Как проверить металл на медь


Как проверить подлинность меди в домашних условиях

Медь является широко распространенным металлом, ведь человек освоил его одним из первых. Благодаря своей пластичности, ковкости и высокой прочности из меди давно делали оружие, кухонную утварь, украшения, монеты и предметы искусства. Сегодня, поскольку это еще и лучший проводник тепла и электричества, чаще всего используют в производстве электротехнических изделий.

В природе ее можно встретить как в самородках, так и в виде соединений. Для того, чтобы верно определить подлинность меди в домашних условиях важно помнить, что на ее свойства очень сильно влияет содержание каких либо примесей. В чистом виде она обладает рядом характерных особенностей, нужно лишь разобраться, в чем ее отличие от других металлов.

Содержание

Основные параметры

Цвет

Во-первых, медь имеет красновато-розовый цвет. Со временем он может меняться от красно-коричневого до красновато-оранжевого оттенка. Если металл много времени лежит и окислился, то цвет лучше смотреть на свежем спиле. Или поверхность следует слегка зачистить напильником, чтобы оригинальная текстура лучше просматривалась.

Пластичность

Это очень мягкий пластичный материал. Предмет из меди (на пример проволока) легко гнется, при этом не ломается и не крошится. Совсем необязательно при этом гнуть или мять изделие. Можно слегка приложив усилие, надавить и понять насколько податливый перед вами металл.

Коррозия

Медь очень фоточувствительный металл, и обладает высокими антикоррозийными свойствами. Если долгое время она находится под открытым небом, либо во влажной среде, она меняет свой цвет. Покрывается зеленой пленкой, что и защищает медные изделия от ржавчины. И дальнейшего распространения коррозии в глубину.

Если визуального осмотра, чтобы определить подлинность, оказалось недостаточно, можно воспользоваться еще некоторыми хитростями, чтобы проверить подлинность меди.

Нагревание

С помощью газовой горелки, плиты или простой зажигалки (все зависит от размера предмета) хорошенько нагрейте часть металла. Медь сначала тускнеет, затем становится все темнее и в итоге оказывается совсем черной, так как образуется слой оксида меди.

Магнит

Определить подлинность медного изделия так же может помочь обычный магнит, чистая медь на него совершенно не реагирует.

Азотная кислота

Если на чистый металл капнуть азотной кислотой, он становится сине-зеленого цвета.

На основе меди существует много сплавов. Как отличить одно от другого?

Отличить медь от латуни

Латунь представляет собой сплав меди с цинком. Не удивительно, что визуально они очень похожи. Чем больше цинка в сплаве, тем латунь светлее. Так что медь однозначно краснее.
К тому же латунь более твердый металл, без дополнительной тепловой обработки (литья) его сложно согнуть. Так что пробуем погнуть или проверяем на зубок.

Еще латунь более легкая. Из латуни изготовлены электроды для вилки любого электрического бытового прибора. Так что в домашних условиях всегда есть с чем сравнить.

Отличить медь от бронзы

Бронза это сплав меди с оловом и другими элементами, имеет чаще всего красновато-коричневый цвет. Эти два металла внешне также очень похожи. Помните, что все ее сплавы, по сравнению с медью, всегда гораздо тверже.

Чтобы определить, нужно приготовить горячий соляной раствор. Затем либо полить им на заранее зачищенную поверхность, либо опустить в раствор медную проволоку на некоторое время. Тоже самое стоит сделать и с изделием из бронзы. Под воздействием горячей соляной воды оттенок меди станет гораздо темнее в сравнении с бронзой.

Вас может заинтересовать

Как проверить на медь и свинец - Канадский институт охраны природы (CCI) Примечания 17/3

Введение

Важно уметь идентифицировать свинец и медь. Металлический свинец и его сплавы, а также продукты их коррозии токсичны. Их необходимо идентифицировать перед любой обработкой, чтобы материалы, загрязненные свинцом, могли быть собраны и утилизированы как опасные отходы. Свинцосодержащие предметы могут быть покрыты темной патиной (например, на старой оловянной посуде) или белыми продуктами коррозии (например, на свинцовом якоре на деревянной модели корабля внутри витрины или на свинцовых жетонах, хранящихся в деревянном шкафу). .Точечный тест, описанный в этой процедуре, может обнаружить свинец в любом случае. Несколько примеров объектов, содержащих свинец, показаны в разделе «Объекты, содержащие свинец».

Медные сплавы обычно идентифицируются по красноватому или желтому цвету, но некоторые сплавы могут быть неотличимы по цвету от золота. Кроме того, некоторые сплавы белого цвета содержат медь, например, стерлинговое серебро (92,5% серебра и 7,5% меди) или нейзильбер, также называемое немецким серебром (богатые медью сплавы, содержащие никель и цинк, но не серебро).Точечный тест на медь, описанный в этой процедуре, достаточно чувствителен, чтобы обнаружить медь в стерлинговом серебре, поэтому тест может отличить чистое серебро от серебряной пластины. Несколько примеров медьсодержащих объектов показаны в разделе «Объекты, содержащие медь».

Точечные тесты - один из простейших аналитических методов идентификации металлов. В этой записке CCI описывается процедура и необходимые материалы для обнаружения свинца или меди в металлах с использованием коммерческих бумаг для точечного тестирования.Отбор проб объекта не требуется. Первый шаг в процедуре включает тестирование известных образцов меди и позволяет получить опыт использования тестовых документов и подтвердить, что они работают должным образом. Затем можно проверить неизвестные металлы. Для получения дополнительной информации о выборочных тестах на консервацию обратитесь к статье «Наука, стоящая за тестовыми листами для металлов».

Список литературы

Фейгл, Ф. и В. Гнев. Точечные тесты в неорганическом анализе. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Эльзевир, 1972 г.

