Hoy materiales Volumen 16, Número 12 diciembre 2013 INVESTIGACIÓN RESEARCH: Review Dirigida autoensamblaje de copolímeros de bloque para la próxima generación de nanolitografía Seong-Jun Jeong 1 , * , Ju Young Kim 2 , Bong Hoon Kim 3 , Hyoung-Seok Luna 2 y Sang Kim Ouk 2 , * 1 Dispositivos 2 Centro de R & D Center, SAIT, Samsung Electronics, Yongin 446-712, República de Corea de Nanomateriales y reacciones químicas, Instituto de Ciencias Básicas (SII), Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería, KAIST, Daejeon 305-701, República de Corea 3 Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Urbana, IL 61801, EE.UU. Dirigida autoensamblaje de copolímeros de bloque ha recibido una gran cantidad de atención de la investigación como nanolitografía prometedor para complementar las limitaciones intrínsecas de la fotolitografía convencional. En esta revisión, se destacan los recientes progresos en el desarrollo del proceso de autoensamblaje dirigido para su utilización práctica en aplicaciones de semiconductores. Varios avanzada autoensamblaje enfoques dirigidos se examinan, en el que copolímero de bloque de autoensamblaje se integra de forma sinérgica con la fotolitografía convencional, tal como ArF litografía o litografía I-line, a través de ya sea epitaxial autoensamblaje o el foco graphoepitaxy principle.We en las ventajas prácticas anticipado integración de auto-ensamblaje fromdirected, tales como multiplicación densidad del patrón, característica mejora el tamaño de la uniformidad, la reducción de la rugosidad de borde de la línea, así como la reducción de costes. Además, una dirección para futuras investigaciones sobre autoensamblaje dirigido se sugiere con diversas aplicaciones potenciales. Introducción [31-33] . Esos consorcios han investigado sistemáticamente los requisitos básicos para la Nanolitografía es un requisito tecnológico fundamental para la fabricación del dispositivo integración efectiva de DSA en los procesos de semiconductores comerciales en términos semiconductor [1] . Sin embargo, todavía no se ha establecido ninguna tecnología viable de materiales, equipos y flujos proceso fl. Además, un considerable esfuerzo de para la sub-14 patrones escala nm. autoensamblaje Dirigida (DSA) de copolímeros de investigación se ha dedicado a la optimización del proceso de DSA, el desarrollo material bloque (BCP) genera lateralmente ordenó, arrays periódicas de esferas autoensambladas, relevante, análisis de defectos / reducción, la integración pila de ataque, y así cilindros, o laminillas con un tamaño de la característica típica en la región de 3-50 nm sucesivamente. Tales esfuerzos de colaboración llegaron a tener una línea de proceso DSA-compatible fabuloso para obleas de 300 mm. Este rápido advenimiento de un proceso [2-6] . Los nanopatrones autoensambladas altamente ordenadas pueden ser explotados para las práctico DSA es en gran parte a la compatibilidad inherente de DSA con un proceso de vía máscaras litográficas para arreglos lineales paralelas o matrices de puntos hexagonales / convencional de la oblea [31-35] . cuadrados [6-13] . Como resultado del esfuerzo de investigación prolongada durante las dos últimas décadas, DSA está atrayendo una gran atención como una tecnología complementaria para fotolitografía convencional con una variedad de beneficios potenciales, tales como precisión DSA integra de abajo hacia arriba de auto-ensamblaje con de arriba hacia abajo escala molecular patrón, ultra fi borde de la línea ne rugosidad (LER) y baja procesamiento coste [14-29]litografía convencional [8,16,20] . patrones de superficie generada por fotolitografía convencional, tales como la litografía de haz de electrones, la litografía ArF, y la litografía . I-line, dirigir la orientación y el orden posicional de BCP nanodominios autoensambladas Recientemente, varios consorcios DSA se organizaron en todo el mundo, incluyendo la para nanopatrones periódicas lateralmente ordenados [14-29] . El principio DSA es generalmente clasificarse en 'auto-ensamblaje epitaxial' y 'graphoepitaxy' de acuerdo con industria y el mundo académico, como se resume en tabla 1 la naturaleza del patrón de superficie director de estructura. 'Auto-ensamblaje Epitaxial' * Correspondientes autores :. Jeong, S.