Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Film sottili/Film metallici
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[modifica] L'alluminio
L’alluminio e le sue leghe sono utilizzati per realizzare metallizazioni nei circuiti integrati.
L’alluminio presenta una bassa resistività (2.7μΩ cm) quindi soddisfa il requisito di bassa resistenza ed inoltre presenta una buona aderenza al biossido di silicio.
Il problema che presenta l’allumino e la maggior parte delle sue leghe è il fenomeno dell’ elettromigrazione (vedi Rame).
[modifica] Il rame
L'equivalente circuitale di una pista metallica a bassa frequenza è un circuito RC. A questo punto, applicando un segnale in ingresso, lo stesso sarà presente in uscita con un ritardo pari al tempo di propagazione caratteristico della linea, e raggiungerà il suo valore massimo come una funzione del tempo con costante di tempo caratteristica data dal prodotto RC.
Quindi la costante di tempo RC è responsabile della velocità del dispositivo. I dispositivi oggi sono sempre più piccoli e la costante di tempo è legata alla resistività del metallo che realizza la linea.
Il restringimento dei dispositivi porta ad un peggioramento della costante RC quindi si cerca di sostituire questi materiali con il rame (Cu) per cercare di abbassare la resistenza della linea.
Ad esempio il rame mostra un comportamento migliore dell’ alluminio per la sua ridotta resistività ( 1,7 μΩ-cm confrontato con 2,7 μΩ-cm dell’Al) ed è più resistente all’elettromigrazione.
[modifica] Fenomeno dell'elettromigrazione
A dispositivi sempre più piccoli corrispondono densità di corrente sempre maggiori, che possono provocare la rottura del dispositivo attraverso il fenomeno dell’elettromigrazione. Questo fenomeno deriva dal fatto che quando le densità di correnti sono molto elevate, esse trascinano la materia e la causa di questo trascinamento è la creazione di vuoti e avvallamenti come mostrato in figura.
[modifica] Vantaggi e svantaggi del rame rispetto all’alluminio
[modifica] Vantaggi
- Migliore conducibilità.
- Minore tendenza all’elettromigrazione.
[modifica] Svantaggi
- Il rame ha una struttura meno stabile rispetto all’Al dovuta alla natura estremamente porosa del suo ossido. Questa minor propensione alla passivazione lo rende più esposto a fenomeni di corrosione. Per descrivere meglio questa caratteristica si pensi al ferro: a contatto con l'aria questo metallo reagisce con l'ossigeno formando uno strato di ossido di ferro. La porosità fa si che le molecole di ossigeno riescano a passare lo strato di ossido arrivando al ferro e continuando il processo di ossidazione con il metallo restante. Al contrario di rame e ferro l'alluminio forma uno strato di ossido molto compatto che, una volta formatosi, impedisce l'ulteriore ossidazione del metallo restante.
- Il rame, a differenza dell’alluminio, diffonde molto facilmente attraverso il Silicio ed i suoi ossidi. Questo richiede complicazioni di processo.
- Il rame elettrodeposto è soggetto al fenomeno di “self-annealing” ovvero i suoi grani modificano la loro struttura nel tempo, rendendo il processo di CMP instabile.
[modifica] Siliciuri
I siliciuri presentano delle resistività dell’ ordine di 50 μΩ cm e possono essere utilizzati per realizzare le metallizazioni dei dispositivi oggi sempre più piccoli. I siliciuri, per esempio, possono essere utilizzati per realizzare l’ elettrodo di gate dei MOSFET. Essi restano stabili durante il contatto con il polisilicio cristallino.
Con il diminuire delle dimensioni dei dispositivi, la costante di tempo RC aumenta (vedi metallizazione del rame), quindi nasce l’ esigenza di fare elettrodi di gate ad alta conduttività.
I siliciuri possono essere formati in diversi modi:
- Depositando un film di materiale refrattario su silicio o silicio policristallino e sintetizzando la struttura per ottenere un siliciuro.
- Attraverso sputtering o per evaporazione da sorgenti differenti su silicio policristallino o su uno strato dielettrico.
- Formando il siliciuro attraverso deposizione chimica da fase vapore su uno strato di ossido o di silicio policristallino.