Лавер, М.E. «Точечные тесты по консервации: металлы и сплавы». В ICOM Комитет по сохранению, 5-е трехлетнее совещание, Загреб. Париж, Франция: Международный совет музеев, 1978, стр. 78/23/8 / 1–11.

Одегаард, Н., С. Кэрролл и У.С. Zimmt. Тесты для определения характеристик материалов предметов искусства и археологии, 2-е изд. Лондон, Великобритания: Archetype Publications, 2005.

.

Селвин, Л. «Проблемы здоровья и безопасности, связанные со свинцом и свинцовыми соединениями при сохранении». Журнал Канадской ассоциации охраны природы 30 (2005), стр.18–37.

Townsend, J.H. «Идентификация металлов: точечные химические тесты». В R.E. Чайлд и Дж. М. Таунсенд, ред., Современные металлы в музеях. Лондон, Великобритания: Институт археологии, 1988, стр. 15–22.

Написано Линдси Селвин

Également publié en version française.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы, 2016

ISSN 1928-1455

.

Медь и металл для полупроводниковых межсоединений

В межсоединениях из меди есть три основных элемента надежности: электромиграция (EM), образование пустот, вызванное напряжением (SIV), и зависящий от времени пробой диэлектрика (TDDB) [18]. Первые два пункта используются для оценки надежности металла, а последний пункт - для оценки диэлектрической надежности. Однако все элементы надежности связаны с каждым компонентом межсоединений из меди.

5.1. Электромиграция (EM)

Отказ межсоединений из-за электромиграции (EM) уже давно является проблемой для разработки высоконадежных ИС.Первый отказ схемы на основе межсоединения из алюминия, связанный с ЭМ, наблюдался в 1966 году [73]. В течение последних 60 лет интенсивные усилия были предприняты либо над межсоединениями из алюминия, либо над недавно введенными межсоединениями из меди для повышения устойчивости к электромагнитному излучению.

Явление ЭМ заключается в миграции атомов металла в металлическом проводнике из-за напряжения с высокой плотностью электрического тока (~ 10 5 А / см) [74]. Когда электрический ток подается на металлический вывод, происходит передача импульса от электронов к металлическим атомам, что приводит к миграции металлических атомов.Следовательно, будет наблюдаться истощение и накопление металлических атомов в металлическом выводе, что происходит на катодной и анодной сторонах металлического вывода, соответственно. По мере истощения свинца на катодной стороне образуются пустоты и сопротивление увеличивается. Если пустоты становятся достаточно большими, чтобы охватить всю линию, будет наблюдаться открытая линия. На анодном конце проволоки будут накапливаться атомы металла, что приведет к гидростатическому напряжению. Если напряжение достаточно велико, а диэлектрики слабы, могут образовываться металлические экструзии, вызывающие утечку между соседними металлическими линиями [18, 75].В межсоединениях из меди барьерные слои Ta / TaN в нижней части переходного отверстия могут действовать как блокирующие границы, которые обеспечивают более высокое сопротивление ЭМ, чем Cu. Следовательно, во время ЭМ напряжения в линии Cu происходит явление истощения и накопления.

Это напряжение создает обратный поток атомов, противоположный по направлению потоку от электромиграции, который называется «эффектом Блеха» или эффектом короткой длины »[76, 77, 78, 79]. Это нарастающее напряжение вызывает процесс обратной миграции, который снижает или компенсирует эффективный поток металлического материала к анодной стороне во время ЭМ.Таким образом, время отказа ЭМ может быть эффективно уменьшено. Более того, эта сила обратного напряжения становится очевидной по мере уменьшения длины проволоки. Следовательно, короткие провода, длина которых ниже критической пороговой длины (обычно порядка 5–50 мкм), обратный поток атомов предотвращает образование пустот-убийц, и провода бессмертны.

Для ускорения отказов и экономии времени испытания ЭМ-испытание выполняется в условиях высокой плотности тока и высокой температуры. Время отказа ( t ) линии Cu широко описывается с помощью уравнения Блэка [80, 81]:

t = Aj − nexpEakTE3

, где j - плотность тока, Ea - энергия активации для диффузия, k, - постоянная Больцмана, T - температура, A - постоянная, и n - текущий показатель степени, значение которого обычно составляет от 1 до 2.Если значение n близко к 1, в кинетике ЭМ преобладает рост пустот, тогда как n = 2 соответствует кинетике, ограниченной зарождением пустот [82].

Энергия активации диффузии варьируется с помощью различных механизмов диффузии, как указано в таблице 4 [83]. Процесс диффузии, вызванный ЭМ, можно разделить на объемную диффузию, диффузию по границам зерен, диффузию по поверхности и диффузию по границе раздела. В межсоединениях из алюминия и меди энергии активации диффузии на разных путях диффузии различаются.В межсоединениях Cu диффузия на границе раздела имеет самую низкую энергию активации, представляя основной путь для ЭМ. В то время как в межсоединениях из алюминия диффузия по границам зерен - это быстрый электромагнитный путь из-за более низкой энергии активации [83, 84, 85, 86].

Таблица 4.

Энергия активации для различных путей диффузии для металла Al, Al / Cu и Cu.

При металлизации медью структура «сквозных проходов» широко используется для определения электромагнитных характеристик. Две типичные структуры испытаний ЭМ: «нагрузка на выходе» и «нагрузка на входе», как показано на рисунке 5.Чтобы свести к минимуму влияние Blech на результаты ЭМ, длина тестируемой линии Cu должна быть достаточно большой. Обычно длина составляет около 200–250 мкм. Во время ЭМ-теста сопротивление контролируется временем нагрузки. Поскольку контролируемое сопротивление увеличивается на определенное значение или определенный процент, это время определяется как время отказа ЭМ. Как правило, на ЭМ-тест проверяется 20–30 образцов. Измеренное время отказов обычно строится с использованием логнормального распределения и анализируется [23].

