p Para aumentar a velocidade de processamento e reduzir o consumo de energia de dispositivos eletrônicos, a indústria de microeletrônica continua a pressionar por recursos cada vez menores. Os transistores dos telefones celulares de hoje têm normalmente 10 nanômetros (nm) de diâmetro - equivalente a cerca de 50 átomos de silício de largura - ou menores. O dimensionamento de transistores abaixo dessas dimensões com maior precisão requer materiais avançados para litografia - a principal técnica para imprimir elementos de circuito elétrico em pastilhas de silício para fabricar chips eletrônicos. Um desafio é desenvolver resistências robustas, "ou materiais que são usados ​​como modelos para transferir padrões de circuito para substratos úteis para dispositivos, como o silício. p Agora, cientistas do Center for Functional Nanomaterials (CFN) - um Departamento de Energia dos EUA (DOE) Office of Science User Facility no Brookhaven National Laboratory - usaram a técnica recentemente desenvolvida de síntese de infiltração para criar resinas que combinam o polímero orgânico poli (metacrilato de metila ), ou PMMA, com óxido de alumínio inorgânico. Devido ao seu baixo custo e alta resolução, PMMA é a resistência mais amplamente usada em litografia de feixe de elétrons (EBL), um tipo de litografia em que os elétrons são usados ​​para criar o modelo do padrão. Contudo, nas espessuras resistentes que são necessárias para gerar os tamanhos de recursos ultrapequenos, os padrões normalmente começam a se degradar quando são gravados em silício, falhando em produzir a alta proporção de aspecto exigida (altura para largura).

p Conforme relatado em um artigo publicado online em 8 de julho no Journal of Materials Chemistry C , essas resistências orgânico-inorgânicas "híbridas" exibem um alto contraste litográfico e permitem a padronização de nanoestruturas de silício de alta resolução com uma alta proporção de aspecto. Ao alterar a quantidade de óxido de alumínio (ou um elemento inorgânico diferente) infiltrado no PMMA, os cientistas podem ajustar esses parâmetros para aplicações específicas. Por exemplo, dispositivos de memória de última geração, como drives flash, serão baseados em uma estrutura de empilhamento tridimensional para aumentar a densidade da memória, portanto, uma relação de aspecto extremamente alta é desejável; por outro lado, uma resolução muito alta é a característica mais importante para futuros chips de processador.

p "Em vez de seguir uma rota de síntese inteiramente nova, usamos uma resistência existente, um óxido de metal barato, e equipamentos comuns encontrados em quase todas as instalações de nanofabricação, "disse o primeiro autor Nikhil Tiwale, um associado de pesquisa de pós-doutorado no CFN Electronic Nanomaterials Group.

p Embora outras resistências híbridas tenham sido propostas, a maioria deles requer altas doses de elétrons (intensidades), envolvem métodos complexos de síntese química, ou têm composições proprietárias caras. Assim, essas resistências não são ideais para altas taxas, fabricação de alto volume de eletrônicos de última geração.

p Nanolitografia avançada para fabricação de alto volume

p Convencionalmente, a indústria de microeletrônica tem contado com litografia óptica, cuja resolução é limitada pelo comprimento de onda da luz à qual o resist é exposto. Contudo, EBL e outras técnicas de nanolitografia, como litografia ultravioleta extrema (EUVL), podem empurrar esse limite devido ao comprimento de onda muito pequeno dos elétrons e da luz ultravioleta de alta energia. A principal diferença entre as duas técnicas é o processo de exposição.

p “Na EBL, você precisa escrever toda a área necessária para expor linha por linha, tipo como fazer um esboço com um lápis, "disse Tiwale." Em contraste, em EUVL, você pode expor toda a área de uma só vez, semelhante a tirar uma fotografia. A partir deste ponto de vista, EBL é ótimo para fins de pesquisa, e EUVL é mais adequado para fabricação de alto volume. Acreditamos que a abordagem demonstrada para EBL pode ser aplicada diretamente para EUVL, que empresas, incluindo a Samsung, começaram recentemente a usar para desenvolver processos de fabricação para seu nó de tecnologia de 7 nm. "

p Neste estudo, os cientistas usaram um sistema de deposição de camada atômica (ALD) - uma peça padrão de equipamento de nanofabricação para depositar filmes ultrafinos em superfícies - para combinar PMMA e óxido de alumínio. Depois de colocar um substrato revestido com uma película fina de PMMA na câmara de reação ALD, eles introduziram um vapor de um precursor de alumínio que se difundiu através de minúsculos poros moleculares dentro da matriz de PMMA para se ligar às espécies químicas dentro das cadeias de polímero. Então, eles introduziram outro precursor (como a água) que reagiu com o primeiro precursor para formar óxido de alumínio dentro da matriz de PMMA. Essas etapas juntas constituem um ciclo de processamento.

p A equipe então realizou EBL com resistências híbridas que tiveram até oito ciclos de processamento. Para caracterizar o contraste das resistências sob diferentes doses de elétrons, os cientistas mediram a mudança na espessura da resistência nas áreas expostas. Mapas de altura de superfície gerados com um microscópio de força atômica (um microscópio com uma ponta atomicamente afiada para rastrear a topografia de uma superfície) e medições ópticas obtidas por meio de elipsometria (uma técnica para determinar a espessura do filme com base na mudança na polarização da luz refletida de um superfície) revelou que a espessura muda gradualmente com um baixo número de ciclos de processamento, mas rapidamente com ciclos adicionais, ou seja, um maior teor de óxido de alumínio.

p "O contraste se refere à rapidez com que a resistência muda após ser exposta ao feixe de elétrons, "explicou Chang-Yong Nam, um cientista de materiais no CFN Electronic Nanomaterials Group, que supervisionou o projeto e concebeu a ideia em colaboração com Jiyoung Kim, professor do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Texas em Dallas. "A mudança abrupta na altura das regiões expostas sugere um aumento no contraste da resistência para números maiores de ciclos de infiltração - quase seis vezes maior do que a resistência de PMMA original."

p Os cientistas também usaram a resistência híbrida para padronizar linhas retas periódicas e "cotovelos" (linhas de intersecção) em substratos de silício, e comparou a taxa de corrosão das resistências com substratos.

p "Você quer que o silício seja gravado mais rápido do que o resist; caso contrário, o resist começa a se degradar, "disse Nam." Descobrimos que a seletividade de corrosão de nossa resistência híbrida é maior do que a das resistências proprietárias caras (por exemplo, ZEP) e técnicas que usam uma camada de máscara "rígida" intermediária, como dióxido de silício para evitar a degradação do padrão, mas que requerem etapas de processamento adicionais. "

p Daqui para frente, a equipe estudará como o híbrido resiste à exposição ao EUV. Eles já começaram a usar raios X suaves (faixa de energia correspondente ao comprimento de onda da luz EUV) na Fonte de Luz Síncrotron Nacional II de Brookhaven (NSLS-II), e espero usar uma linha de luz EUV dedicada operada pelo Centro de Óptica de Raios-X da Fonte de Luz Avançada (ALS) do Lawrence Berkeley National Lab em colaboração com parceiros da indústria.

p "A absorção de energia pela camada orgânica de EUVL resiste é muito fraca, "disse Nam." Adicionando elementos inorgânicos, como estanho ou zircônio, pode torná-los mais sensíveis à luz EUV. Esperamos explorar como nossa abordagem pode atender aos requisitos de desempenho de resistência do EUVL. "