Regio-selectieve depositie: een bottom-up techniek voor het maken van nanoschaalstructuren

De miniaturisatie van afmetingen van nano-elektronische apparaten brengt grote uitdagingen voor het patroonvormingsproces met lithografie. Naast het schalen van de resolutie wordt het nauwkeurig plaatsen van patronen steeds moeilijker. De vermindering van de actieve voetafdruk impliceert ook een evolutie die 3D-structuren met een hoge aspectverhouding en complexe vorm betreft. Deze evolutie stelt de fabricageprocessen voor grote uitdagingen. Daarom hebben bottom-up benaderingen zoals regio-selectieve depositie (ASD) een groot potentieel om traditionele patroonvorming aan te vullen voor de fabricage van nano-elektronische apparaten. Bij ASD wordt materiaal alleen afgezet volgens een vooraf gedefinieerd patroon, zonder afzetting op de rest van het oppervlak. Dit kan worden bereikt door depositietechnieken die afhankelijk zijn van selectieve oppervlaktereacties zoals atoomlaagdepositie (ALD) en chemische afzetting uit de dampfase (CVD). ASD is een duurzame en kosteneffectieve aanpak die minder chemische producten en energie vereist in vergelijking met traditionele top-down patroonvorming. Bovendien is de grote mogelijkheid voor ASD dat het in principe structuren kan plaatsen alleen waar nodig en dit met atomaire precisie in zowel horizontale als verticale richting. Onderzoek en ontwikkeling van ASD trekt daarom veel belangstelling van de halfgeleiderindustrie. Desalniettemin zijn industriële toepassingen van ASD momenteel beperkt tot selectieve epitaxiale groei van halfgeleiders en metaallagen in interconnect structuren, voornamelijk omdat ASD tot nu toe slechts voor een beperkt aantal processen en materialen is bestudeerd. Bovendien is de inherente oppervlakte-afhankelijkheid van ALD- en CVD-processen zelden voldoende en is een veel hogere selectiviteit nodig om toepassingen in de fabricage van nano-elektronische apparaten mogelijk te maken. Een beter begrip van de oppervlakte-afhankelijkheid van ALD- en CVD-processen en de rol van de voorlopers is essentieel om de materiaalcombinaties die toegankelijk zijn voor ASD uit te breiden en de selectiviteit te verbeteren. Het algemene doel van dit doctoraatsproject is om inzicht te verkrijgen in de oppervlakte-afhankelijkheid van ALD- en CVD-processen, die het ontwerp van nieuwe ASD-processen zal sturen en als zodanig nieuwe toepassingen mogelijk zal maken. Aangezien ALD en CVD vertrouwen op oppervlaktereacties van gasfase-precursoren, is de afzetting zeer gevoelig voor het substraatoppervlak, dat chemisch kan worden gemodificeerd om groei mogelijk te maken of te voorkomen. Een eerste onderzoeksdoelstelling is om gedetailleerd inzicht te verkrijgen in de oppervlaktechemie tijdens depositie, voor materialen die relevant zijn voor toekomstige integratiestromen, waaronder fotoresists voor Extreem-Ultraviolet Lithografie (EUVL), spacermaterialen enz. We zullen de oppervlaktegroepen van de materialen onderzoeken en hun impact bestuderen op het groei- en nucleatiegedrag tijdens depositie. Oppervlaktebehandelingen zullen worden onderzocht om de oppervlaktegroepen te wijzigen en als zodanig de reactiviteit van het oppervlak te manipuleren om afzetting mogelijk te maken of te voorkomen. Een tweede onderzoeksdoelstelling is om dit inzicht toe te passen om een ASD-proces te ontwerpen en om ASD te karakteriseren in nanoschaalpatronen. We zullen de nucleatiemechanismen van ASD op substraten met patroon onderzoeken, aangezien de selectiviteit kan worden beïnvloed door het patroonvormingsproces als gevolg van veranderingen in de oppervlaktesamenstelling. Bovendien kan het mechanisme bij ASD anders zijn dan bij normale dunne-filmafzetting. We zullen gebruik maken van Imecs 300 mm productielijn en geavanceerde 'node'-technologieën om toegang te krijgen tot patronen met afmetingen tot tientallen nanometers voor industrieel relevant onderzoek.