Эти результаты экспериментально подтверждают их обещание использовать в качестве новых проводников в усовершенствованных схемах интеграции полудамасковых межсоединений, где они могут быть объединены с воздушными зазорами для повышения производительности.
В этой комбинации, однако, все большее значение приобретают тепловые эффекты Джоуля. Это было предсказано совместными экспериментальными и модельными работами в 12-слойной структуре back-end-of-line (BEOL), в которой реализованы новые металлы и воздушные зазоры.
Уменьшение логики technology Дорожная карта перехода на 1 нм и выше потребует внедрения новых проводниковых материалов в наиболее важных слоях конечной части линии. Интерес представляют бинарные и тройные интерметаллические соединения (например, на основе Al или Ru) с более низким удельным сопротивлением, чем обычные элементарные металлы (такие как Cu, Co, Mo или Ru) в масштабированных размерах.
Компания Imec экспериментально исследовала сопротивление тонких пленок алюминидов, включая AlNi, Al3Sc, AlCu и Al2Cu. При толщине 20 нм и более все пленки, нанесенные методом PVD, показали удельное сопротивление, сравнимое или меньшее, чем Ru или Mo.
Наименьшее удельное сопротивление 9.5 мкОм · см было достигнуто для 28-нанометровых пленок AlCu и Al2Cu - значение ниже, чем у Cu. Эксперименты также выявили проблемы для изученных алюминидов, такие как контроль стехиометрии пленки и поверхностного окисления.
Imec предполагает ввести интерметаллические соединения в усовершенствованные схемы интеграции полудамаска, которые включают прямое травление металла с рисунком для получения линий с более высоким соотношением сторон. Дальнейшее улучшение задержки RC можно получить, постепенно вводя частичные или полные воздушные зазоры между металлическими линиями.
Ожидается, что замена обычных диэлектриков с низким значением k электрически изолирующими воздушными зазорами приведет к уменьшению емкости при увеличенных размерах. Но воздушные зазоры имеют крайне низкую теплопроводность, что вызывает опасения по поводу джоулева нагрева в рабочих условиях.
Компания Imec количественно оценила эту проблему, выполнив «калибровочные» измерения джоулева нагрева на локальном уровне двухслойного металлического соединения и спроецировав результаты на 2-слойную структуру BEOL посредством моделирования.
Исследование прогнозирует повышение температуры на 20% при наличии воздушных зазоров. Было обнаружено, что плотность металлических линий играет важную роль: более высокая плотность металла помогает уменьшить джоулев нагрев.
«Эти идеи являются ключом к совершенствованию схем полудамасценовой металлизации в качестве варианта межсоединений для 1 нм и выше», - говорит Жолт Токей, научный сотрудник imec и программный директор по нано-межсоединениям в imec. «Кроме того, imec расширяет дорожную карту межсоединений другими вариантами, включая гибридную металлизацию и новые схемы промежуточного звена, одновременно решая критические проблемы, связанные с интеграцией процессов и надежностью».