埋め込み電源配線の構造と材料選択：福田昭のデバイス通信（301） imecが語る3nm以降のCMOS技術（4）（2/2 ページ）

今回は、BPR（Buried Power Rail）の複雑な構造を説明する略語を定義するとともに、金属材料の候補を解説する。

[福田昭，EE Times Japan]

埋め込み電源／接地線には銅金属が使えない

　金属配線で一般的な材料は銅（Cu）である。しかし埋め込み電源／接地線（BPR）にはCuは使いづらい。配線層をエッチングする工程が必要となるからだ。そこでBPR構造では、タングステン（W）やルテニウム（Ru）、コバルト（Co）などの金属材料が候補とされている。

埋め込み電源／接地線（BPR）の配線構造における金属材料の比較。左はBPRの材料特性を比較した表。右はM0AとVBPRの材料とVBPRの高さ（深さ）による電気抵抗の違い。出典：imec（IEDM2020のチュートリアル講演「Innovative technology elements to enable CMOS scaling in 3nm and beyond - device architectures, parasitics and materials」の配布資料） （クリックで拡大）

　BPRの材料としてWとRuを比較すると、単位長当たりの電気抵抗ではRuが低い。ただしRuにはコンタミネーションの懸念がある。一方、VBPRとM0Aでは、RuとCoの電気抵抗が大幅に低い。RuとCoでは、バリアメタル（窒化チタン（TiN）、電気抵抗が高い）の厚みをWに比べて薄くできるからだ。

BPRの構造図（左）とBPRの電気抵抗（中央）、VBPRの電気抵抗（右）。出典：imec（IEDM2020のチュートリアル講演「Innovative technology elements to enable CMOS scaling in 3nm and beyond - device architectures, parasitics and materials」の配布資料） （クリックで拡大）

　そこでBPRの材料にはWを、VBPRとM0Aの材料にはRuを使うことが考えられている。Wはアスペクト比（縦横比）を高く確保することで、電気抵抗を低く抑える。Ruはバリアメタルを薄くできるという特長を生かす。さらに、Ruはバリアメタルを省いたVBPRを実現することで、2nm世代を目指す。

（次回に続く）

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