Những kết quả này thực nghiệm ủng hộ lời hứa của chúng sẽ được sử dụng làm dây dẫn mới trong các sơ đồ tích hợp liên kết bán damascen tiên tiến, nơi chúng có thể được kết hợp với airgap để cải thiện hiệu suất.
Tuy nhiên, trong sự kết hợp này, hiệu ứng sưởi ấm của Joule ngày càng trở nên quan trọng. Điều này đã được dự đoán bằng công việc thử nghiệm và mô hình hóa kết hợp trong cấu trúc 12 lớp back-end-of-line (BEOL) - thực hiện các kim loại mới và các lỗ thoát khí.
Thu nhỏ logic công nghệ lộ trình tiến tới 1nm trở lên sẽ yêu cầu sử dụng vật liệu dẫn điện mới ở các lớp quan trọng nhất ở cuối dây chuyền. Điều đáng quan tâm là các hợp chất liên kim loại nhị phân và bậc ba (ví dụ, gốc Al hoặc Ru) có điện trở suất thấp hơn các kim loại nguyên tố thông thường (như Cu, Co, Mo hoặc Ru) ở các kích thước tỷ lệ.
Imec đã thực nghiệm nghiên cứu hoạt động của điện trở suất của các màng mỏng của aluminide, bao gồm AlNi, Al3Sc, AlCu và Al2Cu. Ở độ dày 20nm trở lên, tất cả các màng PVD lắng đọng cho thấy điện trở suất tương đương hoặc thấp hơn Ru hoặc Mo.
Điện trở suất thấp nhất là 9.5µΩcm đạt được đối với màng 28nm của AlCu và Al2Cu - một giá trị thấp hơn giá trị của Cu. Các thí nghiệm cũng chỉ ra những thách thức đối với các aluminide được nghiên cứu, chẳng hạn như việc kiểm soát quá trình đo phân lớp màng và quá trình oxy hóa bề mặt.
Imec dự tính giới thiệu các hợp chất liên kim loại trong các sơ đồ tích hợp bán damascene tiên tiến, liên quan đến việc khắc trực tiếp kim loại có thể tạo hoa văn để đạt được các đường tỷ lệ co cao hơn. Những cải tiến hơn nữa về độ trễ RC có thể đạt được bằng cách đưa dần các khe hở khí một phần hoặc toàn bộ vào giữa các đường kim loại.
Việc thay thế các chất điện môi low-k thông thường bằng các airgap cách điện được kỳ vọng sẽ làm giảm điện dung ở các kích thước được chia tỷ lệ. Nhưng airgaps có khả năng dẫn nhiệt cực kỳ kém, điều này làm dấy lên lo ngại về khả năng sưởi ấm của Joule ở điều kiện hoạt động.
Imec đã định lượng thách thức này bằng cách thực hiện các phép đo 'hiệu chuẩn' gia nhiệt Joule ở mức kết nối kim loại 2 lớp cục bộ và chiếu kết quả tới cấu trúc BEOL 12 lớp thông qua mô hình hóa.
Nghiên cứu dự đoán nhiệt độ sẽ tăng 20% với airgaps. Mật độ của các đường kim loại được phát hiện đóng một vai trò quan trọng: mật độ kim loại cao hơn cho thấy giúp giảm sự nóng lên của Joule.
Zsolt Tokei, thành viên imec và giám đốc chương trình kết nối nano tại imec cho biết: “Những hiểu biết này là chìa khóa để cải thiện các kế hoạch kim loại hóa bán damascene như một lựa chọn kết nối cho 1nm và hơn thế nữa. “Bên cạnh đó, imec đang mở rộng lộ trình kết nối với các lựa chọn khác, bao gồm kim loại hóa lai và các chương trình trung tuyến mới, đồng thời giải quyết các thách thức quan trọng liên quan đến tích hợp quy trình và độ tin cậy.”