La microélectronique, comme les dispositifs à semi-conducteurs, est au cœur des technologies que nous utilisons au quotidien. Alors que nous entrons dans une ère où nous repoussons les limites de la loi de Moore, il est essentiel de trouver de nouvelles façons de continuer à emballer plus de circuits dans chaque appareil individuel afin d'augmenter la vitesse et la capacité de nos ordinateurs.

Des chercheurs du laboratoire national d'Argonne du département américain de l'Énergie (DOE) ont développé une nouvelle technique qui pourrait potentiellement aider à fabriquer ces dispositifs de plus en plus petits mais complexes. La technique, connu sous le nom de gravure de couche moléculaire, est détaillé dans un nouvel article publié dans Chimie des Matériaux .

Pour rendre la microélectronique plus petite, les fabricants doivent entasser de plus en plus de circuits sur des films plus petits et des structures 3D. Aujourd'hui, cela se produit en utilisant un dépôt de couche mince et une gravure, techniques pour faire croître ou enlever les films une couche à la fois.

« Notre capacité à contrôler la matière à l'échelle nanométrique est limitée par les types d'outils dont nous disposons pour ajouter ou supprimer des couches minces de matériau. La gravure sur couche moléculaire (MLE) est un outil permettant aux fabricants et aux chercheurs de contrôler avec précision la façon dont les matériaux minces, aux échelles microscopique et nanométrique, sont enlevés, " a déclaré l'auteur principal Matthias Young, professeur assistant à l'Université du Missouri et ancien chercheur postdoctoral à Argonne.

Avec le dépôt de couche moléculaire (MLD), une technique de dépôt, MLE peut être utilisé pour concevoir des architectures microscopiques. Ces approches sont des analogues du dépôt de couche atomique (ALD) et de la gravure de couche atomique (ALE), les techniques les plus couramment appliquées pour la fabrication de la microélectronique. Cependant, contrairement aux techniques de stratification atomique, qui traitent exclusivement des films inorganiques, MLD et MLE peuvent également être utilisés pour faire pousser et éliminer les films organiques.

Comment ça fonctionne

En principe, MLE fonctionne en exposant des films minces, quelques nanomètres ou micromètres d'épaisseur, aux impulsions de gaz à l'intérieur d'une chambre à vide. Le processus commence avec un gaz (Gaz A) qui, à l'entrée, réagit avec la surface du film. Prochain, le film est exposé à un deuxième gaz (Gaz B). Ce processus AB est répété jusqu'à ce que l'épaisseur souhaitée soit retirée du film.

"L'effet net de A puis de B est l'élimination d'une couche moléculaire de votre film, " a déclaré le chimiste d'Argonne Jeff Elam, un co-auteur de l'étude. « Si vous effectuez ce processus de manière séquentielle, encore et encore, vous pouvez réduire l'épaisseur de votre film pour obtenir l'épaisseur finale souhaitée."

Un aspect clé de la MLD est que les réactions de surface A et B sont auto-limitées. Ils ne se poursuivent que jusqu'à ce que tous les sites de surface réactifs disponibles soient consommés, puis les réactions se terminent naturellement. Ce comportement d'autolimitation est extrêmement utile dans la fabrication car il est relativement facile d'adapter le processus à des tailles de substrat plus grandes.

Les chercheurs ont testé leur approche à l'aide d'alucone, un matériau organique similaire au caoutchouc de silicone qui a des applications potentielles dans l'électronique flexible. Le gaz A dans leur expérience était un sel contenant du lithium, et le gaz B était le triméthylaluminium (TMA), un composé organométallique à base d'aluminium.

Pendant le processus de gravure, le composé de lithium a réagi avec la surface du film d'alucone d'une manière qui a provoqué le collage du lithium sur la surface et la rupture de la liaison chimique dans le film. Puis, lorsque la TMA a été introduite et a réagi, il a enlevé la couche de film contenant du lithium. Le lithium a un rôle sacrificiel :il se dépose temporairement en surface pour rompre les liaisons chimiques mais est ensuite éliminé par le TMA.

"Le processus peut continuer couche par couche comme ça et vous pouvez supprimer tout le matériau si vous le souhaitez, " a dit le jeune.

Ouvrir de nouvelles portes en microélectronique

L'utilisation de cette technique peut aider les fabricants et les chercheurs à développer de nouvelles façons de fabriquer des nanostructures. Le processus peut également être une option plus sûre pour eux car il est exempt d'halogènes, un composant agressif de produits chimiques communs dans d'autres procédés de gravure. Il a également l'avantage d'être sélectif; la technique de gravure peut éliminer sélectivement les couches MLD sans affecter les couches ALD voisines.

« MLE a le potentiel d'aider à ouvrir de nouvelles voies pour la fabrication et le contrôle de géométries de matériaux à l'échelle nanométrique, qui pourrait ouvrir de nouvelles portes en microélectronique et s'étendre au-delà de la mise à l'échelle traditionnelle de la loi de Moore, " dit Elam.

L'article s'intitule "Gravure de couche moléculaire de films de cônes métalliques à l'aide de sels organiques de lithium et de triméthylaluminium".