La vague de cobalt continue

Cobalt semble faire un pas inexorable vers de plus en plus d'applications à mesure que les fonctionnalités de l'appareil diminuent. Il a largement remplacé le tungstène dans les incursions précédentes : pour encapsuler le cuivre et pour le remplissage à rapport hauteur/largeur élevé.

Eh bien, le cobalt a maintenant une nouvelle cible en vue : l'interconnexion en cuivre. Oui, même le vénérable cuivre – qui a remplacé l'aluminium il y a environ 20 ans (la percée d'IBM remonte à 1997 – même pas au cours de ce siècle !). Nous reprendrons certaines des raisons pour lesquelles le cobalt a déjà fait des percées, mais ensuite nous examinerons particulièrement pourquoi – et où – le cuivre est menacé.

Faire fondre le grain

L'une des grandes différences dans la façon dont le cobalt est traité est la refusion. Lorsqu'il s'agit de remplacer le tungstène dans les applications précédentes que nous avons vues, cela a l'avantage immédiat d'améliorer la qualité du remplissage métallique. Même s'il se dépose de manière conforme, cela est annulé par une étape de refusion qui éliminera les coutures ou les vides dans le remplissage.

De plus, lorsqu'il s'agit de films minces, le cobalt peut également avoir une résistance plus faible. En effet, la taille des grains métalliques est plus grande, ce qui permet un déplacement des électrons plus fluide. La raison des grains plus gros (au moins en partie) est cette étape de refusion. Il s'agit plus ou moins d'un recuit (comme nous le verrons), permettant la croissance des grains.

Alors… si tel est le cas, pourquoi ne pas refondre le tungstène et obtenir les mêmes avantages ? Parce que le tungstène est un métal réfractaire, ce qui signifie qu'il a un point de fusion très élevé - 3422 °C. Le cobalt, quant à lui, fond à 1495 °C*. Il est donc pratique de refondre le cobalt ; tungstène… pas tellement.

Empiler les options

Cette fois, nous allons considérer le cobalt pour l'interconnexion. Applied Materials ("Applied" entre amis) a établi une comparaison du tungstène, de l'aluminium, du cuivre et du cobalt. Notamment, ils ont fait une distinction entre les éléments métalliques étroits et les éléments métalliques larges. Donc, pour ceux d'entre vous qui posent silencieusement la question : "Pourquoi maintenant ? Qu'est-ce qui a changé ?" la réponse est que la taille de la fonctionnalité a changé.

Concentrons-nous sur les fonctionnalités étroites. La capacité à combler les "lacunes" - qui nous a donné l'application à rapport d'aspect élevé - est la plus élevée avec le cobalt basé sur - surprise - la refusion. La résistance est également la plus faible avec le cobalt et la fiabilité est élevée. Cette question de fiabilité concerne en grande partie l'électromigration (EM).

EM blesse le cuivre en raison de son point de fusion - 1085 ° C. L'aluminium est encore pire, avec un point de fusion de 660 °C. Ainsi, même si le point de fusion du cobalt - bien inférieur à celui du tungstène - aide du point de vue de la refusion, il est toujours suffisamment élevé pour battre le cuivre et l'aluminium en ce qui concerne les EM.

Mais qu'en est-il de la résistance ? Avant de creuser dans les détails là-bas, jetons un coup d'œil rapide aux nombres de fonctionnalités étendues. (La limite d'Applied entre étroit et large est de 20 à 30 nm.) Ici, ils comparent uniquement l'aluminium et le cuivre - les seuls métaux à être largement utilisés dans les interconnexions. En ce qui concerne la résistance, le cuivre obtient une boîte verte. Sur le côté étroit, il ne reçoit qu'une boîte jaune. OK, ces couleurs de boîte ne sont pas exactement quantitatives, mais pouvons-nous conclure que le cuivre large est moins résistif que le cuivre étroit ?

Eh bien, ce serait un "Oui" évident si nous examinions la résistance elle-même - tout ce qui est plus large est moins résistif. Mais que se passe-t-il si nous examinons la résistivité ? (Ce que nous sommes…) Vous penseriez que cette mesure exclurait toute la dimension. Mais il est encore plus élevé pour les fonctionnalités plus étroites. Qu'est-ce qui se passe avec ça ??

Nous arrivons ici à la notion de bas niveau du libre parcours moyen d'un électron. Applied a un graphique de cette métrique pour le cuivre et le cobalt, comme tracé par rapport à la largeur de la fonction. Et voilà, quelque chose d'inattendu se produit : alors que le cuivre domine avec des caractéristiques plus larges, il y a un croisement à environ 10 nm. Au-dessus de cela, le cuivre gagne (et il semble qu'avec des lignes encore plus larges, elles deviennent moins sensibles à la largeur - ce qui semble plus intuitif). En dessous de 10 nm, le cobalt l'emporte.

Le flux avec refusion

Le flux d'interconnexion du cobalt est illustré à droite. Cela semble probablement familier à l'exception de cette étape de "recuit" (où se produit la refusion). En annonçant ce procédé au cobalt, Applied présente également une nouvelle machine qui effectue cette étape : la machine Producer® Pyra™ Recuit. Le dépôt se fait, comme précédemment, sur la ligne Endura® ; la planarisation se fait sur la machine Reflexion® LK Prime™ CMP Co.

Alors que la ligne Endura permet une certaine intégration, le flux "remplissage → recuit → mort-terrain → planarisation" implique des FOUP et se déplace à chaque fois (Endura → Producer → Endura → Reflexion).

Le mort-terrain n'est pas nouveau pour le cobalt, mais vous remarquerez peut-être qu'il se dépose après l'étape de recuit, de sorte qu'il n'est pas recuit. Applied a confirmé que le remplissage CVD dépasse légèrement les caractéristiques, de sorte que tout le remplissage de cobalt est recuit. Le mort-terrain est appliqué avec PVD, et ils disent que c'est un film propre et pur ; ainsi, tout le mort-terrain restant après le CMP devrait bien fonctionner avec le cobalt recuit sous-jacent.

Vraisemblablement, si le cobalt fait ses preuves dans ces applications, alors, à mesure que les dimensions continuent de diminuer, le cobalt montera petit à petit dans la pile. Va-t-il un jour prendre le relais jusqu'au réseau électrique ? C'est difficile à imaginer… Les lignes électriques de moins de 10 nm de large semblent fragmentaires. Là encore, des gens plus intelligents que moi ont déjà fait des prédictions aussi évidentes et se sont avérés faux. Il sera donc intéressant de voir jusqu'où va le cobalt dans tout cela. Qui sait… dans quelques années, nous aurons peut-être à nouveau cette petite conversation.

*Source : matériaux appliqués

Toutes les images sont reproduites avec l'aimable autorisation de Applied Materials

Plus d'informations:

Matériaux appliqués Suite de produits Cobalt