Производство на чипове: Мед

На чипс размерите на ноктите, десетки милиарди транзистори трябва да бъдат свързани с метални проводници хиляда пъти по -тънки от човешката коса. По времето, когато процесът достигне 130nm възел, традиционните алуминиеви взаимовръзки вече не са достатъчни - и въвеждането на мед (Cu) е като наноразмерна „метална революция“, което прави качествен скок в производителността на чип и енергийната ефективност.

 

1. Защо мед? -Три основни дилеми на алуминиевата връзка

Aluminium (AL) доминира в пространството за взаимосвързаност в продължение на 30 години, преди IBM за първи път да въведе мед в производството на чипове през 1997 г., но Nano ERA изложи своите фатални недостатъци:

Характерно	Al	Cu	Предимство за подобряване
Съпротивление	2.65 μΩ · cm	1.68 μΩ · cm	Намаляване 37%
Съпротива срещу електромиграцията	Плътност на тока на отказ<1 MA/cm²	>5 mA/cm²	5x подобрение
Коефициент на термично разширение	23 ppm/ степен	17 ppm/ степен	По -добре съвпадение за силиконови субстрати

Маршрут на алуминий: В 130 nm възел, алуминиевият проводник резистор представлява 70% от забавянето на RC, а честотата на чипа се забива при 1 GHz; При плътност на тока> 10⁶ a/cm² алуминиевите атоми се „издухат“ от електрони и проводниците се счупват.

0040-09094 Камера 200мм

II.Тайната на медните връзки: Двойният процес на Дамаск

Медта не можеше да бъде оформена директно и инженерите измислиха процеса на двойния Дамаск (Dual Damascene):

Процес (вземете 5 nm възел като пример):

1. Диелектричен слой отбелязва:

Фотолитография върху материали с нисък К, офорт на телени канали и виа);

2. Защита на атомно ниво:

отлагане на бариерен слой от 2 nm tantalum (ta) (устойчивост на дифузия на мед); отлагане на 1 nm рутен (Ru) слой на семена (засилена адхезия);

3. Супер напълнено покритие:

Енергизиран в меден разтвор за покритие (CUSO₄ + добавки) за пълнеж отдолу нагоре;

4. Химическо механично полиране:

Двуетапно полиране: Първо смилайки медния слой, след това полиране на бариерния слой, повърхностната вълна <0,3 nm.

Iii, Централната роля на медта в чиповете

1. В световен мащаб взаимосвързани „галванични артерии“

High-layer thick copper wire (M8-M10 layer): thickness 1-3 μm, transmission clock/power signal (current>10 mA); Зърното> 1 μm след отгряване на 1100 градуса.

2. Локално взаимосвързани "нанопроводници"

Медни проводници с нискословяване (слоеве M1-M3): 10-20 nm ширина на линията, свързващи съседни транзистори; Капалтната медна технология на кобалта инхибира електромиграцията.

0200-27122 6 "пиедестал

3. Триизмерно подредени „вертикални асансьори“

През Сийони (TSV): Медните стълбове с диаметър 5 μm и дълбочина 100 μm свързват горния и долния чипс; Термично разширение, съвпадащ с дизайна, за да се избегне напукване на стреса.