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06 2020 Elektronik 45 Mikroelektronik Bild 5 Auf der Suche nach alternativen Leitermaterialien hat das IMEC mehrere Metalle verglichen Dabei wurde Molybdän Mo als ein vielversprechender Kandidat identifiziert und Mo-Dünnschichten in einer Studie genauer untersucht Bild IMEC dielektrische Schicht Anschließend wird die Durchkontaktierung mit Metall z B Ru gefüllt dabei geht die Metall-Deposition so lange weiter bis sich eine Metalllage über dem Dielektrikum bildet Die Metallfläche wird anschließend maskiert und geätzt um Leiterbahnen zu erzeugen Der wirkliche Vorteil der Semi-Damascene-Verarbeitung im Vergleich zu Singleund Dual-Damascene ist die Fähigkeit zur Reduktion der Schwankungsbreite und zur Ausbildung von Luftspalten zwischen den Leiterbahnen als Alternative zu den konventionellen Dielektrika wie SiO2 In Kombination mit Ru als Leitermaterial ist keine Diffusionsbarriere zwischen dem Dielektrikum und dem Leiter erforderlich Dieser Aufbau begrenzt den Kapazitätsanstieg bei großen Aspect Ratios Verhältnis des Durchmessers zur Tiefe der Durchkontaktierung Der Kapazitätsanstieg beim größeren Aspect Ratio gilt als schwerwiegendes Hindernis bei der Verbesserung des RC-Wertes von Chip-Verbindungen bei der Verwendung konventioneller Dual-Damascene-Prozesse Größere Aspect Ratios sind erforderlich zur Reduzierung des Widerstandes und der Schwankungsbreite doch ihr positiver Effekt wird durch den unerwünschten Kapazitätsanstieg zunichte gemacht Der Einsatz von Semi-Damascene-Modulen mit Ru-Luftspalten die ohne Diffusionsbarriere auskommen kann dieses Problem lösen Bild 3 Vor einiger Zeit hat das IMEC-Team die Möglichkeit der Erzeugung von Leiterbahnen mit Metal Patterning demonstriert Kürzlich wurde dies mit SinglePrint-EUV kombiniert was in uniformen metallischen Leiterbahnen mit 30 nm Leiterbahnabstand resultierte Supervia-Strukturen für besseres Routing Eine weitere Verbesserung der Verbindungsmöglichkeiten ermöglichen Supervia-Strukturen also Durchkontaktierungen mit großem Aspect Ratio In ihrer einfachsten Form verbinden sie eine Mx-Lage mit einer Mx+2-Lage Supervias gehören zur Familie der Scaling Booster Sie wurden eingeführt um die Anzahl der Verbindungen zu reduzieren als eine Methode zur weiteren Verkleinerung der Chipfläche und um damit auch die Höhe von Standard-Logikzellen zu reduzieren In ihrer einfachsten Form stellt die Supervia eine direkte Verbindung zwischen einer Mxund einer Mx+2-Lage her und zwar durch die Umgehung einer Mx+1-Zwischenlage in selbst ausrichtender Weise Supervias und reguläre Vias können in demselben Chip-Entwurf koexistieren wobei die Supervias dort implementiert werden an denen sich ein Vorteil durch den kurzen Verbindungsweg jumping faster ergibt Bild 4 Erste Anwendungsfälle sind SRAMs und vergrabene Leiterbahnen für die Stromversorgung Versorgungsleitungen die im FEOLBereich der Chip-Fertigung im Chip eingebettet sind schaffen Platz für die Verbindungen in den Metallisierungslagen Auf der IITC 2019 hat das IMEC z Beinen Ru-Ätzprozess für Kavitäten mit hoher Konstanz der Verbindungswiderstände und niedrigem Leiterbahnwiderstand vorgestellt ein wichtiger Schritt bei der Integration vergrabener Versorgungsleitungen Um Supervia-Strukturen zukünftig einzusetzen über den 3-nmTechnikknoten hinaus hat das IMEC eine Roadmap definiert die eine zweite von Mx auf Mx+3 und Mx+4 und eine dritte von Mx auf Mx+5 Generation von Supervias umfasst Diese ultimative dritte Generation auch als Ubervia bezeichnet ist komplex und noch weit vor ihrer Realisierung Doch sie würde es erlauben direkt zu den breiteren metallischen Leiterbahnen zu springen und damit die geeigneten Mittel zur weiteren Reduktion der RC-Metrik bieten Schlüsseltechniken alternative Leitermaterialien Über die letzten Jahre war das IMEC ein Pionier und Wegbereiter bei der Suche nach neuen Metallen als Ersatz der mehr konventionellen Materialien wie Cu Wolfram Wund Co Diese alternativen Leiter werden der Schlüssel zur Realisierung der oben beschriebenen Innovationen sein einschließlich der nächsten Generation von Dual-Damasceneund Semi-Damascene-Modulen sowie der Supervia-Strukturen Als ein erster Schritt bei der Suche Bild 4 Widerstandsverlauf einer Supervia aus Co und einer einfachen Durchkontaktierung aus Cu im Vergleich links und die Aufnahme einer Supervia-Struktur mit dem Rasterelekronenmikroskop rechts Bild IMEC