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46 Elektronik 06 2020 Mikroelektronik Zsolt Tokei Ph Dist Program Director für Nano-Interconnects beim IMEC Er kam 1999 zum IMEC und hat seitdem mehrere technikbezogene Positionen eingenommen zunächst als Prozessingenieur und Forscher auf dem Gebiet des Lowk-CuInterconnect Anschließend leitete er die Metal Section Später wurde er leitender Wissenschaftler und Program Director für Nano-Interconnects Tokei hat 1994 sein Physikstudium an der Kossuth Universität Debrecen in Ungarn mit dem Master abgeschlossen Im Rahmen einer zweifach begutachteten Doktorarbeit an der ungarischen Kossuth Universität und der französischen Universität Aix Marseille-III erwarb er 1997 seinen Ph D - Grad in Physik und Materialwissenschaft 1998 begann er seine Tätigkeit als Postdoc am Max-Planck-Institut in Düsseldorf Beim IMEC setzte er seine Arbeit mit einer Reihe von Interconnect-Themen fort einschließlich Skalierung Metallisierung elektrische Charakterisierung Modul-Integration Zuverlässigkeit und Systemaspekte zsolt tokei@imec be nach alternativen Metallen wurde eine Kennzahl FOM definiert um eine Rangliste der Kandidaten zu ermöglichen Diese FOM definiert als das Produkt aus dem spezifischen Widerstand und der mittleren freien Weglänge der Ladungsträger im Metall wird mittlerweile von der wissenschaftlichen Gemeinschaft als ein guter Startpunkt für die Bewertung gesehen mit Cu Wund Co als Referenzmaterialien Das Metall mit der niedrigsten FOM ist Rhodium Rh gefolgt von Platin Pt Iridium Ir Nickel Ni Ruthenium Ru Molybdän Mo und Chrom Cr Die Rangliste enthält allerdings keine Metrik in Bezug auf die Kosten die Empfindlichkeit gegenüber dem Tempern oder der Adhäsion auf dem Dielektrikum So zeigen Ir und Rh beispielsweise eine sehr schwache Adhäsion gegenüber dem Dielektrikum und besonders Rh ist sehr teuer sogar teurer als Gold Au Auf der experimentellen Seite hat das IMEC unter anderem demonstriert dass Mo ein sehr viel versprechendes Material für Chip-Verbindungen ist besonders als potenzieller Ersatz für Win stark miniaturisierten Dimensionen Bild 5 Die Arbeiten an alternativen Metallen wurden von den IMECWissenschaftlern ebenfalls auf der IITC 2019 vorgestellt Das Team befasste sich auch mit binären und ternären Verbindungen als Alternativen für die konventionellen Leitermaterialien Speziell die sogenannten MAX-Phasen verhalten sich besser als reine Elemente und eröffnen damit eine Gelegenheit für weitere Forschungen MAX-Phasen sind geschichtete Strukturen die aus einem frü hen Übergangsmetall Meinem Element der A-Gruppe Aund Kohlenstoff oder Stickstoff Xbestehen Schließlich lässt sich der spezifische elektrische Widerstand von Metallen wie Ru auch durch das Abdecken der Leiterbahnen mit Graphen verringern einem nur eine Atomlage dicken Material mit hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit sowie hoher Stromtragfähigkeit Auf der IITC 2019 hat das IMEC den niedrigeren elektrischen Widerstand und die höhere thermische Stabilität von Ru-Drähten mit GraphenEinkapselung demonstriert Diese Ergebnisse zeigen einen möglichen Entwicklungspfad für hybride Kohlenstoff Metall-Verbindungsleitungen auf Zusätzliche Funktionen in der Metallisierung Auf der Zwischenebene von der M6-auf die M8-Lage ist die Dichte der Durchkontaktierungen bei fortschrittlichen Chips relativ gering Das ermöglicht die Schaffung und Nutzung von freien Räumen die sich zur Implementierung kleiner Transistoren eignen Hinreichend kleine und temperaturkompatible Dünnschichttransistoren können diesen Zweck erfüllen Das ermöglicht es zusätzliche Funktionen in die Metallisierungslagen zu integrieren Bild 6 Die Ziel-Applikationen liegen in der ICinternen Stromversorgung sowohl für Serverals auch für MobilfunkICs in dualen VT -Logikschaltungen in FPGAs mit großen SRAM-Arrays in Ein-Ausgängen mit Pegelumsetzern und in Signalpuffern für neuromorphische Konzepte Auch der Einsatz Bild 6 Dünnschichttransistoren integriert in die Zwischenebene der Metallisierungslagen zwischen M6 und M8 werden im BEOL der Halbleiterprozessierung erzeugt Bild IMEC in DRAM-Speicherbausteinen oder zum Auswählen nichtflüchtiger Speicher ist möglich Der ultimative Wunschtraum sind Signalverstärker Repeater die in den gegenwärtigen IC-Entwürfen einen großen Raum einnehmen Doch dafür sind sowohl nals auch pleitende TFTs erforderlich wobei letztere nicht weit genug für eine reale Implementierung fortgeschritten sind Andere Herausforderungen sind die Zuverlässigkeit der Reifegrad der CMOS-Prozesstechnik sowie die Kosten obwohl bei diesen großzügigen Dimensionen die einfache Single-Print-Immersionslithografie eingesetzt werden kann um das Verfahren kosteneffektiv einzusetzen Das IMEC-Team hat kürzlich einen Demonstrator mit funktionsfähigen Indium-Gallium-Zinkoxid-TFTs IGZO auf einem 300-mm-Wafer mit geringem Leckstrom auch bei erhöhter Temperatur präsentiert hs