當今，很多技術的核心之處就在於半導體器件。隨著摩爾定律走向極限，十分有必要尋找一種新的方法，將更多的電路封裝到單個設備中，以提高設備的計算速度和性能。
有望突破摩爾定律！新型刻蝕技術，可精確調控納米級半導體薄膜
近日，美國能源部阿貢國家實驗室的研究人員開發出一項新的技術，可能會有助於製造這種尺寸越來越小、但結構和功能越來越複雜的器件。這項技術稱為分子層刻蝕（molecular layer etching, MLE），相關論文已在Chemistry of Materials雜誌發表（鏈接見後文）。
為了將微電子器件造得更小，製造商必須把越來越多的電路塞進更小的薄膜和3D結構中，現如今是用薄膜沉積和刻蝕技術來實現的，這種技術可以一次生長或去除一層膜。不過，在納米層面控制物質，受到添加或除去薄膜材料的手段的限制。而分子層刻蝕則可以讓製造商和研究者精確地去除微觀和納米級薄膜材料。
分子層刻蝕與分子層沉積（MLD，一種沉積技術）一起，可以用於設計微觀器件的結構。這跟原子層沉積（ALD）和原子層刻蝕（ALE）的方法類似，ALD和ALE是製造微電子器件最常用的技術。然而，與僅適用於無機薄膜的原子層沉積不同的是，分子層刻蝕和分子層沉積也能用來生長和去除有機薄膜。
工作原理
分子層刻蝕的工作原理，是將幾納米或幾微米厚的薄膜暴露於真空室內的氣體脈衝中。該過程中，最開始時，一種氣體（氣體A）進入真空室，立刻與薄膜表面反應。然後，將薄膜暴露於第二種氣體（氣體B）中。重複這一過程，直到從薄膜上去除期望的厚度為止。
Jeff Elam解釋說：“A和B共同作用的結果即是去除薄膜上的分子層。如果一直重複這一流程，你就能讓薄膜達到最終理想的厚度。”
分子層刻蝕的一個關鍵之處，是A和B的表面反應是自限制的。只有在所有可用的活性表面位點被消耗完之後，它們才會繼續進行。這種自限制性的特點非常有利於微電子器件的製造，因為它會相對容易地將這一工藝擴展到更大的基板尺寸上。
研究人員用蘆薈酮（一種類似於硅酮橡膠的有機材料）測試了這種新方法，發現它在柔性電子領域具有應用潛力。實驗中的氣體A是含鋰的鹽，氣體B是三甲基鋁（TMA），後者是一種有機金屬鋁基化合物。
在刻蝕的過程中，鋰化合物以“使鋰黏附於薄膜表面、並破壞薄膜上的化學鍵”的方式，與蘆薈酮薄膜的表面發生反應。然後，通入TMA並與之反應後，就會去除含鋰的膜層。該過程就可以一層一層地持續進行，如果有必要的話，甚至可以把這個材料這樣去除掉。
打開微電子學新的大門
利用這項新的技術，可以幫助製造商和研究者，走上製造和控制納米級材料幾何形狀的新途徑。對他們來說，該工藝也可能是一個更安全的選擇，因為它不含有鹵素。而且，該工藝還具有“選擇性”這一優點，這種刻蝕技術可以選擇性地去除MLD層，而不會影響到附近的ALD層。研究人員表示，這項技術有可能會為微電子學打開一扇新的大門。
論文鏈接——
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.9b03627
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