[發明專利]定向自組裝模板轉移方法

在審

• 申請號: 201811565934.4
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109698125A
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 張寶林;韋亞一;孟令款;張正平
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/308
• 分類號: H01L21/308;G03F7/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 韓建偉;謝湘寧

本發明提供了一種定向自組裝模板轉移方法。該方法包括以下步驟：在襯底上形成苯乙烯?碳酸酯嵌段共聚物層并進行定向自組裝，以使苯乙烯?碳酸酯嵌段共聚物層形成垂直的相分離，得到自組裝模板，自組裝模板包括由聚苯乙烯構成的第一區域以及由聚碳酸酯構成的第二區域；去除第一區域，得到由第二區域構成的光刻圖形結構，光刻圖形結構具有光刻圖案；將襯底表面氧化以形成緩沖層，并以光刻圖形結構為掩膜刻蝕緩沖層，得到圖形化緩沖層；以圖形化緩沖層為掩膜刻蝕襯底，以在襯底表面形成納米圖形結構。上述方法無需中性層(無規共聚物材料)，并且形成的緩沖層降低了刻蝕過程中對嵌段共聚物分子弱刻蝕特性的高度依賴，工藝簡單且易于實施。

技術領域

本發明涉及集成電路制造領域，具體而言，涉及一種定向自組裝模板轉移方法。

背景技術

嵌段共聚物定向自組裝光刻(Directed Self-Assembly of Block CopolymerLithography)簡稱DSA，采用的是由化學性質不同的兩種單體聚合而成的嵌段共聚物作為原材料，在熱退火下分相形成納米尺度的圖形，再通過一定的方法將圖形誘導為規則化的納米線或納米孔陣列，從而形成刻蝕模板進行納米結構的制造。與其他幾種技術(極紫外光刻(EUV)、納米壓印(NIL)、多電子束直寫技術(M-EBDW)、無掩磨光刻(Masklesslithography))相比，DSA因為無需光源和掩膜版，具有低成本、高分辨率、高產率的固有優勢，正快速得到人們的廣泛關注。

嵌段共聚物(Block Copolymer)自組裝是一種全新的“自下而上”(Bottom-up)的加工技術，由于它是從分子水平出發進行納米結構的構建，因此可以形成從幾納米到數百納米、甚至微米級、分辨率幾乎連續可調整的多種多樣，且具有井然有序規則排列的納米結構。由于嵌段共聚物中的共價鍵(例如氫鍵、F-或者-NH-)連接嵌段在化學上具有不相容性而易發生自組裝，利用嵌段共聚物分子的微觀相分離作用，可以方便地獲得長程有序的周期性結構。因為自組裝形成的周期性結構非常規整其尺寸統一，其在半導體制造中可以有相當廣泛的應用，例如層狀相可以進行FinFET中Fin結構和柵結構的制造，以及第一層金屬互連層的圖形化，柱狀相可以進行接觸孔的制造。

利用以上嵌段共聚物的特性，使其在薄膜、孔、洞、槽中進行定向自組裝(DirectedSelf-assembly,DSA)，可以形成不同納米結構圖案。當前，通過構建自組裝模板制備納米結構及納米器件已經成為當前的研究熱點。關鍵在于先利用嵌段共聚物自組裝制備模板(模板制備)，進而形成光刻圖形，再用干法刻蝕(濕法腐蝕)技術將其轉移到襯底上(模板轉移)，從而可以用來制備不同尺寸可控的納米結構陣列、集成電路設計、納米器件。通過改變嵌段共聚物的鏈長、組成、旋涂膜厚、退火溫度時間等，使其在薄膜、孔、洞、槽中進行定向自組裝，可以形成不同的圖案，如球狀相(S,S')、柱狀相(C,C')、螺旋狀相(G,G')和層狀相(L)等。

傳統的嵌段共聚物自組裝采用的是PS-b-PMMA，其在模板轉移工藝中需要中性層(無規共聚物材料)。而為了增強圖形的抗蝕性，上述傳統工藝中還進一步采用了原子層沉積Al₂O₃(ALD Al₂O₃)增強的轉移技術，它是利用TMA前驅體容易吸附在含有羥基(-OH)的親水性材料表面，而不易吸附在非親水性表面上，從而可以進行選擇性的Al₂O₃原子層沉積。這種技術能夠極大的降低刻蝕對嵌段共聚物的依賴。可以將增強后的Al₂O₃圖形轉移到下面的襯底上，然而，值得注意的是，在Al₂O₃向下方襯底轉移過程中，由于一般采用碳氟基刻蝕氣體，在工藝過程中產生的AlFx附產物易于沉積在底部，往往需要大量的過刻蝕及必要的清洗過程，使得其刻蝕深度較難控制。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種定向自組裝模板轉移方法，以解決現有技術中定向自組裝模板轉移方法工藝復雜且難以控制的問題。