定向自组装技术(DSA)直到最近才成为下一代光刻技术(NGL)领域的一颗冉冉升起的新星，但该技术最近失去了一些光彩，如果不是势头强劲的话。

那么发生了什么?大约五年前，一种鲜为人知的图案技术叫做定向自组装突然出现，并开始在行业中产生动力。

大约在那个时候，GlobalFoundries、英特尔、美光、三星和台积电开始在实验室中探索DSA，并且有充分的理由。DSA是一种基于嵌段共聚物的替代方案，有望提前解决许多成本和复杂性问题光刻技术。

今天，芯片制造商继续探索DSA，但这项技术似乎正在失去一些动力。事实证明，DSA的开发时间比预期的要长，而且还没有在半导体工厂大规模生产。

DSA材料和其他产品的供应商EMD Performance Materials的首席技术官拉尔夫·达梅尔(Ralph Dammel)在最近的一次采访中说:“它没有像我希望的那样快投入生产。”“我相信它会在某个时候出现。”

DSA的原始投影完全不一样。它应该进入从14nm到7nm节点的逻辑生产流程。这项技术的目标是动态随机存取记忆体生产早晚。

DSA可能在短期内出现在面向利基的应用程序中。但据最近DSA研讨会(DSA Symposium)上的一项调查显示，该技术预计在未来两到四年内不会进入主流集成电路应用的量产阶段。DSA研讨会是该技术的主要支持者举办的一项重大活动。

该行业仍在与DSA的老问题作斗争。根据DSA研讨会的调查，最大的问题是缺陷，其次是图案粗糙度/均匀性，放置精度和材料质量控制。将DSA集成到晶圆厂流程和围绕该技术设计芯片也仍然存在问题。

与此同时，该行业已经开始支持更传统的模式方案，这一举措已经把DSA的插入点推到了外面。此外，有迹象表明，许多资源和资金已经从DSA转移到极紫外(EUV)光刻。考虑到花费了数十亿美元EUV到目前为止，许多芯片制造商的首要任务是让EUV首先工作。

什么是DSA?
不过，DSA还是有一线希望的。这项技术于2007年进入人们的视野，当时它作为一种潜在的未来版光刻解决方案出现在旧的国际半导体技术路线图(ITRS)上。

当时，DSA成为所谓的下一代光刻技术(NGL)的候选者之一。其他ngl过去是(现在仍然是)EUV，多波束电子束光刻和Nanoimprint光刻。

DSA不是一种硬件技术。这是一种基于嵌段共聚物材料的化学互补溶液。在DSA过程中，共聚物经历一个分离阶段。然后，当与指导材料方向的预模结合使用时，共聚物自组装成一个微小的图案。总之，DSA减少了最终打印结构的间距。

今天的DSA是基于聚(mma -co-苯乙烯)或PS-b-PMMA材料。PS-b-PMMA材料不能超过11nm。因此，业界正在研究基于高chi配方的DSA材料，其尺寸超过11纳米，但仍处于研发阶段。

基本上，DSA是多个模式技术。它与其他多模式方案竞争，例如自对齐双图案(SADP)和自对齐四重图案(SAQP)。

在SADP/SAQP中，工艺流程包括光刻、沉积和蚀刻等传统步骤。然而，在DSA中，关键工艺步骤是在晶圆跟踪系统中进行的，而不是在光刻扫描仪中进行的。然而，DSA可以与当今的光学光刻工具甚至EUV结合使用。

有两种类型的DSA流动-石墨外延和化学外延。在石墨外延中，使用轨道系统用共聚物对导向结构进行自旋涂覆、冲洗和再自旋涂覆。在化学外延中，自组装是由光刻确定的化学模式引导的。

在适当的设置下，DSA可以在高级存储器和逻辑中自动绘制线条和空间、接触孔、过孔和其他结构。

因此，DSA看起来很有希望。大约三年前，DSA是10nm和7nm光刻技术的众多竞争者之一。当时，芯片制造商面临着几个挑战。EUV还没有准备好，而浸入式/多模式看起来既复杂又昂贵。

事实证明，多模式模式得到了发展。事实上，芯片制造商已经将浸没/多模式扩展到10nm和7nm。EUV在10nm处错过了窗口，在7nm处的状态尚不清楚。

在许多方面，DSA被推到了一边。不过，这并没有完全阻止进步。尽管这个问题和其他问题仍然存在，但多年来该行业已经提高了DSA的缺陷水平。“对于某些应用来说，DSA仍然是很多关注的焦点，”该公司技术董事总经理Rich Wise表示林的研究。“这是热力学方面的挑战。线边缘粗糙度也是一个挑战。”

线边缘粗糙度(LER)是光刻技术中的一个问题。根据光刻专家克里斯·麦克(Chris Mack)的说法，它被定义为特征边缘偏离理想形状。

缺陷和线边缘粗糙度仍然是DSA的问题。

DSA出名的另一个原因是它可以制造微小的接触孔。但在DSA中，挑战在于将它们控制在期望的安排中。“因此，定位的准确性将成为一个问题，”百度首席执行官表示d2。

尽管面临挑战，DSA社区仍然保持乐观。“DSA在了解它能做什么以及可能存在的局限性方面取得了很好的进展，”麻省理工学院高级模式部门主管格雷格·麦金太尔说IMEC。“我们仍然相当有信心，我们可以在行业中为它找到一席之地。”

一段时间以来，Imec一直在运行300mm DSA试验线。此外，Albany Nanotech和Leti正在研究DSA。芯片制造商仍在对其进行评估。

寻找应用程序
那么DSA当前和未来的应用是什么呢?或者，就此而言，这个行业会使用它吗?

