Для техпроцессов понадобятся другие металлы
Samsung планирует внедрить 3-нм полупроводниковую литографию в 2021 году, а компания TSMC - в 2022-м
На бумаге всё это выглядит хорошо, но на пути к новым "глубинам" полно и оврагов, сообщает "3Dnews".
Для конференции IEEE International Interconnect Technology Conference 2018 (IITC 2018) специалисты исследовательского центра Imec подготовили 11 документов, в которых рассматриваются вопросы использования современных технологий и материалов в производстве чипов с нормами 3 нм и ниже. Основная проблема заключается в том, что для создания внутричиповых соединений - проводников и межслойной металлизации - индустрия и дальше желала бы использовать так называемую дамасскую технологию (damascene metallization).
Дамасскую технологию, названную по аналогии с одноимённой средневековой технологией нанесения рельефного узора на металлические изделия, предложила компания IBM. В прошлом году как раз исполнилось 20 лет с момента первого выпуска процессоров IBM с использованием медных соединений вместо алюминиевых. Высокая по сравнению с алюминием проводимость меди на ровном месте позволила увеличить производительность решений на 30%, чем позже воспользовались все, включая Intel и AMD.
Технология IBM заключается в изготовлении траншей в изоляторе с последующим внесением меди и удалением (полировкой) излишков, и так до 5-10 слоёв, в зависимости от потребностей. При этом медь покрывается защитной плёнкой - диффузионным барьером для предотвращения электромиграции, что можно расценить как защиту от "отравления" полупроводниковых структур атомами меди. Технология отработана и хорошо себя показала, но медь для технологических норм от 3 нм и ниже уже не подходит.
Вместо меди Imec предлагает использовать кобальт, рутений или графен. Оба металла и графен имеют меньшее сопротивление, чем медь, но не лишены своих недостатков. В докладе Imec рассматривает надёжность и перспективы новых материалов. Соблазнительный вариант использовать кобальт без защитных диффузионных барьеров. Разработчики выяснили, что нитрид тантала в качестве диффузионного барьера может использоваться с техпроцессами ниже 2 нм. Это может продлить жизнь медным соединениям, что было бы, возможно, самой экономически оправданной технологией.
Нет смысла объяснять, что вопросами металлических соединений в чипах интересуются не только в Imec. В программе бельгийцев принимают партнёрское участие компании GlobalFoundries, Huawei, Intel, Micron, Qualcomm, Samsung, SK Hynix, SanDisk/Western Digital, Sony Semiconductor Solutions, TOSHIBA Memory и TSMC, что само за себя говорит о важности этого направления.
Фото: IBM