【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。yinweidianzusuizhechicundejianxiaoerzengjia，zheduiyuxianjinjiedianlaishuoshihenzhongyaodegongyizhutuiqi。zengjiajinshugaodushichixudianzuweisuodezhongyaofangfa。zhijiejinshukeshigongyideguanjiantiaozhanshijianshaokeshiguochengzhongdeyingyanmoxiaohao。womenshiyongSEMulator3D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1.5nmjigengxianjinjiediandehouduangongyiliucheng。jiyuzhexiemonijieguo
，womenjianlilexinyanmobandeshejiguize。shiyongmonituijiandegongyiliucheng，womenchenggongshichanleyanmoban。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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