[發(fā)明專利]采用自組裝材料的圖形形成

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980104087.4
• 申請(qǐng)日: 2009-02-03
• 公開（公告）號(hào): CN101939253A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: C·T·布萊克;T·J·達(dá)爾頓;B·B·多里斯;C·拉登斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司
• 主分類號(hào): B82B3/00
• 分類號(hào): B82B3/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 于靜;楊曉光

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及納米尺寸結(jié)構(gòu)，更特別地，涉及規(guī)則周期性陣列(regular?periodic?array)中的自組裝的亞光刻納米尺寸結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中日益關(guān)注使用由下而上的方式進(jìn)行半導(dǎo)體制造。一種這樣的方式是利用自組裝的嵌段共聚物來產(chǎn)生亞光刻基本規(guī)則(ground?rule)納米尺寸圖形。

能夠自行組織成為納米尺寸圖形的自組裝共聚物材料被施加在模板層的凹陷區(qū)域內(nèi)以形成納米尺寸結(jié)構(gòu)。在適當(dāng)條件下，兩種或更多種不混溶的聚合物嵌段成分分離為兩種或更多種納米尺寸的不同相，從而形成由隔離的納米尺寸結(jié)構(gòu)單位組成的有序圖形。這種通過自組裝嵌段共聚物形成的由隔離的納米尺寸結(jié)構(gòu)單位組成的有序圖形可用于制造半導(dǎo)體、光學(xué)、及磁性裝置中的納米尺寸結(jié)構(gòu)單位。這樣形成的結(jié)構(gòu)單位的尺寸一般在5至40nm的范圍內(nèi)，其是亞光刻的(sublithographic)(即，低于光刻工具的分辨率)。

自組裝嵌段共聚物首先被溶解在適當(dāng)溶劑系統(tǒng)中以形成嵌段共聚物溶液，該溶液接著被施加到一底層的表面上以形成嵌段共聚物層。在升高的溫度下對(duì)自組裝嵌段共聚物進(jìn)行退火，以形成含有兩種不同聚合物嵌段成分的兩組聚合物嵌段結(jié)構(gòu)。聚合物嵌段結(jié)構(gòu)為線或柱。一組聚合物嵌段結(jié)構(gòu)被嵌在另一組聚合物嵌段結(jié)構(gòu)中，或者屬于不同組的聚合物嵌段結(jié)構(gòu)交錯(cuò)。自組裝嵌段共聚物是非光敏性抗蝕劑，對(duì)其的構(gòu)圖不是通過光子(即光輻射)實(shí)現(xiàn)的，而是在適當(dāng)條件(例如，退火)下通過自組裝實(shí)現(xiàn)的。

盡管通過退火對(duì)兩組聚合物嵌段結(jié)構(gòu)的自組裝是自組裝嵌段共聚物的一種固有的化學(xué)性質(zhì)，但兩組聚合物嵌段結(jié)構(gòu)的自對(duì)準(zhǔn)需要自組裝嵌段共聚物與物理上限制的環(huán)境互相作用。換言之，兩組聚合物嵌段結(jié)構(gòu)的自對(duì)準(zhǔn)需要一外部結(jié)構(gòu)以對(duì)齊(register)該自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。這種外部結(jié)構(gòu)用作在退火期間對(duì)齊該自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的模板，其使第一聚合物嵌段成分和第二聚合物嵌段成分分離。

產(chǎn)生了由外部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的有序(order)的有效范圍，且在退火期間對(duì)自組裝嵌段共聚物的自對(duì)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)是有限的。換言之，作為模板的外部結(jié)構(gòu)的存在效應(yīng)的空間范圍是受限的，而非無限延伸。如果自組裝嵌段共聚物與外部結(jié)構(gòu)之間的距離超過有效范圍，有序的連貫性(coherence)會(huì)喪失。在此情況下，這兩組聚合物嵌段結(jié)構(gòu)不再與外部結(jié)構(gòu)對(duì)齊。盡管自組裝自對(duì)準(zhǔn)納米尺寸結(jié)構(gòu)的尺寸會(huì)根據(jù)自組裝嵌段共聚物的組成而變化，但有限的范圍內(nèi)一般包含第一聚合物嵌段成分與第二聚合物嵌段成分的少于100次變化。因此，難以形成尺寸(dimension)超過約1微米的自組裝自對(duì)準(zhǔn)納米尺寸結(jié)構(gòu)。

然而，對(duì)于先進(jìn)半導(dǎo)體器件和納米尺寸器件，高度需要大的重復(fù)構(gòu)圖的結(jié)構(gòu)。因此，需要一種在大面積內(nèi)延伸、且尺寸不受自組裝嵌段共聚物的固有有效范圍限制的納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)以及形成這種納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過提供遍布這樣的區(qū)域的連續(xù)的納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)及其形成方法而解決上述需求，該區(qū)域延伸超出了由外部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的自組裝嵌段共聚物的有序范圍。

在一個(gè)實(shí)施例中，延伸超出自對(duì)準(zhǔn)的有序連貫范圍的大區(qū)域被分為具有光刻尺寸的六邊形瓦片(tile)。這些六邊形瓦片被分為三個(gè)群組，每個(gè)群組含有彼此分離的所有六邊形瓦片的1/3。每個(gè)群組中的六邊形瓦片為六邊形陣列。在模板層中形成每個(gè)群組中的六邊形瓦片的開口，且在每個(gè)開口中施加并構(gòu)圖自組裝嵌段共聚物的組；重復(fù)該過程三次以涵蓋所有三個(gè)群組，產(chǎn)生遍布寬廣區(qū)域的自對(duì)準(zhǔn)圖形。在第二實(shí)施例中，該大區(qū)域被分為兩個(gè)不重迭且互補(bǔ)的群組的矩形瓦片。每個(gè)矩形區(qū)域的寬度小于自組裝嵌段共聚物的有序范圍。以順序方式(in?a?sequential?manner)在每一群組中形成自組裝自對(duì)準(zhǔn)的線與間隔(line?and?space)結(jié)構(gòu)，從而線與間隔圖形形成為遍及了延伸超出有序范圍的大區(qū)域。本發(fā)明還涵蓋六邊形瓦片的變化例，例如矩形、方形、以及三角形瓦片。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種在襯底上形成納米尺寸圖形的方法。該方法包括：

形成第一模板層，其包圍襯底上的預(yù)定區(qū)域；

在所述第一模板層中構(gòu)圖第一開口，每個(gè)第一開口具有正六邊形的形狀，其中所述第一開口被排列為第一六邊形陣列；

在所述第一開口中形成第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)；

在所述第一納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)上形成包圍所述區(qū)域的第二模板層；

在所述第二模板層中構(gòu)圖第二開口，每個(gè)第二開口具有所述正六邊形的形狀，其中所述第二開口被排列為第二六邊形陣列；

在所述第二開口中形成第二納米尺寸自組裝自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)；