新的蚀刻技术可能会推动半导体器件的制造方式

 
Argonne化学家Jeff Elam(左)和Anil Mane(右)及其同事进行了分子层刻蚀，这可能有助于开发微电子学，并显示出超越摩尔定律的方法。未显示马蒂亚斯·杨(Matthias Young)，安格·扬格斯·吉尔(Angel Yanguas-Gil)，德维卡·乔杜里(Devika Choudhury)和史蒂芬·莱图尔诺(Steven Letourneau)。图片来源：阿贡国家实验室微电子设备(例如半导体设备)是我们每天使用的技术的核心。随着我们进入一个不断扩大摩尔定律极限的时代，至关重要的是找到新的方法来继续将更多的电路封装到每个单独的设备中，以提高计算机的速度和功能。
美国能源部(DOE)的阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的研究人员已经开发出一种新技术，该技术可能有助于制造这些越来越小但复杂的设备。这项称为分子层蚀刻的技术在《材料化学》上发表的一篇新论文中有详细介绍。
为了使微电子器件更小，制造商必须将越来越多的电路塞入较小的薄膜和3D结构中。今天，这是通过使用薄膜沉积和蚀刻技术来实现的，这种技术可以一次生长或去除一层膜。
“我们在纳米级控制物质的能力受到我们必须添加或去除材料薄层的工具种类的限制。分子层蚀刻(MLE)是一种工具，它使制造商和研究人员可以精确地控制薄材料的制造方式。显微技术和纳米级材料被去除了。”主要作者，密苏里大学助理教授，阿贡大学前博士后研究员马蒂亚斯·杨说。
与分子层沉积(MLD)(一种沉积技术)一起，MLE可用于设计微观体系结构。这些方法类似于原子层沉积(ALD)和原子层蚀刻(ALE)的模拟，原子层沉积是制造微电子学最常用的技术。但是，与仅涉及无机膜的原子分层技术不同，MLD和MLE还可用于生长和去除有机膜。
怎么运行的
原则上，MLE的工作原理是将几纳米或几微米厚的薄膜暴露于真空室内的气体脉冲中。该过程始于一种气体(气体A)，该气体一进入即与薄膜表面反应。接着，将膜暴露于第二气体(气体B)。重复该AB过程，直到从膜上去除期望的厚度为止。
该研究的共同作者阿贡大学的化学家杰夫·埃拉姆说：“ A和B的最终效果是从薄膜上去除了分子层。” “如果您一次又一次地依次执行该过程，则可以减少薄膜的厚度以达到所需的最终厚度。”
MLD的一个关键方面是A和B表面反应是自限性的。它们仅持续到所有可用的反应性表面位点被消耗掉，然后反应自然终止。这种自限性能在制造中非常有帮助，因为它相对容易将工艺扩展到更大的基板尺寸。
研究人员使用芦荟酮测试了他们的方法，后者是一种类似于硅橡胶的有机材料，在柔性电子领域具有潜在的应用。在他们的实验中，气体A为含锂盐，气体B为三甲基铝(TMA)，这是一种有机金属铝基化合物。
在蚀刻过程中，锂化合物以一种使锂粘在表面上并破坏膜中化学键的方式与葡萄糖醛酮薄膜的表面反应。然后，当引入TMA并使其反应时，它除去了含锂的膜层。锂起牺牲作用-暂时沉积在表面上以破坏化学键，然后由TMA除去。
Young说：“这样的过程可以逐层进行，如果需要，您可以删除整个材料。”
打开微电子的新门
使用这种技术可以帮助制造商和研究人员开发制造纳米结构的新方法。对于他们来说，该工艺也可能是一个更安全的选择，因为它不含卤素，卤素是其他蚀刻工艺中常见的化学药品的苛刻成分。它还具有选择性的优点。蚀刻技术可以选择性地去除MLD层而不会影响附近的ALD层。
EML说：“ MLE有潜力帮助引入制造和控制纳米级材料几何形状的新途径，这将为微电子学打开新的大门，并超越传统的摩尔定律定标。”
该论文的标题为“使用有机锂和三甲基铝对金属锥膜进行分子层蚀刻”。