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Warum tritt bei Kobalt weniger Elektromigration auf?

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  1. Warum tritt bei Kobalt weniger Elektromigration auf?

    Autor: dgrat 19.02.18 - 13:40

    Kenn sich jemand aus und erklärt kurz warum manche Stoffe mehr und manche weniger betroffen sind? Am Widerstand scheint es jedenfalls nicht zu liegen.

  2. Re: Warum tritt bei Kobalt weniger Elektromigration auf?

    Autor: Sharra 19.02.18 - 14:04

    Wenn ich das jetzt noch richtig im Kopf habe, dann liegt das an der gesamtstabilität der Atome an sich, und der daraus resultierenden Gitterstruktur. Verschiedene Stoffe weisen unterschiedliche Reaktionsverhalten auf, wenn es darum geht, Elektronen (temporär) aufzunehmen, und dann wieder abzugeben.

  3. Re: Warum tritt bei Kobalt weniger Elektromigration auf?

    Autor: Sinnfrei 19.02.18 - 14:56

    Kobalt hat einen höheren Widerstand, aber es kommt auf Grund der Struktur zu weniger Kollisionen von Elektronen, was bei diesen kleinen Strukturen wichtiger zu sein scheint.

    __________________
    ...

  4. Re: Warum tritt bei Kobalt weniger Elektromigration auf?

    Autor: Arsenal 19.02.18 - 20:43

    Das Ganze hier ist mein Verständnis, ich habe zwar auf dem Gebiet studiert, bin aber schon länger aus der Thematik raus und habe keinen Zugang mehr zu aktuellen Forschungsartikeln, daher mit Salz genießen:

    Ein Indikator für die Gitterstärke der Kristallstruktur ist der Schmelzpunkt des Materials. Die Gitterstärke wiederum ist ein Anzeichen dafür wie viel Kraft benötigt wird um ein Atom aus dem Verbund der Kristallstruktur zu reißen.

    Je mehr Kraft benötigt wird, umso mehr Strom muss fließen - da mit höherem Strom mehr Elektronen mit den Atomen kollidieren. Die wichtige Größe ist die Stromdichte und da wir hier auf wenigen Nanometern unterwegs sind, wird die Stromdichte sehr schnell sehr groß.

    Cobalt hat einen höheren Schmelzpunkt als Kupfer (Kupfer hat einen höheren als Aluminium, deswegen ist man schon lange von Alu weg, da war der Widerstand natürlich zusätzlich noch kleiner, was willkommen ist). Daher wird erwartet, dass die Elektromigration geringer ausfällt.

    So könnte man natürlich sagen, verwendet doch gleich Wolfram - was besseres gibt es nicht. Wird wohl auch schon gemacht, gerade in der untersten Schicht in der die Stromdichte besonders groß ist.

    Bei Cobalt scheint es aber einen interessanten Effekt zu geben, so dass der Widerstand auf diesem mikroskopischen Maßstab geringer ist als der von Wolfram und so eine höhere Schaltgeschwindigkeit ermöglicht (wird limitiert von der Umladezeit von Kapazitäten und je geringer der Widerstand umso schneller geht das).

    Der Effekt scheint wohl zu sein, dass Kobalt größere Kristalle ausbildet und so weniger Fehlstellen aufweist. Außerdem kommt hinzu, dass Korngrenzen wie eine Art Barriere wirken und Elektronen an diesen zurückprallen, da Wolfram wohl sehr feinkörnige Strukturen ausbildet sind entsprechend viele Korngrenzen vorhanden welche hier nicht helfen.

    Gibt aber auch Verfahren, die wohl vorsehen, dass nur die Oberflächen der Kupfer-Interconnects mit Kobalt beschichtet werden um so die Adhäsion von Kupfer zu verbessern und den Vorteil der verbesserten Elektromigration an der Oberfläche (gibt mehrere Angriffspunkte, einer davon ist die Oberfläche) und den Vorteil des geringen Widerstands vom Kupfer zu vereinen.

  5. Re: Warum tritt bei Kobalt weniger Elektromigration auf?

    Autor: Der mit dem Blubb 19.02.18 - 21:07

    Arsenal schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > So könnte man natürlich sagen, verwendet doch gleich Wolfram - was besseres
    > gibt es nicht. Wird wohl auch schon gemacht, gerade in der untersten
    > Schicht in der die Stromdichte besonders groß ist.

    Gewöhnlich wird Wolfram hier aber nur wegen der Kontaktierung des Siliciumsubstrats benötigt; lediglich die ersten Kontaktlöcher zur Verdrahtung der Source-Drain-Gebiete werden damit aufgefüllt - an dieser Stelle hat das nichts mit der Elektromirgration zu tun. Die erste Metallisierungsebene ist dann schon Kupfer (oder Aluminium).



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 19.02.18 21:08 durch Der mit dem Blubb.

  6. Re: Warum tritt bei Kobalt weniger Elektromigration auf?

    Autor: Arsenal 19.02.18 - 21:11

    Ja, und selbst da sieht das Ganze eben nicht besonders toll aus:


    Quelle

  7. Re: Warum tritt bei Kobalt weniger Elektromigration auf?

    Autor: Der mit dem Blubb 19.02.18 - 21:14

    So schlimm sehen die Kontakte bei uns aber nicht aus ;)

  8. Re: Warum tritt bei Kobalt weniger Elektromigration auf?

    Autor: Arsenal 19.02.18 - 21:16

    Dann bin ich ja beruhigt. Hab zwar keine Ahnung wo du arbeitest aber ich hab bestimmt schon ein Interconnect von dir in der Hand gehabt.

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