-J. ( [email protected] ), Kim, SO ( [email protected] emplea patrones químicos densos ) 468 1369-7021 / 06 2013 Elsevier Ltd. El acceso abierto bajo licencia CC BY-NC-ND. http://dx.doi.org/10.1016/j.mattod.2013.11.002 Hoy materiales Volumen 16, Número 12 diciembre 2013 INVESTIGACIÓN TABLA 1 consorcios DSA para escala mm de la oblea 300 Proceso línea DSA compatible-fab CEA-Leti Equipo materiales Año de consorcio Árbitro Tokyo Electron Ltd., Sokudo ARKEMA, Laboratorio de Microelectrónica Technologies (LTM), Laboratoire de 2009 [31] IBM Materiales aplicados JSR Micro. Inc., materiales electrónicos AZ 2010 [32] IMEC Tokyo Electron Ltd. materiales AZ Electrónica de la Universidad de Wisconsin-Madison 2012 [33] a BCP directa auto-ensamblaje, como se ilustra en Figura 1 a. nanopatrones altamente Figura 1 b, D imágenes presentes SEM de morfologías laminillas ensamblados dirigidas en ordenadas se anticipan si el periodo de patrón químico de superficie se corresponde con el poli (estireno- bloquear- metacrilato de metilo) (PS- si- período de equilibrio de la BCP selfassembled nanoestructura. El control de orientación de PMMA) delgada película consigue por auto-ensamblaje epitaxial y graphoepitaxy, nanodominios BCP con patrones químicos a nanoescala se introdujo por Russell et al. en respectivamente [18,36] . 1997 [30] . Sin embargo, la primera nanoestampación DSA libre de defectos integrado con Hasta la fecha, los dos principios antes mencionados DSA han progresado la litografía de arriba hacia abajo se demostró por Kim et al. en 2003 [dieciséis] . satisfactoriamente para los procesos prácticos orientados a dispositivos. El objetivo principal 'Graphoepitaxy' utiliza las características topográficas de sustratos litográficamente de este artículo es revisar el estado actual de la tecnología DSA avanzada para procesos de preestructurada para DSA ( Figura 1 c), como primera introducido por Kramer et al. en 2001 fabricación de dispositivos semiconductores práctica. Es de destacar que muchos artículos RESEARCH: Review Chimie des Polyme` res Organiques (LCPO) de revisión bien preparados para nanoestampación basado BCP ya están disponibles [5,6,8,13,3752] . Mientras que los artículos anteriores se han centrado en los logros cientí fi cos, este [20] . La humectación selectiva de un componente de BCP en particular en las paredes laterales artículo se resumen principalmente los recientes avances tecnológicos para el proceso de zanja hace cumplir el ordenamiento lateral de los nanodominios BCP autoensambladas a lo largo fabricación del dispositivo práctico logrado desde la academia y la industria. de las trincheras y de ese modo aumenta la densidad del patrón mediante la subdivisión de la pre-patrón topográfico. [(Figure_1) TD $ FIG] Epitaxial Self-Assembly (b) (a) m:,mm:mfü',lllllllllllUclll! Lithographically determined dense chemical pre-pattern Lamellar patterns by epitaxial self-assembly Epitaxial self-assembled BCP nanopatterns G raphoepitaxy (e) (d) Lithographically pre-patterned topographical features Graphoepitaxially assembled BCP nanopatterns Lamellar patterns by graphoepitaxy FIGURA 1 (A) Representación esquemática de los patrones químicos nanoscópicas auto-ensamblaje explotando epitaxiales a BCP directa autoensamblaje [dieciséis] . (B) imagen de SEM que muestra los patrones de defectfree lamelares alcanzado por epitaxial autoensamblaje [dieciséis] . (C) Esquema ilustración de graphoepitaxy utilizando patrón topográfico a BCP directa ensamblaje [20] . (D) imagen de SEM que muestra patrones laminares altamente alineados preparado por graphoepitaxy [35] . 469 Volumen 16 Materiales Hoy en día, el número 12 de diciembre de 2013 INVESTIGACIÓN TABLA 2 Avanzada DSA procesos de 'auto-ensamblaje epitaxial' y el proceso de 'graphoepitaxy' DSA Pre-patrón de tipo / tipo de fotolitografía materiales Epitaxial autoensamblaje Graphoepitaxy Publicado multiplicación máxima densidad Organización patrón de flujo térmico ArF Un factor de tres KAIST (2009 0) Despegar inmersión ArF Un factor de cuatro IBM (2010 0) IMEC recorte del patrón inmersión ArF Un factor de cuatro T de Wisconsin-Madison (2010 0) IMEC RESEARCH: Review fotoprotector tono negativo Yo alineo KAIST (2009 0) fotoprotector NTD ArF inmersión KrF IBM (2010 0) IMEC CEA-Leti autoensamblaje Epitaxial integrado con la fotolitografía convencional fl ujo proceso térmico En los primeros días de la investigación, los enfoques de autoensamblaje epitaxiales se convencional se basa en un 'fl ujo térmico proceso', que se logró por nuestro grupo de basaron en una relación 1: período conmensuración 1 patrón