半导体器件是很多技术的核心。随着摩尔定律走向极限，十分有必要寻找一种新的方法，将更多的电路封装到单个设备中，以提高设备的计算速度和性能。半导体器件制造的进展受到多步制造过程中精确添加和移除薄层材料的能力的限制。最近关于原子层刻蚀（ALE）的研究为精确去除原子层沉积（ALD）无机薄膜提供了手段，为纳米器件的设计开辟了新的途径。

　　近日，美国能源部阿贡国家实验室的研究人员开发出一项新的技术——分子层刻蚀（molecularlayer etching, MLE） ，可能会有助于制造这种尺寸越来越小、但结构和功能越来越复杂的器件。

　　为了将微电子器件造得更小，制造商必须把越来越多的电路塞进更小的薄膜和3D结构中，现如今是用薄膜沉积和刻蚀技术来实现的，这种技术可以一次生长或去除一层膜。不过，在纳米层面控制物质，受到添加或除去薄膜材料手段的限制。而分子层刻蚀技术可以让制造商和研究者精确地去除微观和纳米级薄膜材料。

　　分子层刻蚀与分子层沉积（MLD）可以用于设计微观器件的结构。这跟原子层沉积（ALD）和原子层刻蚀（ALE）的方法类似，但原子层沉积仅适用于无机薄膜，而分子层刻蚀和分子层沉积也能用来生长和去除有机薄膜。

　　分子层刻蚀的工作原理，是将几纳米或几微米厚的薄膜暴露于真空室内的气体脉冲中。该过程中，最开始时，一种气体（气体 A）进入真空室，立刻与薄膜表面反应。然后，将薄膜暴露于第二种气体（气体 B）中。重复这一过程，直到从薄膜上去除期望的厚度为止。

图 1 分子刻蚀原理

　　分子层刻蚀的一个关键之处，是 A 和 B 的表面反应是自限制的。只有在所有可用的活性表面位点被消耗完之后，它们才会继续进行。这种自限制性的特点非常有利于微电子器件的制造，因为它会相对容易地将这一工艺扩展到更大的基板尺寸上。

　　研究人员用芦荟酮（一种类似于硅酮橡胶的有机材料）测试了这种新方法，发现它在柔性电子领域具有应用潜力。实验中的气体 A 是含锂的盐，气体 B 是三甲基铝（TMA） ，后者是一种有机金属铝基化合物。

　　在刻蚀的过程中，锂化合物以“使锂黏附于薄膜表面、并破坏薄膜上的化学键”的方式，与芦荟酮薄膜的表面发生反应。然后，通入 TMA并与之反应后，就会去除含锂的膜层。该过程就可以一层一层地持续进行，如果有必要的话，甚至可以把这个材料这样去除掉。

　　利用这项新的技术，可以帮助制造商和研究者，走上制造和控制纳米级材料几何形状的新途径。对他们来说，该工艺也可能是一个更安全的选择，因为它不含有卤素。而且，该工艺还具有“选择性”这一优点，这种刻蚀技术可以选择性地去除 MLD 层，而不会影响到附近的 ALD 层。这项技术为纳米器件的设计开辟了一种新的可能途径。

　　该研究成果发表在《Chemistry of Materials》，Publication: January 15 2020,32:992-1001，题目：“Molecular Layer Etching of Metalcone Films Using Lithium Organic Salts and Trimethylaluminum” 。

　　摘译自：

　　http://www.migelab.com/Article/articleDetails/aid/15778.html

　　https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.9b03627