一种导向自组装共聚物组合物及其相关方法技术

本发明专利技术涉及一种导向自组装共聚物组合物及其相关方法，提供了一种共聚物组合物，该共聚物组合物包括具有聚（苯乙烯）嵌段和聚（丙烯酸甲硅烷基酯）嵌段的嵌段共聚物；其中所述嵌段共聚物的数均分子量MN是1-1000千克/摩尔；以及，其中所述嵌段共聚物的多分散性PD是1-2。还提供了用所述共聚物组合物处理的基材。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自组装嵌段共聚物领域。具体来说，本专利技术涉及特定的共聚物组合物，该共聚物组合物包括具有聚(苯乙烯)嵌段和聚(丙烯酸甲硅烷基酯)嵌段的嵌段共聚物。
技术介绍
已知由首尾相连的两种或更多种不同的均聚物组成的一些嵌段共聚物能自组装(self-assemble)成典型尺寸为10纳米至50纳米的周期性微结构域(micro domain)。由于采用光刻技术以纳米尺度尺寸(尤其是小于45纳米)图案化的费用高、难度大，使用这种微结构域在表面形成图案的可能性正越来越受到关注。但是，控制基材上嵌段共聚物微结构域的横向设置一直是个挑战。过去采用光刻形成的预定形貌的基材和/或对基材化学图案化来解决该问题。过去的研究证明，可引导薄层形式的自组装嵌段共聚物微结构域来遵循(follow)基材的化学图案化，产生与化学预定图案接近的周期性结构。其它研究证明通过控制形貌预定图案底部和侧壁上嵌段共聚物的表面润湿性，可引导所述薄层来遵循所述形貌预定图案。所述薄层形成与基材预设定图案相比尺寸更小的线条/间距图案，将形貌预定图案细分为更高频率的线条图案，即，具有较小间距的线条图案。对于形貌导向预定图案和/或化学导向预定图案而言，嵌段共聚物图案化的限制在于该嵌段共聚物倾向于在该预定图案表面的所有地方形成图案。目前，缩小指定基材上各种特征(例如，场效应晶体管中的栅)尺寸的能力受到用来对光刻胶进行曝光的光波长(即193纳米)的限制。这些限制对制造临界尺寸(CD)小于50纳米的特征产生巨大的挑战。使用常规嵌段共聚物时，在自组装过程中，难以实现取向控制和长程有序。此外，这种嵌段共聚物通常不能为后续加工步骤提供足够的耐刻蚀性。 竹中(Takenaka)等研究了将二嵌段共聚物用于导向自组装(参见《聚合物科学:B部分，聚合物物理，(JOURNAL OF POLYMER SCIENCE:PART B, Polymer Physics)》2010 年第48卷、第2297-2301页的《通过嵌段共聚物导向自组装来形成半间距小于10纳米的长程条纹图案(Formation of long-range stripe patterns with sub-10-nm half-pitch fromdirected self-assembly of b1ckCopolymer))))? 具体来说，竹中(Takenaka)等证明了使用聚(苯乙烯)-嵌段-聚(二甲基硅氧烷)二嵌段共聚物来导向自组装成小于10纳米的半间距，该二嵌段共聚物的分子量是15.8千克/摩尔；多分散性指数是1.03 ;以及，聚(苯乙烯)体积分数是0.74聚(苯乙烯);其中，该二嵌段共聚物膜在170°C下真空退火24小时。然而，仍需要在图案化基材中使用的新的共聚物组合物。具体地，仍需要新共聚物组合物，该共聚物组合物使得能够在中等长度尺度(如，20-40纳米)图案化，并优选的具有快速退火分布和低缺陷形成。
技术实现思路