Рис. 5.

Схематический вид сбоку структур для испытаний на электромиграцию и мест образования пустот. (A) структура напряжения ниже по потоку и (B) структура напряжения выше по потоку.

В тестовой структуре «нагружение ниже по потоку» поток электронов идет от металла-2 к металлу-1 через переходник-1. Пустота, вызванная ЭМ, образуется под переходным отверстием (ранний отказ) и в проводе вдали от переходного отверстия (поздний отказ). В тестовой структуре с «нагрузкой на вход» поток электронов идет от металла-1 к металлу-2 через переходное отверстие-1.Пустота, вызванная ЭМ, образуется внутри переходного отверстия (ранний отказ) и в проводе (поздний отказ). Ранний отказ, произошедший в обеих испытательных структурах, связан с технологическим процессом или осаждением металлического барьера. Поздний отказ напрямую связан с границей раздела Cu / диэлектрик или характеристикой линии Cu. Следовательно, чтобы смягчить явление Cu EM, эти связанные процессы необходимо оптимизировать.

Многие факторы, такие как факторы, связанные с конструкцией, процессом и окружающей средой, могут существенно повлиять на надежность Cu EM, как показано ниже:

5.1.1. Эффект масштабирования

Поскольку размеры устройства и провода уменьшаются в узлах передовых технологий, желательно увеличить максимальную требуемую плотность тока в линиях Cu, таким образом, должно быть достигнуто более длительное время жизни ЭМ линий Cu [40]. На рисунке 6 показана максимальная требуемая плотность тока при 105 ° C для линий Cu. Причина этого увеличения заключается в том, что ток возбуждения в устройствах увеличивается, а скорость переключения увеличивается по мере увеличения размера устройства. Одновременно минимизируется размер металлической линии.Следовательно, металлическая линия должна выдерживать более высокую плотность тока.

Рисунок 6.

Максимально требуемая плотность тока при 105 ° C для медных линий M-1 с технологическими узлами [40].

ЭМ характеристики, однако, не могут быть улучшены, поскольку размеры линий Cu уменьшаются. Фактически, срок службы ЭМ уменьшается, как показано на рисунке 7. Этот результат можно объяснить двумя причинами. Во-первых, по мере уменьшения размеров переходного отверстия и канавки размер пустот, необходимый для возникновения электромагнитного сбоя, соответственно уменьшается [86].Это приводит к тому, что за короткое время образуется «убийственная» пустота. Другая причина связана с размером зерна в линиях Cu. Результаты экспериментов показали, что размер зерна уменьшается с увеличением ширины линии, поскольку ширина линий Cu менее 0,2 мкм. В линиях Cu с меньшим размером зерна диффузия по границам зерен может быть значительной во время ЭМ напряжения, что приводит к более низкому сроку службы ЭМ [87].

Рис. 7.

Результаты экспериментов и моделирования масштабирования срока службы электромиграции с уменьшением размеров межсоединения.Воспроизведено с разрешения Ref. [86].

Для узлов с передовыми технологиями надежность ЭМ становится критической проблемой из-за высоких требований к ЭМ и низкой производительности ЭМ. Следовательно, необходим ряд технологий изготовления межсоединений из меди или способов улучшения электромагнитных характеристик для узких проводов меди. Более того, с точки зрения метода нагружения, нагружение переменным током (AC) может увеличить ЭМ срок службы линий Cu по сравнению с традиционным нагружением постоянным током [88, 89].Увеличение срока службы ЭМ объясняется эффектом исцеления повреждений. В условиях переменного тока частичные атомы Cu, мигрирующие в одном направлении при одном напряжении полярности, будут мигрировать обратно в свое исходное положение при изменении напряжения полярности. Следовательно, линия Cu получает меньше повреждений от ЭМ в течение заданного времени, что приводит к увеличению срока службы ЭМ. Кроме того, эффект заживления повреждений от напряжения переменного тока зависит от частоты срабатывания. Поскольку рабочая частота превышает 10 Гц, эффект самовосстановления становится значительным и увеличивается с увеличением рабочей частоты.Когда рабочая частота достигает примерно 10 кГц, этот эффект становится насыщенным. Таким образом, на рабочих частотах выше этой точки не наблюдается дальнейшего увеличения срока службы ЭМ [88].

5.1.2. Эффект границы раздела Cu

Граница раздела между линией Cu и покрывающим слоем является доминирующим путем переноса ЭМ для межсоединений Cu Damascene из-за самой низкой энергии активации диффузии [83]. Следовательно, для получения длительного срока службы ЭМ улучшение границы раздела Cu является наиболее эффективным методом за счет увеличения адгезии между этими слоями [90].Типичный процесс диэлектрического покрытия состоит из двух основных этапов: плазменная очистка для удаления оксидов Cu и нанесение барьерного диэлектрика из Cu (SiN или SiCN) [91, 92].

Плазменная очистка оказывает заметное влияние на улучшение ЭМ по сравнению с нанесением барьерного диэлектрика. Это объясняется повышенной адгезией между линией Cu и барьерным диэлектрическим слоем. Обычно используется плазменная очистка H 2 или NH 3 , при которой оксид меди удаляется с верхней поверхности медной металлизации посредством химической реакции.Полученные результаты были противоречивыми [93, 94, 95], поскольку некоторые авторы сообщали, что плазменная очистка на основе H 2 лучше. Эти очевидные противоречия могут быть результатом большого разнообразия плазменных камер и условий плазмы. Тем не менее ясно, что плазменная очистка H 2 и NH 3 может увеличить срок службы ЭМ. Кроме того, для усиления адгезии между процессами плазменной очистки и диэлектрического осаждения вводится процесс экспонирования SiH 4 , чтобы сформировать тонкий слой силицида меди.Таким образом, срок службы ЭМ был увеличен за счет улучшенной адгезии [96, 97].

