Di cosa sono fatti i chip dei telefoni? Silicio, metalli, droganti e incapsulamento

I chip degli smartphone (SoC, memorie, modem, PMIC) sono circuiti integrati fabbricati su wafer di silicio. Ecco lo stack di materiali:

1. Substrato: silicio ultrapuro

• 99.9999999% puro (9N), monocristallino, coltivato tramite processo Czochralski.
• Doppato per creare regioni n-type (fosforo, arsenico) e p-type (boro) → transistor.

2. Interconnessioni (cablaggio)

• Rame (processo dual-damascene) – ha sostituito l'alluminio post-130nm. Minore resistenza, migliore elettromigrazione.
• Barriera/rivezione: Nitruro di tantalio (TaN), Cobalto – impediscono la diffusione del rame nel dielettrico.

3. Dielettrici (isolamento tra strati metallici)

• Materiali low-κ: SiOCH (ossido drogato al carbonio), silice porosa, gap d'aria.
• Etch stop / hard mask: SiCN, SiN.

4. Ingegneria dei transistor

• Dielettrico porta high-κ: HfO₂ (ossido di hafnio) + porta metallica (TiN, TaN, W) – ha sostituito SiO₂/poli-Si a 45nm.
• Strati di tensione: SiGe (compressivo per PMOS), Si:C (tensile per NMOS).
• FinFET / GAA (Gate-All-Around) nanosheets: geometria canale 3D (nodi 5nm/3nm).

5. Materiali di incapsulamento

• Substrato: Organico (ABF - Ajinomoto Build-up Film) o ceramico.
• Bump: Pilastri Cu + microbump SnAg (flip-chip), C4 (controlled collapse chip connection).
• Underfill: Riempimento capillare epossidico (affidabilità meccanica).
• Composto di stampaggio: Epossidico novolac + riempitivo di silice (incapsulamento).
• Diffusore di calore: Rame / grafite / camera di vapore (in-package o a livello telefono).

6. Elementi di traccia (droganti, contatti)

• Oro (bonding wire, alcune finiture pad)
• Tungsteno (contatti, via)
• Cobalto (rivestimenti, contatti)
• Terre rare (Eu, Tb in fosfori per display—non nei chip logici)

Il silicio è la tela; rame, hafnio, tantalio e drogatura di precisione dipingono i circuiti. Un SoC moderno ha 15–20 strati metallici e 50–100 miliardi di transistor.