Diffusionbarrierer

Diffusionbarrierer, eller diffusion barriers, är tunna materiallager som placeras mellan två ytor för att hämma atom- eller molekyldiffusion över gränsen. Deras huvudsakliga syfte är att bevara gränsytor, förhindra oönskade kemiska reaktioner och upprätthålla enhetens prestanda genom att begränsa diffusions- eller dopamintrafik, oxidation och fuktinträngning. De används brett inom elektronik, beläggningar och förpackningar samt i andra tekniska sammanhang där interdiffusion kan försämra funktion eller livslängd.

Inom mikroelektronik och materialvetenskap är diffusionbarriärer (ofta i form av tunna skikt) centrala för metallinterconnects, särskilt med koppar som interconnectmaterial. Koppar diffunderar lätt in i kisel och kiseloxid, vilket kan orsaka elektriska fel och driftförändringar. Därför används barriärlager tillsammans med en sikt- eller startskiktsmaterial för kopparplätering, så att koppardiffusionen hålls till ett minimum och ytan får en lämplig ledningsförmåga.

Vanliga barriärmaterial inkluderar tantalum och tantalumnitrid (Ta/TaN), titannitrid (TiN), wolframnitrid (WN), samt ibland tantalumkarbid (TaC) eller TaN/Ti-kompositer. Dielektriska barriärer som silibsil Nitride (Si3N4) och silisiumkiselkarbid (SiC) används för att blockera diffusionsflöden och fukt i olika sammanhang. Deposition sker vanligtvis med magnetronsputtering (PVD), kemisk ångsedimentering (CVD) eller atomlagerdeposition (ALD) för att uppnå tunna, konforma skikt i små, avancerade strukturer.

Egenskaper som eftersträvas är låg difussionskoefficient för den eller de diffunderande arterna, kemisk inerthet, bra vidhäftning till grannlager, termisk stabilitet och kompatibilitet med efterföljande processer. Behovet av barrierer ökar med minskande funktionell dimensionsstorlek och krav på hållbarhet under temperaturcykler.