Imec dimostra il patterning di linee/spazi di 18 nm di passo mediante un processo di auto-assemblaggio diretto ad alto Chi

Immagini REM top-down (sinistra) e in sezione trasversale (destra) di un pattern di linee/spazio di 18 nm secondo High-χ-DSA e successivamente incollato in uno strato target di SiN.

Questa settimana, alla SPIE Advanced Lithography Conference 2021, imec, un centro di ricerca e innovazione leader a livello mondiale nel campo della nanoelettronica e delle tecnologie digitali, ha dimostrato per la prima volta la capacità della Self Assembly Diretta (DSA) di strutturare linee/spazi con un passo di soli 18 nm, utilizzando un processo basato su un copolimero ad alto chi (High-χ BCP) in condizioni di produzione su larga scala (HVM). È stata impiegata una chimica di incisione a secco ottimizzata per trasferire con successo il motivo su uno strato di SiN spesso sottostante, consentendo un'ispezione dei difetti aggiuntiva. Questi risultati confermano il potenziale della DSA come integrazione alla strutturazione tradizionale top-down per la produzione industriale di nodi tecnologici sotto i 2 nm.

La miniaturizzazione ulteriore dei componenti richiederà la strutturazione di strutture con distanze critiche inferiori a 20 nm. A queste dimensioni ridotte, la litografia tradizionale top-down viene sempre più messa alla prova da problemi legati alla reazione dei materiali fotosensibili alla luce, come difetti stocastici di stampa e roughness del bordo/linea (LER/LWR). Dal 2010, l'industria ha iniziato a interessarsi a metodi di strutturazione alternativi bottom-up, come la Self Assembly Diretta (DSA), come possibile modo di integrare e ampliare la strutturazione basata sulla fotolitografia.

La DSA utilizza la microfasi di separazione di un copolimero a blocchi (BCP) per definire un motivo. Il motivo può essere generato regolando la composizione e la dimensione del polimero. La formazione può essere ulteriormente guidata indirizzando un pre-motivo di linee/spazi o fori. Questo porta a un motivo finale regolare in nanoscala con distanze molto più strette (30-5 nm) rispetto al modello di guida. Nel 2019, imec è riuscita a generare un motivo di linee/spazi con passo di 28 nm con bassa e stabile difettosità (cioè ponti e dislocazioni), basato sulla DSA del copolimero PS-b-PMMA.

Basandosi su queste scoperte, imec ora si concentra sullo sviluppo del processo DSA verso strutturazioni con passo inferiore a 20 nm, utilizzando copolimeri di seconda generazione, cioè high-χ BCP, dei partner di materiale DSA di imec (Merck KGaA, Darmstadt, Brewer Science Inc., Nissan Chemical Corp., Tokyo Ohka Kogyo Co. Ltd.). Il motivo è stato prodotto da un modello di guida di 90 nm con passo completo, generato tramite litografia a immersione 193 nm. Dopo 60 secondi di autoassemblaggio di high-χ BCP su una superficie compatibile HVM (SCREEN Semiconductor Solutions Co., Ltd.), nel miglior caso, non sono stati rilevati dislocamenti nel motivo di linee/spazi con passo di 18 nm. "Il trasferimento successivo delle linee ad alto rapporto d'aspetto nel stack di materiali sottostante è stato molto impegnativo", afferma Hyo Seon Suh, responsabile del team di materiali di modellazione esplorativa di imec. "Come primo passo, abbiamo inciso un blocco del BCP con un processo di incisione a secco con elevata selettività. Dopo aver aperto il blocco, l'altro blocco è stato trasferito negli strati sottostanti, che fungevano da maschera dura per la strutturazione successiva di uno strato di SiN. Una chimica di incisione a secco su misura, sviluppata in stretta collaborazione con Tokyo Electron Ltd., ha permesso di trasferire con successo il motivo di linee/spazi di 18 nm in uno strato di SiN, sufficientemente profondo per un'ispezione dei difetti successiva, senza causare tremolio o collasso delle linee." In una fase successiva, questo strato strutturato sarà utilizzato per configurare la metrologia per l'ispezione dei difetti e le misurazioni di LER/LWR.

"Negli ultimi anni, la DSA ha suscitato un grande interesse industriale, che si è evoluto in un prezioso ecosistema di università, tecnici di misurazione, fornitori di materiali e impianti. Il nostro ecosistema DSA è stato la chiave per i risultati finora raggiunti", afferma Steven Scheer, VP Advanced Patterning Process and Materials di imec. "Per la prima volta, abbiamo dimostrato che la DSA può superare il passo di 20 nm per creare linee e spazi. Il processo è scalabile verso passi più piccoli aumentando gradualmente il valore χ del BCP. Crediamo che questa procedura bottom-up possa integrare o essere utilizzata in combinazione con la litografia EUV per strutturare le caratteristiche più critiche dei componenti di domani."