Esses resultados suportam experimentalmente sua promessa de serem usados como novos condutores em esquemas avançados de integração de interconexão de semiamamadas, onde podem ser combinados com entreferros para melhorar o desempenho.
Nessa combinação, no entanto, os efeitos do aquecimento Joule estão se tornando cada vez mais importantes. Isso foi previsto por trabalho experimental e de modelagem combinados em uma estrutura de back-end-of-line (BEOL) de 12 camadas - implementando novos metais e entreferros.
Reduzindo a lógica tecnologia O roteiro para 1 nm e além exigirá a introdução de novos materiais condutores nas camadas mais críticas do final da linha. De interesse são os compostos intermetálicos binários e ternários (por exemplo, à base de Al ou Ru) com resistividade mais baixa do que os metais elementares convencionais (como Cu, Co, Mo ou Ru) em dimensões escalonadas.
Imec investigou experimentalmente o comportamento da resistividade de filmes finos de aluminetos, incluindo AlNi, Al3Sc, AlCu e Al2Cu. A 20 nm de espessura e acima, todos os filmes depositados em PVD mostraram resistividades comparáveis ou inferiores a Ru ou Mo.
A resistividade mais baixa de 9.5µΩcm foi alcançada para filmes de 28nm de AlCu e Al2Cu - um valor abaixo do Cu. Os experimentos também indicaram desafios para os aluminetos estudados, como o controle da estequiometria do filme e a oxidação superficial.
A Imec prevê a introdução de compostos intermetálicos em esquemas de integração semi-damascenos avançados, que envolvem a corrosão direta de um metal modelável para obter linhas de razão de aspecto mais altas. Melhorias adicionais no retardo RC podem ser obtidas introduzindo gradualmente entreferro parcial ou total entre as linhas de metal.
Espera-se que a substituição dos dielétricos de baixo k convencionais por entreferros com isolamento elétrico reduza a capacitância em dimensões escalonadas. Mas os entreferros têm uma condutividade térmica extremamente pobre, o que levanta preocupações para o aquecimento Joule nas condições de operação.
A Imec quantificou esse desafio realizando medições de 'calibração' de aquecimento Joule no nível local de interconexão de metal de 2 camadas e projetando os resultados em uma estrutura BEOL de 12 camadas por meio de modelagem.
O estudo prevê um aumento de 20% na temperatura com os entreferros. Descobriu-se que a densidade das linhas de metal desempenha um papel importante: a maior densidade do metal mostrou ajudar a reduzir o aquecimento de Joule.
“Esses insights são essenciais para melhorar os esquemas de metalização de semiamasceno como uma opção de interconexão para 1nm e além”, diz Zsolt Tokei, bolsista da imec e diretor de programa de nano interconexões da imec. “Além disso, a imec está expandindo o roteiro de interconexão com outras opções, incluindo metalização híbrida e novos esquemas de meio de linha, enquanto resolve os desafios críticos relacionados à integração e confiabilidade do processo.”