石墨烯-銅復(fù)合互連將開啟芯片新時(shí)代

2016年12月舊金山國(guó)際電子器件大會(huì)上，斯坦福大學(xué)電氣工程師H.S.Philip Wong所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)納米材料能夠解決銅線互連所面臨的主要難題——電子遷移。他們提出一項(xiàng)解決方案，即使用石墨烯包覆銅線。在銅線上生長(zhǎng)石墨烯能夠避免電子風(fēng)造成的孔洞問(wèn)題，也能增強(qiáng)銅線的導(dǎo)電能力。

Intel院士Brain認(rèn)為，當(dāng)前銅線互聯(lián)技術(shù)的常態(tài)是降低銅線尺寸并增加電流密度以提升芯片性能，而且正面臨瓶頸。當(dāng)前的主要解決手段是，溝槽間先沉積氮化鉭作為阻擋層再沉積銅，以阻止銅離子擴(kuò)散。

Wong則認(rèn)為，該手段僅在10 nm和7 nm節(jié)點(diǎn)前有效。隨著制程演進(jìn)，2 nm的阻擋層再難滿足要求。業(yè)界也在尋求其他阻止銅離子擴(kuò)散的襯底材料，如釕、鎂等。但當(dāng)?shù)竭_(dá)0.3nm時(shí)，非石墨烯不可。行業(yè)長(zhǎng)久以來(lái)極力避免引入新材料，但當(dāng)前情況下引入新材料才是正道。如果銅無(wú)法滿足需求，總要有新材料取而代之，如鈷。

Wong團(tuán)隊(duì)目前正與蘭姆實(shí)驗(yàn)室和浙江大學(xué)合作研制并測(cè)試復(fù)合互連。石墨烯與銅是一對(duì)有趣的組合：石墨烯通常需要生長(zhǎng)在銅上進(jìn)行制備。蘭姆實(shí)驗(yàn)室已開發(fā)出了獨(dú)有工藝，能夠在400℃下制備復(fù)合互連而不造成芯片損傷。復(fù)合互連較之單一銅線，電子遷移能力提升10倍，電阻減小50%。

Wong認(rèn)為，互連問(wèn)題將持續(xù)存在，過(guò)去主要關(guān)注于晶體管，而現(xiàn)在導(dǎo)線、內(nèi)存等過(guò)去從未考慮過(guò)的方向?qū)⒊蔀橹萍s行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵所在。

（編譯 趙博）

原文：IEEE Spectrum By Katherine Bourzac，2017-1-6