Estos resultados respaldan experimentalmente su promesa de ser utilizados como nuevos conductores en esquemas avanzados de integración de interconexión semi-damasquinada, donde se pueden combinar con espacios de aire para mejorar el rendimiento.
Sin embargo, en esta combinación, los efectos de calentamiento de Joule son cada vez más importantes. Esto fue predicho por trabajo combinado experimental y de modelado en una estructura de back-end-of-line (BEOL) de 12 capas, implementando nuevos metales y espacios de aire.
Reducir la lógica la tecnología La hoja de ruta hacia 1 nm y más requerirá la introducción de nuevos materiales conductores en las capas más críticas del final de la línea. Son de interés los compuestos intermetálicos binarios y ternarios (por ejemplo, basados en Al o Ru) con menor resistividad que los metales elementales convencionales (como Cu, Co, Mo o Ru) en dimensiones escaladas.
Imec ha investigado experimentalmente el comportamiento de resistividad de películas delgadas de aluminuros, incluidos AlNi, Al3Sc, AlCu y Al2Cu. Con un espesor de 20 nm y superior, todas las películas depositadas con PVD mostraron resistividades comparables o inferiores a Ru o Mo.
La resistividad más baja de 9.5 µΩcm se logró para películas de 28 nm de AlCu y Al2Cu, un valor que va por debajo del de Cu. Los experimentos también indicaron desafíos para los aluminuros estudiados, como el control de la estequiometría de la película y la oxidación de la superficie.
Imec prevé introducir compuestos intermetálicos en esquemas avanzados de integración semi-damasquinada, que implican el grabado directo de un metal con patrón para lograr líneas de relación de aspecto más altas. Se pueden obtener más mejoras en el retardo de RC introduciendo gradualmente espacios de aire parciales o totales entre las líneas de metal.
Se espera que la sustitución de los dieléctricos de bajo k convencionales por espacios de aire de aislamiento eléctrico reduzca la capacitancia en las dimensiones escaladas. Pero los espacios de aire tienen una conductividad térmica extremadamente pobre, lo que genera preocupación por el calentamiento Joule en las condiciones de operación.
Imec ha cuantificado este desafío realizando mediciones de 'calibración' de calentamiento Joule a nivel local de interconexión de metal de 2 capas y proyectando los resultados en una estructura BEOL de 12 capas a través del modelado.
El estudio predice un aumento del 20% en la temperatura con espacios de aire. Se encontró que la densidad de las líneas de metal juega un papel importante: se mostró una mayor densidad de metal para ayudar a reducir el calentamiento Joule.
“Estos conocimientos son clave para mejorar los esquemas de metalización semi-damasquinada como una opción de interconexión para 1 nm y más allá”, dice Zsolt Tokei, miembro de imec y director del programa de nanointerconexiones en imec. "Además, imec está ampliando la hoja de ruta de interconexión con otras opciones, incluida la metalización híbrida y nuevos esquemas intermedios, al tiempo que resuelve desafíos críticos relacionados con la integración y confiabilidad de procesos".