2nm以下的芯片导线选择来源：内容由半导体行业观察

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将异质结构导入先进的芯片导线（interconnect）深具发展潜力，不同导体材料之间的接口更扮演了关键角色，但目前在整合技术上仍面临了一些挑战。因此IMEC在2021年IEEE国际芯片导线技术会议（International Interconnect Technology Conference）上提出了几种可用来延续后段制程微缩的异质整合方法。
推进芯片的后段制程技术
芯片开发商现在正持续推动前段制程的晶体管发展，但同时，后段制程的内连导线技术却面临了开发挑战，难以跟进。
后段制程的处理步骤依照不同的金属层进行安排，包含局部导线层、中间导线层、半全局和全局导线层，这些金属层之间透过通孔（via）结构互连，通孔则以金属填充。然而，每一代新制程技术所面临的布线拥塞和讯号严重延迟的问题变得越来越棘手，迫使芯片开发商必须为导线制程着想，考虑全新的整合方案和材料。
就现阶段进入量产的最先进5纳米制程来说，在关键的局部导线层，金属导线间距最短为28纳米。铜双镶嵌结构依然是导线制程中最费工耗时的步骤，但随着未来金属导线间距将微缩至21纳米以下，芯片开发商可能会逐渐淡出主流技术市场。像是IMEC就提出了一些替代的整合方案，包含通孔混合异质金属布线、半镶嵌制程，以及信道高度的零通孔结构，为往后的技术节点做好准备。
同时，其他质量因素（figure of merit）较高的导体材料也被纳入研究范围，用于前述的那些先进制程。这里说的质量因素，指的是块材电阻（bulk resistivity）与金属内部载子平均自由路径的乘积。目前备受瞩目的材料包含钴（Co）、钌（Ru）、钨（W），还有铝镍合金（AlNi）或钌钒合金（RuV3）等有序二元介金属化合物。
除此之外，研究人员也在密切关注石墨烯（graphene）的发展潜力，因为它具备优异的材料特性，现在正逐步进军（生物）感测、储能、光伏、光电和CMOS微缩等市场焦点应用。
为什么选用石墨烯？
近年来，石墨烯一直是芯片导线应用的研究重点，因为它具备发挥多种功能的发展潜力。例如，它常被当作金属材料的氧化阻障层和超薄扩散阻障层。研究人员也在评估利用多层石墨烯导线或纳米带（nanoribbon）当作替代导体的可行性。
石墨烯会在导线应用备受瞩目完全在意料之中，它具备高达200,000cm2V-1s-1的本质载子迁移率，还有108A/cm2的最高载流量。而且石墨烯的导热性佳，抗迁移韧性也具备竞争优势，还能制造出单层原子的结构，减薄组件层厚度，进而减缓RC延迟的问题。
图一 : 碳基材料与其他导线材料的特性比较表。碳基材料包含纳米碳管（carbon nanotube；CNT）、单层石墨烯（single layer graphene；SLG）和寡层石墨烯（few layer graphene；FLG）；其他受到关注的金属材料则有钨、铜和钌。
尽管石墨烯具备这些吸睛的材料特性，但却有一大缺点：它不能用来当作局部导线层，因为本身的载流子数量不够。载流子不足会严重折损导电性，但导电性却是导线性能的关键指针，与迁移率和载子浓度成比例。所以经过建模证实，如果要用于（局部）导线层，就需要在例如铜等金属混杂好几层石墨烯，至于层数多寡，则必须考虑对电阻和电容的整体影响后做出取舍。
幸运的是，我们可以利用一些方法来调变石墨烯的传导性。有关「石墨烯纳米带」的研究—也就是窄带状图形化的石墨烯层，因此蔚为风潮。另一个改良方法则从石墨烯层和下方组件层之间的角方向着手。最后，我们还能透过掺杂（doping）来增强石墨烯的导电性，如此一来，石墨烯就有更多的电子和电洞来带动电流。