Questi risultati supportano sperimentalmente la loro promessa di essere utilizzati come nuovi conduttori in avanzati schemi di integrazione di interconnessione semi-damascena, dove possono essere combinati con airgap per migliorare le prestazioni.
In questa combinazione, tuttavia, gli effetti del riscaldamento Joule stanno diventando sempre più importanti. Ciò è stato previsto dal lavoro combinato sperimentale e di modellazione in una struttura back-end-of-line (BEOL) a 12 strati, implementando nuovi metalli e traferri.
Ridimensionare la logica la tecnologia il percorso verso 1 nm e oltre richiederà l’introduzione di nuovi materiali conduttori negli strati più critici del back-end-of-line. Di interesse sono i composti intermetallici binari e ternari (ad esempio, a base di Al o Ru) con resistività inferiore rispetto ai metalli elementari convenzionali (come Cu, Co, Mo o Ru) a dimensioni in scala.
Imec ha studiato sperimentalmente il comportamento di resistività di film sottili di alluminuri, tra cui AlNi, Al3Sc, AlCu e Al2Cu. Con uno spessore di 20 nm e oltre, tutti i film depositati con PVD hanno mostrato resistività paragonabili o inferiori a Ru o Mo.
La resistività più bassa di 9.5µΩcm è stata ottenuta per film da 28 nm di AlCu e Al2Cu, un valore che scende al di sotto di quello di Cu. Gli esperimenti hanno anche indicato sfide per gli alluminuri studiati, come il controllo della stechiometria del film e l'ossidazione superficiale.
Imec prevede di introdurre composti intermetallici in avanzati schemi di integrazione semi-damascena, che prevedono l'incisione diretta di un metallo modellabile per ottenere linee con proporzioni più elevate. Ulteriori miglioramenti nel ritardo RC possono essere ottenuti introducendo gradualmente traferri parziali o completi tra le linee metalliche.
Si prevede che la sostituzione dei tradizionali dielettrici a basso k con traferri d'aria elettricamente isolanti ridurrà la capacità a dimensioni scalate. Ma gli airgap hanno una conduttività termica estremamente scarsa, il che solleva preoccupazioni per il riscaldamento Joule in condizioni operative.
Imec ha quantificato questa sfida eseguendo misurazioni di "calibrazione" del riscaldamento Joule a livello di interconnessione metallica locale a 2 strati e proiettando i risultati su una struttura BEOL a 12 strati attraverso la modellazione.
Lo studio prevede un aumento del 20% della temperatura con i traferri. Si è scoperto che la densità delle linee metalliche gioca un ruolo importante: una maggiore densità del metallo ha dimostrato di aiutare a ridurre il riscaldamento Joule.
"Queste informazioni sono fondamentali per migliorare gli schemi di metallizzazione semi-damascena come opzione di interconnessione per 1 nm e oltre", afferma Zsolt Tokei, collega imec e direttore del programma di nano-interconnessioni presso imec. “Inoltre, imec sta espandendo la roadmap di interconnessione con altre opzioni, tra cui la metallizzazione ibrida e nuovi schemi middle-of-line, risolvendo le sfide critiche legate all'integrazione e all'affidabilità dei processi”.