Por exemplo, uma resistividade tão baixa quanto 11.5 µWcm foi medida para uma liga binária NiAl de 7.7 nm de espessura, obtida após engenharia de tamanho de grão. Os resultados marcam um marco para permitir a interconexão de baixa resistência com larguras de linha abaixo de 10 nm.
Para acompanhar o contínuo dimensionamento do dispositivo, a largura das linhas de interconexão mais críticas em lógica de última geração e chips de memória logo se aproxima de 10 nm. Nessas pequenas dimensões, a resistividade do Cu aumenta dramaticamente e sua confiabilidade diminui.
Isso forçou a comunidade interconectada a identificar alternativas para a metalização do cobre. Enquanto o foco estava inicialmente em metais elementares, a busca foi estendida para intermetálicos ordenados binários e ternários – iniciada pelo imec na conferência IITC de 2018.
O Imec criou uma metodologia única baseada em ab-initio para selecionar e classificar os materiais mais promissores, usando o produto da resistividade bruta e o caminho livre médio dos portadores de carga (r0 x l) é uma das principais figuras de mérito.
Esta avaliação teórica foi o ponto de partida para trabalhos experimentais adicionais em wafers de 300 mm. 'Para melhor entender e modelar o comportamento de resistividade das ligas binárias selecionadas em pequenas dimensões, introduzimos uma resistividade efetiva, que considera a variação da composição e os efeitos de ordem e desordem”, diz Zsolt Tőkei do Imec, “análises posteriores revelaram que a resistividade de filmes finos de ligas binárias é dominada pela dispersão de limite de grão devido aos pequenos tamanhos de grão inerentemente presentes em filmes condutores finos, enquanto a desordem também contribui para filmes mais espessos”.
Para o estudo de caso de NiAl estequiométrico, uma resistividade tão baixa quanto 11.5 µWcm foi medida em um filme fino de 7.7 nm, que é 23% menor que o Cu. Isso foi alcançado após a deposição de um filme de NiAl de grão grande de 50nm de espessura em uma epi-camada de Ge em temperaturas compatíveis com o final da linha (BEOL), seguido de experimentos de desbaste.
Esses experimentos preservam um tamanho de grão maior (45.7 nm) e, portanto, reduzem a contribuição da dispersão do limite de grão para a resistividade.
“A existência experimental de filmes condutores finos de baixa resistência em wafers de 300 mm nos motiva a continuar nossa busca por ligas binárias e ternárias”, diz Tőkei, “ao mesmo tempo, investigamos o controle da composição das ligas e sua compatibilidade de integração com futuras esquemas de metalização que provavelmente serão baseados em corrosão subtrativa”.
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