IMEC向3nm技术节点扩展镶嵌金属化

在本周的2018届IEEE国际互连技术会议（IITC 2018）中，IMEC是世界领先的纳米电子学和数字技术研究和创新中心，将在11个先进互连上发表论文，包括扩展Cu和Co大马士革金属化。评价Ru和石墨烯等新选择的方法。在仔细评估了电阻和可靠性行为之后，IMEC采取了将传统金属化扩展到3nm技术节点的第一步。

近20年来，铜基双镶嵌技术已成为构建可靠互连的主要工业工艺流程。但是，当将逻辑器件技术降到5nm和3nm技术节点时，满足严格布线的Cu线的电阻和可靠性要求变得越来越具有挑战性。然而，工业界倾向于尽可能延长现有的镶嵌技术，因此，出现了不同的解决方案。

为了设定尺度的限制，IMEC已经在尺度尺寸的镶嵌车辆中对Cu相对于Co和Ru的电阻进行了基准测试，这表明Cu仍然优于线截面的Co到300 nM2（或12nm的线宽），这对应于3nm技术节点。为了满足可靠性要求，一种选择是使用Cu与薄的扩散阻挡层（如氮化钽（TaN））和衬垫（例如Co或Ru）结合。结果发现，在保持良好的铜扩散阻挡性能的同时，可以将Ta扩散阻挡层扩展到2nm以下。

对于Cu线宽下降到15～12nm，IMEC还模拟了互连线边缘粗糙度对系统级性能的影响。线边缘粗糙度是由互连线的光刻和图案化步骤引起的，导致线宽和间距的小变化。在小的间距，这些可以影响Cu互连电阻和可变性。虽然线边缘粗糙度对短铜线的电阻分布有显著影响，但在系统水平上的影响在很大程度上是平均的。

一个替代传统的大马士革流动的解决方案正在取代CU的Co今天，CO需要扩散屏障-一个选项，最近获得了业界的认可。下一个可能的步骤是使无障碍CO或至少亚纳米势垒厚度与精心的接口工程。CO具有明显的优点，对于较小的导线交叉部分和较小的通孔具有较低的电阻。基于电迁移和蓄热实验，IMEC提出了通过可靠性来影响CO的机制的详细研究，显示了无障碍的共孔洞中的空隙，证明了Co朝向更小的节点的更好的可扩展性。

该研究是与IMEC的关键纳米互连程序合作伙伴进行的，包括GalgFundRees、华为、英特尔、MICRON、高通、三星、SK HynIX、闪迪/西部数字、索尼半导体解决方案、东芝存储器和TSMC。

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过电阻对Co、Cu、Ru（左）的影响；与Ru、Co和Cu nanowires（右）的总导体横截面面积的马赛克线电阻比较

关于IMEC

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