entre un patrón de investigación en colaboración con Samsung Electronics en 2009 [53] . En este trabajo, 193 auto-ensamblado de equilibrio BCP y un patrón químico director de estructura de superficie litografía ArF nm se utilizó para generar patrones químicos sobre una superficie de sustrato [12] . Por el contrario, la corriente DSA avanzada enfoques encaminados a dispositivo fi ed neutralmente Modi, como se ilustra en El primer éxito de la integración de la epitaxial autoensamblaje principio con litografía ArF práctico procesar comúnmente explotar la multiplicación densidad del patrón de fotolitografía convencional por principios de autoensamblaje. multiplicación densidad patrón Figura 2 a. patrones fotorresistentes altamente asimétrica con períodos patrón mucho más efectivo integrado con la fotolitografía convencional es muy deseada, en particular debido a grandes que los períodos de patrón BCP se preparan a través de la fl térmica ow proceso la demora inesperada del desarrollo de la próxima generación extrema ultravioleta litografía siguiente ArF fotolitografía. Un reactivo de iones de grabado (RIE) Proceso de oxígeno se (EUV). Las estrategias de mejora de la densidad del patrón se pueden resumir en los utiliza para oxidar selectivamente la capa neutra expuesto en la región de espacio estrecho siguientes tres enfoques; 'Fl ujo térmico proceso', 'proceso de despegue,' y 'proceso de del patrón fotorresistente. patrones químicos de la superficie asimétrica que consta de una recorte patrón', como se resume en Tabla 2 [53-61] . alternancia amplia franja neutral y una raya polar estrecho oxidado se preparan sobre la superficie del sustrato después de un lavado de disolvente de la resina fotosensible. La densidad del patrón de la química [(Figure_2) TD $ FIG] ---+ Single Exposure and Develop ---+ Photoresist Thermal Flow to Narrow Spacing (b) (e) ---+ Chemically Patterned Surface Via Oxygen Plasma Self-Assembled Multiple Patterning Double arrays of Al nanodots FIGURA 2 (A) Ilustración esquemática de procedimiento de auto-ensamblaje epitaxial basado en un 'fl térmica ow proceso' [53] . imágenes de SEM de (b) arrays dobles nanocylinder verticales en películas BCP, (c) Al nanodot arrays dobles, y (d) conjuntos de pilares de sílice preparados por transferencia de patrones. 470 Hoy materiales Volumen 16, Número 12 diciembre 2013 INVESTIGACIÓN patrón definido por litografía convencional se mejora con éxito por un factor de dos o tres (Ii) BCP fi lm espesor debe ser optimizado para libre de defectos formación de patrones, y (iii) con BCP auto-ensamblaje. formación de la capa neutra no uniforme cerca de las paredes laterales del patrón Figura 2 b, las imágenes C muestra SEM de una nanocylinder vertical de patrones de fotorresistente debe reducirse al mínimo para la tolerancia proceso [33] . matriz doble inBCP y 20 arrays dobles nmscale Al y nanodot sílice preparados por transferencia patrón posterior. Este trabajo demuestra fi rstly que epitaxial autoensamblaje se puede integrar de forma sinérgica con la fotolitografía convencional para una ventaja proceso de recorte patrón significativa en la multiplicación densidad patrón. El 'proceso de recorte patrón' fue primero desarrollado por el grupo en 2010 Nealey [55] . En este proceso, se utilizó ArF litografía de inmersión para preparar patrones químicos ( La capa de ARC inorgánico (nitruro de silicio delgada fi lm en este trabajo). Después, los multiplicación de la densidad del patrón basado en un 'proceso de despegue' fue reportado patrones positivetone fotorresistentes se generan sobre el sustrato PS reticulado por ArF por IBM en 2010 [54] . En este método, se utilizó ArF litografía de inmersión para crear un litografía de inmersión. Los patrones de líneas fotorresistentes resultantes son-trim patrón químico en un revestimiento superficial antirreeleccionista reflexivo (ARC). El proceso grabado al agua fuerte y se transfiere a la capa de PS subyacente. capa aneutral es global se brevemente describe en Fig. 3 a. patrones de fotoprotector positivo de tono se spin-coatedover toda la superficie y recocido térmicamente para injerto selectivamente en preparan por ArF litografía de inmersión en un silicio mediante revestimiento por el sustrato de nitruro de silicio. El enjuague posterior disolvente elimina moléculas cepillo centrifugación ARC. Para mejorar la solubilidad en un revelador, la polaridad del patrón ONU injertado. De