嵌段共聚物圆柱体的一维阵列和其应用制造技术

本发明专利技术提供利用自组装嵌段共聚物沿一维阵列制造亚光刻、纳米级微结构的方法和由所述方法形成的膜和装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例涉及制造自组装嵌段共聚物薄膜的方法和由所述方法产生的装置。
技术介绍
随着纳米级机械、电力、化学和生物装置和系统逐步发展，业内需要新的方法和材 料来制造纳米级装置和组件。随着半导体特征的尺寸缩小到习用光刻技术不易达成的大 小，获得到达导线的电接触已变成一重大挑战。光学光刻处理方法很难制造小于30纳米级 的结构和特征。自组装二嵌段共聚物的使用为以纳米尺寸进行图案化提供了另一途径。二 嵌段共聚物膜通过构成聚合物嵌段在退火(例如，在高于所述聚合物的玻璃态转变温度的 温度下热退火或溶剂退火)后的微相分离自发组装成周期性结构，从而以纳米级尺寸形成 有序结构域。可通过二嵌段共聚物AB嵌段的分子量和体积分率来控制膜形态(包括微相分离 结构域的大小和形状)以主要产生片层状、圆柱形或球形形态。例如，对于二嵌段聚合物中 两种嵌段(AB)的比率大于约80 20的体积分率来说，嵌段共聚物膜可发生微相分离并自 组装成周期性球形结构域，其中聚合物B球体由聚合物A基质包围。对于两种嵌段介于约 60 40与80 20之间的比率来说，二嵌段共聚物组装成聚合物B圆柱体存于聚合物A基 质内的周期性六角形密堆积阵列或蜂窝状阵列。对于介于约50 50与60 40之间的比 率来说，各嵌段形成片层状结构域或交替条纹。结构域大小通常介于5-50nm范围内。研究者已报导通过在狭窄凹槽内模板化球形形态的嵌段共聚物来产生嵌段共聚 物的次要嵌段存于主要嵌段基质中的1-D球体阵列。然而，1-D球体阵列提供不良蚀刻掩模 结构，其中即使可移除球体材料，剩余多孔膜仍具有极小纵横比。另外，相邻凹槽中的球体 沿y轴偏移且不对齐。此外，在半导体系统的下伏基板中形成各结构的应用需要形成触点 的元件、导线和/或其它元件(例如，DRAM电容器)具有复杂布局。有利地，可提供制造有序纳米结构一维阵列的膜的方法来解决这些问题。附图说明下文参照以下随附图式阐述本专利技术的实施例，所述图式仅用于说明性目的。在所 有以下视图中，在图式中将使用参考数字，并且在若干视图和说明中使用相同参考数字来 指示相同或类似部分。图1展示基板的一部分在本揭示内容一实施例的初步处理阶段中的图示性俯视 平面图，其显示基板上具有中性润湿性材料。图1A-1B是图1中所绘示基板分别沿线1A-1A 和1B-1B绘制的横截面正视图。图2展示图1中基板在后续阶段中的图示性俯视平面图，其显示在中性润湿性材 料上所形成材料层中形成沟槽。图2A-2B展示图2中所绘示基板的一部分分别沿线2A-2A 和2B-2B绘制的横截面正视图。图3展示基板的一部分在本揭示内容另一实施例的初步处理阶段中的侧面正视 图，其显示基板在基板上所形成材料层中具有沟槽。图4展示图3中基板在后续阶段中的 侧面正视图，其显示在沟槽内形成中性润湿性材料。图5-6是图2中基板在后续阶段中的图示性俯视平面图，其中根据本揭示内容一 实施例在沟槽内制造由存于聚合物基质中的单列垂直定向圆柱体组成的自组装嵌段共聚 物膜。图5A-6A展示图5-6中所绘示基板的一部分分别沿线5A-5A和6A-6A绘制的横截面 正视图。图5B-6B是图5-6中所绘示基板分别沿线5B-5B和6B-6B绘制的横截面图。图7-9是图6中基板在后续阶段中的俯视平面图，其展示使用移除一种聚合物嵌 段后的自组装嵌段共聚物膜作为掩模来蚀刻基板并填充经蚀刻开口的一实施例。图7A-9A 展示图7-9中所绘示基板的一部分分别沿线7A-7A至9A-9A绘制的横截面正视图。图7B-9B 是图7-9中所绘示基板分别沿线7B-7B至9B-9B绘制的横截面图。图10是基板中一部分在本揭示内容另一实施例的初步处理阶段中的图示性俯 视平面图，其显示材料层中的沟槽暴露基板。图10A-10B是图10中所绘示基板分别沿线 10A-10A和10B-10B绘制的横截面正视图。图11-12是图10中基板在后续阶段中的图示性俯视平面图，其中在材料层的沟槽 内制造自组装嵌段共聚物膜。图11A-12A展示图11-12中所绘示基板的一部分分别沿线 11A-11A和12A-12A绘制的横截面正视图。