2D-materiaalista transistorieita 300 mm:n kiekolle

Tutkimus- ja innovaatiokeskus imec, esitteli kesällä yhteistyössä litografiaratkaisujen toimittajan ASML:n ja puolijohdevalimo TSMC :n kanssa toteutetun uuden, vankan ja skaalautuvan 300 mm:n integrointireitin 2D-materiaaleihin perustuville n- ja p-FETeille.

Ensimmäistä kertaa voitiin demonstroida skaalattuja nFETejä (MoS2 :ta kanavamateriaalina käyttäviä) ja pFETejä (joko WS2- tai WSe2 - pohjaisia) 50 nm:n kontaktin polypitchillä (CPP) ja hyvillä virta/jänniteominaisuuksilla.

2D-siirtymämetallidikalkogenideillä (TMD:t, kuten MoS2 , WS2 ja WSe2 ) on potentiaalia laajentaa ja täydentää logiikan skaalausteknologian tiekarttaa .

Kun nämä materiaalit integroidaan atomitason ohuiksi johtavuuskanaviksi, jotka korvaavat piin, ne mahdollistavat korkean suorituskyvyn skaalautuvien transistoreiden valmistamisen – houkuttelevia vaihtoehtoja erittäin skaalatulle logiikalle sekä taustapiirien ja kiekkojen takaosan sovelluksille.

Ne tarjoavat tämän lupauksen hyvällä sähköstaattisen kanavan hallinnallaan ja säilyttävät hyväksyttävän varauksenkuljettajien liikkuvuuden jopa erittäin skaalatuilla portti- ja kanavapituuksilla.

Mutta teollisen käyttöönoton tietä on toistaiseksi haitannut 300 mm:n integrointireitin puute, joka tarjoaisi TMD-pohjaisia n- ja p-FETejä teollisuuden kannalta merkityksellisissä mitoissa säilyttäen samalla laboratoriomittakaavassa laajasti osoitetun suorituskyvyn.

Ensimmäistä kertaa saavutimme 50 nm:n CPP:n – mittarin, joka määräytyy sekä hilan pituuden että lähteen/nielun kontakti pituuden perusteella – vaikuttamatta 2D n- ja pFET-transistorien suorituskykyyn. Yksittäiskuvioisen EUV-litografian käyttö, joka on optimoitu tiiviissä yhteistyössä ASML:n kanssa, oli avainasemassa skaalatun CPP:n mahdollistamisessa.”

Skaalatut transistorit osoittavat hyviä virta-jänniteominaisuuksia, ja pFETit toimivat lähes yhtä hyvin kuin parhaiten toimivat laboratoriopohjaiset piirit-laitteet – mikä ratkaisee TMD-transistoreille pitkään jatkuneen haasteen.

TSMC:n varatoimitusjohtaja ja teknologiajohtaja, tohtori Min Cao , korosti tutkimustyön strategista merkitystä ja totesi: "Tutkimusyhteistyömme on keskeisessä asemassa puolijohdeinnovaatioiden rajojen rikkomisessa. Painopiste on riskien vähentämisessä ja laboratoriosta tehtaalle siirtymisen nopeuttamisessa varmistaen, että uraauurtavat löydöt – erityisesti näissä uusissa kanavamateriaaleissa – voidaan integroida nopeasti ja tehokkaasti edistyneeseen valmistukseen ja lopulta tuottaa huippuluokan ratkaisuja."

”2D-TMD-materiaalit voisivat mahdollisesti mahdollistaa paljon pienempien ja suorituskykyisempien transistorien valmistamisen kuin piipohjaiset, mutta tähän mennessä 300 mm:n prosesseilla esitellyt 2D-kanavaiset piirit ovat itse asiassa melko suuria ja kuvioitu vanhemmilla litografiatekniikoilla.

EUV-litografian paljon terävämmän resoluution ansiosta pystyimme luomaan TMD-transistoreja, joiden kanavanpituudet olivat jopa 28 nm ja joiden jakoväli oli yhteensopiva edistyneimpien transistorisolmujen kanssa”, lisäsi Etienne De Poortere , ASML:n teknologian kehityskeskuksen Euroopan johtaja.

Aiheesta aiemmin:

Mind the gap

Tutkimus johdattaa 2D-transistorit lähemmäksi tuotantoa

Elektroninen silta kaksiulotteisissa