تولید تراشه: مس

در تراشه ها به اندازه ناخن ها ، ده ها میلیارد ترانزیستور باید با سیم های فلزی هزار برابر نازک تر از موهای انسانی متصل شوند. با رسیدن فرآیند به گره 130 نیوتن متر ، اتصالات سنتی آلومینیومی دیگر کافی نیست - و معرفی مس (CU) مانند یک نانو "انقلاب فلزی" است و یک جهش کیفی در عملکرد تراشه و بهره وری انرژی ایجاد می کند.

 

1. چرا مس؟ -سه معضل اصلی اتصال آلومینیوم

آلومینیوم (AL) به مدت 30 سال بر فضای اتصال حاکم بود قبل از اینکه IBM برای اولین بار مس را به تولید تراشه در سال 1997 معرفی کند ، اما دوران نانو نقص های مهلک خود را در معرض دید خود قرار داد:

مشخصه	با هم	مس	مزیت بهبود
مقاومت	2.65 میکرومتر · سانتی متر	1.68 میکرومتر · سانتی متر	37 ٪ کاهش
مقاومت در برابر برق	تراکم جریان خرابی<1 MA/cm²	>5 کارشناسی ارشد/سانتی متر مربع	5 برابر بهبود
ضریب انبساط حرارتی	23 ppm/ درجه	17 ppm/ درجه	مطابقت بهتر برای بسترهای سیلیکون

مسیر آلومینیوم: در گره 130 نانومتر ، مقاومت سیم آلومینیوم 70 ٪ از تأخیر RC را تشکیل می دهد و فرکانس تراشه در 1 گیگاهرتز گیر می شود. در چگالی جریان> 10⁶ a/cm² ، اتم های آلومینیوم توسط الکترون ها "منفجر می شوند" و سیم ها می شکنند.

0040-09094 اتاق 200 میلی متر

ii.راز اتصالات مس: فرآیند دو برابر دمشق

مس را نمی توان مستقیماً حک کرد ، و مهندسان فرایند دو دمشق (Damascene دوگانه) را اختراع کردند:

فرآیند (گره 5 نانومتر را به عنوان نمونه بگیرید):

1. شکاف لایه دی الکتریک:

فوتولیتوگرافی بر روی مواد کم K ، بیرون کشیدن شیارهای سیم و ویا).

2. حفاظت از سطح اتمی:

رسوب یک لایه سد 2 نانومتر Tantalum (TA) (مقاومت به انتشار مس). رسوب لایه بذر 1 نانومتر روتنیم (RU) (چسبندگی پیشرفته).

3. آبکاری فوق العاده پر شده:

انرژی در محلول آبکاری مس (مواد افزودنی Cuso₄ +) برای پر کردن پایین به بالا.

4. پولیش مکانیکی شیمیایی:

پولیش دو مرحله ای: ابتدا لایه مس را خرد کنید ، سپس لایه سد را صیقل دهید ، سطح Undulation <0.3 نانومتر.

سوم، نقش اصلی مس در تراشه ها

1. "شریان های گالوانیک" در سطح جهانی به هم پیوسته اند

High-layer thick copper wire (M8-M10 layer): thickness 1-3 μm, transmission clock/power signal (current>10 کارشناسی ارشد) ؛ دانه> 1 میکرومتر پس از آنیل در 1100 درجه.

2. "نانوسیم" محلی به هم پیوسته است

سیمهای مس با لایه پایین (لایه های M1-M3): عرض خط 10-20 نانومتر ، اتصال ترانزیستورهای مجاور. فناوری مس کابال محصور شده از الکترومپراسیون مهار می شود.

0200-27122 6 "پایه

3. "آسانسورهای عمودی" سه بعدی انباشته

از طریق سیلیکون VIAS (TSV): ستون های مس با قطر 5 میکرومتر و عمق 100 میکرومتر تراشه های فوقانی و پایین را به هم وصل می کنند. طراحی تطبیق حرارتی برای جلوگیری از ترک خوردگی استرس.