電子チップではスペースが非常に重要です。強力な電子機器はますます多くの接続を必要とし、ますます狭いスペースに詰め込まれます。確立されたテクノロジーは物理的に可能な限界に達しつつあります。現在、フラウンホーファー IZM-ASSID の研究者は他のパートナーと協力して、NanoWired GmbH が特許を取得した、ナノメートル スケールのワイヤを使用する接続技術をレベルアップしています。研究チームは、この新しい技術が 300 mm ウェーハの工業生産にどのように使用できるかを実証しました。

デジタルの未来において効率と技術主権を保証するために、世界は高性能スーパーコンピューターを必要としています。ハイパフォーマンスコンピューティングでは、データセンター想像を絶する量のデータを処理し、非常に複雑な計算を実行する必要があります。これは、科学シミュレーションやアルゴリズムなど、複雑な操作を高速に処理する必要がある場合に不可欠です。

スーパーコンピューターは、交通の流れ、物流、産業運営、高精度の医療業務の最適化にすでに使用されています。そしてハイパフォーマンスコンピューティングは、強力で効率的で信頼性の高いコンピューティング テクノロジを必要とする多くのアプリケーションの 1 つにすぎません。

これらの困難な要求を満たすには、新しい相互接続技術が必要です。基本的な考え方は単純です。ピッチ、つまり電子接点間のスペースが小さくなればなるほど、より多くのトランジスタと電子回路をチップ上に取り付けることができ、チップはより強力になります。フリップチップ設計の古い標準は、はんだ付けに銅バンプを使用することでしたが、このテクノロジーはその基準に反しつつあります。物理的な制限デバイスがますます縮小すると、はんだが漏れてシステム内でショートが発生する可能性があります。

革新的な代替手段を求めて、フラウンホーファー IZM-ASSID の若手教授ユリアナ パンチェンコ博士とそのチームは、10 マイクロメートル未満に縮小されたコンタクト用の新しい相互接続技術を試すことにしました。SME プロジェクト「NanoInt」の一環として、彼らと産学界のパートナーは、銅ナノワイヤーに依存する有望な選択肢を考え出し、300 mm シリコン ウェーハでの使用に成功することを評価しました。

銅はんだやはんだバンプ、ハイブリッドや圧着などの他のオプションと比較して、直結銅ナノワイヤーの形態にはいくつかの利点があります。プラグイン可能なソリューション (ナノワイヤからナノワイヤ) は、異なる高さの設計を実現できることを意味します。

他の金属材料を使用する必要はなく、得られるシステムは機械的に堅牢であり、チップ設計者に多くの自由を与えます。接続は次の場所で行うことができます。室温ボンディング圧力も限られているため、この技術はリソースに優しく、薄いチップや熱に弱いチップに適しています。

プロジェクトの最初の部分では、研究者らは、300 mm ウェーハ全体に広がる接触点でナノワイヤをできるだけ均一に成長させる方法に焦点を当てました。彼らは、小さな孔を備えた特別な膜を使用することでこれを実現しました。これらの細孔はナノワイヤの厚さを決定し、厚さは 100 nm から 1 μm まで変化します。適切な細孔直径を見つけることは、信頼性が高く適切な導電性接続を確立するために非常に重要です。

メンブレンが所定の位置に配置されると、ガルバニックプロセスが開始され、銅ナノワイヤープロセスを微調整した結果、ナノワイヤの長さは約 20% 変化し、細孔を通って成長する可能性があります。プロジェクト チームはまた、ウエハから導電性銅シード層を除去するために必要な、エッチング中にナノワイヤを保護するための適切なプロセス フローを開発しました。

この新しい接続技術は実際的な実現可能性を評価する必要があったため、研究者らはこのプロセスを産業プロセス チェーンにどのように統合できるかをテストしました。彼らはシステムを組み立てるための最適なパラメータを定義し、技術の再現性、均質性、機械的堅牢性、および実現可能性に特に注意を払ってテストに適用しました。産業用。

プロジェクトの終了を記念して、プロジェクト パートナーは、チップ間レイアウトで均一なナノワイヤ バンプとナノワイヤ接続を備えた 300 mm シリコン ウェハを製造し、この技術を 2.5D から 3D のシステム設計に統合することができることを示しました。追加のフラックス剤。この技術はすでに産業用途に展開されており、接点を 10 マイクロメートル、さらには 5 マイクロメートルまで縮小するための追加の研究プロジェクトが計画されています。将来的には、ファインピッチまたはより大きな接触領域を使用する複雑なパッケージに対して、ナノワイヤの新しい用途が可能になります。

提供元フラウンホーファー研究所とマイクロインテグレーション IZM の研究