沿著摩爾定律,傳統(tǒng)的光刻技術(shù)的分辨率已經(jīng)接近極限,目前EUVL也只能達到12~13 nm左右的線寬。非傳統(tǒng)的“自下而上”的分子自組裝DSA技術(shù)則突破了傳統(tǒng)光刻技術(shù)的分辨率極限、能達到10納米以下線寬的超高分辨率,有望成為下一代的半導(dǎo)體光刻技術(shù)。從而引起了人們的廣泛關(guān)注。DSA (Directed self-assembly) 技術(shù)是在193 nm光刻技術(shù)之上、通過對DSA嵌段聚合物進行模板導(dǎo)向、定向組裝形成光刻條紋。最后通過選擇性刻蝕工藝得到高分辨率光刻圖形。
傳統(tǒng)的DSA材料主要是PS-b-PMMA嵌段共聚物,此類嵌段共聚物的兩個嵌段之間的Flory–Huggins相互作用參數(shù)較小,即χ值比較低,因此自組裝得到的最小特征尺寸只能達到11 nm左右,限制了其在7-5 nm光刻技術(shù)中的應(yīng)用。并且該材料需要在較高溫度下(> 160 °C)經(jīng)歷長時間退火(>10 h)才能得到長程有序的低缺陷圖案。而現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝要求熱烘烤在2分鐘以下,現(xiàn)有的DSA材料的熱退火時間一般10小時以上,無法滿足生產(chǎn)工藝要求,因此研發(fā)快速自組裝的高分辨率DSA材料至關(guān)重要。
復(fù)旦大學高分子科學系,聚合物分子工程國家重點實驗室鄧海教授團隊經(jīng)過深入的探索,設(shè)計并合成了一種新型的 5 nm 分辨率的、低溫快速的DSA材料 PS-b- PPDFMA。在擁有極高分辨率的同時,能夠快速退火組裝形成線條圖案,為目前已知的最快的 DSA 材料。此研究成果為下一代5 nm的光刻技術(shù)提供了新的可能性 (圖 1)。
圖 1. Sub-5 nm嵌段聚合物結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的SAXS,TEM表征
PS-b-PPDFMA 嵌段聚合物可以在80 °C經(jīng)歷 1 min退火后快速形成自組裝結(jié)構(gòu)。圖2 中為兩種不同分子量的嵌段聚合物材料,在不同時間和溫度下自組裝所得到的SAXS結(jié)果。經(jīng)過分析比較,該材料在80 °C, 1 min 退火后即可得到有序的組裝結(jié)構(gòu),繼續(xù)加熱到160 °C 24 h,其結(jié)構(gòu)尺寸不變 (圖2)。
圖 2. 嵌段聚合物在不同時間和溫度退火后自組裝的小角X射線散射圖
此外,為進一步證明該材料在模板中的快速DSA性能,研究人員在Si模板中對聚合物材料進行旋涂,分別經(jīng)過80 °C, 1 min和80 °C, 5 min熱退火后,得到了長程有序的組裝線條,且特征尺寸與SAXS結(jié)果一致(圖3)。
圖 3. 嵌段聚合物 PS-b-PPDFMA 分別經(jīng)歷(a)80 °C, 1 min(a)80 °C, 5 min退火在模板中進行DSA導(dǎo)向自組裝,得到長程有序的線條圖案
在中國科技部,上海市科學技術(shù)委員會及復(fù)旦大學的大力支持下,復(fù)旦大學高分子科學系聚合物分子工程國家重點實驗室鄧海教授課題組在5 nm以下低溫快速導(dǎo)向自組裝材料研究方面取得突破進展,第一作者為博士生李雪苗,相關(guān)成果發(fā)表在(Journal of Materials Chemistry C, 2019, DOI: 10.1039 /C8TC06480F)。在此基礎(chǔ)上,該課題組將進一步探索5 nm以下的高分辨率嵌段聚合物組裝機理以及其在光刻領(lǐng)域和多功能器件中的應(yīng)用。
文章鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2019/tc/c8tc06480f
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