微电子所在先进Co互连阻挡层研究领域取得进展

　　近日，中科院微电子研究所集成电路先导工艺研发中心罗军研究员课题组在先进Co互连阻挡层研究领域取得了阶段性进展。面向集成电路7/5纳米及以下技术节点，互连线RC的增大可使得芯片的传输延迟和功耗显著增加。目前，W和Cu被广泛应用于互连线中，但随着互连线的线宽不断减小，电子表面散射与晶界散射会使得互连线电阻率受尺寸效应影响迅速增大。然而，如果减少双层衬垫层/阻挡层的厚度会导致W和Cu互连线通孔填充能力变差，引起电迁移特性退化、特征寿命减小的可靠性问题。采用合理的热预算进行退火使Co晶粒生长并回流到具有高深宽比的通孔和沟槽中，实现无孔洞填充，被业界认为是替代W和Cu的互连金属之一。 

　　针对先进Co互连，课题组采用Co、Ti靶材共溅射方法制备了非晶CoTi合金，并对其能否取代传统Ti/TiN或者Ta/TaN双层衬垫层/阻挡层进行了系统研究。首先制备了不同组分的CoTi合金，优化出了电阻率适中，热稳定性、粘附性、粗糙度等性能良好的合金组分做进一步研究。然后通过施加电应力、热应力测试电容-电压（C-V）曲线，分析离子扩散情况，发现CoTi合金可有效阻挡互连线中Co离子向SiO₂中扩散。同时，在局部接触孔互连中，课题组分析了CoTi合金的阻挡特性，发现CoTi合金不仅有效阻止了Co与衬底Si的互扩散，延缓高阻态CoSi的生成，还改善了接触的界面形貌，有利于降低接触电阻率。课题组结合Ge预非晶化（Ge PAI）工艺，在n⁺-Si衬底上，以Co作为局部接触金属，非晶CoTi合金作为单层衬垫层/阻挡层，获得了8.56×10^-9 Ω-cm²的超低接触电阻率。近期，上述成果以“Investigation of Barrier Property of Amorphous Co-Ti Layer as Single Barrier/Liner in Local Co Interconnects”（DOI: 10.1109/TED.2020.2983302）为题发表在IEEE Transactions on Electron Devices期刊。