ロードマップでわかる！当世プロセッサー事情 第863回

銅配線はなぜ限界なのか？ ルテニウムへの移行で変わる半導体製造の常識と課題

アスペクト比5:1の衝撃！ Ru配線が実現する「究極の低抵抗」

　TiNを利用するとLine Wigglingの影響を最小限に抑えて配線が構築できることはわかったが、では配線をどの程度の高さにできるのか、というのが次の話である。

配線をどの程度の高さにできるのか？　アスペクト比(配線の幅と高さの比)を上げるほど、特性が改善できるので、できればアスペクト比を高くしたい

　高さを稼ごうとすると、比較的簡単なのはSADPを使って製造することになる。もちろんRu配線が利用されるのはトランジスタ層に比較的近いM0～M3あたりまでなので、SADPが利用されるのはごく普通である。

SADPのみでもアスペクト比3程度までは実現できる

　ただ、さらにアスペクト比を上げる方法としてSALELEも提案されている。このSALELEを利用することで、高アスペクト比のRu配線が実現できる、としている。

SALELE。SADPに比べるとより柔軟な構成が可能としているが、露光→エッチングを2回繰り返すのでアライメントの問題やコストの問題などが別に発生する

SALELEなら高アスペクト比のRu配線が実現できる。確かに配線断面を見ると、かなり整った構造になっている

　実際16nmピッチのまま、アスペクト比を5:1まで構築できることが示されており、性能を優先するならこの手法はかなり現実的である。

アスペクト比を5:1まで構築できる。あるいは将来Ru配線が実用化される時代になると、アスペクト比3と5の両方の配線方法がオプションで用意されるのかもしれない。LELEをやる時点で、配線層の構築コストがSADPの倍くらいになるからだ。性能を取るか、コストを取るかという話になりそうだ

　配線抵抗そのものは確実にアスペクト比2.5や4に比べて5の方が下がっていることが示されており、性能的には優秀だからだ。

縦軸は確率。90%のところの数字で判断しても、アスペクト比5の配線抵抗は4の場合の半分程度、2.5と比較すると5分の1くらいになる

　下の画像は実際の抵抗値と面積を比較したもので、アスペクト比5が一番優秀な数字になっている。

抵抗値と面積を比較したもの。配線ピッチを16nmではなくより広くする(wide space)と全般的に性能はさらに改善するが、これは配線密度との兼ね合いでもある

　もう1つおもしろいのは、配線ピッチと抵抗の関係。ここまでは16nmの話をしてきたが、銅配線は20nmを切ったあたりから急速に抵抗値が増えるのに対し、Ruでは抵抗値そのものも低いし、上がりかたも緩やかであることがわかる。

アスペクト比2.5のRu配線は2.25の銅配線とそれほど抵抗値が変わらないのは意外ではあった。もっとも抵抗値は減らなくても、エレクトロマイグレーション対策にはなるから、Ruに切り替える動機としては十分ではある