تصنيع الرقائق: النحاس

على الرقائق حجم أظافر الأظافر ، يجب توصيل عشرات المليارات من الترانزستورات بأسلاك معدنية أرق ألف مرة من شعر الإنسان. بحلول الوقت الذي تصل فيه العملية إلى العقدة 130nm ، لم تعد التوصيلات البينية للألمنيوم التقليدية كافية - ويشبه إدخال النحاس (CU) "ثورة معدنية" النانوية ، مما يؤدي إلى قفزة نوعية في أداء الرقائق وكفاءة الطاقة.

 

1. لماذا النحاس؟ -المعضلات الثلاثة الرئيسية لترابط الألومنيوم

سيطر الألومنيوم (AL) على مساحة التوصيل المترابط لمدة 30 عامًا قبل أن يقدم IBM النحاس لأول مرة إلى تصنيع الرقائق في عام 1997 ، لكن عصر النانو كشف عن عيوبه القاتلة:

خاصية	آل	النحاس	ميزة تحسين
المقاومة	2.65 μΩ · سم	1.68 μΩ · سم	انخفاض 37 ٪
مقاومة للهجرة الكهرمائية	فشل الكثافة الحالية<1 MA/cm²	>5 مللي أمبير/سم²	5x تحسين
معامل التمدد الحراري	23 جزء في المليون/ درجة	17 جزء في المليون/ درجة	تطابق أفضل لركائز السيليكون

مسيرة الألومنيوم: في العقدة 130 نانومتر ، يمثل مقاوم الأسلاك الألومنيوم 70 ٪ من تأخير RC ، وتردد الرقاقة عالق عند 1 جيجاهرتز ؛ بكثافة الحالية> 10 ⁶ A/cm² ، يتم "تفجير ذرات الألومنيوم من قبل الإلكترونات واكسر الأسلاك.

0040-09094 غرفة 200 مم

الثاني.سر الترابط النحاسي: عملية دمشق مزدوجة

لا يمكن حفر النحاس مباشرة ، واخترع المهندسون عملية دمشق المزدوجة (دمشق مزدوجة):

العملية (خذ عقدة 5 نانومتر كمثال):

1. طبقة عازلة:

التصوير الفوتوغرافي الضوئي على المواد المنخفضة K ، حفر أخاديد الأسلاك و VIAs) ؛

2. حماية المستوى الذري:

ترسب طبقة حاجز Tantalum 2 نانومتر (TA) (مقاومة نشر النحاس) ؛ ترسب طبقة بذور الروثينيوم 1 نانومتر (RU) (التصاق محسّن) ؛

3. طلاء مملوءة فائقة:

تنشيط في محلول الطلاء النحاسي (إضافات CUSO₄ +) لملء من أسفل إلى أعلى ؛

4. التلميع الميكانيكي الكيميائي:

تلميع خطوتين: قم أولاً بطحن الطبقة النحاسية ، ثم تلميع طبقة الحاجز ، وتموج السطح <0.3 نانومتر.

ثالثاالدور الرئيسي للنحاس في الرقائق

1.

High-layer thick copper wire (M8-M10 layer): thickness 1-3 μm, transmission clock/power signal (current>10 مللي أمبير) ؛ الحبوب> 1 ميكرون بعد الصلب في 1100 درجة.

2. مترابط محليًا "الأسلاك النانوية"

الأسلاك النحاسية ذات الطبقة المنخفضة (طبقات M1-M3): عرض خط 10-20 نانومتر ، وربط الترانزستورات المجاورة ؛ تقنية النحاس المغطاة بالكوبالت تمنع الهجرة الكهرومتر.

0200-27122 6 "قاعدة التمثال

3. مكدسة ثلاثية الأبعاد "المصاعد الرأسية"

عبر Silicon VIAS (TSV): الأعمدة النحاسية بقطر 5 ميكرون وعمق 100 ميكرون تربط الرقائق العلوية والسفلية ؛ التمدد الحراري مطابقة التصميم لتجنب تكسير الإجهاد.