладают плохой адгезией. Что касается золота, то его достоинства заключаются в его инертности и простоте применения; его проблема в его стоимости.

Хром обладает отличной адгезией ко многим материалам благодаря своей реакционной способности. Его сродство к кислороду образует тонкое стабильное оксидное покрытие на внешней поверхности, создавая пассивирующий слой, который предотвращает дальнейшее окисление хрома и нижележащего металла (если таковой имеется) даже в агрессивных средах. Хромирование стали для использования в автомобилях включает три диффузионных барьерных слоя - медь, никель, затем хром - для обеспечения долговечности в условиях значительных перепадов температуры. Если хром наносится непосредственно на сталь, то их различные коэффициенты теплового расширения приведут к отслаиванию хрома от стали.

Никель, нихром, тантал, гафний, ниобий, цирконий, ванадий и вольфрам - это несколько комбинаций металлов, используемых для образования диффузионных барьеров для конкретных приложений. Также может использоваться проводящая керамика, например нитрид тантала, оксид индия, силицид меди, нитрид вольфрама., и нитрид титана.

A барьерный металл - это материал, используемый в интегральных схемах для химической изоляции полупроводников от межсоединений из мягкого металла при сохранении электрическое соединение между ними. Например, слой барьерного металла должен окружать каждое медное межсоединение в современных интегральных схемах, чтобы предотвратить диффузию меди в окружающие материалы.

Как следует из названия, барьерный металл должен иметь высокую электрическую проводимость, чтобы поддерживать хороший электронный контакт, при этом сохраняя достаточно низкий коэффициент диффузии меди для достаточной химической изоляции этих медных проводящих пленок от базовый кремний устройства. Толщина барьерных пленок также очень важна; при слишком тонком барьерном слое внутренняя медь может контактировать и отравлять те самые устройства, которые снабжают энергией и информацией; со слишком толстыми барьерными слоями эти обернутые стопки из двух барьерных металлических пленок и внутреннего медного проводника могут иметь большее общее сопротивление, чем у традиционных алюминиевых межсоединений, что исключает любые преимущества, полученные от новой технологии металлизации.

Некоторые материалы, которые использовались в качестве барьерных металлов, включают кобальт, рутений, тантал, нитрид тантала, оксид индия, нитрид вольфрама и нитрид титана (последние четыре являются проводящей керамикой, но в данном контексте «металлами»).