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Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Film sottili: differenze tra le versioni

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Film sottili sono materiali sottili che vanno da frazioni di nanometri a parecchi µm in spessore. I dispositivi a semiconduttori e la copertura di lenti sono le principali applicazioni di tali tecniche.
 
L'azione di applicare un film sottile su una superficie è chiamata deposizione di film sottile. In genere con tale nome si indica sia la deposizione di un film sottile di materiale su un substrato o su uno strato precedentemente depositato. Sottile è un termine relativo, ma la maggior parte delle tecniche di deposizione permettono il controllo dello spessore dello strato con una precisione pochi ''nm'', nella tecnica di [[w:Epitassia_di_fasci_molecolari|MBE]] è possibile avere un controlli sui singoli atomi depositati.▼
L'azione di applicare un film sottile su una superficie è chiamata deposizione di film sottile.
▲In genere con tale nome si indica sia la deposizione di un film sottile di materiale su un substrato o su uno strato precedentemente depositato. Sottile è un termine relativo, ma la maggior parte delle tecniche di deposizione permettono il controllo dello spessore dello strato con una precisione pochi ''nm'', nella tecnica di [[w:Epitassia_di_fasci_molecolari|MBE]] è possibile avere
un controlli sui singoli atomi depositati.
 
Esistono due metodologie generali di deposizione di film sottili: la deposizione fisica da fase vapore (''Physical vapor deposition'': PVD) e la deposizione chimica da fase vapore (''Chemical Vapor Deposition'': CVD).
 
=== Elettromigrazione ===
L' elettromigrazione è un fenomeno di trasporto di atomi dovuti alla densità di corrente. Più uno schema diviene piccolo e più la densità di corrente aumenta, e quindi aumenta questo fenomeno.
Più uno schema diviene piccolo e più la densità di corrente aumenta, e quindi aumenta questo fenomeno.
 
=== Metallizzazione ===
Fino a poco tempo fa le metallizzazioni erano fatte di alluminio, ma piano piano si sta passando a utilizzare il rame: questo cambio di tendenza è dovuto allo sforzo che si sta facendo per aumentare il livello di integrazione. Questo porta ad una diminuzione delle dimenzioni del dispositivo e le conseguenze più immediate sono:
Questo cambio di tendenza è dovuto allo sforzo che si sta facendo per aumentare il livello di integrazione.
Questo porta ad una diminuzione delle dimenzioni del dispositivo e le conseguenze più immediate sono:
 
* Aumento delle resistenze della linea;
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* Aumento della densità di corrente nella linea;
 
E'È ben noto tra due fili metallici, posti ad una certa distanza, avvengono fenomeni capacitivi più o meno intensi a seconda del dieletrico che viene interposto tra i 2.
Questo fenomeno è schematizzabile come un circuito RC che introduce un ritardo che è dato dal prodotto RC.
Dobbiamo quindi ridurre la resistività della linea e ridurre il più possible il fenomeno dell' elettromigrazione.
Poichè la resistività è più bassa e l'energia di attivazione(che è direttamente proporzionale al tempo medio in cui si verifica all'elettromigrazione)è più alta(e a noi fa comodo perchè più questo tempo aumenta meno si verifica l'elettromigrazione) nel rame rispetto all'alluminio allora il primo è un candidato per l'utilizzo.▼
Ci sono anche alcuni svantaggi:▼
 
▲Questo fenomeno è schematizzabile come un circuito RC che introduce un ritardo che è dato dal prodotto RC. Dobbiamo quindi ridurre la resistività della linea e ridurre il più possible il fenomeno dell' elettromigrazione. Poichè la resistività è più bassa e l'energia di attivazione(che è direttamente proporzionale al tempo medio in cui si verifica all'elettromigrazione)è più alta(e a noi fa comodo perchè più questo tempo aumenta meno si verifica l'elettromigrazione) nel rame rispetto all'alluminio allora il primo è un candidato per l'utilizzo.
* Minor propenzione alla passivazione,esponibile a fenomeni di corrosione.▼
Questo avviene perchè l'alluminio ha un più basso valore del potenziale redox, mentre nel rame è più alto e quindi non avviene la passivazione.Questo potenziale non è abbastanza alto e quindi è soggetto a corrosione.▼
 
