Аморфний вуглець товщиною 0,8 нм став наднизькодіелектричним ізолятором для майбутніх чипів
Атомарно тонкий аморфний вуглець показав діелектричну проникність близько 1,35 і зберіг властивості при товщині приблизно 0,8 нм.
У надщільному чипі навіть ідеальний транзистор може втратити перевагу через металеві міжз’єднання. Коли дві лінії розташовані дуже близько, паразитна ємність уповільнює перемикання і змушує витрачати додаткову енергію на кожен заряд-розряд. Тому матеріал між провідниками стає таким само важливим, як матеріал самого каналу.
Що перевірятиме напівпровідникове виробництво
Матеріал одночасно працює як ultralow-k ізолятор і як бар’єр для дифузії металевих іонів. Це важливо, коли відстані між провідниками в чипі стають меншими за 10 нм.
Значення k близько 1,35 наближається до гранично низької поляризовності для щільної твердої плівки. Водночас аморфний вуглець не потребує великої пористості, яка зазвичай робить low-k шари крихкими. Комбінація електричної ізоляції та diffusion barrier може ще й скоротити кількість окремих технологічних шарів.
Практичний сенс і наступні кроки
Менші паразитні ємності можуть знизити затримки й енергоспоживання міжз’єднань у майбутніх CMOS-вузлах.
Промисловість перевірятиме такий матеріал у вузьких траншеях і складних тривимірних профілях, а не лише на плоскій тестовій структурі. Conformal growth, адгезія до міді чи інших металів, стійкість до плазмової обробки й дефектність на 300-мм пластині визначать практичну цінність сильніше за рекордне k.
Потрібно перевірити рівномірне нанесення на пластини, сумісність із травленням і металізацією, дефекти та термоциклічну стабільність.
Для міжз’єднань важлива ще й сумісність із міддю: low-k шар не повинен пропускати металеві іони та деградувати біля контактів. Якщо одна 0,8-нм плівка одночасно ізолює і блокує дифузію, стек можна спростити. Менше окремих шарів означає менше інтерфейсів, де накопичуються дефекти.
Окремою метрикою для цієї розробки стане інтеграція міжз’єднань. Саме її варто порівнювати між наступними поколіннями прототипів, бо вона покаже, чи зберігається перевага після переходу від одиничного експерименту до тривалої роботи в системі з реальними зовнішніми навантаженнями.
