Imec montre une voie pour réduire de moitié la résistance de conduction grâce à la semi-Damascène avec un traitement à rapport d'aspect élevé

Sections transversales en TEM de lignes en Ru avec un pas métallique de 18 nm : (à gauche) AR 3, (à droite) AR 6. Les TEMs montrent un profil presque vertical des lignes en Ru et la possibilité d'étendre le schéma actuel à des AR plus élevés.

Imec, un centre de recherche et d'innovation mondialement reconnu pour la nanoélectronique et les technologies numériques, a présenté lors de la conférence IEEE International Interconnect Technology Conference 2022 (IITC 2022) des technologies visant à réduire la résistance des conducteurs métalliques dans des pas métalliques étroits, afin de limiter la croissance du facteur de résistance/capacité (RC) des connexions futures par une structuration directe du métal. Pour la première fois, il a été démontré expérimentalement que le traitement semi-damaszène du ruthénium (Ru) avec un rapport d'aspect élevé (AR=6) permet de réduire la résistance d'environ 40 %, sans nécessiter plus d'espace. Des simulations supplémentaires confirment les avantages au niveau des circuits, en combinaison avec des espaces d'air comme diélectrique. Une étude expérimentale complémentaire montre que la fiabilité du semi-damaszène avec des espaces d'air est comparable à celle du dual-damaszène avec des diélectriques Low-k.

Après la première démonstration expérimentale d’un module semi-damaszène fonctionnel sur deux niveaux métalliques avec un espacement de 18 nm, AR=3, avec des vias entièrement auto-alignés lors de VLSI 2022, imec propose d’étendre ce schéma d’intégration afin de réduire davantage la résistance des connexions en ruthénium tout en conservant la surface de base. Cela peut être réalisé par un traitement à haut AR des lignes en ruthénium en utilisant un procédé avancé de métallisation soustractive. Zsolt Tokei : « Nous avons mesuré une réduction significative de la résistance des lignes en ruthénium avec un AR=6 par rapport à des lignes classiques avec AR=3, d’environ 40 %. De plus, nous avons démontré les avantages au niveau des circuits issus de l’intégration de lignes semi-damaszènes à AR élevé avec des espaces d’air. » Dans une étude comparative, imec a également montré que le procédé semi-damaszène avec espace d’air est fiable et possède une durée de vie de plus de 10 ans. 

« Avec pas moins de 10 présentations lors de cette IITC cette année, traitant des principaux défis liés à la mise à l’échelle des interconnexions, imec a tracé une voie convaincante pour faire progresser la feuille de route des interconnexions pour les dix prochaines années », résume Zsolt Tokei. « Les contributions abordent les progrès dans l’intégration semi-damaszène comme concept prometteur pour les futurs nœuds logiques, les technologies de mémoire, et illustrent les avancées dans les domaines de la métallisation Middle-of-Line (MOL), des diélectriques, de la recherche sur des métaux alternatifs et de la fiabilité. »