【導讀】隨著技術推進到1.5nm及更先進節點

，後段器件集成將會遇到新的難題，比如需要降低金屬間距和支持新的工藝流程。為了強化電阻電容性能
、減小邊緣定位誤差
，並實現具有挑戰性的製造工藝
，需要進行工藝調整。為應對這些挑戰，我們嚐試在1.5nm節點後段自對準圖形化中使用半大馬士革方法。我們在imec生產了一組新的後段器件集成掩膜版，以對單大馬士革和雙大馬士革進行電性評估。新掩膜版的金屬間距分別為14nm、16nm、18nm、20nm和22nm，前兩類是1.5nm節點後段的最小目標金屬間距，後三類用於工藝窗口評估。

SEMulator3D®虛xu擬ni製zhi造zao平ping台tai可ke以yi展zhan示shi下xia一yi代dai半ban大da馬ma士shi革ge工gong藝yi流liu程cheng，並bing使shi用yong新xin掩yan膜mo版ban研yan究jiu後hou段duan器qi件jian集ji成cheng的de工gong藝yi假jia設she和he挑tiao戰zhan。此ci外wai，我wo們men還hai使shi用yong新xin掩yan膜mo版ban模mo擬ni和he測ce試shi了le用yong於yu提ti升sheng電dian阻zu電dian容rong性xing能neng和he改gai進jin製zhi造zao的de額e外wai工gong藝yi。

在自對準圖形化中使用半大馬士革方法

使用間隙填充和間隔層去除方案，我們提出在自對準圖形化中使用半大馬士革方法。

間隔層去除方案需要選擇性刻蝕工藝。區域選擇性沉積 (ASD) 是填充LE2間隙的最佳沉積選擇。圖1 (a) 展示間隙填充工藝的剖麵圖，以及間隔層和LE1核心的位置。通過使用SEMulator3D軟件，我們可以更好地研究間隙填充方案和間隔層去除方案會麵臨的挑戰。

圖1：1.5nm節點圖形化工藝的間隙填充和間隔層去除方案

半大馬士革工藝流程

我們還使用SEMulator3D虛擬製造對半大馬士革工藝流程進行了模擬。圖2展示模擬出的工藝流程。使用SALELE（自對準光刻-刻蝕-光刻-刻蝕）方法對金屬2進行了圖形化
，並使用極紫外光刻將其連接到金屬3。之後，使用模擬的工藝流程對金屬2圖形化和金屬2與金屬3的連接進行敏感性分析。

圖2：使用新掩膜版進行後段器件集成的半大馬士革工藝流程

工藝助推器

圖3展示新掩膜版的工藝助推器。我們也使用SEMulator3D來模擬和分析這些掩膜版助推器的可行性和性能。

圖3：掩膜版的1.5nm節點工藝助推器

混合高度

通過定製金屬線的高度
，可以完全優化電阻電容性能（如圖4），而金屬線高度的靈活性可以通過刻蝕金屬線實現。高金屬線電阻低、電容高，因此可能適用於電源線和長信號線
；短金屬線電阻高
、電容低，因此最有可能適用於信號線。我們使用SEMulator3D對這一概念進行了初步分析。

圖4：為優化電阻電容產品性能進行的混合高度定製

類似自對準的通孔對準(SAB)

自對準圖形化技術最早被用於14nm節點的互連技術。為了生成有效器件，需要切斷由這一技術產生的平行金屬線。這種切斷掩膜的邊緣定位誤差很有挑戰性

，因此在10nm和7nm節點開發了自對準區塊技術，將套刻允許誤差擴大到¾間距。邊緣定位誤差在1.5nm技術節點會更具挑戰性，我們預計這一自對準技術需要擴展至通孔層。此時
，我們再次使用SEMulator3D研究1.5nm節點通孔自對準的不同選擇（如圖5）。

