Ces résultats confirment expérimentalement leur promesse d'être utilisés comme nouveaux conducteurs dans des schémas d'intégration d'interconnexion semi-damascène avancés, où ils peuvent être combinés avec des entrefers pour de meilleures performances.
Dans cette combinaison, cependant, les effets de chauffage Joule deviennent de plus en plus importants. Cela a été prédit par des travaux expérimentaux et de modélisation combinés dans une structure de fin de ligne (BEOL) à 12 couches – mettant en œuvre de nouveaux métaux et de nouveaux entrefers.
Réduire la logique sans souci La feuille de route vers 1 nm et au-delà nécessitera l’introduction de nouveaux matériaux conducteurs dans les couches les plus critiques de l’arrière de la ligne. Les composés intermétalliques binaires et ternaires (par exemple, à base d'Al ou de Ru) sont intéressants avec une résistivité inférieure à celle des métaux élémentaires conventionnels (tels que Cu, Co, Mo ou Ru) à des dimensions réduites.
Imec a étudié expérimentalement le comportement de résistivité de couches minces d'aluminures, notamment AlNi, Al3Sc, AlCu et Al2Cu. À 20 nm d'épaisseur et plus, tous les films déposés par PVD ont montré des résistivités comparables ou inférieures à Ru ou Mo.
La résistivité la plus faible de 9.5 µΩcm a été atteinte pour les films de 28 nm d'AlCu et d'Al2Cu – une valeur inférieure à celle de Cu. Les expériences ont également indiqué des défis pour les aluminures étudiés, tels que le contrôle de la stoechiométrie du film et de l'oxydation de surface.
Imec envisage d'introduire des composés intermétalliques dans des schémas d'intégration semi-damascène avancés, qui impliquent la gravure directe d'un métal modelable pour obtenir des lignes de rapport d'aspect plus élevées. D'autres améliorations du retard RC peuvent être obtenues en introduisant progressivement des entrefers partiels ou complets entre les lignes métalliques.
Le remplacement des diélectriques conventionnels à faible k par des entrefers électriquement isolants devrait réduire la capacité aux dimensions à l'échelle. Mais les entrefers ont une conductivité thermique extrêmement faible, ce qui soulève des inquiétudes pour le chauffage Joule dans les conditions de fonctionnement.
Imec a quantifié ce défi en effectuant des mesures d'« étalonnage » de chauffage Joule au niveau local d'interconnexions métalliques à 2 couches et en projetant les résultats sur une structure BEOL à 12 couches grâce à la modélisation.
L'étude prévoit une augmentation de 20 % de la température avec des entrefers. La densité des lignes métalliques s'est avérée jouer un rôle important : une densité de métal plus élevée s'est avérée aider à réduire le chauffage Joule.
"Ces informations sont essentielles pour améliorer les schémas de métallisation semi-damascène en tant qu'option d'interconnexion pour 1 nm et au-delà", déclare Zsolt Tokei, membre de l'imec et directeur du programme des nano-interconnexions à l'imec. « En outre, imec étend la feuille de route d'interconnexion avec d'autres options, notamment la métallisation hybride et de nouveaux schémas intermédiaires, tout en résolvant les défis critiques liés à l'intégration et à la fiabilité des processus.