寿命延长2500%！南加大成功提高纳米电子元件耐久性，进一步促进半导体制造

电迁移是一种现象，即电流通过导体时导致材料的原子级侵蚀，最终导致设备故障。传统的半导体技术通过使用屏障或衬垫材料来应对这一挑战，但这占用了晶圆上的宝贵空间，而这些空间本来可以用来装入更多的晶体管。南加州大学机械工程系助理教授Michael Cai Wang的方法实现了同样的目标，但使用的是世界上最薄的材料，即二维（2D）材料。

南佛罗里达大学的研究人员最近开发了一种新的方法来减轻在最先进的集成电路中无处不在的纳米级电子互连的电迁移。这是通过用六方氮化硼（hBN）涂抹铜金属互连体来实现的，六方氮化硼是一种原子厚度的绝缘二维（2D）材料，与“神奇材料”石墨烯的结构相似。

在他们最近发表在《先进电子材料》杂志上的研究中，研究团队通过线后（BEOL）兼容方法用单层hBN钝化的铜互连，使用单层hBN作为屏障材料的新型封装策略能够进一步扩大器件密度和摩尔定律的进展。

作为参考，一纳米是人类头发厚度的1/60,000，而一欧格斯特是一纳米的十分之一。操纵如此薄的二维材料需要极高的精度和细致的处理。

与其他相同的控制设备相比，使用新技术的设备寿命延长2500%以上，电流密度提高20%以上。这一改进，再加上与传统的阻隔/衬垫材料相比，hBN超乎寻常的薄度，使得集成电路的密度进一步提高。这些发现将有助于提高器件效率和降低能耗。

随着对电动汽车和自动驾驶的需求不断增加，对更有效的计算的需求也成倍增长。更高的集成电路密度和效率的承诺将使开发更好的ASIC（特定应用集成电路）成为可能，以满足这些新兴的清洁能源需求。

一辆普通的现代汽车有数百个微电子元件，这些微小但关键的元件的重要性在最近的全球芯片短缺中得到了特别强调。使这些集成电路的设计和制造更加有效，将是缓解未来可能出现的供应链中断的关键。研究团队现在正在研究如何将他们的工艺加快到工厂规模。

“我们的发现并不仅仅局限于半导体研究中的电气互连。我们能够实现如此大幅度的互连器件改进，意味着二维材料也可以应用于其他各种情况。”Wang补充说。

这项研究的发现开辟了新的可能性，可以帮助推进未来的半导体和集成电路的制造。

参考资料：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-06/uosf-nmt060121.php