esta manera, planar patrones químicos asimétricos con rayas PS fotorresistente restante se conmuta mediante el uso de la exposición UV y una etapa de estrechos y Rayas del cepillo amplia neutros pueden ser creados. Por último, mientras que cocción. Una capa neutral es spin-revestido sobre la patternwith fotorresistente conmuta la BCP LMS fina Fi son spin-revestido sobre el pre-patrón químico asimétrica y recocido polaridad. El patrón fotorresistente se levantó-off por el desarrollador difundido a través de la térmicamente, Figura 4 b-D muestra SEM imágenes de un patrón fotorresistente (35 líneas capa neutra. Esto genera patrones químicos asimétricos que contienen silicio estrecha ARC nm / 100 nm pitch) y recortar patrones de guía grabada de 15 y 12,5 nm-line / espacio tiras entrelazado con rayas capa amplia neutros. Finalmente, BCP películas delgadas son patrones laminares autoensambladas generada por 4 multiplicación realiza en el IMEC fab spin-fundido y recocido térmicamente para generar patrones de líneas BCP de alta densidad. figuralínea de proceso de obleas de 300 mm, respectivamente [56] . Debido a la generación de 3 b, c imágenes presentes SEM de un patrón químico (35 líneas nm / 112 nm pitch) una pre-patrón químico asimétrica planar, este enfoque puede ofrecer un proceso DSA preparado por ArF litografía de inmersión y 14 nm de línea / lamelar espacio PS- si- patrones estable integrado con la litografía convencional. PIEM y TEL nota que este enfoque ofrece de PMMA, respectivamente. Es de destacar que este trabajo se llevó a cabo en la línea de una gran ventana proceso para la latitud de proceso y Defectibilidad proceso 300 mm-fab de IMEC [33] . Varias variables de proceso para el éxito en 300 mm-obleas se pueden resumir como sigue: (i) el espesor de la capa fotorresistente debe ser inferior a 60 borde de la línea tominimize nm / rugosidad anchura del modelo de resina fotosensible, [31,56] . [(Figure_3) TD $ FIG] [(Figure_4) TD $ FIG] (a) (a) t> Switch Resist Polarity Pattern Resisten BARC Coat Neutral Layer X-PS cross-linking lnorganic ARC deposition t> LiftOff • • t> 1931 interference lithography 0 1 plasma etchlng (breakthrough and trlm) t> Coa! BCP Anneal PR strip with random-OH BCP directed- solvent brush deposition assembly PMMA removal (e) (e) (d) FIGURA 4 (A) Ilustración esquemática de epitaxial autoensamblaje basado en un 'proceso patrón de ajuste fino' [55] . imágenes de SEM de (b) patrones de fotorresistentes que tienen 35 líneas nm y 100 de paso nm generada por FIGURA 3 ArF litografía, (c) recortar dibujo grabado de guía que tiene 15 líneas nm, y (d) patrones de 12,5 nm de línea / (A) Ilustración esquemática de epitaxial autoensamblaje basado en un 'lift-off proceso' [54] . imágenes espacio BCP lamelares libres de defectos generada por 4 multiplicación de autoensamblaje epitaxial con un de SEM de (b) un patrón fotorresistente prepararon por inmersión ArF litografía (35 líneas nm / 112 nm 'patrón proceso de recorte' en un 300 mm de obleas, respectivamente pitch) y (c) 14 nm-line / patrones laminares espacio BCP preparados por epitaxial autoensamblaje [33] . [55] . 471 RESEARCH: Review Fig. 4 un). En el paso primero, un (PS) capa de poliestireno reticulado se preparó sobre una procedimiento de despegado Volumen 16 Materiales Hoy en día, el número 12 de diciembre de 2013 INVESTIGACIÓN [(Figure_6) TD $ FIG] graphoepitaxy avanzada con desechables pre-patrones topográficos (a) 193nm Exposure A diferencia de graphoepitaxy original de enfoques generalmente se basa en patrones de (b) Negative tone development 193 nm photoresist (NTD) 193nm resist Neutral Underlayer sustrato duro grabadas, que permanecen después de la transferencia patrón, graphoepitaxy avanzado se acerca patrones fotorresistentes orgánicos emplean como desechables • pre-patrones topográficos para integrar BCP auto-ensamblaje con la fotolitografía Solvent Development convencional [54-61] . Este simple cables idea a un proceso de nanofabricación con ningún rastro de la pre-patrón topográfico director de estructura después de la transferencia patrón, que es muy deseada para las arquitecturas fabricación requiringmultilayer dispositivo RESEARCH: Review (e) práctico. Los enfoques relevantes se resumen en Tabla 2 . DSA patterns into NTDresist Proceso basado en resina fotosensible tono negativo Neutral Underlayer Graphoepitaxy con un desechable pre-patrón topográfico se fi rstly introducido