Диффузионный барьер - Diffusion barrier

А диффузионный барьер представляет собой тонкий слой (обычно толщиной в микрометры) металл обычно помещается между двумя другими металлами. Это сделано, чтобы действовать как барьер, чтобы защитить один из металлов от разрушения другого.^[1]

Адгезия плакированный металл слой к своей подложке требует физической блокировки, взаимногораспространение депозита или химическая связь между пластиной и субстратом 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.

Выбор

Хотя выбор диффузионного барьера зависит от конечной функции, ожидаемая Рабочая Температура, и срок службы являются критическими параметрами при выборе материалов диффузионного барьера. Много тонкая пленка комбинации металлов были оценены на предмет их адгезионных и диффузионных свойств.

Алюминий обеспечивает хорошее электрические и теплопроводность, адгезия и надежность благодаря кислород реактивность и само-пассивация свойства его оксида.

Медь также легко реагирует с кислородом, но его оксиды обладают плохой адгезией. Что касается золото его достоинство заключается 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 тонкий стабильный оксидный слой на внешней поверхности, создавая слой пассивации который предотвращает дальнейшее окисление хрома и основного металла (если таковой имеется) даже в агрессивных средах. Хромирование стали для автомобильного использования включает три диффузионных барьерных слоя - медь, никель и хром - для обеспечения долговременной прочности в условиях сильных перепадов температуры. Если хром наносится непосредственно на сталь, то их разные коэффициенты теплового расширения вызовет отслаивание хрома от стали.

Никель, Нихром, тантал, гафний, ниобий, цирконий, ванадий, и вольфрам представляют собой несколько комбинаций металлов, используемых для создания диффузионных барьеров для конкретных приложений. Проводящий керамика также можно использовать, например нитрид тантала, оксид индия, силицид меди, нитрид вольфрама, и нитрид титана.

Интегральные схемы

А барьерный металл материал, используемый в интегральные схемы химически изолировать полупроводники из мягких металлических межсоединений, сохраняя между собой электрическое соединение. Например, слой барьерного металла должен окружать каждую медное соединение в современных интегральных схемах, чтобы предотвратить распространение меди в окружающие материалы.

Как следует из названия, барьерный металл должен иметь высокую электрическая проводимость чтобы поддерживать хороший электронный контакт, сохраняя при этом достаточно низкий коэффициент диффузии меди для достаточной химической изоляции этих медных проводящих пленок от нижележащего кремния 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, получаемые 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 проводящими керамика, но "металл" в данном контексте).

Рекомендации

1. Кан, Роберт В. (1996), Металлургия, 1 (4-е изд.), Elsevier, стр. 1355, г. ISBN  978-0-444-89875-3.