Dioxyde de carbone supercritique

Les fabricants de puces informatiques sont confrontés à deux défis de taille : l'un environnemental, l'autre purement technique. Chaque année, une usine typique de fabrication de puces aspire environ quatre millions de gallons d'eau ultrapure et utilise un océan de produits chimiques toxiques pour nettoyer et préparer les puces à utiliser. Dans le même temps, les entreprises du secteur hautement concurrentiel tentent de réduire davantage les transistors et autres dispositifs sur puces pour continuer à rendre les ordinateurs et autres composants microélectroniques moins chers et plus rapides. La solution à ces deux défis pourrait provenir d'une source improbable : le dioxyde de carbone.

Le dioxyde de carbone a longtemps été l'ennemi juré des écologistes en raison de son rôle dans le réchauffement climatique, mais dans les bonnes conditions, à savoir une pression élevée et la bonne température, c'est l'un des solvants naturels les meilleurs et les plus respectueux de l'environnement. Les amateurs de café décaféiné, par exemple, bénéficient de sa capacité à éliminer la caféine des grains de café. Au cours des dernières années, le dioxyde de carbone a également fait des percées dans l'industrie du nettoyage à sec, offrant une alternative de nettoyage sûre au perchloréthylène chimique. Mais c'est sur le front de la haute technologie que le dioxyde de carbone peut avoir son plus grand impact. Les opportunités sont énormes, déclare Joseph DeSimone, chimiste de l'Université de Caroline du Nord. Je suis convaincu que le dioxyde de carbone dominera plusieurs des étapes clés de la microélectronique.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de janvier 2002

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Le dioxyde de carbone pourrait fournir à l'industrie des semi-conducteurs un moyen plus respectueux de l'environnement de nettoyer le silicium, mais il pourrait également permettre la miniaturisation continue des circuits intégrés. Et cela signifie des ordinateurs et des appareils électroniques grand public plus rapides et moins chers. L'angle environnemental rendra les [fabricants de puces] beaux, mais ils ne vont pas se réoutiller uniquement sur cette base, déclare Craig Taylor, chercheur en fluides supercritiques au Laboratoire national de Los Alamos au Nouveau-Mexique. Ce qui est intéressant pour l'industrie, c'est que le dioxyde de carbone supercritique peut être une technologie habilitante pour aller à des dimensions plus petites.

Les scientifiques savent depuis plus d'un siècle qu'à 75 fois la pression atmosphérique et 31 °C, le dioxyde de carbone entre dans un état étrange que les chimistes appellent supercritique. Dans cet état, les formes liquide et gazeuse du dioxyde de carbone deviennent indiscernables : elles se fondent en un fluide aux propriétés inhabituelles. Parmi les plus étranges, la viscosité du fluide tombe à presque rien et sa tension superficielle passe à zéro. La faible viscosité signifie qu'il s'écoule exceptionnellement bien avec une faible résistance, et la tension superficielle nulle signifie que la surface du fluide ne s'enroule pas sur les bords et ne colle pas aux côtés de son récipient. Le résultat net : le dioxyde de carbone supercritique peut s'écouler dans des crevasses et des recoins si minuscules que d'autres solvants liquides pourraient s'encrasser.

Des chercheurs de Los Alamos, de l'Université de Caroline du Nord et d'ailleurs ont exploré la possibilité que l'utilisation de dioxyde de carbone supercritique ou de dioxyde de carbone liquide planant juste en dessous de l'état supercritique leur permette de créer des caractéristiques sur des micropuces à un niveau de résolution sans précédent. En photolithographie, le processus fondamental utilisé dans la fabrication de puces, une résine photosensible (un matériau sensible à la lumière qui recouvre la puce de silicium) est exposée à la lumière diffusée à travers un masque ; la résine photosensible exposée est ensuite lavée, laissant un motif sur le silicium. La technologie existante utilise généralement une solution aqueuse pour éliminer la résine photosensible. Mais les structures deviennent si petites que la tension superficielle élevée de l'eau elle-même peut être dommageable, explique DeSimone. Tout comme le miel versé sur un château de cartes, l'eau peut faire s'effondrer les délicats éléments en silicone. Le dioxyde de carbone supercritique peut envahir les structures sans les démolir.

Le dioxyde de carbone pourrait également fournir un moyen de poser les fils de cuivre ultrafins utilisés dans les meilleures puces électroniques d'aujourd'hui. Jim Watkins et ses collègues de l'Université du Massachusetts ont récemment découvert qu'ils pouvaient dissoudre des composés métalliques dans du dioxyde de carbone et verser la solution dans les coins et recoins étroits des tranchées gravées dans le silicium pour former les fils. Lorsque les chercheurs ajoutent de l'hydrogène gazeux, les composés libèrent leurs charges métalliques sur les surfaces de silicium pour créer des interconnexions de haute qualité d'une épaisseur inférieure à 100 nanomètres.

Si le dioxyde de carbone peut nettoyer la fabrication de puces, il pourrait fournir une situation gagnant-gagnant classique pour ceux qui équilibrent l'impact environnemental et les performances de fabrication dans l'industrie de haute technologie. Les fabricants pourront continuer à produire des puces avec les fonctionnalités de réduction nécessaires pour les ordinateurs toujours plus rapides de demain. Et ceux de la Silicon Valley peuvent économiser leurs réserves d'eau pour faire des lattes décaféinés.

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