Влияние защитного диэлектрического слоя Cu на ЭМ не так очевидно по сравнению с эффектом плазменной очистки, хотя сделан вывод, что улучшение адгезии между линией Cu и диэлектрическим закрывающим слоем может улучшить ЭМ. Покрывающие слои SiN и SiCN имеют одинаковое время жизни ЭМ, но имеют более длительное время жизни ЭМ по сравнению с закрывающим слоем SiC [98]. Возможным механизмом является образование соединения Cu (Cu 3 N) на границе раздела для обеспечения лучшего интерфейса.

Основываясь на этих результатах, альтернативой для улучшения границы раздела Cu является использование металлического закрывающего слоя вместо диэлектрического закрывающего слоя. Было обнаружено, что из-за уменьшения диффузии межфазной границы срок службы ЭМ значительно улучшился. Используемый металлический защитный слой может быть из Ta / TaN или CoWP [57], причем последний закрывающий слой, как сообщается, обеспечивает большее улучшение электромагнитного поля, чем первый. Более того, в линиях дамасцена Cu с бамбуковой структурой зерен (т.е. без диффузии по границам зерен) энергия активации диффузии составляла 1.0 эВ для закрывающего слоя SiN или SiCN, 1,4 эВ для закрывающего слоя Ta / TaN и 2,4 эВ для закрывающего слоя из CoWP [99]. Это говорит о том, что механизм диффузии изменяется с диффузии на границе раздела на объемную диффузию для закрывающего слоя CoWP. При отливке покрывающего слоя Ta / TaN, хотя механизм диффузии на границе раздела все еще доминирует, межфазное соединение между Cu и покровным слоем усиливается.

На Рисунке 8 сравниваются различные технологии улучшения ЭМ с точки зрения эффективности улучшения ЭМ (коэффициент увеличения срока службы ЭМ и коэффициент увеличения сопротивления).Покрывающий слой CoWP является лучшим подходом с более высоким увеличением срока службы ЭМ и меньшим увеличением сопротивления.

Рис. 8.

Сравнение увеличения срока службы при электромиграции по сравнению с увеличением сопротивления для различных технологий улучшения электромиграции [40].

5.1.3. Эффект микроструктуры

Микроструктура межсоединений из меди также играет важную роль в характеристиках ЭМ. Важные параметры микроструктуры включают размер зерна (по отношению к ширине линии), распределение зерен и ориентацию зерен.Каждый из этих параметров влияет на характеристики ЭМ и зависит от этапов металлизации Cu. Как правило, для улучшения ЭМ полезны крупный размер зерен или структура зерен бамбука, плотное распределение зерен и ориентация зерен (111). Экспериментальные результаты показали, что линия Cu с гальваническим покрытием имеет относительно большой размер зерна и плотное распределение зерен по сравнению с линией Cu, полученной методом CVD, что приводит к более длительному сроку службы ЭМ [100]. Кроме того, этап отжига (<400 ° C) после гальванического покрытия и перед этапом Cu CMP может увеличить размер зерна линий Cu из-за роста усиления и рекристаллизации, что приведет к увеличению срока службы ЭМ [101].

5.1.4. Диэлектрический эффект

Более низкое время жизни ЭМ было обнаружено, когда диэлектрик k с низким значением использовался в качестве изолятора в межсоединениях из меди [102, 103]. Это уменьшение усиливается с уменьшением диэлектрической проницаемости диэлектриков с низким значением k . Меньший срок службы ЭМ диэлектриков с низким значением k можно объяснить несколькими причинами. Во-первых, модуль диэлектриков с низким значением k ниже, чем у пленки SiO 2 , и уменьшается с уменьшением диэлектрической проницаемости.Из-за более низкого модуля эффект Блеха и критическая длина бессмертия линии будут уменьшены [103]. Во-вторых, барьерные слои часто имеют слабую адгезию к материалам с низким значением k ; слабая адгезия может привести к сбоям экструзии во время ЭМ напряжения [104]. Наконец, материалы с низким значением k имеют более низкую теплопроводность, чем SiO 2 . Следовательно, для данной плотности тока генерируется больше джоулева нагрева [105], что приводит к более высокой температуре в медной проволоке и, следовательно, к более высокой скорости диффузии ЭМ.

5.1.5. Эффект легирования затравочного слоя Cu

Легирующие примеси, такие как Al [106, 107], Ag [108], Mn [109, 110, 111], магний (Mg) [112, 113], цирконий (Zr) [114], и Олово (Sn) [115] в слой Cu является эффективным методом увеличения срока службы ЭМ. Основным недостатком этого подхода является то, что примеси увеличивают удельное сопротивление линии Cu. Чтобы избежать огромного увеличения удельного сопротивления, концентрация легирующей примеси поддерживается на относительно низком уровне, и легирующая добавка обычно вводится в процессе осаждения затравочного слоя меди.Кроме того, после завершения медной металлизации необходим дополнительный процесс отжига. Цель состоит в том, что легирующие примеси сегрегируют на границах зерен и на границах раздела между линией Cu и покровным слоем в результате отжига. Таким образом, скорость миграции ЭМ Cu замедляется из-за уменьшения межзеренной и межфазной диффузии [106, 110]. Было обнаружено, что измеренное время жизни ЭМ увеличивается по крайней мере на один порядок величины и прямо пропорционально концентрации легирования.

Среди используемых легирующих добавок больше внимания привлекли Al и Mn, поскольку они показали, что они значительно увеличивают срок службы ЭМ.Кроме того, Mn является многообещающим кандидатом для обеспечения некоторых преимуществ. Его низкая растворимость в линиях Cu позволяет минимизировать увеличение удельного сопротивления за счет оптимизации постметаллического отжига [109]. Кроме того, Mn имеет высокое сродство к кислороду, что приводит к образованию слоя MnO x с диэлектрической пленкой путем отжига. Сформированный слой MnO x может действовать как барьерный слой Cu, тем самым избегая нанесения металлического барьерного слоя [47, 48].

