在正在進(jìn)行的電子電路中邏輯和存儲設(shè)備小型化的過程中，減小互連的尺寸（連接芯片上不同組件的金屬線）對于保證設(shè)備的快速響應(yīng)并提高其性能至關(guān)重要。

研究工作集中在開發(fā)具有優(yōu)異絕緣性能的材料上，以使互連彼此分離。合適的材料應(yīng)作為防止金屬遷移到半導(dǎo)體中的擴(kuò)散屏障，并具有熱、化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性。

至少在過去的20年中，對這樣一種高度絕緣的材料的追求推動了半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。每當(dāng)報告具有所需特性的材料時，由于機(jī)械性能不佳或集成時化學(xué)穩(wěn)定性不足，系統(tǒng)地?zé)o法成功地將它們集成到互連中，從而導(dǎo)致可靠性失敗。

西班牙ICN2和英國劍橋大學(xué)的Graphene Flagship 研究人員與蔚山國立科學(xué)技術(shù)學(xué)院（UNIST）和韓國三星高級技術(shù)學(xué)院合作，準(zhǔn)備和研究非晶態(tài)氮化硼的超薄薄膜（a-BN）具有極低的介電特性，高擊穿電壓和優(yōu)異的金屬阻擋性能。這種新制造的材料作為下一代電子電路中的互連絕緣體具有巨大的潛力。

研究人員報道了非晶態(tài)氮化硼（a-BN）薄膜的大規(guī)模合成，這種材料顯示出創(chuàng)紀(jì)錄的低介電特性。換句話說，非晶硼氮化物是高性能電子產(chǎn)品應(yīng)用的絕佳選擇。

研究人員認(rèn)為，“他們的研究結(jié)果表明，非晶氮化硼對高性能電子產(chǎn)品具有出色的低κ介電特性。” 該研究發(fā)表在科學(xué)雜志《自然》上。

根據(jù)該論文，研究人員使用硅襯底和電感耦合等離子體化學(xué)氣相沉積法合成了厚度僅為3納米毫米的a-BN層。所得材料顯示出極低的介電常數(shù)，非常接近1。

此外，在非常苛刻的條件下對這種新材料進(jìn)行的擴(kuò)散阻擋層測試也表明，它可以防止金屬原子從互連體遷移到絕緣體中。這些特性與高擊穿電壓一起使a-BN在實際的電子應(yīng)用中非常有吸引力。

“層狀材料的無定形形式，如h-BN是一個新興的研究領(lǐng)域。這一發(fā)現(xiàn)表明，來自世界各地的多個機(jī)構(gòu)之間的合作如何能夠?qū)е戮哂兄卮蠹夹g(shù)意義的突破性研究，”Graphene Flagship 合作伙伴英國劍橋大學(xué)的Manish Chhowalla說。

Chhowalla是UNIST的客座教授，他幫助監(jiān)督了該項目，并與UNIST和三星的團(tuán)隊緊密合作，設(shè)計，試驗和解釋了結(jié)果。

來自西班牙Graphene Flagship合作伙伴ICN2的Stephan Roche小組進(jìn)行了理論和計算計算，可以解釋a-BN膜的結(jié)構(gòu)和形態(tài)特性以及介電響應(yīng)。“我們的計算有助于確定a-BN優(yōu)異性能的關(guān)鍵因素：BN鍵的非極性特征以及缺乏防止偶極排列的有序性。此模擬結(jié)果有助于理解這種非晶態(tài)材料的結(jié)構(gòu)形態(tài)并解釋其卓越的介電性能。” Stephan Roche說。

Graphene Flagship產(chǎn)品使能材料負(fù)責(zé)人MarGarcía-Hernández表示：“這項出色的工作揭示了未來的發(fā)展道路。目前鑄造廠的技術(shù)或基于分層材料的新技術(shù)之間沒有兩難選擇，遵循的路線是兩者的整合。A-BN可以為CMOS集成電路制造中長期存在的互連問題提供解決方案，使電子設(shè)備進(jìn)一步小型化，因為它結(jié)合了對超低k電介質(zhì)的所有要求，并具有出色的機(jī)械性能，高密度以及化學(xué)和熱穩(wěn)定性。這一結(jié)果鼓勵尋找能夠為挑戰(zhàn)性問題提供新解決方案的新型無定形層狀材料。”

“晶體h-BN在層狀材料光子學(xué)和光電子學(xué)中起著關(guān)鍵作用。對A-BN進(jìn)行了多年研究，當(dāng)厚度接近剝離層狀材料時，本文顯示出令人鼓舞的電子性能。優(yōu)點是大面積沉積相較于晶體晶體，它更容易實現(xiàn)。非晶態(tài)超薄膜加入了層狀和二維材料族，因此，本文將是探索這一新的有希望的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的眾多論文中的第一個。”Graphene Flagship產(chǎn)品的科學(xué)技術(shù)官兼管理小組主席Ferrari如是說。

總而言之，這對于電子供應(yīng)鏈而言是令人振奮的消息，并且代表著電子未來的重大成就。

來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察

責(zé)任編輯：haq