Imec mostra una strada per dimezzare la resistenza di linea attraverso semi-damascene con processi ad alto rapporto di aspetto

Sezioni TEM di linee Ru con passo metallico di 18 nm: (a sinistra) AR 3, (a destra) AR 6. I TEM mostrano un profilo quasi verticale delle linee di Ru e la scalabilità dello schema attuale verso AR più elevati.

Imec, un centro di ricerca e innovazione leader a livello mondiale nel campo della nanoelettronica e delle tecnologie digitali, ha presentato alla IEEE International Interconnect Technology Conference 2022 (IITC 2022) tecnologie per ridurre la resistenza dei conduttori metallici in presenza di pitch metallici stretti, al fine di contenere l'aumento del fattore di resistenza/capacità (RC) delle future connessioni tramite strutture metalliche dirette. Per la prima volta, è stato dimostrato sperimentalmente che il trattamento semi-damaszenico del Ruthenium (Ru) con un alto rapporto di aspetto (AR=6) porta a una riduzione della resistenza di circa il 40%, senza richiedere più spazio. Ulteriori simulazioni confermano i vantaggi a livello di circuito combinando questa tecnologia con spazi d'aria come dielettrico. Uno studio sperimentale complementare mostra che l'affidabilità del processo semi-damaszenico con gap d'aria è paragonabile a quella del processo dual-damaszenico con dielettrici a basso-k.

Dopo la prima dimostrazione sperimentale di un modulo semi-damaszenico funzionante su due livelli metallici con una distanza di 18 nm, AR=3, con vias completamente auto-allineanti alla VLSI 2022, imec propone di estendere questo schema di integrazione per ridurre ulteriormente la resistenza delle connessioni Ru, mantenendo allo stesso tempo l'area di base. Ciò può essere ottenuto tramite un trattamento ad alto AR delle linee di Ru utilizzando un processo di metallizzazione sottrattiva altamente sviluppato. Zsolt Tokei afferma: "Abbiamo misurato una significativa riduzione della resistenza delle linee di Ru con AR=6 rispetto a linee con AR tradizionale di 3, pari a circa il 40%. Inoltre, abbiamo evidenziato i vantaggi a livello di circuito derivanti dall'implementazione di linee semi-damaszeniche con alto AR e gap d'aria." In uno studio di benchmark, imec ha anche dimostrato che il processo semi-damaszenico con gap d'aria è affidabile e garantisce una durata superiore a 10 anni.

"Con non meno di 10 presentazioni alla IITC di quest'anno, che affrontano le principali sfide nella scalabilità delle interconnessioni, imec ha intrapreso un percorso convincente per avanzare la roadmap delle interconnessioni nei prossimi dieci anni", riassume Zsolt Tokei. "I contributi trattano i progressi nell'integrazione semi-damaszenica come concetto promettente per i futuri nodi logici, tecnologie di memoria e mettono in evidenza i progressi nelle aree di metallizzazione Middle-of-Line (MOL), dielettrici, ricerca di metalli alternativi e affidabilità."