🇸🇬 Исследователи из Сингапура разработали ультратонкий low-k-диэлектрик толщиной 0,8 нм
В Nature Electronics опубликована работа по аморфному углеродному диэлектрику с диэлектрической проницаемостью k = 1,35, которая сохраняется вплоть до толщины 0,8 нм.
Обычные low-k-диэлектрики плохо масштабируются до атомарных толщин. Пористые материалы могут давать низкую диэлектрическую проницаемость, но теряют механическую устойчивость и хуже работают как барьер против диффузии металлов. Более плотные аморфные пленки прочнее, но при уменьшении толщины их k обычно растет. В результате для дальнейшего масштабирования КМОП нужен материал, который одновременно сохраняет низкую k, механическую прочность и барьерные свойства на толщине менее 3 нм.
🔗 Предложенный материал представляет собой аморфную углеродную пленку с преобладанием sp²-связей. Авторы называют предельно тонкую форму материала monolayer amorphous carbon, или MAC. В эксперименте пленки сохраняли k = 1,35 ± 0,10 почти без зависимости от толщины, частоты и напряжения.
Технологически наиболее интересен способ формирования материала. Исследователи модифицировали процесс CVD: заменили метан ацетиленом и добавили удаленный источник индуктивно связанной плазмы. Это позволило перейти от самоограниченного роста одного атомного слоя на металлических поверхностях к контролируемому конформному осаждению на различных материалах. Процесс проводится при температуре ниже 300 °C и продемонстрирован на пластинах диаметром 100 мм.
🔬 Толщину пленки удалось контролировать в диапазоне примерно от 0,8 до 2,7 нм. Материал равномерно формировался на SiO₂, меди, кобальте, а также на структурах с траншеями и металлическими линиями. Это важно для межсоединений, где диэлектрик должен покрывать сложный рельеф без разрывов на углах и границах материалов.
⚡️ Электрическая прочность пленки составила 28–31 МВ/см. Материал также показал барьерные свойства против диффузии ионов металлов: расчетное время до отказа для пленки толщиной 0,8 нм превышает 10¹⁰ секунд. По данным авторов, это более чем на два порядка выше, чем у TaN, который сейчас используется как промышленный диффузионный барьер.
📍 Главный практический смысл работы — возможность заменить более сложные многослойные структуры в межсоединениях. Сейчас low-k-диэлектрик, барьер, лайнеры и защитные слои формируются отдельно и занимают заметную часть объема межсоединения. Аморфный углеродный диэлектрик потенциально может объединить несколько функций в одном ультратонком конформном слое: снижать паразитную емкость, работать как диэлектрик и одновременно ограничивать диффузию металлов.
#ЭлМаш #технологии
В Nature Electronics опубликована работа по аморфному углеродному диэлектрику с диэлектрической проницаемостью k = 1,35, которая сохраняется вплоть до толщины 0,8 нм.
Обычные low-k-диэлектрики плохо масштабируются до атомарных толщин. Пористые материалы могут давать низкую диэлектрическую проницаемость, но теряют механическую устойчивость и хуже работают как барьер против диффузии металлов. Более плотные аморфные пленки прочнее, но при уменьшении толщины их k обычно растет. В результате для дальнейшего масштабирования КМОП нужен материал, который одновременно сохраняет низкую k, механическую прочность и барьерные свойства на толщине менее 3 нм.
🔗 Предложенный материал представляет собой аморфную углеродную пленку с преобладанием sp²-связей. Авторы называют предельно тонкую форму материала monolayer amorphous carbon, или MAC. В эксперименте пленки сохраняли k = 1,35 ± 0,10 почти без зависимости от толщины, частоты и напряжения.
Технологически наиболее интересен способ формирования материала. Исследователи модифицировали процесс CVD: заменили метан ацетиленом и добавили удаленный источник индуктивно связанной плазмы. Это позволило перейти от самоограниченного роста одного атомного слоя на металлических поверхностях к контролируемому конформному осаждению на различных материалах. Процесс проводится при температуре ниже 300 °C и продемонстрирован на пластинах диаметром 100 мм.
🔬 Толщину пленки удалось контролировать в диапазоне примерно от 0,8 до 2,7 нм. Материал равномерно формировался на SiO₂, меди, кобальте, а также на структурах с траншеями и металлическими линиями. Это важно для межсоединений, где диэлектрик должен покрывать сложный рельеф без разрывов на углах и границах материалов.
⚡️ Электрическая прочность пленки составила 28–31 МВ/см. Материал также показал барьерные свойства против диффузии ионов металлов: расчетное время до отказа для пленки толщиной 0,8 нм превышает 10¹⁰ секунд. По данным авторов, это более чем на два порядка выше, чем у TaN, который сейчас используется как промышленный диффузионный барьер.
📍 Главный практический смысл работы — возможность заменить более сложные многослойные структуры в межсоединениях. Сейчас low-k-диэлектрик, барьер, лайнеры и защитные слои формируются отдельно и занимают заметную часть объема межсоединения. Аморфный углеродный диэлектрик потенциально может объединить несколько функций в одном ультратонком конформном слое: снижать паразитную емкость, работать как диэлектрик и одновременно ограничивать диффузию металлов.
#ЭлМаш #технологии