比利時微電子研究中心（IMEC）於 2021 年國際互連技術會議（IITC 2021）時展示 1 奈米製程技術構建矽晶片過程使金屬互連的新方法，解決 1 奈米製程技術互連發熱問題，也顯示 1 奈米製程進展有譜。
外媒報導，IMEC 展示採用鋁二元化合物實驗，重點是電阻率，理想配比狀態下的 AlCu 和 Al2Cu 薄膜，電阻率低至 9.5μΩ*cm。實驗結果支持將 AlCu 和 Al2Cu 在先進半鑲嵌互連整合方案當作新導體的可能性，使它們與氣隙結合，提高性能。然而這種組合的焦耳熱效應會越來越重要。
將邏輯製程技術線路圖縮小到 1 奈米以下節點，需在後端最關鍵半導體層引入新導電材料。由於鋁和釕（Ru）電阻率低於銅、鈷或鉬等傳統元素金屬，可能對 1 奈米製程節點以下晶片性能有影響。
IMEC 也研究 AlNi、Al3Sc、AlCu 和 Al2Cu 等鋁化物薄膜電阻率，20 奈米以上厚度時，所有 PVD 沉積薄膜都顯示出與鉬相當或低於鉬的電阻率。28 奈米 AlCu 和 Al2Cu 薄膜則達成 9.5μΩ*cm 最低電阻率，低於 Cu 的表現。實驗還驗證控制薄膜理想狀態，防止表面氧化是研究鋁化物的挑戰。
IMEC 設想在先進半鑲嵌製程使用這些金屬間化合物，需直接蝕刻金屬，以獲得更高縱橫比的線條。IMEC 發現在金屬線間逐漸引入部分或全部氣隙，可改善 RC 延遲，用電隔離氣隙代替傳統低 k 電介質，有望降低按比例縮放的電容。但氣隙導熱性極差，需格外關注操作條件下的焦耳熱效應。
IMEC 也透過在局部 2 層金屬互連層校準測量焦耳熱，並藉由建模將結果投射到 12 層後端連線（BEOL）結構，量化難題。研究預測，氣隙會使溫度升高 20%，也發現金屬線密度有重要作用，因較高金屬密度有助減少焦耳熱。
IMEC 研究員兼奈米互連專案總監 Zsolt Tokei 表示，這些發現是改進半鑲嵌金屬化方案，成為 1 奈米以下互連選項的關鍵。IMEC 正透過其他選項擴展互連路線圖，包括混合金屬化和新中線方案，同時也解決與製程技術整合和可靠性相關的挑戰。
(首圖來源：IMEC)
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