Deze week, op de IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) van 2018, imec, het toonaangevende onderzoeks- en innovatiecentrum op het gebied van nano-elektronica en digitale technologieën, presenteert een 300 mm-waferplatform voor MOSFET-apparaten met 2D-materialen. 2D-materialen kunnen de weg naar extreme schaalvergroting van apparaatdimensies bieden, omdat ze atomair nauwkeurig zijn en weinig last hebben van korte-kanaaleffecten. Andere mogelijke toepassingen van 2D-materialen kunnen voortkomen uit het gebruik ervan als schakelaars in de BEOL, die een bovengrens stelt aan het toegestane temperatuurbudget in de integratiestroom.

Het imec-platform integreert als transistorkanaal WS2, een 2D-materiaal dat veelbelovend is voor een hogere AAN-stroom in vergelijking met de meeste andere 2D-materialen en een goede chemische stabiliteit. Imec rapporteert hier voor het eerst de MOCVD-groei van WS2 op 300 mm wafers, een belangrijke processtap voor de fabricage van apparaten. De MOCVD-synthesebenadering resulteert in diktecontrole met monolaagprecisie over de volledige wafer van 300 mm en potentieel materiaal met de hoogste mobiliteit. De voordelen van de MOCVD-groei komen ten koste van een hoge temperatuur tijdens het kweken van het materiaal.

Om een ​​apparaatintegratiestroom te bouwen die compatibel zou kunnen zijn met de BEOL-vereisten, de overdracht van het kanaalmateriaal van een groeisubstraat naar een apparaatwafel is cruciaal. Imec demonstreert als eerste een volledige 300 mm monolaag 2-D materiaaloverdracht, wat op zichzelf al een hele uitdaging is vanwege de lage hechting van 2D-materialen aan de apparaatwafer en de extreme dunheid van het overgebrachte materiaal:0,7 nm! Het overdrachtsproces is samen met SUSS MicroTec en Brewer Science ontwikkeld met behulp van tijdelijke bindings- en onthechtingstechnologieën. WS2-wafels worden tijdelijk met een speciaal samengesteld materiaal (Brewer Science) aan glassdragerwafels gehecht. Volgende, de WS2-monolaag wordt mechanisch losgemaakt van de groeiwafel en opnieuw in vacuüm gehecht aan de apparaatwafel. De dragerwafel wordt verwijderd door middel van laseronthechting. Deze onthechtingstechniek is een belangrijke factor voor de gecontroleerde overdracht van 2D-materialen

Iuliana Radu, Beyond CMOS Program Director bij imec, verklaart, "Het bouwen van het 300 mm-platform voor MOSFET-apparaatstudie met 2D-materialen en het ontwikkelen van het processtapecosysteem versnelt de technologische acceptatie van deze materialen. Verschillende uitdagingen moeten nog worden opgelost en zijn onderwerp van voortdurend onderzoek en ontwikkeling." Grote uitdagingen zijn onder meer het schalen van de equivalente oxidedikte (EOT) van poortdiëlektricum voor 2D-materialen, en het verminderen van kanaaldefecten om de mobiliteit te vergroten.