一种微芯片制造的新方法

约翰霍普金斯大学的研究人员发现了一种新材料和一种新工艺，这可能会推动在制造更小、更快、更经济的微芯片方面的持续竞争。这些微芯片被用于现代电子产品中的方方面面——从手机到汽车，从家电到飞机。

该科学家团队发现了一种既精确又经济的制造工艺，可以创造出肉眼不可见的微小电路。

这项发现今天发表在《自然化学工程》（Nature Chemical Engineering）杂志上。

“各大公司都有自己的路线图，规划着未来10到20年甚至更远的蓝图，”约翰霍普金斯大学化学与生物分子工程学布隆伯格杰出教授迈克尔·察帕特西斯（Michael Tsapatsis）说。“其中一个障碍是找到一种工艺，能在生产线上以极快的速度和绝对的精度照射材料，从而经济地制造出更小的特征。”

察帕特西斯补充说，用于在微小格式上进行印刻的先进激光器已经存在，但研究人员需要新的材料和新的工艺来适应日益微缩的微芯片。

微芯片是带有印刻电路的扁平硅片，用于执行基本功能。在生产过程中，制造商会在硅晶圆上涂上一层对辐射敏感的材料，形成一种非常精细的涂层，称为“光刻胶”（resist）。当一束辐射光束照射到光刻胶上时，会引发化学反应，在晶圆上“烧刻”出图案和电路。

然而，需要更高功率的辐射光束才能在芯片上刻出更小的细节，但这些光束与传统光刻胶的相互作用不够强烈。

此前，察帕特西斯实验室和约翰霍普金斯大学费尔布拉瑟研究小组（Fairbrother Research Group）的研究人员发现，由一类新型金属有机物制成的光刻胶可以适应这种更高功率的辐射工艺，即“超越极紫外辐射”（B-EUV）。该技术有潜力制造出比目前标准尺寸10纳米更小的细节。锌等金属能吸收B-EUV光，并产生电子，从而引发必要的化学转化，将电路图案印刻在一种名为咪唑（imidazole）的有机材料上。

这项研究标志着科学家们首次能够以溶液形式在硅晶圆尺度上沉积这些基于咪唑的金属有机光刻胶，并以纳米精度控制其厚度。为了开发出用金属有机材料涂覆硅晶圆所需的化学工艺，该团队结合了来自约翰霍普金斯大学、华东理工大学、洛桑联邦理工学院、苏州大学、布鲁克海文国家实验室和劳伦斯伯克利国家实验室的实验和模型。他们称这种新方法为化学液体沉积（CLD），它可以被精确设计，让研究人员能够快速探索金属和咪唑的各种组合。

“通过调整这两种成分（金属和咪唑），你可以改变光的吸收效率以及后续反应的化学性质。这为我们创造新的金属有机配对提供了可能性，”察帕特西斯说。“令人兴奋的是，至少有10种不同的金属可以用于这种化学反应，以及数百种有机物。”

研究人员已经开始尝试不同的组合，以专门为B-EUV辐射创造配对，他们认为这种技术很可能在未来10年内应用于制造业。

“因为不同的波长与不同的元素有不同的相互作用，在某个波长下表现不佳的金属在另一个波长下可能表现出色，”察帕特西斯说。“锌对于极紫外辐射（EUV）来说不是很好，但对于B-EUV来说却是最好的之一。”

文章作者包括约翰霍普金斯大学的Yurun Miao、Kayley Waltz和Xinpei Zhou；华东理工大学的Liwei Zhuang、Shunyi Zheng、Yegui Zhou和Heting Wang；布鲁克海文国家实验室的Mueed Ahmad和J. Anibal Boscoboinik；苏州大学的Qi Liu；洛桑联邦理工学院的Kumar Varoon Agrawal；以及劳伦斯伯克利国家实验室的Oleg Kostko。

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