(Phys.org) —Nel corso degli anni, i chip dei computer sono diventati più piccoli grazie ai progressi nella scienza dei materiali e nelle tecnologie di produzione. Questa marcia di progresso, il raddoppio dei transistor su un microprocessore ogni due anni circa, si chiama legge di Moore. Ma c'è un componente del processo di fabbricazione dei chip che necessita di una revisione se la legge di Moore deve continuare:la miscela chimica chiamata fotoresist. Simile alla pellicola utilizzata nella fotografia, fotoresist, chiamato anche solo resistere, viene utilizzato per stabilire i modelli di linee e caratteristiche sempre più restringenti su un chip.

Ora, nel tentativo di continuare a ridurre le dimensioni del transistor aumentando il calcolo e l'efficienza energetica, Il produttore di chip Intel ha collaborato con i ricercatori del Lawrence Berkeley National Lab (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti per progettare un tipo completamente nuovo di resistenza. E soprattutto, lo hanno fatto caratterizzando la chimica del fotoresist, cruciale per migliorare ulteriormente le prestazioni in modo sistematico. I ricercatori ritengono che i loro risultati potrebbero essere facilmente incorporati da aziende che fanno resistere, e trovano la loro strada nelle linee di produzione già nel 2017.

Il nuovo resist combina efficacemente le proprietà del materiale di due tipi preesistenti di resist, raggiungere le caratteristiche necessarie per rendere le funzionalità più piccole per i microprocessori, che includono una migliore sensibilità alla luce e stabilità meccanica, dice Paul Ashby, scienziato dello staff della fonderia molecolare del Berkeley Lab, una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE. "Abbiamo scoperto che mescolando gruppi chimici, compresi i reticolanti e un particolare tipo di estere, potrebbe migliorare le prestazioni del resist." Il lavoro è pubblicato questa settimana sulla rivista Nanotecnologia .

Trovare un nuovo tipo di fotoresist è "una delle più grandi sfide che l'industria dei semiconduttori deve affrontare nello spazio dei materiali, "dice Patrick Naulleau, direttore del Center for X-ray Optics (CXRO) presso il Berkeley Lab.

Inoltre, c'è stata pochissima comprensione della scienza fondamentale di come resiste effettivamente funziona a livello chimico, dice Deirdre Olynick, scienziato dello staff della Fonderia Molecolare. "Resist è una miscela molto complessa di materiali e ci è voluto così tanto tempo per sviluppare la tecnologia che fare enormi passi avanti da ciò che è già noto è stato visto come troppo rischioso, " dice. Ma ora la mancanza di una comprensione fondamentale potrebbe potenzialmente mettere a rischio la Legge di Moore, aggiunge.

Per capire perché resistere è così importante, considera una spiegazione semplificata di come sono fatti i tuoi microprocessori. Un wafer di silicio, circa un piede di diametro, viene pulito e rivestito con uno strato di fotoresist. La successiva luce ultravioletta viene utilizzata per proiettare un'immagine del modello di circuito desiderato inclusi componenti come fili e transistor sul wafer, alterando chimicamente il resist.

A seconda del tipo di resistenza, la luce o la rende più o meno solubile, quindi quando il wafer è immerso in un solvente, le aree esposte o non esposte vengono lavate via. Il resist protegge il materiale che compone i transistor e i fili dall'incisione e può consentire il deposito selettivo del materiale. Questo processo di esposizione, il risciacquo e l'incisione o la deposizione vengono ripetuti molte volte fino a quando non sono stati creati tutti i componenti di un chip.

Il problema con la resistenza di oggi, però, è che è stato originariamente sviluppato per sorgenti luminose che emettono la cosiddetta luce ultravioletta profonda con lunghezze d'onda di 248 e 193 nanometri. Ma per ottenere caratteristiche più fini sui chip, l'industria intende passare a una nuova sorgente luminosa con una lunghezza d'onda più corta di appena 13,5 nanometri. Chiamato ultravioletto estremo (EUV), questa sorgente luminosa ha già trovato la sua strada nelle linee pilota di produzione. Sfortunatamente, il fotoresist di oggi non è ancora pronto per la produzione di grandi volumi.

"L'industria dei semiconduttori vuole passare a caratteristiche sempre più piccole, " spiega Ashby. Mentre la luce ultravioletta estrema è una tecnologia promettente, Aggiunge, "hai anche bisogno dei materiali resistenti che possono modellare alla risoluzione che l'ultravioletto estremo può promettere".

Quindi le squadre guidate da Ashby e Olynick, which include Berkeley Lab postdoctoral researcher Prashant Kulshreshtha, investigated two types of resist. One is called crosslinking, composed of molecules that form bonds when exposed to ultraviolet light. This kind of resist has good mechanical stability and doesn't distort during development—that is, tall, thin lines made with it don't collapse. But if this is achieved with excessive crosslinking, it requires long, expensive exposures. The second kind of resist is highly sensitive, yet doesn't have the mechanical stability.

When the researchers combined these two types of resist in various concentrations, they found they were able to retain the best properties of both. The materials were tested using the unique EUV patterning capabilities at the CXRO. Using the Nanofabrication and Imaging and Manipulation facilities at the Molecular Foundry to analyze the patterns, the researchers saw improvements in the smoothness of lines created by the photoresist, even as they shrunk the width. Through chemical analysis, they were also able to see how various concentrations of additives affected the cross-linking mechanism and resulting stability and sensitivity.

The researchers say future work includes further optimizing the resist's chemical formula for the extremely small components required for tomorrow's microprocessors. The semiconductor industry is currently locking down its manufacturing processes for chips at the so-called 10-nanometer node. Se tutto va bene, these resist materials could play an important role in the process and help Moore's Law persist.