В прошлом году исполнилось 20 лет с момента производства первых массовых полупроводниковых решений с медными внутричиповыми соединениями вместо традиционного до этого алюминия. Технологию придумала компания IBM и затем лицензировала всем без исключения производителям чипов. Медь обладает лучшей проводимостью электронов, и обеспечила рост производительности транзисторов до 30 % только благодаря замене алюминия во всех внутренних контактных группах. При этом инженерам IBM пришлось решить ряд технологических проблем, в частности, обеспечить защиту кремниевых структур от занесения меди, что вело бы к браку. Поэтому медные проводники стали покрывать защитной плёнкой — диффузионным барьером.

Свою технологию IBM назвала дамасской по имени одноимённой средневековой технологии инкрустации металлами. На изоляторе создавался необходимый рисунок (паттерн). По рисунку протравливалось углубление — траншея, и в траншею вносилась медь методом осаждения в вакууме или химическим осаждением. Затем поверхность проходила полировку и всё лишнее сверху траншеи убиралось, оставляя чёткий рисунок токопроводящих линий. Примерно так же осуществлялась металлизация сквозных (переходных) отверстий. Если процесс шёл в две линии, технология называлась двойной дамасской. Согласно последнему мнению IBM, медь и дальше продолжит использоваться в дамасском методе, хотя в качестве диффузионного барьера для её покрытия может использоваться рутений, кобальт или другой металл платиновой группы, или графен.

Специалисты бельгийского центра Imec не так категоричны в способности меди жить и развиваться дальше в дамасских процессах. На днях на конференции IEEE International Interconnect Technology Conference 2018 (IITC 2018) специалистами Imec озвучены 11 докладов, из которых следует, что сам по себе дамасский процесс сохранится, но от меди придётся отказаться. Кстати, в этих исследованиях принимают партнёрское участие компании GlobalFoundries, Huawei, Intel, Micron, Qualcomm, Samsung, SK Hynix, SanDisk/Western Digital, Sony Semiconductor Solutions, TOSHIBA Memory и TSMC. Среди них нет упоминания IBM, что выглядит странно для изобретателя технологии.

Экспериментальным путём в Imec выяснили, что медь в качестве внутричиповых соединений может дожить до техпроцесса 2 нм и ниже в том случае, если использовать защитную плёнку из нитрида тантала. В то же время было бы лучше, если бы металлические каналы не использовали защитные барьеры, что проблематично реализовать при производстве с нормами менее 10 нм. В этом случае вместо меди лучше использовать кобальт или рутений, сопротивление которых меньше, чем у меди.

Так, для 3-нм техпроцесса ширина соединительных проводников будет порядка 12 нм. В сечении такой проводник из меди будет иметь площадь 300 нм2. Это сечение будет иметь достаточно высокое сопротивление, чтобы обеспечить прирост производительности транзисторов. Дальнейшее уменьшение технологических норм катастрофически влияет на производительность транзисторов и ведёт к неуправляемому изменению характеристик полупроводниковых приборов. Как считают в Imec, выходом станет частичный и полный переход на кобальтовые соединения и контактные площадки.