用于定向自组装应用的具有强化动力的可容许多间距的嵌段共聚物制造技术

技术编号:39846669 阅读:7 留言:0更新日期:2023-12-29 16:44
本发明专利技术涉及具有结构

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于定向自组装应用的具有强化动力的可容许多间距的嵌段共聚物


[0001]本专利技术涉及分别具有通用结构
(1)

(6)
的两个不同嵌段共聚物家族,及包含来自这两个家族中之一的嵌段共聚物的两种组合物,且涉及使用嵌段共聚物组合物对准自组装嵌段共聚物
(BCP)
的微结构域以形成自组装几何形状的新颖方法,该几何形状适用于形成接触孔或线与间隙
(lines and spaces)
的阵列

这些组合物及方法适用于制造电子装置


技术介绍

[0002]嵌段共聚物的自组装为适用于产生用于制造微电子装置的越来越小的图案化特征的方法,其中可实现约纳米级的特征的临界尺寸
(CD)。
自组装方法合乎扩展微光刻技术用于使诸如接触孔或柱阵列的特征重复的解决能力的需要

在常规光刻方法中,紫外
(UV)
辐射可用于经由掩模曝光于涂布于基板或分层基板上的光致抗蚀剂层上

正型或负型光致抗蚀剂为有用的且这些还可含有耐火元素
(
诸如硅
)
以能够通过常规集成电路
(IC)
等离子体处理进行无水显影

在正型光致抗蚀剂中,透射穿过掩模的
UV
辐射引起光致抗蚀剂中的光化学反应,使得用显影剂溶液或通过常规
IC
等离子体处理来移除曝光区域

相反,在负型光致抗蚀剂中,透射穿过掩模的
UV
辐射致使暴露于辐射的区域变得用显影剂溶液或通过常规
IC
等离子体处理不太可移除

集成电路特征
(
诸如栅极

通孔或互连件
)
接着蚀刻至基板或分层基板中,且移除剩余光致抗蚀剂

当使用常规光刻曝光方法时,集成电路特征的特征尺寸为有限的

归因于与像差

聚焦

邻近效果

最小可实现曝光波长及最大可实现数值孔径相关的局限性,通过辐射曝光难以实现图案尺寸的进一步减小

对大规模集成的需求已使得装置中的电路尺寸及特征持续缩小

在过去,特征的最终分辨率视用于曝光光致抗蚀剂的光的波长而定,其具有自身局限性

采用基板上的经图案化区域的定向
(
也称为导向
)
自组装技术
(
诸如使用嵌段共聚物成像的制图外延法
(graphoepitaxy)
及化学外延法
(chemoepitaxy))
为用于提高分辨率同时降低
CD
变化的高度理想技术

这些技术可经采用以增强常规
UV
光刻技术或在采用
EUV、
电子束


UV
或浸没光刻的方法中实现甚至更高分辨率及
CD
控制

定向自组装嵌段共聚物包含耐蚀刻共聚单元的嵌段及高度可蚀刻共聚单元的嵌段,当该嵌段在基板上涂布

对准及蚀刻时,其产生具有极高密度图案的区域

[0003]对于分别在图案化或非图案化基板区域上的嵌段共聚物膜的定向
(
导向
)
或非导向自组装,此嵌段聚合物层的自组装工艺通常发生在上覆于中性层的此膜的退火期间

半导体基板上方的此中性层可为未经图案化的中性层,或在化学外延法或制图外延法中,此中性层可分别含有制图外延法或化学外延法导引特征
(
经由上文所述的
UV
光刻技术形成
)。
在嵌段共聚物膜的退火期间,底层中性层引导嵌段共聚物域的纳米

相分离

一个实例为形成相分离的域,其为与底层中性层表面垂直的薄层或圆柱体

这些纳米

相分离嵌段共聚物域形成预图案
(
例如线与间隙
L/S)
,该预图案可经由蚀刻工艺
(
例如等离子体蚀刻
)
传递至基板中

在制图外延法中或在化学外延法中,这些导引特征可指示图案矫正
(pattern rectification)
及图案倍增
(pattern multiplication)
两者

