Novo copolímero em bloco atinge largura de linha de 7,6 nm

Um copolímero em bloco desenvolvido recentemente pode ajudar a expandir os limites da integração e miniaturização na fabricação de semicondutores, relatam cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) e da Tokyo Ohka Kogyo (TOK). Quimicamente adaptado para automontagem direcionada confiável, o composto proposto pode se organizar em estruturas lamelares perpendiculares cuja largura de meio passo é menor que 10 nanômetros, superando copolímeros em bloco convencionais e amplamente utilizados.

A miniaturização é uma das qualidades fundamentais da eletrônica moderna e é amplamente responsável pelos incríveis incrementos no desempenho testemunhados nas últimas décadas. Para manter esse ímpeto, é necessário atingir padrões de circuito mais finos do que os existentes em chips semicondutores, que são uma parte crucial de todos os dispositivos eletrônicos.

Alguns especialistas estimam que, até 2037, a menor distância entre características em dispositivos semicondutores, conhecida como “half-pitch”, precisará ser de apenas 8 nm para dar suporte à eletrônica de última geração, enfatizando a necessidade de avanços em processos litográficos (método de criação de padrões de circuitos altamente complexos em peças semicondutoras).

Como seria de se esperar, criar estruturas tão finamente detalhadas em qualquer tipo de material é um empreendimento gigantesco. Uma via promissora para atingir esse feito é chamada de automontagem dirigida (DSA) com copolímeros em bloco (BCPs).

Simplificando, BCPs são moléculas semelhantes a cadeias longas feitas de duas ou mais seções distintas — ou blocos — de polímeros. O processo de DSA envolve explorar as interações entre diferentes blocos em BCPs para que eles se organizem espontânea e consistentemente em estruturas e padrões ordenados.

Embora essa estratégia seja certamente poderosa, produzir recursos menores que 10 nanômetros (abaixo de 10 nm) usando DSA continua sendo um desafio.

Em um estudo publicado em 6 de julho de 2024 em Comunicações da Naturezapesquisadores da Tokyo Tech e da TOK conseguiram ampliar os limites das possibilidades neste campo.

Liderada pelo Professor Teruaki Hayakawa, a equipe de pesquisa desenvolveu um novo BCP que foi cuidadosamente adaptado para criar padrões de linhas incrivelmente pequenos em um substrato na forma de domínios lamelares (uma estrutura composta de camadas finas e alternativas). Esses padrões minúsculos podem abrir caminho para novos dispositivos semicondutores avançados.

O BCP recentemente desenvolvido foi criado a partir de poliestireno-bloco-poli(metacrilato de metila) (ou PS-b-PMMA), um BCP representativo e amplamente estudado para DSA. Primeiro, os pesquisadores introduziram uma quantidade apropriada de poli(metacrilato de glicidila) (PGMA) no PS-b-PMMA, obtendo PS-b-(PGMA-r-PMMA).

Em seguida, eles modificaram o segmento PGMA com diferentes tiois, visando refinar as interações repulsivas entre os diferentes blocos no polímero resultante, denominado PS-b-PG_FM. Os segmentos PS e PMMA também controlavam a afinidade das diferentes partes da molécula pelo ar, o que desempenha um papel importante em seu processo de autoalinhamento durante o DSA.

O BCP personalizado se automontou de forma confiável em estruturas lamelares nanométricas excepcionalmente pequenas quando aplicado como uma película fina, conforme confirmado pela microscopia de força atômica. Além disso, esse novo composto apresentou desempenho impressionante em um substrato com guias químicos de poliestireno paralelos.

“Domínios lamelares alinhados de película fina com orientação vertical podem ser obtidos de forma confiável e reprodutível por meio de automontagem direcionada, produzindo padrões de linhas paralelas que correspondem a um tamanho de meio passo de 7,6 nm”, diz Hayakawa. Vale mencionar que este é um dos menores tamanhos de meio passo relatados em todo o mundo para estruturas lamelares de película fina sem um revestimento superior.

No geral, essas descobertas interessantes têm o potencial de promover tecnologias de ponta na fabricação de semicondutores.

“PS-b-PG_FOs M BCPs são modelos promissores para uso em litografia porque podem produzir padrões finos em processos DSA semelhantes aos usados ​​para PS-b-PMMA convencional, com potencial para superá-los”, conclui Hayakawa.

“Estudos visando otimizar os processos de transferência de padrões usando padrões de linha em PS-b-PG_F“M filmes finos como modelos serão investigados no futuro”, acrescenta.