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应用材料公司推出15年来铜互联工艺最大变革

上网日期: 2014年07月09日 ?? 作者: 邵乐峰 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:晶体管? 系统芯片设计? 铜互联工艺? 3D FinFET?

应用材料((Applied Materials Inc., AMAT)公司日前宣布在Endura Volta CVD Cobalt系统中通过化学气相沉积方法,在铜互连工艺中成功实现钴薄膜沉积。这一被业界视作“15年来铜互连科技中最大材料变革”的创新方案,突破了导线互联技术传统瓶颈,得以让“摩尔定律”持续向下进展到20纳米及更先进制程。

对于当前高性能移动应用处理器、微处理器和服务器芯片厂商来说,为了实现产品的低功耗、高性能和强可靠性,芯片通常包含10亿个以上的晶体管,采用9-15层金属层以实现晶体管间的互联,其消耗的铜线长度往往超过100千米。“目前系统芯片设计的最小互连仅为一根头发的1/2000,随着摩尔定律的推进,减少影响器件工作的空隙与防止电迁移失效就显得非常重要。”应用材料公司半导体产品事业部资深技术总监赵甘鸣博士说。

据统计,2010年-2013年晶圆设备产业已连续4年资本支出都达到300亿美元的规模,2014年更可望成长10%-20%。对此,赵甘鸣预测,2014年将是晶圆代工产业20纳米技术与3D NAND起飞量产的一年,3D存储器的发展将导致芯片代工企业的主要支出由光刻向材料沉积和去除转移,所使用的材料种类也大幅增加。另一方面,设备结构和制程技术也实现了大幅创新,从氮氧化硅(SiON)到28/32nm高K值金属栅极(HKMG),再到16/14nm 3D FinFET,应用材料公司在对应的商机规模可望有一定程度增加。

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15年来,芯片代工企业一直在铜互联工艺中使用TaN/Ta薄膜,但当前更高的布线密度增加了工艺难度,业界迫切需要来自材料的创新。于是,具备低电阻率、与铜及阻挡层有很好的粘附性、铜浸润性好、可适用共形沉积或选择性沉积、适用于实际量产等优点的钴薄膜进入了AMAT的视野。“平整衬垫(Liner)与选择性覆盖层(Capping Layer)将是钴薄膜在铜工艺中的两种应用场景,有望将铜互连的可靠性提高一个数量级,并实现≤20nm铜线互连的完全封装。”赵甘鸣解释说,粘附性好,芯片可靠性就会大幅提升;浸润性好,新衬垫材料就可保证后续铜的完全填充。

基于Endura Volta CVD系统的钴工艺包括两个主要的工艺步骤。第一步是沉积一层平整的薄钴衬垫膜,相对于典型的铜互连工艺,钴的应用可为有限的互连区域填充铜提供更大的空间。这一步骤通过在同一平台超高真空下整合预清洗(Pre-clean)/阻挡层(PVD Barrier)/钴衬垫层(CVD Liner)/铜种子层(Cu Seed)制程,以改进器件的性能与良率;第二个步骤在铜化学机械研磨(Cu CMP)之后,沉积一层选择性CVD钴覆盖膜,改善接触界面,进而提高器件的可靠性可达到80倍。

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钴薄膜沉积突破了导线互联技术传统瓶颈

下一页:全新PVD沉积系统实现高成本效益的3D芯片垂直集成


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