확산장벽

확산 방벽은 보통 두 개의 다른 금속 사이에 놓인 얇은 층(보통 마이크로미터 두께)의 금속이다. 그것은 어느 한쪽 금속이 다른 한쪽 금속을 부패시키는 것을 막기 위한 장벽의 역할을 하기 위해 행해진다.^[1]

도금된 금속 층을 기질에 부착하려면 물리적 연동, 침전물 간 주입 또는 판과 기질 간의 화학적 결합이 필요하다. 확산 방벽의 역할은 두 개의 초연 금속의 중간 분비를 방지하거나 지연시키는 것이다. 따라서, 효과적이기 위해 좋은 확산 장벽은 인접 물질에 대한 불활성성을 요구한다. 양호한 접착력과 확산 장벽을 동시에 얻기 위해서는 층간 결합이 양쪽 경계에서 제한된 범위의 화학적 반응에서 이루어져야 한다. 접착력이 좋은 재료가 반드시 좋은 확산 장벽은 아니며 그 반대도 마찬가지다. 따라서 기판 사이의 적절한 인터페이스를 제공하기 위해 두 개 이상의 별도 레이어를 사용해야 하는 경우가 있다.

선택

확산 방호벽의 선택은 최종 기능, 예상 작동 온도 및 사용 수명에 따라 달라지지만 확산 방호벽 소재를 선택하기 위해서는 중요한 매개변수가 된다. 많은 박막 금속 조합이 접착력과 확산 장벽의 특성에 대해 평가되었다.

알루미늄은 산소의 반응성과 산화물의 자기열전달 특성 때문에 전기 및 열전도율, 접착력, 신뢰성을 제공한다.

구리는 또한 산소와 쉽게 반응하지만 산화물은 접착력이 떨어진다. 금의 경우 그것의 미덕은 그것의 불활성과 적용의 용이성에 의존한다; 그것의 문제는 그것의 비용이다.

크롬은 반응성 때문에 많은 재료에 뛰어난 접착력을 가지고 있다. 산소에 대한 그것의 친화력은 외부 표면에 얇은 안정 산화물 코트를 형성하여, 부식성 환경에서도 크롬과 기초 금속(있는 경우)의 추가적인 산화를 방지하는 패시브 층을 형성한다. 자동차용 강재에 크롬 도금된 크롬은 큰 온도 변화가 많은 곳에 장기적인 내구성을 제공하기 위해 석재, 니켈, 크롬 등 세 가지 확산 차단막을 포함한다. 크롬을 강철에 직접 도금할 경우, 서로 다른 열팽창 계수로 인해 크롬 도금이 강철을 벗겨낼 수 있다.

니켈, 니켈롬, 탄탈룸, 하프늄, 니오비움, 지르코늄, 바나듐, 텅스텐은 특정 용도의 확산 장벽을 형성하는 데 사용되는 몇 가지 금속 조합이다. 질화 탄탈룸, 산화 인듐, 구리 규산염, 질화텅스텐, 질화 티타늄 등 전도성 세라믹도 사용할 수 있다.

집적회로

배리어 메탈은 반도체와 연성 금속 상호 연결로부터 화학적으로 분리하는 동시에 이들 사이의 전기적 연결을 유지하기 위해 집적 회로에 사용되는 물질이다. 예를 들어, 구리가 주변 물질로 확산되는 것을 방지하기 위해 현대의 집적 회로에 있는 모든 구리 인터커넥트를 장벽 금속층이 둘러싸야 한다.

이름에서 알 수 있듯이, 장벽 금속은 좋은 전자적 접촉을 유지하기 위해 높은 전기 전도성을 가지는 동시에 이러한 구리 도체 필름을 기초 장치 실리콘으로부터 충분히 화학적으로 분리할 수 있을 만큼 충분히 낮은 구리 확산성을 유지해야 한다. 장벽 필름의 두께 또한 매우 중요하다. 장벽 층이 너무 얇으면 내부 구리가 에너지와 정보를 공급한 바로 그 장치에 접촉하고 독을 가할 수 있다. 장벽 층이 너무 두꺼우면 이러한 포장된 두 개의 장벽 금속 필름 스택과 내부 구리 도체는 보다 더 큰 총 저항을 가질 수 있다. 전통적인 알루미늄 상호연결은 새로운 금속화 기술로부터 파생되는 어떤 이익도 제거해 줄 것이다.

장벽 금속으로 사용되어 온 재료로는 코발트, 루테늄, 탄탈륨, 질화 탄탈륨, 산화 인듐, 텅스텐 질화염, 질화 티타늄(마지막 네 가지는 전도성 세라믹이지만 이 맥락에서 "금속") 등이 있다.

참조