挑战山的互连

由马克LaPedus
有大量的芯片挑战20 nm节点。当被问及是什么今天尖端芯片制造商面临的最大挑战之一,加里•巴顿半导体研发中心副总裁在IBM,说这可以归结为两个主要障碍:光刻技术和互连。

光刻的问题都记录在案。芯片制造商扩大光学光刻远低于给定的波长技术,迫使他们与光子打困难的技巧,使更高的分辨率和更精细的音高。当然,极端紫外线光刻技术(EUV)仍然拖延。

并不那么明显的是越来越多的挑战与互联。Interconnects-those微小的布线方案在每个节点设备变得更加紧凑,导致降解性能和阻力的增加。最大的担忧是延迟或阻容(RC)设备,巴顿说。“RC上升,”他说。

平面中的电阻率问题设备的发展推动了堆叠3 d芯片用在矽通过(tsv),这些tsv运行是否通过死亡或一个单独的插入器死于所谓的2.5 d芯片。在这两种情况下,绕过RC问题叠加是一种可行的方法,但先进chip-stacking众多的挑战,仍然是一个几年远离大规模生产。

所以短期内行业坚持平面和必须在两个互连方面取得进步:金属化电介质材料和性能。在金属化,是一个潜在的改变发生在先进的设计。物理气相沉积(PVD)、主力工具技术的金属化过程中,继续扩展到更精细的几何图形。在14海里以外,该行业正在看着对手工具技术(如化学气相沉积(CVD)和原子层沉积(ALD)。最重要的是,新材料也出现。

性能方程的一部分,技术正在慢条斯理地,仍然停留在一系列挑战。和空气间隙,层间介质的终极解决方案(ILD),似乎已经推迟或放弃了逻辑设计。

互连的变化
互连的形成发生在back-end-of-the-line (BEOL),通常会涉及一个铜波纹的过程。在这个过程中,一个结构经历了一个扩散障碍蚀刻步骤。然后,通过介质沉积。一个蚀刻步骤然后形成一个缺口,线条和通过形成。

然后,一层薄薄的屏障的钽(Ta)和氮化钽(TaN)材料是用PVD沉积。助教是用来形成衬垫和褐色的屏障的结构。的阻挡层涂布在铜(铜)种子通过PVD屏障。最后,结构是电镀铜和地面平使用化学机械抛光(CMP)。

多年来,行业一直谈论PVD的消亡,促使“肾上腺脑白质退化症”的必要性。周围性血管疾病是一个涉及高温真空蒸发和溅射沉积方法。ALD存款保形超薄薄膜一次一个原子,但技术是较慢的。

“缩放PVD低于30 nm的挑战,“凑说,“Mayberry说迈克组件研究主管副总裁兼英特尔在技术和制造集团在最近的国际互连技术会议(IITC)在圣何塞,加州。”展望未来,需要新方法制造薄形衬垫不消耗大量的体积。这些可能包括“肾上腺脑白质退化症”或其他方法使高表面迁移提供保形的电影。”

但藐视困难,PVD继续有腿。“周围性血管疾病的技术选择”由于成本和可靠性,主任凯文·莫拉说全球金属沉积中产品管理产品业务集团在应用材料。“即使在14 nm,行业推动PVD Ta和褐色。10 nm仍然是开放的。”

在14 nm,工具技术必须能够沉淀屏障和衬垫层在不到15埃。处理这些功能甚至20 nm,行业ALD评估和心血管疾病作为一个可能的替代周围性血管疾病在某些步骤。“挑战与退化和心血管疾病是匹配屏障属性,“周围性血管疾病相比,沙的故事说,产品经理金属沉积产品应用。

更复杂的是,行业也在考虑各种选择,包括新材料。最明显的和具有成本效益的选择是使用PVD镀层助教和棕褐色,Sree Kesapragada说,全球产品经理金属沉积产品应用。

第二个选项是使用PVD TaN阻挡层和CVD Ta衬管两种新型替代材料:钴(Co)和钌(俄文),他说。第三种可能性是使用ALD TaN阻挡层和PVD Ta班轮。和一个长期解决方案是ALD TaN阻挡层和CVD公司或俄文衬管,他说。

IBM同事和经理丹尼尔•埃德尔斯坦BEOL技术战略在IBM,说有各种权衡与下一代的工具和材料。“退化提供更好的控制到原子层薄的电影,但是在某些情况下,心血管疾病是一样好,并且可能产生高纯度的电影。都有非凡的一步覆盖涂层高纵横比高/狭窄的特点。但这是一个个案,(工具技术)为特定的材料有更好的过程。俄文显示最好的润湿性或直接镀铜种子层。是第二个最好的。波兰的CMP俄文是极其困难的。公司是很容易的。俄罗斯是一个可怜的铜和氧气扩散障碍。有限公司是一个不错的铜障碍,但不是一个完美的O2障碍。”

还有其他问题。随着互连特征尺寸不断缩小,电迁移(EM)寿命下降。在IITC,应用材料和IBM发表了一篇论文,可以解决这个问题。电影各种厚度被选择性地沉积钴铜覆盖层由心血管疾病。结果,他们一生中增强实现原位覆盖的过程,根据纸。

性能问题
这是一个性能完全不同的故事。多年来,二氧化硅材料前沿设计用于ILD,有“k”值从3.9到4.2不等。在130 nm,行业插入ILD氟硅酸盐玻璃(最为)材料,介电常数为3.6。

但在90 nm,芯片制造商难以迁移到性能carbon-doped氧化物等材料,应该降低“k”值约为2.7左右。性能材料减少电容和传播延迟,但事实证明,这些电影受到机械性能差、容易在CMP过程中潜在的损害。

因此,该行业的路线图性能过程停滞不前。1999年,也是要求介电常数的值到2005年2.7到2.2。但是今天,尖端芯片制造商正在使用性能材料常量值在2.5或2.55,IBM的Edelstein说。“扩展介质的能力变得越来越困难,”他说。

一次,逻辑供应商希望利用空气或真空ILD的缺口,这将降低增殖系数粘度值1.0的理论极限。但气隙技术比此前认为的更加困难和昂贵,迫使逻辑供应商推迟这个想法。

所以在短期内,这个行业希望推动性能下降到2.3到2.0。在IITC, ASM国际描述一个方法使电影降至2.0。多孔SiOCH电影在2.0被plasma-enhanced CVD沉积与硅氧烷和porogen前兆。电影是由紫外线治疗治疗移除porogen和提高机械强度。孔隙率和平均孔径分别为42%和3.3 nm,分别,据该公司。

IBM提供更多细节关于其孔隙度后等离子体保护(P4)过程,从而降低膜损伤,使k值2.0。在P4,孔隙度是保护与有机聚合物填充材料。在另一个努力使用有机材料,IMEC和住友旋压和non-porogen方案,使性能描述电影为2.3。