(Phys.org) —Au fil des ans, les puces informatiques sont devenues plus petites grâce aux progrès de la science des matériaux et des technologies de fabrication. Cette marche du progrès, le doublement des transistors sur un microprocesseur environ tous les deux ans, s'appelle la loi de Moore. Mais il y a un composant du processus de fabrication de puces qui a besoin d'une refonte si la loi de Moore doit continuer :le mélange chimique appelé photoresist. Semblable au film utilisé en photographie, photoréserve, aussi juste appelé résister, est utilisé pour définir les motifs de lignes et de caractéristiques toujours plus rétrécies sur une puce.

Maintenant, dans le but de continuer à diminuer la taille des transistors tout en augmentant le calcul et l'efficacité énergétique, Le fabricant de puces Intel s'est associé à des chercheurs du Lawrence Berkeley National Lab (Laboratoire de Berkeley) du département américain de l'Énergie pour concevoir un tout nouveau type de résistance. Et surtout, ils l'ont fait en caractérisant la chimie de la résine photosensible, crucial pour améliorer encore les performances de manière systématique. Les chercheurs pensent que leurs résultats pourraient être facilement intégrés par des entreprises qui font de la résistance, et trouvent leur chemin dans les lignes de fabrication dès 2017.

La nouvelle résine combine efficacement les propriétés matérielles de deux types de résine préexistants, obtenir les caractéristiques nécessaires pour créer des fonctionnalités plus petites pour les microprocesseurs, qui incluent une meilleure sensibilité à la lumière et une stabilité mécanique, dit Paul Ashby, scientifique à la fonderie moléculaire de Berkeley Lab, une installation utilisateur du DOE Office of Science. "Nous avons découvert que le mélange de groupes chimiques, comprenant des agents de réticulation et un type particulier d'ester, pourrait améliorer les performances de la résistance. » Le travail est publié cette semaine dans le journal Nanotechnologie .

Trouver un nouveau type de résine photosensible est "l'un des plus grands défis auxquels l'industrie des semi-conducteurs est confrontée dans l'espace des matériaux, " dit Patrick Naulleau, directeur du Center for X-ray Optics (CXRO) au Berkeley Lab.

De plus, il y a eu très peu de compréhension de la science fondamentale de la façon dont la résistance fonctionne réellement au niveau chimique, dit Deirdre Olymick, scientifique à la Molecular Foundry. « Resist est un mélange très complexe de matériaux et il a fallu tellement de temps pour développer la technologie que faire des bonds énormes par rapport à ce qui est déjà connu a été considéré comme trop risqué, " dit-elle. Mais maintenant, le manque de compréhension fondamentale pourrait potentiellement mettre en péril la loi de Moore, Elle ajoute.

Pour comprendre pourquoi résister est si important, envisager une explication simplifiée de la façon dont vos microprocesseurs sont fabriqués. Une plaquette de silicium, environ un pied de diamètre, est nettoyé et recouvert d'une couche de résine photosensible. Ensuite, la lumière ultraviolette est utilisée pour projeter une image du motif de circuit souhaité, y compris des composants tels que des fils et des transistors sur la plaquette, altérer chimiquement le résist.

Selon le type de résistance, la lumière le rend plus ou moins soluble, ainsi lorsque la plaquette est immergée dans un solvant, les zones exposées ou non exposées disparaissent. La réserve protège le matériau qui compose les transistors et les fils d'être gravé et peut permettre au matériau d'être déposé de manière sélective. Ce processus d'exposition, le rinçage et la gravure ou le dépôt est répété plusieurs fois jusqu'à ce que tous les composants d'une puce aient été créés.

Le problème avec la résistance d'aujourd'hui, cependant, est qu'il a été développé à l'origine pour des sources lumineuses qui émettent de la lumière ultraviolette profonde avec des longueurs d'onde de 248 et 193 nanomètres. Mais pour obtenir des fonctionnalités plus fines sur les puces, l'industrie a l'intention de passer à une nouvelle source lumineuse avec une longueur d'onde plus courte de seulement 13,5 nanomètres. Appelé ultraviolet extrême (EUV), cette source lumineuse a déjà trouvé sa place dans les lignes pilotes de fabrication. Malheureusement, la résine photosensible d'aujourd'hui n'est pas encore prête pour la fabrication en grand volume.

"L'industrie des semi-conducteurs veut aller vers des fonctionnalités de plus en plus petites, " explique Ashby. Alors que la lumière ultraviolette extrême est une technologie prometteuse, il ajoute, "vous avez également besoin de matériaux résistants qui peuvent modeler à la résolution que l'ultraviolet extrême peut promettre."

Donc des équipes dirigées par Ashby et Olymick, which include Berkeley Lab postdoctoral researcher Prashant Kulshreshtha, investigated two types of resist. One is called crosslinking, composed of molecules that form bonds when exposed to ultraviolet light. This kind of resist has good mechanical stability and doesn't distort during development—that is, haut, thin lines made with it don't collapse. But if this is achieved with excessive crosslinking, it requires long, expensive exposures. The second kind of resist is highly sensitive, yet doesn't have the mechanical stability.

When the researchers combined these two types of resist in various concentrations, they found they were able to retain the best properties of both. The materials were tested using the unique EUV patterning capabilities at the CXRO. Using the Nanofabrication and Imaging and Manipulation facilities at the Molecular Foundry to analyze the patterns, the researchers saw improvements in the smoothness of lines created by the photoresist, even as they shrunk the width. Through chemical analysis, they were also able to see how various concentrations of additives affected the cross-linking mechanism and resulting stability and sensitivity.

The researchers say future work includes further optimizing the resist's chemical formula for the extremely small components required for tomorrow's microprocessors. The semiconductor industry is currently locking down its manufacturing processes for chips at the so-called 10-nanometer node. If all goes well, these resist materials could play an important role in the process and help Moore's Law persist.