在未经图案化的中性层的情
况下,此产生例如
L/S

CH
的重复阵列

举例而言,在诸如聚
(
苯乙烯

b

甲基丙烯酸甲酯
)(P(S

b

MMA))
的常规嵌段共聚物中,其中两个嵌段在
BCP

空气界面具有类似表面能,此可通过在聚合物

基板界面接枝或交联的非优先或中性材料层上涂布嵌段共聚物且使其热退火来实现

[0004]在制图外延法定向自组装方法中,嵌段共聚物围绕利用常规光刻
(
紫外


UV、
电子束


UV(EUV)
曝露光源
)
预图案化的基板自组织以形成重复形貌
(topographical)
特征,诸如线
/
间隙
(L/S)
或接触孔
(CH)
图案


L/S
定向自组装阵列的一实例中,嵌段共聚物可形成自对准层状区域,该层状区域可在经预图案化线之间的沟槽中形成不同间距的平行线

间隙图案,因此通过将形貌线之间的沟槽中的间隙细分成更精细图案来提高图案分辨率

举例而言,能够微相分离且包含对等离子体蚀刻具有抗性的富含碳
(
诸如苯乙烯或含有一些其他元素,如
Si、Ge、Ti)
的嵌段及高度可等离子体蚀刻或可移除的嵌段的二嵌段共聚物或三嵌段共聚物可提供高分辨率图案定义

高度可蚀刻嵌段的实例可包含富含氧且不含耐火元素,且能够形成高度可蚀刻的嵌段的单体,诸如甲基丙烯酸甲酯

用于限定自组装图案的蚀刻工艺的等离子体蚀刻气体通常为在用于制造集成电路
(IC)
的方法中所使用的那些气体

以此方式,可在典型
IC
基板中产生除可通过常规光刻技术限定的图案之外的极精细图案,因此实现图案倍增

类似地,诸如接触孔的特征可通过使用制图外延法来制得本文档来自技高网
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种具有结构
(1)
的嵌段共聚物,其中
A
片段为极性嵌段共聚物片段,其由2‑
亚甲基烷酸烷基酯衍生的重复单元

内酯衍生的重复单元

环氧乙烷衍生的重复单元

氧杂环丁烷衍生的重复单元或环状碳酸酯衍生的重复单元构成;
L
为直接价键或衍生自
1,1

二芳基乙烯的键联部分;
B
片段为由苯乙烯类重复单元构成的非极性嵌段共聚物片段,
E
为选自以下的端基:
H、
烷基

羰基烷基
(

C

O

烷基
)、
羰氧基烷基
(

C

O

O

烷基
)
及2‑
芳基丙烯酸烷基酯衍生的端基
(

CH 2

CH(
芳基
)(C(

O))

O

烷基
)
;且另外所述结构
(1)
的嵌段共聚物多栓系有低聚柔性栓系基团,所述低聚柔性栓系基团选自低聚直链亚烷基栓系基团

低聚醚栓系基团及低聚二烷基硅氧烷栓系基团,且这些低聚柔性栓系基团是在选自所述结构
(1)
的嵌段共聚物中的以下位置的位置处多栓系:所述低聚柔性栓系基团仅存在于片段
A
上,且沿着此片段随机地位于其重复单元中的一些上或存在于其重复单元中的每一者上,所述低聚柔性栓系基团仅存在于片段
B
上,且沿着此片段随机地位于其重复单元中的一些上或存在于其重复单元中的每一者上,所述低聚柔性栓系基团存在于片段
A
及片段
B
两者上,且沿着这些片段随机地位于其重复单元中的仅一些上或存在于其重复单元中的每一者上,当所述低聚柔性栓系基团为烷基或2‑
芳基丙烯酸烷基酯衍生的端基
(

CH 2

CH(
芳基
)(C(

O))

O

烷基
)
时,所述低聚柔性栓系基团存在于两个
E
端基上,当
L
为衍生自
1,1

二芳基乙烯的键联部分时,所述低聚柔性栓系基团存在于两个
L
上,所述低聚柔性栓系基团存在于所述
B
片段的中心;且所述低聚柔性栓系基团存在于
A
片段
、B
片段
、L(

