[發明專利]納米結構的引導組裝方法

在審

• 申請號: 201710707303.0
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107403718A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 季生象;逄媛媛;萬雷
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: H01L21/027
• 分類號: H01L21/027;B82Y40/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 王洋,趙青朵

技術領域

本發明涉及納米結構制造技術領域，尤其是涉及一種以嵌段共聚物的引導組裝制備納米結構的方法。

背景技術

從上世紀70年代的10μm制程技術開始到2012年英特爾量產22nm Ivy bridge處理器，在過去的半個世紀里半導體產業給人類生活帶來了翻天覆地的變化。眾所周知，半導體行業采用光刻法來制造處理器，現今業界采用的光刻光源是193nm紫外光，一次曝光只能制備節距不小于80nm的結構，想要制造更細微的納米結構，必須采用液浸曝光技術兩次或多次曝光(J.Mater.Res.,2011,26,122)。迄今為止，業界仍未確定制備16nm或者更小的動態隨機存儲器或微處理器單元半節距(DRAM or MPU 1/2Pitch)的光學方案。但是，美國半導體研究聯盟遴選出潛在的可用于制備16和11nm MPU/DRAM的六種備選技術，其中包括“DSA+Litho”，即嵌段共聚物的引導組裝(www.itrs.net/reports.html)。

嵌段共聚物是兩種或者多種不同的高分子通過共價鍵連接起來聚合物，通過微相分離可以自組裝生成5-100nm的周期性納米結構。最簡單的嵌段共聚物就是兩嵌段共聚物，通過改變兩個嵌段的組分，可以得到從球狀相到柱狀相、層狀相等不同的形貌(Ann.Rev.Phys.Chem.,1990,41,525)。利用嵌段共聚物薄膜作為模板將高分子相分離生成的圖案轉移刻蝕到基材上，開創了嵌段共聚物刻蝕這一新的研究方向。首例報道是采用球狀相二嵌段共聚物作為模板(Science,1997,76,1401)，隨后，制圖外延法(Adv.Mater.,2001,13,1152)和溶劑淬火法(Adv.Mater.,2004,16,226)等方法也被廣泛的用來制備長程有序排列的納米結構。2003年，美國威斯康辛大學的Paul Nealey課題組發明了用化學圖案來引導兩嵌段共聚物薄膜組裝制備長程有序排列的垂直于基材的線型結構的方法(Nature,2003,424,411)。與光刻蝕法相比，引導組裝還具有以下的優點：1)引導組裝所得的納米結構具有較小的線邊粗糙度(LER)和線寬粗糙度(LWR)；2)嵌段共聚物具有自我修復功能，可以修正光刻蝕法所產生的一些缺陷；3)通過密度倍增法可以解決光刻蝕法極限分辨率的難題。因此，國際半導體行業協會在2012年將嵌段共聚物的引導組裝遴選為制備小于11nm的動態隨機存儲器半節距結點的六種潛在備選技術之一。

目前嵌段共聚物的引導組裝的研究絕大多數集中在聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯(PS-b-PMMA)兩嵌段共聚物上(Phil.Trans.R.Soc.A 2013,371,20120306)，但是由于PS-b-PMMA的鏈段-鏈段相互作用參數(χ)值較小，決定了其最小的相分離尺寸約為25nm，因此研究和探索新的高χ值的共聚物體系勢在必行。當前研究報道較多的高χ值嵌段共聚物主要有PS-b-PDMS、PS-b-P2VP、PS-b-PEO、PS-b-PFS、PTMSS-b-PLA等(Nano Lett.2007,7,2046；Science 2008,321,939；Science 2012,336,1294；Macromolecules 2000,33,1888；Science 2009,323,1030)，它們的相分離最小尺寸都可以達到22nm，也就是可以滿足半節距≤11nm的要求。但是這幾種聚合物的兩個嵌段表面自由能(γ)相差較大，在加熱退火的情況下將發生表面重組，導致兩嵌段中γ較低的一個鏈段在薄膜表面生成浸潤層而得不到垂直于基材的相疇排列，從而無法直接得到適用于圖案轉移的微相分離結構。即使采用溶劑退火法，也難以找到一種對兩相都中性的溶劑，所以不能完全解決表面重組的現象。再者，由于溶劑退火過程(1小時)相對于加熱退火過程(小于5分鐘)較漫長，很難贏得半導體行業的青睞(Macromolecules 2014,47,2)。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種納米結構的引導組裝方法，使用γ相近并且具有高χ值的嵌段共聚物，本發明納米結構的引導組裝方法能夠得到周期小于14nm的結構。

本發明提供了一種納米結構的引導組裝方法，包括：

在基材上形成圖案；

在圖案上涂覆嵌段共聚物；所述嵌段共聚物包括式(I)或式(II)所示嵌段；

引導所述嵌段共聚物相分離自組裝形成垂直于材的相疇；

去除所述相疇中的一相，未去除的相作為掩模將納米結構轉移刻蝕到基材上；