用新的集成材料解决方案实现人工智能时代

用新的集成材料解决方案实现人工智能时代

当我们进入7nm及以下的技术节点时,触点的钨填充材料已经达到了缩放的物理极限,而用于最低层互连的铜则面临着多方面的挑战。为了解决这些问题,应用材料公司引入了一种新的技术亚博最新版本综合材料解决方案钴能够使用一种新的导电材料。这种转换可以实现持续的设备扩展,并减少每次计算的功耗。

在我的后以前的博客关于芯片中钴的变化,我现在将讨论实现这一变化的解决方案——自20年前引入双大马士革铜以来最重要的导电材料变化。

材料的瓶颈

触点和较低的互连层是向晶体管输送电流的最小和最关键的布线层,由于逻辑半导体的持续几何缩放,这些金属层现在成为晶体管性能的瓶颈。钨(接触)和铜(较低互连)都需要衬垫、屏障和粘合层,由于这些堆叠薄膜的总厚度,将这些材料扩展到7nm甚至更大的挑战。对于钨触点,问题包括:

  • 由于物理限制,CVD的氮化钛阻挡层和ALD的钨形核极限不能变薄。
  • CVD钨填充材料的固有特性是一个缝,它会加剧电子散射,从而导致设备内部或芯片之间的性能变化。

钴接触金属化,正如我在之前的博客中解释的,可以使用更薄的阻挡层,不需要成核层,允许接触的连续尺寸缩放。在钨的情况下,如果不剥离衬层和阻挡层,在5nm节点的接触中不再有纯金属。但是,如果我们观察5nm处的钴触点,钴的体积仍然是6nm,对于类似尺寸的钨触点,提供了更多的填充材料。而且,由于钴是比钨电阻更低的材料,触点的整体电阻大大提高。此外,可以使用退火工艺从钴中去除焊缝,进一步降低电阻和方差。

在铜互连中采用钴也可以使总的衬管和屏障厚度发生结垢,从而产生更高的金属体积。与接触相比,铜具有比钴更好的体积电阻率,但由于电子平均自由路径效应,铜电阻在非常窄的线中受到影响。最后,钴的电迁移性能明显优于铜,提高了器件的可靠性。

钴的综合材料解决方案

应用的钴互连端到端解决方案包括分别在Endura®、Producer®和Reflexion®平台上的沉积、退火和平面化技术。这些系统经过了高度优化,可以一起工作。Endura平台用于多个沉积步骤,是唯一提供集成PVD和CVD钴溶液的平台。生产退火系统为钴提供了一个真正独特的,非常高生产率的金属退火室。Reflexion LK Prime CMP系统通过先进的过程控制去除覆盖层材料。此外,PROVision™平台为钴空穴检测提供了一种新的非破坏性电子束方法。

下图是集成的流程流程,如图1所示:

  • PVD钛和ALD氮化钛用于硅化物和阻挡层
  • PVD钴作为锚定层,确保钴与特征底部的良好粘附
  • 然后用CVD钴沉积一个保形膜来填充特征
  • 退火净化和回流钴,去除CVD缝,并合并晶粒,形成更结晶,低电阻的材料
  • PVD钴厚覆盖膜
  • CMP去除覆盖材料,创建一个光滑的平面表面
  • 电子束技术监测这一过程并检测空隙
图1:钴的集成材料解决方案利用了应用公司的四个平台

钴互连的集成工艺流程是由我们开发的Maydan技术中心图2中的TEM显示了钴填隙结果。这种流动的一个好处是,即使特征是可重入的,这意味着特征的顶部比底部更窄,钴仍然可以填补这一特征,没有接缝或空隙。

图2。无缝钴填充物。

几十年来,我们的钴集成材料解决方案的平台一直是行业的重要组成部分,正在开发的创新表明,它们对于行业继续提高芯片的功率、性能和面积/成本(PPAC)所必需的尺寸和材料缩放仍然至关重要。

总之,钴触点和互连可以使器件扩展到7nm以上。低电阻钴在狭窄的特点提供优越的设备性能和提高电力利用率。应用的端到端解决方案突出了我们在材料工程和说明了我们是如何帮助解决我们行业面临的一些最困难的问题的。

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