L
为所述键联部分时
)
及端基
E
中的至少一者上,且另外其中,所述嵌段共聚物具有范围为1至约
1.09
的多分散性:
E

A

L

B

L

A

E(1)。2.
根据权利要求1的嵌段共聚物,其中所述极性嵌段共聚物片段
A
由衍生自内酯的重复单元构成
。3.
根据权利要求1的嵌段共聚物,其中所述极性嵌段共聚物片段
A
由衍生自2‑
亚甲基烷酸烷基酯的重复单元构成
。4.
根据权利要求1至3中任一项的嵌段共聚物,其中所述极性嵌段共聚物片段
A

M
w
在约
20,000
与约
200,000
之间,且所述非极性苯乙烯类嵌段共聚物片段
B

M
w

20,000
与约
200,000
之间
。5.
根据权利要求1或4的嵌段共聚物,其中
L
为直接价键
。6.
根据权利要求1至4中任一项的嵌段共聚物,其中
L
为衍生自
1,1

二芳基乙烯的键联基团
。7.
根据权利要求1至6中任一项的嵌段共聚物,其中
E

H
或烷基
。8.
根据权利要求1至6中任一项的嵌段共聚物,其中
E
为衍生自2‑
芳基丙烯酸烷基酯的基团
。9.
根据权利要求1至6中任一项的嵌段共聚物,其中
E
为羰基烷基
(

C

O

烷基
)
或羰氧
基烷基
(

C

O

O

烷基
)。10.
根据权利要求1或4的嵌段共聚物,其具有结构
(2)
,其中
R1、R2、R3、R4、R5、R6及
R7各个地选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基
、C
‑1至
C
‑5烷氧基及所述低聚柔性栓系基团,其中另外,
R1、R2、R3、R4、R5、R6及
R7中的至少一者选自所述低聚柔性栓系基团且
n
为重复单元的数目;
11.
根据权利要求
1、4

10
中任一项的嵌段共聚物,其具有结构
(3)
,其中
R1及
R2各个地选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基
、C
‑1至
C
‑5烷氧基及所述低聚柔性栓系基团,
R8及
R9各个地选自
C
‑1至
C
‑5烷基及所述低聚柔性栓系基团,
R
10

H

C
‑1至
C
‑5烷基,
R
11

H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基或
C
‑1至
C
‑5烷氧基;其中另外,
R1、R2、R8及
R9中的至少一者选自所述低聚柔性栓系基团,且
n1
为重复单元的数目;
12.
根据权利要求
11
的嵌段共聚物,其中
R8选自所述低聚柔性栓系基团,
R1及
R2各个地选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基
、C
‑1至
C
‑5烷氧基
。13.
根据权利要求
11

12
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚直链亚烷基栓系基团
。14.
根据权利要求
11

12
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚醚栓系基团
。15.
根据权利要求
11

12
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚二烷基硅氧烷栓系基团
。16.
根据权利要求
11
的嵌段共聚物,其中
R9及
R8各个地选自所述低聚柔性栓系基团,
R1及
R2各个地选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基及
C
‑1至
C
‑5烷氧基
。17.
根据权利要求
11

16
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚直链亚烷基栓系基团
。18.
根据权利要求
11

16
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚醚栓系基团

19.
根据权利要求
11

16
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚二烷基硅氧烷栓系基团
。20.
根据权利要求
11
的嵌段共聚物,其中
R1、R2及
R8各个地选自所述低聚柔性栓系基团
。21.
根据权利要求
11

20
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚直链亚烷基栓系基团
。22.
根据权利要求
11

20
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚醚栓系基团
。23.
根据权利要求
11

20
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚二烷基硅氧烷栓系基团
。24.
根据权利要求1或2的嵌段共聚物,其具有结构
(4)
,其中
R1及
R2各个地选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基
、C
‑1至
C
‑5烷氧基及所述低聚柔性栓系基团,
R
9a

R
9b
各个地选自
C
‑1至
C
‑5烷基及所述低聚柔性栓系基团,
R
10a

R
10b
各个地选自
H

C
‑1至
C
‑5烷基,
R
12

H

C
‑1至
C
‑5烷基,其中另外
R1、R2、R
9a

R
9b
中的至少一者选自所述低聚柔性栓系基团,且
n2

n3
为重复单元的数目;
25.
根据权利要求
24
的嵌段共聚物,其中
R
9b
选自所述低聚柔性栓系基团,
R
9a

C
‑1至
C
‑5烷基,
R1及
R2各个地选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基及
C
‑1至
C
‑5烷氧基
。26.
根据权利要求
24

