比利时鲁汶（Leuven），2023年5月23日，在2023年IEEE国际互连技术会议（2023 IEEE IITC）上，纳米电子和数字技术领域的世界领先研究和创新中心IMEC提供了一份实验证据，表明在300mm硅晶圆上，薄导体膜的电阻率可以低于Cu和Ru，这两种金属目前用于互连金属化。例如，经过晶粒尺寸工程处理后，7.7nm厚度的NiAl二元合金的电阻率可以低至11.5µOhm.cm。这些结果是实现线宽小于10nm的低电阻互连的里程碑。
为了跟上持续的器件缩放，最关键的金属互连线宽度在最先进的逻辑和存储芯片中很快接近10纳米。在这些小尺寸下，Cu的电阻率急剧增加，并且其可靠性下降。这迫使金属互联寻找替代Cu金属化方法。虽然最初的关注点在金属元素上，但随后的探索已经扩展到二元金属化合物，这是IMEC在2018年IITC会议上发起的。
IMEC建立了一种独特的基于从头计算的方法来选择最有前途的材料，其中电荷载流子的体材料电阻率和平均自由程（r0 x l）的乘积是其中的一个主要优点。这个理论评估是进一步在300mm晶圆上进行实验工作的起点。IMEC的纳米互联研究员和计划总监ZsoltTőkei表示：“为了更好地理解和模拟选择的二元合金在小尺寸下的电阻行为，我们在2023 IEEE IITC会议上引入了一个有效电阻率，该电阻率考虑了组成变化和顺序和无序的影响。进一步的分析表明，二元合金薄膜的电阻率是由于薄导体膜中固有的小晶粒尺寸导致的晶界散射所主导的，而对于较厚的膜，则无序贡献更大。”
在NiAl的化学计量比的实例研究中，7.7nm薄膜上测量到的电阻率低至11.5µOhm.cm，比Cu低23%。在后端线（BEOL）兼容温度下，在Ge外延层上沉积50nm厚的大晶粒NiAl膜，然后进行稀释实验，从而实现了这一成果。这些实验保留了较大的晶粒尺寸（45.7nm），因此减少了晶界散射对电阻率的影响。ZsoltTőkei表示：“在300mm晶圆上存在低电阻薄导体膜的实验证明了我们在二元和三元合金搜索方面的继续努力。同时，我们研究合金的组成控制及其与未来基于减法蚀刻的金属化方案的集成兼容性。”
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