La miniaturizzazione dei chip richiede nuove tecnologie di interconnessione: l'Imec studia alternative

Imec, l'istituto di ricerca internazionale per la nanoelettronica e le tecnologie digitali, ha presentato in occasione del Semicon West di San Francisco un lavoro incentrato sull'impiego di nuovi materiali, processi e architetture con lo scopo di risolvere le sfide poste dall'alta densità delle interconnessoni nei circuiti integrati, che sono divenute via via più pressanti procedendo sulla strada della miniaturizzazione.

La riduzione delle dimensioni dei transistor e, in generale, dei chip comporta una riduzione delle dimensioni - in particolare l'area di sezione - delle interconnessioni in rame con un incremento della resistenza-capacitanza e del ritardo nel segnale. I problemi di ritardo RC hanno iniziato a manifestarsi già diversi nodi tecnologici addietro, diventando sempre più ingombranti arrivando ai giorni nostri e tali da dover essere risolti pena l'impossibilità di poter procedere ulteriormente nella miniaturizzazione dei chip a causa della compromissione dei segnali.

Imec sta pensando a varie strade alternative per risolvere questi problemi. Tra le opzioni allo studio vi sono l'impiego di cosiddetti "scaling booster", come nuove architetture a celle e nuove interconnessioni caratterizzate da supervia e strutture in rame semi-damaschinate, ovvero strutture ibride tra singola e doppia damaschinatura. Le interconnessioni in rame sono infatti realizzate con un processo che ricorda quello dei lavori all'agemina (o, appunto, damaschinatura), ovvero l'incastro e l'intarsiatura di metalli. L'Imec ha inoltre cercato di sostituire il rame con altri metalli come il cobalto e il rutenio, studiando inoltre la possibilità di impiegare materiali composti.

Le interconnessioni in rame a damaschinatura doppia, cioè la tecnica che è stata usata negli ultimi vent'anni, è però ancora viva e vitale secondo Imec e potrà essere usata con successo ancora per i prossimi nodi tecnologici. L'istituto d ricerca ha annunciato di aver dato dimostrazione di poter affrontare una produzione a 5 nanometri elettricamente funzionale per interconnessioni BEOL impiegando un modulo a damaschinatura doppia con tecnica di multi-patterning.

Proseguendo oltre i 5 nanometri è il rutenio, metallo di transizione con bassa resistività, ad essere tra i candidati più promettenti per sostituire il rame come conduttore nelle inteconnessioni. Imec afferma di aver realizzato nanocavi in rutenio da un'area di sezione di 58nm². Oltre alla bassa resistività e ad un'elevata affidabilità, un altro vantaggio del rutenio è la resistenza all'ossidazione, che elimina la necessità di dover adottare una barriera di diffusione.

Imec sta valutando altre strade come l'inserimento di nanostrati autoassemblati o tecniche di signaling alternative, basandosi per esempio sulla propagazione delle onde di spin così da sfruttare lo spin dell'elettrone per trasportare il segnale.