25
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚直链亚烷基栓系基团
。27.
根据权利要求
24

25
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚醚栓系基团
。28.
根据权利要求
24

25
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚二烷基硅氧烷栓系基团
。29.
根据权利要求
24
的嵌段共聚物,其中
R
9a

R
9b
各个地选自
C
‑1至
C
‑5烷基,
R1及
R2各个地选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基及
C
‑1至
C
‑5烷氧基,且所述低聚柔性栓系基团为低聚醚栓系基团,其中另外,
R1及
R2中的至少一者选自所述低聚柔性栓系基团
。30.
根据权利要求
24

29
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚直链亚烷基栓系基团
。31.
根据权利要求
24

29
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚醚栓系基团

32.
根据权利要求
24

29
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚二烷基硅氧烷栓系基团
。33.
根据权利要求
24
的嵌段共聚物,其中
R
9a

R
9b
各个地选自所述低聚柔性栓系基团,
R1及
R2各个地选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基及
C
‑1至
C
‑5烷氧基
。34.
根据权利要求
24

33
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚直链亚烷基栓系基团
。35.
根据权利要求
24

33
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚醚栓系基团
。36.
根据权利要求
24

33
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚二烷基硅氧烷栓系基团
。37.
根据权利要求1至
36
中任一项的嵌段共聚物,其具有结构
(5)
,其中
R3、R4、R5、R6及
R7各个地选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基
、C
‑1至
C
‑5烷氧基及所述低聚柔性栓系基团,其中另外,
R3、R4、R5、R6及
R7中的至少一者选自所述低聚柔性栓系基团,除非结构
(5)
中的部分
E

A

L
含有至少一个所述低聚柔性栓系基团,
L
为直接价键或衍生自
1,1

二芳基乙烯的键联部分;
A
片段为所述极性嵌段共聚物片段,其由2‑
亚甲基烷酸烷基酯衍生的重复单元

内酯衍生的重复单元

环氧乙烷衍生的重复单元

氧杂环丁烷衍生的重复单元或环状碳酸酯衍生的重复单元构成;
E
为选自以下的所述端基:
H、
烷基

羰基烷基
(

C

O

烷基
)、
羰氧基烷基
(

C

O

O

烷基
)
及2‑
芳基丙烯酸烷基酯衍生的端基
(

CH2‑
CH(
芳基
)(C(

O))

O

烷基
)
,且
n4
为重复单元的数目;
38.
根据权利要求
37
的嵌段共聚物,其中
L
为直接价键
。39.
根据权利要求
37
的嵌段共聚物,其中
L
为衍生自
1,1

二芳基乙烯的键联部分
。40.
根据权利要求
37
的嵌段共聚物,其中
L
为衍生自
1,1

二苯乙烯衍生物的键联部分
。41.
根据权利要求
37

40
中任一项的嵌段共聚物,其中
R5、R6选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基
、C
‑1至
C
‑5烷氧基
。42.
根据权利要求
37

40
中任一项的嵌段共聚物,其中
R5、R6选自所述低聚柔性栓系基团
。43.
根据权利要求
37

40
中任一项的嵌段共聚物,其中
R3、R4及
R7选自所述低聚柔性栓系基团
。44.
根据权利要求
37

40
中任一项的嵌段共聚物,其中
R3、R4、R5、R6及
R7选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基及
C
‑1至
C
‑5烷氧基
。45.
根据权利要求
37

43
中任一项的嵌段共聚物,其中在结构
(5)
中,
E

A

L
具有结构
(3a)
,其中
*
表示所述
E

A

L
部分与
B
的连接点,
R1及
R2各个地选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基
、C
‑1至
C
‑5烷氧基及所述低聚柔性栓系基团,
R8及
R9各个地选自
C
‑1至
C
‑5烷基及所述低聚柔性栓系基团,
R
10

H

C
‑1至
C
‑5烷基,
R
11

H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基或
C
‑1至
C
‑5烷氧基;其中另外,
R1、R2、R8及
R9中的至少一者选自所述低聚柔性栓系基团,除非所述
B
具有至少一个所述低聚柔性栓系基团,且
n5
为重复单元的数目;
46.
根据权利要求
45
的嵌段共聚物,其中
R8选自所述低聚柔性栓系基团,
R1及
R2各个地选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基及
C
‑1至
C
‑5烷氧基
。47.
根据权利要求
45

