L'utilizzo di nanoparticelle sacrificali per eliminare gli effetti del colpo-rumore in fori di contatto fabbricato da E-litografia a fascio

Summary

Uniformemente nanoparticelle di dimensioni in grado di rimuovere le fluttuazioni dei contatti dimensioni dei fori di fantasia in poli (metacrilato di metile) film (PMMA) fotoresistente per fascio di elettroni (E-beam) litografia. Il processo prevede di focalizzazione elettrostatica al centro e deposito nanoparticelle in fori di contatto, seguita da fotosensibile riflusso e passi plasma e bagnato-incisione.

Abstract

Nano-modelli fabbricati con ultravioletta estrema (EUV) o fascio elettronico (E-beam) Litografia mostrano variazioni inattese delle dimensioni. Questa variazione è stata attribuita a fluttuazioni statistiche del numero di fotoni / elettroni in arrivo a un determinato nano-regione derivanti da un tiro-rumore (SN). La SN varia inversamente alla radice quadrata di un numero di fotoni / elettroni. Per un dosaggio fisso, il SN è più grande in EUV e e-beam litografie che per tradizione (193 nm) litografia ottica. Bottom-up e top-down patterning approcci sono combinati per ridurre al minimo gli effetti del rumore girato in nano-hole patterning. In particolare, un ammino-silano tensioattivi autoassembla su un wafer di silicio che viene successivamente spin-rivestiti con una pellicola 100 nm di un photoresist E-beam a base di PMMA. L'esposizione al fascio E e il successivo sviluppo scopre la pellicola tensioattivo sottostante al fondo dei fori. Immergendo il wafer in una sospensione di carica negativa, citrato-capped, 20 nm gvecchi nanoparticelle (PNL) depositi una particella per buco. Il film tensioattivo carica positiva esposta nel foro imbuti elettrostaticamente le nanoparticelle carica negativa al centro di un foro esposto, che fissa in modo permanente nel registro posizionale. Successivamente, mediante riscaldamento vicino alla temperatura di transizione vetrosa del polimero photoresist, il film fotoresist rifluisce e sommerge le nanoparticelle. Questo processo cancella i buchi affetti da SN, ma lascia PNL depositati bloccati in posizione da una forte elettrostatiche vincolante. Il trattamento con plasma di ossigeno espone PNL incidendo un sottile strato di fotoresist. Wet-incisione PNL esposte con una soluzione di I ₂ / KI produce fori uniformi situate al centro di rientranze modellati mediante litografia a fascio. Gli esperimenti presentati mostrano che l'approccio riduce la variazione della dimensione dei fori causati da SN dal 35% al ​​di sotto del 10%. Il metodo si estende i limiti patterning di fori transistore di contatto al di sotto di 20 nm.

Introduction

La crescita esponenziale della potenza di calcolo, come quantificato dalla legge di Moore ^{1, 2} (1), è un risultato dei progressi progressivi litografia ottica. In questa tecnica patterning top-down, la risoluzione ottenibile, R, è data dalla noto teorema Raleigh ^3:

Qui, λ e NA sono la lunghezza d'onda della luce e apertura numerica, rispettivamente. Si noti che NA = η · sinθ, dove η è l'indice di rifrazione del mezzo tra la lente e il wafer; θ = tan ^-1 (d / 2L) per il diametro, d, della lente, e la distanza, l, tra il centro della lente e il wafer. Negli ultimi cinquant'anni, la risoluzione litografica è migliorata attraverso l'uso di (a) sorgente luminosas, tra cui laser a eccimeri, con lunghezze d'onda UV progressivamente più piccoli; (b) i disegni ottici intelligenti che impiegano maschere di fase-shift ^4; e (c) superiori NA. Per l'esposizione in aria (η = 1), NA è sempre inferiore all'unità, ma introducendo un liquido con η> 1, come acqua ^5, tra l'obiettivo e il wafer, NA può essere elevato sopra 1, migliorando così la risoluzione di litografia a immersione. Attualmente i percorsi praticabili a un nodo 20 nm e oltre comprendono sorgenti UV estreme (λ = 13 nm) o tecniche di patterning che utilizzano l'elaborazione doppia e quadrupla complesso di un fotoresist multistrato ^{6, 7.}