por nuestro grupo de investigación en 2009 [57] . Este enfoque utiliza un 'patrón fotorresistente negativo de tono orgánico' preparado por litografía I-línea como desechables pre-patrones FIGURA 6 topográficos para BCP graphoepitaxial montaje. En consecuencia, cualquier traza del (A) Ilustración esquemática de graphoepitaxy empleando un desarrollo tono negativo (NTD) resistir patrón topográfico es totalmente desmontable por un proceso de limpieza suave después pre-patrón preparado por ArF litografía [54] . imágenes de SEM de (b) la estructura fotorresistente de la transferencia del patrón. Figura 5 A ilustra esquemáticamente el procedimiento general. El patrón de tono fotorresistente negativo se prepara mediante litografía I-línea. NTD endurecido y (c) altamente alineados 14 nm-line / patrones laminares espacio BCP dentro de NTD fotorresistente patrones topográficos [54] . BCP LMS fina Fi son spincoated sobre las trincheras fotorresistentes y se recuecen térmicamente para inducir una morfología altamente ordenada. En este enfoque, una elección racional de resina fotosensible orgánica tono negativo es crucial para el éxito de Proceso basado en el desarrollo tono negativo DSA. En este sentido, destacamos varios requisitos: (i) un patrón fotorresistente Un artículo titulado 'NTD fotoprotector basa topográfico pre-patrón' fue publicado por IBM desechable debe mantener su integridad estructural durante la etapa de recocido térmico / en 2010 [54] . En este enfoque, un fotorresistente desarrollo tono negativo (NTD) fue disolvente para BCP autoensamblaje [57,61] y (ii) la región de zanja de la pauta seleccionado como un material topográfico novedoso para la integración efectiva de BCP fotoprotector debe protegerse la radiación de energía fromhigh para prevenir el daño por auto-ensamblaje con KrF [62] / ArF [63,64] litografía. En un paso NTD, una región no expuesta de un fotorresistente tono positivo se elimina durante el desarrollo en lugar de la radiación de la capa orgánica neutral. Figura 5 B se presenta una imagen SEM de PS- si- morfología laminar PMMA ordenó lateralmente a lo largo del patrón de resina fotosensible preparado eliminación de un expuestos por fotolitografía I-línea. Este trabajo también demuestra que el metal o semiconductor [(Figure_7) TD $ FIG] matrices de nanohilos (20 nm-Al NWs) se puede producir por un procedimiento de despegado sin rastro de la patrón topográfico director de estructura ( La Fig. 5 C). (a) (b) [(Figure_5) TD $ FIG] (a) 1-line . a . b PR 11 \\ ■ PR Active region Polysilicon gate Contact hale • Connection (d) (e) FIGURA 7 FIGURA 5 (A) Contacto disposición de los orificios del circuito 6T-SRAM nm IBM 22. (B) Modi fi ed diseño mediante la (A) Ilustración esquemática de graphoepitaxy utilizando un tono fotorresistente pre-patrón negativo sustitución de las conexiones rectangulares con orificios cuadrados y una de las fi cación modi (resaltado por los preparado por la litografía convencional [57] . imágenes de SEM de (B) altamente ordenada patrones círculos azules) [66] . imágenes de SEM de (C) orificios de contacto de Si fabricados con ArF fotolitografía de laminares BCP a lo largo de los patrones topográficos fotorresistentes y (c) el diseño transferido arrays Al inmersión y (d) de contacto resultado contracción agujero para IBM trazado del circuito 6T-SRAM 22 nm nanocables sin correspondiente [66] . 472 rastro de la pre-patrón topográfico director de estructura. Hoy materiales Volumen 16, Número 12 diciembre 2013 INVESTIGACIÓN región. Un NTD fotorresistente incluye un agente de reticulación para endurecer la resina Contacto contracción agujero fotosensible con bicarbonato térmica después de la etapa NTD Debido a la simplicidad tecnológica relativa, contracción tamaño del patrón con un proceso [sesenta y cinco] . En consecuencia, el patrón fotorresistente NTD tiene una estabilidad de DSA es un objetivo cerca en el proceso de semiconductor [31-34,54,66] . En particular, térmica superior mientras que se puede eliminar fácilmente por lavado con disolvente graphoepitaxy con un patrón topográfico basado en NTD ha sido ampliamente investigado suave. Figura 6 A muestra la ilustración esquemática de un graphoepitaxy el empleo de un para reducir la dimensión crítica (CD) y rugosidad borde de contacto (CER) del orificio de fotorresistente NTD [54] . Debido a la alta estabilidad térmica / química de la resina contacto ya que el informe de IBM