Ein Barrieremetall ist eine dünne Metallschicht, entweder in Plattierungs- oder Filmform, die zwischen zwei Gegenstände gelegt wird, um zu verhindern, dass weiche Metalle andere Gegenstände verunreinigen. Beispielsweise enthalten die Kupfer- und Messingkomponenten in modernen Chips und Schaltungen immer eine dünne Metallschicht um sie herum, um eine Beschädigung der kristallinen Halbleiter selbst zu vermeiden. Manchmal bestehen Barrieremetalle eher aus Keramiken wie Wolframnitrid als aus eigentlichen Metallen, aber sie werden immer noch als Barrieremetalle betrachtet.
Barrieremetalle erfordern spezifische physikalische Eigenschaften, um für die Halbleiterindustrie nützlich zu sein. Offensichtlich muss das Barrieremetall inert genug sein, um eine Kontamination der umgebenden Materialien selbst zu vermeiden; Die Halbleiterfertigung basiert jedoch auf dem Stromfluss durch das Gerät. Daher muss das Barrieremetall leitfähig genug sein, um den elektrischen Fluss nicht zu unterbrechen.
Beide Kriterien erfüllen nur sehr wenige Metalle, sodass nur wenige Materialien als Barrieremetall in Halbleitern wirken. Titannitrid ist das in Halbleitern am häufigsten vorkommende Barrieremetall. Chrom, Tantal, Tantalnitrid und Wolframnitrid werden ebenfalls verwendet.
Leitfähigkeit und Härte sind nicht die einzigen beiden Eigenschaften, die bei einem Barrieremetall berücksichtigt werden; Auch die Dicke des Barrieremetalls spielt eine entscheidende Rolle für seine Wirksamkeit. Weiche Metalle wie Kupfer können eine zu dünne Barriere durchdringen. Jedes weiche Metall, das eine dünne Barriere durchdringt, kann das anfällige Objekt auf der anderen Seite kontaminieren. Andererseits beeinträchtigt eine zu dicke Metallisierung den Stromfluss im Stromkreis erheblich. Halbleiteringenieure verbringen viel Zeit in Testlabors, um die richtige Balance zu finden.
Allerdings schirmen nicht alle Barrieremetalle kristalline Halbleiter ab. Weiche Metalle beschädigen ebenso leicht härtere Metalloberflächen, und diese Kontamination kann bei Hightech-Geräten zu Produktausfällen führen. Eine dünne Schicht aus inertem Metall, die den Kontakt zweier anderer Metalle verhindert, wird als Diffusionsbarriere bezeichnet. Diffusionsbarrieren werden häufig zwischen Schichten von Plattenmetallen gefunden und schützen metallische Komponenten vor dem Löten.
Die Metalle, die für eine Diffusionsbarriere verwendet werden, sind nicht immer dieselben Metalle, die zum Schutz von Halbleitern verwendet werden, obwohl Geräte, die auf den Stromfluss zwischen ihren Metallkomponenten angewiesen sind, möglicherweise dieselben Barrieremetalle wie Halbleitergeräte verwenden. Im Allgemeinen erfordern plattenförmige Metalldiffusionsbarrieren die gleichen inerten Eigenschaften wie Halbleiterbarrieren, aber sie müssen auch in der Lage sein, an den unterschiedlichen Metallen auf beiden Seiten davon zu haften. Gold, Nickel und Aluminium sind drei übliche Metalle, die für Diffusionsbarrieren verwendet werden.