Imec pokazuje sposób na zmniejszenie oporu przewodzenia o połowę dzięki semi-damascene z wysokim stosunkiem aspektowym w procesie

Przekroje TEM linii Ru o rozstawie metalu 18 nm: (po lewej) AR 3, (po prawej) AR 6. Przekroje TEM pokazują niemal pionowy profil linii Ru oraz skalowalność obecnego schematu w kierunku wyższych AR.

Imec, wiodące na świecie centrum badawczo-innowacyjne w dziedzinie nanoelektroniki i technologii cyfrowych, zaprezentowało na konferencji IEEE International Interconnect Technology Conference 2022 (IITC 2022) technologie zmniejszania oporu metalowych przewodów przy wąskich pitchach metalowych, aby ograniczyć wzrost oporu/współczynnika pojemności (RC) przyszłych połączeń poprzez bezpośrednią strukturę metalową. Po raz pierwszy eksperymentalnie wykazano, że pół-damasceńska obróbka rutenu (Ru) o wysokim stosunku aspektu (AR=6) prowadzi do zmniejszenia oporu o około 40 %, nie zajmując przy tym więcej powierzchni. Dodatkowe symulacje potwierdzają korzyści na poziomie układów w połączeniu z przestrzeniami powietrznymi jako dielektrykami. Uzupełniające badania eksperymentalne pokazują, że niezawodność pół-damasceńskich struktur z przestrzeniami powietrznymi jest porównywalna z dual-damasceńskimi strukturami z niskokapacyjnymi dielektrykami.

Po pierwszej eksperymentalnej demonstracji funkcjonalnego modułu pół-damasceńskiego na dwóch poziomach metalowych z odstępem metali 18 nm, AR=3, z w pełni samopozycjonowanymi via na VLSI 2022, imec proponuje rozszerzenie tego schematu integracji, aby dalej zmniejszyć opór przewodów Ru, jednocześnie zachowując podstawową powierzchnię. Można to osiągnąć poprzez obróbkę wysokiego AR przewodów Ru przy użyciu zaawansowanego subtraktywnego procesu metalowego. Zsolt Tokei: „W przypadku przewodów Ru o AR=6 w porównaniu do przewodów o tradycyjnym AR=3 zaobserwowaliśmy istotne zmniejszenie oporu o około 40 %. Ponadto wykazaliśmy korzyści na poziomie układów wynikające z implementacji przewodów pół-damasceńskich o wysokim AR i przestrzeniach powietrznych.” W ramach studium porównawczego imec wykazał również, że proces pół-damasceński z przestrzeniami powietrznymi jest niezawodny i ma żywotność ponad 10 lat.

"Z nie mniej niż 10 referatami na tegorocznej IITC, które zajmują się najważniejszymi wyzwaniami w skalowaniu interkonektów, imec wytyczył przekonującą drogę do rozwoju mapy drogowej interkonektów na najbliższe dziesięciolecie", podsumowuje Zsolt Tokei. "Wkłady te obejmują postępy w integracji pół-damasceńskiej jako obiecującej koncepcji dla przyszłych węzłów logicznych, technologii pamięci oraz ilustrują postępy w dziedzinach metalizacji Middle-of-Line (MOL), dielektryków, badań nad alternatywnymi metalami oraz niezawodności."