チップの製造中にシリコン上に薄膜を適用する最新の技術では、材料の選択が制限されています。 例えば、金属でできた膜には物理的ストレスが発生しますが、これは高融点金属では取り除くことができず、正常な動作の中断につながります。 日本の研究者はこの問題を解決し、結晶上に制限なく金属膜を作成できる技術を提案しました。
従来、チップの薄膜金属コーティングの物理的応力はアニーリングによって除去されていました。これは、結晶を金属がまだ溶けていない温度まで加熱することで、応力を緩和するのに十分なほど軟化させます。 これらの緊張した領域が残っていると、時間の経過とともに亀裂や裂け目が生じ、チップが故障します。 しかし、この方法は、結晶の多くの要素の寿命と両立しない温度まで応力を除去するために加熱する必要がある高融点金属製の薄膜コーティングには適していません。 さらに、加熱は高価で困難であり、マイクロ回路のコストに影響します。
ただし、膜に大きな電圧を発生させずに高融点金属の薄膜を適用する方法があります。これは、パルスマグネトロンスパッタリング堆積 (HiPIMS) です。 しかし、ここにも特異性があります。 ターゲットから「蒸発」した金属イオンを HiPIMS パルスと同時に結晶上に均一に堆積させるには、同期したせん断パルスを基板に適用する必要があります。 その場合、膜の電圧は非常に低く、さらにアニーリングする必要はありません。
首都大学東京の科学者は、基板にせん断パルスを通常適用することなく、スパッタリングによるパルスマグネトロン堆積の技術を提案しました。 堆積プロセスを詳細に研究した結果、科学者はせん断パルスを少し遅らせて適用する必要があると判断しました。 彼らの場合、遅延は 60 µs でしたが、これは、通常アニールによってのみ達成される 0,03 GPa という前例のない低ストレスのタングステン薄膜を作成するのに十分でした。
応力のない膜を得る効果的な方法は、メタライゼーション プロセスと次世代チップの製造に影響を与えます。 この技術は他の金属にも応用でき、エレクトロニクス産業に大きな利益をもたらすことが期待されています。
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