Imec demuestra el patrón de línea/espacio de 18 nm de paso mediante un proceso de autoensamblaje dirigido de alto Chi

Imágenes REM de arriba hacia abajo (izquierda) y de sección transversal (derecha) de un patrón de líneas/espacio de 18 nm después de High-χ-DSA y su posterior inserción en una capa de SiN objetivo.

Esta semana, en la Conferencia SPIE Advanced Lithography 2021, imec, un centro de investigación e innovación líder en todo el mundo en nanoelectrónica y tecnologías digitales, demostró por primera vez la capacidad de la Autoensamblaje Dirigido (DSA) para estructurar líneas/espacios con un paso de solo 18 nm, utilizando un proceso basado en un copolímero de alto χ (alto-χ BCP) bajo condiciones de fabricación en volumen alto (HVM). Se utilizó una química de grabado en seco optimizada para transferir con éxito el patrón a una capa de SiN gruesa subyacente, lo que permite una inspección adicional de defectos. Estos resultados confirman el potencial de la DSA como complemento a la estructuración tradicional de arriba hacia abajo para la fabricación industrial de nodos tecnológicos por debajo de 2 nm.

La miniaturización adicional de componentes requerirá la estructuración de estructuras con distancias críticas inferiores a 20 nm. A estas escalas pequeñas, la litografía tradicional de arriba hacia abajo se ve cada vez más desafiada por problemas relacionados con la reacción de los materiales fotosensibles a la luz, como defectos estocásticos en la impresión y rugosidad en los bordes/líneas (LER/LWR). Desde 2010, la industria comenzó a interesarse por enfoques alternativos de estructuración de abajo hacia arriba, como la autoensamblaje dirigido (DSA), como una posible vía para complementar y ampliar la estructuración basada en fotolitografía.

La DSA aprovecha la separación de fases microscópica de un copolímero de bloques (BCP) para definir un patrón. El patrón puede generarse ajustando la composición y tamaño del polímero. La ensambladura puede ser guiada y controlada aún más mediante el uso de un patrón preliminar de líneas/espacios o agujeros. Esto conduce a un patrón final regular en escala nanométrica con una separación mucho más estrecha (30-5 nm) que la plantilla guía. En 2019, imec pudo generar un patrón de líneas/espacios con paso de 28 nm con baja y estable defectividad (es decir, puentes y desplazamientos), basado en la DSA del copolímero de bloques PS-b-PMMA.

Basándose en estos conocimientos, imec ahora centra su atención en el desarrollo del proceso de DSA hacia la estructuración con paso inferior a 20 nm, utilizando copolímeros de segunda generación, es decir, high-χ BCPs de los socios de materiales de DSA de imec (Merck KGaA, Darmstadt, Brewer Science Inc., Nissan Chemical Corp., Tokyo Ohka Kogyo Co. Ltd.). El patrón fue fabricado a partir de un patrón guía de 90 nm con paso completo, generado mediante litografía por inmersión a 193 nm. Tras 60 segundos de autoensamblaje de high-χ BCP en una superficie compatible con HVM (SCREEN Semiconductor Solutions Co., Ltd.), en el mejor de los casos no se detectaron desplazamientos en el patrón L/S de 18 nm de paso. "La transferencia posterior de las líneas de alta relación de aspecto en la pila de materiales subyacente fue muy desafiante", dice Hyo Seon Suh, líder del equipo de materiales de patrones exploratorios en imec. "Como primer paso, grabamos un bloque del BCP con un proceso de grabado en seco con selectividad optimizada. Tras abrir el bloque, se transfirió el otro bloque a las pilas subyacentes, que sirvieron como máscara dura para la estructuración posterior de una capa de SiN. Una química de grabado en seco a medida, desarrollada en estrecha colaboración con Tokyo Electron Ltd., permitió transferir con éxito el patrón de líneas/espacios de 18 nm a una capa de SiN lo suficientemente profunda para una inspección de defectos posterior, sin que se produjera un temblor o colapso notable de las líneas." En una fase posterior, esta capa estructurada se utilizará para configurar la metrología para la inspección de defectos y mediciones de LER/LWR.

"En los últimos años, la DSA ha despertado un gran interés industrial, que se ha desarrollado en un valioso ecosistema de universidades, técnicos en medición, proveedores de materiales y equipos. Nuestro ecosistema de DSA ha sido clave para los resultados que hemos logrado hasta ahora", dice Steven Scheer, vicepresidente de procesos y materiales de patrones avanzados en imec. "Por primera vez, hemos demostrado que la DSA puede superar los 20 nm de paso para crear líneas y espacios. El proceso es escalable a pasos más pequeños, aumentando gradualmente el valor de χ del BCP. Creemos que este método de abajo hacia arriba puede complementar o incluso reemplazar los métodos tradicionales de estructuración de arriba hacia abajo, o usarse en combinación con la litografía EUV para estructurar las características más críticas de los componentes del mañana."