[發(fā)明專利]制造嵌段共聚物的方法和由其制造的物品

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510368660.X
• 申請日: 2015-06-29
• 公開（公告）號: CN105319841B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·J·張;P·D·胡斯泰特;P·特雷福納斯三世;M·李;V·V·金茲伯格;J·D·魏因霍爾德
• 申請（專利權(quán)）人: 陶氏環(huán)球技術(shù)有限責任公司;羅門哈斯電子材料有限責任公司
• 主分類號: G03F7/004
• 分類號: G03F7/004;G03F7/00
• 代理公司: 31100 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 江磊;陳哲鋒

本文中公開了一種組合物，包含第一嵌段共聚物，所述第一嵌段共聚物包含第一嵌段和第二嵌段；第二嵌段共聚物，所述第二嵌段共聚物包含第一嵌段和第二嵌段；以及第一聚合物，所述第一聚合物在化學上與所述第一嵌段共聚物的所述第一嵌段和所述第二嵌段共聚物的所述第一嵌段相同或類似；以及第二聚合物，所述第二聚合物在化學上與所述第一嵌段共聚物的所述第二嵌段和所述第二嵌段共聚物的所述第二嵌段相同或類似；其中所述第一和所述第二嵌段共聚物的χ參數(shù)在200℃的溫度下大于0.04。

背景技術(shù)

本發(fā)明涉及嵌段共聚物、其制造方法以及包含所述嵌段共聚物的物品。確切地說，本發(fā)明涉及用于改進的納米光刻圖案化的嵌段共聚物。

現(xiàn)代電子裝置正朝向利用周期性小于40納米(nm)的結(jié)構(gòu)發(fā)展?？s短給定襯底上的各種特征(例如，場效應晶體管中的柵極)的大小和間距的能力目前受到用于使光刻膠曝光的光的波長(即，193nm)的限制。這些限制產(chǎn)生了對制造臨界尺寸(CD)小于40nm的特征的明顯挑戰(zhàn)。

已經(jīng)提出嵌段共聚物作為用于形成周期性小于40納米的圖案的一種解決方案。為了減少系統(tǒng)的自由能，嵌段共聚物形成自組裝納米結(jié)構(gòu)。納米結(jié)構(gòu)是平均最大寬度或厚度小于100納米的那些結(jié)構(gòu)。這種自組裝由于自由能的減少而產(chǎn)生了周期性結(jié)構(gòu)。周期性結(jié)構(gòu)可以呈結(jié)構(gòu)域、片層或圓柱體形式。因為這些結(jié)構(gòu)，嵌段共聚物的薄膜提供在納米級的空間化學對比，并且因此，其已經(jīng)被用作用于產(chǎn)生周期性納米級結(jié)構(gòu)的替代性低成本納米圖案化材料。

已經(jīng)多次嘗試研發(fā)用于圖案化的共聚物和方法。圖1A和圖1B描繪安置在襯底上的形成片層的嵌段共聚物的實例。所述嵌段共聚物包含彼此反應性地鍵結(jié)并且彼此不可混溶的嵌段A和嵌段B。片層結(jié)構(gòu)域的對準可以與安置所述片層結(jié)構(gòu)域的襯底表面的表面平行(圖1A)或垂直(圖1B)。垂直取向的片層提供納米級線條圖案，而平行取向的片層不產(chǎn)生表面圖案。

在片層平行于襯底平面形成的情況下，一個片層狀相在襯底表面處(在襯底的x-y平面)形成第一層，并且另一個片層狀相在所述第一層上形成上覆平行層，以使得當沿垂直(z)軸觀察膜時，不形成微結(jié)構(gòu)域的側(cè)向圖案，并且也不形成側(cè)向化學對比。當片層垂直于表面形成時，垂直取向的片層提供納米級線條圖案。另一方面，形成圓柱體的嵌段共聚物在所述圓柱體平行于表面形成時提供納米級線條圖案，并且在所述圓柱體垂直于表面形成時提供孔洞或立柱圖案。因此，為了形成適用的圖案，需要控制自組裝微結(jié)構(gòu)域在嵌段共聚物中的取向。

嵌段共聚物的定向自組裝(DSA)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)小于10nm技術(shù)節(jié)點的先進圖案化技術(shù)的方法。前沿DSA方法之一的化學外延涉及用于使片層狀嵌段共聚物形態(tài)對準的化學圖案。已經(jīng)在使用化學外延的DSA中廣泛研究聚(苯乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯)(PS-b-PMMA)以展現(xiàn)DSA擴展光學光刻的潛能。然而，PS-b-PMMA的相對較弱的分離強度(低弗洛里-哈金斯相互作用參數(shù)(Flory-Huggins interaction parameter)χ)和較弱的蝕刻選擇性限制了其形成具有低線邊緣粗糙度(LER)和有效圖案轉(zhuǎn)移的小特征(小于11nm)圖案的能力。具有更強分離強度(高χ)和更高蝕刻選擇性的嵌段共聚物可以適用于小于10nm的節(jié)點。在研發(fā)用于高χ片層狀嵌段共聚物的配制品和方法時的主要挑戰(zhàn)在于在空氣界面處兩個嵌段之間的表面能不匹配，其驅(qū)使片層與襯底平行對準(圖2B)而非垂直對準(圖2A)。已經(jīng)研發(fā)出幾種方法來克服高χ材料在DSA中的不平衡表面能，例如使用外部場(例如，電場、磁場或力學場)。

溶劑蒸發(fā)與電場結(jié)合是施加外部場以引導嵌段共聚物垂直于襯底對準的一種方式。引導嵌段共聚物中對準的另一種方法包括以物理方式在所述嵌段共聚物的頂部放置一層中性材料，或在熱退火期間將中性的極性轉(zhuǎn)換頂部涂層旋涂到兩個嵌段上。然而，難以在工業(yè)規(guī)模制造中并入并且可再現(xiàn)地控制外部對準場或(頂層的)物理放置正常進行，同時極性轉(zhuǎn)換頂部涂層無法承受高退火溫度(大于200℃)來滿足半導體工業(yè)中的高產(chǎn)量需求(在熱退火的數(shù)分鐘內(nèi))。