(Phys.org) —A lo largo de los años, Los chips de computadora se han vuelto más pequeños gracias a los avances en la ciencia de los materiales y las tecnologías de fabricación. Esta marcha del progreso, la duplicación de transistores en un microprocesador aproximadamente cada dos años, se llama Ley de Moore. Pero hay un componente del proceso de fabricación de chips que necesita una revisión para que la ley de Moore continúe:la mezcla química llamada fotorresistencia. Similar a la película utilizada en fotografía, fotorresistencia también llamado resistir, se utiliza para establecer los patrones de líneas y características cada vez más reducidas en un chip.

Ahora, en un intento por continuar disminuyendo el tamaño del transistor al tiempo que se aumenta el cálculo y la eficiencia energética, El fabricante de chips Intel se ha asociado con investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía de EE. UU. para diseñar un tipo de resistencia completamente nuevo. Y lo más importante lo han hecho caracterizando la química de la fotorresistencia, crucial para seguir mejorando el rendimiento de forma sistemática. Los investigadores creen que sus resultados podrían ser fácilmente incorporados por empresas que hacen resistir, y encontrar su camino en las líneas de fabricación a partir de 2017.

El nuevo resist combina eficazmente las propiedades materiales de dos tipos preexistentes de resist, lograr las características necesarias para hacer funciones más pequeñas para microprocesadores, que incluyen una mejor sensibilidad a la luz y estabilidad mecánica, dice Paul Ashby, científico del personal de la Fundición Molecular de Berkeley Lab, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE. "Descubrimos que mezclar grupos químicos, incluyendo reticulantes y un tipo particular de éster, podría mejorar el desempeño de la resistencia ". El trabajo se publica esta semana en la revista Nanotecnología .

Encontrar un nuevo tipo de fotorresistencia es "uno de los mayores desafíos que enfrenta la industria de los semiconductores en el espacio de los materiales, "dice Patrick Naulleau, director del Centro de Óptica de Rayos X (CXRO) en Berkeley Lab.

Es más, ha habido muy poca comprensión de la ciencia fundamental de cómo la resistencia funciona realmente a nivel químico, dice Deirdre Olynick, científico de planta en Molecular Foundry. "Resist es una mezcla muy compleja de materiales y se tardó tanto en desarrollar la tecnología que hacer grandes saltos de lo que ya se conoce se ha considerado demasiado arriesgado". ", dice. Pero ahora la falta de comprensión fundamental podría poner en peligro la Ley de Moore, ella agrega.

Para entender por qué resistir es tan importante, considere una explicación simplificada de cómo se fabrican sus microprocesadores. Una oblea de silicio alrededor de un pie de diámetro, se limpia y se recubre con una capa de fotorresistente. A continuación, se utiliza luz ultravioleta para proyectar una imagen del patrón de circuito deseado que incluye componentes como cables y transistores en la oblea. alterar químicamente la resistencia.

Dependiendo del tipo de resistir, la luz lo hace más o menos soluble, así que cuando la oblea se sumerge en un solvente, las áreas expuestas o no expuestas se lavan. La resistencia protege el material que forma los transistores y los cables para que no se graben y puede permitir que el material se deposite selectivamente. Este proceso de exposición, el enjuague y el grabado o la deposición se repiten muchas veces hasta que se hayan creado todos los componentes de un chip.

El problema con la resistencia de hoy sin embargo, es que fue desarrollado originalmente para fuentes de luz que emiten la llamada luz ultravioleta profunda con longitudes de onda de 248 y 193 nanómetros. Pero para obtener mejores funciones en los chips, la industria tiene la intención de cambiar a una nueva fuente de luz con una longitud de onda más corta de solo 13,5 nanómetros. Llamado ultravioleta extremo (EUV), esta fuente de luz ya se ha abierto camino en la fabricación de líneas piloto. Desafortunadamente, La fotorresistencia actual aún no está lista para la fabricación de grandes volúmenes.

"La industria de los semiconductores quiere ir a funciones cada vez más pequeñas, "explica Ashby. Si bien la luz ultravioleta extrema es una tecnología prometedora, él añade, "También se necesitan materiales resistentes que puedan adaptarse a la resolución que el ultravioleta extremo puede prometer".

Entonces, los equipos dirigidos por Ashby y Olynick, que incluyen al investigador postdoctoral del Berkeley Lab Prashant Kulshreshtha, investigó dos tipos de resistencia. Uno se llama reticulación, compuesto por moléculas que forman enlaces cuando se exponen a la luz ultravioleta. This kind of resist has good mechanical stability and doesn't distort during development—that is, alto, 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. Si todo va bien, these resist materials could play an important role in the process and help Moore's Law persist.