瑞薩開發(fā)出在邏輯LSI中混載DRAM的技術(shù)

　　瑞薩電子開發(fā)出了利用與標準CMOS工藝相近的方法在邏輯LSI中混載DRAM的技術(shù)。該項技術(shù)面向28nm工藝以后的產(chǎn)品，瑞薩電子將把該工藝的SoC(System on a Chip)生產(chǎn)全面委托給代工企業(yè)。

　　瑞薩電子計劃通過該項技術(shù)，把由外部供應(yīng)商面向代工企業(yè)的標準CMOS工藝而開發(fā)的IP內(nèi)核，與DRAM一起配備在SoC中。原因是該技術(shù)將成為開發(fā)負擔(dān)越來越重的尖端工藝SoC的“短時間低成本開發(fā)方法”(瑞薩電子技術(shù)開發(fā)總部先行研究統(tǒng)括部長渡邊啟仁)。瑞薩在2010年12月于美國舊金山舉行的半導(dǎo)體制造技術(shù)國際會議“IEDM 2010”上公布了該項技術(shù)的詳細情況。

　　為實現(xiàn)DRAM混載LSI，迄今需要特殊的制造技術(shù)。原因是原來難以在晶體管層和布線層中嵌入DRAM的電容器，需要嵌入電容器的二氧化硅(SiO2)層。具體方法是在晶體管層的上面積層SiO2層并嵌入電容器，然后在其上面設(shè)置布線層。

　　據(jù)瑞薩介紹，迄今由于存在該SiO2層，很難與邏輯LSI一樣以標準CMOS工藝來制造DRAM混載LSI，制造技術(shù)和電路設(shè)計的大部分“均采用自主標準”(渡邊)。由于難以沿用面向標準CMOS工藝開發(fā)的IP內(nèi)核，所以SoC開發(fā)時間的延長和開發(fā)成本的增加就無法避免。

　　因此，瑞薩此次開發(fā)出了在布線層的低介電率(low-k)膜中嵌入電容器的方法。由此可以無需SiO2層，并通過與標準CMOS工藝幾乎相同的工藝來混載DRAM。基本上，只需在邏輯LSI的布線工藝中追加嵌入電容器這一工藝即可。

　　該方法與原方法相比，可以輕松支持DRAM混載LSI實現(xiàn)細微化。原因是新方法無需使用旁路連接器(Bypass Contact)，由此可以減少寄生電阻和寄生電容。旁路連接器是為了連接邏輯LSI用晶體管和布線層，穿過SiO2層而設(shè)置的金屬線纜。在28nm以后工藝中，很可能會由于起因于旁路連接器寄生電阻和寄生電容的信號延遲，而導(dǎo)致LSI的處理性能下降。

　　在low-k膜中嵌入電容器時，存在幾個技術(shù)課題。最大課題是在low-k膜上開孔、然后通過CVD法嵌入電容器時，金屬電極用原料氣會擴散到多孔質(zhì)low-k膜中。這樣一來，low-k膜的絕緣破壞強度就會降低。

　　采用CVD法形成TiN膜時，如果金屬原料氣擴散到多孔質(zhì)low-k膜中，容易使絕緣破壞強度發(fā)生劣化。此次，使尺寸較大的有機Ti分子在未分解的狀態(tài)下吸附在多孔質(zhì)low-k膜上，從而防止了該現(xiàn)象。圖表由本網(wǎng)站根據(jù)瑞薩電子的發(fā)布資料制作而成。

　　瑞薩此次對電容器下部電極中使用的TiN膜的成膜方法進行了改進，從而克服了該課題。具體方法是，使尺寸比多孔質(zhì)low-k膜上的空孔還要大的有機 Ti分子，在未分解的情況下吸附在多孔質(zhì)low-k膜表面上。如果通過這個有機Ti分子的氮化反應(yīng)來使TiN膜成膜，那么包含Ti在內(nèi)的原料氣就不會擴散到多孔質(zhì)low-k膜中。

　　此次方法的通用性較高，還有望推廣到在邏輯LSI中混載新型非易失性存儲器的技術(shù)中。例如，可以通過將DRAM用電容器替換為TMR(通道磁阻)元件來混載MRAM。