[发明专利]制造嵌段共聚物的方法和由其制造的物品

说明书

本文中公开了一种组合物，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学上与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类似；以及第二聚合物，所述第二聚合物在化学上与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类似；其中所述第一和所述第二嵌段共聚物的χ参数在200℃的温度下大于0.04。

背景技术

本发明涉及嵌段共聚物、其制造方法以及包含所述嵌段共聚物的物品。确切地说，本发明涉及用于改进的纳米光刻图案化的嵌段共聚物。

现代电子装置正朝向利用周期性小于40纳米(nm)的结构发展。缩短给定衬底上的各种特征(例如，场效应晶体管中的栅极)的大小和间距的能力目前受到用于使光刻胶曝光的光的波长(即，193nm)的限制。这些限制产生了对制造临界尺寸(CD)小于40nm的特征的明显挑战。

已经提出嵌段共聚物作为用于形成周期性小于40纳米的图案的一种解决方案。为了减少系统的自由能，嵌段共聚物形成自组装纳米结构。纳米结构是平均最大宽度或厚度小于100纳米的那些结构。这种自组装由于自由能的减少而产生了周期性结构。周期性结构可以呈结构域、片层或圆柱体形式。因为这些结构，嵌段共聚物的薄膜提供在纳米级的空间化学对比，并且因此，其已经被用作用于产生周期性纳米级结构的替代性低成本纳米图案化材料。

已经多次尝试研发用于图案化的共聚物和方法。图1A和图1B描绘安置在衬底上的形成片层的嵌段共聚物的实例。所述嵌段共聚物包含彼此反应性地键结并且彼此不可混溶的嵌段A和嵌段B。片层结构域的对准可以与安置所述片层结构域的衬底表面的表面平行(图1A)或垂直(图1B)。垂直取向的片层提供纳米级线条图案，而平行取向的片层不产生表面图案。

在片层平行于衬底平面形成的情况下，一个片层状相在衬底表面处(在衬底的x-y平面)形成第一层，并且另一个片层状相在所述第一层上形成上覆平行层，以使得当沿垂直(z)轴观察膜时，不形成微结构域的侧向图案，并且也不形成侧向化学对比。当片层垂直于表面形成时，垂直取向的片层提供纳米级线条图案。另一方面，形成圆柱体的嵌段共聚物在所述圆柱体平行于表面形成时提供纳米级线条图案，并且在所述圆柱体垂直于表面形成时提供孔洞或立柱图案。因此，为了形成适用的图案，需要控制自组装微结构域在嵌段共聚物中的取向。

嵌段共聚物的定向自组装(DSA)是一种能够实现小于10nm技术节点的先进图案化技术的方法。前沿DSA方法之一的化学外延涉及用于使片层状嵌段共聚物形态对准的化学图案。已经在使用化学外延的DSA中广泛研究聚(苯乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯)(PS-b-PMMA)以展现DSA扩展光学光刻的潜能。然而，PS-b-PMMA的相对较弱的分离强度(低弗洛里-哈金斯相互作用参数(Flory-Huggins interaction parameter)χ)和较弱的蚀刻选择性限制了其形成具有低线边缘粗糙度(LER)和有效图案转移的小特征(小于11nm)图案的能力。具有更强分离强度(高χ)和更高蚀刻选择性的嵌段共聚物可以适用于小于10nm的节点。在研发用于高χ片层状嵌段共聚物的配制品和方法时的主要挑战在于在空气界面处两个嵌段之间的表面能不匹配，其驱使片层与衬底平行对准(图2B)而非垂直对准(图2A)。已经研发出几种方法来克服高χ材料在DSA中的不平衡表面能，例如使用外部场(例如，电场、磁场或力学场)。

溶剂蒸发与电场结合是施加外部场以引导嵌段共聚物垂直于衬底对准的一种方式。引导嵌段共聚物中对准的另一种方法包括以物理方式在所述嵌段共聚物的顶部放置一层中性材料，或在热退火期间将中性的极性转换顶部涂层旋涂到两个嵌段上。然而，难以在工业规模制造中并入并且可再现地控制外部对准场或(顶层的)物理放置正常进行，同时极性转换顶部涂层无法承受高退火温度(大于200℃)来满足半导体工业中的高产量需求(在热退火的数分钟内)。