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微電子所在先進Co互連阻擋層研究領域取得進展

稿件來源:先導中心 張丹 崔冬萌 發布時間:2020-06-16

  近日,中科院微電子研究所集成電路先導工藝研發中心羅軍研究員課題組在先進Co互連阻擋層研究領域取得了階段性進展。面向集成電路7/5納米及以下技術節點,互連線RC的增大可使得芯片的傳輸延遲和功耗顯著增加。目前,WCu被廣泛應用于互連線中,但随着互連線的線寬不斷減小,電子表面散射與晶界散射會使得互連線電阻率受尺寸效應影響迅速增大。然而,如果減少雙層襯墊層/阻擋層的厚度會導緻WCu互連線通孔填充能力變差,引起電遷移特性退化、特征壽命減小的可靠性問題。采用合理的熱預算進行退火使Co晶粒生長并回流到具有高深寬比的通孔和溝槽中,實現無孔洞填充,被業界認爲是替代WCu的互連金屬之一。 

  針對先進Co互連,課題組采用CoTi靶材共濺射方法制備了非晶CoTi合金,并對其能否取代傳統Ti/TiN或者Ta/TaN雙層襯墊層/阻擋層進行了系統研究。首先制備了不同組分的CoTi合金,優化出了電阻率适中,熱穩定性、粘附性、粗糙度等性能良好的合金組分做進一步研究。然後通過施加電應力、熱應力測試電容-電壓(C-V)曲線,分析離子擴散情況,發現CoTi合金可有效阻擋互連線中Co離子向SiO2中擴散。同時,在局部接觸孔互連中,課題組分析了CoTi合金的阻擋特性,發現CoTi合金不僅有效阻止了Co與襯底Si的互擴散,延緩高阻态CoSi的生成,還改善了接觸的界面形貌,有利于降低接觸電阻率。課題組結合Ge預非晶化(Ge PAI)工藝,在n+-Si襯底上,以Co威尼斯平台登录作爲局部接觸金屬,非晶CoTi合金作爲單層襯墊層/阻擋層,獲得了8.56×10-9 Ω-cm2的超低接觸電阻率。近期,上述成果以“Investigation of Barrier Property of Amorphous Co-Ti Layer as Single Barrier/Liner in Local Co Interconnects”DOI: 10.1109/TED.2020.2983302)爲題發表在IEEE Transactions on Electron Devices期刊。 

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