面向先进互连应用的面心立方钌的第一性原理评估
材料科学
2020-04-22 v3 介观与纳米尺度物理
摘要
随着半导体行业转向替代导体以在未来互连节点中取代 Cu，评估 Ru 的电学性能已受到大量关注。典型的密排六方（hcp）相已被广泛研究，但相对而言很少关注面心立方（fcc）相，该相已被证明会在受限结构中成核，并可能存在于小间距互连中。利用第一性原理（ab initio）技术，我们对 fcc Ru 的性能进行了基准测试。我们发现 fcc Ru 的声子限制体电阻率小于 hcp Ru 的一半，这一特征可追溯到由 fcc 晶体修正的费米面形状在几何上继承的更强电子-声子耦合元。尽管有此 fcc 相的优势，高晶界散射导致相较于具有相似平均晶粒尺寸的基于 Cu 的互连电阻率增加。然而，我们发现由于粘附层和润湿层导致的导体体积损失，fcc Ru 在线宽低于 21 nm 时的线电阻低于 Cu。除研究体输运性质外，我们评估了 fcc Ru 的粘附层性能。我们发现 fcc Ru 直接结合到二氧化硅在能量上比通过传统粘附层（如 TaN 和 TiN）更有利。在 Ru 沉积技术需要薄粘附层的情况下，我们发现 fcc Ru 的粘附层垂直电阻惩罚可低至用于 Cu 互连的传统粘附层计算值的八分之一。因此，我们的计算表明 Ru 的 fcc 相的形成可能有益于先进的低电阻互连。
引用
@article{arxiv.2001.02216,
title = {First principles evaluation of fcc ruthenium for use in advanced interconnects},
author = {Timothy M. Philip and Nicholas A. Lanzillo and Tue Gunst and Troels Markussen and Jonathan Cobb and Shela Aboud and Robert R. Robison},
journal= {arXiv preprint arXiv:2001.02216},
year = {2020}
}
备注
8 pages, 4 figures, 3 tables