圖5：使用半大馬士革自對準通孔以改善通孔套刻精度

空氣間隙

為(wei)進(jin)行(xing)大(da)馬(ma)士(shi)革(ge)工(gong)藝(yi)引(yin)入(ru)了(le)空(kong)氣(qi)間(jian)隙(xi)，但(dan)還(hai)需(xu)要(yao)額(e)外(wai)的(de)刻(ke)蝕(shi)步(bu)驟(zhou)來(lai)去(qu)除(chu)薄(bo)層(ceng)間(jian)介(jie)質(zhi)。在(zai)直(zhi)接(jie)金(jin)屬(shu)刻(ke)蝕(shi)中(zhong)，工(gong)藝(yi)結(jie)束(shu)時(shi)會(hui)沉(chen)積(ji)薄(bo)層(ceng)間(jian)介(jie)質(zhi)。沉(chen)積(ji)工(gong)藝(yi)可(ke)以(yi)在(zai)間(jian)距(ju)緊(jin)密(mi)處(chu)夾(jia)止(zhi)二(er)氧(yang)化(hua)矽(gui)，從(cong)而(er)形(xing)成(cheng)空(kong)氣(qi)間(jian)隙(xi)。在(zai)模(mo)擬(ni)中(zhong)，我(wo)們(men)探(tan)索(suo)了(le)空(kong)氣(qi)間(jian)隙(xi)形(xing)成(cheng)的(de)基(ji)本(ben)模(mo)型(xing)
，並(bing)計(ji)劃(hua)了(le)額(e)外(wai)的(de)模(mo)擬(ni)項(xiang)目(mu)。在(zai)初(chu)始(shi)工(gong)藝(yi)流(liu)程(cheng)中(zhong)，我(wo)們(men)模(mo)擬(ni)了(le)簡(jian)單(dan)的(de)空(kong)氣(qi)間(jian)隙(xi)填(tian)充(chong)、氧化物間隙填充和化學機械拋光 (CMP)。我們使用SEMulator3D模擬了這一工藝流程（如圖6）。

圖6：空氣間隙工藝形成模擬

高深寬比金屬線

在傳統的大馬士革工藝中，深寬比通常限於2左zuo右you。超chao過guo這zhe個ge深shen寬kuan比bi，就jiu很hen難nan在zai不bu形xing成cheng空kong隙xi的de情qing況kuang下xia沉chen積ji金jin屬shu線xian了le。直zhi接jie金jin屬shu刻ke蝕shi中zhong，金jin屬shu高gao度du受shou限xian於yu刻ke蝕shi工gong藝yi，深shen寬kuan比bi可ke以yi達da到dao甚shen至zhi超chao過guo5。因yin為wei電dian阻zu隨sui著zhe尺chi寸cun的de減jian小xiao而er增zeng加jia，這zhe對dui於yu先xian進jin節jie點dian來lai說shuo是shi很hen重zhong要yao的de工gong藝yi助zhu推tui器qi。增zeng加jia金jin屬shu高gao度du是shi持chi續xu電dian阻zu微wei縮suo的de重zhong要yao方fang法fa。直zhi接jie金jin屬shu刻ke蝕shi工gong藝yi的de關guan鍵jian挑tiao戰zhan是shi減jian少shao刻ke蝕shi過guo程cheng中zhong的de硬ying掩yan膜mo消xiao耗hao。我wo們men使shi用yongSEMulator3D對這一挑戰進行了建模。

混合金屬化

為了減少總電阻，可以為金屬線和通孔使用不同的金屬。imec正在研究中對這一方麵進行探索。

結論

我們使用SEMulator3D定義和模擬1.5nm及ji更geng先xian進jin節jie點dian的de後hou段duan工gong藝yi流liu程cheng。基ji於yu這zhe些xie模mo擬ni結jie果guo，我wo們men建jian立li了le新xin掩yan膜mo版ban的de設she計ji規gui則ze。使shi用yong模mo擬ni推tui薦jian的de工gong藝yi流liu程cheng，我wo們men成cheng功gong試shi產chan了le掩yan膜mo版ban。SEMulator3D模擬出性能助推器的原始概念後，我們也在矽片上對完全自對準通孔、高深寬比金屬線和空氣間隙等工藝助推器進行了演示。這些模擬結果有助於imec先進節點領域的研究，並作用於矽芯片這個終端產品上。

鳴謝

感謝Martin O'Toole和imec向泛林集團分享這項研究。該研究得到了IT2 ECSEL Joint Undertaking的支持。

作者：半導體工藝與整合 (SPI) 資深工程師 Assawer Soussou 博士

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