Nano-Interconnect Formation by Directed Self-Assembly with Staining

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K20992
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Fukushima Takafumi 東北大学, 工学研究科, 准教授 (10374969)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): マリアッパン ムルゲサン 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 学術研究員 (10509699)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2022-03-31
• Keywords: 三次元集積

Outline of Final Research Achievements

We demonstrated nano-wiring formation by applying "staining," in which specific metal oxides or organometallics are selectively physisorbed or chemisorbed onto one polymer block component that constitutes a nano-regular structure by directed self-assembly (DSA). Block polymers composed of polystyrene and polymethyl methacrylate (molecular weight ratio 2:1) were filled into Si deep holes with a diameter of 3 μm and depth of 10 μm and dyed. Liquid-phase diffusion with ruthenium oxide VIII (0.5% aqueous solution) as a staining agent resulted in low controllability, while a cylinder-shaped nano-periodic structure was observed (pitch: ~30 nm) in gas-phase diffusion with ruthenium tetroxide (RuO4). In addition, ohmic properties were obtained from electrical characterization using a nanoprober in SEM.

Free Research Field

半導体実装工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

トップダウン型の微細加工が限界に近付く中で、ボトムアップ型の微細構造形成に注目が集まっている。その中で、エントロピーに逆行した散逸系であり、細胞のように外力を加えずとも無秩序から秩序構造を形成する「自己組織化」を応用した研究である。特に、従来の微細加工と表面処理で支援して望み通りのナノ構造を自己組織的に形成する「誘導自己組織化（DSA）」は、半導体の微細構造を形成する目的で研究されてきたが、従来のフォトレジストの代用としての利用しか研究されてこなかった。ここでは、最終的に半導体デバイスの中に残る配線、特にトップダウン型では加工できないナノ配線として機能する新たな方法論として価値が高い。