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IITCAMC20165nm工艺IC布线技术发展方向明确

2019-01-09 22:21:27

由IEEEElectronDeviceSociety主办的半导体互连(布线)技术相关国际会议“IEEEInternationalInterconnectTechnologyConference(IITC)2016”于5月23~26日在美国圣荷西举办。这是该会议时隔两年再次回到美国,共有超过230人参加,展开了积极的讨论。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201606/293054.htm  IITC2016的论文数量为一般口头演讲(包括主题演讲)45件,展板发表33件。一般演讲按领域划分,涵盖硅化物的“MUP(MaterialsandUnitProcesses)-Metal”领域最多,占36%,其次是“MUP-ILD(绝缘膜)”领域的16%,体现出了与AMC(AdvancedMetallizationConference)联合举办的效果。之后依次是“ProcessIntegration”领域和“NovelSystems”领域(均为14%)、“3DSystems”领域(12%)、“Reliability”领域(9%)。按机构划分,产业界占37%、大学占29%,其余为研究机构。与2015年相比,产业界的论文有所增加,内容也大多是实现5nm工艺所需的更具现实性的技术。

在正式会议的前一天举办了工作会议,因为学会参加费包括了工作会议的费用,所以现场座无虚席。在会上,演讲者介绍了铜布线的替代技术和新型输送方式、脑型计算机等最新研究结果。在次日开幕的正式会议上,演讲者按照上述领域划分,发表了论文演讲。Keynote(主题演讲)的内容包括ProcessIntegration、MUP-ILD、MUP-Metal、Reliability、Contact&Silicide、3DSystems。下面就来介绍一下工作会议及正式会议的演讲内容。

讨论铜布线替代技术和新型输送方式等

在工作会议上,演讲者介绍了铜布线替代技术和新型输送方式、脑型计算机等的最新研究成果。美国佐治亚理工学院、东电电子和imec在演讲中谈到了逻辑IC未来的微细化发展。佐治亚理工学院在演讲中展示了基于实际芯片设计的计算结果,结果表明,对于FinFET和FET结构的下一个最有力候选VFET(VerticalFET),布线的RC延迟的影响会进一步加大,需要设法调整布线结构。imec在演讲中介绍了布线技术的发展路线图,表示对于5nm工艺,Cu-RIE(Reactive-IonEtching)和半镶嵌结构等新型铜布线结构的前景备受看好,而对于3nm以后的工艺,镍(Ni)布线等替代金属布线、新型输送方式——碳材料(石墨烯、碳纳米管等)和自旋前景光明。

另外,作为减少电力消耗的解决方法,佐治亚理工学院介绍了由细胞神经网络与自旋组成的器件;美国加州大学伯克利分校介绍了参考生物的大脑活动,分层次按照功能设计电路的“hyper-dimensionalcomputing”。其目的都是要在半导体上模拟生物的神经元活动,构建功耗比CMOS更低的系统。美国斯坦福大学就片上硅光子发表报告,介绍了激光、调制器、波导和接收器等元件的最新研究内容。

英特尔开发出截至14nm节点的鲁棒算法

在ProcessIntegration领域,英特尔、IBM、GLOBALFOUNDRIES和imec微电子研究中心等发表了演讲。英特尔在主题演讲和一般演讲中,分别从电路设计和工艺技术的角度,介绍了鲁棒算法的研究成果。主题演讲中,英特尔以“Moore’sLawisnotaboutatechnology,butaneconomics”为题,强调单晶体管的单位成本还在不断下跌,今后这一趋势也不会改变。在介绍14nm节点之前的技术变迁时,英特尔表示,通过在芯片内集成有效电力和系统性变化的管理功能,该公司进行了鲁棒性的设计。在一般演讲中则围绕实现鲁棒性制造的工艺技术,介绍了采用SADP(Self-AlignedDoublePatterning)取代LELE(Litho-Etch-Litho-Etch)、为降低RC延迟而改变宽高比和减薄隔膜。

IBM在一般演讲中讲解了7nm节点的布线技术,介绍了通过组合EUV(ExtremeUltraviolet)、介电常数为2.45的ULK(UltraLow-K)、钴(Co)衬套,形成节距为36nm的双镶嵌结构,达成可靠性规范与低布线阻力的情况。还展示了用来降低介电常数的SiNO膜、用来提高可靠性的氮化技术、CVD-Cocap技术等基础技术。而GLOBALFOUNDRIES、imec和东电电子则披露了钌(Ru)布线的研究成果。研究涉及隔膜、衬膜、导电体等多种用途。imec在研究中对相当于5nm节点的布线结构进行了电阻率及可靠性验证,得到的结果是优于铜布线。

对于实际芯片电路上TDDB的新解释

绝缘膜TDDB(Time-Dependent-Dielectric-Breakdown,随时间的击穿特性)通常是根据加速实验的结果,通过回归曲线定义实际工作电压下的寿命。但随着绝缘膜开始采用ULK,各公司争相提出“Emodel”、“Root-Emodel”、“PowerEmodel”等定义,展开了激烈的争论。

台积电将目光锁定在加速电压与实际工作电压下TDDB测试的行为差异,作出了新的解释。该公司注意到,实际工作电压下不仅存在加速电压下可以观察到的缺陷成核,还存在表示缺陷正在生长的漏电流迁移。通过求出缺陷生长时间与电压的相关关系,该公司发现,在实际电路中的TDDB寿命远长于传统加速试验得到的预测寿命。

围绕TSV和器件展开热烈讨论

在3DSystems领域,除了关于TSV(ThroughSiliconVia)的内容外,还有关于转接板、3D存储器等器件的发表。对于TSV技术,东电电子介绍了使用纳米焦点X射线检查设备观察TSV内的孔穴、基于建库的自动分类技术。

美国德克萨斯州大学奥斯汀分校对通孔直径不同的样品进行实验的结果显示,缩小TSV直径并没有达到提高可靠性的预期效果。美国BroadPak公司在关于2.5D/3D的演讲中介绍称,降低Si转接板成本的关键,在于降低TSV曝光和金属嵌入工序的成本。

碳材料与自旋研究进展显著,课题趋于明确

关于曾经在IITC上讨论过的“BeyondCu”主题,随着研究的进展,各项技术的实用化课题逐渐明确。关于碳材料,在本届会议上,imec和法国CEA-Leti研究中心通过计算和实验结果,展示了碳材料的潜力。特别是石墨烯,计算结果显示,以10nm宽的细线进行比较,10层的多层石墨烯布线能够实现优于铜布线的RC延迟。

佐治亚理工学院和imec分别在工作会议上发表演讲,指出了石墨烯存在的接触电阻与单层电阻高、边缘平滑度、基板造成的影响、维持平均自由程等课题。佐治亚理工学院表示,基于自旋的布线技术存在弛豫时间随微细化变短的课题,需要采用新型电路方式。这些课题都是首次在IITC上提出,随着相关研究的进展,实现的可能性估计会不断攀升。

下届(2017年)IITC将首次在台湾举办,将于5月16日~18日期间在新竹市的国宾大饭店举办。

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