Fysische en Analytische Chemie Prof. S. De Gendt and Prof. C.Vinckier Van ‘Micro’-electronica tot functionele nanotechnologie Een zaak van scheikunde! 1st transistor 1st computer Recent computer Recent transistor KULeuven en IMEC Situering Silicon processing (rode box) IMEC’s missie "Wetenschappelijk onderzoek verrichten dat de industriële noden 3 tot 10 jaar voorafgaat op het gebied van micro-elektronica,nanotechnologie, ontwerpmethodes en technologieën voor ICT-systemen." IC’s worden opgebouwd op hoogzuivere (Si, Ge, …) halfgeleiders. Via een sequentie van proces stappen worden hierop actieve componenten op nanometer schaal gemaakt. Reiniging: contaminanten hebben een nadelige invloed op kwaliteit van de ‘chips’. De productie gebeurt daarom in ultracleane omgeving en bij elke processtap gebeurt een chemische reiniging van het substraat. Depositie: Verschillende ‘Chemical Vapor Deposition’ technieken worden aangewend voor depositie van amorfe, kristallijne of epitaxiale (nm tot mm) dikke dielectricum en metaalfilmen. Lithografie: Na het aanbrengen van een fotogevoelige organische emulsie (fotoresist) wordt via ‘licht’ een patroon overgebracht. Etsing: het verwijderen van ‘materiaal’ van substraat of gedeponeerde lagen door chemische reactie die verloopt via een nat (isotropisch) of plasma (anisotropisch) proces. De verkleining van transistoren ligt aan de basis van het grote succes van de chipindustrie en haar toepassingen. Hierdoor krijgen alledaagse elektronische producten steeds meer functionaliteit, aan lagere kostprijs Productie van geavanceerde (Si gebaseerde processen) transistoren gebeurt met dimensies tot 65nm. Onderzoek (45nm en kleiner) nadert de fysische grenzen van de bestaande technologie, waardoor complexe introductie van nieuwe materialen noodzakelijk wordt. Al het onderzoek dat door IMEC wordt uitgevoerd op het vlak van nieuwe materialen en processtappen wordt ondersteund door materiaal- en componentanalyse. IMEC heeft een gecentraliseerd onderzoeksplatform opgezet waar wereldleiders in chipproductie samen met de belangrijkste toestel- en materiaalleveranciers aan oplossingen werken voor het sub-45nm tijdperk. Het onderzoek omvat lithografie, substraatmodules, de poortmodule, interconnecties, reinigingstechnieken en nieuwe transistorarchitecturen. (Bijna) allemaal gebieden waarbinnen chemie een belangrijke rol vervult Een samenwerking met de KU Leuven is niets nieuws: sinds de oprichting van IMEC in 1984, is er steeds een nauwe samenwerking geweest met de KU Leuven. Dit zowel op het vlak van onderwijs, externe stages, als op het vlak van fundamenteel / toegepast onderzoek. Van zand (SiO2) tot IC (Si): een sequentie van scheikundige processen Externe stages / onderzoekstopics Externe stages / onderzoekstopics Atomic Layer Depositie Laura Nyns, Annelies Delabie, Sven Van Elshocht Reiniging/passivatie van IC structuren Sylvain Garaud, Rita Vos, Paul Mertens Verwijderen van contaminatie – organisch, metaal, particulair Oppervlakte conditionering / passivatie Optimalisatie en implementatie reinigingsprocessen Nieuwe materialen (Ge, GaAs, high-k, metalen, …) Verwijderen van dielectrische filmen Verwijderen van post-ets residues en fotoresist Studie van galvanische corrosie Studie van reinigingsmechanisme Depositie van nm dunne conformele dielectrische en metaal filmen via sequentiele zelf-terminerende gas-solid reacties Depositie beperkt door sterische hindering en beschikbare sites Studie van groei gedrag en modellering van chemische reacties Nanotechnology Binnen 10 - 15 jaar zal de transistor schaling op een muur van technologie beperking botsen. silicon surface native oxide adsorbed molecules particulates organic impurities anion roughness metals Materialen op nanometer schaal en nieuwe concepten voor opslag en verwerking van digitale informatie zijn nodig om de mogelijkheden van chips verder te uit te bouwen na het huidige 'CMOS-tijdperk'. Micro- en sporen analyse Nick Valckx, David Hellin, Jan Van Hoeymissen Plasma etsen van dielectrica en metalen Dries Dictus, Vasile Parashiv, Denis Shamiryan De fundamentele kennis wordt nu bij IMEC opgebouwd. IMEC onderzoekt de gecontroleerde groei en depositie van koolstof nanobuisjes, nanodraden met halfgeleidende eigenschappen en functionele nanodeeltjes. Ontwikkelen van analytische procedures en contaminatie controle voor nieuwe materialen Optimalisatie en implementatie analyseprocessen Invloed van materiaaleigenschappen op het plasma-etsgedrag Ontwikkeling van een plasma-etsproces voor koper Plasmadiagnostiek – studie van plasma d.m.v. emissie en absorptiespectroscopie (actinometrie) Modellering van een plasmareactor en etsprocessen masker substraat koper Passivatielaag plasma Producten afkomstig van de reactorwand Additieven aan het gasmengsel Producten afkomstig van het masker Niet-vluchtige etsproducten Vluchtige etsproducten Voor meer info: www.imec.be Of contacteer: Chris.Vinckier@chem.kuleuven.be Stefan.Degendt@chem.kuleuven.be Laura.Nyns@imec.be (PhD student) Dris.Dictus@imec.be (PhD student) Nick.Valckx@imec.be (PhD student)