Imec toont een manier om de geleidende weerstand te halveren door semi-Damascene met high-aspect-ratio verwerking

TEM-doorknippingen van Ru-lijnen met 18 nm metaalafstand: (links) AR 3, (rechts) AR 6. De TEM-beelden tonen een vrijwel verticaal profiel van de Ru-lijnen en de schaalbaarheid van het huidige schema naar hogere AR's.

Imec, een wereldwijd toonaangevend onderzoeks- en innovatiecentrum voor nano-elektronica en digitale technologieën, presenteerde op de IEEE International Interconnect Technology Conference 2022 (IITC 2022) technologieën om de metalloodgeleiding te verminderen bij smalle metalen pitches, om de toename van de weerstand/kapacitiefactor (RC) van toekomstige verbindingen door directe metallstructurering te beperken. Voor het eerst wordt experimenteel aangetoond dat de semi-damascene verwerking van ruthenium (Ru) met een hoge aspectverhouding (AR=6) leidt tot een weerstandreductie van ongeveer 40%, zonder dat er meer ruimte nodig is. Aanvullende simulaties bevestigen de voordelen op schakelniveau in combinatie met luchtspacers als diëlektricum. Een aanvullende experimentele studie toont aan dat de betrouwbaarheid van semi-damascene met luchtgaten vergelijkbaar is met die van dual-damascene met low-k diëlektrica.

Na de eerste experimentele demonstratie van een werkend semi-damascene-module op twee metalen niveaus met een metaalafstand van 18 nm, AR=3, met volledig zelfuitgelijnde vias op VLSI 2022, stelt imec voor om dit integratieschema uit te breiden om de geleidende weerstand van de Ru-verbindingen verder te verminderen en tegelijkertijd de oppervlakte te behouden. Dit kan worden bereikt door een high-AR bewerking van de Ru-geleiders met behulp van een geavanceerd subtractief metallisatieproces. Zsolt Tokei: "We hebben bij Ru-geleiders met AR=6 een significante vermindering van de geleidende weerstand gemeten, ongeveer 40%, vergeleken met geleiders met de gebruikelijke AR=3. Daarnaast hebben we de voordelen op schakelniveau aangetoond die voortvloeien uit de implementatie van semi-damascene-geleiders met hoge AR-waarde en luchtgaten." In een benchmark-studie heeft imec ook aangetoond dat de semi-damascene-flow met luchtgaten betrouwbaar is en een levensduur van meer dan 10 jaar heeft.

"Met niet minder dan 10 presentaties op deze editie van IITC, die ingaan op de belangrijkste uitdagingen bij de schaalvergroting van interconnects, heeft imec een overtuigende weg ingeslagen om de interconnect-roadmap voor de komende tien jaar vooruit te helpen," vat Zsolt Tokei samen. "De bijdragen behandelen vorderingen bij de semi-damascene-integratie als veelbelovend concept voor toekomstige logische knooppunten, geheugen technologieën en illustreren de vooruitgang op het gebied van Middle-of-Line-metallisatie (MOL), diëlektrica, onderzoek naar alternatieve metalen en betrouwbaarheid."