Denna vecka, vid IEEE International Electron Devices Meeting 2018 (IEDM), imec, det världsledande forsknings- och innovationsnavet inom nanoelektronik och digital teknik, presenterar en 300 mm platta för MOSFET-enheter med 2-D-material. 2-D-material kan ge vägen mot extrem enhetsdimensionskalning eftersom de är atomiskt exakta och lider lite av kortkanalseffekter. Andra möjliga tillämpningar av 2-D-material kan komma från att använda dem som switchar i BEOL, vilket sätter en övre gräns för den tillåtna temperaturbudgeten i integrationsflödet.

Imec -plattformen integreras som transistorkanal WS2, ett 2-D-material som lovar högre ON-ström jämfört med de flesta andra 2-D-material och god kemisk stabilitet. Imec rapporterar här för första gången MOCVD -tillväxten av WS2 på 300 mm skivor, ett viktigt processsteg för tillverkning av enheter. MOCVD -syntesmetoden resulterar i tjocklekskontroll med enskiktsprecision över hela 300 mm skivan och potentiellt högsta rörligheten. Fördelarna med MOCVD -tillväxten kommer till priset av en hög temperatur samtidigt som materialet odlas.

För att bygga ett enhetsintegrationsflöde som kan vara kompatibelt med BEOL -kraven, överföringen av kanalmaterialet från ett tillväxtsubstrat till en anordningskiva är avgörande. Imec är den första som visar en fullständig 300 mm monolager 2-D materialöverföring, vilket är mycket utmanande i sig på grund av den låga vidhäftningen av 2-D-material till skivan på enheten och den extrema tunnheten hos det överförda materialet:0,7 nm! Överföringsprocessen utvecklades tillsammans med SUSS MicroTec och Brewer Science med hjälp av tillfällig bindning och avskiljningsteknik. WS2 -skivor är tillfälligt bundna till glasbärerskivor med hjälp av ett speciellt formulerat material (Brewer Science). Nästa, WS2 -monoskiktet avlastas mekaniskt från tillväxtskivan och åter bindas i vakuum till anordningskivan. Bärarskivan avlägsnas med laseravskiljning. Denna avskiljningsteknik är en viktig möjliggörare för kontrollerad överföring av 2-D-material

Iuliana Radu, Beyond CMOS Program Director på imec, förklarar, "Att bygga 300 mm-plattformen för MOSFET-enhetsstudier med 2-D-material och utveckla processstegsekosystemet påskyndar det tekniska införandet av dessa material. Flera utmaningar återstår att lösa och är föremål för pågående forskning och utveckling." Större utmaningar är att skala ekvivalent oxidtjocklek (EOT) för gate-dielektrikum för 2-D-material, och minska kanaldefekt för att öka rörligheten.