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钼正逐渐成为半导体制造领域多种金属材料的优选替代品，其应用前景愈发广阔，特别是在尖端工艺节点上。

半导体厂商正逐步减少尖端工艺中金属的使用，尽管钌垫圈已接近商业化，但这种材料仍无法替代高拓展性互联中的铜线，因为钌成本高昂，现有加工技术效果不佳，imec研究员Zsolt Tőkei指出，镶嵌过程中“过多堆积和打磨”环节造成的废弃物问题值得警惕。减材金属化能够降低材料损耗，不过它要求对整个流程进行更广泛、更费钱的升级。

铜并非唯一一种使用周期较短的金属。晶体管触点、存储器中的字线以及类似用途，通常选用钨、钴等金属，而非铜。不过，这些材料同样面临铜所存在的诸多微缩挑战。钨的电阻率会随着特征尺寸的减小而上升，这一点与铜相似。此外，它也需要设置阻挡层，以防止电介质发生污染。Kioxia 的研究人员在 3D NAND 器件中发现，用于钨沉积的 WF6 前体残留的氟，会积聚在空隙部位，进而逐渐损害邻近的绝缘材料，这种现象日益突出。同时，由于特征尺寸持续缩小，电流密度不断加大，钨材料自身也出现了电迁移现象。

接下来该怎么做？就这些用途而言，至少在现阶段，钼正变得越来越有吸引力。Tőkei指出，钼相比现有材料以及其他替代品如钌有许多长处。钼的电阻系数比钨要大，不需要设置阻挡层，并且相较于钌，钼的价格更低，同时与电介质之间的结合力也更强。

钼在混合金属化方案里用作无阻挡层接触金属，特别有优势，是配合预填充通孔再接铜镶嵌线的情况。通孔底部或垂直特征上的阻挡层，会额外增加串联电阻，所以底部阻挡层决定了接触和通孔的电阻值。

Lam Research公司高级半导体工艺与集成工程师Oh TaeYeon和其团队成员表明，采用无障碍混合钼方案，整体电阻能够比铜双镶嵌构造减少大约百分之五十六。这项发现的相关内容，已呈现在最近的IEEE互连技术会议之上。

Tőkei说明，把钼和这种制作方法结合起来，除了金属沉积那部分，或许只需稍加调整。钼比钌氧化起来更简单，所以也更容易被化学机械抛光去掉。

但是比利时微电子研究中心的Jean-Philippe Soulié和合作者完成的细致研究提出警示，金属的基本属性在判断它们在具体器件中的表现时作用不大。就钼而言，同其他纳米线类似，它们的导电性、散热能力和电迁移行为都受到涂覆薄膜的晶粒大小和晶界构造的影响。而这些又取决于前驱体、工艺参数、底层电介质的表面特性等等。

电迁移的关键路径在于界面以及晶粒间的连接，这些路径也会造成电子受到阻碍，并且让材料的导电能力变差。

集成钼需要金属沉积模块具备处理 MoO2Cl2 和 MoCl5 这类固体原料的能力，这类原料在半导体生产中应用日益广泛，除了钼之外，还有基于氯的铪、铝以及钨等材料也作为前驱体使用，但是固体原料与气体或液体原料相比，其热稳定性通常更弱，而且材料传输的均匀性也不够理想

Lam Research 的专家在工艺师 David Mandia 提交的文档中提及，他们借助循环叠加工艺达成了晶粒尺度的高效调控，并且依据实际需求搭配应用了加热处理和电离处理流程，以便获得理想成效。他们指出，尺寸较大的钼膜层对于顺利装配极为关键。通过他们的分析，细小晶粒钼的电阻率随厚度变化的规律同钨元素相似。大晶粒钼的电阻率受厚度影响较小，当厚度小于七纳米时，其性能超过钨、钌，并且优于铜。

钼内部如果存在晶界结构，通过掺入钴等元素能够有效降低散射现象，这一点由韩国科学技术院的研究者Yeongjun Lim和Mincheol Shin的模拟实验所证实。在较低掺入量时，电阻系数会呈现下降趋势。但是，当掺入量增加后，电阻系数会迅速攀升。新增的杂质状态会造成载流子分布的局部化，进而干扰了电子的正常传输过程。

背面电源应用中，金属行为预测难度极大。背面电源设计的目标是缩小标准单元的体积。但该设计方式会使背面电源网络中的电流密度提升。电流密度提升会增大电迁移的可能性。类似地，这类设计也容易产生热点现象。

背面功率布局里的电迁移和散热难题还没完全研究透彻，不过钼具备若干显著长处。钼是种难熔金属，即便在极高温度下依然能保持机械稳固。它同电介质的结合更牢固，不容易产生空隙。钼的传热能力也比钌强。基于这些因素，钼抵抗电迁移的效果或许优于钌，尽管这两种材料的特性都应当令人称道。蔡琳琳，一位来自中山大学的专家指出，由于抗电迁移特性更为出色，工程师们得以将晶体管排列得更紧凑，进而缩小整个装置的占用空间。

尽管后续实验数据尚待补充，不过初始阶段采用钼的集成探索已展现出相当大的潜力。Kioxia 研究小组发现，钼的电阻系数比钨更小，因此他们得以在维持 RC 值恒定的前提下，将字线间的距离缩短了 7.3%。同时，存储单元的孔洞距离也收窄了 3.7% 以上，最终导致整体存储密度实现了 16.3% 的显著提升。

Tőkei 总体上提出，钼在接触和字线应用方面表现出色。这种材料与当前集成方案高度兼容。不过从发展角度考虑，钌或许能为更微小的器件提供可能性。

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利用钼材料扩展存储容量，这种方法具有显著优势，能够有效提升系统性能，同时降低功耗，并且有助于解决当前存储技术面临的瓶颈问题，这种创新路径展现了未来存储领域的发展潜力，值得深入研究和持续探索。