ייצור שבבים: נחושת

על צ'יפס בגודל הציפורניים, יש לחבר עשרות מיליארדי טרנזיסטורים על ידי חוטי מתכת דקים פי אלף משיער אנושי. עד שהתהליך מגיע לצומת 130 ננומטר, חיבורי אלומיניום מסורתיים כבר לא מספיקים - והכנסת נחושת (CU) היא כמו "מהפכת מתכת" ננומטרית, מה שעושה קפיצה איכותית בביצועי השבבים ויעילות אנרגיה.

 

1. מדוע נחושת? -שלוש הדילמות העיקריות של חיבור אלומיניום

אלומיניום (AL) שלט במרחב הקשרים במשך 30 שנה לפני שיבמ הציגה לראשונה את ייצור הנחושת לשבבים בשנת 1997, אך תקופת ננו חשפה את פגמיו הקטלניים:

מְאַפיֵן	אל	CU	יתרון משתפר
הִתנַגְדוּת סְגוּלִית	2.65 מיקרו · ס"מ	1.68 מיקרו · ס"מ	ירידה 37%
התנגדות להגירה אלקטרונית	צפיפות זרם כישלון<1 MA/cm²	>5 mA/cm²	שיפור 5x
מקדם הרחבה תרמית	23 עמודים לדקה/ תואר	17 עמודים לדקה/ תואר	התאמה טובה יותר למצעי סיליקון

נתיב אלומיניום: בצומת 130 ננומטר, הנגד חוט האלומיניום מהווה 70% מעיכוב ה- RC, ותדר השבב תקוע במהירות של 1 ג'יגה הרץ; בצפיפות זרם של> 10⁶ a/cm², אטומי האלומיניום "מפוצצים" על ידי אלקטרונים והחוטים נשברים.

0040-09094 תא 200 מ"מ

II.סוד הקשרים של נחושת: תהליך דמשק הכפול

לא ניתן היה לחרוט נחושת ישירות, והמהנדסים המציאו את תהליך דמשק הכפול (DAMASCENE כפול):

תהליך (קח את הצומת 5 ננומטר כדוגמה):

1. חריץ שכבה דיאלקטרית:

פוטוליטוגרפיה על חומר נמוך-K, חריטת חריצי תיל ו- VIA);

2. הגנה ברמה האטומית:

הצבת שכבת מחסום של 2 ננומטר טנטלום (TA) (התנגדות לדיפוזיה נחושת); תצהיר של שכבת זרעים של רותניום 1 ננומטר (RU) (הדבקה משופרת);

3. ציפוי סופר מלא:

מופעל בתמיסת ציפוי נחושת (CUSO₄ + תוספים) למילוי מלמטה למעלה;

4 ליטוש מכני כימי:

ליטוש דו-שלבי: טוחן תחילה את שכבת הנחושת, ואז מלטש את שכבת המחסום, התנף פני השטח <0.3 ננומטר.

III, התפקיד המרכזי של הנחושת בצ'יפס

1. מחובר זה לזה באופן גלובלי "עורקים גלווניים"

High-layer thick copper wire (M8-M10 layer): thickness 1-3 μm, transmission clock/power signal (current>10 mA); התבואה> 1 מיקרומטר לאחר חישול של 1100 מעלות.

2. "Nanowires" מחוברים זה לזה באופן מקומי "

חוטי נחושת בשכבה נמוכה (שכבות M1-M3): רוחב קו 10-20 ננומטר, המחברים בין טרנזיסטורים סמוכים; טכנולוגיית נחושת המונעת על ידי קובלט מעכבת את האלקטרומה.

0200-27122 6 "הכן

3. "מעליות אנכיות" תלת מימדי נערמות תלת מימדיות "

דרך סיליקון VIA (TSV): עמודי נחושת בקוטר של 5 מיקרומטר ועומק של 100 מיקרומטר מחברים בין השבבים העליונים והתחתונים; תכנון תואם התפשטות תרמית כדי למנוע פיצוח מתח.