半導體互連技術的新突破
發布時間：2023-06-17 訪問量：541 來源：本站
在正在進行的電子電路中邏輯和存儲設備小型化的過程中，減小互連的尺寸（連接芯片上不同組件的金屬線）對于保證設備的快速響應并提高其性能至關重要。 研究工作集中在開發具有優異絕緣性能的材料上，以使互連彼此分離。合適的材料應作為防止金屬遷移到半導體中的擴散屏障，并具有熱、化學和機械穩定性。 至少在過去的20年中，對這樣一種高度絕緣的材料的追求推動了半導體行業的發展。每當報告具有所需特性的材料時，由于機械性能不佳或集成時化學穩定性不足，系統地無法成功地將它們集成到互連中，從而導致可靠性失敗。 西班牙ICN2和英國劍橋大學的Graphene Flagship 研究人員與蔚山國立科學技術學院（UNIST）和韓國三星高級技術學院合作，準備和研究非晶態氮化硼的超薄薄膜（a-BN）具有極低的介電特性，高擊穿電壓和優異的金屬阻擋性能。這種新制造的材料作為下一代電子電路中的互連絕緣體具有巨大的潛力。研究人員報道了非晶態氮化硼（a-BN）薄膜的大規模合成，這種材料顯示出創紀錄的低介電特性。換句話說，非晶硼氮化物是高性能電子產品應用的絕佳選擇。 研究人員認為，“他們的研究結果表明，非晶氮化硼對高性能電子產品具有出色的低κ介電特性。” 該研究發表在科學雜志《自然》上。 根據該論文，研究人員使用硅襯底和電感耦合等離子體化學氣相沉積法合成了厚度僅為3納米毫米的a-BN層。所得材料顯示出極低的介電常數，非常接近1。此外，在非常苛刻的條件下對這種新材料進行的擴散阻擋層測試也表明，它可以防止金屬原子從互連體遷移到絕緣體中。這些特性與高擊穿電壓一起使a-BN在實際的電子應用中非常有吸引力。“層狀材料的無定形形式，如h-BN是一個新興的研究領域。這一發現表明，來自世界各地的多個機構之間的合作如何能夠導致具有重大技術意義的突破性研究，”Graphene Flagship 合作伙伴英國劍橋大學的Manish Chhowalla說。Chhowalla是UNIST的客座教授，他幫助監督了該項目，并與UNIST和三星的團隊緊密合作，設計，試驗和解釋了結果。來自西班牙Graphene Flagship合作伙伴ICN2的Stephan Roche小組進行了理論和計算計算，可以解釋a-BN膜的結構和形態特性以及介電響應。“我們的計算有助于確定a-BN優異性能的關鍵因素：BN鍵的非極性特征以及缺乏防止偶極排列的有序性。此模擬結果有助于理解這種非晶態材料的結構形態并解釋其卓越的介電性能。” Stephan Roche說。Graphene Flagship產品使能材料負責人MarGarcía-Hernández表示：“這項出色的工作揭示了未來的發展道路。目前鑄造廠的技術或基于分層材料的新技術之間沒有兩難選擇，遵循的路線是兩者的整合。A-BN可以為CMOS集成電路制造中長期存在的互連問題提供解決方案，使電子設備進一步小型化，因為它結合了對超低k電介質的所有要求，并具有出色的機械性能，高密度以及化學和熱穩定性。這一結果鼓勵尋找能夠為挑戰性問題提供新解決方案的新型無定形層狀材料。”“晶體h-BN在層狀材料光子學和光電子學中起著關鍵作用。對A-BN進行了多年研究，當厚度接近剝離層狀材料時，本文顯示出令人鼓舞的電子性能。優點是大面積沉積相較于晶體晶體，它更容易實現。非晶態超薄膜加入了層狀和二維材料族，因此，本文將是探索這一新的有希望的科學技術領域的眾多論文中的第一個。”Graphene Flagship產品的科學技術官兼管理小組主席Ferrari如是說。總而言之，這對于電子供應鏈而言是令人振奮的消息，并且代表著電子未來的重大成就。
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