导读：

本次探索旨在协助IMEC确定在3纳米后段集成中采用半大马士革集成与空气间隙结构的工艺假定。随着芯片制造商迈向3纳米及以下的节点，后段模块处理面临前所未有的挑战。在此背景下，引入空气间隙结构到半大马士革集成方案中，可能有效缩短电阻电容的延迟时间。

背景概述：

随着技术不断进步，3纳米及以下节点的芯片制造正面临复杂性与难度的双重挑战。尤其是后段模块处理，需要创新解决方案以优化性能与效率。IMEC的研究聚焦于这一领域，特别关注如何在先进的3纳米节点上，通过结合半大马士革集成与空气间隙结构，实现更高效、更可靠的集成工艺。

工艺革新与挑战：

半大马士革集成方案的引入，尤其是通过空气间隙结构的加入，旨在改善电阻电容延迟时间。这一策略有望解决器件微缩过程中遇到的特定问题，例如缩短关键路径的延迟时间。然而，这一过程并非无懈可击，其实施面临一系列技术挑战，特别是空气间隙的精确控制与闭合。

SEMulator3D模拟研究：

为应对上述挑战，IMEC携手合作伙伴，运用SEMulator3D工艺模拟软件，对半大马士革集成流程及其空气间隙结构进行深入分析。通过模拟3纳米节点下的关键工艺步骤，包括M1钌刻蚀、空气间隙闭合、完全自对准通孔图形化等，研究人员能够预估并优化整个工艺流程，从而避免潜在的生产失误。

模拟重点与发现：

研究着重于空气间隙闭合的相关挑战，如保持介电常数的稳定性和确保闭合过程的准确性。通过精确校准M1钌图形化和空气间隙闭合工艺步骤，以真实再现IMEC的10纳米半间距金属互连模块的透射电子显微镜图像，研究团队成功揭示了关键的工艺控制点。具体而言，研究发现，为了确保空气间隙闭合的成功，必须严格控制M1和M2之间的最小距离，以及在硅碳氮介电层上的刻蚀选择比。

敏感性分析：

为进一步优化工艺流程，研究团队进行了敏感性分析，以识别对空气间隙闭合和体积影响最大的工艺参数。通过调整M1关键尺寸、硅碳氮间隙闭合介电层厚度、二氧化硅硬掩膜厚度、M1钌横向刻蚀和钌高度等变量，研究人员在SEMulator3D上进行了200次蒙特卡罗实验，以量化不同参数对最终结果的影响。这一分析揭示了关键尺寸的缩小、二氧化硅硬掩膜厚度的减薄、以及金属1钌厚度的变化，对空气间隙闭合和体积具有显著影响。

主要收获：

通过本次研究，不仅加深了对3纳米后段集成中半大马士革空气间隙工艺流程的理解，还提供了宝贵的工艺参数指导，为IMEC及其他行业参与者在实际生产中应用此类技术提供了参考。SEMulator3D的模拟工具不仅加速了工艺开发过程，还显著降低了研发成本，使得在不进行耗时且昂贵的硅晶圆制造试验的情况下，就能够对工艺方案的关键方面进行深入研究。

结语：

本研究强调了半大马士革集成与空气间隙结构在3纳米后段集成中的潜力与挑战。通过细致的工艺模拟与敏感性分析，不仅揭示了优化路径，也为未来的芯片设计与制造提供了宝贵的数据支持。随着技术的不断演进，此类研究将为半导体行业带来持续的创新与进步。