Les scientifiques conçoivent une nouvelle technique pour augmenter le rendement des puces à partir d’une tranche de semi-conducteur

Des scientifiques de NTU Singapour et de KIMM coréen conçoivent une nouvelle technique pour augmenter le rendement des puces à partir de tranches de semi-conducteurs

La technique d’impression sans produits chimiques de l’équipe, combinée à une gravure chimique assistée par métal, a permis d’obtenir des tranches de semi-conducteurs avec des nanofils hautement uniformes et évolutifs. Crédit : NTU Singapour

Des scientifiques de l’Université technologique de Nanyang, Singapour (NTU Singapour) et de l’Institut coréen des machines et des matériaux (KIMM) ont développé une technique pour créer une tranche de semi-conducteur hautement uniforme et évolutive, ouvrant la voie à un rendement de puce plus élevé et à des semi-conducteurs plus rentables .

Les puces semi-conductrices que l’on trouve couramment dans les téléphones intelligents et les ordinateurs sont difficiles et complexes à fabriquer, nécessitant des machines très avancées et des environnements spéciaux pour leur fabrication.

Leur fabrication est généralement effectuée sur des tranches de silicium, puis découpées en petites puces utilisées dans les appareils. Cependant, le processus est imparfait et toutes les puces de la même plaquette ne fonctionnent pas ou ne fonctionnent pas comme souhaité. Ces puces défectueuses sont jetées, ce qui réduit le rendement des semi-conducteurs tout en augmentant le coût de production.

La capacité à produire des plaquettes uniformes à l’épaisseur souhaitée est le facteur le plus important pour garantir que chaque puce fabriquée sur la même plaquette fonctionne correctement.

L’impression basée sur le nanotransfert – un processus qui utilise un moule en polymère pour imprimer du métal sur un substrat par pression ou « estampage » – a gagné du terrain ces dernières années en tant que technologie prometteuse pour sa simplicité, sa rentabilité relative et son débit élevé.

Cependant, la technique utilise une couche adhésive chimique, qui provoque des effets négatifs, tels que des défauts de surface et une dégradation des performances lors de l’impression à grande échelle, ainsi que des risques pour la santé humaine. Pour ces raisons, l’adoption massive de la technologie et l’application de puces qui en résulte dans les appareils ont été limitées.

Dans leur étude publiée dans la revue à comité de lecture ACS Nano, l’équipe de recherche de NTU et KIMM a rapporté que leur technique d’impression sans produits chimiques, combinée à une gravure chimique assistée par métal – une méthode utilisée pour améliorer le contraste sur les surfaces afin de rendre les nanostructures visibles – a abouti à des plaquettes semi-conductrices avec des nanofils (nanostructures en forme cylindrique forme) qui étaient hautement uniformes et évolutives. Le semi-conducteur a également démontré de meilleures performances par rapport aux puces actuelles sur le marché. De plus, le procédé de fabrication est également rapide et conduit à un rendement de puce élevé.

L’étude est un exemple de recherche révolutionnaire qui soutient le plan stratégique NTU 2025, qui vise à relever les grands défis de l’humanité et à accélérer la traduction des découvertes de la recherche en innovations qui atténuent l’impact sur l’environnement et sur la santé humaine.

Une nouvelle technique d’impression sans produits chimiques permet un rendement élevé des copeaux

La nouvelle technique d’impression par nanotransfert développée par NTU et KIMM est réalisée en transférant des couches de nanostructure d’or (Au) sur un substrat de silicium (Si) à basse température (160 ° C) pour former une plaquette très uniforme avec des nanofils qui peuvent être contrôlés au épaisseur souhaitée lors de la fabrication.

La technique d’impression, qui ne contient pas de produits chimiques, fonctionne en déclenchant la chimisorption directe des films métalliques minces sous l’effet de la chaleur, une réaction chimique qui crée une liaison solide entre la surface d’un substrat et la substance adsorbée.

