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2012-8-25 21:07
奈米双晶铜线革新

摘要 : 奈米双晶铜导线让晶片更耐用,3D晶片的成本也可因此降低。

习斋2012-8-25 21:0713210
/来自: 科學人雜誌

  近10年来半导体业的重大进展之一,是在IC晶片上以导电性较好的铜取代铝做为导线。但是目前以电镀法制作出来的铜导线都是多晶铜,晶粒之间有晶界,由於晶片上导线截面积非常小,电流密度很大,原子容易沿着晶界或表面扩散而破坏导线结构,因而缩短了「电迁移寿命」。

  现在的晶片都排列在同一平面上,若晶片相叠成为「3D晶片」,可以缩短导线长度、降低电阻而省电,并且增加讯号传输速度。但各层晶片间的铜导线必须垂直相连,不同层的铜导线以焊锡连接时会产生许多孔洞,也会降低电迁移寿命。

  交通大学研究铜导线与焊锡的陈智在2010年底一次实验中,意外电镀制造出「奈米双晶铜」。由於他参加过「奈米双晶」的书报讨论,知道奈米双晶铜的电迁移寿命是一般铜的10倍以上,机械强度也很好,於是立刻寻求与该领域专家、美国加州大学洛杉矶分校的杜经宁合作,找出了以电镀法制作奈米双晶铜的方式。

  陈智是在电镀时调整适当的电流密度、以磁石定速旋转扰动电解液、加入某种添加剂,并控制另外两项因素,镀出(111)方向奈米双晶铜,半小时就可以镀到20微米厚、再现性达100%,非常符合半导体制程的需求。

  传统制程为避免3D晶片的多晶铜导线与焊锡间产生孔洞,会在焊接前先於铜导线末端镀一层镍,不仅增加制程复杂度,且提高了产品不良的风险。奈米双晶铜则可直接与焊锡形成没有孔洞的结构,节省时间及材料成本,陈智说:「更重要的是,可控制一片晶片内数千到数万个接点的机械性质及电性维持一致,这是量产的必备条件。」这也是他们的成果能发表在5月25日《科学》上的重要原因。

  台湾有多家半导体厂及封装厂投入研发3D晶片,目前已有好几家公司对这项研究成果表达兴趣。陈智希望能尽快让这项技术导入量产,同时他也想与电化学领域的学者合作,继续研究其中的理论机制。

 

  撰文/李名扬

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