釕金屬導線(Ruthenium Interconnect)是以釕(Ru)取代傳統銅(Cu)作為半導體晶片細線導線材料的技術。釕是屬於鉑族的稀有金屬,最大特點是在導線寬度縮小至奈米尺度時,有效電阻率低於銅。英特爾、應用材料與imec正積極推動研究與實作。
銅導線在導線寬度小於10nm時,受表面散射與晶界散射影響,電阻率會急遽上升。此外,銅為了防止擴散進入矽或氧化膜,需要TaN/Ta阻障金屬,而這層阻障層會進一步壓縮有效導線截面積。相較之下,釕具有自我鈍化效應,可在不使用阻障金屬(或將阻障層極薄化)的情況下使用,能大幅降低細線的有效電阻。
據報導,英特爾採用在M0(閘極接觸層)使用釕、M1以上使用銅的混合導線。應用材料主導Ru的ALD(原子層沉積)成膜與CMP(化學機械研磨)技術開發,並已推出「Endura Volta CVD Ru」等設備。台積電也在評估於N2之後的局部導線層採用Ru。
從製程角度來看,Ru的ALD(以釕前驅物+氧化劑進行低溫成膜)相當有效,但仍有碳混入、膜密度、CMP後表面品質等待克服的課題。Ru是稀有金屬,採購成本與價格波動是風險,因此將使用量最小化(無阻障極薄膜)與回收再利用技術的開發也是重要主題。
釕金屬導線率先應用於先進邏輯晶片的局部導線(M0~M2層級),未來也在討論應用於高密度DRAM的儲存節點接觸窗與3D NAND結構。Ru導線的普及正創造ALD製程氣體、釕前驅物材料、CMP研磨液等新材料需求,成為材料供應商(JSR、默克(Merck)、Umicore等)的重要成長領域。