在半导体行业，铜互连技术长期以来被视为不可或缺的基础。然而，随着芯片制造工艺向更小的节点发展，其局限性愈加明显。根据最新研究，铜互连在微纳米尺度下出现了难以解决的电阻和RC延迟问题，导致业界开始重新审视替代材料的可能性。钌和钼作为新兴的互连材料，正逐步进入制造商的视野，带来了更高的传输效率和更广泛的应用前景。
在当前的技术背景下，铜基互连已经在芯片的功率消耗和信号延迟上遭遇瓶颈。尤其是在即将到来的1nm节点，铜互连无法提供有效的低电阻路径，其中75%的RC延迟和三分之一的功耗消耗均源于现有铜互连结构。对此，行业内的顶尖公司如台积电和英特尔等均在探索将铜替换为钌或钼这一技术路径，以推动芯片制造的进一步发展。
钌被认为是一个有前景的替代材料，其低电阻和强大的导电性能使其在微小间距中表现出色。钌的制造工艺多样，通过物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)等技术均可轻松实现。相较于传统的钨互连，钌在功能层面上具有显著优势，不仅降低了电阻，同时在介电材料中的扩散性较低，免去高阻挡率屏障的需求，从而为电流提供更为顺畅的流动路径。
钼在半导体应用的前景也不容小觑。它不仅具有成本低和易于工艺集成的特性，还表现出良好的导电性。钼可以在相对低的温度下实现沉积，为高效的电阻率提供了巨大可能性。此外，钼的电阻在原子级别上的表现也被认为比钨更为优越，极大地增强了其在未来先进逻辑芯片中的应用潜力。
尽管钌和钼的技术优势显著，但在实现大规模应用之前，仍需克服诸多挑战。首先，钌和钼的制造与现有的生产线兼容性是重要考量点，这可能需要逐步的技术改进。其次，可靠性测试和长期稳定性亦是两者能否成功替代铜的关键。这需要生产商严密监控不同制造工艺的成效，以确保新材料在实际应用中的可行性。
针对铜互连的现有挑战，工程师们正试图通过改进通孔设计和层间电介质材料来优化铜的电气性能，例如采用气隙与半镶嵌等创新工艺来降低RC延迟。首先，气隙的引入可能带来机械稳定性问题，然而从长远看，这种创新设计有助于实现更高的性能标准。此外，通过自对准工艺，能够有效减少边缘放置误差，从而在一定程度上降低信号损失，一旦钌和钼技术成熟，将有潜力与此类改进形成良性互动。
向新材料过渡的过程中，行业内的投资也十分关键。尽管当前铜和钨等传统材料仍占据市场主导地位，但随着对性能和效率不断提升的需求，对新材料的研发和应用投入将日益显得重要。在可预见的未来，半导体制造商将继续进行材料替换的试点实验，以迎接生产工艺的重大变革。
在芯片设计及制造领域，互连技术的迭代和发展显得尤为重要。技术的演化往往是推动整个行业前进的动力，而钌与钼这种新材料的成功应用将进一步改写行业标准。在电力敏感的领域，未来的芯片设计将更加考验设计者在材料选择与工艺整合上的智慧与能力。总体而言，当铜互连跨入了技术更替的临界点，钌与钼的崛起显然预示着半导体新时代的到来。返回搜狐，查看更多