Vers une fabrication beaucoup plus rapide des transistors
© 2011 EPFL
Fabriquer de manière rapide et peu chère les minuscules structures qui composent les transistors et les puces de silicium : ce sera bientôt chose possible. Les chercheurs de l’EPFL planchent actuellement sur la technique du pochoir en mouvement - ou lithographie par stencil dynamique-, un processus récent mais pas encore parfait, qui permet de créer ces nanostructures.
Plus rapide, moins chère, plus efficace. Tels sont les avantages de la méthode de lithographie par stencil dynamique (dynamic stencil lithography ou DSL), un nouveau moyen pour fabriquer les nanostructures qui sont à la base des transistors et des puces de silicium, notamment.
Le principe de la technique par pochoir pour former des motifs structuraux à l'échelle nanométrique (millionième de millimètre) est simple : On dépose dans un évaporateur un substrat-une plaquette de silicium ou du plastique souple-, muni d’un pochoir contenant des ouvertures d’une taille de 100 à 200 nanomètres. Lorsque le métal est évaporé, le pochoir agit comme un masque, et le métal ne se dépose sur le substrat qu’à travers ces ouvertures. Il est ainsi possible d’orner localement le substrat avec des dépôts de métal selon la forme souhaitée. Une précision essentielle au bon fonctionnement du transistor ou de l’élément électronique composé de ces structures. «Prenez une feuille de papier, découpez un cercle à l’intérieur, que vous retirez ensuite. Posez le reste du papier contre le mur, sprayez le tout avec de la peinture, puis retirez le chablon. Vous obtiendrez un beau cercle. Grossièrement, c’est le principe sur lequel nous nous basons, indique Veronica Savu, qui œuvre dans le Laboratoire de microsystèmes, dirigé par le professeur Juergen Brugger. « Le fait d’utiliser des chablons pour créer quelque chose n’a rien de nouveau, poursuit-elle. Seulement, le fait d’y parvenir à une échelle si petite est un véritable défi scientifique ».
Et ce défi, Veronica Savu l’a déjà bien entamé. Cet été, ses recherches ont fait la première page du journal scientifique Nanoscale. Elle a par ailleurs obtenu très récemment un nouveau soutien du Fonds National Suisse, pour la poursuite de son travail. Car la chercheuse ne s’est pas contentée d’étudier la lithographie avec stencil statique telle que l’on vient de la décrire et qui comporte plusieurs limitations-impossibilité d’obtenir des motifs différents en une seule déposition, notamment-. Elle s’est intéressée à la lithographie par stencil dynamique, un processus plus novateur, qui permet d’élaborer différents design en utilisant le même chablon.
« Doté d’une ouverture unique, notre stencil peut dans ce cas être mis en mouvement lors de l’évaporation d’un métal, afin de dessiner en deux dimensions des motifs différents en une seule opération, que ce soit un carré, un cercle, une ligne ou une croix. Un peu comme si l’on écrivait un texte au crayon », explique Veronica Savu. « Nous avons par ailleurs prouvé qu’il était possible d’utiliser cette méthode sur un substrat de 100 millimètres de diamètre, soit la taille standard utilisée dans l’industrie. » Jusqu’ici, personne n’était parvenu à réunir les paramètres permettant une application de la DSL dans le monde réel. « On connaissait la DSL, les ouvertures de taille submicrométrique, ainsi que l’utilisation des stencils sur un échantillon de silicium de taille industrielle. Mais personne n’avait encore été capable de réunir tous ces éléments en une seule méthode. »
La lithographie par stencil statique ou dynamique pourrait donc à terme intéresser l’industrie et supplanter la méthode traditionnellement utilisée dite « à base de resist ». Le processus est en effet fastidieux, coûteux et s'opère en plusieurs étapes. « L’utilisation de stencils de façon statique représente une démocratisation de la nanolithographie : Plus besoin d’utiliser des machines coûtant très cher : un pochoir et un évaporateur suffisent », commente le professeur Brugger.
« Nous allons maintenant collaborer avec le centre de nanoscience à l’Université de Bâle, afin d’effectuer les tests nécessaires pour prouver l’application réel de la lithographie par stencil dynamique, explique la chercheuse, le but étant de parvenir in fine à réaliser des transistors fonctionnels en utilisant du graphène ou des nanofils, comme nous l’avons déjà fait avec la lithographie par stencil statique. »
Publication : 100 mm dynamic stencils pattern sub-micrometre structures