[發(fā)明專利]一種導(dǎo)向自組裝共聚物組合物及其相關(guān)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410043788.4
• 申請(qǐng)日: 2014-01-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103980648A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: P·特雷福納斯;P·赫斯塔德;顧歆宇;E·沃格爾;V·靳茲伯格;張?jiān)姮|;D·默里
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 羅門哈斯電子材料有限公司;陶氏環(huán)球技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): C08L53/00
• 分類號(hào): C08L53/00;C08K5/13;C08K5/134;C08K5/375;C08K5/526;C08K5/527;C08K5/5393
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 郭輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自組裝嵌段共聚物領(lǐng)域。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及特定的共聚物組合物，該共聚物組合物包括具有聚（苯乙烯）嵌段和聚（丙烯酸甲硅烷基酯）嵌段的嵌段共聚物。

背景技術(shù)

已知由首尾相連的兩種或更多種不同的均聚物組成的一些嵌段共聚物能自組裝（self-assemble）成典型尺寸為10納米至50納米的周期性微結(jié)構(gòu)域(micro?domain)。由于采用光刻技術(shù)以納米尺度尺寸(尤其是小于45納米)圖案化的費(fèi)用高、難度大，使用這種微結(jié)構(gòu)域在表面形成圖案的可能性正越來(lái)越受到關(guān)注。

但是，控制基材上嵌段共聚物微結(jié)構(gòu)域的橫向設(shè)置一直是個(gè)挑戰(zhàn)。過(guò)去采用光刻形成的預(yù)定形貌的基材和/或?qū)幕瘜W(xué)圖案化來(lái)解決該問(wèn)題。過(guò)去的研究證明，可引導(dǎo)薄層形式的自組裝嵌段共聚物微結(jié)構(gòu)域來(lái)遵循(follow)基材的化學(xué)圖案化，產(chǎn)生與化學(xué)預(yù)定圖案接近的周期性結(jié)構(gòu)。其它研究證明通過(guò)控制形貌預(yù)定圖案底部和側(cè)壁上嵌段共聚物的表面潤(rùn)濕性，可引導(dǎo)所述薄層來(lái)遵循所述形貌預(yù)定圖案。所述薄層形成與基材預(yù)設(shè)定圖案相比尺寸更小的線條/間距圖案，將形貌預(yù)定圖案細(xì)分為更高頻率的線條圖案，即，具有較小間距的線條圖案。對(duì)于形貌導(dǎo)向預(yù)定圖案和/或化學(xué)導(dǎo)向預(yù)定圖案而言，嵌段共聚物圖案化的限制在于該嵌段共聚物傾向于在該預(yù)定圖案表面的所有地方形成圖案。

目前，縮小指定基材上各種特征(例如，場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的柵)尺寸的能力受到用來(lái)對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光的光波長(zhǎng)(即193納米)的限制。這些限制對(duì)制造臨界尺寸(CD)小于50納米的特征產(chǎn)生巨大的挑戰(zhàn)。使用常規(guī)嵌段共聚物時(shí)，在自組裝過(guò)程中，難以實(shí)現(xiàn)取向控制和長(zhǎng)程有序。此外，這種嵌段共聚物通常不能為后續(xù)加工步驟提供足夠的耐刻蝕性。

竹中（Takenaka）等研究了將二嵌段共聚物用于導(dǎo)向自組裝（參見(jiàn)《聚合物科學(xué)：B部分，聚合物物理，（JOURNAL?OF?POLYMER?SCIENCE:PART?B,Polymer?Physics）》2010年第48卷、第2297-2301頁(yè)的《通過(guò)嵌段共聚物導(dǎo)向自組裝來(lái)形成半間距小于10納米的長(zhǎng)程條紋圖案（Formation?of?long-range?stripe?patterns?with?sub-10-nm?half-pitch?from?directed?self-assembly?of?blockCopolymer）》）。具體來(lái)說(shuō)，竹中（Takenaka）等證明了使用聚（苯乙烯）-嵌段-聚（二甲基硅氧烷）二嵌段共聚物來(lái)導(dǎo)向自組裝成小于10納米的半間距，該二嵌段共聚物的分子量是15.8千克/摩爾；多分散性指數(shù)是1.03；以及，聚（苯乙烯）體積分?jǐn)?shù)是0.74聚（苯乙烯）；其中，該二嵌段共聚物膜在170℃下真空退火24小時(shí)。

然而，仍需要在圖案化基材中使用的新的共聚物組合物。具體地，仍需要新共聚物組合物，該共聚物組合物使得能夠在中等長(zhǎng)度尺度（如，20-40納米）圖案化，并優(yōu)選的具有快速退火分布和低缺陷形成。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種共聚物組合物，其包括：具有聚（苯乙烯）嵌段和聚（丙烯酸甲硅烷基酯）嵌段的嵌段共聚物；其中所述嵌段共聚物的數(shù)均分子量M_N是1-1000千克/摩爾，以及其中所述嵌段共聚物的多分散性PD是1-2。

本發(fā)明提供一種方法，其包括：提供基材；提供本發(fā)明的共聚物組合物；將所述共聚物組合物膜應(yīng)用到所述基材上；任選的，烘烤該膜；退火該膜，得到聚（苯乙烯）結(jié)構(gòu)域和聚（丙烯酸甲硅烷基酯）結(jié)構(gòu)域的圖案；處理該退火的膜，以從該退火的膜中去除聚（苯乙烯）結(jié)構(gòu)域，并將該退火的膜中的聚（丙烯酸甲硅烷基酯）結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)化成SiO_x。

具體實(shí)施方式

當(dāng)應(yīng)用到基材的表面時(shí)，在給定加工溫度下，與使用常規(guī)的含硅聚合物如PS-嵌段-PDMS相比，本發(fā)明的共聚物組合物具有改善的退火能力，可獲得更低缺陷的結(jié)構(gòu)。此外，當(dāng)加工該沉積的共聚物組合物以去除有機(jī)組分時(shí)，在本發(fā)明的共聚物組合物的聚（丙烯酸甲硅烷基酯）結(jié)構(gòu)域結(jié)合的無(wú)機(jī)部分可轉(zhuǎn)化成耐蝕刻的物質(zhì)（如掩模）。本發(fā)明的共聚物組合物使得能在導(dǎo)向自組裝應(yīng)用中使用熱加工，這具有重要意義，所述導(dǎo)向自組裝可用于形成周期性納米結(jié)構(gòu)，如在含硅基材上形成的線/間距圖案。