Esta semana, em 2018 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), imec, o centro de pesquisa e inovação líder mundial em nanoeletrônica e tecnologias digitais, apresenta uma plataforma wafer de 300 mm para dispositivos MOSFET com materiais 2-D. Os materiais 2-D podem fornecer o caminho para o dimensionamento extremo da dimensão do dispositivo, pois são atomicamente precisos e sofrem pouco com os efeitos de canal curto. Outras aplicações possíveis de materiais 2-D podem vir de usá-los como interruptores no BEOL, o que coloca um limite superior no orçamento de temperatura permitido no fluxo de integração.

A plataforma imec se integra como canal de transistor WS2, um material 2-D que promete maior corrente ON em comparação com a maioria dos outros materiais 2-D e boa estabilidade química. O Imec relata aqui pela primeira vez o crescimento de MOCVD de WS2 em wafers de 300 mm, uma etapa fundamental do processo de fabricação do dispositivo. A abordagem de síntese MOCVD resulta em controle de espessura com precisão de monocamada sobre o wafer de 300 mm completo e matrial de mobilidade potencialmente mais alta. Os benefícios do crescimento do MOCVD vêm com o preço de uma alta temperatura durante o crescimento do material.

Para construir um fluxo de integração de dispositivo que possa ser compatível com os requisitos BEOL, a transferência do material do canal de um substrato de crescimento para um wafer de dispositivo é crucial. Imec é o primeiro a demonstrar uma transferência de material 2-D de monocamada completa de 300 mm, o que é muito desafiador por si só devido à baixa adesão dos materiais 2-D ao wafer do dispositivo e à extrema finura do material transferido:0,7 nm! O processo de transferência foi desenvolvido em conjunto com a SUSS MicroTec e a Brewer Science usando tecnologias de colagem e descolamento temporárias. Os wafers WS2 são temporariamente ligados aos wafers de suporte de vidro usando um material especialmente formulado (Brewer Science). Próximo, a monocamada WS2 é mecanicamente removida da pastilha de crescimento e ligada novamente em vácuo à pastilha do dispositivo. O wafer portador é removido usando descolamento a laser. Esta técnica de descolamento é um facilitador chave para a transferência controlada de materiais 2-D

Iuliana Radu, Além do Diretor do Programa CMOS na imec, explica, "A construção da plataforma de 300 mm para o estudo do dispositivo MOSFET com materiais 2-D e o desenvolvimento do ecossistema da etapa do processo aceleram a adoção tecnológica desses materiais. Vários desafios ainda precisam ser resolvidos e são objeto de pesquisa e desenvolvimento contínuos." Os principais desafios incluem dimensionar a espessura de óxido equivalente (EOT) do dielétrico de porta para materiais 2-D, e reduzindo a deficiência do canal para aumentar a mobilidade.