比利時(shí)微電子研究中心（IMEC）于2021年國(guó)際互連技術(shù)會(huì)議（IITC 2021）時(shí)展示1納米制程技術(shù)構(gòu)建硅晶片過(guò)程使金屬互連的新方法，解決1納米制程技術(shù)互連發(fā)熱問(wèn)題，也顯示1納米制程的最新進(jìn)展。

 

外媒報(bào)導(dǎo)，IMEC展示採(cǎi)用鋁二元化合物實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)是電阻率，理想配比狀態(tài)下的AlCu和Al2Cu薄膜，電阻率低至9.5μΩ*cm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持將AlCu和Al2Cu在先進(jìn)半鑲嵌互連整合方案當(dāng)作新導(dǎo)體的可能性，使它們與氣隙結(jié)合，提高性能。然而這種組合的焦耳熱效應(yīng)會(huì)越來(lái)越重要。

 

將邏輯制程技術(shù)線路圖縮小到1納米以下節(jié)點(diǎn)，需在后端最關(guān)鍵半導(dǎo)體層引入新導(dǎo)電材料。由于鋁和釕（Ru）電阻率低于銅、鈷或鉬等傳統(tǒng)元素金屬，可能對(duì)1納米制程節(jié)點(diǎn)以下晶片性能有影響。

 

 

IMEC也研究AlNi、Al3Sc、AlCu和Al2Cu等鋁化物薄膜電阻率，20納米以上厚度時(shí)，所有PVD沉積薄膜都顯示出與鉬相當(dāng)或低于鉬的電阻率。28納米AlCu和Al2Cu薄膜則達(dá)成9.5μΩ*cm最低電阻率，低于Cu的表現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)還驗(yàn)證控制薄膜理想狀態(tài)，防止表面氧化是研究鋁化物的挑戰(zhàn)。

 

IMEC設(shè)想在先進(jìn)半鑲嵌制程使用這些金屬間化合物，需直接蝕刻金屬，以獲得更高縱橫比的線條。IMEC發(fā)現(xiàn)在金屬線間逐漸引入部分或全部氣隙，可改善RC延遲，用電隔離氣隙代替?zhèn)鹘y(tǒng)低k電介質(zhì)，有望降低按比例縮放的電容。但氣隙導(dǎo)熱性極差，需格外關(guān)注操作條件下的焦耳熱效應(yīng)。

 

 

IMEC也透過(guò)在局部2層金屬互連層校準(zhǔn)測(cè)量焦耳熱，并藉由建模將結(jié)果投射到12層后端連線（BEOL）結(jié)構(gòu)，量化難題。研究預(yù)測(cè)，氣隙會(huì)使溫度升高20%，也發(fā)現(xiàn)金屬線密度有重要作用，因較高金屬密度有助減少焦耳熱。

 

IMEC研究員兼納米互連專案總監(jiān)Zsolt Tokei表示，這些發(fā)現(xiàn)是改進(jìn)半鑲嵌金屬化方案，成為1納米以下互連選項(xiàng)的關(guān)鍵。IMEC正透過(guò)其他選項(xiàng)擴(kuò)展互連路線圖，包括混合金屬化和新中線方案，同時(shí)也解決與制程技術(shù)整合和可靠性相關(guān)的挑戰(zhàn)。