Su scala nanometrica lunghezza, fluttuazioni statistiche, causate da un tiro-rumore (SN), del numero di fotoni che arrivano entro una causa variante nano-regione nelle dimensioni di lithogra modelli ENTI GRAFICI. Questi effetti sono più pronunciati con l'esposizione alla luce EUV ad alta energia ed E-travi, i sistemi che necessitano di ordini di grandezza meno fotoni / particelle rispetto al normale litografia ottica ^8. Supersensitive chimicamente amplificata (con una efficienza quantica> 1) fotoresist introducono un SN chimica causata da una variazione nel numero di molecole fotoreattive in nanoregions esposte ^{9, 10.} Lower fotoresist sensibilità che hanno bisogno di esposizioni più lunghe sopprimere questi effetti, ma riducono anche il throughput.

Sulla scala molecolare, il contributo alla linea-bordo rugosità dalla distribuzione delle dimensioni molecolari inerenti ai polimeri di resina fotosensibile può essere ridotto utilizzando resiste molecolari ^11. Un approccio che è complementare a tale trattamento top-down di nano-patterning è l'uso di metodi bottom-up ^12,s = "xref"> 13 che si basano in particolare sulla auto-assemblaggio diretto (DSA) di polimeri diblock ^14. La capacità di questi processi di dirigere nucleazione e di creare la spaziatura non uniforme tra disegni desiderati, come i fori o linee, rimane difficile. La distribuzione delle dimensioni dei componenti molecolari ^{15, 16} limita anche la scala e la resa di fabbricazione ^{17, 18.} Problemi simili limitano stampa microcontact di nanoparticelle in litografia soffice ^19.

Questo documento presenta studi di un nuovo approccio ibrido (Figura 1) che unisce il classico litografia proiezione dall'alto con elettrostaticamente diretto autoassemblaggio per ridurre l'effetto di SN / linea-edge rugosità (LER) ^20. Carica positiva gruppi amminici su monostrati auto-assemblati (SAM) di N – (2-amminoetil)-11-Ammino-undecil-metossi-silano (AATMS) sottostante il film PMMA sono esposti dopo lo sviluppo. La pellicola fotosensibile carica negativa di PMMA elettrostaticamente ad imbuto che carica negativa nanoparticelle d'oro (PNL), ricoperto con citrato, ^{21 – 24} nei fori SN colpite ^25. Re-flusso del fotoresist PMMA sommerge nanoparticelle predeposited nel film.

Figura 1: Rappresentazione schematica della strategia per rimuovere gli effetti del colpo-rumore e ruvidità line-edge per il patterning di fori di contatto con nanoparticelle di dimensioni precise. Qui, la dimensione critica (CD) è il diametro desiderato dei fori. L'approccio (step 1) inizia con deposizione di un monostrato auto-assemblato (SAM) della molecola di silano aventi gruppi amminici caricati positivamente sul surf ossidoasso di un wafer di silicio. Successivamente, la litografia e-beam viene utilizzato per i fori modello (punti 2 e 3) in PMMA pellicola fotosensibile, lo strato blu, che genera colpo-rumore, come illustrato nell'immagine SEM inserto in. Litografia espone gruppi amminici nella parte inferiore dei fori. Fase 4 comporta la deposizione fase acquosa di controllo di dimensioni, (carica negativa) nanoparticelle d'oro citrato-capped (PNL) nei fori litografia fantasia utilizzando focalizzazione elettrostatica (EF). Nel passaggio 5, riscaldando il wafer a 100 ° C, al di sotto della temperatura di transizione vetrosa del PMMA, 110 ° C, provoca il riflusso del fotoresist intorno nanoparticelle pre-depositato. Etching sovrapposto PMMA con plasma di ossigeno (fase 6) espone PNL, e successiva wet-etching (iodio) delle particelle esposte (fase 7) crea fori corrispondenti alle dimensioni del PNL. Una volta accoppiato con reattivi-ion / wet-etching, è possibile trasferire i fori nel fotoresist a SiO ₂ (fase 8) ^31. Ristampata con il permesso di riferimento ^20. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

