Moderne Technologien zur Abscheidung von dünnen Schichten auf Silizium bei der Herstellung von Chips sind in der Materialwahl eingeschränkt. Beispielsweise treten bei Folien aus Metallen physikalische Spannungen auf, die bei Refraktärmetallen nicht beseitigt werden können und zum Auftreten von Fehlern führen. Forscher in Japan konnten dieses Problem lösen und schlugen eine Technologie vor, die die Herstellung von Metallfilmen auf Kristallen ohne Einschränkungen ermöglicht.
Herkömmlicherweise wurden physikalische Spannungen in Dünnfilm-Metallbeschichtungen in Chips durch Glühen beseitigt – das Erhitzen des Kristalls auf Temperaturen, bei denen das Metall noch nicht geschmolzen war, aber weich genug, um die Spannungen abzubauen. Das Verlassen dieser Spannungsbereiche würde schließlich zu Rissen und Rissen führen, die den Chip beschädigen würden. Dieses Verfahren eignet sich jedoch nicht für Dünnfilmbeschichtungen aus hochschmelzenden Metallen, die zum Entspannen auf Temperaturen erhitzt werden müssen, die mit der Lebensdauer vieler Kristallelemente nicht vereinbar sind. Schließlich ist das Erhitzen teuer und schwierig, was sich auf die Kosten der Mikroschaltungen auswirkt.
Für die Abscheidung von dünnen Filmen aus hochschmelzenden Metallen gibt es jedoch einen Weg, ohne signifikante Spannungen in den Filmen zu erzeugen - dies ist die gepulste Magnetron-Sputter-Abscheidung (HiPIMS). Aber es gibt eine Feinheit in dieser Angelegenheit. Zur gleichmäßigen Abscheidung von Ionen des vom Target "verdampften" Metalls muss gleichzeitig mit dem HiPIMS-Puls ein synchronisierter Vorspannungspuls an das Substrat angelegt werden. Dann ist die Spannung in den Folien sehr, sehr niedrig und erfordert kein nachträgliches Tempern.
Wissenschaftler der Tokyo Metropolitan University haben eine gepulste Magnetronabscheidung durch Sputtern ohne das übliche Anlegen eines Bias-Pulses an das Substrat vorgeschlagen. Nach eingehender Untersuchung der Abscheidungsprozesse stellten die Wissenschaftler fest, dass der Verschiebungsimpuls mit einer leichten Verzögerung aufgebracht werden muss. In ihrem Fall betrug die Verzögerung 60 µs, aber dies reichte aus, um einen dünnen Wolframfilm mit einer beispiellos niedrigen Spannung von 0,03 GPa zu erzeugen, die normalerweise nur beim Tempern erreicht wird.
Ein effizientes Verfahren zur spannungsfreien Herstellung von Folien wird einen erheblichen Einfluss auf Metallisierungsprozesse und die Herstellung von Chips der nächsten Generation haben. Diese Technologie kann auf andere Metalle angewendet werden und hat große Vorteile für die Elektronikindustrie.
2021-07-03 14:08:50
Autor: Vitalii Babkin