Miniaturização sem fim? Rompido mais um limite da microeletrônica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/08/2024

Esquema da nova técnica, que mais do que dobra a resolução da fotolitografia.
[Imagem: Iason Giannopoulos et al. - 10.1039/D4NR01332H]

Mais transistores no mesmo chip

Parece que todas as previsões sobre a miniaturização da eletrônica, e o eventual fim da Lei de Moore, estão fadadas ao fracasso.

Engenheiros alemães acabam de introduzir uma inovação nas máquinas de fabricação dos processadores e demais chips de computador que diminui para menos da metade o espaço que hoje é deixado entre as trilhas dos circuitos integrados, o que significa que será possível adensar muito mais essas trilhas, sobrando ainda mais espaço para os transistores.

Embora já estejamos falando da eletrônica abaixo do nanômetro, isto se refere às dimensões dos componentes. Mas é necessário interligar esses componentes. E os microchips de última geração têm trilhas condutoras separadas por doze nanômetros.

Trilhas e componentes são construídos por uma técnica chamada fotolitografia: uma fina fatia de silício é revestida com uma camada sensível à luz, o fotorresiste. Essa bolacha de silício é então exposta a um padrão de luz correspondente ao projeto do microchip, alterando as propriedades químicas do fotorresiste, tornando-o solúvel ou insolúvel a certas soluções químicas. O tratamento subsequente remove as regiões expostas (processo positivo) ou não expostas (processo negativo). No final, as trilhas condutoras e os componentes são deixadas para trás na bolacha, formando o circuito desejado. Finalmente, as bolachas são serradas para seccionar os circuitos integrados individuais.

Assim, o tipo de luz usada é crucial para a miniaturização e para tornar os microchips cada vez mais compactos porque, quanto menor o comprimento de onda da luz usada, mais próximas umas das outras as estruturas na imagem podem ser colocadas. Por muito tempo, a indústria usou luz ultravioleta profunda (DUV), um laser com um comprimento de onda de 193 nanômetros - para comparação, a luz azul visível ao olho humano termina em torno dos 400 nanômetros.

A partir de 2019, os fabricantes começaram a usar "luz ultravioleta extrema" (EUV), com um comprimento de onda de 13,5 nanômetros, o que garantiu uma resolução mais de dez vezes maior do que antes. Isso tornou possível imprimir estruturas ainda mais finas, menores do que 10 nanômetros.

Demonstrações de trilhas feitas com a nova técnica, vistas ao microscópio eletrônico.
[Imagem: Iason Giannopoulos et al. - 10.1039/D4NR01332H]

Otimizando a litografia

Pesquisadores do Instituto Paul Scherrer, na Suíça, usaram agora um truque para extrair uma resolução ainda maior da mesma EUV (luz ultravioleta extrema), o que é interessante porque permite que a indústria apenas atualize seus equipamentos, sem precisar comprar novos.

Os pesquisadores estenderam a litografia EUV convencional (13,5 nanômetros) fazendo a luz chegar indiretamente - em vez de diretamente - sobre a pastilha de silício. A técnica consiste em fazer dois feixes de luz mutuamente coerentes serem refletidos na pastilha por dois espelhos idênticos. Os feixes então criam um padrão de interferência cujo período depende tanto do ângulo de incidência quanto do comprimento de onda da luz.

A implementação permitiu atingir resoluções - ou seja, separações entre as trilhas - de cinco nanômetros em uma única exposição. Vistas sob um microscópio eletrônico, as trilhas condutoras apresentaram alto contraste e bordas nítidas.

"Nossos resultados mostram que a litografia EUV pode produzir resoluções extremamente altas, indicando que ainda não há limitações fundamentais. Isso é realmente emocionante, pois estende o horizonte do que consideramos possível e também pode abrir novos caminhos para a pesquisa no campo da litografia EUV e materiais fotorresistentes," disse o pesquisador Dimitrios Kazazis.

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