[发明专利]表征用在电子器件中的材料的方法及半导体器件

说明书

本公开涉及一种表征用在电子器件中的材料的方法及半导体器件。描述了一种表征用在半导体器件中的材料的方法以及使用该材料的半导体器件。该材料具有晶胞和晶体结构。该方法包括仅使用晶胞的正向传导模式来确定材料的品质因数(FOM)。FOM是电阻率乘以平均自由程。FOM可以用于确定材料用在半导体器件中的适用性。

技术领域

本公开涉及表征用在电子器件中的材料的方法及半导体器件。

背景技术

后段(BEOL)互连将逻辑器件彼此连接并将逻辑器件连接到半导体器件中的电源和时钟信号。BEOL互连的传导部分名义上由高传导金属组成。例如，常规互连可以使用诸如Cu、Al、W的具有低的体电阻率的材料。利用高电导率/低电阻率材料来满足互连的期望性能目标。

半导体技术的趋势是按比例缩放到更小的尺寸。互连的节距和宽度两者按比例缩小。虽然金属具有低的体电阻率，但是金属的电阻率随着按比例缩小到小尺寸而增大。这被称为金属电阻率的尺寸效应。在足够小的尺寸下，互连材料的电阻率增大到超过体电阻率的电阻率。诸如Cu的材料会随着节距按比例缩放而经历电阻的显著增大。例如，十纳米宽的铜互连可以具有比体电阻率大一个数量级的电阻率。因此，在不超出性能目标的情况下，铜互连无法继续在未来节点上按比例缩放。虽然已经研究了Co和Ru用于更低的节点，但是仍期望研究其它材料以用于互连。

近来，已经表明，电阻率(ρ)和平均自由程(λ)的乘积可以用作电阻率标度的品质因数(FOM)。品质因数越低，材料在缩放到更小尺寸时表现越好。用于确定材料的FOM的常规方法依赖于对块体金属的电阻率的半经典描述。该方法涉及确定动量点的密集网格的能量-动量/能带结构关系以及从能带结构计算固体的费米面。通过一些简化假设，该方法涉及计算：

其中，λ是平均自由程，ρ₀是体电阻率，e是电子电荷，是约化的普朗克常数，v是作为波矢k的函数的速度，n是能带的指数，dS是微分的表面积，是费米面。因此，对于较大的晶胞，该方法在计算上非常繁琐，并且可能不适合机器学习或大型数据集中的数据挖掘。此外，该方法在块体金属中获得FOM并假设该FOM可扩展到薄膜和纳米线。然而，如上所述，电导随着限制而劣化。因此，该方法无法为窄节距提供可用的结果。因此，期望用于确定未来按比例缩放的节点中将使用的适当材料的改善机制。

发明内容

描述了一种表征用在半导体器件中的材料的方法以及使用该材料的半导体器件。该材料具有晶胞和晶体结构。该方法包括仅使用晶胞的正向传导模式(forwardconducting mode)(例如跨越费米面/在下述基准输运取向(canonical transportorientation)的方向上移动的能带)来确定材料的品质因数(FOM)。FOM是电阻率乘以平均自由程。FOM可以用于确定材料用在半导体器件中的适用性。

这里描述的方法可以用于仅使用正向传导模式来计算体材料和/或纳米线的FOM。FOM可以用于筛选用作按比例缩小的节点中的互连的材料。此外，提供FOM的方法比常规方法更简单并且可以具有优于常规方法的改善的运行时(runtime)效率。在计算多种材料的FOM时，结构和得到的FOM可以与机器学习结合使用，以提取捕捉FOM与原子结构之间关系的模型。然后，该模型可以用于使对其它材料的FOM的预测显著加快。因此，该方法可以在概念上和实践上更简单、更有效率并且更容易与现有技术的机器学习算法集成。

附图说明

图1是描绘提供表征电子器件中使用的材料的方法的一示例性实施方式的流程图。

图2是描绘确定电子器件中使用的材料的品质因数的方法的另一示例性实施方式的流程图。

图3-5是表现使用这里描述的方法表征的材料的示例性实施方式。

图6描绘使用这里描述的方法计算的电子结构的一示例性实施方式。