Por que o alumínio é usado nas interconexões de semicondutores?
O alumínio tem sido historicamente favorecido para interconexões devido à sua boa condutividade e compatibilidade elétrica com o silício. É mais fácil depositar e padrão em comparação com outros metais, como o cobre nos processos de semicondutores. O alumínio forma contatos ôhmicos confiáveis com silício, crucial para o desempenho do transistor. Suas técnicas de fabricação de custo relativamente baixo e maduras o tornaram dominantes até o final dos anos 90. No entanto, o cobre mais tarde o substituiu para nós avançados devido à menor resistividade.
Como o alumínio é depositado na fabricação de semicondutores?
A deposição física de vapor (PVD), particularmente a pulverização, é o principal método para deposição de alumínio. Essa técnica garante filmes finos uniformes com espessura controlada nas bolachas de silício. O alumínio é frequentemente ligado com pequenas quantidades de silício ou cobre para melhorar a resistência à eletromigração. Processos avançados podem usar deposição de vapor químico (DCV) para estruturas de alta proporção. O recozimento pós-deposição melhora a adesão e reduz os defeitos interfaciais.
Quais são os desafios do uso de alumínio nos semicondutores modernos?
A maior resistividade do alumínio em comparação com o cobre aumenta os atrasos em RC em nós avançados. Deslocamento eletromigratória-atômico sob a corrente de corrente causada falha de interconexão ao longo do tempo. O setor mudou para os processos de cobre damasceno para as tecnologias sub -100 nm para resolver esses problemas. A incompatibilidade de expansão térmica do alumínio com silício pode induzir problemas de confiabilidade relacionados ao estresse. Apesar disso, ele permanece em uso para dispositivos herdados e aplicativos específicos, como almofadas de títulos.
Por que o alumínio ainda é usado para almofadas de títulos semicondutores?
As almofadas de ligação de alumínio oferecem excelente adesão aos fios de ligação de ouro ou cobre. Eles formam uma camada de óxido nativo que protege contra a corrosão durante a embalagem. A ductilidade do alumínio ajuda a absorver a tensão mecânica durante a ligação do fio. Eficácia e compatibilidade com os processos tradicionais de montagem sustentam seu uso. Até os chips à base de cobre geralmente retêm almofadas de alumínio para compatibilidade com embalagem.
Como o alumínio interage com materiais dielétricos em chips?
A reatividade do alumínio requer camadas de barreira (por exemplo, nitreto de titânio) para impedir a difusão em dielétricos. A baixa adesão ao dióxido de silício requer camadas intermediárias para estabilidade. Sua incompatibilidade de expansão térmica pode quebrar dielétricos frágeis de baixo k em interconexões avançadas. Tratamentos de superfície como a limpeza de plasma melhoram a qualidade da interface. Essas interações impulsionaram a adoção de barreiras de cobre\/tântalo em tecnologias mais recentes.
