（文章來源：EEWORLD）

當(dāng)芯片制程低于7nm時，半導(dǎo)體的基本元件之一互連線正在發(fā)生根本性的變化。一些最明顯的變化發(fā)生在最低的金屬層。隨著又多又小的晶體管被封裝到一個芯片上，越來越多的數(shù)據(jù)被處理并在芯片上、或芯片之間移動，用于制造這些互連的材料、結(jié)構(gòu)本身以及利用這些結(jié)構(gòu)的整個方法都在改變。

在最基本的層次上，所面臨的挑戰(zhàn)是確保不同層之間的良好連接。問題在于，自130納米以來一直被用于互連線的銅在很大程度上已經(jīng)失去了動力。因此，在10nm制程時，英特爾做出了一個轉(zhuǎn)變。本地互連層——M0和M1——與以前的技術(shù)一樣，包含了鈷，而不是銅，其余的層使用傳統(tǒng)的銅金屬。其他人也正在探索這個想法。

一般來說，銅仍然用于其他和傳統(tǒng)的后端(BEOL)層。鈷主要用于在這里的襯底，雖然釕也獲得了重視。其他材料也在探索中，還有一種新技術(shù)叫做埋入式電源軌（buried power rails）。

這比聽起來要復(fù)雜得多。銅的問題之一是，在最先進的節(jié)點它可以擴散到周圍的材料。這需要一個阻擋層，但是隨著縮放繼續(xù)到5nm和3nm，這些阻擋層需要更薄，同時也需要導(dǎo)電。這些阻擋層大多是共形的人造材料，即使讓它們具有足夠的一致性也會產(chǎn)生問題。

布魯爾科學(xué)公司的技術(shù)研究員James Lamb:“如果你試圖在1納米或2納米處放置一個阻擋層，因此要使薄膜可靠，它必須非常一致?！比魏挝⑿〉腻e誤都會造成巨大的影響。如果這個勢壘是1納米厚，而你在一個點上少了幾個原子，那它就不再是勢壘了。這被推到了近乎完美的地步。在納米尺度的最極端，你必須要有一層沒有空隙或孔洞的薄膜。”

在制造業(yè)中引進任何新材料都是一個緩慢的過程。代工廠對他們的流程是很保守的。但隨著價格的上漲，以及芯片在汽車AI等安全關(guān)鍵應(yīng)用程序或超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心內(nèi)關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用程序中使用間的延長，每一個新節(jié)點上的保守性都在增長。淘汰掉襯層(liner，又稱包覆層)可以節(jié)省整個工藝步驟，但也會對整體設(shè)計產(chǎn)生影響，并可能對這些非常昂貴的芯片的整體可靠性產(chǎn)生影響。

Brozek:“襯層和障礙層通常阻力很大。“每個人都在尋找一種不需要襯層的新材料，而這正是驅(qū)動鈷和釕等新材料的動力。”對于鈷，你仍然需要一個成核層和一個襯層。對于釕，你可以嘗試做無障礙，或襯里是濺射接觸層可以對釕進行培養(yǎng)。沒有襯層也可以培養(yǎng)釕。釕比銅更具有電阻性，但如果你考慮到你不需要屏蔽金屬，這實際上是更好的。然而，可靠性還沒有得到證實。目前還不清楚它在所有布局配置中的表現(xiàn)。用金屬填充直線更簡單。你可以說你所有的線條都是筆直完美的。你能負擔(dān)得起鋸齒形和雙向圖案，然后用金屬填充嗎?

CMP也會有同樣的表現(xiàn)嗎?所有這些都需要調(diào)查。一些失效模式只出現(xiàn)在大規(guī)模生產(chǎn)中，你可以觀察到工具的可靠性和更差的彎角，以及其他有趣的事情。在生產(chǎn)過程中，以及芯片加工后，如何對其進行測試，是晶圓廠正在努力爭取的一項任務(wù)。”這也增加了設(shè)計的總成本，并不是所有在最先進的節(jié)點上工作的公司都認為這是必要的開支。

眾所周知，晶體管可以放大，但電線卻不能，這就是為什么對于某些重要的功能而言，較粗的電線并不罕見。但在最先進的節(jié)點，已沒有空間容納更粗的電線。這會導(dǎo)致更高的電阻，更多的熱量，增加IR下降。根據(jù)Boullart的說法，埋入式電源線將整個過程從中線移至線的前端，從而降低了軌道的高度。

Imec表示，將展弦比高達7且臨界尺寸為18nm的釕線作為動力軌，在氧化過程中從FEOL處分離出來，而不是metal 1 layer。達到低電阻率(8.8μohms /厘米)。針對3 nm的設(shè)計，研究機構(gòu)會使用通過減金屬蝕刻(subtractive metal etch)的12nm釕線，它的長寬比為3.8和低于500歐姆/μm的線路電阻。

這可能會對性能和密度產(chǎn)生重大影響。實際上，這種方法就像在晶體管下面挖隧道。正如Arm發(fā)現(xiàn)，在與Imec一起進行本項目工作時，背面供電的埋入式釕電力軌的IR降比正面供電的埋入式電力軌高7倍。

然而，也有一些意外。Arm的首席研究工程師Brian Cline表示，使用tap cells連接到鰭上，最終可能成為其他設(shè)備的障礙。“我們還發(fā)現(xiàn)，用來開發(fā)這些設(shè)備的設(shè)計工具會以奇怪的方式失效，特別是，這些工具無法識別metal0以下的電力軌道?！?br /> （責(zé)任編輯：fqj）