Un grupo de especialistas de CEA-Leti ha realizado progresos notables en el campo de la integración tridimensional (3D) de dispositivos electrónicos. La clave de su investigación es la optimización de la deposición de cobre nanocristalino (NC-Cu) para emplearse en enlaces híbridos de paso fino. Su trabajo se centra en lograr interfaces fiables de cobre con cobre (Cu/Cu) y de dióxido de silicio con dióxido de silicio (SiO₂/SiO₂) a temperaturas de enlace reducidas, lo cual es crucial para el desarrollo de dispositivos electrónicos de alto rendimiento como la memoria de cambio de fase y las películas cuánticas.
La unión híbrida, especialmente en pasos finos, es esencial para la integración 3D, ya que permite rutas eléctricas más cortas, menor pérdida de señal y un mejor rendimiento del dispositivo. Sin embargo, los procesos de unión tradicionales suelen requerir altas temperaturas, generalmente alrededor de 400°C, lo que puede ser perjudicial para ciertos materiales y arquitecturas de dispositivos. El objetivo del equipo era reducir este presupuesto térmico a aproximadamente 200°C sin comprometer la integridad de la unión.
Para lograrlo, los investigadores se centraron en optimizar los parámetros de galvanoplastia para la deposición de NC-Cu en obleas de 300 mm con diferentes tamaños y densidades de patrón. A través de la manipulación de las corrientes de galvanoplastia, incluyendo el uso de corrientes pulsadas, desarrollaron un proceso que produce estructuras de cobre de grano fino, adecuadas para aplicaciones de paso fino.
El uso de NC-Cu permite un crecimiento sustancial del grano y fuertes enlaces cobre-cobre a bajas temperaturas, lo que reduce el presupuesto térmico necesario para la unión, crucial para materiales sensibles y arquitecturas de dispositivos avanzados.
Deposiciones más estables
El equipo también abordó el reto de reducir el tiempo de deposición manteniendo la fiabilidad. Mediante la optimización del proceso, lograron reducir la duración de la deposición a 2-3 minutos, cumpliendo así con los plazos de fabricación estándar.
Los hallazgos del equipo indican que el NC-Cu se mantiene estable y mantiene su eficacia de enlace incluso semanas después de la deposición, lo que subraya su potencial para aplicaciones fiables de enlace híbrido a baja temperatura. Esta investigación representa un avance significativo hacia tecnologías de integración 3D más eficientes y escalables, allanando el camino para avances en diversas aplicaciones electrónicas.
Los investigadores esperan que al crear un proceso de unión a 200°C que pueda integrarse directamente en las líneas de fabricación estándar, se pueda optimizar los procesos y facilitar la creación de estos chips.