Low-k-Dielektrika finden breite Anwendung in der Chipfertigung

Spezielle Isolierschichten, die störende Kapazitäten bei der internen Verdrahtung von Halbleiterchips verringern, kommen in immer mehr Bauteilen zum Einsatz. Zunächst als neue Technik unter anderem von IBM entwickelt und zur Serienreife gebracht, sind die so genannten Low-k-Dielektrika als Isolierschicht zwischen Kupfer-Leiterbahnen und Silizium heute eine Standardtechnik. Applied Materials, ein führender Hersteller von Anlagen für die Halbleiter-Produktion, liefert Maschinen und Prozesstechnik zur Erzeugung solcher Dünnfilme, die dort Black Diamond heißen.

Per Chemical Vapor Deposition (CVD) bildet sich auf dem Silizium-Wafer ein exakt definierter Siliziumoxidfilm mit einer relativen Dielektrizitätszahl von 3. Diese Schicht verhindert, dass Bestandteile des Kupfers in das Wafermaterial eindiffundieren und die komplizierten Dotierungsprofile "vergiften". Als noch Aluminium als Leiterbahnmetall zum Einsatz kam, waren derartige Diffusionssperren unnötig. Gewöhnliches Siliziumoxid hat eine Dielektrizitätszahl von etwa 4, Forscherteams untersuchen andere Verfahren mit Dielektrizitätszahlen von 2 oder niedriger.

Während High-k-Dielektrika das Verhalten der Steuerelektrode (Gate) von Transistoren verbessern sollen, senken Low-k-Typen die parasitäre Kapazität der Kupferverbindungen. Dadurch sinkt die Verlustleistung beim Schalten von Signalen, was den Leistungsbedarf des Chips senken kann oder eine Steigerung der Taktfrequenz erlaubt. Außerdem lassen sich durch verringertes Übersprechen zwischen benachbarten Leitungen Funktionsblöcke dichter packen.

Laut Applied Materials kommen Low-k-Dielektrika nicht etwa nur bei IBM, Intel (Carbon-Doped Oxide, CDO) und AMD (Athlon 64, Opteron) zum Einsatz, sie sind mittlerweile auch als Standardtechnik bei Auftragsfertigern wie TSMC verfügbar. Die taiwanische "Foundry" biete Low k für 130- und 90-nm-Produkte an und habe bereits etwa 40 verschiedene ICs auf mehreren tausend Wafern damit hergestellt. Konkrete Produkte seien die ATI-Grafikchips Radeon 9600XT und Mobility Radeon 9700, DSPs von Agere, FPGAs von Altera (Stratix II) oder Bauteile von LSI Logic. Toshiba setze Low-k-Filme in den TC300-Chips ein, NEC biete die Technik im UX6-Prozess an. (ciw)