Kupfer in der Halbleiterfertigung

Verdrahtung Kupfer vs. Alu

Bild 5 zeigt einen Ausschnitt aus einer in Kupfertechnologie gefertigten PowerPC-CPU. Deutlich zu sehen sind sowohl die dicken Leitungen für die Spannungsversorgung des Chips als auch die dünnen Leitungen der logischen Signale. 200 Leitungen nebeneinander entsprechen gerade einmal der Dicke eines Haares. Wolfram für die Durchkontaktierungen wird nur noch in der untersten Lage verwendet, um das Kupfer vom Halbleitermaterial fern zu halten.

Da Kupferverbindungen und Durchkontaktierungen in einem einzigen Arbeitsgang aufgebracht werden, reduziert sich die Anzahl der Prozessschritte deutlich. Die Herstellung wird billiger. Die Leitung und die Durchkontaktierung bestehen aus einem Material, so dass keine unerwünschte thermoelektrische Effekte (Thermospannungen) an den Übergängen der unterschiedlichen Metalle auftreten. Zudem verhindert dies durch Thermospannung entstehende Korrosion, wodurch wiederum die Zuverlässigkeit der Bauelemente steigt.

Bild 6 zeigt einen Ausschnitt aus einem Chip in konventioneller Aluminiumtechnologie. Sehr gut ist hierbei die Verwendung unterschiedlicher Materialien für die Leitungen und die Durchkontaktierungen zu sehen.

Durch die geringere Breite der Leiterbahnen entsteht bei der Kupfermetallisierung ein weiterer Vorteil: Mehr Leitungen finden auf derselben Fläche Platz, die Anzahl der verdrahtbaren Transistoren steigt und die Chipgröße verringert sich erheblich. Dadurch passen mehr Chips auf einen Wafer was wiederum die Fertigungskosten senkt.