Компании NEC и NEC Electronics разработали новую структуру с низкой диэлектрической постоянной для БИС с медными соединениями

Компании NEC Corporation и NEC Electronics Corporation разработали новую кремнеуглеродную композитную пленку, способную предотвратить диффузию атомов меди в диэлектрические пленки в структуре БИС. Использование этой пленки позволяет создать структуру медных электрических связей с крайне низкой общей диэлектрической постоянной (т.н. FLK – Full-Low-k), которая обеспечивает снижение потребления активной мощности электрическими связями БИС. Успешная разработка медных FLK-связей может быть приписана масштабным исследованиям в области управления молекулярной структурой методами молекулярной нанотехнологии и новой технологии осаждения, усиленного плазмой.

Основные характеристики новой структуры FLK-связей:

1. Новая барьерная диэлектрическая кремнеуглеродная пленка была разработана на основе молекулярной нанотехнологии для предотвращения диффузии меди во внутренний диэлектрический слой. Пленка имеет композитную структуру с непредельными молекулярными связями типа C=C и обычной кремниевой основой. Диэлектрическая постоянная была снижена до 35% от значения обычного барьерного диэлектрика.
2. Специальный стабилизационный процесс медной поверхности подтвердил, что данная пленка обеспечивает покрытие медных проводников с отличной надежностью изоляции даже при уменьшении толщины пленки до нескольких десятков нанометров.
3. Все составляющие изоляционной пленки FLK-структуры состоят из пленок с низким значением диэлектрической постоянной, которые последовательно наносятся на кремнеуглеродную пленку, расположенную поверх медных проводников, образуя пленку с низкой диэлектрической постоянной в виде массива молекулярных пор со стабильным размером пор субнанометрового порядка.
4. Паразитная емкость, как причина потребления активной мощности в связях БИС снижается на 11% по сравнению с медными связями с низкой диэлектрической постоянной без применения кремнеуглеродной пленки. Также повышается надежность.
   Вновь разработанная FLK-структура применима не только в передовых 32-нм КМОП-устройствах, но и во всех типах обычных КМОП-устройств для снижения потребляемой мощности и повышения надежности. Предполагается, что с применением КМОП БИС с медными FLK-связями можно будет создавать высокопроизводительные вычислительные и сетевые устройства с очень низким потреблением мощности, такие как широкополосные беспроводные оконечные устройства, высокоскоростные и многозадачные серверы и автомобильные компьютеры с малым потреблением.

В результате уменьшения размеров устройств быстрый рост паразитного сопротивления между близкорасположенными многослойными межсоединениями привел к нежелательному потреблению активной мощности. Поэтому в течение долгого времени предпринимались попытки найти решение по снижению паразитного сопротивления. Изоляция многослойных медные соединений, применяемых в БИС, выполняется с помощью двух типов диэлектрических пленок: межслойного диэлектрика, обеспечивающего изоляцию между медными проводниками, и барьерного диэлектрика, которым покрываются медные проводники, чтобы исключить диффузию атомов меди в межслойную изоляцию. Проведение масштабных исследований привело к появлению таких пленок с малой диэлектрической постоянной, как пористые материалы. Однако, сделать так, чтобы барьерный диэлектрик одновременно отвечал требованиям по значению диэлектрической постоянной и блокирующим свойствам, было достаточно сложно, поскольку последнее свойство обычно ухудшается со снижением диэлектрической постоянной или плотности пленки.

Новая кремнеуглеродная пленка предотвращает миграцию атомов меди за счет механизма , основанного на их захвате непредельными углеродными связями. Медные FLK-связи обладают свойствами «монолитного» сочетания межслойной пленки со структурой массива молекулярных пор и барьерного кремнеуглеродного диэлектрика на медных проводниках, что направлено на применение в малопотребляющей высокоскоростной аппаратуре, широко применяемой в связи и телекоммуникациях. Компании NEC и NEC Electronics продолжат разработки с целью скорейшего вывода на рынок БИС на основе медных FLK-структур.

Часть данных исследований проводилась при поддержке организации New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) в рамках проекта MIRAI project. Презентация исследований состоялась 12 декабря.

Информация с сайта www.nec.co.jp