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

IMEC是世界领先的纳米电子学和数字技术研究和创新中心。我们广泛认可的微芯片技术和深厚的软件和ICT专业知识的结合使我们与众不同。通过利用我们的世界级基础设施和跨多个行业的合作伙伴的本地和全球生态系统,我们在应用领域创造了突破性的创新,如医疗保健、智能城市和移动性、物流和制造、能源和教育。

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