5.2. Пустоты, вызванные напряжением (SIV)

Как и EM, пустоты образуются в металлической линии для образования пустот, вызванных напряжением.Но эти два условия надежности имеют разные механизмы. В то время как ЭМ индуцируется силой электронного ветра под действием электрического поля, пустотность, вызванная напряжением (SIV), возникает из-за миграции напряжения. При отжиге пассивированного медного соединения при умеренных температурах (200–250 ° C) в металле устанавливается напряжение растяжения. Если это накопленное растягивающее напряжение превышает критическое напряжение, в линии Cu образуются пустоты, что приводит к увеличению сопротивления или образованию открытой линии. Накопленное напряжение в металлической линии вызывается двумя механизмами: первый - это тепловое напряжение из-за несоответствия теплового расширения металлической линии и диэлектрического изолятора; а другой - напряжение роста из-за роста зерна по линии металла [116, 117, 118].

Уникальной характеристикой пустот, вызванных напряжением, является то, что максимальная скорость роста пустот в линии Cu не происходит при высокой температуре, как показано на Рисунке 9. Чтобы получить достаточно большие пустоты, чтобы разорвать цепь, необходимо создать напряжение. (зарождение пустот) и миграция атомов Cu (накопление пустот) должны происходить последовательно. Однако эффект температурной зависимости этих двух механизмов совершенно различен. Если вызванная напряжением пустота возникает из-за несоответствия теплового расширения во время осаждения диэлектрического защитного слоя, может быть получена «свободная от напряжения» температура.Эта температура без напряжений связана с температурой осаждения диэлектрического защитного слоя и последующих процессов. Температура без напряжений близка к температуре межуровневого осаждения диэлектрика и обычно составляет 300–450 ° C. Поскольку температура напряжения близка к температуре без напряжения, растягивающее напряжение ( σ ) в металлической линии является низким, так что скорость роста пустот невысока. С другой стороны, коэффициент диффузии Cu увеличивается с увеличением температуры, что приводит к высокой скорости роста пустот при высоких температурах.Эти два различных механизма приводят к значительному росту пустот при промежуточных температурах (150–250 ° C) [116, 119, 120]. Следовательно, для недавно разработанного процесса для соединений Cu необходимо заранее определить температуру напряжения для максимальной скорости роста пустот в линии Cu.

Рис. 9.

Скорость роста пустоты, вызванной напряжением, как функция температуры [116].

Тестовая структура пустоты, вызванной напряжением, представляет собой простые сквозные структуры. Сопротивление контролируется как функция времени при температуре напряжения [121].Поскольку сопротивление увеличивается на определенное значение (5–10%), это время определяется как срок службы пустоты, вызванной напряжением.

Основные факторы, влияющие на образование пустот, вызванных напряжением, в трубопроводах Cu можно разделить на следующие категории.

5.2.1. Эффект масштабирования

Основным видом разрушения пустот, вызванных напряжением, является образование пустот под переходными отверстиями из-за градиента напряжения в нижележащей линии Cu и наличия межфазной границы раздела металлов [116]. Поскольку пустота формации охватывает все переходное отверстие, что называется «убойной пустотой», электрический ток прекращается, что приводит к отказу цепей.Следовательно, интенсивность отказов для вызванных напряжением пустот в линии Cu увеличивается с уменьшением размера переходного отверстия (Рисунок 10).

Рис. 10.

Интенсивность разрушения пор, вызванных напряжением, в зависимости от ширины линии M2 и размера сквозного отверстия V2 после напряжения отжига при 225 ° C в течение 1000 часов. Воспроизведено с разрешения Ref. [122].

С другой стороны, интенсивность отказов для вызванных напряжением пустот в линии Cu увеличивается с увеличением ширины линии (рис. 10) в противоположность тому, что наблюдается для линии Al [116, 117, 122].Это уникальное поведение можно объяснить двумя механизмами. Первый заключается в том, что гидростатическое напряжение увеличивается с увеличением ширины линий Cu на основе результата моделирования напряжений [123]. Следовательно, более сильная движущая сила для образования пустот создается в широких линиях Cu, чем в узких линиях Cu. Другой механизм можно объяснить теорией «активного диффузионного объема» [124]. В этой теории образовательная пустота связана с количеством вакансий, доступных в пределах диффузионной длины переходного отверстия.Более широкие линии Cu могут обеспечить большее количество вакансий для образования пустот под дном переходного отверстия. Таким образом, более широким линиям Cu требуется меньше времени, чтобы сформировать «убойную пустоту», и они имеют слабое сопротивление пустоте, вызванной стрессом. Чтобы решить проблему надежности пустот, вызванных напряжением, в узких переходных отверстиях и широкой линии, предлагается конструктивное решение путем вставки избыточных переходных отверстий в широкую медную линию [125, 126]. При таком подходе градиент напряжения уменьшается, а объем «убийственной пустоты» увеличивается, таким образом увеличивая вызванную стрессом пустоту.

5.2.2. Поверхностный эффект Cu

Пустоты в линиях Cu, вызванные напряжением, в основном наблюдаются под переходными отверстиями [116]. Причиной такого отказа являются высокое растягивающее напряжение в металле на краю переходного отверстия и слабая адгезия между барьерным металлом и находящейся под ним Cu на дне переходного отверстия. Высокое растягивающее напряжение в металле на краю переходного отверстия было обнаружено с помощью моделирования напряжений [127, 128]. В этот момент, если растягивающее напряжение превышает критическое напряжение, пустота зарождается, а затем растет вдоль границы раздела между барьерным металлом и находящейся под ним Cu на дне переходного отверстия.Как только образовалась пустота, критическое напряжение будет уменьшено, в результате чего поле напряжений, окружающее пустоту, станет менее напряженным. Результирующий градиент напряжений способствует диффузии вакансий к пустоте, что приводит к дальнейшему росту.

