Ученые из Сингапура совместно с компанией Applied Materials представили технологию создания защитного покрытия для медных межсоединений в полупроводниковых чипах. Разработанный метод основан на использовании сверхтонкой пленки из дисульфида вольфрама (WS₂), толщина которой составляет около 0,7 нанометра.
В условиях продолжающегося уменьшения размеров транзисторов и проводников производители сталкиваются с физическими ограничениями. В современных чипах медные провода, по которым передаются сигналы, требуют изоляции и адгезивного слоя для сцепления с материалом подложки. Традиционно для этих целей применяются танталовые покрытия, однако по мере миниатюризации они занимают значительную часть поперечного сечения проводника, что повышает электрическое сопротивление и снижает эффективность работы микросхем.
Предложенная пленка из дисульфида вольфрама выполняет одновременно функции барьерного и адгезивного слоя. По данным исследователей, материал обладает поликристаллической структурой с хаотичной ориентацией зерен. Такая организация создает извилистый путь для атомов меди, что препятствует их диффузии и коротким замыканиям, при этом не требуя дополнительного объема, как в случае с традиционными многослойными покрытиями.
В ходе испытаний использование WS₂ позволило снизить электрическое сопротивление в миллион раз и увеличить пропускную способность 20-нанометрового медного провода до 70%. Кроме того, прогнозируемый срок службы проводников при высоких электрических нагрузках возрос более чем в 10 раз.
Процесс нанесения покрытия осуществляется при температуре 350 °C без применения плазмы, что минимизирует риск повреждения уже сформированных структур чипа. Разработчики отмечают, что метод соответствует ключевым промышленным стандартам, включая низкотемпературный режим, равномерность нанесения на пластину, атомарный контроль толщины и высокую степень конформности покрытия в узких канавках.
По оценкам команды, новая пленка тоньше барьерных слоев, предусмотренных в актуальных отраслевых дорожных картах развития полупроводниковых технологий до 2037 года. Разработка ориентирована на внедрение в существующие производственные процессы на фоне растущего глобального спроса на микроэлектронику.