Esta semana, en el IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) de 2018, imec, el centro de investigación e innovación líder mundial en nanoelectrónica y tecnologías digitales, presenta una plataforma de oblea de 300 mm para dispositivos MOSFET con materiales 2-D. Los materiales 2-D podrían proporcionar el camino hacia el escalado extremo de la dimensión del dispositivo, ya que son atómicamente precisos y sufren poco de efectos de canal corto. Otras posibles aplicaciones de los materiales 2-D podrían provenir de su uso como interruptores en el BEOL, que pone un límite superior en el balance de temperatura permitido en el flujo de integración.

La plataforma imec se integra como canal de transistores WS2, un material 2-D que promete una mayor corriente de encendido en comparación con la mayoría de los otros materiales 2-D y una buena estabilidad química. Imec informa aquí por primera vez el crecimiento de MOCVD de WS2 en obleas de 300 mm, un paso del proceso clave para la fabricación de dispositivos. El enfoque de síntesis MOCVD da como resultado un control de espesor con precisión monocapa sobre la oblea completa de 300 mm y la matriz de movilidad potencialmente más alta. Los beneficios del crecimiento de MOCVD tienen el precio de una temperatura alta durante el crecimiento del material.

Para crear un flujo de integración de dispositivos que pueda ser compatible con los requisitos de BEOL, la transferencia del material del canal desde un sustrato de crecimiento a una oblea de dispositivo es crucial. Imec es el primero en demostrar una transferencia de material 2-D monocapa completa de 300 mm, lo cual es muy desafiante por sí solo debido a la baja adhesión de los materiales 2-D a la oblea del dispositivo y a la extrema delgadez del material transferido:¡0,7 nm! El proceso de transferencia se desarrolló junto con SUSS MicroTec y Brewer Science utilizando tecnologías de unión y desunión temporal. Las obleas WS2 se unen temporalmente a las obleas portadoras de vidrio utilizando un material especialmente formulado (Brewer Science). Próximo, la monocapa WS2 se desprende mecánicamente de la oblea de crecimiento y se une de nuevo en vacío a la oblea del dispositivo. La oblea portadora se retira mediante desunión por láser. Esta técnica de desunión es un habilitador clave para la transferencia controlada de materiales 2-D

Iuliana Radu, Beyond CMOS Program Director en imec, explica, "La construcción de la plataforma de 300 mm para el estudio de dispositivos MOSFET con materiales 2-D y el desarrollo del ecosistema de pasos del proceso acelera la adopción tecnológica de estos materiales. Varios desafíos aún deben resolverse y son objeto de investigación y desarrollo en curso". Los principales desafíos incluyen escalar el espesor de óxido equivalente (EOT) del dieléctrico de la puerta para materiales 2-D, y la reducción de la falla del canal para impulsar la movilidad.