Основной стратегией для решения этого режима разрушения пустот, вызванных напряжением, является обеспечение лучшего интерфейса Cu. Таким образом, подходы к оптимизации интерфейсов Cu, применяемые для улучшения ЭМ, также оказывают большую помощь для образования пустот, вызванных напряжением [129, 130, 131].

5.2.3. Эффект границы зерен Cu

Пустоты, вызванные напряжением, также могут наблюдаться на границах зерен в линиях Cu [132]. Таким образом, граница зерна - это еще один путь диффузии. Уменьшение границ зерен в линиях Cu (то есть максимальное увеличение размера зерна Cu) может минимизировать интенсивность отказов пустот, вызванных напряжением, аналогично повышению надежности ЭМ. Самый эффективный метод увеличения размера зерен меди - это отжиг. Время работы - после медного покрытия и до этапа Cu CMP. Следует отметить, что максимальная температура отжига должна быть ограничена после нанесения диэлектрического защитного слоя, поскольку высокотемпературный отжиг после нанесения диэлектрического защитного слоя может привести к высокой скорости образования пустот под напряжением из-за ограниченного роста зерна или из-за повышенного напряжения Линия Cu [122, 132].Кроме того, использование металлических покрывающих слоев [133] и / или линий легирования Cu [106, 107], которые используются для улучшения ЭМ, также показало снижение интенсивности отказов пустот, вызванных напряжением.

5.2.4. Эффект барьера переходного отверстия

Раннее разрушение вызванной напряжением пустоты происходит внутри переходного отверстия из-за дефекта переходного отверстия с более низким растягивающим напряжением [124]. Поскольку атомы Cu будут мигрировать в области с более высоким растягивающим напряжением, вакансии будут диффундировать в области с более низким растягивающим напряжением. Если в переходном отверстии есть дефект, то образование пустот в переходном отверстии будет еще более усилено.Плохое покрытие затравочного слоя и нежелательное заполнение зазоров гальваники являются предвестниками образования пустот. По мере уменьшения размеров медных межсоединений эти два процесса становятся все более сложными. Чтобы обеспечить низкое сопротивление металлической линии в узлах передовых технологий, необходимо, чтобы толщина барьерного слоя меди была как можно больше. Однако важны вопросы диффузии меди в диэлектрик, покрытия металлического барьерного слоя на дне и боковых стенках канавок и переходных отверстий, а также заполнения зазоров медным покрытием.

Этот вид отказов, вызванных напряжением, может быть устранен с помощью хорошего покрытия металлическим барьерным слоем на дне и боковых стенках канавок и переходных отверстий, а также путем заполнения пустот медью. Для достижения этих целей используется герметизация пор на пористых диэлектриках с низким содержанием k [134], хороший контроль профилей переходных отверстий и канавок [135], использование барьерной технологии ALD [136] и оптимизация добавок в процессе медного покрытия. [37] были продемонстрированы.

5.3. Зависящий от времени пробой диэлектрика (TDDB)

Во время длительного воздействия высоких электрических полей в диэлектрических материалах может произойти электрическое повреждение.Это вызывает потерю изолирующих свойств диэлектрического материала, для которого состояние сопротивления изменяется с высокого на низкое. Наконец, происходит электрический пробой, поскольку образуется токопроводящий путь. Такая потеря надежности называется «пробой диэлектрика, зависящим от времени» (TDDB) [137, 138, 139, 140, 141].

Зависящий от времени пробой диэлектрика может происходить в затворных диэлектриках и диэлектриках BEOL [142, 143]. Первое было важной проблемой надежности, потому что толщина диэлектрика затвора постоянно уменьшается с развитием технологического узла, хотя последнее не является ключевой проблемой в межсоединениях из алюминия, поскольку приложенное электрическое поле через диэлектрик BEOL низкое из-за относительно большого расстояние между металлическими линиями.Однако по мере того, как технологический узел ИС постоянно развивается, поперечное электрическое поле через диэлектрик BEOL значительно увеличивается из-за уменьшения размера межсоединения. Одновременно используемый диэлектрик BEOL превращается в диэлектрики с низким значением k с диэлектрической проницаемостью ниже 4,0. Пробивная прочность диэлектриков с низким значением k ниже, чем у пленки SiO 2 , и обычно уменьшается с уменьшением диэлектрической проницаемости.Эти комбинированные эффекты приводят к критической проблеме временного диэлектрического пробоя для диэлектриков BEOL в узлах передовых технологий [144, 145].

Тестовая структура для оценки надежности TDDB имеет две типичные конфигурации: гребенчато-гребенчатый или гребенчато-серпантинный [146, 147, 148, 149], как показано на рисунке 11. Обычно металл-1 является наиболее часто используемым металлом. уровень, потому что у него самый маленький шаг. Во время теста один электрод (например, змеевик) заземляется, и на другой электрод подается постоянное положительное напряжение (например, серпантин).г., расческа). Ток утечки измеряется временем нагрузки. Типичный ток утечки в зависимости от времени напряжения - это начальное уменьшение тока утечки из-за захвата заряда, за которым следует ток утечки, вызванный напряжением, и, наконец, пробой [150]. Время напряжения при резком увеличении контролируемого тока утечки соответствует времени пробоя.

Рис. 11.

Схема вид сверху структур для испытаний на пробой диэлектрика в зависимости от времени. (A) Структура гребня-гребешка.(B) Гребне-змеевидная структура.

