Moderne Technologien zum Aufbringen dünner Schichten auf Silizium bei der Herstellung von Chips sind in der Materialauswahl begrenzt. Beispielsweise treten bei Folien aus Metallen physikalische Belastungen auf, die bei Refraktärmetallen nicht entfernt werden können und zu einer Störung des normalen Betriebs führen. Forscher aus Japan konnten dieses Problem lösen und schlugen eine Technologie vor, mit der Metallfilme ohne Einschränkungen auf Kristallen hergestellt werden können.
Traditionell wurden physikalische Spannungen in Dünnfilm-Metallbeschichtungen in Chips durch Tempern entfernt – das Erhitzen des Kristalls auf Temperaturen, bei denen das Metall noch nicht geschmolzen ist, aber ausreichend weich wird, um die Spannung abzubauen. Werden diese Spannungsbereiche belassen, dann kommt es mit der Zeit zu Rissen und Rissen, die den Chip außer Betrieb setzen würden. Aber dieses Verfahren ist nicht geeignet für Dünnschichtbeschichtungen aus Refraktärmetallen, die zum Entfernen von Spannungen auf Temperaturen erhitzt werden müssen, die mit der Lebensdauer vieler Elemente des Kristalls nicht vereinbar sind. Außerdem ist das Erhitzen teuer und schwierig, was sich auf die Kosten von Mikroschaltungen auswirkt.
Es gibt jedoch ein Verfahren zum Aufbringen dünner Filme aus Refraktärmetallen, ohne eine signifikante Spannung in den Filmen zu erzeugen – dies ist gepulste Magnetron-Sputtering-Abscheidung (HiPIMS). Aber auch hier gibt es eine Besonderheit. Für die gleichmäßige Abscheidung von vom Target „verdampften“ Metallionen auf dem Kristall gleichzeitig mit dem HiPIMS-Puls muss ein synchronisierter Scherpuls auf das Substrat aufgebracht werden. Dann ist die Spannung in den Filmen sehr, sehr niedrig und erfordert kein weiteres Tempern.
Wissenschaftler der Tokyo Metropolitan University haben eine Technologie der gepulsten Magnetronabscheidung durch Sputtern ohne die übliche Anwendung eines Scherimpulses auf das Substrat vorgeschlagen. Nach eingehender Untersuchung der Abscheidungsprozesse stellten die Wissenschaftler fest, dass der Scherimpuls mit einer leichten Verzögerung aufgebracht werden muss. In ihrem Fall betrug die Verzögerung 60 µs, was jedoch ausreichte, um einen dünnen Wolframfilm mit einer beispiellos niedrigen Spannung von 0,03 GPa zu erzeugen, die normalerweise nur durch Tempern erreicht wird.
Ein effektives Verfahren zur Erzielung spannungsfreier Filme wird sich auf Metallisierungsprozesse und die Produktion von Chips der nächsten Generation auswirken. Diese Technologie lässt sich auf andere Metalle übertragen und verspricht große Vorteile für die Elektronikindustrie.
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