Kupfer in der Halbleiterfertigung
Kupfer im Chip
Zwei Verfahren zur Herstellung von Kupferleitungen in Microchips existieren derzeit: Zum einen das galvanische Aufbringen einer Kupferschicht und das nachfolgende Ätzen der Strukturen in das abgeschiedene Metall. Zum anderen die von IBM Microelectronics entwickelte Methode, Gräben in das Silizium zu ätzen, diese galvanisch mit Kupfer aufzufüllen und das überschüssige Material in einem nachfolgenden Polierverfahren wieder zu entfernen.
Nach über 15 Jahren Entwicklungsarbeit wurde die Dual-Damascene genannte Kupfertechnologie im September 1997 von IBM Microelectronics vorgestellt. Die Kosten für die Herstellung reduzieren sich damit um 20-30 Prozent, die Performance der Bauelemente steigt gleichzeitig um bis zu 35 Prozent.
Fast alle Hersteller von Highend-Produkten steigen auf diese Technologie um. Kupfer hat das damit Potenzial, die Halbleiterproduktion zu revolutionieren. Wer jedoch eine sofortige Preissenkung aller neuen Prozessoren erwartet, liegt falsch. Erstens müssen die neuen Verfahren und Maschinen finanziert werden, und zweitens müssen die Hersteller die "verseuchten" Fertigungsbereiche, die direkten Kontakt mit Kupfer haben, mit hohem Aufwand von den übrigen Fertigungsbereichen abtrennen.
Methode | Vorteile | Nachteile |
|---|---|---|
Tabelle 2: Metallisierungstechnologien | ||
Electroplating (galvanisch) | Niedrige Herstellungskosten, exzellente Füllung der Zwischenräume, Zuverlässigkeit, gute elektrische Eigenschaften | Neue Maschinen in der Produktion notwendig, Verunreinigung möglich |
Electroless plating | Niedrige Herstellungskosten | Neue Maschinen und Verfahren noch nicht ausreichend getestet, Verunreinigung möglich, Ergebnisse stark musterabhängig |
CVD | Gute Füllung der Zwischenräume | Neue Maschinen und Verfahren noch nicht ausreichend getestet, hohe Herstellungskosten |
PVD & Reflow | Keine neuen Maschinen und Verfahren notwendig | Hohe Herstellungskosten, weniger gute Füllung der Zwischenräume |
Tabelle 2 zeigt eine Übersicht verschiedener Metallisierungstechnologien. CVD steht für Chemical Vapour Deposition, eine chemische Abscheidung des Materials. PVD steht für Physical Vapour Deposition, eine als Sputtern bekannte Technik. Dabei werden aus einer über dem Wafer angebrachten Metallplatte durch eingebrachte Gase Atome herausgeschlagen. Diese "regnen" dann auf den Wafer herab und bilden dort eine dünne Metallschicht.