首页 > 对外事务组 > 最新消息 交大团队「三维积体电路(3D IC) 」、「铜导线」研究大突破 荣登国际顶级期刊SCIENCE (111)铜晶粒+奈米双晶 电子产品寿命倍增 交通大学材料科学与工程系所陈智教授率领研究团队，在三维积体电路与铜导线的材料研究上有重大突破，於5月25日荣登世界顶级期刊《SCIENCE》。图为陈智教授研究团队与吴妍华校长合影。 实验室全体成员合影留念。 交通大学材料科学与工程系所陈智教授率领研究团队，在三维积体电路与铜导线的材料研究上有重大突破，於5月25日荣登世界顶级期刊《SCIENCE》。此项研究为学术界首次采用直流电成长出具(111)方向的铜金属层，不仅受到国际学术界的高度瞩目，也因为实验结果100%达到高密度且整齐的奈米双晶结构，极具应用价值，也为三维积体电路(3D IC)这项全球瞩目的技术发展掀起新浪潮！ 交大吴妍华校长表示，科学研究的价值除了在纯粹科学上有所突破，提供科学研究新的方向与视野；同时也要具有实用价值，才能为社会带来进步的动力。交大材料科学与工程系所陈智教授的研究，正是实践研究与应用、科学与科技的最佳表率。 全球唯一团队 可达100%高品质铜金属层成长结果 交大陈智教授表示，3D IC将晶片垂直叠起接合的中间接合材料主要为铜以及焊锡，因为高效能要求，每个3D IC产品中会有数千到数万个接点。目前每个接点的大小是20微米，产业界预估三年後达到五微米，未来甚至需要微缩到一微米或更小。当接点密度越来越高，控制每个接点的电性与机械性质一致，以达到晶片的高度稳定性，成为学界与产业界共同的目标。在此篇研究中，研究团队在电镀液中加入由团队发现的关键添加剂，并使用直流电成长具(111)方向的奈米双晶铜金属层，再用此金属层控制接於其上的焊锡微结构，让每个接点的电性与机械性质都可以被控制的很好，降低成本并达到100%高品质的结构，是此研究荣登《SCIENCE》的关键。 运用於3D IC制程 可增加电子产品数倍至数十倍寿命 1997年史丹福大学研究发现使用具有(111)优选方向的铜导线，能让铜导线的电迁移寿命提升约4倍；2004年Dr. Ke Lu等人在《SCIENCE》发表奈米双晶结构能强化铜的机械性质并且其导电率不会改变；2008年清大材料系则发现双晶结构可能提升铜导线的电迁移寿命高达10倍。因此含有奈米双晶且具有(111)优选方向的铜导线将会是应用在微电子产品中的最佳选择。过去学术界主要以脉冲电流或溅镀方式成长双晶结构，但基於时间与金钱成本的考量，直流电仍为业界唯一的制程方式，以电镀方法(直流电)制备具有奈米双晶且具有(111)优选方向的铜导线一直无法被制造出来。陈智教授研究团队在经过无数次的试验後，2011年发现在电镀液加入适当的添加剂并使用高电流密度，以及在电镀液갊I予高扰动的情况下，可以制造出含有高密度/高规则性奈米双晶且具有(111)优选方向的铜膜及铜垫层。此特殊结构的铜垫层能有效地控制焊锡微凸块的性质，并达到无孔洞、电阻低的优异表现，并且可以很快的运用在3D IC制程中，让电子产品电迁移寿命增加数倍至数十倍。 台湾团队主导 研究水准具世界级竞争力 此研究由交通大学材料系陈智教授领导，团队成员包含交通大学材料系博士後研究员萧翔耀、刘健民，与博士班学生刘道奇、林汉文、吕佳凌、黄以撒，以及加州大学洛杉矶分校，同时也是中研院院士杜经宁教授等人，所有的实验都在台湾完成。陈智教授指出他特别要感谢杜经宁教授在研究过程中提供许多宝贵意见，对所有参与研究的学生而言，这个过程是非常珍贵的学习经验。 补充说明： 微电子产业有两大主要技术：晶片技术以及封装技术。莫尔定律一直是晶片技术的制程指标，其指出二维积体电路(2D IC)在矽晶片上的密度将以每18到24个月的周期倍增。这定律已经持续了30到40年。这些制程在现代科技乃为最成功的成就之一。但不幸地，莫尔定律似乎快走到了尽头。现今矽元件上的超大积体电路(VSLI)之最小线宽已达奈米尺度的45nm，其物理极限及非常高的生产成本，将减缓至成的发展。因此在未来，微电子产业不得不寻找新技术以求突破。 目前，三维积体电路(3D IC)为一新发展方向。在3D IC中，晶片技术及封装技术紧密的连接在一起。自3D IC成为微电子产业的新方向後，相关的研究及发展出现了许多机会。在应用方面，其提供消耗性电子产品有充沛的面积来安装元件，举例来说如医疗电子产品方面，我们可以想像不久的将来，当我们握着一台行动电话时，它能侦测我们的体温、心跳、血压以及血氧含量。消费性电子产品的应用将会非常的可观，而且许多产品将与矽元件、光电元件、微机电系统以及生物感测器整合在一起。我们需要3D IC整合这一切的元件以组成一个多功能的产品(元件)。 SCIENCE Report 请按此连结 --

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