研究銅互連的規(guī)模能擴(kuò)大到什么程度

隨著領(lǐng)先的芯片制造商繼續(xù)將finFET以及很快的納米片晶體管縮小到越來越小的間距，使用銅及其襯墊和阻擋金屬，較小的金屬線將變得難以維持。接下來會發(fā)生什么以及何時發(fā)生，仍有待確定。

自從IBM在20世紀(jì)90年代向業(yè)界引入采用雙鑲嵌工藝的銅互連以來，半導(dǎo)體行業(yè)一直在利用銅的高導(dǎo)電性、低電阻率和可靠互連的優(yōu)勢。但隨著電阻和電容的增加，RC延遲將繼續(xù)顯著影響器件性能。

與此同時，系統(tǒng)性能驅(qū)動因素使得在可能的情況下將存儲設(shè)備移至生產(chǎn)線后端變得有吸引力。如果業(yè)界開始引入具有較低熱預(yù)算的互連工藝，那么存儲器或其他設(shè)備集成之類的事情就變得可行。但首先，必須解決延伸銅線和引入背面配電方案的直接工程挑戰(zhàn)。

銅的里程更長

在2nm邏輯節(jié)點(diǎn)，銅線和通孔正在通過創(chuàng)造性的方式延伸。一些吸引力的選擇包括限制阻擋層和襯墊材料的電阻率影響，要么通過使這些薄膜更薄——從化學(xué)氣相沉積（CVD）到原子層沉積（ALD）——要么消除它們，例如沿著通孔和線路之間的垂直路徑。

圖1

圖2

英思特測試了預(yù)通孔填充工藝，該工藝在銅填充下不使用阻擋層(TaN)，而是在無電沉積(ELD)后進(jìn)行沉積。微小過孔是互連鏈中的薄弱環(huán)節(jié)（圖2），關(guān)鍵工藝步驟是在對通孔底部暴露的銅進(jìn)行原位界面工程之后，僅在電介質(zhì)上進(jìn)行選擇性ALD TaN阻擋層沉積，通過消除勢壘，通孔電阻可降低20%。在較小的尺寸下，減少量會更大。

連接背面電源

背面供電(BPD)是一種從晶圓背面向晶體管供電的創(chuàng)新方法，從而釋放正面互連以僅傳輸信號。這緩解了擁塞，利用晶圓背面進(jìn)行配電，可以有效增加芯片的功能面積，而無需增加其占地面積。

背面電源集成的較大挑戰(zhàn)之一是如何以電氣方式連接晶圓正面和背面。較具挑戰(zhàn)性的方案涉及到源外延的直接背面接觸。通孔將很小且縱橫比很高，還需要與外延層進(jìn)行低電阻接觸，就像正面的源極/漏極接觸一樣。因此，鎢填充物或可能是鉬將是可能的選擇。

結(jié)論

如今，雙鑲嵌銅的間距已擴(kuò)展到20納米，但涉及釕或其他替代金屬的減材方案即將發(fā)生根本性變化。就電阻率而言，隨著尺寸降至17 x 17nm以下，釕變得有吸引力。公司可以使用無障礙通孔底部來獲得額外收益，同時為偉大的轉(zhuǎn)型做好準(zhǔn)備。

審核編輯 黃宇