Language
Country/Area
No result found
عملية "داماكسين" الغامضة: كيف يملأ النحاس القنوات الصغيرة بشكل مثالي؟
ومنذ أن استخدمت شركة IBM وموتورولا النحاس لأول مرة في توصيلات الدوائر المتكاملة في عام 1997، استمرت هذه العملية الثورية في تغيير وجه صناعة أشباه الموصلات. بالمقارنة مع الألومنيوم، فإن الموصلية العالية للنحاس تسمح بتصميم العديد من الدوائر المتكاملة بأسلاك أرق وتقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة، مما يؤدي في النهاية إلى تحسين الأداء العام.
تتمثل ميزة النحاس ليس فقط في قدرته على التوصيل الكهربائي، ولكن أيضًا في مقاومته للهجرة الكهربائية أثناء تدفق التيار الكهربائي.ومع ذلك، فإن عملية التحول من الألومنيوم إلى النحاس ليست سهلة. ويتطلب هذا تقنيات وعمليات تصنيع جديدة كليًا، بما في ذلك إصلاح كامل لطرق تشكيل المعادن. لم تكن التقنيات السابقة، التي اعتمدت على أقنعة المقاومة الضوئية وحفر البلازما، ناجحة بالنسبة لتطبيقات النحاس. وقد أجبر هذا العلماء على إعادة التفكير في عملية تشكيل المعادن، ليتمكنوا في النهاية من تطوير طريقة أطلقوا عليها اسم عملية الدمشقي.
عملية صناعة الدمشقي
في عملية الدمازين، يجب نقش طبقة أكسيد السيليكون العازلة الأساسية في أخاديد واضحة لتحديد موقع الموصلات، ثم يتم طلاء الطبقة العازلة بطبقة سميكة من النحاس لتجاوز حجم التعبئة المطلوب. ومن ثم، من خلال تقنية التخطيط الميكانيكي الكيميائي (CMP)، تتم إزالة النحاس الموجود فوق الجزء العلوي من الطبقة العازلة، مما يترك النحاس الذي يغرق في الطبقة العازلة كموصل دقيق وعملي.
سمحت هذه العملية للعلماء بملء ما يصل إلى عشر طبقات معدنية أو أكثر في بنية ربط متعددة الطبقات، مما يدل على مرونة عملية الدمازين وقابليتها للتوسع.
دور المعدن العازل
إن التغطية الكاملة لطبقة الحاجز المعدني أمر بالغ الأهمية لضمان الاستخدام الفعال للموصل النحاسي. يمكن أن يؤدي انتشار النحاس المفرط إلى تفاعلات غير مرغوب فيها مع المواد المحيطة، وخاصة خطر تشكيل النحاس لفخاخ عميقة في السيليكون. لذلك، يجب على المعدن الحاجز أن يقلل من خصائص انتشار النحاس مع الحفاظ على اتصال كهربائي جيد. يمكن أن تؤدي طبقات الحاجز الرقيقة إلى تلوث التلامس، في حين تعمل الطبقات السميكة على زيادة المقاومة الشاملة.
تحديات الهجرة الكهربائية
في مجال الإلكترونيات، الهجرة الكهربائية هي العملية التي يتغير بها شكل موصل معدني تحت تأثير التيار الكهربائي، مما قد يؤدي في النهاية إلى كسر الموصل. وبما أن النحاس يتفوق على الألومنيوم في هذه العملية، فإنه يمكنه دعم تيارات أعلى من خلال نفس حجم السلك، مما يجعله مادة الموصل المفضلة في صناعة أشباه الموصلات.مع تطور التكنولوجيا، أصبح تطبيق المواد النحاسية أكثر نضجًا وأصبح جوهر صناعة أشباه الموصلات اليوم.
التطوير الإضافي لتقنية الترسيب الكهربائي الفائق التوافق
مع وصول ترددات المعالج إلى 3 جيجاهرتز في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، أصبح اقتران RC السعوي للوصلات المترابطة هو العامل الرئيسي لتحديد السرعة. في هذا الوقت، يتم اختيار النحاس مع الأخذ في الاعتبار احتياجات كل من الأداء المنخفض المقاومة والسعة المنخفضة. تعتمد عملية طلاء النحاس بالكهرباء على طبقة البذور المرفقة به، تليها عملية الترسيب الكهربائي المطابق لملء القنوات الصغيرة. كما تعمل الإضافات المختلفة الموجودة في هذه العملية على تحسين ملء النحاس في القنوات وفقًا لذلك.
التوافق الفائق مع نموذج الترسيب الكهربائي
في عملية الترسيب الكهربائي للمعادن الفائقة التوصيل، هناك نموذجان رئيسيان لشرح آليتها. الأول هو نموذج تركيز المادة الماصة المعزز بالانحناء، والذي يؤكد على أهمية المسرعات في القناة السفلية؛ والثاني هو نموذج المقاومة التفاضلية السلبية من النوع S، والذي يؤكد أن دور المثبطات أكثر أهمية. وعلى الرغم من اختلاف حججهم، فإن كلاهما يؤكد على العوامل الرئيسية لتحسين التوصيل الكهربائي.
النظرة المستقبلية
مع استمرار نمو الطلب على تكنولوجيا أشباه الموصلات، تتطور أيضًا تطبيقات النحاس والتقنيات ذات الصلة. ويبحث العلماء حاليًا عن مواد جديدة وتقنيات تصنيع أكثر كفاءة لتحل محل طريقة ربط النحاس والسيليكون التقليدية في محاولة للتغلب على العقبات الحالية. فكيف سيؤثر البحث في هذا المجال على صناعة أشباه الموصلات في المستقبل؟
