Language
Country/Area
No result found
Quy trình 'Damaxin' bí ẩn: Đồng có thể lấp đầy hoàn hảo các kênh nhỏ như thế nào?
Kể từ khi IBM và Motorola lần đầu tiên sử dụng đồng trong các kết nối mạch tích hợp vào năm 1997, quá trình mang tính cách mạng này đã tiếp tục thay đổi bộ mặt của ngành công nghiệp bán dẫn. So với nhôm, khả năng dẫn điện vượt trội của đồng cho phép nhiều IC được thiết kế với dây mỏng hơn và giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng, từ đó cải thiện hiệu suất tổng thể.
Ưu điểm của đồng không chỉ nằm ở khả năng dẫn điện mà còn ở khả năng chống lại sự di chuyển điện tử trong quá trình dòng điện chạy qua.
Tuy nhiên, quá trình chuyển đổi từ nhôm sang đồng không hề dễ dàng. Điều này đòi hỏi công nghệ và quy trình sản xuất hoàn toàn mới, bao gồm cả việc đại tu toàn bộ phương pháp tạo hoa văn kim loại. Các kỹ thuật trước đây, dựa vào mặt nạ quang học và khắc plasma, không thành công trong ứng dụng đồng. Điều này buộc các nhà khoa học phải suy nghĩ lại về quy trình tạo hoa văn kim loại, cuối cùng phát triển một phương pháp gọi là quy trình Damascene.
Quy trình chế tác Damasin
Trong quy trình damazine, lớp cách điện oxit silic bên dưới cần được đục thành các rãnh rõ ràng để xác định vị trí của các dây dẫn, sau đó lớp cách điện được mạ đồng dày để vượt quá thể tích lấp đầy cần thiết. Sau đó, thông qua công nghệ san phẳng cơ học hóa học (CMP), lớp đồng nằm phía trên lớp cách điện sẽ được loại bỏ, để lại lớp đồng chìm vào lớp cách điện như một chất dẫn điện mỏng manh và hữu ích.
Quá trình này cho phép các nhà khoa học lấp đầy tới mười lớp kim loại hoặc nhiều hơn trong một cấu trúc kết nối nhiều lớp, chứng minh khả năng phục hồi và khả năng mở rộng của quy trình Damazine.
Vai trò của kim loại chặn
Việc phủ toàn bộ lớp kim loại chắn là rất quan trọng để đảm bảo sử dụng hiệu quả lõi đồng. Sự khuếch tán đồng quá mức có thể dẫn đến những tương tác không mong muốn với các vật liệu xung quanh, đặc biệt là nguy cơ đồng hình thành các bẫy sâu trong silicon. Do đó, kim loại chắn phải làm giảm tính chất khuếch tán của đồng trong khi vẫn duy trì tiếp xúc điện tốt. Các lớp chắn mỏng có thể dẫn đến nhiễm bẩn khi tiếp xúc, trong khi các lớp chắn dày làm tăng điện trở tổng thể.
Những thách thức của di cư điện tử
Trong điện tử, hiện tượng di chuyển điện tử là quá trình mà một dây dẫn kim loại thay đổi hình dạng dưới tác động của dòng điện, cuối cùng có thể dẫn đến đứt dây dẫn. Do đồng hoạt động tốt hơn nhôm trong quá trình này nên nó có thể hỗ trợ dòng điện cao hơn qua cùng một dây có cùng kích thước, khiến nó trở thành vật liệu dẫn điện được lựa chọn trong ngành công nghiệp bán dẫn.
Cùng với sự phát triển của công nghệ, ứng dụng của vật liệu đồng ngày càng hoàn thiện và trở thành cốt lõi của ngành công nghiệp bán dẫn ngày nay.
Phát triển hơn nữa công nghệ điện phân siêu chuẩn
Khi tần số bộ xử lý đạt tới 3 GHz vào những năm 2000, ghép nối RC điện dung của các kết nối trở thành yếu tố hạn chế tốc độ chính. Lúc này, việc lựa chọn đồng phải tính đến nhu cầu về hiệu suất trở kháng thấp và điện dung thấp. Quá trình mạ điện đồng dựa trên lớp hạt giống được gắn vào, sau đó là quá trình điện phân siêu phù hợp để lấp đầy các kênh nhỏ. Các chất phụ gia khác nhau có trong quá trình này cũng tối ưu hóa việc lấp đầy đồng trong các kênh theo đó.
Siêu phù hợp với mô hình điện phân
Trong quá trình mạ điện kim loại siêu dẫn, chủ yếu có hai mô hình giải thích cơ chế của nó. Đầu tiên là mô hình nồng độ chất hấp phụ tăng cường độ cong, nhấn mạnh tầm quan trọng của chất tăng tốc ở kênh dưới cùng; thứ hai là mô hình điện trở vi sai âm loại S, ủng hộ rằng vai trò của chất ức chế quan trọng hơn. Mặc dù lập luận của họ khác nhau nhưng cả hai đều nhấn mạnh đến các yếu tố chính để cải thiện độ dẫn điện.
Triển vọng tương lai
Do nhu cầu về công nghệ bán dẫn tiếp tục tăng, các ứng dụng của đồng và các công nghệ liên quan cũng đang phát triển. Hiện nay, các nhà khoa học đang tìm kiếm vật liệu mới và công nghệ sản xuất hiệu quả hơn để thay thế phương pháp liên kết đồng-silicon truyền thống nhằm khắc phục những trở ngại hiện tại. Vậy, nghiên cứu trong lĩnh vực này sẽ tác động như thế nào đến ngành công nghiệp bán dẫn trong tương lai?
