上個月,IBM才聲稱銅仍然是5奈米(nm)及其後的互連選擇,撼動了下一代半導體節點規劃的根基。如今,法國公司Aveni甚至積極尋求為銅替代方案敲響喪鐘。該公司展示以鹼性替代物取代酸性加工的化學物質,輕鬆地將銅擴展至3nm節點,並可能使其一直沿用到互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術發展道路的盡頭。

當今的銅雙鑲嵌互連伴隨著氮化鉭(TaN)銅擴散阻障層和鈷底襯。當銅線變得越來越纖薄,酸性的銅化學物質可能蝕刻至底襯,從而使鍍銅與其下的TaN薄膜相互作用。由此產生的氧化鉭可能會產生隨機開路,從而降低產量。因此,半導體公司一直在尋找其他替代方案,例如固態鈷、釕、石墨烯,甚至是碳奈米管(CNT)。

20171213_Aveni_NT02P1 傳統的銅互連採用酸性電鍍槽,造成諸如14nm以下的空隙等問題。這促使英特爾考慮改採用鈷製程。(來源:Aveni)

Aveni宣稱其後段製程採用鹼性電鍍化學物質,使其無需進行銅轉換,因為它並不會讓鈷層受到影響。Aveni技術長Frédéric Raynal在接受採訪時表示,「酸性化學物質的一個問題是經常蝕刻到其下的阻障層。如今利用鹼性化學物質,就不會出現這種底層蝕刻的問題。」

20171213_Aveni_NT02P2 根據Aveni,改採鹼性化學物質的方式,可以消除銅沉積的問題,並且讓銅的使用延伸到5nm及其後製程。(來源:Aveni)

Raynal說,酸性化學分子比Aveni用於Sao製程的鹼性化學分子更大得多。在40nm或低於40nm間距採具有積極設計規則(10nm及其後)進行設計時,大分子會抑制酸性化學物質的效用。而Aveni認為,酸性化學物質難以符合較低層級金屬層(如Metal 1到Metal 4)等的先進特性要求,而鹼性化學物質則能有效地用於這些金屬層。

20171213_Aveni_NT02P3 完整的鹼性製程不至於蝕刻至底層,也無空隙,並可持續生長至每一層的頂部。(來源:Aveni)

「據我所知,我們應該是目前唯一成功的鹼性化學物質供應商,」Raynal說,該公司正與打造5nm原型晶片的所有半導體廠商合作,除了英特爾(Intel)以外。Aveni並承諾將在2018年發表的文章中詳細解釋並量化其結果。

編譯:Susan Hong

(參考原文:With Alkaline Chemistry, Copper Could Be Forever,by R. Colin Johnson)