Κατασκευή τσιπ: χαλκός

Στις μάρκες του μεγέθους των νυχιών, δεκάδες δισεκατομμύρια τρανζίστορ πρέπει να συνδεθούν με μεταλλικά καλώδια χίλια φορές λεπτότερα από τα ανθρώπινα μαλλιά. Μέχρι τη στιγμή που η διαδικασία φτάσει στον κόμβο των 130nm, οι παραδοσιακές διασυνδέσεις αλουμινίου δεν επαρκούν πλέον - και η εισαγωγή του χαλκού (Cu) είναι σαν μια «μεταλλική επανάσταση» νανοκλίμακας, κάνοντας ένα ποιοτικό άλμα στην απόδοση των τσιπ και την ενεργειακή απόδοση.

 

1. Γιατί χαλκός; -Τα τρία μεγάλα διλήμματα της διασύνδεσης αλουμινίου

Το αλουμίνιο (AL) κυριάρχησε στον χώρο διασύνδεσης για 30 χρόνια πριν η IBM εισήγαγε για πρώτη φορά το χαλκό σε κατασκευές τσιπ το 1997, αλλά η Nano ERA εξέθεσε τα θανατηφόρα ελαττώματά του:

Χαρακτηριστικός	ΑΛ	CU	Βελτίωση του πλεονεκτήματος
Αντίσταση	2.65 μΩ · cm	1,68 μΩ · cm	Μείωση 37%
Αντίσταση στην ηλεκτρομεταγωγή	Πυκνότητα ρεύματος αποτυχίας<1 MA/cm²	>5 MA/CM2	Βελτίωση 5x
Συντελεστής θερμικής διαστολής	23 ppm/ πτυχίο	17 ppm/ πτυχίο	Καλύτερη αντιστοίχιση για υποστρώματα πυριτίου

Η διαδρομή του αλουμινίου: στον κόμβο των 130 nm, η αντίσταση σύρματος αλουμινίου αντιπροσωπεύει το 70% της καθυστέρησης RC και η συχνότητα τσιπ είναι κολλημένη στα 1 GHz. Σε μια πυκνότητα ρεύματος> 10 a/cm2, τα άτομα αλουμινίου "εκτοξεύονται" από τα ηλεκτρόνια και τα καλώδια σπάζουν.

0040-09094 Επιμελητήριο 200mm

Ii.Το μυστικό των διασυνδέσεων χαλκού: η διαδικασία διπλής Δαμασκού

Ο χαλκός δεν μπορούσε να χαράξει άμεσα και οι μηχανικοί εφευρέθηκαν τη διαδικασία διπλής Δαμασκού (διπλή Δαμασκένιο):

Διαδικασία (πάρτε τον κόμβο των 5 nm ως παράδειγμα):

1.:

Φωτοβολιτογραφία σε υλικό χαμηλού Κ, χάραξη από αυλακώσεις καλωδίων και βιασμούς).

2. Προστασία ατομικού επιπέδου:

εναπόθεση ενός στρώματος φραγμού 2 nm ταντάλου (TA) (αντίσταση διάχυσης χαλκού). απόθεση 1 nm στρώμα σπόρου ρουθηνίου (RU) (ενισχυμένη προσκόλληση).

3. Εξαιρετική επένδυση:

Ενεργοποιημένο σε διάλυμα επιμετάλλωσης χαλκού (πρόσθετα Cuso₄ +) για γέμιση από τη βάση προς τα πάνω.

4. Χημική μηχανική στίλβωση:

Γλώσσια δύο σταδίων: Πρώτα λείανση του στρώματος χαλκού, στη συνέχεια γυαλίζοντας το στρώμα φραγμού, την επιφάνεια της κυματισμού <0,3 nm.

Iii, Ο κεντρικός ρόλος του χαλκού σε μάρκες

1. Παγκοσμίως διασυνδεδεμένες "γαλβανικές αρτηρίες"

High-layer thick copper wire (M8-M10 layer): thickness 1-3 μm, transmission clock/power signal (current>10 ma); Ο κόκκος> 1 μm μετά την ανόπτηση σε 1100 βαθμούς.

2. Τοπικά διασυνδεδεμένα "Nanowires"

Χαλάκια χαμηλού επιπέδου (στρώματα M1-M3): πλάτος γραμμής 10-20 nm, που συνδέει γειτονικά τρανζίστορ. Η τεχνολογία χαλκού που ενσωματώνεται στο κοβάλτιο αναστέλλει την ηλεκτρομαγνητική μετανάστευση.

0200-27122 6 "βάθρο

3. Τρισδιάστατοι στοιβάζονται "κατακόρυφοι ανελκυστήρες"

Διαμέσου δίσκων από σιλικόν (TSV): πυλώνες χαλκού με διάμετρο 5 μm και βάθος 100 μm συνδέουν τις άνω και κάτω τσιπς. Σχεδιασμός αντιστοίχισης θερμικής διαστολής για να αποφευχθεί η ρωγμή στρες.