在可预见的将来，DSA还不能被插入到主流逻辑和内存的模式流中。不过，在短期内，DSA可能会出现在更多面向利基的应用程序中。“我们将开始看到更多的DSA，但不一定是用于传统模式，”微软首席技术官戴维•弗里德(David Fried)表示Coventor。

“我们第一次看到DSA将是在模式愈合或模式修复中。同样，这将是一个渐进的改进。这将是一个进化的模式方案的补充，”弗里德说。“这不会是一个突破性的或惊天动地的变化，特别是在逻辑上。我们可能会在内存中看到DSA，因为它们的设计更加规则。但我们距离DSA的大批量生产应用还有很长的路要走。”

事实上，从逻辑上讲，DSA面临着一场艰苦的战斗。

“在逻辑上有特别的挑战，”哈佛大学高级研究员、技术研究高级主管哈里·莱文森(Harry Levinson)说GlobalFoundries。“为了获得我们所需要的精神病医生类型，我们需要不止一个推介。今天用DSA获得行/空格模式是有问题的。再一次，当你试着用它来接触和通过层，它会得到你在随机逻辑中得到的非周期结构。在光刻设计协同优化方面还需要做更多的工作来完成这项工作。在晶圆上创建低缺陷工艺方面需要做更多的工作。这里还有很多实质性的问题。”

因此，对于逻辑，DSA社区仍然有很多工作要做。DSA可能永远不会为逻辑做好准备，尽管它在DRAM中有希望。“存储器可能会成为DSA的第一个插入点，因为这些设备中存在冗余，”英特尔蚀刻事业部和模式模块副总裁兼战略和营销主管Uday Mitra表示应用材料。“这可能是dram，甚至是一些更新的存储器。”

事实上，DRAM制造商正在寻找一种新的光刻解决方案是有充分理由的。将DRAM扩展到20nm以上变得越来越困难。DRAM中传统的单晶体管、单电容(1T1C)单元结构正在失去动力。

如今，厂商正在将DRAM从20nm扩展到1xnm节点制程。DRAM预计将在1xnm制程中进行三次迭代，即1xnm, 1ynm和1znm。

为了将DRAM扩展到1xnm及以上，DRAM供应商目前正在使用193nm浸没和SADP/SAQP。DSA和EUV也是可能的解决方案。

DSA和EUV是未来DRAM的潜在替代品。

在最近的一次活动中，三星发表了一篇论文，描述了该公司计划如何将当今的平面dram缩小到20纳米甚至更小。为此，三星开发了一种新的蜂窝布局方案，称为蜂窝结构(HCS)。

通过HCS，该公司开发了一种使用当今193nm浸液和SADP的流程。三星电子首席工程师J.M. Park表示:“在没有极端紫外线光刻技术的情况下，首次成功开发和制造了20nm DRAM。”

但是，为先进的dram扩展沉浸式/多模式存在一些挑战。SK海力士(SK Hynix)研究员张烈李(Chang Yeol Lee)表示:“在没有EUV的情况下设计1xnm半间距和触点肯定会很痛苦。”“保持CD的一致性和质量一致需要漫长而乏味的工作。”

出于这个原因，DRAM制造商仍在关注EUV。但和以前一样，EUV仍未准备好进入黄金时期。美光科技(Micron Technology)工艺研发副总裁纳加•钱德拉塞卡兰(Naga Chandrasekaran)在最近的一次活动中表示:“EUV达到了合适的成本点。“它给你带来了显著的好处。关键问题是，“经济是否有效?”’”

另一个选择是DSA。钱德拉塞卡兰说:“在我看来，DSA更适合线条/空间图案。”“在那里，我们仍然在与线边缘粗糙度作斗争。线条边缘的粗糙度显然会转化回你的CDU。在线边缘粗糙度方面，四边形图案仍然更好。”

不过，DSA社区并没有就此认输。例如，Imec正在为未来的dram开发DSA工艺。这个过程被称为芯片流，是基于化学外延方案。流动使六边形单元布局模式，类似于三星的HCS方案。

Imec的McIntyre表示:“内存行业正在密切关注芯片流。”“这是一种化学外延柱状结构，用于在DRAM类型的布局中创建电容器。这可能是一种潜在的节省成本的选择。”

从长远来看，如果行业能够克服一些主要挑战，DSA可能会在更主流的应用中找到一席之地。

关键是要开发出11纳米以上的下一代高性能材料。但是在晶圆厂中集成这些外来的高chi材料带来了一些挑战。

为了解决这个问题，Imec、TOK和芝加哥大学正在开发一种DSA技术，可以将目前的PS-b-PMMA扩展到11纳米以上。研究人员在这些材料中加入了离子液体。

麦金太尔说:“基本上，它们创造了一个更强大的实体，变成了一个high chi。”“因此，您可以使用与我们通常使用的相同材料进行低于10nm的半间距成像。它仍然处于研究阶段和可行性研究阶段。事实上，我们现在还不需要这些维度。这还需要几年的时间。”

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