Imec bemutatja az 18 nm-es Pitch von vonal/tér mintázatot egy High-Chi irányított önszerveződő folyamat segítségével

Fentről lefelé (balra) és keresztirányú (jobbra) REM-felvételek egy 18-nm-es vonal-/térkép mintáról a High-χ-DSA után, majd beágyazva egy cél-SiN rétegbe.

Ebben a héten, az SPIE Advanced Lithography Conference 2021-en, az imec, egy világszerte vezető kutatási és innovációs központ a nanoelektronika és digitális technológiák terén, elsőként mutatta be a Directed Self Assembly (DSA) képességét, hogy vonalakat/közöket strukturáljon mindössze 18 nm-es pitch-cel, egy High-χ blokk-kopolimer (High-χ BCP) alapú folyamat segítségével, magas volumenű gyártási (HVM) körülmények között. Egy optimalizált szárazmaratás kémia került alkalmazásra, hogy a mintát sikeresen átültessék egy alatta lévő vastag SiN rétegre – ez lehetővé teszi egy további hibafelügyeleti ellenőrzést. Ezek az eredmények megerősítik a DSA potenciálját, mint kiegészítést a hagyományos top-down szerkezetalkotáshoz az ipari gyártásban, sub-2 nm technológiai csomópontok esetén.

A további miniaturizálás a komponensek esetében meg fogja követelni a kritikus távolságok szerkezetalkotását 20 nm alatt. Ezekben a kicsi szerkezetekben a hagyományos top-down litográfia egyre inkább kihívásokkal szembesül, amelyek a fényérzékeny anyagok fényre adott reakciójával kapcsolatos problémák – például sztochasztikus hibák a nyomtatás során, illetve vonalélek/vonal szélesség zavarossága (LER/LWR). 2010 óta az ipar kezdett érdeklődni alternatív bottom-up szerkezetalkotási módszerek iránt, mint például a Directed Self Assembly (DSA), mint egy lehetséges út a fotolitográfián alapuló szerkezetalkotás kiegészítésére és további fejlesztésére.

A DSA a blokk-kopolimer (BCP) mikrophasenseparációját használja mintázat meghatározására. A minta a polimer összetételének és méretének hangolásával hozható létre. A szerelvény tovább irányítható – vezethető – egy előminta, vonalak/közök vagy lyukak felhasználásával. Ez egy végleges, szabályos mintázathoz vezet nanoméretben, sokkal szorosabb távolságokkal (30-5 nm), mint az irányadó minta. 2019-ben az imec képes volt egy 28 nm-es pitch-mintát generálni vonalak/üres terek esetében, alacsony és stabil hibaaránnyal (azaz hidak és diszlokációk nélkül), a PS-b-PMMA blokk-kopolimer DSA-jára alapozva.

Ezen felismerések alapján az imec most a DSA folyamat fejlesztésére összpontosít a második generációs blokk-kopolimer, azaz high-χ BCP-k alkalmazásával, amelyek az imec DSA-anyagpartnereitől származnak (Merck KGaA, Darmstadt, Brewer Science Inc., Nissan Chemical Corp., Tokyo Ohka Kogyo Co. Ltd.). A minta egy teljes pitch-szel készült 90 nm-es irányadó mintából, amelyet 193-immersziós litográfiával hoztak létre. A 60 másodperces önszerveződés után high-χ BCP alkalmazásával egy HVM-barát felületen (SCREEN Semiconductor Solutions Co., Ltd.) a legjobb esetben nem észleltek diszlokációkat az 18 nm-es pitch L/S mintában. „A magas-aspektus-arányú vonalak további átadása az alatta lévő anyagrétegre nagyon kihívásokkal teli volt” – mondja Hyo Seon Suh, az imec Exploratory Patterning Materials csapatvezetője. „Első lépésként egy blokkot szárazmarattunk egy optimalizált marási szelektivitással. A blokk megnyitása után a másik blokk átkerült az alatta lévő rétegekre, amelyek keménymaszként szolgáltak a SiN réteg további szerkezetalkotásához. Egy egyedi szárazmarási kémia, amelyet szoros együttműködésben fejlesztettek a Tokyo Electron Ltd-vel, lehetővé tette, hogy az 18 nm-es vonal/üres tér mintát sikeresen átültessék egy SiN rétegre, amely elég mély volt a további hibafelügyeleti ellenőrzéshez, anélkül, hogy jelentős vonalrezgést vagy vonalkollapszust tapasztaltak volna.” A következő szakaszban ezt a strukturált réteget fogják felhasználni a metrológia, hibafelügyeleti és LER/LWR mérési feladatok elindítására.

„Az elmúlt években a DSA nagy ipari érdeklődést keltett, ami eredményként értékelhető egy értékes ökoszisztéma kialakításában az egyetemek, mérőeszközök, anyag- és berendezésgyártók között. A DSA ökoszisztéma kulcsfontosságú volt az eddig elért eredményeinkhez” – mondja Steven Scheer, az imec Advanced Patterning Process and Materials alelnöke. „Első alkalommal mutattuk be, hogy a DSA képes túllépni a 20 nm-es pitch-en, vonalakat és közöket létrehozva. A folyamat kisebb pitch-ek felé skálázható, azáltal, hogy a χ-értéket lépésről lépésre növeljük a BCP-ben. Hisszük, hogy ez a bottom-up eljárás képes kiegészíteni a hagyományos top-down szerkezetalkotási módszereket, vagy kombinálható az EUV-litográfiával a holnap komponenseinek kritikus jellemzőinek szerkezetalkotásában.”