Dlaczego aluminium jest stosowane w połączeniach półprzewodnikowych?
Aluminium było faworyzowane historycznie pod względem połączeń ze względu na dobrą przewodność elektryczną i kompatybilność z krzemionem. Łatwiej jest wpłacić i wzór w porównaniu do innych metali, takich jak miedź we wczesnych procesach półprzewodnikowych. Aluminiowe tworzy niezawodne omowe kontakty z krzemionem, kluczowe dla wydajności tranzystora. Jego stosunkowo tanie i dojrzałe techniki wytwarzania sprawiły, że dominowały do końca lat 90. Jednak miedź później zastąpiła ją dla zaawansowanych węzłów z powodu niższej rezystywności.
W jaki sposób aluminium osadzają się w produkcji półprzewodników?
Fizyczne osadzanie pary (PVD), szczególnie rozpylanie, jest podstawową metodą osadzania aluminium. Ta technika zapewnia jednolite cienkie warstwy o kontrolowanej grubości na płytach krzemowych. Aluminium jest często stopowane z niewielkimi ilościami krzemu lub miedzi w celu poprawy odporności na elektromigrację. Procesy zaawansowane mogą wykorzystywać chemiczne odkładanie pary (CVD) do struktur o wysokim poziomie. Wyższenia po opozycji zwiększa przyczepność i zmniejsza wady międzyfazowe.
Jakie są wyzwania związane z wykorzystaniem aluminium we współczesnych półprzewodnikach?
Wyższa rezystywność aluminium w porównaniu do miedzi zwiększa opóźnienia RC w zaawansowanych węzłach. Przemieszczenie elektromigracja-atomowe w ramach prądu powodują awarię wzajemnego połączenia w czasie. Przemysł przeniósł się na procesy miedziane damascenu dla technologii sub -100 nm w celu rozwiązania tych problemów. Niedopasowanie ekspansji cieplnej z aluminium z krzemionem może wywoływać problemy niezawodności związane z stresem. Mimo to pozostaje używany dla starszych urządzeń i określonych aplikacji, takich jak podkładki obligacyjne.
Dlaczego aluminium jest nadal stosowane do półprzewodnikowych podkładek wiązania?
Aluminiowe podkładki wiązań zapewniają doskonałą przyczepność dla złotych lub miedzianych przewodów wiązania. Tworzą natywną warstwę tlenku, która chroni przed korozją podczas opakowania. Pewność aluminium pomaga wchłonąć naprężenie mechaniczne podczas wiązania drutu. Opłacalność i kompatybilność z tradycyjnymi procesami montażowymi podtrzymują jego wykorzystanie. Nawet chipy na bazie miedzi często zachowują aluminiowe podkładki w celu kompatybilności opakowania.
W jaki sposób aluminium oddziałuje z materiałami dielektrycznymi w wiórach?
Reaktywność aluminium wymaga warstw barierowych (np. Azotek tytanu), aby zapobiec dyfuzji w dielektryce. Słaba przyczepność do dwutlenku krzemu wymaga pośrednich warstw stabilności. Jego niedopasowanie rozszerzeń cieplnych może pękać kruche dielektryki o niskim k w zaawansowanych połączeniach. Zabiegi powierzchniowe, takie jak czyszczenie plazmy, poprawiają jakość interfejsu. Interakcje te spowodowały przyjęcie barier miedzi/tantalu w nowszych technologiach.
