New-Tech Military Magazine | Q4 2023

הטרנזיסטור הראשון בשכבת המתכת ). הגישה הזאת צרה מדי וכבר M 1 הראשונה ( לא מספיקה. ולא רק זאת, אלא שהאתגר רק מחריף ברקע פיתוחים חדשים בתחום ייצור השבבים, שלא צפויים לשפר את בעיית מוליכות החום, כמו לדוגמה, המעבר לשימוש בכיסי אוויר כשכבה המבודדת במקום חומר דיאלקטרי, כדי לשפר את עיכוב האות או הגדלה נוספת של מספר שכבות המתכת בשבב. כמו כן, בשבבים המסודרים במבנה תלת־ממדי מתקדם, חיבורי הביניים הם אלה שתורמים הכי הרבה להתנגדות התרמית. גם לפיתוחים עתידיים, ובהם שימוש בגב פרוסת הסיליקון לאספקת חשמל לטרנזיסטורים ומבני טרנזיסטורים חדשים (כמו שערים מקיפים מכל הכיוונים), יכולה להיות השפעה, חיובית או שלילית, על התחממות פסי המתכת. נדרש מודל אמין ומדויק יותר לניבוי השפעתם של החידושים האלה על פיזור החום בשבב וכדי להבין טוב יותר כיצד מתפשט החום בחיבורי ביניים דקים. המודל צריך לאפשר לנו לזהות מיהם המרכיבים שתורמים הכי הרבה להתחממות, לחזות כיצד המשך מזעור תהליך הייצור יגדיל את ההתנגדות התרמית של חיבורי הביניים ולסייע לנו להמליץ על מבנה חיבורי בינים חדש, שישפר את פיזור החום וימנע התלהטות. נוקטים בגישה מודולרית imec חוקרי להערכת התכונות התרמיות של חיבורי הביניים. הם פיתחו מודלים למדידת התכונות התרמיות של החומרים, כשכל מודל מתאים לגודל תהליך ורמת פירוט שונים. אפשר להשתמש בכל מודל באופן עצמאי, בהתאם לתרחיש השימוש שאותו רוצים לבדוק; ואפשר להזין תוצאה של מודל אחד כקלט של המודל הבא וכך לבצע ניתוח מלא של ההתנהגות התרמית של חיבורי הביניים. את תוצאות המידול מצליבים עם תוצאות ניסויים שבהם נבדקו חומרים וגדלים שמעניינים את תעשיית ייצור השבבים, ומשמשות לכיול המודלים ושיפור איכות הניבוי בעתיד. סקירת המודלים השונים בשלב הראשון, השתמשו החוקרים בתורת ), כדי לחקור את DFT פונקציונל הצפיפות ( גישה רב־שלבית על בסיס מודלים מכוילים

הצגה גרפית של שיטת המודל התרמי המשולב. מודלים על בסיס תורת :1 תמונה « ) ומודל ניתוח אלמנטים BTE ), משוואת ההולכה של בולצמן ( DFT פונקציונל הצפיפות ( ,) משמשים למדידת התכונות התרמיות בגודלי תהליך שונים. FEM סופיים ( Imec קרדיט:

החימום העצמי. שלב זה מאפשר למפות את מוליכות/התנגדות החום של מערך חיבורי הביניים כולו ושל כל שכבה בנפרד, וכך מאפשר להעריך במהירות עד כמה יתחממו חיבורי הביניים. כדי להעריך במדויק כיצד מתפשט החום בחיבורי הביניים, צריך המודל להתחשב גם בהחלפת החום בין הטרנזיסטורים לחיבורי הביניים הסמוכים להם. לשם כך, שיטה מתאימה imec פיתחו החוקרים ב־ והצימוד התרמי הזה נוסף כשכבה נוספת .) FEM למודל ניתוח האלמנטים הסופיים ( יישום המודל: מגמות ותובנות מוליכות החום של היסודות המתכתיים ננומטר 10< יורדת בצורה חדה ברוחב פס על פי מודל משוואת ההולכה של בולצמן, ככל שקטן רוחב פס המתכת, כך קטנה גם מוליכות החום שלו. בכל היסודות המתכתיים שנבדקו, מוליכות החום ירדה באופן משמעותי עם ההגעה לפסים ננומטר לערך, שהוא רוחב הפס 10 ברוחב המשמש בשכבת חיבורי הביניים המקומית בתהליכי ייצור מתקדמים. גרף המציג את (מרכז). 1 המגמה הזאת מובא בתמונה

החומרים ברמת האטום. בעזרת המודל הזה, מיפו החוקרים את תכונות היסוד של האלקטרונים והפונון, שהם נשאי החום שמעבירים את האנרגיה התרמית בחומר. מודל imec בשלב הבא, פיתחו חוקרי על בסיס משוואת ההולכה של בולצמן ), לניבוי הולכת החום בחומרים BTE ( שונים ובגודלי תהליך שונים: מיקרומטר עד ננוטמטר. המודל מציג גם את ההתנהגות התרמית בקנה מידה ננומטרי. אל המודל מוזנות התכונות הפיזיקליות של מתכות וחומרים דיאלקטרים, כפי שנמדדו בניסויים ייעודיים. עבור חומרים , 3 ω דיאלקטריים, נעשה שימוש בשיטת ה־ כדי למדוד במדויק את ערכי מוליכות 1.15 W / החום. כך למשל התקבל ערך של עבור 0.3 W / mK וערך של SiO 2 עבור mK (זכוכית סיליקט אורגני עם OSG 3.0 .)3.0 מקדם דיאלקטרי בשלב השלישי, עוברים להתמקד החוקרים בשטח גדול יותר של חיבורי הביניים. התכונות התרמיות של מערך חיבורי הביניים מחושבות בעזרת מודל תלת־ ממדי, בשיטת ניתוח אלמנטים סופיים ), המכויל באמצעות תוצאות מדידת FEM (

59 l New-Tech Military Magazine