Semi-Damascene-integratiebenadering maakt het bereiken van 16 nm pitch ru lijnen met record-lage weerstand mogelijk

Bij de 2025 IEEE International Interconnect Technology Conference (IITC), IMEC, een onderzoeks- en innovatiehub in nano -elektronica en digitale technologieën, heeft RU -lijnen gepresenteerd bij 16 nm toonhoogte met gemiddelde weerstand zo laag als 656Ω/µm. De 16 nm pitch metaallijnen werden gefabriceerd met behulp van een semi-damascene-integratiestroom geoptimaliseerd voor kosteneffectieve fabricage, waardoor het een aantrekkelijke aanpak is voor het fabriceren van de eerste lokale interconnect metaallaag van de A7- en Beyond Technology-knooppunten.

Ruthenium (RU) semi-damascene werd oorspronkelijk door IMEC voorgesteld als een aantrekkelijke module-benadering om de toenemende weerstandscapaciteit (RC) vertragingsproblemen aan te pakken die verband houden met Cu dual-damasceen wanneer metalen toonhoogtes schalen onder 20 nm. Semi-Damascene is een metallisatiemodule met twee niveaus die begint met de directe etsen van de eerste lokale interconnect metaallaag (M0) en mogelijk kan worden uitgebreid naar meerdere lagen.

In 2022 demonstreerde IMEC experimenteel directe geëtste ru-lijnen met lage weerstand bij 18 nm metalen toonhoogte en breidde het integratieschema uit naar een module op twee metalen niveau met behulp van volledig zelfgeligde VIA’s (FSAV’s).

IMEC presenteert nu 16 nm toonhoogte direct geëtste RU-lijnen met een record-lage gemiddelde weerstand van 656Ω/µm. Veertig procent van de 16 nm pitch RU-lijnstructuren bleek het weerstandsdoel te bereiken (zoals voorspeld op basis van dunne filmweerstand), overeenkomend met 8 nm brede lokale interconnects. Voor het 18-22 nm pitch-bereik werden de volledige wafersopbrengsten van 90% en hoger verkregen.

De gepresenteerde semi-damasceen-integratiestroom is gebaseerd op een gemodificeerde EUV-gebaseerde zelf-uitgelijnde dubbele patronen (SADP) -benadering-verwijzend naar als spacer-is-is-diëlektrische (SID) SADP-in combinatie met direct etsen van RU. Drie belangrijke elementen uit de integratiestroom zijn van cruciaal belang voor het bereiken van lage weerstandswaarden en het waarborgen van kosteneffectieve fabricage.

Het eerste element is de keuze voor goedkope oxide- en nitride-gebaseerde materialen voor de harde maskers, spacers en spleetvulling. Ten tweede is de implementatie van een patrooninversiestap in combinatie met een geoptimaliseerde SIO₂ GAP -vulling. Derde was een verbeterde RU -etappstap waarbij de oxidatie van het harde masker van de zonde werd geminimaliseerd om lijnbrugdefectiviteit te voorkomen.

Seongho Park, Nano-InterConnect-programmadirecteur bij IMEC, zei: “Nu de industrie RU Direct Metal Etch ophaalt, kijkt IMEC vooruit naar toekomstige generaties en bespreekt verdere optimalisaties naar de semi-Damascene-stroom en nieuwe integratie-opties. In een uitgenodigde paper toont IMEC vooruitgang in pilaar-gevestigde FSAV-benaderingen die de sleutel zijn om de integratie te vergroten naar een twee-metaal-niveau.

“In andere artikelen gepresenteerd op 2025 IITC, naast RU -patronenoptimalisatie, worden strategieën om thermisch geïnduceerde morfologieveranderingen te verminderen onderzocht. Neer naar voren kijken. IMEC toont experimenteel een epitaxiaal gekweekte 25 nm dunne film van RU om te resulteren in een veel lagere resistieve interconnects, die voor de eerste keer de bulkweerstand van de ru -regime van de dunne films gegroeid.”