Cette semaine, au 2018 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), imec, le pôle mondial de recherche et d'innovation en nanoélectronique et technologies numériques, présente une plate-forme de plaquettes de 300 mm pour les dispositifs MOSFET avec des matériaux 2D. Les matériaux 2D pourraient ouvrir la voie à une mise à l'échelle extrême des dimensions de l'appareil, car ils sont atomiquement précis et souffrent peu des effets de canal court. D'autres applications possibles des matériaux 2D pourraient provenir de leur utilisation comme commutateurs dans le BEOL, qui met une limite supérieure sur le budget de température autorisé dans le flux d'intégration.

La plate-forme imec s'intègre en tant que canal de transistor WS2, un matériau 2-D qui promet un courant ON plus élevé par rapport à la plupart des autres matériaux 2-D et une bonne stabilité chimique. Imec rapporte ici pour la première fois la croissance MOCVD de WS2 sur des plaquettes de 300 mm, une étape clé du processus de fabrication de dispositifs. L'approche de synthèse MOCVD permet un contrôle de l'épaisseur avec une précision monocouche sur la totalité de la plaquette de 300 mm et une mobilité potentiellement la plus élevée. Les avantages de la croissance MOCVD se font au prix d'une température élevée lors de la croissance du matériau.

Pour créer un flux d'intégration d'appareils qui pourrait être compatible avec les exigences BEOL, le transfert du matériau de canal d'un substrat de croissance à une plaquette de dispositif est crucial. Imec est le premier à faire la démonstration d'un transfert de matériau 2D monocouche complet de 300 mm, ce qui est très difficile en soi en raison de la faible adhérence des matériaux 2D sur la plaquette de l'appareil et de l'extrême finesse du matériau transféré :0,7 nm ! Le processus de transfert a été développé en collaboration avec SUSS MicroTec et Brewer Science en utilisant des technologies de liaison et de décollement temporaires. Les plaquettes WS2 sont temporairement liées aux plaquettes porteuses de verre à l'aide d'un matériau spécialement formulé (Brewer Science). Prochain, la monocouche WS2 est déliée mécaniquement de la plaquette de croissance et recollée sous vide à la plaquette de dispositif. La plaquette porteuse est retirée à l'aide d'un décollement laser. Cette technique de décollement est un élément clé pour le transfert contrôlé de matériaux 2D

Iuliana Radu, Directeur du programme Beyond CMOS chez imec, explique, « La construction de la plate-forme de 300 mm pour l'étude des dispositifs MOSFET avec des matériaux 2D et le développement de l'écosystème d'étapes de processus accélèrent l'adoption technologique de ces matériaux. Plusieurs défis doivent encore être résolus et font l'objet d'une recherche et d'un développement en cours. » Les principaux défis incluent la mise à l'échelle de l'épaisseur d'oxyde équivalente (EOT) du diélectrique de grille pour les matériaux 2D, et réduire la défectuosité des canaux pour stimuler la mobilité.