en 2010 fotosensible hardenedNTD, no hay deterioro del patrón fotorresistente durante la colada giro de películas BCP y el recocido térmico a 200 8 C ( La Fig. 6 si). [54] . Recientemente, un 300 mm línea piloto DSA CEA-Leti se utilizó para demostrar que Figura 6 C se presenta una imagen SEM de alta calidad 12,4 nm-line / espacio PS- si- patrones enfoque [31] . Además, Tokyo Electron Ltd. (TEL), el mayor proveedor pista de obleas del de PMMA generados utilizando proceso patrón topográfico basado en NDT [55] . mundo, demostró que (i) el proceso de desarrollo húmeda ofrece las mejores condiciones Recientemente, IMEC también llevó a cabo este enfoque para probar la viabilidad de posibles para eliminar el núcleo de PMMA en el agujero encogido y (ii) se observa la proceso en una línea de 300 mm-fab. Se informó de que (i) la LER de patrón BCP mejora curación de CD en la dimensionuniformity improvementof crítico (CDU; from1.8 nmto0.9 en comparación con NTDpre-patrón y (ii) un patrón DSA libre de defectos es attainedwhile nm) y el contacto rugosidad borde (CER; de 3,7 nm a 0,8 nm) a partir de la ventana de proceso NTD está bajo 3% latitud de exposición [33] . [(Figure_8) TD $ FIG] l•llne l l l ll (a) .. .. (1) Photoresist patterning by conventional lithography Mask PR (ii) Graphopitaxial block copolymer assembly (ili) Nanopattemed etchlng of underlying neutral brush Photoresist ■ Neutral polymor brush ■ PSdomaln ■ SI substrale ■ Etched polar reglon by 0 2• ■ PMMAdomaln • (v) Ullralarge-Area epitaxlal block copolyor assombly • (lv) Residual polymor & photoreslst dlsposal to expose chemlcal pattom (b) FIGURA 8 (A) Representación esquemática de la integración sinérgica de auto-ensamblaje epitaxial y graphoepitaxy [60] . (B) imagen SEM de gran superficie altamente ordenó nanopatrones lamelares BCP creados por la integración sinérgica de epitaxial de auto-ensamblaje y graphoepitaxy. 473 RESEARCH: Review un tamaño de orificio de contacto nm 100 puede reducirse eficazmente hasta 15 nmby este Volumen 16 Materiales Hoy en día, el número 12 de diciembre de 2013 INVESTIGACIÓN dirección y aplicaciones del proceso DSA emergentes el patrón de guía de agujero [33] . Recientemente, el grupo de investigación de Wong presenta el potencial de un proceso para la práctica DSA agujero patrón de contacto de circuito integrado [66] . Figura 7 a, b muestra una disposición orificio de contacto de un circuito proceso DSA para sub 10 nm nanolitografía escala 6T-SRAM 22 nm IBM y una disposición fi ed modi mediante la sustitución de las conexiones DSA se considera una solución litográfica potencial que puede ser integrado con ArF RESEARCH: Review rectangulares con orificios cuadrados, respectivamente. Figura 7 c, los presentes d las fotolitografía de inmersión para 16 nmline / espacio de proceso programado en 2018 imágenes de SEM de los orificios de contacto de silicio de la modi fi ed diseño fabricado con DRAM [1] . En este objetivo, ampliamente utilizado PS- si- PMMA BCP con un período 193 nm ArF inmersión fotolitografía y el correspondiente resultado de contactos agujero lamelar mínimo de 12 nm se puede emplear. Por el contrario, existen desafíos para 11 nm contracción, respectivamente. Si bien este trabajo emplea patrones de guía de Si, demuestra de línea / espacio de proceso de litografía de la producción de NAND flash dirigidos a que la contracción agujero con DSA puede alcanzar una dimensión crítica mínimo de 15 nm y 2019, como se resume en Tabla 3 [1] . Entre ellos, el problema más significativo es el la precisión sobre-lay de 1 nm en un diseño de orificio de contacto práctico tamaño de la característica mínimo, que se determina intrínsecamente por el parámetro de interacción de Flory-Huggins ( X) de BCP. X es un parámetro asociado con la entalpía de mezclado para químicamente diferentes bloques BCP [2] . PD- ampliamente utilizado si- PMMA [66] . tiene un valor bajo de x = 0.05 [68] , Lo que conduce al período mínimo de patrón 12,5 nm de línea / espacio. Para los tamaños de características más pequeños, de alta diversa X BCP, la integración sinérgica de auto-ensamblaje y graphoepitaxy tales como poliestireno bloquear- epitaxial La integración sinérgica de los dos principios de 'epitaxial autoensamblaje' y 'graphoepitaxy' fue demostrado por nuestro grupo de investigación en 2010 [60] . Este óxido de polietileno (PS-b-PEO; x = 0.17) [69] , poliestireno enfoque fue desarrollado originalmente