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L'auto-assemblage montre la promesse d'étendre la loi de Moore
Les temps sont difficiles pour les ingénieurs en puces informatiques. Une technologie sur laquelle l'industrie comptait pour graver les minuscules caractéristiques des prochaines générations de puces n'est toujours pas prête.
Connue sous le nom de lithographie ultraviolette extrême, ou EUV, la technologie a des années de retard. Bien que l'approche fonctionne, les sources de lumière UV suffisamment puissantes pour graver les puces assez rapidement pour une production en série font défaut. En 2012, Intel a investi 4 milliards de dollars dans la société néerlandaise ASML, fournisseur d'équipements de fabrication, pour soutenir les travaux de perfectionnement de la technique (voir The Moore's Law Moon Shot ). Depuis, les principaux fabricants de puces Samsung et TSMC ont chacun ajouté 375 millions de dollars aux efforts de recherche d'ASML, mais rien n'indique toujours quand l'EUV pourrait être prêt.
Une alternative radicale à la lithographie conventionnelle semble désormais de plus en plus viable. Connu sous le nom d'auto-assemblage dirigé, il consiste à utiliser des solutions de composés appelés copolymères à blocs qui s'assemblent en structures régulières. Les copolymères à blocs sont constitués de différentes unités (les blocs) qui préfèrent être séparées, comme l'huile et l'eau ; laissés seuls, ces composés produisent généralement des motifs tourbillonnants ressemblant à des empreintes digitales. Mais s'ils sont guidés par un pré-modèle de guides chimiques réalisés avec une lithographie conventionnelle, les copolymères à blocs produisent des lignes et d'autres modèles réguliers. Surtout, ces motifs finaux peuvent avoir des détails beaucoup plus petits que ceux du pré-motif. Un motif final réalisé de cette manière peut ensuite être utilisé comme modèle pour les processus chimiques qui gravent des éléments dans une plaquette de silicium, le même processus qui est le point final de la lithographie conventionnelle.
An Steegen, vice-président senior pour le développement de la technologie des procédés chez IMEC , un centre de recherche en micro-électronique à Louvain, en Belgique, a déclaré lors de la Semicon Ouest conférence de l'industrie des semi-conducteurs à San Francisco mercredi que l'auto-assemblage semble capable de prolonger la durée de vie de la lithographie existante, comme alternative au passage à l'EUV. IMEC peut désormais modéliser des structures de type transistor avec une conception similaire à celles des dernières puces d'Intel et des fonctionnalités aussi petites que 14 nanomètres, a-t-elle déclaré. Nous attendons tous désespérément que l'EUV soit prêt, mais il existe des alternatives, a-t-elle déclaré.
IMEC a installé la première ligne de fabrication au monde capable d'utiliser l'auto-assemblage dans son usine pilote en 2012. Les travaux se sont concentrés sur la réduction des erreurs dans les structures auto-assemblées grâce à des matériaux améliorés et à de meilleures conceptions de pré-modèle. Steegen estime que la technologie pourrait être prête pour une production de masse vers 2017. Cette génération de transistors devrait avoir des caractéristiques aussi petites que sept nanomètres. Les plus petits transistors actuellement en production commerciale ont des caractéristiques aussi petites que 14 nanomètres.
L'Université d'État de New York exploite également une ligne de production pilote capable d'auto-assemblage dirigé dans son Centre d'ingénierie à l'échelle nanométrique à Albany. Christopher Borst, professeur agrégé de nano-ingénierie, a rapporté à Semicon qu'il pouvait désormais créer de manière fiable des réseaux de lignes répétitives et de structures en forme de nageoires aussi petites que 18 nanomètres. Nous avons développé des structures très impressionnantes qui pourraient se frayer un chemin dans les processus des appareils, a déclaré Borst. La capacité de base est indiquée pour les matériaux et la fabricabilité.
Cependant, l'auto-assemblage n'est toujours pas entièrement compatible avec la production de masse. Les problèmes non résolus incluent la recherche de moyens de garantir la pureté des matériaux d'auto-assemblage afin de minimiser les défauts, explique Steegen. L'industrie devra également développer des outils pour aider les concepteurs de puces à déterminer les modèles de guidage nécessaires pour provoquer un mélange d'auto-assemblage afin de créer la conception finale souhaitée.