Čipu ražošana: vara

Uz mikroshēmām, kas ir nagu lielums, desmitiem miljardu tranzistoru jāpievieno metāla vadi, kas ir tūkstoš reižu plānāki nekā cilvēka mati. Laikā, kad process sasniedz 130 nm mezglu, tradicionālie alumīnija starpsavienojumi vairs nav pietiekami - un vara (Cu) ieviešana ir kā nanoskalā “metāla revolūcija”, padarot kvalitatīvu mikroshēmas veiktspējas un energoefektivitātes lēcienu.

 

1. Kāpēc varš? -Trīs galvenās alumīnija starpsavienojuma dilemmas

Alumīnijs (AL) 30 gadus dominēja starpsavienojuma telpā, pirms IBM pirmo reizi iepazīstināja ar varu, lai mikroshēmu ražo 1997. gadā, bet nano laikmets atklāja tā liktenīgos trūkumus:

Raksturīgs	Al	Cu	Priekšrocību uzlabošana
Pretestība	2,65 μΩ · cm	1,68 μΩ · cm	Samazināt 37%
Izturība pret elektromigrāciju	Neveiksmes strāvas blīvums<1 MA/cm²	>5 mA/cm²	5x uzlabojums
Termiskās izplešanās koeficients	23 ppm/ grāds	17 ppm/ grāds	Labāk sakrīt ar silīcija substrātiem

Alumīnija maršruts: 130 nm mezglā alumīnija stieples rezistors veido 70% no RC kavēšanās, un mikroshēmas frekvence ir iestrēdzis 1 GHz; Ar pašreizējo blīvumu> 10⁶ A/cm² alumīnija atomus elektroni "izpūst" un vadi sabojājas.

0040-09094 kamera 200 mm

II.Vara starpsavienojumu noslēpums: dubultā Damaskas process

Varu nevarēja tieši iegravēt, un inženieri izgudroja dubultā Damaskas procesu (dubultā Damascene):

Process (kā piemēru ņemiet 5 nm mezglu):

1. Dielektriskā slāņa iegriezums:

Fotolitogrāfija uz zema K materiāla, stiepļu rievu un vias kodināšana);

2. Atomu līmeņa aizsardzība:

2 nm tantalum (TA) barjeras slāņa (vara difūzijas pretestības) nogulsnēšanās; 1 nm rutēnija (Ru) sēklu slāņa (pastiprināta adhēzijas) nogulsnēšanās;

3. Super piepildīts pārklājums:

Enerģija vara šķīduma šķīdumā (Cuso₄ + piedevās) no apakšas uz augšu;

4. Ķīmiskā mehāniskā pulēšana:

Divpakāpju pulēšana: vispirms sasmalcinot vara slāni, pēc tam pulējot barjeras slāni, virsma viļņo <0,3 nm.

III, Vara galvenā loma mikroshēmās

1. Globāli savstarpēji savienotas "galvaniskās artērijas"

High-layer thick copper wire (M8-M10 layer): thickness 1-3 μm, transmission clock/power signal (current>10 ma); Graudi> 1 μm pēc atkvēlināšanas pie 1100 grādiem.

2. Vietēji savstarpēji savienoti "nanodi"

Zema slāņa vara vadi (M1-M3 slāņi): 10-20 nm līnijas platums, savienojot blakus esošos tranzistorus; Kobalta iekapsulētā vara tehnoloģija kavē elektromigrāciju.

0200-27122 6 "pjedestāls

3. Trīsdimensiju sakrauti "vertikāli lifti"

Caur silikona vias (TSV): vara pīlāri ar 5 μM diametru un 100 μM dziļums savieno augšējo un apakšējo mikroshēmu; Termiskās izplešanās atbilstības konstrukcija, lai izvairītos no sprieguma plaisāšanas.