Так как пробой диэлектрика, зависящий от времени, используется для оценки диэлектрической надежности, его характеристики сильно зависят от свойств диэлектрика. Дополнительные исследования показали, что высокая плотность дефектных участков в осажденном диэлектрике (особенно для материалов с низким значением k ) [151], повреждение или загрязнение диэлектрика из-за таких процессов, как плазма и процессы CMP [152, 153, 154], а проблемы формирования рисунка, такие как шероховатость кромок линии или несовпадение [155, 156], привели к низкой пробойной прочности диэлектриков BEOL.Следовательно, оптимизация процесса соединения BEOL может эффективно повысить надежность зависящего от времени пробоя диэлектрика.

Кроме того, медная металлизация также влияет на производительность TDDB. Диффузия меди в диэлектрик приводит к серьезному снижению надежности диэлектриков БЭОЛ [157, 158, 159]. Диффузия меди в диэлектрик может происходить через диэлектрические и металлические барьерные слои, которые представляют собой межфазную диффузию и объемную диффузию соответственно. Межфазная диффузия считается доминирующим путем диффузии меди.Это может быть продемонстрировано тем фактом, что пробой диэлектрика между соседними медными проволоками обычно происходит на границе между закрывающим слоем и диэлектриком [150, 160]. Предполагается, что граница раздела будет иметь более высокую плотность захвата, чем объемные диэлектрики из-за несоответствия связей между различными материалами или из-за примесей из процесса Cu CMP [153, 161]. Следовательно, граница раздела между закрывающим слоем и диэлектриком является предпочтительным путем диффузии и утечки для атомов Cu.Более того, изготовленные линии Cu обычно имеют конусообразную форму (шире вверху, чем внизу), поэтому пространство в верхней части линии Cu меньше всего, что приводит к наивысшему электрическому полю в этом месте. Из-за комбинации высокого электрического поля и высокой плотности дефектов межфазная граница является доминирующим путем диффузии меди.

Более того, теория «пробоя, катализируемого диффузией меди» была предложена для объяснения более низкой пробойной прочности диэлектрика при диффузии меди в диэлектрик [162].Согласно этой теории, Cu может выступать в качестве предшественника окончательного пробоя диэлектрика. Когда концентрация Cu в диэлектрике достигает критического значения, происходит пробой диэлектрика. Два возможных механизма могут объяснить индуцированный Cu пробой диэлектрика. Во-первых, диффузные атомы Cu могут катализировать реакцию разрыва связи, вызывая постоянное смещение связи в диэлектрике. Другой механизм заключается в том, что атомы Cu, накопленные в диэлектрике, образуют кластеры наночастиц. Когда эти кластеры соединяются, возникает металлический замыкающий мостик или локальное утончение диэлектрика, вызывая пробой диэлектрика.

Помимо снижения прочности диэлектрика и времени отказа, диффузия Cu в диэлектрик изменяет модель ускорения электрического поля TDDB, которая используется для определения частоты отказов или срока службы в условиях использования (данные о напряжении в сильном поле должны быть экстраполированы на нижние поля при условиях использования). «Е-модель» [163, 164, 165], которая является управляемой полем моделью и механизмом разрыва химической связи, не может описать поведение TDDB с низким значением k при диффузии Cu.Вместо этого наиболее подходящей моделью является «E 1/2 -модель» [146, 166]. Постулируется, что ускоренные электроны, инжектированные из катода, переносятся внутрь диэлектрика с низким значением k посредством проводимости Шоттки-Эмиссии или Пула-Френкеля. Некоторые электроны подвергаются термализации в сильном поле и при высокой температуре и сталкиваются с атомами Cu на аноде. В результате образуются положительные ионы Cu, которые, в свою очередь, инжектируются в диэлектрик под действием поля по пути быстрой диффузии. Поскольку ток в проводимости Шоттки-Эмиссии или Пула-Френкеля пропорционален E 1/2 , «E 1/2 -модель» является возможной моделью для описания временного пробоя диэлектрика с низким значением k . с диффузией Cu.Однако модель TDBD еще не полностью принята, и поэтому она остается открытой проблемой.

Чтобы минимизировать диффузию Cu в диэлектрик, чтобы избежать снижения надежности TDDB, было предложено несколько технологических стратегий, включая использование соответствующих металлических барьерных слоев [167, 168], минимизацию остатков после очистки после CMP [169] и минимизацию воздействия воздуха перед к укупорке Cu [150, 153]. Кроме того, метод работы с переменной полярностью вместо напряжения постоянного тока может увеличить срок службы диэлектрического пробоя в результате эффекта восстановления из-за обратной миграции ионов Cu во время напряжения обратного смещения [170, 171].

.

типов металлов на выбор для обработки 2020 [Easy How to Guide]

Титан и его сплавы (цветные металлы)

Титановый кристаллический стержень от Alchemist-hp (pse-mendelejew.de) - собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7329436

Титан может быть легирован железом, алюминием, ванадием и молибденом, среди других элементов, для производства прочных и легких сплавов для аэрокосмической промышленности (реактивные двигатели, ракеты и космические корабли), военных, промышленных процессов (химическая и нефтехимическая промышленность, опреснительные установки, целлюлоза). и бумага), автомобилестроение, сельское хозяйство (сельское хозяйство), медицинские протезы, ортопедические имплантаты, стоматологические и эндодонтические инструменты и файлы, зубные имплантаты, спортивные товары, ювелирные изделия, мобильные телефоны и другие приложения.

Два наиболее полезных свойства - это коррозионная стойкость и высокое отношение прочности к весу, самое высокое среди всех металлических элементов. Даже нелегированный, он прочен, как многие стали.

Список титана и его сплавов

.

Как пройти тест на отравление металлами и вывести тяжелые металлы из своего тела


(NaturalNews) Со всеми последними новостями о таблетках железа, которые могут вам навредить (https: //www.naturalnews.com/034021_iron_suppl ...), и популярной пищевой добавке, которая, как выяснилось, имеет удивительно высокий уровень сульфата алюминия (https: //www.naturalnews.com/034005_Adya_Clari ...), NaturalNews получил множество писем от читателей, желающих узнать, как на самом деле удалить тяжелых металлов (и легких металлов, если на то пошло) из своего тела.

