晶體管尺寸在3nm時(shí)達(dá)到臨界點(diǎn)，納米片F(xiàn)ET可能會(huì)取代finFET來滿足性能、功耗、面積和成本目標(biāo)。同樣，正在評(píng)估2nm銅互連的重大架構(gòu)變化，此舉將重新配置向晶體管傳輸電力的方式。

芯片制造商也可能會(huì)在2nm節(jié)點(diǎn)開始用釕或鉬在一定程度上取代銅。其他更溫和的變化將使用低電阻通孔工藝、替代襯墊和完全對(duì)齊的通孔方法來擴(kuò)展銅鑲嵌互連。

通孔優(yōu)化

擴(kuò)展銅技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵策略是消除銅通孔底部的阻擋金屬TaN。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一種方法是選擇性沉積自組裝單層(SAM)薄膜，通過原子層沉積來沉積TaN(ALD)沿側(cè)壁，去除 SAM并填充銅。在TaN阻擋層ALD之后，蒸發(fā)SAM，然后在通孔中進(jìn)行銅化學(xué)沉積(ELD)（圖 1）。預(yù)填充通孔后，通過CVD在溝槽側(cè)壁上沉積釕襯墊，然后進(jìn)行銅離子化PVD填充。

另一種減少通孔底部阻擋金屬(TaN)體積的策略涉及從PVD TaN到ALD TaN的過渡，這種過渡更加保形，并產(chǎn)生更薄、更連續(xù)的薄膜。ALD TaN 預(yù)計(jì)將在5nm節(jié)點(diǎn)上廣泛實(shí)施，或許采用SAM工藝。

完全對(duì)準(zhǔn)通孔，選擇性沉積

完全對(duì)準(zhǔn)通孔（FAV）背后的想法是減少通孔和線路之間邊緣放置錯(cuò)誤的影響，這些錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致器件故障和長期可靠性問題。自32nm節(jié)點(diǎn)以來，一直采用自對(duì)準(zhǔn)方法，使用TiN硬掩模將互連對(duì)齊到以下水平。在完全對(duì)齊的通孔中，下方和上方的通孔被注冊(cè)。有兩種方法可以實(shí)現(xiàn) FAV：從下面的線路蝕刻一些銅，然后圖案化并沉積通孔，或者通過在低 k 電介質(zhì)上選擇性地沉積電介質(zhì)薄膜，然后進(jìn)行通孔圖案化。

凹槽蝕刻與蝕刻選擇性介電蓋結(jié)合使用時(shí)，可充當(dāng)通孔引導(dǎo)圖案，從而減輕覆蓋和臨界尺寸(CD)引起的邊緣放置錯(cuò)誤。通過CVD在低k材料上沉積選擇性氧化鋁薄膜，并充當(dāng)部分蝕刻停止層。該工藝成功的關(guān)鍵是高選擇性，介電薄膜的橫向過度生長有限，并且與標(biāo)準(zhǔn)FAV工藝相比，電阻沒有降低或變化。

埋置電源軌

BPR和背面配電(BPD)的組合本質(zhì)上采用電源線和地線，這些線之前是通過整個(gè)多層金屬互連布線的，并在晶圓背面為它們提供了專用網(wǎng)絡(luò)。通過將電源布線到背面，那里將會(huì)有很高、相對(duì)較寬的互連，而前面的信號(hào)和時(shí)鐘則帶有相對(duì)較細(xì)的電阻線，并且可以顯著獲得布線能力。

雖然這種在晶圓正面和背面建立晶體管接入的轉(zhuǎn)變將需要許多工藝和設(shè)計(jì)創(chuàng)新，但背面電源仍將采用平面逐層結(jié)構(gòu)這一事實(shí)建立在現(xiàn)有行業(yè)技術(shù)的基礎(chǔ)上。

從晶圓減薄的角度來看，HBM存儲(chǔ)器的多芯片堆疊和現(xiàn)在邏輯的背面供電都推動(dòng)晶圓減薄至10微米，但人們對(duì)變薄有著巨大的興趣。高密度堆疊正在推動(dòng)這一需求，設(shè)計(jì)人員想要比目前可用的硅更薄的硅。從需要某些東西的那一刻起，技術(shù)人員就會(huì)擴(kuò)展功能，這就是芯片堆疊所發(fā)生的情況。

結(jié)論

目前，正在評(píng)估5nm及以上工藝的許多工藝變化，包括通孔電阻優(yōu)化、完全對(duì)齊的通孔、鈷帽和觸點(diǎn)，以及電源線和信號(hào)線的分離以釋放擁擠的互連層。半導(dǎo)體行業(yè)總是更愿意盡可能地進(jìn)行漸進(jìn)的工藝修改，而不是大規(guī)模的材料和結(jié)構(gòu)變化。

新的襯墊可以提高可靠性，消除通孔底部的障礙并完全對(duì)齊通孔，似乎正在提供解決方案。選擇性沉積已進(jìn)入鈷帽工廠，并且可能會(huì)在未來的其他應(yīng)用中獲得接受。