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Ru配線の装置、Cu延命側は出荷済み｜Ru側はTELがPECVDの用途を提示

Ru subtractiveとは、全面に付けたRuの膜をエッチングして配線を残す方式で、imecのsemi-damasceneはこの方式で最下層の配線を作る。最小ピッチの配線をCuで延ばすかRuに替えるかで、各社が自社資料で挙げる製品は分かれる。Cuを延ばす側では、Applied Materials（AMAT）のRu CVDを組み込んだ成膜装置が3 nmノードで出荷され、ロジック大手すべてが採用した1。Ruの側では、東京エレクトロン（TEL）が新しいPECVD装置の用途に次世代配線のmetal gapfillとair gapを挙げた2段階だ。

両者の違いは、出荷と採用の発表か、用途と機会の提示かにある。imecの計画では、Ruのsemi-damasceneは第1世代でM0に入り、第3世代でM2へ広がる。TELは自社の推定として、最小金属ピッチ18 nmの10A世代（2029〜30年量産）の配線技術に「Cu CIP」と「Ru subtractive」を並べた。この世代別の表と、Cu配線とRu配線の工程の比較は、air gapの装置ロードマップの記事にある。

Cuを延ばす側では、成膜とめっきの製品が出荷されている

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AMATは2024年7月、Endura Copper Barrier Seed IMSにVolta Ru CVDを組み込み、RuとCoのライナーを33%薄い2 nmにして配線抵抗を最大25%下げた1と発表した。AMATはこれを、Cu配線を2 nmノード以降まで延ばす技術と位置づける。同じ発表で、low-k膜のBlack Diamondの新版を、ロジックとDRAMの大手すべてが採用しているとした。ライナーを何nm薄くするとCuの断面がどれだけ増えるかは、Cuライナー薄膜化の記事で計算している。

AMATは2026年1月のブログで、30年近くにわたり、世界のほぼすべてのCuチップがEnduraを使って作られてきた3と書き、Enduraの金属配線工程は2 nmより先の配線性能を出すとした。

Cuを埋める電解めっきでは、Lam ResearchがSABREを出している。Lamはこの装置をCuのダマシン製造向けとし4、次の世代の配線に向けて、さまざまなライナーの上へ直接Cuをめっきできることを特長に挙げる。

左にCu配線を延ばす側の製品として、AMAT Endura CuBS IMS（Volta Ru CVDでRuCoライナー、3 nmで出荷）、AMAT Black Diamond（low-k膜）、Lam SABRE（Cuダマシンの電解めっき）を、出荷・採用を発表した色で並べた図。右にRu subtractiveの側として、TELの新しいPECVD（metal gapfillとair gap、売上への寄与は先）と、imecがFSAVを作れるとした既存の直接エッチ装置を、用途として挙げる段階の色で並べている。
Cuを延ばす側には出荷と採用を発表した製品が並び、Ru subtractiveの側は用途として挙げる段階にある。

Ruの側では、TELがPECVDの用途を示し、imecは既存のエッチ装置で作れるとする

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TELはIR Day 2025の質疑で、新しいPECVD装置について、“metal gapfill for next-generation interconnect processes and airgap”をこの装置の処理室で実現できると考える2と答えた。事業として売上に寄与するまでには時間がかかるとも述べている。同じIR Dayの資料で、TELはロジックについてRuのような新材料とair gapのような構造の変化が新しい機会を生む5と書いた。TELの推定では、先端ロジック全体のエッチ市場は2024〜2030年に2.7倍、成膜市場は2.5倍になる。この倍率は配線やRuに限った数字ではない。

エッチ装置について、imecは2024年、FSAV（上下の配線にviaを自己整合させる構造）の3つの作り方が、いずれもimecの装置メーカーがいま供給する直接エッチ装置で作れる6と書いた。同じ記事でimecは、semi-damasceneは新しい装置と材料を要し、その投資は技術が数世代にわたって使える場合にだけ意味を持つともしている。

Ruの側の作り方は1つではない。Intelは2024年12月、air gap付きのRu配線を、via周りのair gap除外領域も、選択エッチを要する自己整合viaの工程も要らない方法で7、研究用の試作で示したと発表した。imecのFSAVとIntelの方法では、使う選択エッチの工程が違う。

imecの工程では配線金属のCMPが外れ、めっきとバリア・シードも使わないと読める

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imecが明記しているのは、semi-damasceneでは配線金属のCMPが要らないことだ6。Ruはバリアを付けずに使える金属で、imecの工程では線をめっきで埋めずにエッチで作る。このため、Ruで作る層では、Cuのバリア・シードの成膜とCuのめっきも使わないと読める。imecの計画では、M0に続いてM2もRuで作るのは第3世代からだ。

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