Что такое барьерный металл?

Барьерный металл - это тонкий слой металла, в виде покрытия или пленки, который помещается между двумя объектами, чтобы предотвратить загрязнение мягких металлов другими объектами. Например, медные и латунные компоненты в современных микросхемах и схемах всегда содержат тонкий слой металлического покрытия вокруг них, чтобы избежать повреждения самих кристаллических полупроводников. Иногда барьерные металлы сделаны из керамики, такой как нитрид вольфрама, а не из реальных металлов, но они все еще считаются барьерными металлами.

Барьерные металлы требуют определенных физических свойств, чтобы быть полезными для полупроводниковой промышленности. Очевидно, что барьерный металл должен быть достаточно инертным, чтобы не загрязнять сами окружающие материалы; однако, производство полупроводников построено вокруг потока электричества через устройство. По существу, барьерный металл должен быть достаточно проводящим, чтобы избежать остановки электрического потока.

Очень немногие металлы удовлетворяют обоим этим критериям, что означает, что только небольшая группа материалов действует в качестве барьерного металла в полупроводниках. Нитрид титана является барьерным металлом, наиболее часто встречающимся в полупроводниках. Также используются хром, тантал, нитрид тантала и нитрид вольфрама.

Проводимость и твердость - не единственные два свойства, которые учитываются при использовании барьерного металла; толщина барьерного металла также играет решающую роль в его эффективности. Мягкие металлы, такие как медь, могут проникать через слишком тонкий барьер. Любой мягкий металл, который проникает через тонкий барьер, может загрязнить уязвимый объект на другой стороне. С другой стороны, слишком толстое металлическое покрытие значительно влияет на поток электричества в цепи. Инженеры-полупроводники проводят много времени в испытательных лабораториях, пытаясь найти правильный баланс.

Однако не все барьерные металлы экранируют кристаллические полупроводники. Мягкие металлы также легко повреждают твердые металлические поверхности, и это загрязнение может привести к выходу из строя продукта в высокотехнологичных устройствах. Тонкий слой инертного металла, предотвращающий контакт двух других металлов, известен как диффузионный барьер. Диффузионные барьеры часто встречаются между слоями металлических листов и защищают металлические компоненты от пайки.

Металлы, используемые для диффузионного барьера, не всегда являются теми же металлами, которые используются для защиты полупроводников, хотя устройства, в которых используется электрический ток между их металлическими компонентами, могут использовать те же барьерные металлы, что и полупроводниковые устройства. Как правило, диффузионные барьеры из пластинчатого металла требуют таких же инертных свойств, что и полупроводниковые барьеры, но они также должны быть в состоянии прилипать к различным металлам с обеих сторон от них. Золото, никель и алюминий - три распространенных металла, используемых для диффузионных барьеров.