Японские исследователи улучшили ионную металлизацию — это откроет путь к чипам нового поколения

Современные технологии нанесения тонких плёнок на кремний при производстве чипов ограничены в выборе материалов. Например, в плёнках из металлов возникает физическое напряжение, которое невозможно убрать для тугоплавких металлов и которое ведёт к появлению дефектов. Исследователи из Японии смогли решить эту проблему и предложили технологию, которая позволит создавать металлические плёнки на кристаллах без ограничений.

Источник изображения: Tokyo Metropolitan University

Традиционно физическое напряжение в тонкоплёночных металлических покрытиях в чипах снималось с помощью отжига — нагрева кристалла до температур, когда металл ещё не плавился, но размягчался достаточно, чтобы напряжение ушло. Если эти участки напряжения оставить, то со временем это привело бы к возникновению трещин и расколов, что вывело бы чип из строя. Но этот способ не годится для тонкоплёночных покрытий из тугоплавких металлов, нагревать которые для снятия напряжения необходимо до температур несовместимых с жизнью многих элементов кристалла. Наконец, нагревать — это дорого и сложно, что сказывается на себестоимости микросхем.

Впрочем, для нанесения тонких плёнок из тугоплавких металлов есть свой способ без создания существенного напряжения в плёнках — это импульсное магнетронное осаждение методом распыления (HiPIMS). Но в этом деле есть тонкость. Для равномерного осаждения на кристалл ионов «испаряемого» с мишени металла одновременно с импульсом HiPIMS на подложку требуется подать синхронизированный импульс смещения. Тогда напряжение в плёнках получается очень и очень низким и не требует последующего отжига.

Учёные из Токийского Столичного Университета предложили технологию импульсного магнетронного осаждения методом распыления без обычной подачи импульса смещения на подложку. Детально изучив процессы осаждения учёные определили, что импульс смещения необходимо подавать с небольшой задержкой. В их случае задержка составила 60 мкс, но этого оказалось достаточно, чтобы создать тонкую вольфрамовую плёнку с беспрецедентно низким напряжением 0,03 ГПа, что обычно достигается только при отжиге.

Эффективный способ получения пленок без напряжений окажет значительное влияние на процессы металлизации и производство чипов следующего поколения. Эта технология может быть применена к другим металлам и обещает большие выгоды для электронной промышленности.