图llb-12B是图11-12中所绘示基板分别沿线 llb-llB和12B-12B绘制的横截面图。图13-15是图12中基板在后续阶段中的俯视平面图，其展示根据本揭示内容一实 施例使用移除一种聚合物嵌段后的自组装嵌段共聚物膜作为掩模来蚀刻基板并填充所蚀 刻开口。图13A-15A展示图13-15中所绘示基板的一部分分别沿线13A-13A至15A-15A绘 制的横截面正视图。图13B-15B是图13-15中所绘示基板分别沿线13B-13B至15B-15B绘 制的横截面图。图16是根据本专利技术的另一实施例图12的基板的一部分的俯视平面图，其显示沿 沟槽表面的双层润湿层。图16A-16B是图16中所绘示基板分别沿线16A-16A和16B-16B 绘制的横截面正视图。图17-18是图16中基板在后续阶段中的俯视平面图，其显示根据本专利技术的另一实 施例移除一种聚合物结构域以形成到达基板的开口。图17A-18A展示图17-18中所绘示基 板的一部分分别沿线17A-17A至18A-18A绘制的横截面正视图。图17B-18B是图17-18中 所绘示基板分别沿线17B-17B至18B-18B绘制的横截面图。图19-22展示在单个沟槽中形成两列圆柱体的本专利技术另一实施例。图19展示基 板的一部分在初步处理阶段中的俯视平面图，其显示材料层中的沟槽。图19A-19B是图19 中所绘示基板的一部分分别沿线19A-19A和19B-19B绘制的横截面正视图。图20是图19中基板在后续阶段中的俯视平面图，其中根据本专利技术一实施例在沟 槽内制造自组装圆柱相嵌段共聚物材料。图21是图20中基板在后续阶段中移除嵌段共聚 物材料的圆柱形结构域后的俯视平面图。图22是图21在蚀刻基板并填充所蚀刻开口后的 俯视平面图。图20A-22A是图20-22的基板分别沿线20A_20A、21A_21A和22A-22A绘制的 横截面正视图。图20B-22B是图20-22的基板分别沿线20B_20B、21B_21B和22B-22B绘制 的横截面正视图，其显示两列圆柱体。具体实施例方式参照图式，以下说明提供本专利技术实施例中装置和方法的阐述性实例。所述说明仅 出于阐述性目的而并非出于限制本专利技术的目的。在本申请案的上下文中，术语“半导体基板”或“半导电性基板”或“半导电性晶片 碎片”或“晶片碎片”或“晶片”可理解为意指包含半导体材料的任一构造，包括(但不限于) 体相半导电性材料，例如半导体晶片(单独或存于其上包含其它材料的组合件中)和半导 电性材料层(单独或存于包含其它材料的组合件中)。术语“基板”是指任一支撑结构，包 括(但不限于)上述半导电性基板、晶片碎片或晶片。本文所用“L。”是在退火后由自组装(SA)嵌段共聚物自组装的结构的固有周期性 或间距值(体相周期(bulk period)或重复单元)。本文所用“LB”是嵌段共聚物与其构成 均聚物中一或多者的掺合物的周期性或间距值。“L”在本文中用于表示嵌段共聚物或掺合 物的圆柱体的中心-中心圆柱体间距或间隔，并且对于纯嵌段共聚物来说等于“L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在基板上形成纳米结构化聚合物材料的方法，其包含：　　在所述基板上的材料层中于沟槽内形成自组装嵌段共聚物材料，所述沟槽具有中性润湿性底板、对所述嵌段共聚物的次要嵌段优先润湿的相对侧壁和端部；和　　使所述嵌段共聚物材料退火，从而使得所述嵌段共聚物材料自组装成所述嵌段共聚物的第一嵌段存于所述嵌段共聚物第二嵌段基质内的圆柱形结构域，所述自组装嵌段共聚物材料具有一定厚度，并且所述圆柱形聚合物结构域垂直于所述沟槽底板定向并以沿所述沟槽长度的单一阵列延伸穿过所述自组装嵌段共聚物材料的厚度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-2-13 12/030,562一种在基板上形成纳米结构化聚合物材料的方法，其包含在所述基板上的材料层中于沟槽内形成自组装嵌段共聚物材料，所述沟槽具有中性润湿性底板、对所述嵌段共聚物的次要嵌段优先润湿的相对侧壁和端部；和使所述嵌段共聚物材料退火，从而使得所述嵌段共聚物材料自组装成所述嵌段共聚物的第一嵌段存于所述嵌段共聚物第二嵌段基质内的圆柱形结构域，所述自组装嵌段共聚物材料具有一定厚度，并且所述圆柱形聚合物结构域垂直于所述沟槽底板定向并以沿所述沟槽长度的单一阵列延伸穿过所述自组装嵌段共聚物材料的厚度。