Depuis plus de 50 ans, l’industrie des semi-conducteurs travaille sans relâche pour développer des technologies avancées qui ont conduit à des augmentations impressionnantes de la puissance de calcul et de l’efficacité énergétique, améliorant ainsi notre vie quotidienne.
Un moyen principal par lequel l’industrie a réalisé ces gains de performance remarquables a été de trouver des moyens de réduire la taille des dispositifs semi-conducteurs dans les micropuces.
Toutefois, avec des tailles de caractéristiques de semi-conducteurs approchant maintenant seulement quelques nanomètres – juste quelques centaines d’atomes – il est devenu de plus en plus difficile de maintenir la miniaturisation continue des dispositifs.
La lithographie EUV : une nouvelle méthode de fabrication
Pour relever les défis associés à la fabrication de composants de micropuces encore plus petits, l’industrie des semi-conducteurs est actuellement en transition vers une méthode de fabrication plus puissante – la lithographie ultraviolette extrême (EUV). La lithographie EUV utilise une lumière de seulement 13,5 nanomètres de longueur d’onde pour former de minuscules motifs de circuit dans une résine photosensible, le matériau sensible à la lumière essentiel au processus de lithographie. La résine photosensible est le modèle pour former les motifs de circuit à l’échelle nanométrique dans le semi-conducteur en silicium.
Alors que la lithographie EUV commence à ouvrir la voie pour l’avenir, les scientifiques sont confrontés à l’obstacle d’identifier les matériaux résistants les plus efficaces pour cette nouvelle ère de nano-fabrication.
Un nouveau matériau hybride sensible à la lumière
Dans un effort pour répondre à ce besoin, une équipe de scientifiques du Centre des nanomatériaux fonctionnels (CFN) a conçu un nouveau matériau hybride organique-inorganique sensible à la lumière qui permet une capacité de motif de haute performance par lithographie EUV.
Les matériaux hybrides utilisés pour créer ces nouvelles résines photosensibles sont composés à la fois de matériaux organiques (ceux qui contiennent principalement des atomes de carbone et d’oxygène) et de matériaux inorganiques (ceux généralement basés sur des éléments métalliques).
Les deux parties de l’hybride hébergent leurs propres propriétés chimiques, mécaniques, optiques et électriques uniques en raison de leur chimie et structures uniques. En combinant ces différents composants, de nouveaux matériaux hybrides organiques-inorganiques émergent avec leurs propres propriétés intéressantes.
En synthèse
Les scientifiques du CFN ont conçu un nouveau matériau hybride organique-inorganique sensible à la lumière qui permet une capacité de motif de haute performance par lithographie EUV. Ce nouveau matériau pourrait aider l’industrie des semi-conducteurs à surmonter les défis de la miniaturisation des dispositifs. Les recherches se poursuivent pour améliorer encore les performances de ces matériaux et pour explorer de nouvelles compositions de matériaux hybrides.
« Il est actuellement très difficile d’effectuer un modelage EUV« , conclut M. Chang-Yong Nam. « La machine de modélisation utilisée par l’industrie est très, très chère – la version actuelle coûte plus de 200 millions de dollars par unité ! Seules trois ou quatre entreprises dans le monde peuvent l’utiliser pour la fabrication de puces. De nombreux chercheurs souhaitent étudier et mettre au point de nouveaux matériaux de résine photosensible, mais ne peuvent pas procéder au modelage EUV pour les évaluer. C’est l’un des principaux défis que nous espérons relever« .
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce que la lithographie EUV ?
La lithographie ultraviolette extrême (EUV) est une méthode de fabrication utilisée dans l’industrie des semi-conducteurs. Elle utilise une lumière de seulement 13,5 nanomètres de longueur d’onde pour former de minuscules motifs de circuit dans une résine photosensible.
2. Qu’est-ce qu’un matériau hybride organique-inorganique ?
Un matériau hybride organique-inorganique est un matériau composé à la fois de matériaux organiques (ceux qui contiennent principalement des atomes de carbone et d’oxygène) et de matériaux inorganiques (ceux généralement basés sur des éléments métalliques). Ces matériaux ont leurs propres propriétés chimiques, mécaniques, optiques et électriques uniques.
3. Qu’est-ce que le Center for Functional Nanomaterials (CFN) ?
Le CFN est une installation du Bureau des sciences du Département de l’énergie des États-Unis (DOE) située au Laboratoire national de Brookhaven du DOE. Ils ont conçu un nouveau matériau hybride organique-inorganique sensible à la lumière qui permet une capacité de motif de haute performance par lithographie EUV.
4. Quels sont les avantages des matériaux hybrides pour la lithographie EUV ?
Les matériaux hybrides ont une sensibilité accrue à la lumière EUV, ce qui signifie qu’ils n’ont pas besoin d’être exposés à autant de lumière EUV pendant le motif, réduisant ainsi le temps de processus requis. Ils ont également une meilleure résistance mécanique et chimique, ce qui les rend mieux adaptés comme modèles pour la gravure à haute résolution.
5. Quels sont les défis de la lithographie EUV ?
Un des principaux défis est l’identification des matériaux de résist les plus efficaces pour cette nouvelle ère de nanofabrication. De plus, l’équipement nécessaire pour la lithographie EUV est très coûteux, ce qui limite le nombre d’entreprises qui peuvent l’utiliser pour la fabrication de puces.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| L’industrie des semi-conducteurs travaille à la miniaturisation des dispositifs depuis plus de 50 ans. |
| La lithographie EUV est une nouvelle méthode de fabrication utilisant une lumière de 13,5 nanomètres. |
| Le CFN a conçu un nouveau matériau hybride organique-inorganique pour la lithographie EUV. |
| Les matériaux hybrides ont une sensibilité accrue à la lumière EUV et une meilleure résistance mécanique et chimique. |
| L’équipement de lithographie EUV est très coûteux, limitant son utilisation à quelques entreprises. |
Références
Étude publiée dans Advanced Materials Interfaces par l’équipe de scientifiques du Center for Functional Nanomaterials (CFN).
L’équipe de recherche comprend Kim Kisslinger, Ming Lu et Aaron Stein, membres du personnel du CFN, ainsi que Won-Il Lee, doctorant à l’université de Stony Brook, et Jiyoung Kim, professeur au département de science et d’ingénierie des matériaux de l’université du Texas à Dallas. Leurs efforts combinés ont permis de pousser les techniques de lithographie EUV au-delà des limites actuelles.
Légende illustration principale : Dans cette visualisation d’artiste, des miroirs concentrent une lumière ultraviolette extrême pour modeler une image latente dans un film mince de polymère infiltré par des molécules gazeuses contenant de l’indium. Crédit : Laboratoire national de Brookhaven
Ashwanth Subramanian et al, Vapor‐Phase Infiltrated Organic–Inorganic Positive‐Tone Hybrid Photoresist for Extreme UV Lithography, Advanced Materials Interfaces (2023). DOI: 10.1002/admi.202300420