para hacer frente a la limitación intrínseca de la bloquear- poli (dimetilsiloxano) (PS- si- PDMS; x = 0.26) [67] , Y poli (2-vinilpiridina) - bloquear- poli superficie máxima configurable por el principio graphoepitaxy. En este enfoque, como se (dimetilsiloxano) ilustra esquemáticamente en la La Fig. 8 a, jerárquica graphoepitaxial morfología compuesta PDMS; x = 1.07), han sido explotados para sub-11 patrones de línea / espacio nm. de las matrices de patrón fotorresistente y laminares BCP desechables se utiliza como una Además, puesto que la anchura interfacial entre los químicamente diferentes nanodominios máscara de modelado químico para el patrón química del sustrato subyacente. Después de un patrón BCP es proporcional a X medio, un alto X puede conducir a una LER bajo del de la lm BCP fi y fotorresistente desechable pre-patrón se eliminan por lavado con patrón selfassembled [8] . Diversos procesos DSA emplean altos (P2VP- si- disolvente, el mismo lm BCP fi se epitaxial monta en el restante sustrato modelado químicamente. Una morfología laminar altamente orientado se crea con ningún rastro de la X BCP materiales han sido introducidos por el grupo de investigación de Ross y otros [25,26,70-77] estructura de la dirección de la pre-patrón fotorresistente sobre un área arbitrariamente . Figura 9 a, imágenes B muestra SEM de altamente ordenadas 8 patrón BCP nm y 9 nm arrays grande. Observamos que las áreas de sustrato previamente protegidos por la capa de NW prepararon usando PS- si- PDMS, respectivamente [73] . Recientemente, Jung y Ross resina fotosensible no se modelan químicamente. No obstante, las matrices laminares también introdujo otro alto X BCP, P2VP- si- PDMS que pueden generar patrones de 6 escala registradas en las regiones vecinas estampadas químicamente hacer cumplir el línea nm / espacio ( La Fig. 9 discos compactos) [75] . ordenamiento lateral de nanodominios lamelares en las regiones no modelada. Figura 8 B muestra la imagen SEM de la gran superficie resultante nanopattern lamelar DSA flexible / transferibles con grafeno autoensamblada. Recientemente, varios campos de aplicación FI para DSA distinta de proceso dispositivo semiconductor han surgido. Entre ellos, nuestro grupo de investigación ha demostrado recientemente flexible / tecnología transferible DSA TABLA 3 requisitos de resina fotosensible y DSA desafía para el potencial solución Año litográfica de la producción 2013 2016 2018 2019 2020 terreno de juego DRAM ½ (nm) 28 20 dieciséis 14 13 terreno de juego MPS / ASIC metal ½ (nm) 27 19 15 13 12 terreno de juego flash de ½ (nm) 18 14 12 11 10 Resist de espesor. (Nm, de una sola capa) 35-65 25-50 20-45 20-40 20-40 LWR baja frecuencia (nm, 3 sigma) 2.2 1.5 1.3 1.1 1.0 Defectos (# / cm 2) 0.02 0.01 0.01 0.01 0.01 • DSA potencial solución litografía años retos DSA dirección emergente patrones de densidad más alta (que litografía convencional) Hasta 2 desarrollo del patrón proceso de multiplicación Más pequeña dimensión crítica (de litografía convencional) 12 línea nm / espacio: PS- si- PMMA Sub-11 de la línea nm / espacio: alta X BCP rugosidad borde de la línea reducida (LER) densidad de defectos pre-patrón de problema de diseño DSA tiempos de recocido El recocido de diseño de procesos basado en la cinética de la termodinámica / la selectividad de grabado BCP Vertical morfología inorgánico-orgánico diseño BCP híbrido 474 Hoy materiales Volumen 16, Número 12 diciembre 2013 [(Figure_9) TD $ FIG] P2VP-b-PDMS (a) . RESEARCH: Review PS-b-PDMS INVESTIGACIÓN [(Figure_10) TD $ FIG] FIGURA 9 Imágenes de SEM de (a) alta X PD- si- PDMS patrones de cilindros paralelos para proceso DSA sub-10 nm y (b) 9 nm anchura NWs [73] . imágenes de SEM de (c y d) P2VP- siPDMS patrones de 6 nm y 10 de línea / espacio nm, respectivamente [75] . utilizando químicamente modi grafeno fi ed (CMG) [78,79] . Junto con el rápido avance de los dispositivos flexibles y 3D fl, tecnología de litografía para no plana / flexible geometría se está convirtiendo en crucial. No obstante, las tecnologías de nanolitografía, incluyendo DSA, generalmente requieren spin-fundición de una capa uniforme de espesor orgánico, exposición a la radiación fotolitográfico, y una etapa de proceso de recocido térmico / químico, que son inherentemente incompatibles con una flexible y no plana geometría. En este trabajo, CMG puede servir como un sustrato flexible desechable para transferir estructura DSA en