本专利技术提供一种共聚物组合物，其包括:具有聚(苯乙烯)嵌段和聚(丙烯酸甲硅烷基酯)嵌段的嵌段共聚物；其中所述嵌段共聚物的数均分子量Mn是1-1000千克/摩尔，以及其中所述嵌段共聚物的多分散性ro是1-2。本专利技术提供一种方法，其包括:提供基材；提供本专利技术的共聚物组合物；将所述共聚物组合物膜应用到所述基材上；任选的，烘烤该膜；退火该膜，得到聚(苯乙烯)结构域和聚(丙烯酸甲硅烷基酯)结构域的图案；处理该退火的膜，以从该退火的膜中去除聚(苯乙烯)结构域，并将该退火的膜中的聚(丙烯酸甲硅烷基酯)结构域转化成Si0x。【具体实施方式】当应用到基材的表面时，在给定加工温度下，与使用常规的含硅聚合物如PS-嵌段-PDMS相比，本专利技术的共聚物组合物具有改善的退火能力，可获得更低缺陷的结构。此外，当加工该沉积的共聚物组合物以去除有机组分时，在本专利技术的共聚物组合物的聚(丙烯酸甲硅烷基酯)结构域结合的无机部分可转化成耐蚀刻的物质(如掩模)。本专利技术的共聚物组合物使得能在导向自组装应用中使用热加工，这具有重要意义，所述导向自组装可用于形成周期性纳米结构，如在含硅基材上形成的线/间距图案。本文和所附权利要求所使用的术语“PS-嵌段-PSiAcr嵌段共聚物”是聚(苯乙烯)-嵌段-聚(丙烯酸甲硅烷基酯)的缩写；其中所述聚(苯乙烯)嵌段包括来自苯乙烯单体、氘代苯乙烯单体、苯乙烯嵌段改性单体和氘代苯乙烯嵌段改性单体中至少一种的残基；以及其中所述聚(丙烯酸甲硅烷基酯)嵌段包括来自丙烯酸甲硅烷基酯单体、氘代丙烯酸甲硅烷基酯单体、丙烯酸甲硅烷基酯嵌段改性单体和氘代丙烯酸甲硅烷基酯嵌段改性单体中至少一种的残基。本文及所附权利要求中使用的术语“氘代苯乙烯”是其中至少一个氢被氘取代的苯乙烯分子。 本文及所附权利要求中使用的术语“氘代苯乙烯嵌段改性单体”是其中至少一个氢被氘取代的苯乙烯嵌段改性单体。本文及所附权利要求中使用的术语“氘代丙烯酸甲硅烷基酯单体”是其中至少一个氢被氘取代的丙烯酸甲硅烷基酯单体。本文及所附权利要求中使用的术语“氘代丙烯酸甲硅烷基酯嵌段改性单体”是其中至少一个氢被氘取代的丙烯酸甲硅烷基酯嵌段改性单体。本文及所附权利要求中使用的术语“甲基丙烯酸(三甲基甲硅烷基)甲酯”和“TMSMMA”指具有下述分子结构的单体:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种共聚物组合物，其包括：具有聚（苯乙烯）嵌段和聚（丙烯酸甲硅烷基酯）嵌段的嵌段共聚物；其中所述嵌段共聚物的数均分子量MN是1‑1000千克/摩尔，以及，其中所述嵌段共聚物的多分散性PD是1‑2。

【技术特征摘要】
2013.02.08 US 13/762,9731.一种共聚物组合物，其包括: 具有聚(苯乙烯)嵌段和聚(丙烯酸甲硅烷基酯)嵌段的嵌段共聚物； 其中所述嵌段共聚物的数均分子量Mn是1-1000千克/摩尔，以及，其中所述嵌段共聚物的多分散性ro是1-2。2.如权利要求1所述的共聚物组合物，其特征在于，所述共聚物组合物还包括抗氧化剂；以及，所述共聚物组合物包含> 2重量％的抗氧化剂，以所述嵌段共聚物的重量为基准计。3.如权利要求1所述的共聚物组合物，其特征在于，所述抗氧化剂选自下组: 包含至少一种2，6-双-叔丁基苯酚部分的抗氧化剂； 包含至少一种具有下式结构的部分的抗氧化剂 4.如权利要求1所述的共聚物组合物，其特征在于，所述抗氧化剂选自下组 5.如权利要求1所述的共聚物组合物，其特征在于， 所述聚(苯乙烯)嵌段包括来自苯乙烯单体、氘代苯乙烯单体、苯乙烯嵌段改性单体和氘代苯乙烯嵌段改性单体中至少一种的残基；所述聚(苯乙烯)嵌段包括> 75重量％的苯乙烯单体衍生单元；所述苯乙烯嵌段改性单体选自下组:羟基苯乙烯(例如，4-羟基苯乙稀；3~羟基苯乙稀；2~羟基苯乙稀；2_甲基-4-羟基苯乙稀；2~叔丁基-4-羟基苯乙稀；3-甲基-4-羟基苯乙稀；2~氣~4~羟基苯乙稀；2~氣-4-羟基苯乙稀；3，4- 二羟基苯乙烯；3，5-二羟基苯乙烯；3，4，5-三羟基苯乙烯；3，5-二甲基-4-羟基苯乙烯；3，5-叔丁基_4-羟基苯乙稀)；甲娃烷氧基苯乙稀(例如，4-二甲基甲娃烷氧基苯乙稀；和3，5- _.