Металлизация соединений — основа передачи сигналов и тока в микросхемах. Медь долгое время была главным материалом благодаря технологии Damascene, но на масштабах 14 нм и меньше ее сопротивление резко растет из-за рассеивания электронов на границах зерен и поверхностях. Чем тоньше линия, тем сильнее медь «тормозит» ток.

Формула проста: сопротивление нанометрового проводника зависит от произведения удельного сопротивления металла (ρb) и длины свободного пробега электронов (λ). У кобальта, рутения, родия и молибдена это значение меньше, чем у меди, плюс их температура плавления выше — а значит, они устойчивее к электромиграции.

Кобальт особенно перспективен: он дешевле аналогов и легко наносится гальваническим методом.

Но чтобы добиться равномерного заполнения микросхемных «канавок», нужны органические добавки — например, MBIS (сульфонат меркаптобензимидазола). Ученые впервые изучили, как MBIS ведет себя на поверхности кобальта, комбинируя методы in situ-спектроскопии, кварцевого микровеса и компьютерного моделирования.

Оказалось, молекулы MBIS встают на поверхность почти вертикально, блокируя активные участки для осаждения кобальта и усиливая выделение водорода. Покрытие динамически реагирует на изменение pH и потенциала — это объясняет, почему в глубоких «ямках» кобальт осаждается быстрее, чем на плоских участках.

Исследование не только раскрыло механизм работы добавок, но и заложило основу для точного моделирования процессов напыления.

Результаты опубликованы в издании Science China Chemistry.

Это прорыв в понимании химии гальванических процессов. Зная, как добавки вроде MBIS влияют на осаждение кобальта, можно:

• Точно настраивать состав электролитов для бездефектного заполнения наноструктур.
• Снижать энергозатраты за счет контроля побочных реакций (например, выделения водорода).
• Разрабатывать новые добавки без метода проб и ошибок.

Для индустрии это значит более дешевые и надежные чипы.

Хотя работа детально описывает механизм MBIS, она не отвечает на ключевой вопрос: как добиться такой же эффективности с нетоксичными добавками? Сульфгидрильные группы (—SH) в составе MBIS — потенциальный источник проблем для экологии производства.

Ранее ученые испытали кобальт в качестве катализатора для производства водорода.