46
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚直链亚烷基栓系基团
。48.
根据权利要求
45

46
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚醚栓系基团
。49.
根据权利要求
45

46
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚二烷基硅氧烷栓系基团
。50.
根据权利要求
45
的嵌段共聚物,其中
R9及
R8各个地选自所述低聚柔性栓系基团,
R1及
R2各个地选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基及
C
‑1至
C
‑5烷氧基
。51.
根据权利要求
45

50
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚直链亚烷基栓系基团
。52.
根据权利要求
45

50
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚醚栓系基团
。53.
根据权利要求
45

50
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚二烷基硅氧烷栓系基团
。54.
根据权利要求
45
的嵌段共聚物,其中
R1、R2及
R8各个地选自所述低聚柔性栓系基团
。55.
根据权利要求
45

54
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚直链亚烷基栓系基团
。56.
根据权利要求
45

54
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚醚栓系基团
。57.
根据权利要求
45

54
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚二烷基硅氧烷栓系基团
。58.
根据权利要求
45

57
中任一项的嵌段共聚物,其中在所述
B
中,
R3、R4、R5、R6及
R7各个地选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基及
C
‑1至
C
‑5烷氧基
。59.
根据权利要求
37

43
中任一项的嵌段共聚物,其中在结构
(5)
中,
E

A

L
具有结构
(4a)
,其中
*
表示所述
E

A

L
部分与
B
的连接点,
R1及
R2各个地选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基
、C
‑1至
C
‑5烷氧基及所述低聚柔性栓系基团,
R
9a

R
9b
各个地选自
C
‑1至
C
‑5烷基及所述低聚柔性栓系基团,
R
10a

R
10b
各个地选自
H

C
‑1至
C
‑5烷基,
R
12

H

C
‑1至
C
‑5烷基,其中另外
R1、R2、R
9a

R
9b
中的至少一者选自所述低聚柔性栓系基团,除非所述
B
具有至少一个所述低聚柔性栓系基团,其中
n6

n7
为重复单元的数目;
60.
根据权利要求
59
的嵌段共聚物,其中
R
9b
选自所述低聚柔性栓系基团,
R
9a

C
‑1至
C
‑5烷基,
R1及
R2各个地选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基及
C
‑1至
C
‑5烷氧基
。61.
根据权利要求
59

60
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚直链亚烷基栓系基团
。62.
根据权利要求
59

60
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚醚栓系基团
。63.
根据权利要求
59

60
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚二烷基硅氧烷栓系基团
。64.
根据权利要求
59
的嵌段共聚物,其中
R
9a

R
9b
各个地选自
C
‑1至
C
‑5烷基,
R1及
R2各个地选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基及
C
‑1至
C
‑5烷氧基,且所述低聚柔性栓系基团为低聚醚栓系基团,其中另外,
R1及
R2中的至少一者选自所述低聚柔性栓系基团
。65.
根据权利要求
59

64
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚直链亚烷基栓系基团
。66.
根据权利要求
59

64
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚醚栓系基团
。67.
根据权利要求
59

64
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚二烷基硅氧烷栓系基团
。68.
根据权利要求
59
的嵌段共聚物,其中
R
9a

R
9b
各个地选自所述低聚柔性栓系基团,
R1及
R2各个地选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基及
C
‑1至
C
‑5烷氧基
。69.
根据权利要求
59

68
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚直链亚烷基栓系基团
。70.
根据权利要求
59

68
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚醚栓系基

。71.
根据权利要求
59

68
的嵌段共聚物,其中所述低聚柔性栓系基团为低聚二烷基硅氧烷栓系基团
。72.
根据权利要求
59

68
中任一项的嵌段共聚物,其中
R3、R4、R5、R6及
R7选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基及
C
‑1至
C
‑5烷氧基
。73.
根据权利要求
59

71
中任一项的嵌段共聚物,其中在所述
B
中,
R3、R4、R5、R6及
R7各个地选自
H、C
‑1至
C
‑5烷基

卤基及
C
‑1至
C
‑5烷氧基
。74.
一种具有结构

【专利技术属性】
技术研发人员:M
申请(专利权)人:默克专利股份有限公司
类型:发明
国别省市:

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