跟着互连尺寸缩减，阻挡层占整体线体积的比例逐步增大。是以，行业一直在起劲追寻可庖代传统铜双大马士革计划的替换金属线资料。
相比金属线宽度，阻挡层尺寸较难缩减（如图1）。氮化钽等罕见的阻挡层资料较高，且侧壁电子散射较多。是以，相干阻挡层尺寸的增添会致使更加显著的电阻耽误，并大概影响功能、并增添功耗。
图1：铜微缩与阻挡层线结构图
们曾经注意到钌和钴等新的替换金属线，并对其进行了测试，这些资料能够减缓线宽较窄和面积较小时的电阻率降低题目。工艺建模可用于对比阐发分歧沟槽深度和侧壁角度下，钌、钴和铜等其余金属在分歧关头尺寸的大马士革工艺中的功能（图2）。
经由过程建模，能够提取总导体横截面地区的平均线电阻、线间电容和电阻电容乘积值；随后，可比拟铜、钌、钴金属计划的趋向。
图2：（上）用于提取电阻和电容的两条金属线 3D 结构图；（下）分歧金属和阻挡层资料的三种情形图
为体系性地探求应用分歧金属的设想和资料影响，咱们经由过程对三个变量（关头尺寸、深度和侧壁角度）应用蒙特卡罗匀称漫衍，进行了包括 1000 次虚构运转的试验设想。
图3：电阻电容试验设想效果（点：试验设想数据；线：趋向曲线）从上至下：电容与面积、电阻与面积、电阻电容乘积与面积
图 3 凸起表现了每种金属的电阻与电阻电容乘积的交叉点，并注解在较小尺寸上，无需阻挡层的钌计划优于其余两种金属资料。这一情形分手在线关头尺寸值约为 20nm 和面积值约为 400nm2 时涌现。这也注解，无需阻挡层的钌线电阻在线关头尺寸小于约 20nm 时最低; 当线关头尺寸值小于 20nm 时，2nm 氮化钽阻挡层的电阻率占领了铜和钴线电阻的首要部份，造成电阻急剧增添。当线关头尺寸缩减时，也在侧壁和晶界涌现额定散射，并致使电阻降低。沟槽刻蚀深度和侧壁角度与电阻之间呈线性瓜葛；电阻与线横截面面积成反比例瓜葛。
咱们也阐发了线边缘粗糙度对电阻的影响。
图4：（上）当线边缘粗糙度振幅为 1 且相关性为 1 时，关头尺寸为 20nm 的铜线模子图；（下）钌和铜线（关头尺寸分别为 15nm、20nm、25nm）试验设想效果的箱形图
在图 4（下）中，因为无需阻挡层的布局，线关头尺寸为 15nm 时，钌线电阻电容值对线边缘粗糙度振幅的敏感性远低于铜，而铜因为高阻力的氮化钽阻挡层异常易受电阻电容乘积变迁的影响。
论断
传统的微缩工艺请求阻挡层/内衬厚度低至极小的 2-3nm，极大收缩了当代进步前辈逻辑节点上铜线的空间。无需阻挡层的钌等新金属在餍足电磁靠得住性需求的同时，已跻身为有但愿替换铜的资料。
该研讨注解，钌的电阻电容耽误显著低于其余资料，是以多是进步前辈节点上优异的金属候选资料。平日，许多试验都需求实现这种金属计划门路索求。虚构半导体工艺建模是研讨金属线设想抉择更加经济、快速的要领。
参考材料：
1. Liang Gong Wen et al., "Ruthenium metallization for advanced interconnects," 2016 IEEE International Interconnect Technology Conference / Advanced Metallization Conference (IITC/AMC), San Jose, CA, USA, 2016, pp. 34-36, doi: 10.1109/IITC-AMC.2016.7507651.
2. M. H. van der Veen et al., "Damascene Benchmark of Ru, Co and Cu in Sca Dimensions," 2018 IEEE International Interconnect Technology Conference (IITC), Santa Clara, CA, USA, 2018, pp. 172-174, doi: 10.1109/IITC.2018.8430407
