石墨烯-铜复合互连将开启芯片新时代

石墨烯-铜复合互连将开启芯片新时代

2016年12月旧金山国际电子器件大会上，斯坦福大学电气工程师H.S.Philip Wong所带领的团队发现纳米材料能够解决铜线互连所面临的主要难题——电子迁移。他们提出一项解决方案，即使用石墨烯包覆铜线。在铜线上生长石墨烯能够避免电子风造成的孔洞问题，也能增强铜线的导电能力。

Intel院士Brain认为，当前铜线互联技术的常态是降低铜线尺寸并增加电流密度以提升芯片性能，而且正面临瓶颈。当前的主要解决手段是，沟槽间先沉积氮化钽作为阻挡层再沉积铜，以阻止铜离子扩散。

Wong则认为，该手段仅在10 nm和7 nm节点前有效。随着制程演进，2 nm的阻挡层再难满足要求。业界也在寻求其他阻止铜离子扩散的衬底材料，如钌、镁等。但当到达0.3nm时，非石墨烯不可。行业长久以来极力避免引入新材料，但当前情况下引入新材料才是正道。如果铜无法满足需求，总要有新材料取而代之，如钴。

Wong团队目前正与兰姆实验室和浙江大学合作研制并测试复合互连。石墨烯与铜是一对有趣的组合：石墨烯通常需要生长在铜上进行制备。兰姆实验室已开发出了独有工艺，能够在400℃下制备复合互连而不造成芯片损伤。复合互连较之单一铜线，电子迁移能力提升10倍，电阻减小50%。

Wong认为，互连问题将持续存在，过去主要关注于晶体管，而现在导线、内存等过去从未考虑过的方向将成为制约行业发展的关键所在。

（编译 赵博）

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