p (Phys.org) —Ao longo dos anos, os chips de computador ficaram menores graças aos avanços na ciência dos materiais e nas tecnologias de fabricação. Esta marcha de progresso, a duplicação dos transistores em um microprocessador aproximadamente a cada dois anos, é chamada de Lei de Moore. Mas há um componente do processo de fabricação de chips que precisa de uma revisão para que a lei de Moore continue:a mistura química chamada fotorresiste. Semelhante ao filme usado em fotografia, fotorresistente, também chamado de resist, é usado para estabelecer os padrões de linhas e recursos cada vez menores em um chip. p Agora, em uma tentativa de continuar diminuindo o tamanho do transistor enquanto aumenta a computação e a eficiência energética, a fabricante de chips Intel fez parceria com pesquisadores do Lawrence Berkeley National Lab do Departamento de Energia dos EUA (Berkeley Lab) para projetar um tipo inteiramente novo de resistência. E o mais importante, eles fizeram isso ao caracterizar a química do fotorresiste, crucial para melhorar ainda mais o desempenho de uma forma sistemática. Os pesquisadores acreditam que seus resultados poderiam ser facilmente incorporados por empresas que fazem resistir, e encontrar seu caminho nas linhas de fabricação já em 2017.

p A nova resistência combina com eficácia as propriedades do material de dois tipos de resistência pré-existentes, alcançar as características necessárias para criar recursos menores para microprocessadores, que incluem melhor sensibilidade à luz e estabilidade mecânica, diz Paul Ashby, cientista da equipe da Fundição Molecular do Berkeley Lab, uma facilidade de usuário do DOE Office of Science. "Descobrimos que misturar grupos químicos, incluindo reticuladores e um tipo particular de éster, poderia melhorar o desempenho do resist. "O trabalho é publicado esta semana no jornal Nanotecnologia .

p Encontrar um novo tipo de fotorresiste é "um dos maiores desafios que a indústria de semicondutores enfrenta no espaço de materiais, "diz Patrick Naulleau, diretor do Centro de Óptica de Raios-X (CXRO) no Laboratório de Berkeley.

p Além disso, tem havido muito pouco entendimento da ciência fundamental de como a resistência realmente funciona no nível químico, diz Deirdre Olynick, cientista da equipe da Fundição Molecular. "Resist é uma mistura muito complexa de materiais e demorou tanto para desenvolver a tecnologia que dar grandes saltos em relação ao que já é conhecido foi visto como muito arriscado, ", diz ela. Mas agora a falta de compreensão fundamental pode potencialmente colocar a Lei de Moore em risco, Ela adiciona.

p Para entender por que resistir é tão importante, considere uma explicação simplificada de como seus microprocessadores são feitos. Um wafer de silício, cerca de trinta centímetros de diâmetro, é limpo e coberto com uma camada de fotorresiste. Em seguida, a luz ultravioleta é usada para projetar uma imagem do padrão de circuito desejado, incluindo componentes como fios e transistores no wafer, alterando quimicamente o resist.

p Dependendo do tipo de resistência, a luz o torna mais ou menos solúvel, então, quando o wafer é imerso em um solvente, as áreas expostas ou não expostas são lavadas. O resist protege o material que compõe os transistores e fios de ser gravado e pode permitir que o material seja depositado seletivamente. Este processo de exposição, o enxágue e decapagem ou deposição é repetido muitas vezes até que todos os componentes de um chip tenham sido criados.

p O problema com a resistência de hoje, Contudo, é que ele foi originalmente desenvolvido para fontes de luz que emitem a chamada luz ultravioleta profunda com comprimentos de onda de 248 e 193 nanômetros. Mas, para obter recursos mais sofisticados em chips, a indústria pretende mudar para uma nova fonte de luz com um comprimento de onda mais curto, de apenas 13,5 nanômetros. Chamado ultravioleta extremo (EUV), esta fonte de luz já encontrou seu caminho em linhas piloto de fabricação. Infelizmente, o fotorresiste de hoje ainda não está pronto para a fabricação de alto volume.

p "A indústria de semicondutores quer ir para recursos cada vez menores, "explica Ashby. Embora a luz ultravioleta extrema seja uma tecnologia promissora, ele adiciona, "você também precisa de materiais resistentes que possam padronizar com a resolução que o ultravioleta extremo pode prometer."

p Então, as equipes lideradas por Ashby e Olynick, que incluem o pesquisador de pós-doutorado do Berkeley Lab, Prashant Kulshreshtha, investigou dois tipos de resistência. Um é chamado de reticulação, composto de moléculas que formam ligações quando expostas à luz ultravioleta. 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.

p 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.

p 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 tudo correr bem, these resist materials could play an important role in the process and help Moore's Law persist.