研究了三种不同的气隙工艺流程和由此产生的电容降低。
减少行后结束(BEOL)互连寄生电容仍然是先进技术节点发展的重点。多孔低k介电材料已被用于降低电容，然而，这些材料仍然脆弱，容易出现可靠性问题。最近，14nm技术[1]中已经成功地引入了气隙，并提出了许多制造气隙的方案[2-3]。在BEOL中集成气隙存在许多挑战，例如未落地通孔的工艺裕度和整体工艺复杂性的增加。本文主要介绍虚拟制造作为研究气隙工艺集成优化和由此产生的互连电容降低的手段。初步校准公布的气隙数据是证明。
典型的BEOL建模利用金属层和层间介电材料的理想二维截面，并具有相应的工艺假设尺寸，然后将其导入有限元求解器进行寄生RC提取。运行工艺变化和了解特定工艺步骤对最终RC提取的影响的能力是有限的，而且很耗时。的SEMulator3D虚拟制造软件平台[4]提供了在先进集成技术中建模和预测复杂过程相互作用的能力，同时提供了内置的RC求解器，不需要网格导出，并实现更快和更强的预测结果。在RC求解器中使用的数值方法依赖于空间离散化，该空间离散化直接实现在用于结构过程建模的相同体素网格上。这可以通过仔细调整材料边界处的材料电阻率和介电常数实现亚体素精度。这种方法消除了生成边界拟合网格以及相关用户输入和计算时间的需要，实现了快速和高度可靠的RC提取。在电阻求解器中，由于导体表面的表面散射而引起的材料电阻率的变化也包括在内。
研究了三种不同的BEOL气隙工艺流程(见图1)，其电特性(图2)与已发表的结果相关联[1-3]。在每个气隙流的关键工艺步骤被确定，并讨论了他们对RC性能的影响。的SEMulator3D虚拟制造软件平台[1]建立完整的BEOL模型气隙流和提取寄生RC构件的每个过程中没有网格输出的负担。
图1所示。SEMulator3D根据已发布的报告创建气隙工艺流程。
图2所示。与工艺流AG_1, AG_2和AG_3公布的电容还原的电相关性。
我们假设初始为双重大马士革金属工艺BEOL过程因为BEOL气隙合并发生在更宽的螺距(80nm或更大)金属水平。
气隙进程AG_1与[1]中描述的进程类似。它从定义金属线开始，随后的工艺步骤用于去除金属线之间的电介质。气隙是由保护层的选择性沉积形成的，随后是介电沉积，最终在金属线的顶部“掐断”，形成气隙空隙。由此产生的电容耦合减量如图2所示，与公布的电容减量比较良好。
BEOL工艺AG_2首先定义金属沟槽，然后使用等离子体损伤来改变材料侧壁的一部分，最终将作为金属线之间的介电隔离。一旦损坏发生，就会沉积和蚀刻一层侧壁保护层(SWPL)，在损坏部分上留下一层类似垫片的层，在金属沉积和抛光后，最终通过高频湿蚀刻将其去除。与非气隙工艺相比，AG_2工艺的电容降容最小。据推测，这是由于这种结构中的气隙体积比其他选择要小。
最后，AG_3工艺如图1所示，该工艺在现有金属线之间创建损坏层之前加入了金属保护层。该结构的最终气隙是在受损区域的后刻蚀和后盖层沉积中形成的。AG_1和AG_3两种工艺都依赖于介质覆盖层沉积，这需要在金属线顶部附近“掐断”。与非气隙结构相比，AG_3工艺还导致了约15%的电容降低。
的SEMulator3D软件平台可以进行多种计量测量，包括气隙体积测量。气隙体积越大，相对于无气隙的电容降容量越大。利用气隙过程AG_3演示了气隙体积和电容减小的影响。AG_3工艺依赖于破坏金属线之间的介电材料，从而增强损坏层的腐蚀特性。损伤区域越深越宽，气隙体积越大。图3显示了三种不同损伤过程中AG_3气隙体积随损伤深度的变化。由此产生的电容减量显示为气隙体积和损坏深度的线性函数。
图3所示。气隙体积变化对结构尺寸和电容减小的影响。
总之，SEMulator3D利用软件平台演示了形成气隙的三种不同方法BEOL．从SEMulator3D图形输出的逐步过程描述中可以清楚地看到每个过程的复杂性。这三个过程之间的结构差异也很清楚。最后，还证明了过程之间的寄生RC电差异。在BEOL中加入气隙的电容优势显示为高达16%，并且显然是气隙过程和最终气隙几何形状和体积的函数。
参考文献
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
留下回复