微電子領(lǐng)域目前最為重要的技術(shù)難題之一就是大規(guī)模制備更細更窄的納米圖案，這對芯片尺寸的微小化及其集成度有著十分重要的意義。而制備分辨率更高的納米圖案一直以來都是納米技術(shù)領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)，現(xiàn)有的工具都難以達到如此高的精度。嵌段共聚物定向自組裝（directed self-assembly，DSA）是實現(xiàn)高分辨率納米圖案的有效手段之一。例如，聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯（PS-b-PMMA）可被用于制備納米尺度的周期性線條圖案。盡管理論上嵌段共聚物經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)能夠制備更細的圖案，然而目前為止，制備間隔在10 nm以下的納米陣列仍然較難（PS-b-PMMA自組裝圖案的極限尺寸在11 nm）。
最近，美國芝加哥大學(xué)的Paul F. Nealey和麻省理工學(xué)院的Karen K. Gleason等人成功實現(xiàn)了9.3 nm的嵌段共聚物定向自組裝圖案，創(chuàng)造了新的記錄。相關(guān)論文發(fā)表在近期的Nature Nanotechnology 上。
方法流程示意圖。圖片來源：Nature Nanotech.
這篇論文的核心思路在于解決了兩個關(guān)鍵問題：（1）如何設(shè)計能形成10 nm以下自組裝圖案的嵌段共聚物；（2）如何保證共聚物在表面能夠定向自組裝，形成豎直排列的圖案。
一方面，嵌段共聚物發(fā)生相分離的關(guān)鍵熱力學(xué)因素包括兩個：分子量與相互作用參數(shù)χ，較大的分子量或相互作用參數(shù)均可降低嵌段共聚物的相容性，而為了得到尺寸更小的圖案，需要提高熱力學(xué)參數(shù)，以實現(xiàn)在較低分子量下的自組裝過程，并形成更小的圖案。研究者合成了P2VP-b-PS-b-P2VP三嵌段共聚物（BCP），其中P2VP是聚2-乙烯基吡啶。另一方面，界面能在自組裝過程中起到了重要作用，由于該嵌段共聚物的相互作用參數(shù)較高，其在基底表面和在空氣表面處的自組裝行為有所差異，很難制備垂直排列的納米線陣列。為了解決這個問題，研究者們在旋涂的嵌段共聚物薄膜表面，通過引發(fā)式化學(xué)氣相沉積法（iCVD）沉積一層10 nm左右的聚合物層，使得上下表面均能誘導(dǎo)垂直于基底方向的納米線圖案形成。
通過熱退火引發(fā)自組裝后，再進行序列滲透合成法選擇性的在P2VP相中沉積氧化鋁，經(jīng)過刻蝕后氧化鋁沉積的圖案得到保留，最終得到10 nm以下的圖案。這項表面化學(xué)沉積涂層技術(shù)可以適用于高相互作用參數(shù)與低相互作用參數(shù)的嵌段共聚物體系。
當(dāng)然，上述技術(shù)依然存在一些局限性，比如，嵌段共聚物自組裝形成的缺陷還較多，解決這個問題在未來的研究中將是繼續(xù)努力的方向。
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