Молибден изменяет будущее передовых технологий производства чипов

В стремительно развивающейся полупроводниковой промышленности неуклонный спрос на устройства меньшего размера и с более высокой производительностью стимулирует внедрение новых металлов в передовые логические схемы и память. По мере того как отрасль ищет альтернативы материалам с более низким сопротивлением и безбарьерным свойствам, такие металлы, как молибден, могут стать новым стандартом для производства современных устройств.

Moлибден уже используется в 3D NAND, DRAM и различных логических приложениях ведущими компаниями по всему миру. Передовые решения в области материалов и прецизионные технологические процессы помогают производителям удовлетворять постоянно растущие требования к масштабированию полупроводниковых устройств.

Производители микросхем уже несколько десятилетий совершенствуют производительность устройств за счёт масштабирования транзисторов, внедрения более продвинутых архитектур и улучшения конструкции межсоединений. Но по мере уменьшения геометрических размеров физические ограничения накладывают новые запреты.

Вольфрам (W) уже давно является предпочтительным материалом для многих межсоединений благодаря своей высокой температуре плавления, хорошей проводимости и стабильным характеристикам в условиях обработки. Однако по мере того, как размеры элементов приближаются к единичным нанометрам, а в устройствах используются структуры с высоким соотношением сторон, удельное сопротивление вольфрама становится узким местом.

В то время как удельное объёмное сопротивление вольфрама составляет ~5,28 мкОм·см, фактическое удельное сопротивление тонких плёнок в структурах устройств обычно выше из-за рассеяния на границах зёрен и наличия барьерных слоёв. Удельное объёмное сопротивление молибдена составляет ~5,34 мкОм·см, что сопоставимо с объёмным сопротивлением вольфрама, но, что важно, тонкие плёнки молибдена могут иметь более низкое эффективное удельное сопротивление в масштабируемых элементах, поскольку для них не требуется барьерный слой. Плотность тока, сопротивление и проблемы с отводом тепла влияют на характеристики и надёжность материалов, повышая потребность в материалах с низким сопротивлением и без барьеров, таких как молибден.

Титановая (Ti) или нитратно-титановая (TiN) оболочка для вольфрама может занимать значительную часть поперечного сечения контакта в современных узлах, что резко увеличивает эффективное сопротивление линии. Moлибден устраняет этот барьер, освобождая пространство для прохождения тока и максимально увеличивая площадь контакта.

Moлибден можно наносить непосредственно на диэлектрические материалы с помощью таких методов, как атомно-слоевое осаждение (АСВ), формируя стабильную границу раздела с низким сопротивлением. Такая прямая интеграция не только улучшает электрические характеристики, но и снижает вариативность процесса за счёт исключения этапа нанесения барьерного слоя.

Молибден рассматривается в качестве потенциальной замены меди (Cu) в логических устройствах благодаря своим благоприятным свойствам. Благодаря низкому удельному сопротивлению при комнатной температуре, более короткому среднему пути свободного пробега электронов (EMFP) по сравнению с медью и высокой температуре плавления молибден представляет собой многообещающую альтернативу для устройств с тонким барьером и может обеспечить интеграцию без барьера.

Преимущества молибдена

Благодаря своим уникальным свойствам молибден идеально подходит для использования в различных компонентах, в том числе в межкомпонентных соединениях, транзисторах и базовых платах для силовой электроники. Вот некоторые из его преимуществ:

Устойчивость к электромиграции: молибден обладает превосходной устойчивостью к электромиграции в масштабируемых межсоединениях, сохраняя стабильную производительность даже при высокой плотности тока. Срок службы вольфрама в условиях электромиграции значительно сокращается по мере уменьшения ширины линий, особенно когда на пути проводимости преобладают линейные интерфейсы.

Низкое удельное сопротивление в масштабируемых элементах: преимущество Mo заключается в его способности обеспечивать более низкое эффективное удельное сопротивление, чем у W, в узких межсоединениях. Не требуя наличия барьера, Mo может использовать для проводимости всё поперечное сечение, снижая сопротивление линии на 15–30 % по сравнению с вольфрамом с барьерной линией в той же геометрии. Такое снижение помогает уменьшить задержку в RC-цепи, повышая как скорость, так и энергоэффективность.

Хорошая адгезия и высокая стабильность: Moлибден прочно соединяется с распространёнными диэлектриками и сохраняет стабильность при высоких технологических температурах, используемых в производстве полупроводников. Устойчивость к окислению и механическая стабильность делают его надёжным выбором для устройств нового поколения.

Сокращение количества этапов процесса и стоимости владения: прямое осаждение без барьера исключает несколько этапов процесса, что упрощает производственные процессы, сокращает время цикла и снижает общую стоимость владения (CoO).

Молибден находит всё более широкое применение в NAND- и DRAM-памяти, а также в логических микросхемах. Производители NAND-памяти уже выпускают устройства с использованием предшественников молибдена, DRAM-память не отстаёт, а в логических устройствах этот материал, как ожидается, появится в ближайшие два-три года.

Источник