基于钌Ru材料的半大马士革和气隙技术制造的具有电性能的金属级互连，在兼顾机械强度的条件下，还具有更长的使用寿命。

纳米电子学和数字技术研究组织进过分析已经证实了这种半大马士革技术在RC、功耗和IR降方面的系统级优势。Ru也被证明是一种很有前途的替代品，用于高级节点的中间线。

Ru，或者全称钌，是一种稀有的过渡金属，属于元素周期表中的铂族。像这一类的其他金属一样，钌对大多数其他化学物质都是惰性的。1844年，俄国科学家卡尔·恩斯特·克劳斯（Karl Ernst Claus）发现了这种元素，并以鲁塞尼亚（Russenia）的名字命名了钌，这是俄罗斯中世纪的一个名字。

替代金属强化研究

替代金属材料（如Ru）和替代金属化方法（如semi-damascene）是深入研究的主题，旨在将生产线后端（BEOL）和生产线中间（MOL）扩展到2nm技术节点及以上。

半大马士革代表了一种有趣的方法，它使用半大马士革模块将基于大马士革的工艺流程扩展到16nm的金属节距，该模块可与传统的双大马士革模块结合使用。

据Imec纳米互连主管Zsolt Tokei称，双大马士革和半大马士革之间的主要区别是省略了金属的化学机械抛光步骤，这是双大马士革工艺流程中的最后一道工序。

半大马士革工艺开始于一个通孔的图形化，并将其蚀刻成介电膜。然后用钌（Ru）填充过孔，金属继续沉积，直到在电介质上形成一层金属。然后金属被掩蔽和蚀刻形成金属线。

与单大马士革和双大马士革相比，半大马士革加工的真正优势是能够减少变化，并在金属线之间形成气隙。

当与Ru结合作为导体时，电介质和导体之间不需要扩散阻挡层。根据Tokie的说法，这限制了在高纵横比下电容的增加，这被视为使用传统双大马士革流时改善互连RC的主要障碍。

为了减少电阻和可变性，需要更高的纵横比，但是不希望的电容增加会抵消它们的积极作用。使用具有无障碍Ru气隙的半大马士革模块可以解决这个问题。

对于BEOL，Imec建议采用半大马士革一体化，作为传统双大马士革一体化的替代方案。为了充分利用半大马士革技术的潜力，需要金属铜或钴，然后可以在没有扩散屏障的情况下沉积。它们具有较高的体电阻率，并且可以使用减法蚀刻来绘制图案。

Imec表示，他们首次在300毫米晶圆上使用钌进行金属化，制造出2金属级半大马士革模块。

具有30nm金属间距线测试结构的器件显示出超过80%的再现性，没有短路迹象，寿命潜力超过10年。

除此之外，钌气隙结构的机械稳定性与传统的铜双大马士革结构相当。

一项补充的12金属层分析首次揭示了半大马士革方法在亚3nm节点中的系统级优势——使用64位ARM CPU作为基准设计。

“结果表明，半大马士革与气隙技术相结合，不仅在频率和面积上优于双大马士革结构，而且为进一步增强提供了可扩展的途径。气隙显示出在将功耗降低5%以上的同时，性能提高10%的潜力。使用高宽高比导线可以将电网中的IR降降低10%，从而提高可靠性。很快，为半大马士革模块开发的新掩模将使我们能够进一步改进半大马士革的集成，并通过实验验证预期的性能改进，”Zsolt Tokei解释说

结果表明，在0.3nm锡衬（无阻挡层）上，Ru填充通孔的电阻优于Co填充等效工艺（具有1.5nm TaN势垒）。Ru作为源漏接触材料，在p-SiGe和n-Si上的接触电阻率都在10-9Ωcm-2之间。