Cette technique compatible avec l’industrie permet de fabriquer rapidement et uniformément une plaquette à l’échelle (du nanomètre au pouce). Dans le même temps, la plaquette fabriquée est presque exempte de défauts, ce qui signifie que peu ou pas de puces sont jetées en raison de mauvaises performances.

Lors de tests en laboratoire, l’équipe de recherche conjointe a pu obtenir un transfert de rendement supérieur à 99 % d’un film Au de 20 nanomètres d’épaisseur sur une tranche de Si de six pouces. Cette taille de plaquette imprimable était limitée à la configuration du laboratoire, et l’équipe NTU-KIMM pense que leur technique peut facilement être mise à l’échelle pour une utilisation sur une plaquette de douze pouces – la taille de plaquette courante dans les lignes de production actuelles des fabricants de puces à semi-conducteurs comme Samsung, Intel et GlobalFoundries.

Lorsque la méthode a été adoptée pour fabriquer une plaquette de six pouces, les résultats ont montré que la couche imprimée restait intacte avec une flexion minimale pendant la gravure – un processus qui provoque généralement la séparation des couches – démontrant l’uniformité et la stabilité exceptionnelles de la technique développée par NTU et KIMM.

De plus, lorsque 100 capteurs de lumière, appelés photodétecteurs, ont été fabriqués dans la plaquette de six pouces, une excellente uniformité de performance a été obtenue, soulignant son excellent potentiel pour la technique à utiliser dans la production de masse commerciale.

Une technique ouvre la porte à une puce semi-conductrice à moindre coût

Le co-chercheur principal, le professeur adjoint NTU Kim Munho de l’École de génie électrique et électronique, a déclaré que l’uniformité, l’évolutivité et la stabilité de la technique de l’équipe surmontent le principal goulot d’étranglement présent dans les méthodes d’impression par nanotransfert existantes.

La réussite de l’équipe de recherche NTU et KIMM dans le développement d’une méthode de fabrication de puces à semi-conducteurs plus rentable pourrait conduire à des avancées significatives dans l’électronique et les dispositifs à base de lumière, a ajouté Kim.

“La technique mise au point par l’équipe de recherche de NTU et KIMM s’est avérée efficace pour créer des plaquettes avec une excellente uniformité, ce qui se traduit par moins de puces semi-conductrices défectueuses. La réalité de l’approvisionnement mondial en puces est sa vulnérabilité à de nombreux facteurs externes, y compris la pénurie de matériaux. et des événements inattendus comme les perturbations de la chaîne d’approvisionnement causées par la pandémie de COVID-19. Notre méthode nouvellement développée a donc le potentiel de soulager la tension sur l’approvisionnement mondial en puces à l’avenir en augmentant le rendement des puces. De plus, les fabricants de puces peuvent également bénéficier d’une plus grande rentabilité avec des rendements plus élevés », a déclaré Kim.

Soulignant l’importance du travail, le co-auteur principal, le Dr Jeong Jun-Ho, chercheur principal de la division de recherche sur les systèmes de fabrication à nano-convergence de KIMM, a déclaré : “La technique développée par l’équipe NTU-KIMM est un nouveau concept de faible – une technologie de production de masse à faible coût pour des nanostructures semi-conductrices hautement uniformes et évolutives, qui peuvent être appliquées à la production de masse de nanophotonique, de cellules nano-solaires à haute performance, de batteries secondaires de nouvelle génération et autres.”


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Plus d’information:
Zhi-Jun Zhao et al, impression par nanotransfert assistée par chimisorption directe avec uniformité et contrôlabilité à l’échelle de la plaquette, ACS Nano (2022). DOI : 10.1021/acsnano.1c06781

Fourni par l’Université technologique de Nanyang

Citation: Des scientifiques conçoivent une nouvelle technique pour augmenter le rendement des puces à partir d’une tranche de semi-conducteur (16 mars 2022) récupéré le 16 mars 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-03-scientists-technique-chip-yield-semiconductor.html

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