Des chercheurs créent une nouvelle méthode de gravure pour améliorer les performances des circuits des smartphones

Des chercheurs créent une nouvelle méthode de gravure pour améliorer les performances des circuits des smartphones

La recherche a mis au point une nouvelle méthode appelée « gravure plasma de type humide » qui combine les principales caractéristiques de deux techniques existantes : la gravure humide et la gravure sèche. Crédit : Université de Nagoya

Dans les circuits, la gravure est utilisée pour éliminer la couche déformée créée lors du meulage et du polissage des composants métalliques par des réactions chimiques sélectives. Aujourd’hui, un groupe de recherche de l’Université de Nagoya au Japon a mis au point une nouvelle méthode appelée “gravure au plasma de type humide” qui combine la sélectivité de la gravure humide avec la contrôlabilité de la gravure sèche.

Cette technique permettra de graver de nouveaux matériaux difficiles à graver, permettant des performances plus élevées et une consommation d’énergie réduite des circuits intégrés à semi-conducteurs en silicium utilisés dans les smartphones et les centres de données. Les découvertes des chercheurs ont été publiées dans la revue Rapports scientifiques.

Dans la course pour créer les circuits les plus rapides et les plus économes en énergie pour les appareils informatiques, les scientifiques sont constamment à la recherche de nouvelles conceptions de transistors. Récemment, il y a eu un passage des transistors de type FinFET, soi-disant parce que la grille est surélevée au-dessus du plan du silicium comme une aileron de requin, aux transistors à grille tout autour, dans lesquels l’ailette est remplacée par un empilement de feuilles horizontales qui ressembler à une pagode dans un temple bouddhiste. Dans ce type, les feuilles entourent le canal pour réduire les fuites et augmenter le courant de commande.

Pour fabriquer ces structures complexes, des carbures métalliques constitués de titane (Ti) et d’aluminium (Al), tels que TiC ou TiAlC, sont utilisés comme grilles métalliques où la tension est appliquée. TiAlC est un matériau ternaire avec une dureté élevée, une résistance élevée à l’usure, un point de fusion élevé et d’excellentes performances électrochimiques.

Il existe deux façons de graver de tels matériaux. La gravure humide utilise des solutions chimiques, tandis que la gravure sèche utilise des gaz. Classiquement, les films de TiAlC utilisés dans les dispositifs semi-conducteurs sont gravés par gravure humide à l’aide de mélanges liquides de peroxyde d’hydrogène. Cependant, ce processus nécessite un long temps de gravure pour éliminer complètement les métaux cibles. Il court également le risque d’endommager chimiquement la porte métallique. De plus, les liquides utilisés peuvent créer une tension superficielle au niveau atomique, détruisant des caractéristiques importantes.

Afin de développer un procédé de gravure avancé pour l’élimination sélective du TiAlC par rapport aux autres composés de Ti, la gravure sans halogène a été testée comme solution possible. Actuellement, il n’existe pas de procédé de gravure sèche sans halogène pour les carbures métalliques constitués des trois éléments.

Maintenant, un groupe de recherche dirigé par les professeurs Masaru Hori, Kenji Ishikawa et Thi-Thuy-Nga Nguyen au Center for Low-Temperature Plasma Science de l’Université de Nagoya, en collaboration avec les sociétés Hitachi, Ltd. et Hitachi High-Tech Corp. , a développé une nouvelle méthode de gravure sèche pour les carbures métalliques. Cette méthode utilise un plasma de vapeur flottant assisté par fil d’argon gazeux mélangé à des sources de vapeur de mélanges à base d’hydroxyde d’ammonium à moyenne pression.

Dans le circuit, le plasma est généré en ajoutant de l’énergie au gaz, de sorte que le fil flottant supplémentaire peut améliorer la génération de plasma haute densité. Étant donné que ce processus génère des radicaux actifs de H, NH et OH à partir du gaz d’hydroxyde d’ammonium (NH4OH), la surface traitée de TiAlC peut être éliminée après modifications de surface du film de TiAlC.

“Les techniques de plasma à pression atmosphérique et de plasma à moyenne pression sont utilisées pour miniaturiser la taille de l’équipement, le coût de fabrication et la consommation d’énergie”, a expliqué Ishikawa. “Il est difficile de décaper des composés impliquant plusieurs éléments. Par conséquent, le contrôle de la modification de surface joue un rôle clé.

“Notre groupe a étudié l’utilisation de divers radicaux pour la modification de surface et a développé une méthode pour générer de tels radicaux à l’aide de plasma à fil flottant et d’un supplément de vapeur. Cela fournit une riche source de radicaux de NH, H et OH, qui réagissent avec la surface TiAlC pour former des produits volatils et graver la surface TiAlC.

“Cette technique de plasma assisté par fil flottant devrait être disponible pour la gravure hautement sélective des métaux et des composés métalliques utilisés dans la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs”, a poursuivi Ishikawa. “Les carbures métalliques sont des matériaux d’électrode de grille prometteurs pour les semi-conducteurs avancés au silicium, et notre groupe de recherche conjoint a été le premier au monde à réussir la gravure chimique à sec de matériaux semi-conducteurs sans silicium.

« Cette réalisation est importante pour le développement de la technologie de gravure au niveau de la couche atomique, qui a été difficile à réaliser jusqu’à présent. Nos résultats représentent une étape importante et un bond en avant technologique spectaculaire dans la technologie de la microfabrication.

Plus d’information:
Thi-Thuy-Nga Nguyen et al, Gravure sèche de carbure métallique ternaire TiAlC via modification de surface à l’aide d’un plasma de vapeur assisté par fil flottant, Rapports scientifiques (2022). DOI : 10.1038/s41598-022-24949-1

Fourni par l’Université de Nagoya

Citation: Des chercheurs créent une nouvelle méthode de gravure pour améliorer les performances des circuits des smartphones (2023, 22 février) récupéré le 22 février 2023 sur https://techxplore.com/news/2023-02-etching-method-smartphone-circuit.html

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