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El misterioso proceso 'Damaxin': ¿Cómo el cobre llena perfectamente los canales diminutos?
La ventaja del cobre no radica sólo en su conductividad, sino también en su resistencia a la electromigración durante el flujo de corriente eléctrica.
Sin embargo, el proceso de cambiar del aluminio al cobre no es fácil. Esto requiere tecnologías y procesos de fabricación completamente nuevos, incluida una revisión completa de los métodos de modelado de metales. Las técnicas anteriores, que se basaban en máscaras fotorresistentes y grabado de plasma, no han tenido éxito para aplicaciones de cobre. Esto obligó a los científicos a repensar el proceso de modelado de metales y finalmente desarrollaron un método llamado proceso Damasceno.
El proceso de elaboración del damasquinadoEn el proceso de damazina, la capa aislante de óxido de silicio subyacente debe cincelarse en ranuras claras para determinar la ubicación de los conductores, y luego la capa aislante se recubre con cobre para superar el volumen de relleno requerido. Luego, a través de la tecnología de planarización químico mecánica (CMP), se elimina el cobre que está por encima de la parte superior de la capa aislante, dejando el cobre que se hunde en la capa aislante como un conductor delicado y funcional.
Este proceso permitió a los científicos llenar hasta diez o más capas de metal en una estructura de interconexión multicapa, demostrando la resistencia y escalabilidad del proceso Damazine.
El papel del metal bloqueador
La cobertura completa de la capa metálica de barrera es fundamental para garantizar el uso eficaz del conductor de cobre. La difusión excesiva de cobre puede provocar interacciones no deseadas con los materiales circundantes, especialmente el riesgo de que el cobre forme trampas profundas en el silicio. Por lo tanto, el metal de barrera debe reducir las propiedades de difusión del cobre manteniendo al mismo tiempo un buen contacto eléctrico. Las capas de barrera delgadas pueden provocar contaminación por contacto, mientras que las capas gruesas aumentan la resistencia general.
Desafíos de la electromigración
En electrónica, la electromigración es el proceso por el cual un conductor metálico cambia de forma bajo la influencia de una corriente eléctrica, lo que en última instancia puede provocar la rotura del conductor. Debido a que el cobre supera al aluminio en este proceso, puede soportar corrientes más altas a través del mismo tamaño de cable, lo que lo convierte en el material conductor elegido en la industria de los semiconductores.
Con el desarrollo de la tecnología, la aplicación de materiales de cobre se ha vuelto cada vez más madura y se ha convertido en el núcleo de la industria de semiconductores actual.
Avances en el desarrollo de la tecnología de electrodeposición superconforme
A medida que las frecuencias de los procesadores alcanzaron los 3 GHz en la década de 2000, el acoplamiento RC capacitivo de las interconexiones se convirtió en el principal factor limitante de la velocidad. En este momento, la elección del cobre debe tener en cuenta las necesidades de rendimiento tanto de baja impedancia como de baja capacitancia. El proceso de galvanoplastia del cobre se basa en la adhesión de la capa de semilla, seguida de una electrodeposición superconforme para rellenar los diminutos canales. Los diferentes aditivos que contiene este proceso también optimizan el llenado de cobre en los canales.
Super conformidad con el modelo de electrodeposición
En la electrodeposición de metales superconductores, existen principalmente dos modelos para explicar su mecanismo. El primero es el modelo de concentración de adsorbente mejorado por curvatura, que enfatiza la importancia de los aceleradores en el canal inferior; el segundo es el modelo de resistencia diferencial negativa de tipo S, que defiende que el papel de los inhibidores es más significativo. Aunque sus argumentos son diferentes, ambos enfatizan los factores clave para mejorar la conductividad eléctrica.
Perspectivas de futuro
A medida que la demanda de tecnología de semiconductores continúa creciendo, las aplicaciones del cobre y las tecnologías relacionadas también están evolucionando. Actualmente, los científicos están buscando nuevos materiales y tecnologías de fabricación más eficientes para reemplazar el método tradicional de unión cobre-silicio en un intento de superar los obstáculos actuales. Entonces, ¿cómo afectará la investigación en esta área a la industria de los semiconductores en el futuro?
