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电阻界面晶格NEC开发新布线材料技术 实现LSI用微细铜布线低电阻化

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NEC为了克服伴随LSI元件微细化而产生的铜布线电阻激增这一技术课题,开发出了通过抑制布线中的界面电子散射,实现铜布线低电阻化的新布线材料技术。把控制了结晶排列后的钌覆盖在铜布线上,提高铜结晶质量。经过-253℃超低温测定,因抑制界面电子散射而实现的低电阻化现象得到了确认。

  新布线技术包括新开发的在控制结晶排列的同时生成钌界面保护膜的高真空溅射工艺,在钌界面保护层上生成铜膜的直接电解电镀工艺。NEC通过上述技术,实现了在LSI内铜布线的外壁(界面)上覆盖钌界面保护层的低电阻铜布线。在极低温下测定新材料的铜布线电阻率时,与以往的钽/铜布线相比,因界面附近的金属晶格混乱而引起的电子散射产生的残留电阻降低到了12%。

  伴随LSI元件的微细化,连接晶体管之间的铜布线也在向微细化发展。影响LSI耗电量及处理速度的布线电阻是由布线截面积与布线材料的固有物理性质——电阻率决定的。在LSI微细化过程中,布线电阻的增大与截面积的缩小成正比,尤其是当布线宽缩小到数百nm以下时,在窄宽度效应作用下,布线电阻激增的现象非常明显。该现象是由于微细化引起铜布线单位体积对应的界面(表面积)比例增加,界面部分电子流发生散射,导致布线电阻增大的结果。因此,降低微细布线的电阻率,需要消除界面部分的铜结晶紊乱,尽可能减少电子散射。

  目前的铜布线为了防止铜向层间绝缘膜扩散,一般会在外面覆盖钽和氮化钽形成的积层势垒金属。这时会形成钽膜与铜膜接触的界面层,虽然钽有优良的铜扩散性,但与铜之间还是有约18%的晶格不匹配。因此,界面附近的铜晶格排列会出现混乱,引起电子散射,使布线电阻增大。反而言之,通过控制微细布线中流经的电子散射实现低电阻化,需要采用与铜结晶匹配性较高的材料作为界面保护层。此次通过利用钌界面保护膜,与铜结晶的晶格不匹配性降低到了6%。

  NEC认为,此次的开发结果从根本上解决了窄宽度效应引起的铜布线电阻增大问题,使得在低电阻条件下处理超高频信号的高带宽无线便携终端以及高速大容量服务器等的高性能化及节能化成为可能。该公司的目标是尽早使其达到实用水平。



来源:日经BP社

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