코발트 파동은 계속된다

코발트는 장치 기능이 축소됨에 따라 점점 더 많은 응용 분야로 거침없이 움직이고 있는 것 같습니다. 이전 시도에서는 구리 캡슐화 및 고종횡비 충진을 위해 주로 텅스텐을 대체해 왔습니다.

이제 코발트는 구리 상호 연결이라는 새로운 목표를 갖고 있습니다. 예, 심지어 약 20년 전에 알루미늄을 대체한 훌륭한 구리도 있습니다(IBM의 획기적인 발전은 1997년에 있었습니다. 심지어 이번 세기도 아닙니다!). 우리는 코발트가 이미 시장에 진출한 이유 중 일부를 다시 설명할 것입니다. 그 다음에는 특히 구리가 위험에 처한 이유와 위치를 자세히 살펴볼 것입니다.

곡물을 녹이다

코발트 처리 방법의 가장 큰 차이점 중 하나는 리플로우입니다. 우리가 본 이전 응용 분야에서 텅스텐을 교체할 때 이는 금속 충전 품질을 향상시키는 즉각적인 이점을 제공합니다. 컨포멀하게 증착되더라도 채우기의 이음새나 공백을 제거하는 리플로우 단계에 의해 취소됩니다.

또한, 박막의 경우 코발트는 저항이 더 낮을 수도 있습니다. 금속 입자 크기가 더 커서 전자 이동이 더 원활해지기 때문입니다. (적어도 부분적으로) 입자가 더 큰 이유는 리플로우 단계 때문입니다. 이는 (앞으로 살펴보겠지만) 곡물이 자라도록 하는 어닐링입니다.

그렇다면... 그렇다면 텅스텐을 리플로우하여 동일한 이점을 얻는 것은 어떨까요? 텅스텐은 내화성 금속이기 때문에 녹는점이 3422°C로 매우 높습니다. 반면 코발트는 1495°C*에서 녹습니다. 따라서 코발트를 리플로우하는 것이 실용적입니다. 텅스텐… 별로.

옵션 쌓기

이번에는 상호 연결에 코발트를 고려해 보겠습니다. Applied Materials(친구들 사이에서 "Applied")는 텅스텐, 알루미늄, 구리 및 코발트를 비교했습니다. 특히 그들은 좁은 금속과 넓은 금속 특징을 구별했습니다. 그럼, "왜 이제야? 뭐가 달라졌지?"라고 묵묵히 질문하시는 분들을 위해 대답은 피처 크기가 변경되었다는 것입니다.

좁은 기능에 중점을 두겠습니다. 높은 종횡비 애플리케이션을 제공하는 "간극"을 메우는 능력은 놀랍게도 리플로우 기반 코발트에서 가장 높습니다. 저항성도 코발트가 가장 낮고 신뢰성이 높습니다. 이러한 신뢰성 문제는 주로 일렉트로마이그레이션(EM)과 관련이 있습니다.

EM은 녹는점(1085°C)으로 인해 구리를 손상시킵니다. 알루미늄은 녹는점이 660°C로 훨씬 더 나쁩니다. 따라서 코발트의 녹는점(텅스텐보다 훨씬 낮음)이 리플로우 관점에서 도움이 되더라도 EM의 경우 구리와 알루미늄을 능가할 만큼 여전히 높습니다.

하지만 저항은 어떻습니까? 그 이유를 자세히 알아보기 전에 다양한 기능을 간단히 살펴보겠습니다. (좁은 것과 넓은 것 사이의 Applied의 경계는 20-30nm입니다.) 여기에서는 인터커넥트에 널리 사용되는 유일한 금속인 알루미늄과 구리만 비교합니다. 저항과 관련하여 구리는 녹색 상자를 얻습니다. 좁은 쪽에는 노란색 상자만 표시됩니다. 좋습니다, 그 상자 색상은 정확하게 정량적은 아니지만 넓은 구리가 좁은 구리보다 저항이 낮다고 결론을 내릴 수 있습니까?

글쎄, 우리가 저항 자체를 본다면 그것은 명백한 "예"일 것입니다. 더 넓은 것은 저항력이 덜합니다. 하지만 저항률을 살펴보면 어떨까요? (우리는…) 이 측정값이 전체 차원을 고려하는 것이라고 생각할 것입니다. 그러나 더 좁은 기능의 경우 여전히 더 높습니다. 그게 무슨 일이야??

여기서 우리는 전자의 평균 자유 경로에 대한 낮은 수준의 개념에 도달합니다. Applied에는 구리와 코발트 모두에 대한 이 측정 기준의 그래프가 피처 폭에 대해 표시되어 있습니다. 그리고 예상치 못한 일이 발생합니다. 구리가 더 넓은 기능을 지배하는 반면 약 10nm에서 교차가 발생합니다. 그 이상에서는 구리가 승리합니다(더 넓은 선을 사용하면 너비에 덜 민감해지는 것처럼 보입니다. 이는 더 직관적으로 들립니다). 10nm 미만에서는 코발트가 승리합니다.

리플로우를 이용한 흐름

코발트 상호 연결 흐름은 오른쪽에 설명되어 있습니다. "어닐링" 단계(리플로우가 발생하는 단계)를 제외하면 아마도 익숙해 보일 것입니다. 이 코발트 공정을 발표하면서 Applied는 이 단계를 수행하는 새로운 기계인 Producer® Pyra™ Anneal 기계도 도입했습니다. Endura® 라인에서는 이전과 마찬가지로 증착이 수행됩니다. 평탄화는 Reflexion® LK Prime™ CMP Co 기계에서 수행됩니다.