Помимо перечисленных выше элементов, также содержит алюминий и ртуть во многих вакцинах (https: //www.naturalnews.com/031870_flu_shots _...), и люди также получают ртуть, когда едят суши (https: //www.naturalnews.com/029189_sushi_merc ...). Также существует проблема с воздействием меди , поскольку люди, употребляющие слишком много меди, могут буквально потерять рассудок или впасть в заблуждение (https: //www.naturalnews.com/034037_Adya_Clari ...).

Суть всего в том, что мы подвергаемся нападению с тяжелыми металлами через лекарства, средства личной гигиены, косметику, промышленные химикаты и даже некоторые обманные товары для здоровья.

Итак, что вы можете с этим поделать?

Прежде чем приступить к лечению отравления металлами, вам необходимо определить, какие уровни металлов на самом деле загрязняют ткани вашего тела.

Как объяснил в нашем недавнем интервью эксперт по токсичности металлов Рой Диттман, один только анализ крови не может точно определить ваш уровень токсичности металлов . Многие металлы быстро переходят из крови в ткани , где они могут оставаться и вызывать серьезные долгосрочные проблемы со здоровьем, такие как:

• Железо, оставшееся в тканях сердца, может вызывать сердечные заболевания.

• Алюминий, застрявший в тканях мозга, может вызвать болезнь Альцгеймера или клиническое безумие.

• Заложенная в вашем мозгу ртуть может вызвать расстройства аутистического спектра.

• Свинец, застрявший в костях, может мешать выработке эритроцитов и даже лейкоцитов.

Чтобы пройти тестирование, найдите местного врача или натуропата, который проведет эти тесты и предложит вам разумный диагноз. Завершите тесты, просмотрите свои результаты и примите решение о дальнейших действиях.

Наиболее широко применяемым методом удаления тяжелых металлов является хелатирующая терапия , и ее эффективность в отношении определенных металлов широко признана как традиционными, так и холистическими врачами. При хелатной терапии

врач или натуропат вводит капельницу в вашу руку (или другое место), а затем капает хелатирующий агент в ваш кровоток. Наиболее распространенным хелатирующим агентом, используемым сегодня, является этилендиаминтетрауксусная кислота или ЭДТА.Как поясняет Медицинский центр Университета Мэриленда (http://www.umm.edu/altmed/articles/ethylened ...):

«Хелатная терапия с использованием ЭДТА является признанным с медицинской точки зрения методом лечения отравления свинцом. отравления металлами, которые лечатся хелатированием, включают ртуть, мышьяк, алюминий, хром, кобальт, марганец, никель, селен, цинк, олово и таллий. Хелатирующие агенты, кроме ЭДТА, также используются для удаления некоторых из этих веществ из кровотока ».

Эта страница продолжает объяснение:

«Токсичность тяжелых металлов у людей связана со многими состояниями здоровья, включая болезни сердца, синдром дефицита внимания / гиперактивности (СДВГ), болезнь Альцгеймера, нарушения иммунной системы, желудочно-кишечные расстройства ( включая синдром раздраженного кишечника или СРК) и аутизм."

Хотя существует огромных споров об использовании ЭДТА для удаления бляшек из артерий, широко признано, что ЭДТА очень эффективно удаляет металлы (и минералы) из организма. Хорошая новость заключается в том, что ЭДТА связывается с тяжелыми металлами и позволяет вашему телу легко устранять их. Плохая новость заключается в том, что EDTA также связывается с полезными минералами , такими как цинк и кальций, выводя их также из вашего тела. По этой причине врачи, которые вводят хелатирование EDTA, обычно рекомендуют реминерализацию процедуры с полезными минералами после хелатирования.

Есть много других областей для исследования в области детоксикации металлов. У меня нет здесь ответов на все вопросы, но вы можете изучить различные очищающие средства для детоксикации с использованием яблочного уксуса или лимонного сока в качестве основных жидкостей. Простое приготовление сока из свежих овощей и фруктов с лимонами само по себе является своего рода детоксикацией от тяжелых металлов (хотя, вероятно, это не устранит неорганические металлы, застрявшие в тканях мозга).

Мы надеемся предоставить вам больше историй на эту тему в ближайшем будущем, тем более что многие люди проявляют повышенный интерес к удалению меди, алюминия, ртути и даже лишнего железа из своего тела.Устранить лишнее железо, кстати, легко, сдав крови . Но сначала убедитесь, что вы прошли обследование, и обсудите варианты лечения со своим врачом или терапевтом-натуропатом.

Это одна из тем, в которой даже обычные врачи могут обладать очень практическими знаниями. Хотя обычные врачи обычно плохо разбираются в питании, удаление тяжелых металлов из организма - это область, в которой они действительно могут быть весьма полезными. Лицензированные натуропаты также являются отличным ресурсом для этого.

Это проще, чем вы думаете: просто скармливайте минералами своим растениям , а затем ешьте растения. Вы можете делать это сезонно в домашнем саду или круглый год с помощью сеялки. Ростки будут поглощать неорганические минералы и превращать их в органических минерала , которые затем можно употреблять в пищу человеком. Очевидно, убедитесь, что минералы, которыми вы подкармливаете свои растения, не содержат вредных металлов (таких как ртуть или кадмий), иначе ваши растения тоже будут их поглощать.

Никогда не употребляйте неорганических минералов или металлов (т.е.е. минералы, сделанные из камней), если вы можете этого избежать. По возможности следует избегать использования определенных металлов , таких как ртуть, алюминий, кадмий, мышьяк и свинец.

.

Смотрите также