New-Tech Magazine | March 2023 | Digital Edition

האם סגסוגות בינאריות או שלישוניות יכולות לרשת את הנחושת כמוליך במחברי הביניים של העתיד?

Geoffrey Pourtois, Christoph Adelmann & Zsolt Tőkei, IMEC

נתון מעניין הוא שבעוד שנחושת צפויה להציג את הביצועים הגרועים ביותר בגדלים ), רותניום Co זעירים, כשמתכות כמו קובלט ( ) ומוליבדן Ir ), אירידיום ( Rh ), רודיום ( Ru ( ,] 1 ) צפויות להציג ביצועים טובים יותר [ Mo ( דווקא בשבבים גדולים יותר, ההתנגדות של המתכות החלופיות האלו גבוהה יותר מזאת של נחושת. מכיוון שהתנגדותן גדלה לאט יותר מזאת של נחושת ככל שגודל הרכיב קטן, הן מועמדות מבטיחות יותר לשמש ברכיבים זעירים. עם זאת, התנגדות היא לא השיקול היחיד וחלק מהמתכות הטהורות נפסלו בשל שיקולים כמו מחירן או ההשפעה השלילית של כרייתן על הסביבה. להרחיב imec לפני כחמש שנים, החליטה את המחקר ממתכות טהורות לסגסוגות. המטרה הייתה לענות על השאלה האם אפשר למצוא סגסוגת בינאריות ו/או שלישוניות (תרכובות בין מתכתיות) שלהן התנגדות ואמינות טובות יותר מאלו של נחושת ומתכות טהורות נוספות בגדלים זעירים? והאם השימוש בהן מבטל את סגסוגות כמוליך: תחום מחקר חדש

אולם, המשך מזעור השכבות בכל דור חדש של מוליכים למחצה יוביל בסופו של דבר לכך שרוחבן של השכבות המקומיות לא ננומטר. לרוע המזל, בממדים 10 יעלה על הזעירים האלה ההתנגדות של הנחושת גדלה באופן משמעותי ופוגעת בביצועי השבבים. כמו כן, נחושת זקוקה לשכבת מעטפת, שכבת מחסום ולמכסה, כדי לשמור על אמינותה. השכבות הנוספות האלו מפחיתות את נדידת המטענים החוצה אל החומר הדיאלקטרי שמקיף את הנחושת (ובשל כך גם את הסיכון לפריצת הבידוד) ומבטיחות היצמדות טובה. עוביין של השכבות האלו (שלהן בדרך כלל התנגדות גבוהה) מקשה על המשך מזעור מחברי הביניים. הן תופסות יותר מדי מקום מבלי לתרום תרומה משמעותית למוליכות. הדאגה בשל התנהגותה של הנחושת עם המשך המזעור חייבה את קהילת פיתוח מחברי הביניים להתחיל לחפש מתכות חלופיות ושיטות מטליזציה חדשות. בתחילה, התמקד החיפוש במתכות טהורות, מכיוון שהן המוליכים הפשוטים ביותר ותוכנותיהן ידועות ומתועדות היטב.

שיטה ייחודית לחקר מתכות חלופיות לבניית מחברי ביניים בעידן האנגסטרום. לפני כחמש שנים, התחילו החוקרים ב־ ■ לחקור סגסוגות בינאריות ושלישוניות imec כתחליף לנחושת בתהליכי הייצור של מחברי ביניים בעתיד, וכך יצרו תחום מחקר חדש לגמרי. אחת מאבני היסוד של תהליך החיפוש ■ הוא סינון חומרים לא מתאימים, ולכן פיתחו שיטה מיוחדת לדירוג imec החוקרים ב־ החומרים כך שיישארו רק עם מועמדים מבטיחים. במאמר זה, נתאר את השיטה המוצעת, ■ נעבור על התוצאות הראשוניות ונביט אל העתיד. האם זהו סוף עידן הנחושת? מאז אמצע שנות התשעים, נחושת היא המלכה הבלתי מעורערת בתחום ייצור מחברי ביניים וקדחי מעבר בטכנולוגיית . מאז ועד היום, לא נמצא חומר אמין BEOL או בעל מוליכות טובה יותר מנחושת, בייצור כפולה ולכן לא Damascene בשיטת שיקוע עלה הצורך להחליפה.

New-Tech Magazine l 56