[發明專利]可用于定向自組裝的嵌段聚合物及無規聚合物及其制備方法和自組裝方法

有效

• 申請號: 201710737408.0
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107586370B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 李海波;李冰;馬克·奈舍;劉德軍
• 申請（專利權）人: 北京科華微電子材料有限公司;北京科華豐園微電子科技有限公司
• 主分類號: C08F297/02
• 分類號: C08F297/02;C08F212/36;C08F220/24;C08F220/32;C08F220/18;G03F7/00
• 代理公司: 北京馳納智財知識產權代理事務所(普通合伙) 11367
• 代理人: 單晶

本發明高分子化合物合成與應用，具體地，本發明涉及可用于定向自組裝的嵌段聚合物及無規聚合物及其制備方法和自組裝方法。嵌段聚合物通過陰離子聚合得到且嵌段之間不具有相容性；由所述嵌段聚合物的單體和環氧甲基丙烯酸酯類單體通過自由基聚合得到，該類無規聚合物對上述嵌段聚合物的嵌段呈中性。本發明的嵌段聚合物，涂布于交聯后的無規聚合物中性層上后無需退火熱處理就能形成垂直于基片的相分離結構，生產效率提高；且能形成20~100nm尺寸范圍的圖案，形成圖案的尺寸范圍擴大；同時，本發明提供的嵌段聚合物和無規聚合物應用于微電子領域圖案的轉以上，降低了其工藝要求及生產成本。

技術領域

本發明屬于高分子化合物合成與應用，具體地，本發明涉及可用于定向自組裝的嵌段聚合物及無規聚合物及其制備方法和自組裝方法。

背景技術

在現代半導體工業中，集成電路的元器件成本和性能與其所能實現的臨界尺寸密切相關。為了得到納米級別的臨界尺寸的圖案，傳統的使用光刻手段被廣泛應用。在傳統光刻工藝中，紫外線(UV)通過掩膜版后照射至涂布有光刻膠的基片上，使得光刻膠內部發生化學反應造成其曝光區域在顯影液中溶解度發生變化，從而得到相應圖案，接著通過刻蝕、沉積金屬或者離子注入等方式將圖案轉移至基片上，最終完成圖形的轉移。然而，在光刻工藝中進一步縮小圖案的臨界尺寸至50nm以下大大受限于設備及工藝的成本及難度上。為了克服這些困難，區別與光刻技術的定向自組裝(DSA)嵌段聚合物(BCP)材料應運而生并得到廣泛研究。

嵌段聚合物由于其能夠自發形成5～50nm的周期性層狀、球狀或者柱狀結構，可用于定向自組裝而得到了研究者廣泛的關注。DSA所使用的BCP的兩嵌段應該具有明顯的刻蝕速率區別，從而使得所形成的圖案經過刻蝕后能夠轉移至基片上。DSA所得到的圖案的臨界尺寸則由BCP的分子量所決定，可以通過涂膜退火熱處理后觀察到BCP所形成重復結構的尺寸。

為了退火熱處理后得到垂直于基片的相分離結構，對BCP兩嵌段具有相同親和性的中性層聚合物也很重要。該聚合物具有交聯單元，且在交聯后不溶于溶劑，其表面張力介于兩嵌段單元之間，在其表面涂布BCP并退火熱處理后能夠得到垂直于基片的相分離結構。

現有DSA技術中，BCP需要經過幾小時至幾十小時長時間退火烘烤，效率低。

發明內容

為了克服現有技術中DSA退火效率低的技術問題，本發明提供可用于定向自組裝的嵌段聚合物，該嵌段聚合物能夠快速發生相分離，從而提高生產效率。另一方面，本發明還提供采用該嵌段聚合物相同單體得到的無規聚合物。同時，本發明還提供了所述嵌段聚合物和無規聚合物的制備方法和用途，其用途包括將所述無規聚合物和嵌段聚合物與光刻膠結合用于取向Line/Space結構的形成。

作為本發明的第一方面，提供嵌段聚合物(BCP，block copolymer)，該嵌段聚合物通過陰離子聚合法得到且嵌段之間不具有相容性。

優選的是，所述嵌段聚合物具有A-b-B的結構，具體如下

其中，R₁為C1-C7烷基、C4-C7環烷基、C1-C7烷氧基、C1-C7部分或全部氟烷基、C1-C7部分或全部氟烷氧基、C4-C7環烷氧基、C4-C7部分或全部氟環烷基、C4-C7部分或全部氟環烷氧基；

R₂為C1-C7烷基、C4-C7環烷基、C1-C7部分或全部氟烷基、C1-C7部分或全部氟環烷基；

m占總單體結構單元25％-75％，n占總單體結構單元75％-25％。

上述任一方案優選的是，所述R₁為叔丁基，環己烷基，叔丁氧基，全氟丁基，全氟丁氧基，環己烷氧基，全氟環己烷基，全氟環己烷氧基中的任一種。

上述任一方案優選的是，R₂為正丙基，環己烷基，全氟丙基，全氟環己烷基中的任一種。