Questa settimana, al 2018 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), imeco, il polo di ricerca e innovazione leader a livello mondiale nella nanoelettronica e nelle tecnologie digitali, presenta una piattaforma di wafer da 300 mm per dispositivi MOSFET con materiali 2D. I materiali 2-D potrebbero fornire il percorso verso il ridimensionamento estremo delle dimensioni del dispositivo in quanto sono atomicamente precisi e soffrono poco degli effetti del canale corto. Altre possibili applicazioni dei materiali 2-D potrebbero derivare dal loro utilizzo come interruttori nel BEOL, che pone un limite superiore al budget di temperatura consentito nel flusso di integrazione.

La piattaforma imec integra come canale transistor WS2, un materiale 2-D che promette una maggiore corrente ON rispetto alla maggior parte degli altri materiali 2-D e una buona stabilità chimica. Imec riporta qui per la prima volta la crescita MOCVD di WS2 su wafer da 300mm, una fase chiave del processo per la fabbricazione del dispositivo. L'approccio di sintesi MOCVD si traduce in un controllo dello spessore con precisione monostrato sull'intero wafer da 300 mm e materiale potenzialmente con la massima mobilità. I vantaggi della crescita MOCVD arrivano al prezzo di una temperatura elevata durante la crescita del materiale.

Per creare un flusso di integrazione del dispositivo che potrebbe essere compatibile con i requisiti BEOL, il trasferimento del materiale del canale da un substrato di crescita a un wafer del dispositivo è cruciale. Imec è la prima a dimostrare un trasferimento di materiale 2-D monostrato completo da 300 mm, che è molto impegnativo da solo a causa della bassa adesione dei materiali 2-D al wafer del dispositivo e dell'estrema sottigliezza del materiale trasferito:0,7 nm! Il processo di trasferimento è stato sviluppato insieme a SUSS MicroTec e Brewer Science utilizzando tecnologie di incollaggio e distacco temporaneo. I wafer WS2 sono temporaneamente legati ai wafer di supporto in vetro utilizzando un materiale appositamente formulato (Brewer Science). Prossimo, il monostrato WS2 viene distaccato meccanicamente dal wafer di crescita e nuovamente legato sotto vuoto al wafer del dispositivo. Il wafer portante viene rimosso mediante debonding laser. Questa tecnica di debonding è un fattore chiave per il trasferimento controllato di materiali 2-D

Giuliana Radu, Oltre al direttore del programma CMOS presso imec, spiega, "Costruire la piattaforma da 300 mm per lo studio dei dispositivi MOSFET con materiali 2-D e sviluppare l'ecosistema delle fasi di processo accelera l'adozione tecnologica di questi materiali. Diverse sfide devono ancora essere risolte e sono oggetto di ricerca e sviluppo in corso". Le principali sfide includono il ridimensionamento dello spessore di ossido equivalente (EOT) del dielettrico di gate per i materiali 2-D, e riducendo la difettosità del canale per aumentare la mobilità.