Виробництво чіпів: мідь

На мікросхем розміром нігтів десятки мільярдів транзисторів повинні бути з'єднані металевими проводами тисячу разів тоншими, ніж волосся людини. До моменту, коли процес досягне вузла 130 нм, традиційні алюмінієві взаємозв'язки вже не є достатніми - а введення міді (Cu) - це як нанорозмірна "металева революція", що робить якісне стрибок у продуктивності та енергоефективності чіпів.

 

1. Чому мідь? -Три основні дилеми алюмінієвого взаємозв'язку

Алюміній (AL) домінував у просторі взаємозв'язку протягом 30 років до того, як IBM вперше ввів мідь на виробництво чіпів у 1997 році, але нано епоха виявила свої смертельні недоліки:

Характерний	Al	Куточок	Перевага вдосконалення
Опір	2,65 мкО · см	1,68 мкО · см	Зменшення37%
Стійкість до електроміграції	Невдача щільності струму<1 MA/cm²	>5 мА/см²	5 -кратне вдосконалення
Коефіцієнт теплового розширення	23 проміле/ градус	17 проміле/ градус	Краще відповідність кремнієвих підкладках

Алюмінієвий шлях: у вузлі 130 нм на резисторі з алюмінієвого дроту становить 70% затримки RC, а частота мікросхеми застрягла на 1 ГГц; При щільності струму> 10 ° A/см² атоми алюмінію "підірваються" електронами, а дроти прориваються.

0040-09094 КАМЕРА 200 мм

Ii.Секрет мідних взаємозв'язків: процес подвійного Дамаска

Мідь не вдалося травити безпосередньо, а інженери винайшли процес подвійного Дамаска (подвійний Дамаскен):

Процес (візьміть 5 нм вузла як приклад):

1. Діелектрична вирізка:

Фотолітографія на матеріалі з низьким вмістом К, вирізання дротяних канавок та віас);

2. Захист атомного рівня:

осадження шарів бар'єрного шару 2 нм (TA) (стійкість до дифузії міді); осадження 1 нм рютеній (RU) насіннєвого шару (посилена адгезія);

3. Супер заповнене покриття:

Під напругою в мідному розчині (CUSO₄ + добавки) для наповнення знизу вгору;

4. Хімічне механічне полірування:

Двоступеневе полірування: спочатку шліфування мідного шару, потім полірування бар'єрного шару, поверхнева хвиля <0,3 нм.

III, Центральна роль міді в чіпах

1. Глобально взаємопов'язаний "Гальванічні артерії"

High-layer thick copper wire (M8-M10 layer): thickness 1-3 μm, transmission clock/power signal (current>10 мА); Зерно> 1 мкм після відпалу при 1100 градусах.

2. Локально взаємопов'язані "нанопроводи"

Мідні дроти з низьким шаром (шари M1-M3): ширина лінії 10-20 нм, що з'єднує сусідні транзистори; Кобальтова, що викликає мідна технологія, інгібує електроміграцію.

0200-27122 6 "П'єдестал

3. Тривимірні складені "вертикальні ліфти"

Через силіконовий віас (TSV): мідні стовпи діаметром 5 мкм і глибиною 100 мкм з'єднують верхню та нижню стружку; Дизайн відповідності теплового розширення, щоб уникнути розтріскування напруги.