Proizvodnja čipov: baker

Na čipih velikosti nohtov je treba več deset milijard tranzistorjev povezati s kovinskimi žicami tisočkrat tanjše od človeških las. Do trenutka, ko postopek doseže 130Nm vozlišče, tradicionalni aluminijasti medsebojni povezavi ne zadostujejo - in uvedba bakra (CU) je kot nanoskalna "kovinska revolucija", kar omogoča kvalitativni preskok v zmogljivosti čipov in energetske učinkovitosti.

 

1. Zakaj baker? -Tri glavne dileme aluminijaste medsebojne povezave

Aluminij (AL) je 30 let prevladoval v prostoru medsebojne povezave, preden je IBM leta 1997 prvič predstavil proizvodnjo bakra v proizvodnjo čipov, vendar je Nano Era izpostavila svoje usodne pomanjkljivosti:

Značilno	Al	Cu	Prednost se izboljšuje
Upornost	2,65 μω · cm	1,68 μΩ · cm	Zmanjšanje37%
Odpornost proti elektromigraciji	Gostota okvare<1 MA/cm²	>5 Ma/cm²	5X izboljšava
Koeficient toplotne ekspanzije	23 ppm/ stopnja	17 ppm/ stopnja	Boljše ujemanje za silicijeve podlage

Aluminijasta pot: V 130 nm vozlišču aluminijasti žični upor predstavlja 70% zamude RC, frekvenca čipov pa se zatakne pri 1 GHz; Pri trenutni gostoti> 10⁶ A/cm² aluminijasti atomi "odpihnejo" elektroni in žice se zlomijo.

0040-09094 Zbornica 200mm

Ii.Skrivnost bakrenih medsebojnih povezav: postopek dvojnega Damaska

Bakra ni bilo mogoče neposredno vrezati in inženirji so izumili postopek dvojnega Damaska (dvojni damascena):

Postopek (kot primer vzemite vozlišče 5 nm):

1. Dielektrična plast zarezanje:

Fotolitografija na materialu z nizkim K, jedkanica žičnih utorov in vias);

2. Zaščita atomske ravni:

odlaganje pregradne plasti 2 nM (TA) (bakrena difuzijska odpornost); odlaganje 1 nm rutenija (ru) semenske plasti (izboljšana adhezija);

3. Super napolnjena plošča:

Engized v bakreni raztopini (CUSO₄ + dodatki) za polnjenje od spodaj navzgor;

4. Kemično mehansko poliranje:

Dvostopenjsko poliranje: najprej mletje bakrene plasti, nato pa polira pregradna plast, površinska valovita <0,3 nm.

Iii, Osrednja vloga bakra v čipih

1. Globalno medsebojno povezane "galvanske arterije"

High-layer thick copper wire (M8-M10 layer): thickness 1-3 μm, transmission clock/power signal (current>10 Ma); Zrno> 1 μm po žarjenju pri 1100 stopinjah.

2. Lokalno medsebojno povezani "Nanowires"

Bakrene žice z nizko plastjo (plasti M1-M3): širina črte 10-20 nm, ki povezuje sosednje tranzistorje; Kobaltno-inkapsulirana tehnologija bakra zavira elektromigracijo.

0200-27122 6 "podstavek

3. Tridimenzionalna zložena "navpična dvigala"

Skozi silicon vias (TSV): bakreni stebri s premerom 5 μm in globino 100 μm povezujejo zgornji in spodnji čips; Termična ekspanzijska zasnova, da se prepreči razpokanje stresa.