在2020年國際互連技術大會上，imec首次展示了采用釕金屬（Ru），具備電氣功能的雙金屬層級結構（2-metal-level）互連技術。該金屬是使用特殊的半鑲嵌和氣溝（Air Gap）技術生產，具有更好的使用壽命和更佳的物理強度（mechanical strength）。

透過一個12層金屬分析，證實了這個半鑲嵌技術可帶來系統(tǒng)級的優(yōu)勢，包含降低阻容（resistance-capacitance，RC）、功耗和IR-Drop。此外，釕金屬也展現(xiàn)了絕佳的潛力，可望作為先進制程的中段（MOL）接觸插塞（contact plugs）的替代方案。

目前，替代性的金屬化材料（例如釕）和替代性的金屬化制程（例如半鑲嵌），正被密集的研究中，以前進2納米或者以下制程技術的前段（BEOL）和中段（MOL ）互聯(lián)。

在前段設計中，imec提出了一種半鑲嵌（semi-damascene）整合技術，作為傳統(tǒng)的雙重鑲嵌（dual-damascene）的替代方案。為了能夠完全的發(fā)揮這種結構技術的潛力，需要有除了銅（Cu）或鈷（Co）以外的其他金屬，它們可以被沉積而無擴散阻擋層，且具有高的體電阻率，并可以被圖模式的使用，例如：減成蝕刻。

這個結構也可以增加互連的高度，并結合氣隙作為電介質，將有望減少阻容（RC）延遲，這是后段制程的主要瓶頸。

Imec首次使用「釕」進行金屬化，并在300mm晶圓上制造并特性化了雙金屬層的半鑲嵌模組。在30納米金屬間距線的測試結構顯示，有超過80％以上的可重復性（無短路跡象），且使用壽命超過10年。同時釕的氣隙結構的物理穩(wěn)定性可與傳統(tǒng)的銅雙重鑲嵌結構相比。

Imec納米互連專案總監(jiān)Zsolt Tokei表示，結果顯示，半鑲嵌與氣隙技術相結合不僅在頻率和面積上優(yōu)于雙鑲嵌，而且為進一步的性能強化提供了可擴展的途徑。氣隙技術則顯示出將性能提高10％，同時將功耗降低5％以上的潛力。使用高深橫比的電線，可將電源線路中的IR下降減少10％，進而提高可靠度。在不久的將來，為半鑲嵌模組開發(fā)的光罩組（Mask set）將能夠進一步改善半鑲嵌的整合，并通過實驗驗證去達成預期的性能改進。

Imec還展示了在先進MOL接觸插塞中，使用「釕」替代鈷或鎢的優(yōu)勢。imec CMOS元件技術總監(jiān)Naoto Horiguchi指出，無阻絕層的釕，有潛力進一步減小因縮小接觸面積而產生的接觸電阻。

在一項評測研究中，imec評估了釕和鈷，結果表明釕是替代MOL狹窄溝槽中的鈷，最有希望的候選方案。在0.3納米氮化鈦（TiN）內襯（無阻擋層）的孔洞，填充釕的電阻的性能，優(yōu)于在相當?shù)闹瞥讨刑畛溻挘ㄓ?.5納米氮化鈦阻擋層）。研究還證明，釕作為源極和汲極接觸材料，在p-硅鍺（SiGe）和n-硅（Si）上的接觸電阻率都較低，約為10-9Ωcm-2。
責任編輯:tzh