IMEC揭示：可用于2nm芯片的新材料

在2020年国际互连技术大会上，imec首次展示了一种使用具有电子功能的钌金属（Ru）的2金属级互连技术。金属使用特殊的半镶嵌和气隙（气隙）技术生产，具有更长的使用寿命和更好的机械强度。
通过12层金属分析，可以确认该半镶嵌技术可以带来系统级的优势，包括降低的电阻电容（RC），功耗和IR-Drop。此外，钌金属还显示出极好的潜力，并有望在先进制造工艺的中间阶段（MOL）中替代接触塞。
目前，人们正在深入研究替代金属化材料（例如钌）和替代金属化工艺（例如半大马士革），以使2纳米或3纳米制程技术的前端（BEOL）和中端（MOL）前进。较少的。
互联。在先前的设计中，imec提出了一种半镶嵌集成技术来替代传统的双镶嵌。
为了能够充分利用该结构技术的潜力，需要铜（Cu）或钴（Co）以外的金属，这些金属可以无扩散壁垒地沉积，具有高体积电阻率，并且可以用作图案。图案，例如：减法蚀刻。
这种结构还可以增加互连的高度，并与作为电介质的气隙相结合，可以减少电阻-电容（RC）延迟，这是后续工艺的主要瓶颈。 Imec使用的“钌”首次用于金属化，并在300mm晶圆上制造并表征了具有双金属层的半金属镶嵌模块。
30纳米金属节距线的测试结构表明，可重复性超过80％（无短路迹象），使用寿命超过10年。同时，钌气隙结构的物理稳定性可以与传统的铜双镶嵌结构进行比较。
Imec纳米互连项目的项目主管Zsolt Tokei说，结果表明，半金属镶嵌和气隙技术的结合不仅在频率和面积方面优于双金属镶嵌，而且还提供了可扩展的方式来进一步提高性能。气隙技术显示出将性能提高10％，同时将功耗降低5％以上的潜力。
使用高深宽比的电线可以将电源线中的IR压降降低10％，从而提高可靠性。在不久的将来，为半马赛克模块开发的掩模套件将能够进一步改善半马赛克的集成度，并通过实验验证实现预期的性能改进。
Imec还展示了使用“钌”粉末的优势。而不是高级MOL接触塞中的钴或钨。
imec CMOS器件技术总监Naoto Horiguchi指出，没有势垒层的钌有可能进一步降低由减小的接触面积引起的接触电阻。在一项评估研究中，imec对钌和钴进行了评估，结果表明，钌是替代MOL窄槽中钴的最有希望的候选者。
在可比较的制造过程中，在0.3纳米氮化钛（TiN）衬里的孔（无阻挡层）中，填充钌的电阻优于填充钴（具有1.5纳米氮化钛阻挡层）的电阻。研究还证明，钌用作源极和漏极接触材料，并且p-硅锗（SiGe）和n-硅（Si）上的接触电阻都相对较低，约为10-9Ωcm-2。