no plana y FL geometrías flexibles ( La Fig. 10 ). Después de todos los pasos de procesamiento para DSA se completan a CMG películas en FL en geometría, la totalidad de las estructuras estampadas están aislados del FL en geometría y se transfieren a cualquier no plana / flexible geometría con el apoyo de robusta y fl CMG flexible. Este enfoque también permite la repetición múltiple del proceso de DSA en el mismo lugar, que puede ser explotada para la creación de estructuras multicapa FIGURA 10 (A) Representación esquemática de un flexible / transferible proceso DSA utilizando químicamente modi grafeno fi ed (CMG) [78,79] . imagen SEM de PS- vertical (b) si- PMMA estructura laminar autoensamblada en CMG [78] . (C) Fotografía del array Au nanodot formada sobre un sustrato flexible PDMS [79] . imágenes de SEM de (d) una red aleatoria de doble capa Au nanoalambre y (e) un travesaño array Al NW por doble capa repiten DSA ortogonal [79] . complejas, tales como matrices de nanohilos travesaño o matrices nanopost rectangulares. Conclusiones y perspectivas Figura 10 A ilustra esquemáticamente el procedimiento DSA multicapa. En primer lugar, las Hemos revisado el progreso actual de la tecnología avanzada para DSA procesos películas de CMG se preparan sobre un sustrato de Si por spin-fundición y reducción prácticos fabricación del dispositivo. Dos principios DSA éxito de 'epitaxial autoensamblaje' térmica / química. Un pre-patrón fotorresistente se forma sobre la CMG mediante litografía y 'graphoepitaxy' han sido sinérgicamente integratedwith fotolitografía convencional a línea I convencional. Graphoepitaxy de películas BCP y la posterior transferencia de patrón través de esfuerzos de colaboración entre la industria y el mundo académico. Las ventajas de productos de metal paralelo arrays NW. Después de este ciclo primero, CMG de intrínsecas de BCP de autoensamblaje, incluyendo bajo costo de generación de patrones película es spin-fundido sobre el fabricaron matrices NW. El segundo fotorresistente espontánea, modelo precisión escala molecular, embalaje areal densa de nanodominios, y patterningwas realizan en la fi CMG lmwith la orientación de trincheras ortogonal a las de suavizar / reducir la anchura interfacial, oferta rentable de gran superficie nanoestampación los NWs inferiores. La siguiente transferencia DSA y patrón completo las matrices de escalable para Ultra fi nanopatrones ne orientado a dispositivos . En particular, el proceso travesaño de metal NW. En este trabajo, CMG tiene las siguientes ventajas como un de advancedDSA ya se da cuenta de la línea de proceso compatibles fab-300 para sustrato flexible y transferible fl: (i) un atómicamente fl en la superficie CMG, permitiendo mmsizewafers. Además esfuerzo de investigación de alta X materiales BCP, control de uniformBCP formación LMS delgada fi y autoensamblaje robusto y (ii) térmicamente / defecto perfecto, de transferencia de patrón eficaz y no plana / fl nanoestampación flexible químicamente CMG estable que perdura duras tratamiento químico y de alta recocido será crítico para la aplicación final de DSA a diversas situaciones de fabricación de temperatura requerida para BCP autoensamblaje, y (iii) mecánicamente robusta pero dispositivos comercial como una solución litografía de próxima generación. flexible CMG que es fácilmente transferible a deseada flexible y no -planar sustratos. Un mayor desarrollo de flexible / DSA transferibles ofrecerá nuevas aplicaciones de DSA para diversas flexibles electrónica / optoelectrónica fl y arquitecturas de dispositivos 3D. Reconocimiento Este trabajo fue apoyado por el Instituto de Ciencias Básicas (SII) [CA1301-02]. 475 RESEARCH referencias [1] Hoja de Ruta de Tecnología Internacional para Semiconductores (RTI) Edición 2012, Asociación de la Industria de Semiconductores, San Jose, CA, 2012. [2] FS Bates, GH Fredrickson, Annu. Rev. Phys. Chem. 41 (1990) 525. [3] GH Fredrickson, FS Bates, Annu. Rev. Phys. Chem. 26 (1996) 501. [4] FS Bates, GH Fredrickson, Phys. Hoy 52 (1999) 32. [5] CJ Hawker, TP Russell, MRS Bull. 4 (2005) 19. [6] JK Kim, et al. Prog. Polym. Sci. 35 (2010) 1325. [7] M. Park, et al. Science 276 (1997) 1401. [8] C. Negro, et al. IBM J. Res. Prog. 51 (2007) 605. [9] S.-J. Jeong, et al. Adv. Mater. 20 (2008) 1898. RESEARCH: Review [10] G. Xia, et al. Nanotechnology 20 (2009) 225. [11] DH Lee, et al. Adv. 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