1纳米制程有谱!IMEC展示1纳米制程金属互联新方法

比利时微电子研究中心(IMEC)于2021年国际互联技术会议(IITC 2021)时展示1纳米制程技术构建硅芯片过程使金属互联的新方法,解决1纳米制程技术互联发热问题,也显示1纳米制程进展有谱。

外媒报道,IMEC展示采用铝二元化合物实验,重点是电阻率,理想配比状态下的AlCu和Al2Cu薄膜,电阻率低至9.5μΩ*cm。实验结果支持将AlCu和Al2Cu在先进半镶嵌互联集成方案当作新导体的可能性,使它们与气隙结合,提高性能。然而这种组合的焦耳热效应会越来越重要。

将逻辑制程技术线路图缩小到1纳米以下节点,需在后端最关键半导体层引入新导电材料。由于铝和钌(Ru)电阻率低于铜、钴或钼等传统元素金属,可能对1纳米制程节点以下芯片性能有影响。

IMEC也研究AlNi、Al3Sc、AlCu和Al2Cu等铝化物薄膜电阻率,20纳米以上厚度时,所有PVD沉积薄膜都显示出与钼相当或低于钼的电阻率。28纳米AlCu和Al2Cu薄膜则完成9.5μΩ*cm最低电阻率,低于Cu的表现。实验还验证控制薄膜理想状态,防止表面氧化是研究铝化物的挑战。

IMEC设想在先进半镶嵌制程使用这些金属间化合物,需直接蚀刻金属,以获得更高纵横比的线条。IMEC发现在金属线间逐渐引入部分或全部气隙,可改善RC延迟,用电隔离气隙代替传统低k电介质,有望降低按比例缩放的电容。但气隙导热性极差,需格外关注操作条件下的焦耳热效应。

IMEC也通过在局部2层金属互联层校准测量焦耳热,并借由建模将结果投射到12层后端连接(BEOL)结构,量化难题。研究预测,气隙会使温度升高20%,也发现金属线密度有重要作用,因较高金属密度有助减少焦耳热。

IMEC研究员兼纳米互联项目总监Zsolt Tokei表示,这些发现是改进半镶嵌金属化方案,成为1纳米以下互联选项的关键。IMEC正通过其他选项扩展互联路线图,包括混合金属化和新中线方案,同时也解决与制程技术集成和可靠性相关的挑战。

(首图来源:IMEC)

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