2.如权利要求1所述的方法，其中所述嵌段共聚物包含聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲3.如权利要求1所述的方法，其中所述嵌段共聚物包含所述嵌段共聚物与所述第一聚 合物嵌段、所述第二聚合物嵌段或二者的均聚物的掺合物。4.如权利要求1所述的方法，其中所述沟槽的宽度为约L至约1.5XL，长度为约nL并 且深度大于约L。5.如权利要求1所述的方法，其中所述中性润湿性底板包含无规共聚物材料。6.如权利要求1所述的方法，其中所述中性润湿性底板包含氢末端硅。7.如权利要求1所述的方法，其中所述中性润湿性底板包含接枝至氧化物的3-(对甲 氧基苯基)丙基三氯硅烷。8.如权利要求1所述的方法，其另外包含在于所述沟槽内形成所述嵌段共聚物材料之前，在所述基板上形成所述材料层；在所述材料层内形成所述沟槽；和在所述沟槽的所述底板上形成所述中性润湿性材料。9.如权利要求1所述的方法，其另外包含在于所述沟槽内形成所述嵌段共聚物材料之前。在所述基板的表面上形成所述中性润湿性材料； 在所述中性润湿性材料上形成所述材料层；和在所述材料层内形成所述沟槽以暴露位于所述沟槽底板处的所述中性润湿性材料。10.如权利要求1所述的方法，其中所述沟槽的所述侧壁和端部包含选自由以下组成 的群组的材料氧化物、氮化硅、氧碳化硅、氧氮化硅、氧化铟锡(ITO)、甲基丙烯酸酯抗蚀 剂和聚二甲基戊二酰亚胺抗蚀剂。11.如权利要求1所述的方法，其中使所述嵌段共聚物材料退火包含热退火。12.如权利要求1所述的方法，其中使所述嵌段共聚物材料退火包含溶剂退火。13.如权利要求1所述的方法，其另外包含在退火后选择性地使所述第二聚合物嵌段 的结构域交联。14.如权利要求1所述的方法，其另外包含选择性地移除所述第一聚合物嵌段以形成 穿过所述第二聚合物嵌段的基质延伸的圆柱形开口。15.如权利要求13所述的方法，其另外包含透过所述开口蚀刻所述基板的未遮蔽部分。16.一种在基板上形成聚合物层的方法，其包含在所述基板上的材料层中于沟槽中沉积圆柱相嵌段共聚物材料至厚度约为所述沟槽 中所述嵌段共聚物的L值或更大，所述沟槽具有对所述嵌段共聚物的第一嵌段优先润湿的 侧壁、端部和底板；和使所述嵌段共聚物材料溶剂退火，从而使得所述嵌段共聚物材料自组装成所述嵌段共 聚物的第一嵌段存于所述嵌段共聚物第二嵌段基质内的圆柱形结构域，所述自组装嵌段共 聚物材料具有一定厚度，并且所述圆柱形聚合物结构域垂直于所述沟槽底板定向并以沿所 述沟槽长度的单一阵列穿过所述自组装嵌段共聚物材料的所述厚度延伸。17.如权利要求16所述的方法，其中使所述嵌段共聚物材料溶剂退火包含使用饱和溶 剂蒸气分压的热退火。18.如权利要求16所述的方法，其中所述嵌段共聚物包含聚苯乙烯和聚氧化乙烯。19.如权利要求18所述的方法，其中所述嵌段共聚物包含可裂解PS-b-PEO。20.如权利要求16所述的方法，其中所述沟槽的宽度为所述嵌段共聚物L值的约 1-1. 5 倍。21.一种在基板上形成聚合物层的方法，其包含在所述基板上的材料层中于沟槽中沉积圆柱相嵌段共聚物材料至厚度约为所述沟槽 中所述嵌段共聚物的L值，所述沟槽具有对所述嵌段共聚物的第一嵌段优先润湿的侧壁、 端部和底板；和使所述嵌段共聚物材料热退火，从而使得所述嵌段共聚物材料自组装成所述嵌段共聚 物的第一嵌段存于所述嵌段共聚物第二嵌段基质内的圆柱形结构域，所述自组装嵌段共聚 物材料具有一定厚度，并且所述圆柱形聚合物结构域垂直于所述沟槽底板定向并穿过所述 自组装嵌段共聚物的所述厚度延伸。22.如权利要求21所述的方法，其中所述嵌段共聚物包含聚苯乙烯和聚交酯。23.如权利要求21所述的方法，其中所述沟槽的宽度约为所述嵌段共聚物L值至约 1-1. 5*L。24.如权利要求21所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹B米尔沃德，卡尔施蒂恩，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]