应用材料本月推出了半导体Fab工具，使其成为先进逻辑芯片中的铜互连的新方法，求解绊脚石到未来的3纳米节点。
随着半导体行业竞相推出更小、更快、能效更高的芯片，人们的关注点主要集中在如何缩小晶体管的尺寸上，这些晶体管在芯片上扮演着微型开关的角色。但这种芯片也需要越来越大的网格来连接晶体管。今天，一款最先进的5纳米移动处理器包含了超过100亿个晶体管，这些晶体管由数百亿个不同尺寸的互连层组成，超过15层。
虽然缩放晶体管转换为更多性能（较小的晶体管意味着更多的无穷大处的开关可以堆积在管芯上），但是通过互连线发生相反，其通过填充用铜中硅板刮出的微小沟槽而形成。电线越小，其电阻越高。在高级逻辑芯片中的性能和功率效率。
但随着半导体行业移动到更高级节点，芯片中的互连是妨碍芯片性能的动力浪费，热积累和信号延迟的领先尖端之一。留下未选中，芯片互连的电阻将从7-nm到3-nm节点增加到10倍。这将消除从收缩晶体管的任何性能收益。
这家位于加州圣克拉拉的公司表示，这种名为Endura铜屏障种子系统的新工具解决了部分阻力问题，提高了先进逻辑芯片的性能和功率效率。全球最大的半导体设备供应商Applied Materials表示，这种布线工具为晶圆厂制造基于3nm和更先进节点的芯片打开了大门。
应用材料公司向英特尔、三星、台积电和其他芯片制造巨头出售芯片制造工具，该公司表示，该系统可以将芯片中的互连线扩展到15纳米，或大约人类头发宽度的2000分之一。这家硅谷供应商表示，使用Endura Copper Barrier Seed工具可以将互连电阻降低50%，使基于3纳米节点的计算机处理器中的铜线的总电阻与目前最先进的5纳米芯片的总电阻相同。
Applied半导体业务高级副总裁普拉布•拉贾(Prabu Raja)在一份声明中表示:“智能手机芯片有数百亿个铜互连线，而这些线路已经消耗了芯片三分之一的电力。”“在真空中整合多种工艺技术，可以让我们重新设计材料和结构，让消费者可以拥有更强大的设备和更长的电池寿命。”
如今，互连由两个核心构建块组成，包括金属“线” - 雕刻出绝缘层的沟槽，这些层雕刻在铜线的同一层内的电流 - 和“通孔” - 德内特槽切成连接一个堆叠的互连线在先进的逻辑芯片中致另一个铜线。通过用铜填充这些微小的运河（图1），通过层形成互连（图1）。
但随着半导体产业向更先进的工艺节点发展，互连线的宽度和长度(“间距”)也随之缩小。电阻上升，芯片需要消耗更多的能量来迫使电流通过更小的导线，从而导致更高的功率耗散，进而产生更多的热量积聚。更高的电阻也意味着信号传输同样的距离需要更长的时间。
此外，这些较小的铜线更容易受到“电迁移”的影响。随着电流冲过超薄线，它可以摇动松散的铜原子，导致显微镜间隙，称为空隙，可导致短路并导致永久性损坏。该解决方案是用非常薄的其他材料薄膜涂覆铜填充沟槽的侧面，例如钽和钴。
现有的生产工艺首先要去除残留物，并清理在绝缘层上雕刻的沟槽和通孔。接下来是一个被称为原子层沉积(ALD)的过程，它均匀地覆盖在互连槽与钽基材料。钽作为一个“屏障”来保护铜免受意外接触绝缘层。第二阶段采用化学气相沉积法(CVD)，用钴包裹铜线壁。
钴的作用——业内人士称之为“衬里”——是为了防止铜线从连接壁上脱落，从而导致缝隙、空洞或其他灾难性的缺陷。
钽和钴一起创造了一种填充互连线的铜线模子。铜线通过另一种称为“铜回流”的工艺沉积到剩余空间中，该工艺使用物理气相沉积(PVD)在互连线的表面覆盖铜。然后将铜加热，使其向下流入互连线，形成最后一根导线。
应用材料公司试图用新工具解决的问题是，当电流通过互连线流向其他铜线时，它被迫穿过钽屏障，钽屏障的电阻比铜线高。应用材料公司表示，通孔与其他铜线层接触的界面是通孔总电阻的最大因素。
另一个问题是，即使互连线中的铜线继续缩小，钽的厚度却没有。这使得通道中导电铜的空间更小。
应用材料公司表示，Endura铜屏障种子系统可以在没有钽衬里的情况下实现互连。该工具使用了更先进的“选择性”沉积(ALD)技术，只在互连线的内壁上覆盖钽，而不是均匀地覆盖沟槽和通孔。这增加了互连线中铜线的体积，进一步降低了电阻。
应用材料表示，该工具还具有其最新的铜回流技术，填充犁沟，没有差距或空隙，可以损害先进逻辑芯片的性能。应用材料表示，其潮苏拉铜屏障种子工具可以减少抗度，在通孔与其他铜线接触到高达50％的情况下，在现代逻辑芯片内部的数十亿个通孔中加起来。
因为当暴露于空气时，所有这些材料都可以损坏，所以整个过程需要在真空密封的处理室内进行。应用材料表示，潮苏拉铜屏势液系统可以通过真空布线生产过程的所有阶段发送硅的闪烁板：表面处理，界面工程，ALD，PVD，CVD，铜回流以及计量。
尽管英特尔和半导体行业的其他公司正在考虑用包括钴在内的其他金属来取代存在无数技术缺陷的铜线，但应用材料表示，其最新工具将允许晶圆厂在可预见的未来继续在芯片中使用铜互连。据该公司称，它已经被世界各地的主要铸造逻辑客户使用。
