Является ли конкуренция PVD и ECD альтернативой или комбинацией? Синергетический процесс для медных межсоединений

В передовом производстве полупроводников физическое осаждение из паровой фазы (PVD) и электрохимическое осаждение (ECD) не являются конкурентами. Это два взаимодополняющих этапа единого, высокооптимизированного процесса. Для создания медных межсоединений сначала используется PVD для создания тонкого, критически важного «затравочного слоя», который затем позволяет последующему этапу ECD выполнить быстрое, крупномасштабное «насыпное заполнение».

Основное заблуждение заключается в том, чтобы рассматривать PVD и ECD как альтернативы. В действительности, современное производство чипов зависит от их последовательного партнерства. Эта комбинация использует уникальные преимущества каждой технологии для решения проблемы, с которой ни одна из них не могла бы справиться эффективно самостоятельно.

Основная проблема: Проводка микрочипа

Чтобы понять, почему это партнерство необходимо, мы должны сначала понять фундаментальную проблему: соединение миллиардов транзисторов на современном процессоре.

Что такое межсоединения?

Межсоединения — это микроскопические медные «провода», которые передают сигналы и питание между транзисторами и другими компонентами на чипе.

По мере уменьшения размеров транзисторов эти провода становятся невероятно узкими и глубокими, что создает значительные производственные проблемы.

Проблема с медью

Медь — отличный проводник, но в данном контексте у нее есть два основных недостатка. Она диффундирует в окружающий изоляционный материал (диэлектрик), что может разрушить чип, и плохо прилипает к используемым диэлектрическим материалам.

Чтобы решить эту проблему, сначала наносится непроводящий барьерный слой (обычно из тантала или нитрида тантала), который выстилает канавки, где будут формироваться провода. Это изолирует медь, но создает новую проблему: как заполнить эти непроводящие канавки медью.

Роль PVD: Создание фундамента

Первым шагом в заполнении канавки, выстланной барьером, является физическое осаждение из паровой фазы.

Что такое PVD?

PVD — это процесс, при котором материал испаряется в вакууме и осаждается атом за атомом на целевой поверхности, такой как кремниевая пластина. В этом случае используется процесс, называемый распылением, для бомбардировки медной мишени, выбрасывая атомы меди, которые покрывают пластину.

«Затравочный слой» имеет решающее значение

Основное преимущество PVD заключается в его способности создавать чрезвычайно тонкий, непрерывный и высокооднородный слой меди, который хорошо прилипает к нижележащему барьерному слою. Это называется затравочным слоем.

Этот затравочный слой обеспечивает необходимый проводящий путь, требуемый для следующего этапа процесса.

Почему PVD не может выполнить всю работу

Хотя PVD отлично подходит для тонких пленок, это относительно медленный и дорогостоящий процесс для нанесения толстых слоев. Что еще более важно, поскольку он наносит материал по прямой видимости, он может создать «нависание» на верхнем отверстии узкой канавки, что может привести к перекрытию и образованию пустоты или шва во время заполнения.

Роль ECD: Высокоскоростное заполнение

После того как затравочный слой PVD установлен, пластина переходит к процессу электрохимического осаждения.

Что такое ECD?

ECD — это, по сути, усовершенствованное гальваническое покрытие. Пластина погружается в химическую ванну, богатую ионами меди, и подается электрический ток.

Почему ECD нуждается в затравочном слое

ECD может осаждать металл только на уже проводящей поверхности. Он не может осаждаться непосредственно на непроводящем барьерном слое.

Затравочный слой PVD обеспечивает необходимый проводящий «каркас», который позволяет процессу ECD начать нанесение меди по всей пластине.

Преимущество «Суперзаполнения»

ECD быстр, экономичен и обладает уникальной характеристикой заполнения «снизу вверх». Благодаря тщательно разработанным химическим добавкам в ванне осаждение происходит быстрее на дне канавки, чем наверху.

Это поведение суперзаполнения гарантирует, что узкие канавки будут полностью заполнены снизу вверх, предотвращая образование пустот и швов, которые могут возникнуть при заполнении только с помощью PVD.

Понимание компромиссов

Выбор использования как PVD, так и ECD — это классическое инженерное решение, основанное на оптимизации производительности, стоимости и надежности.

Ограничения PVD

PVD обеспечивает превосходную адгезию и однородность тонких пленок, но слишком медленный для объемного осаждения и рискует создать пустоты в элементах с высоким соотношением сторон современных чипов.

Ограничения ECD

ECD обеспечивает быстрое, дешевое и беспористое объемное заполнение, но совершенно неработоспособен без предварительно существующего проводящего затравочного слоя для инициирования процесса нанесения покрытия.

Синергия комбинации

Рабочий процесс PVD/ECD — это идеальная синергия. PVD делает то, что умеет лучше всего: создает тонкий, конформный, адгезивный затравочный слой. Затем ECD берет на себя то, что он умеет лучше всего: выполняет быстрое объемное заполнение снизу вверх. Вместе они достигают высококачественного результата, который является одновременно технически обоснованным и экономически жизнеспособным.

Принятие правильного решения для вашей цели

Применение PVD и ECD — это не выбор между двумя вариантами, а понимание требуемого технологического процесса.

• Если ваша цель — создание однородного, адгезивного основания на барьерном материале: Вы должны использовать PVD для осаждения необходимого медного затравочного слоя.
• Если ваша цель — быстрое и беспористое заполнение канавок объемной медью: Вы должны использовать ECD, который зависит от затравочного слоя PVD для функционирования.
• Если ваша цель — создание современных медных межсоединений: Вы будете использовать их последовательно — сначала PVD для затравочного слоя, затем ECD для объемного заполнения и, наконец, этап планарной обработки для удаления излишков меди.

В конечном счете, партнерство PVD/ECD является хрестоматийным примером инженерии процессов, где две специализированные методики объединяются для достижения результата, которого ни одна из них не могла бы достичь в одиночку.

Сводная таблица:

Процесс	Основная роль	Ключевое преимущество	Почему это важно
PVD (Физическое осаждение из паровой фазы)	Нанесение медного затравочного слоя	Создает тонкие, однородные, адгезивные пленки	Обеспечивает проводящий фундамент для ECD; прилипает к барьерным слоям
ECD (Электрохимическое осаждение)	Выполняет объемное медное заполнение	Быстрое, экономичное, беспористое «суперзаполнение»	Полностью заполняет канавки с высоким соотношением сторон снизу вверх

Оптимизируйте свой процесс производства полупроводников с помощью прецизионного лабораторного оборудования KINTEK.

Независимо от того, разрабатываете ли вы передовые медные межсоединения или совершенствуете процессы осаждения, KINTEK предоставляет надежные системы PVD и ECD, а также расходные материалы, необходимые вашей лаборатории. Наш опыт в области лабораторного оборудования гарантирует достижение однородных затравочных слоев и беспористых заполнений, необходимых для чипов нового поколения.

Свяжитесь с нашими экспертами сегодня, чтобы обсудить, как наши решения могут повысить выход и производительность вашего производства.

Визуальное руководство