半镶嵌集成方法能够实现具有创纪录低电阻的16nm间距Ru线

在2025年IEEE国际互连技术会议（IITC）上，纳米电子和数字技术的研究和创新中心imec展示了16nm间距的Ru线，平均电阻低至656Ω/µm。16nm间距的金属线是使用半镶嵌集成流程制造的，该流程针对成本效益的可制造性进行了优化，使其成为制造A7和其他技术节点的第一个局部互连金属层的有吸引力的方法。钌（Ru）半镶嵌最初由imec提出，作为一种有吸引力的模块方法，用于解决当金属间距小于20nm时与Cu双镶嵌相关的电阻电容（RC）延迟增加的问题。半镶嵌是一种两级金属化模块，从直接蚀刻第一局部互连金属层（M0）开始，并可能扩展到多层。

2022年，imec实验证明了18nm金属间距的直接蚀刻低电阻Ru线，并将集成方案扩展到使用完全自对准通孔（FSAV）的双金属级模块。

Imec现在提供16nm间距的直接蚀刻Ru线，平均电阻创纪录地低至656Ω/µm。40%的16nm间距Ru线结构被证明符合电阻目标（基于薄膜电阻率预测），对应于8nm宽的局部互连。对于18-22nm的间距范围，获得了90%或更高的全晶圆产量。

所提出的半镶嵌集成流程依赖于一种改进的基于EUV的自对准双图案化（SADP）方法，称为间隔物电介质（SID）SADP，并结合Ru的直接蚀刻。集成流程中的三个关键元素对于实现低电阻值和确保成本效益的可制造性至关重要。

第一个要素是选择廉价的氧化物和氮化物基材料用于硬掩模、间隔物和间隙填充。第二是结合优化的SiO实施图案反转步骤₂ 填补空白。第三是改进的Ru蚀刻步骤，在此过程中，SiN硬掩模的氧化被最小化，以避免线桥缺陷。imec纳米互连项目总监Seongho Park表示：“现在该行业正在采用Ru直接金属蚀刻，imec正在展望未来，并讨论对其半镶嵌流的进一步优化以及新的集成选项。在一篇特邀论文中，imec展示了基于支柱的FSAV方法的进展，这是将集成扩展到双金属级方案的关键。”在2025 IITC上发表的其他论文中，除了Ru图案化优化外，还研究了减轻热诱导形态变化的策略。展望未来，imec实验证明了外延生长的25nm Ru薄膜可以产生更低的电阻互连，首次接近薄膜状态下Ru的体电阻率。p