甲基-4-三甲基甲硅烷氧基苯乙烯)；和4_乙酰氧基苯乙烯(例如，3，5-二甲基-4-乙酰氧基苯乙烯；3，5- 二溴-4-乙酰氧基苯乙烯；3，5- 二氯-4-乙酰氧基苯乙烯);和它们的组合；以及，所述氘代苯乙烯嵌段改性单体选自下组:氘代羟基苯乙烯(例如，氘代4-羟基苯乙烯；氘代3-羟基苯乙烯；氘代2-羟基苯乙烯；氘代2-甲基-4-羟基苯乙烯；氘代2-叔丁基-4-羟基苯乙烯；氣代3-甲基-4-羟基苯乙烯；氣代2-氟-4-羟基苯乙烯；氣代2-氯-4-羟基苯乙烯；氣代3，4- 二羟基苯乙烯；氣代3，5- 二羟基苯乙烯；氣代3，4, 5- 二羟基苯乙烯；氘代3，5-二甲基-4-羟基苯乙烯；氘代3，5-叔丁基-4-羟基苯乙烯)；氘代甲硅烷氧基苯乙烯(例如，氘代4-三甲基甲硅烷氧基苯乙烯；和氘代3，5-二甲基-4-三甲基甲硅烷氧基苯乙烯)；和氘代4-乙酰氧基苯乙烯(例如，氘代3，5-二甲基-4-乙酰氧基苯乙烯；氣代3，5- 二溴-4-乙酰氧基苯乙烯；氣代3，5- 二氯-4-乙酰氧基苯乙烯)；和它们的组合；以及， 所述聚(丙烯酸 甲硅烷基酯)嵌段包括来自丙烯酸甲硅烷基酯单体、氘代丙烯酸甲硅烷基酯单体、丙烯酸甲硅烷基酯嵌段改性单体和氘代丙烯酸甲硅烷基酯嵌段改性单体中至少一种的残基；所述聚(丙烯酸甲硅烷基酯)嵌段包括> 75重量％的丙烯酸甲硅烷基酯单体衍生单元；所述丙烯酸甲硅烷基酯单体具有以下结构式 (R1 (R2) (R3) Si) rR4xOOCC (R5) =CR62 式中，R1、R2和R3各自独立的选自下组=CV6烷基，甲硅烷基化CV6烷基，C^6烷氧基，甲硅烷基化CV6烷氧基，C6_1(l芳基，C6_1(l芳氧基，甲硅烷基化C6_1(l芳基，甲硅烷基化C6_1Q芳氧基，C1,芳基烷基，C1,芳基烷氧基，甲硅烷基化C1,芳基烷基，甲硅烷基化C1,芳基烷氧基，C6,烷基芳基，C6_1(l烷基芳氧基，甲硅烷基化C6_1(l烷基芳基，甲硅烷基化C6_1(l烷基芳氧基；r选自下组:0，1，2以及3 ；R4选自下组:(V3烷基；X选自下组:0以及I ;R5选自下组:氢以及甲基；R6是氢；所述丙烯酸甲硅烷基酯单体包括至少一个Si原子；所述氘代丙烯酸甲硅烷基酯单体具有以下结构式 (R7 (R8) (R9) Si) tR10yOOCC (Rn) =CR122 式中，R7、R8和R9各自独立的选自下组=CV6烷基，甲硅烷基化CV6烷基，C^6烷氧基，甲硅烷基化CV6烷氧基，C6_1(l芳基，C6_1(l芳氧基，甲硅烷基化C6_1(l芳基，甲硅烷基化C6_1Q芳氧基，C1,芳基烷基，C1,芳基烷氧基，甲硅烷基化C1,芳基烷基，甲硅烷基化C1,芳基烷氧基，C6,烷基芳基，C6_1(l烷基芳氧基，甲硅烷基化C6_1(l烷基芳基，甲硅烷基化C6_1(l烷基芳氧基，氣代CV6烷基，氣代甲娃烷基化Cu烷基，氣代(V6烷氧基，氣代甲娃烷基化C1-S烷氧基，氣代C6_1(l芳基，氣代C6_1(l芳氧基，氣代甲娃烷基化C6_1...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·特雷福纳斯，P·赫斯塔德，顾歆宇，E·沃格尔，V·靳兹伯格，张诗玮，D·默里，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料有限公司，陶氏环球技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US