Kupfer in der Halbleiterfertigung

Die Kupfertechnologie hat innerhalb eines Jahres breiten Einzug in die Fertigung von CPUs. Gigahertz-Prozessoren findet man seitdem auch in preiswerten Einsteiger-PCs.

Taktfrequenzen bei Prozessoren von einem Gigahertz waren Ende 1999 nur mit handselektierten und tiefgekühlten Labormustern möglich, inzwischen sind sie in allen Marktsegmenten zu finden. Immer höhere Taktfrequenzen und bessere Ausbeuten sind die Hauptthemen in den Forschungs- und Entwicklungsabteilungen aller Halbleiterhersteller. Denn einen Chip schneller zu machen und die Leistung innerhalb von 18 Monaten zu verdoppeln, ist das erklärte Ziel der gesamten Halbleiterbranche. Für den Consumer-Markt mit hohen Stückzahlen erschwinglich werden diese technische Meisterleistungen jedoch erst durch die konsequente Anwendung neuester Halbleitertechnologien.

Bild 1: Nach dem Mooreschen 'Gesetz' verdoppelt sich die Rechenleistung alle 18 Monate.
Bild 1: Nach dem Mooreschen 'Gesetz' verdoppelt sich die Rechenleistung alle 18 Monate.

Der Einsatz von Kupfer zur Verdrahtung der vielen Millionen Transistoren sorgt für den nächsten Leistungssprung. Einfach ist der Wechsel von Aluminium auf Kupfer jedoch nicht. Kupfer ist ebenso wie Gold ein Metall, das die Technologen der Halbleiterfabriken fürchten "wie der Teufel das Weihwasser". Der direkte Kontakt dieser Materialien mit dem Halbleiter, auch nur einzelner Atome, verunreinigt das Halbleitermaterial und macht dessen elektrische Eigenschaften zunichte.

Deshalb trennen neue Verfahren das Kupfer mit einer Isolationsschicht vom Halbleitermaterial. Neue Fertigungsabläufe verhindern eine Verunreinigung der Siliziumscheiben (Wafer) während des gesamten Herstellungsprozesses.