L'interazione elettrostatica tra PNL carica opposta e gruppi amminici sul substrato impedisce lo spostamento del PNL dal sito di legame. La fase di riflusso mantiene la posizione relativa dei PNL, ma cancella i buchi e gli effetti della SN / LER. Plasma / fasi di attacco umido rigenerare fori che hanno la dimensione del PIL. Etching reattivo ioni di litio trasferisce il loro modello di SiO ₂ strati hard-maschera. Il metodo si basa sull'utilizzo di nanoparticelle di dimensioni più uniformemente di un nanohole fantasia (NH), espressa come la deviazione standard, σ, in modo tale che σ _PIL <σ _NH. Questo rapporto si concentra sui gradini (4 e 5 descritti in figura 1) che prevedano la deposizione di nanoparticelle dalla dispersione e lareflow del fotoresist intorno a loro per valutare i vantaggi ei limiti del metodo. Entrambi i passi sono, in linea di principio, scalabile per substrati più grandi, senza necessità di modifiche sostanziali del flusso di corrente di produrre moderni circuiti integrati su chip.

Protocol

1. Derivatize e caratterizzare la superficie del wafer di silicio Pulire la superficie del wafer utilizzando Radio Corporation of America (RCA) Pulizia soluzioni SC1 e SC2. Preparare SC1 e SC2 mescolando volumetricamente le seguenti sostanze chimiche: SC1: H 2 O 2: NH 4 OH: H 2 O = 1: 1: 5 v / v e SC2: H 2 O 2: HCl: H 2 O = 1: 1: 5 v / v. Immergere il wafer in SC1 p…

Representative Results

La figura 2 mostra un'immagine SEM dei PIL 20-nm depositati in fori di diametro di 80 nm modellata in un film PMMA 60-100 nm di spessore guidato da funneling elettrostatico. Come osservato da altri 22, il processo ha portato circa una particella per foro. La distribuzione delle particelle attorno al centro dei fori era gaussiana (riquadro in alto a destra). La maggior parte dei fori (93%) conteneva un PIL, e il 95% di queste particelle si sono…

Discussion

Americano-rumore (SN) in litografia è una semplice conseguenza di fluttuazioni statistiche del numero di fotoni o particelle (N) che arrivano in una determinata nano-regione; è inversamente proporzionale alla radice quadrata di un numero di fotoni / particelle:

dove A e R sono, l'area e la dimensione della regione esposta, rispettivamente. Ad esempio, quando si utilizza un ArF 1…

Materials

AATMS (95%)	Gelest Inc.	SIA0595.0	N-(2-aminoethyl)-11-aminoundecyltrimethoxysilane
Gold colloids (Ted Pella Inc.)	Ted Pella	15705-20	Gold Naoparticles
hydrogen peroxide	Fisher Scientific	H325-100	Analytical grade (Used to clean wafer)
hydrochloric acid	Fisher Scientific	S25358	Analytical grade
Ammonium hydroxide	Fisher Scientific	A669S-500SDS	Analytical grade (Used to clean wafer)
hydrogen fluoride	Fisher Scientific	AC277250250	Analytical grade(used to etch SiO2)
Toluene (anhydrous, 99.8 %)	Sigma Aldrich	244511	Analytical grade (solvent used in Self Assembly of AATMS
Isopropyl alcohol (IPA)	Sigma Aldrich	W292907	Analytical grade (Used to make developer)
Methyl butyl ketone (MIBK)	Sigma Aldrich	29261	Analytical grade(used to make developer)
1:3 MIBK:IPA developer	Sigma Aldrich		Analytical grade (Developer)
950 k poly(methyl methacylate (PMMA, 4 % in Anisole)	Sigma Aldrich	182265	Photoresist for E-beam lithography
Purified Water : Barnstead Sybron Corporation water purification Unit, resistivity of 19.0 MΩcm			Water for substrate cleaning
Gaertner ellipsometer	Gaertner		Resist and SAM thickness measurements
XPS, ThermoScientifc ESCALAB 250 instrument	Thermo-Scientific		Surface composition
An FEI Siron XL30	Fei Corporation		Characterize nanopatterns
Zeiss sigma VP FEG SEM	Zeiss Corporation		E-beam exposure and patterning
MDS 100  CCD camera	Kodak		Imaging drop shapes for contact angle measurements
Tegal Plasmod	Tegal		Oxygen plasma to etch photoresist
I2	Sigma Aldrich	451045	Components for gold etch solution
KI	Sigma Aldrich	746428	Components for gold etch solution
Ellipsometer ( LSE Stokes model L116A);	Gaertner	L116A	AATMS self assembled monolayer film thickness measurements