▲Ci sono anche alcuni svantaggi:
* elevata diffusività nel silicio e suoi ossidi. ▼
▲* ;Minor propenzionepropensione alla passivazione,esponibile a fenomeni di corrosione.
Questo complica un po il processo, infatti per evitare che il rame si diffonda nel silicio si aplica una barriera attorno al rame di Ta.▼
▲:Questo avviene perchè l'alluminio ha un più basso valore del potenziale redox, mentre nel rame è più alto e quindi non avviene la passivazione.Questo potenziale non è abbastanza alto e quindi è soggetto a corrosione.
▲*; elevataElevata diffusività nel silicio e suoi ossidi.
▲:Questo complica un po il processo, infatti per evitare che il rame si diffonda nel silicio si aplica una barriera attorno al rame di Ta.
*;I suoi Granigrani cambiano nel tempo.▼
 
▲*I suoi Grani cambiano nel tempo.
=== Damascene ===
Il rame non forma composti volatili ed è quindi difficile da asportare. Non posso usare il metodo dell'alluminio illustrato in figura1.[[File:sottrat.jpg|250px|thumb|left|Fig.1:Deposizione alluminio]]Questo metodo viene effettuato asportando l'alluminio , successivamente viene posto l'ossido e infine viene asportato il materiale in eccesso.
Non posso usare il metodo dell'alluminio illustrato in figura1.[[File:sottrat.jpg|250px|thumb|left|Fig.1:Deposizione alluminio]]Questo metodo viene effettuato asportando l'alluminio , successivamente viene posto l'ossido e infine viene asportato il materiale in eccesso.
 
Il metodo che invece andiamo ora a descrivere prende il nome di "DamasceneDamascee" fa infatti l'esatto contrario. Inizialmente mette l'ossido; in seguito viene effettuato un processo di Etch; infine, viene depositato il rame e poi viene meccanicamente eliminato la parte in eccesso.(fig.2) [[File:addiz.jpg|300px|thumb|right|Fig.2 Damascene]]
Inizialmente mette l'ossido.<br>In seguito viene effettuato un processo di Etch. Infine, viene depositato il rame e poi viene meccanicamente eliminato la parte in eccesso.(fig.2) [[File:addiz.jpg|300px|thumb|right|Fig.2 Damascene]]
Iterando il procedimento per più strati si ha il Dual Damascene.
 
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* deposizione di un film sottile(PVD)
* deposizione con la tecnica dell'elettroplating.
La tecnica dell' elettroplating non è altro che un processo che avviene in una cella elettrolitica. Per prima cosa i atomi di Cu rappresentano l'anodo, mentre il wafer attraverso opportuni sostegni è collegato all'anodo; un metallo tende a liberarsi degli elettroni che sono liberi di muoversi attraverso tutto il metallo; questo blocco di rame si trova a contatto con una soluzione di rame(CuSO4) e i suoi ioni tendono ad entrare in soluzione.
Per prima cosa i atomi di Cu rappresentano l'anodo, mentre il wafer attraverso opportuni sostegni è collegato all'anodo.
Un metallo tende a liberarsi degli elettroni che sono liberi di muoversi attraverso tutto il metallo.
Questo blocco di rame si trova a contatto con una soluzione di rame(CuSO4) e i suoi ioni tendono ad entrare in soluzione.
avremo che la soluzione sarà elettricamente positiva e il metallo elettricamente negativo.Sotto l'azione di una differenza di potenziale questi ioni sono portati ad andare dall'anodo al catodo. Arrivati al catodo gli ioni si ricombinano e si depositano sul wafer secondo la relazione: <math>Cu^2 +2e^-</math>--> <math>Cu^0</math>. Quindi, sull'anodo il rame si ossida e sul wafer si riduce.▼
 
▲avremoAvremo che la soluzione sarà elettricamente positiva e il metallo elettricamente negativo.Sotto l'azione di una differenza di potenziale questi ioni sono portati ad andare dall'anodo al catodo. Arrivati al catodo gli ioni si ricombinano e si depositano sul wafer secondo la relazione: <math>Cu^2 +2e^-</math>--> <math>Cu^0</math>. Quindi, sull'anodo il rame si ossida e sul wafer si riduce.
 
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