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06-18
虚拟半导体工艺建模是一种更经济、更快捷的研究金属线设计选型的方法作者：Daebin Yiml，泛林半宇宙解决方案部半导体工艺与集成部高级经理由于势垒层相对尺寸和电阻率增加的问题，半导体行业正在寻找金属线路材料来替代铜。
l 在较小的尺寸中，钌的性能优于铜和钴，使其成为潜在的替代材料。
随着互连尺寸缩小，阻挡层占总线体积的比例越来越大。
因此，半导体行业一直在努力寻找可以替代传统铜双大马士革解决方案的替代金属线材料。
与金属线宽相比，势垒层的尺寸更难减小（图1）。
常见的势垒材料如氮化钽具有更高的电阻率和更多的侧壁电子散射。
因此，相关势垒层尺寸的增加将导致更显着的电阻电容延迟，这可能会影响电路性能并增加功耗。
图1：铜收缩和阻挡线结构图工程师们注意到并测试了新的替代金属线，例如钌和钴，它们可以缓解较窄线宽和较小面积的电阻率增加。
问题。
工艺建模可用于比较其他金属（例如钌、钴和铜）在不同沟槽深度和侧壁角度下具有不同关键尺寸的大马士革工艺中的性能（图 2）。
通过建模，可以提取导体总截面积的平均线电阻、线间电容、阻容乘积值；然后可以比较铜、钌和钴金属方案的趋势。
图2：（上）用于提取电阻和电容的两条金属线的3D结构图； （下）不同金属和阻挡材料的三种情况为了系统地探索使用不同金属的设计和材料效果，我们通过对三个变量（临界尺寸、深度和侧壁角度）。
图3：阻容实验设计结果（点：实验设计数据；线：趋势曲线） 从上到下：电容与面积、电阻与面积、阻容积与面积。
图 3 突出显示了每种金属的电阻与电阻。
电容乘积 和 的交集表明，无障碍钌方案在较小尺寸下优于其他两种金属材料。
当线临界尺寸值约为 20 nm 且面积值约为 nm2 时，就会发生这种情况。
这也表明，无障碍钌线电阻在线临界尺寸小于约20nm时最低；当线路临界尺寸值小于20nm时，2nm氮化钽势垒的电阻率占铜钴线路电阻的大部分，导致电阻急剧增加。
随着导线关键尺寸的缩小，侧壁和晶界处也会发生额外的散射，并导致电阻增加。
沟槽刻蚀深度与侧壁角度、电阻呈线性关系；电阻与线路截面积成反比。
我们还分析了线边缘粗糙度对电阻的影响。
图4：（上）线边缘粗糙度幅度为1、相关性为1时临界尺寸为20nm的铜线模型图； （下）钌线和铜线的实验（临界尺寸分别为15nm、20nm、25nm）设计结果的箱线图如图4（下）所示。
由于无阻挡层的结构，当线路临界尺寸为15nm时，钌线路电阻和电容值对线路边缘粗糙度幅度的敏感度远低于铜，而铜由于高阻氮化钽阻挡层非常容易受到电阻电容乘积变化的影响。
结论 传统的微缩工艺需要低至 2-3nm 的势垒/衬垫厚度，这极大地压缩了现代先进逻辑节点上铜线的空间。
钌等不需要阻挡层的新金属已成为铜的有前景的替代品，同时满足电磁可靠性需求。
研究表明，钌的电阻电容延迟明显低于其他材料，因此可能是先进节点的绝佳金属候选者。
通常，许多晶圆实验需要完成这种类型的金属溶液路径探索。
虚拟半导体工艺建模是研究金属线设计选择的一种更经济、更快捷的方法。
参考文献： 1. 梁功文等人，高级互连的钌金属化，IEEE 国际互连技术会议/高级金属化会议 (IITC/AMC)，美国加利福尼亚州圣何塞，第 34-36 页，doi: 10。
/IITC-AMC...2。
M. H. van der Veen 等人，尺度尺寸中钌、钴和铜的大马士革基准，IEEE 国际互连技术会议 (IITC)，美国加利福尼亚州圣克拉拉，第 10 页，doi: 10./IITC..[离线苏州会议】行业学习？资源对接？尽在5月22-23日苏州会议！ “专业展会+泛半导体产业论坛+独家权威专访+展区特色活动”四合一，助您解锁大会新玩法。
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