解决方案
SOLUTION
时间： 2023-04-11
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随着我们接近 1.5nm 节点及更高节点，将出现新的 BEOL 设备集成挑战。这些挑战包括需要更小的金属间距，以及支持新的工艺流程。改进工艺以提高 RC 性能、减少边缘放置错误和实现具有挑战性的制造工艺都是必需的。
1.介绍
为了应对这些挑战，我们研究了在 1.5 纳米节点上使用半镶嵌方法和自对准图案进行 BEOL 的可能性。imec 生产了一种新的 BEOL 器件集成掩膜组，用于单镶嵌和双镶嵌模块的电气评估。
该掩膜组合包含了14纳米和16纳米的金属间距（1.5纳米节点BEOL的目标最小金属间距），以及18纳米、20纳米和22纳米的金属间距，以进行工艺窗口评估。
Coventor SEMulator3D ®虚拟制造平台用于描述下一代半镶嵌工艺流程，还用于研究使用新掩模组进行 BEOL 设备集成的工艺假设和挑战。还使用新的掩模组模拟和测试了用于提高 RC 性能和改进制造的其他工艺助推器。
2.具有自对准图案的半镶嵌方法
该研究提出了一种具有自对准图案的半镶嵌方法，使用间隙填充选项和间隔拉动选项。
间隔拉动选项需要选择性蚀刻工艺。区域选择性沉积 (ASD) 是填充 LE2 间隙的最佳沉积选择。
图 1 (a)显示了间隙填充过程的切割轮廓，以及方法中垫片和 LE1 核心的位置。SEMulator3D 软件用于更好地理解间隙填充选项和间隔拉动选项的挑战。
3.半镶嵌方法相关
（1）半镶嵌工艺流程
SEMulator3D 虚拟制造也用于模拟半镶嵌工艺流程。图 2描述了使用仿真开发的工艺流程。金属 2 使用 SALELE 选项进行图案化，并使用 EUV 光刻连接到印刷金属 3。然后使用模拟工艺流程对金属 2 图案化和金属 2 到金属 3 连接进行灵敏度分析。
（2）助推器
图 3描述了在新掩码集上也启用的过程增强器。使用 SEMulator3D，还对这些掩模组工艺助推器进行了仿真和分析，以了解可行性和性能。
（3）混合高度
通过定制金属线的高度，我们可以充分优化 RC 性能（图 4）。使用蚀刻直接金属线可以实现金属线高度的这种灵活性。高金属线具有低电阻和高电容，可能有利于电源线和长信号线。短金属线具有高电阻和低电容，可能对信号线最有利。使用 Coventor SEMulator3D 评估了对该概念的初步分析。
（4）SAB类通孔
自对准图案化技术首先在 14nm 节点引入，用于互连技术。自对准图案创建平行金属线，需要切割这些金属线才能生产功能性设备。这种切割掩模的边缘放置误差 (EPE) 具有挑战性，并且在 10nm 和 7nm 节点开发了一种自对准块技术，以将覆盖公差扩展到 ¾ 间距。
在 1.5 纳米技术节点，我们预计这种自对准技术将需要扩展到通孔层，因为边缘放置误差 (EPE) 将极具挑战性。Coventor SEMulator3D 再次用于研究 1.5 纳米节点处的通孔自对准的不同选项（图 5）。
（5）气隙
已为大马士革引入气隙，但需要额外的蚀刻步骤来去除 ILD。对于直接金属蚀刻，ILD 在工艺结束时沉积。可以针对以紧密间距夹断 SiO2 的沉积工艺，从而形成气隙。在模拟中探索了气隙形成的基本模型，并计划了额外的模拟项目。在最初的工艺流程中，我们模拟了一个简单的气隙填充，然后是氧化物间隙填充和 CMP。我们使用 SEMulator3D 模拟了这个工艺流程（图 6）。
（6）高AR金属线
对于传统的镶嵌，纵横比通常限制在 ~ 2。超过这个纵横比，很难在不形成空隙的情况下沉积金属线。对于直接金属蚀刻，金属高度受蚀刻工艺限制，纵横比可能达到 5 甚至更大。这是高级节点的重要工艺助推器，因为阻力随着尺寸的减小而增加。
增加金属高度是继续电阻缩放的重要方法。直接金属蚀刻工艺的一个关键挑战是减少蚀刻过程中的硬掩模消耗。我们使用 Coventor SEMulator3D 为这个挑战建模。
（7）混合金属化
线路和通孔可以使用不同的金属。这样做可以降低整体阻力，imec 正在探索这一点，作为他们未来研究的一部分。
4.结论
Coventor SEMulator3D 用于定义和模拟 1.5nm 节点及更高节点的 BEOL 工艺流程。根据这些模拟的结果，为新的掩模组建立了设计规则。使用仿真期间推荐的工艺流程成功流片了掩膜组。完全自对准通孔、高纵横比金属线和气隙等性能提升器也在硅片中展示，这些概念的原始 IP 使用 SEMulator3D 仿真开发。这些模拟的结果指导了 imec 的高级节点开发活动，并在硅片中产生了实际结果。
5.致谢
作者非常感谢 Martin O'Toole 和 imec 以及 Coventor 分享这项工作。
这项研究得到了 IT2 ECSEL Joint Undertaking 的支持。
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