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Grabado atómico libre de halógenos
La técnica evita los subproductos tóxicos de los gases halógenos convencionales, reduciendo el impacto ambiental al tiempo que avanza la escala de semiconductores.
Investigadores de Japón y Taiwán han demostrado una técnica de plasma libre de halógenos capaces de grabar películas de óxido de hafnio (HFO2) con precisión a nivel atómico, marcando un paso significativo para la fabricación de semiconductores de próxima generación.Informado en una pequeña ciencia, el proceso logra superficies suaves y uniformes a temperatura ambiente sin depender de gases tóxicos a base de halógenos, que se usan ampliamente en el grabado de plasma convencional.
HFO2 ya es un material fundamental en electrónica avanzada, valorado por su alta constante dieléctrica, estabilidad térmica y brecha de banda ancha.Estas propiedades lo convierten en un candidato esencial para los aisladores de compuerta ultrafina en transistores 2D y dispositivos de memoria de próxima generación.Sin embargo, sus fuertes enlaces de hafnio -oxígeno también hacen que HFO2 sea notoriamente difícil de grabar con precisión y suavidad de la superficie.
Los métodos tradicionales de grabado de la capa atómica mejorada por plasma (ALE) abordan esto utilizando gases halógenos, típicamente fluorino o cloro, combinados con un bombardeo de iones energético.Si bien es efectivo, el enfoque tiene inconvenientes.Los gases halógenos son tóxicos y dañinos ambientalmente, mientras que sus subproductos a menudo tienen baja volatilidad, se aferran a las paredes del reactor o las paredes laterales del dispositivo y el rendimiento degradante.
El equipo, dirigido por la colaboración de la Universidad de la Universidad de Ming Chi de la Universidad de Nagoya, diseñó un método cíclico de dos pasos que reemplaza los halógenos con plasmas de nitrógeno y oxígeno.En la primera etapa, los iones n⁺ bombardean la superficie HFO2, uniendo el nitrógeno a la película.En el segundo, un plasma O2 elimina la capa unida a nitrógeno a través de una reacción autolimitada.Cada ciclo elimina solo 0.023 a 0.107 nanómetros de material, lo que permite la precisión subatómica.
El análisis de la superficie utilizando espectroscopía infrarroja y espectroscopía de fotoelectrones de rayos X confirmó que los átomos de nitrógeno reemplazan temporalmente los átomos de oxígeno durante el ciclo antes de descomponer los subproductos volátiles bajo plasma de oxígeno.Más allá del grabado, el método también mejora la morfología de la superficie: después de 20 ciclos, la rugosidad se redujo en un 60%.
De manera crucial, el proceso funciona a temperatura ambiente, ahorrando energía y simplificando la integración en fabricar fabs de semiconductores.También evita los residuos a base de halógenos, que respalda la fabricación más limpia y más sostenible.
A medida que las dimensiones de semiconductores se reducen a solo unos pocos nanómetros, técnicas como esta serán esenciales para mantener el rendimiento del dispositivo al tiempo que reducen el impacto ambiental.El estudio establece la primera ruta de grabado de nivel atómico libre de halógenos para HFO2, lo que potencialmente establece un modelo para procesar otros materiales difíciles de grabar en microelectrónicas avanzadas.