Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Film sottili
Wikibooks, manuali e libri di testo liberi.
Film sottili sono materiali sottili che vanno da frazioni di nanometri a parecchi µm in spessore. I dispositivi a semiconduttori e la copertura di lenti sono le principali applicazioni di tali tecniche.
L'azione di applicare un film sottile su una superficie è chiamata deposizione di film sottile. In genere con tale nome si indica sia la deposizione di un film sottile di materiale su un substrato o su uno strato precedentemente depositato. Sottile è un termine relativo, ma la maggior parte delle tecniche di deposizione permettono il controllo dello spessore dello strato con una precisione pochi nm, nella tecnica di MBE è possibile avere un controlli sui singoli atomi depositati.
Esistono due metodologie generali di deposizione di film sottili: la deposizione fisica da fase vapore (Physical vapor deposition: PVD) e la deposizione chimica da fase vapore (Chemical Vapor Deposition: CVD).
Indice |
[modifica] Elettromigrazione
L'elettromigrazione è un fenomeno di trasporto di atomi dovuti alla densità di corrente. Più uno schema diviene piccolo e più la densità di corrente aumenta, e quindi aumenta questo fenomeno.
[modifica] Metallizzazione
Fino a poco tempo fa le metallizzazioni erano fatte di alluminio, ma piano piano si sta passando a utilizzare il rame: questo cambio di tendenza è dovuto allo sforzo che si sta facendo per aumentare il livello di integrazione. Questo porta ad una diminuzione delle dimenzioni del dispositivo e le conseguenze più immediate sono:
- Aumento delle resistenze della linea;
- Aumento delle capacità viste dalla linea;
- Aumento della densità di corrente nella linea;
È ben noto tra due fili metallici, posti ad una certa distanza, avvengono fenomeni capacitivi più o meno intensi a seconda del dieletrico che viene interposto tra i 2.
Questo fenomeno è schematizzabile come un circuito RC che introduce un ritardo che è dato dal prodotto RC. Dobbiamo quindi ridurre la resistività della linea e ridurre il più possible il fenomeno dell' elettromigrazione. Poiché la resistività è più bassa e l'energia di attivazione(che è direttamente proporzionale al tempo medio in cui si verifica all'elettromigrazione)è più alta(e a noi fa comodo perché più questo tempo aumenta meno si verifica l'elettromigrazione) nel rame rispetto all'alluminio allora il primo è un candidato per l'utilizzo.
Ci sono anche alcuni svantaggi:
- Minor propensione alla passivazione,esponibile a fenomeni di corrosione.
- Questo avviene perché l'alluminio ha un più basso valore del potenziale redox, mentre nel rame è più alto e quindi non avviene la passivazione.Questo potenziale non è abbastanza alto e quindi è soggetto a corrosione.
- Elevata diffusività nel silicio e suoi ossidi.
- Questo complica un po' il processo, infatti per evitare che il rame si diffonda nel silicio si aplica una barriera attorno al rame di Ta.
- I suoi grani cambiano nel tempo.
[modifica] Damascene
Il rame non forma composti volatili ed è quindi difficile da asportare. Non posso usare il metodo dell'alluminio illustrato in figura1.
Questo metodo viene effettuato asportando l'alluminio , successivamente viene posto l'ossido e infine viene asportato il materiale in eccesso. Il metodo che invece andiamo ora a descrivere prende il nome di "Damascee" fa infatti l'esatto contrario. Inizialmente mette l'ossido; in seguito viene effettuato un processo di Etch; infine, viene depositato il rame e poi viene meccanicamente eliminato la parte in eccesso.(fig.2)
Iterando il procedimento per più strati si ha il Dual Damascene.
[modifica] Elettroplating
La deposizione del rame avviene in due fasi:
- deposizione di un film sottile(PVD)
- deposizione con la tecnica dell'elettroplating.
La tecnica dell'elettroplating non è altro che un processo che avviene in una cella elettrolitica. Per prima cosa i atomi di Cu rappresentano l'anodo, mentre il wafer attraverso opportuni sostegni è collegato all'anodo; un metallo tende a liberarsi degli elettroni che sono liberi di muoversi attraverso tutto il metallo; questo blocco di rame si trova a contatto con una soluzione di rame(CuSO4) e i suoi ioni tendono ad entrare in soluzione.
Avremo che la soluzione sarà elettricamente positiva e il metallo elettricamente negativo.Sotto l'azione di una differenza di potenziale questi ioni sono portati ad andare dall'anodo al catodo. Arrivati al catodo gli ioni si ricombinano e si depositano sul wafer secondo la relazione: Cu2 + 2e − --> Cu0. Quindi, sull'anodo il rame si ossida e sul wafer si riduce.
