Chipgyártás: réz

A körmök méretű chipsnél több tízmilliárd tranzisztorot kell összekapcsolni fémvezetékekkel, ezerszer vékonyabb, mint az emberi haj. Mire a folyamat eléri a 130 nm -es csomópontot, a hagyományos alumínium összekapcsolások már nem elegendőek - és a réz (CU) bevezetése olyan, mint egy nanoméretű "fém forradalom", ami kvalitatív ugrást tesz lehetővé a chip teljesítményében és az energiahatékonyságban.

 

1. Miért réz? -Az alumínium összekapcsolás három fő dilemmája

Az alumínium (AL) 30 évig uralta az összekapcsolási teret, mielőtt az IBM először bevezette a rézt a chip gyártásához 1997 -ben, ám a Nano -korszak felfedte végzetes hibáit:

Jellegzetes	Al	CU	Előny javítása
Ellenállás	2,65 μΩ · cm	1,68 μΩ · cm	Csökkenés37%
Ellenállás az elektromigrációval szemben	Meghibásodási áram sűrűsége<1 MA/cm²	>5 mA/cm²	5X javítás
Termikus tágulási együttható	23 ppm/ fok	17 ppm/ fok	Jobb egyezés a szilícium szubsztrátokhoz

Alumínium útja: A 130 nm -es csomópontban az alumínium huzal -ellenállás az RC késleltetésének 70% -át teszi ki, és a chip frekvenciája 1 GHz -en van beragadva; A 10⁶ A/cm² -os aktuális sűrűségnél az alumínium atomokat az elektronok "fújják", és a vezetékek megszakadnak.

0040-09094 Kamara 200 mm

Ii.A rézkapcsolatok titka: A kettős Damaszkusz folyamat

A rézt nem lehetett közvetlenül maratni, és a mérnökök feltalálták a kettős damaszkusz folyamatot (kettős Damascene):

Folyamat (vedd példaként az 5 nm -es csomópontot):

1. dielektromos réteg bevágása:

Fotolitográfia alacsony k-es anyagon, huzalhornyok és vias maratása);

2. atomszintű védelem:

A 2 nm -es tantalum (TA) gátréteg (réz diffúziós rezisztencia) lerakódása; 1 nm -es ruténium (RU) vetőmagréteg lerakódása (fokozott adhézió);

3. Szupertel töltött bevonat:

Energizálva rézbevonat-oldatban (CUSO₄ + adalékanyagok) az alulról felfelé történő feltöltéshez;

4. Kémiai mechanikus polírozás:

Kétlépéses polírozás: Először őrölje meg a rézréteget, majd csiszolja a gátréteget, a felület hullámosát <0,3 nm.

III., A réz központi szerepe a chipsben

1. globálisan összekapcsolt "galván artériák"

High-layer thick copper wire (M8-M10 layer): thickness 1-3 μm, transmission clock/power signal (current>10 mA); A gabona> 1 μm> 1100 fokos izzítás után.

2. Helyileg összekapcsolt "nanoszálak"

Alacsony rétegű rézhuzalok (M1-M3 rétegek): 10-20 nm-es vonalszélesség, összekapcsolva a szomszédos tranzisztorokat; A kobalt-kapszulázott réz-technológia gátolja az elektromozgrációt.

0200-27122 6 "talapzat

3. háromdimenziós halmozott "függőleges felvonók"

Átmenő-szilikon VIAS (TSV): 5 μm átmérőjű rézoszlopok és 100 μm mélység csatlakoztassa a felső és az alsó chipset; Termikus tágulás illesztési kialakítása a stressz repedése elkerülése érdekében.