סרט יהלום בטמפרטורה נמוכה משפר את פיזור החום של מוליכים למחצה

עם הפיתוח המהיר של-מחשוב בעל ביצועים גבוהים, מכשירים אלקטרוניים-הספקים גבוהים וטכנולוגיית אריזה מתקדמת, פיזור חום שבבים הפך לצוואר בקבוק מרכזי המגביל את ביצועי המערכת ואמינותם. יהלום נחשב לחומר פיזור חום מבטיח ביותר עבור הדור הבא של מעגלים ואריזות משולבות בשל מוליכות תרמית גבוהה במיוחד וחוזק דיאלקטרי מעולה.

 

בייצור-בתהליכים אחוריים (BEOL), יש לשלוט בטמפרטורת השקעת החומר בדרך כלל ב-450 מעלות צלזיוס ומטה כדי למנוע נזק למבני מתכת קיימים ולביצועי המכשיר. עם זאת, הכנת סרטי יהלומים עם המשכיות, צפיפות פגמים נמוכה ומוליכות תרמית גבוהה בתנאי טמפרטורה נמוכים כל כך הייתה תמיד אתגר שניצב בפני התעשייה והאקדמיה.

 

לאחרונה, הצוות של פרופסור זנג יונג-הואה מהמכון למיקרו-אלקטרוניקה באוניברסיטת צ'נג קונג הלאומי בטייוואן שיתף פעולה עם חוקרים מ-TSMC ואחרים כדי להציע טכניקת הכנת סרט יהלום פלזמה כימית (MPCVD) להכנת סרטי יהלום המתאימה לטמפרטורות נמוכות (450 מעלות), עם מוליכות תרמית של למעלה מ-300 W/m של סרטי מחקר של KVD. מפזרים לייצור שבבי סיליקון (BEOL)" ופורסם ב-Diamond&Related Materials.

 

בתגובה לבעיה של גודל גרגר קטן וגבולות גרגרים צפופים המובילים לירידה במוליכות התרמית בהכנת סרטי יהלום בתנאי טמפרטורה נמוכים, צוות המחקר בנה בהצלחה סרטי יהלומים רציפים וצפופים על מצעי סיליקון על ידי החדרת זרעי יהלומים בפיזור אחיד של 3 ננומטר. ניסויים הראו כי הוספת כמות מתאימה של תמיסת גרפיט יכולה לקדם את צמיחתם של גרגרי זרעי יהלום ולמנוע את חריטה של ​​הזרעים בפלזמה, ובכך לשפר את האיכות והמוליכות התרמית של הסרט.

 

במונחים של אופטימיזציה של תהליכים, צוות המחקר התאים את העובי וגודל הגרגירים של סרטי יהלום על ידי שליטה בכמות תרחית הגרפיט שנוספה. תוצאות הניסוי מראות שהוספת כמות קטנה של תרחיץ גרפיט בשלב הגידול הראשוני יכולה לשפר משמעותית את הצמיחה המהירה של גרגרי יהלום, וכתוצאה מכך לעובי אחיד של 50-100 ננומטר לסרט ולשמירה על מוליכות תרמית גבוהה (כ-300 W/m · K). עם הארכת זמן הצמיחה, גודל הגרגירים של סרטי יהלום גדל עוד יותר, וגם המוליכות התרמית גדלה בהתאם.

בדיקת הביצועים התרמיים נערכה בשיטת Time Domain Thermal Reflection (TDTR), והתוצאות הראו שהמוליכות התרמית של סרט היהלום גדלה עם הגדלת גודל הגרגיר, והגיעה בסופו של דבר לעובי של 200-300 ננומטר, וניתן לשמור על המוליכות התרמית בסביבות 300 K-W/Temperatur של סרטי יהלום נמוכים. הטכנולוגיה של הצוות שיפרה בהצלחה את המוליכות התרמית של הסרטים בטמפרטורות נמוכות.

טכנולוגיה זו לא רק עומדת בדרישות הטמפרטורה-הנמוכות של תהליך BEOL, אלא גם מספקת פתרון יעיל להכנת סרט יהלום עם אפשרויות יישום רחבות. סרט יהלום, כחומר אידיאלי לפיזור חום, יספק תמיכה טכנית חזקה לתעשיית המוליכים למחצה העתידית בניהול תרמי של מחשוב בעל ביצועים גבוהים, מעגלים משולבים תלת מימדיים והתקני מוליכים למחצה- בהספק גבוה.