石墨烯-銅復合互連將開啟芯片新時代

石墨烯-銅復合互連將開啟芯片新時代

2016年12月舊金山國際電子器件大會上，斯坦福大學電氣工程師H.S.Philip Wong所帶領的團隊發現納米材料能夠解決銅線互連所面臨的主要難題——電子遷移。他們提出一項解決方案，即使用石墨烯包覆銅線。在銅線上生長石墨烯能夠避免電子風造成的孔洞問題，也能增強銅線的導電能力。

Intel院士Brain認為，當前銅線互聯技術的常態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，以阻止銅離子擴散。

Wong則認為，該手段僅在10 nm和7 nm節點前有效。隨著制程演進，2 nm的阻擋層再難滿足要求。業界也在尋求其他阻止銅離子擴散的襯底材料，如釕、鎂等。但當到達0.3nm時，非石墨烯不可。行業長久以來極力避免引入新材料，但當前情況下引入新材料才是正道。如果銅無法滿足需求，總要有新材料取而代之，如鈷。

Wong團隊目前正與蘭姆實驗室和浙江大學合作研制并測試復合互連。石墨烯與銅是一對有趣的組合：石墨烯通常需要生長在銅上進行制備。蘭姆實驗室已開發出了獨有工藝，能夠在400℃下制備復合互連而不造成芯片損傷。復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認為，互連問題將持續存在，過去主要關注于晶體管，而現在導線、內存等過去從未考慮過的方向將成為制約行業發展的關鍵所在。

（編譯 趙博）

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