奈米雙晶銅線革新！
"奈米雙晶銅導線讓晶片更耐用，3D晶片的成本也可因此降低。 "
撰文／李名揚
近10年來半導體業的重大進展之一，是在IC晶片上以導電性較好的銅取代鋁做為導線。但是目前以電鍍法製作出來的銅導線都是多晶銅，晶粒之間有晶界，由於晶片上導線截面積非常小，電流密度很大，原子容易沿著晶界或表面擴散而破壞導線結構，因而縮短了「電遷移壽命」。
現在的晶片都排列在同一平面上，若晶片相疊成為「3D晶片」，可以縮短導線長度、降低電阻而省電，並且增加訊號傳輸速度。但各層晶片間的銅導線必須垂直相連，不同層的銅導線以銲錫連接時會產生許多孔洞，也會降低電遷移壽命。
交通大學研究銅導線與銲錫的陳智在2010年底一次實驗中，意外電鍍製造出「奈米雙晶銅」。由於他參加過「奈米雙晶」的書報討論，知道奈米雙晶銅的電遷移壽命是一般銅的10倍以上，機械強度也很好，於是立刻尋求與該領域專家、美國加州大學洛杉磯分校的杜經寧合作，找出了以電鍍法製作奈米雙晶銅的方式。
陳智是在電鍍時調整適當的電流密度、以磁石定速旋轉擾動電解液、加入某種添加劑，並控制另外兩項因素，鍍出(111)方向奈米雙晶銅，半小時就可以鍍到20微米厚、再現性達100%，非常符合半導體製程的需求。
傳統製程為避免3D晶片的多晶銅導線與銲錫間產生孔洞，會在銲接前先於銅導線末端鍍一層鎳，不僅增加製程複雜度，且提高了產品不良的風險。奈米雙晶銅則可直接與銲錫形成沒有孔洞的結構，節省時間及材料成本，陳智說：「更重要的是，可控制一片晶片內數千到數萬個接點的機械性質及電性維持一致，這是量產的必備條件。」這也是他們的成果能發表在5月25日《科學》上的重要原因。
台灣有多家半導體廠及封裝廠投入研發3D晶片，目前已有好幾家公司對這項研究成果表達興趣。陳智希望能盡快讓這項技術導入量產，同時他也想與電化學領域的學者合作，繼續研究其中的理論機制。
