Теперь, стремясь уменьшить размер транзисторов при одновременном увеличении вычислительной мощности и энергоэффективности, производитель микросхем Intel заключил партнерские отношения с исследователями из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США (Berkeley Lab), чтобы разработать совершенно новый вид резистора. И, что важно, они сделали это, охарактеризовав химический состав фоторезиста, что имеет решающее значение для дальнейшего систематического улучшения характеристик. Исследователи полагают, что их результаты могут быть легко использованы компаниями, которые занимаются сопротивлением, и появятся на производственных линиях уже в 2017 году.«Новый резист эффективно сочетает в себе свойства материала двух ранее существовавших видов резиста, достигая характеристик, необходимых для создания более мелких деталей для микропроцессоров, включая лучшую светочувствительность и механическую стабильность», — говорит Пол Эшби, штатный научный сотрудник Molecular Foundry лаборатории Беркли.
Объект пользователя Управления науки Министерства энергетики США. «Мы обнаружили, что смешение химических групп, включая сшивающие агенты и определенный тип сложного эфира, может улучшить характеристики резиста». Работа опубликована на этой неделе в журнале «Нанотехнологии».Поиск нового типа фоторезиста — «одна из самых больших проблем, стоящих перед полупроводниковой промышленностью в области материалов», — говорит Патрик Нолло, директор Центра рентгеновской оптики (CXRO) в лаборатории Беркли. Более того, было очень мало понимания фундаментальной науки о том, как резист на самом деле работает на химическом уровне, говорит Дейдре Олиник, штатный научный сотрудник Molecular Foundry. «Resist — это очень сложная смесь материалов, и на разработку технологии ушло так много времени, что делать огромный шаг вперед от того, что уже известно, было сочтено слишком рискованным», — говорит она.
Но теперь отсутствие фундаментального понимания потенциально может поставить под угрозу закон Мура, добавляет она.Чтобы понять, почему сопротивление так важно, рассмотрите упрощенное объяснение того, как сделаны ваши микропроцессоры.
Силиконовая пластина диаметром около 30 см очищается и покрывается слоем фоторезиста. Следующий ультрафиолетовый свет используется для проецирования изображения желаемого рисунка схемы, включая такие компоненты, как провода и транзисторы, на пластине, химически изменяя резист.В зависимости от типа резиста свет делает его более или менее растворимым, поэтому, когда пластина погружается в растворитель, открытые или неэкспонированные участки смываются. Резист защищает материал, из которого состоят транзисторы и провода, от травления и позволяет выборочно наносить материал.
Этот процесс экспонирования, ополаскивания и травления или осаждения повторяется много раз, пока не будут созданы все компоненты чипа.Однако проблема современного резиста заключается в том, что он был первоначально разработан для источников света, излучающих так называемый глубокий ультрафиолетовый свет с длинами волн 248 и 193 нанометров.
Но чтобы получить более тонкие характеристики микросхем, промышленность намерена перейти на новый источник света с более короткой длиной волны всего 13,5 нанометров. Этот источник света, получивший название экстремального ультрафиолета (EUV), уже нашел свое применение в производственных линиях. К сожалению, сегодняшний фоторезист еще не готов к массовому производству.«Полупроводниковая промышленность хочет использовать все более мелкие детали», — объясняет Эшби.
Хотя экстремальный ультрафиолетовый свет является многообещающей технологией, добавляет он, «вам также нужны резистивные материалы, которые могут формировать узор с разрешением, которое может обещать экстремальный ультрафиолет». Таким образом, группы под руководством Эшби и Олиник, в том числе научный сотрудник лаборатории Беркли Прашант Кулшрешта, исследовали два типа резиста. Один из них называется сшивкой, состоящей из молекул, которые образуют связи под воздействием ультрафиолетового света. Этот вид резиста обладает хорошей механической стабильностью и не деформируется во время проявки, то есть высокие тонкие линии, нанесенные с его помощью, не разрушаются.
Но если это достигается чрезмерным сшиванием, это требует длительного и дорогостоящего воздействия. Второй вид резиста очень чувствителен, но не обладает механической стабильностью.Когда исследователи объединили эти два типа резиста в различных концентрациях, они обнаружили, что смогли сохранить лучшие свойства обоих.
Материалы были протестированы с использованием уникальных возможностей формирования узоров EUV на CXRO. Используя средства нанопроизводства и обработки изображений и манипуляции в Molecular Foundry для анализа узоров, исследователи заметили улучшение гладкости линий, созданных фоторезистом, даже при уменьшении их ширины. С помощью химического анализа они также смогли увидеть, как различные концентрации добавок влияют на механизм сшивки и, как следствие, на стабильность и чувствительность.
Исследователи говорят, что будущая работа включает дальнейшую оптимизацию химической формулы резиста для очень маленьких компонентов, необходимых для микропроцессоров завтрашнего дня. Полупроводниковая промышленность в настоящее время блокирует свои производственные процессы для микросхем на так называемом 10-нанометровом узле. Если все пойдет хорошо, эти резистивные материалы могут сыграть важную роль в процессе и способствовать сохранению закона Мура.
Это исследование финансировалось корпорацией Intel, JSR Micro и Министерством энергетики США.