ナノスケール材料：超低誘電率非晶質窒化ホウ素
Nature 582, 7813 doi: 10.1038/s41586-020-2375-9
RC（抵抗容量）遅延の増大による処理速度の低下が、電子機器の小型化の大きな障害となっている。デバイスの小型化には、インターコネクト（チップ上のさまざまな電子部品を接続する金属配線）の寸法の最小化が不可欠である。インターコネクトは、非導電性（誘電体）層によって互いに絶縁されている。CMOS（相補型金属酸化膜半導体）に相性の良い低温蒸着法を用いて誘電体を集積することは技術的に困難であるため、これまでの研究では、小型化したインターコネクトの抵抗を下げることに主に重点が置かれてきた。インターコネクトの絶縁材料は、比誘電率（κ値）が低く、金属の半導体への移動に対して拡散バリアとして機能し、熱的、化学的、機械的に安定でなければならない。具体的には、IRDS（国際デバイスおよびシステムロードマップ）において、2028年までにκ値が2未満の誘電体を開発することが推奨されている。既存の低κ材料（酸化ケイ素誘導体、有機化合物、エアロゲルなど）は、κ値が2より大きく、熱機械的特性が不十分である。今回我々は、κ値が、動作周波数100 kHzで1.78、1 MHzで1.16（空気の値κ = 1に近い）の、厚さ3 nmの非晶質窒化ホウ素膜について報告する。この薄膜は機械的かつ電気的に堅牢で、絶縁破壊強さが7.3 MV cm−1と、要求される値を上回る。断面像からは、非晶質窒化ホウ素が非常に過酷な条件下でコバルト原子のケイ素中への拡散を阻止していることが明らかになった。これは他のバリアを用いた場合とは対照的である。今回の結果は、非晶質窒化ホウ素が高性能な電子機器向けに優れた低κ誘電特性を持つことを実証している。
