采用193nm沉浸式光刻的定向自组装方法以及由此形成的分层结构技术

一种用于形成包括自组装材料的畴图案的分层结构的方法，包括：在衬底上布置包括非交联光刻胶的光刻胶层；可选地烘焙光刻胶层；将光刻胶层图案式曝光于第一辐射；可选地烘焙已曝光光刻胶层；以及采用非碱性显影剂来显影已曝光光刻胶层以形成包括未交联已显影光刻胶的负性图案化光刻胶层；其中，已显影光刻胶不可溶于适用于浇铸能够自组装的给定材料的给定有机溶剂，并且已显影光刻胶可溶于含水碱性显影剂和/或第二有机溶剂。在图案化光刻胶层上浇铸包括溶解在给定有机溶剂中的能够自组装的给定材料的溶液，并且去除给定有机溶剂。当可选地加热和/或退火已浇铸的给定材料时，允许已浇铸的给定材料自组装，由此形成包括自组装给定材料的畴图案的分层结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于形成分层结构的定向自组装方法，并且更具体地涉及将使用非碱性溶剂显影的非交联光刻胶用于定向聚合物自组装。
技术介绍
以更紧密的间距图案化具有更小特征尺寸的特征允许创建更密集的电路，并且因此可以降低总制造成本以及改进器件性能。定向聚合物自组装(DSA)是通过增强空间分辨率和/或控制衬底上的预定义图案的特征尺寸变化来扩展当前光刻技术的潜在候选者。有两种用于实施DSA的方法制图外延以及化学外延。在制图外延DSA技术中，由在光刻地预图案化衬底中的拓扑图案特征及其表面特性来指导材料(例如聚合物)的自组装(SA)。在化学外延DSA技术中，由在衬底表面上光刻地限定的化学预图案来指导材料的自组装。阻止将DSA集成至标准光刻エ艺的两个主要挑战在于图案化光刻胶对于与SA材料一起使用的浇铸溶剂的不兼容性以及下层衬底无法支持特定的SA形态。通常在硬掩模层(例如氧化硅)中生成用于制图外延的DSA预图案以防止用在浇铸自组装材料(SA材料)中的溶剂溶解预图案。硬掩模预图案的使用増加了エ艺复杂度，如使用了示意性分层图的图IA至图ID(现有技木)中一系列步骤所示。首先，在底层200 (例如硅晶片或者转移晶片)上沉积硬掩模层202，随后沉积光刻胶层204 (图1A)。在光刻エ艺中图案化光刻胶层产生光刻胶图案206 (图1B)。如果硬掩模层202并不用作抗反射涂层(ARC)，则可以在光刻胶之前将ARC层施加至衬底。包括沟槽区域208的光刻胶图案206随后通过加法エ艺或者減法エ艺转移到硬掩模层202中，在此之后剥离光刻胶，从而留下用于自组装的硬掩模预图案210(图1C)。硬掩模预图案210包括通过刻蚀硬掩模层并且去除光刻胶图案而形成或者未覆盖的所有表面(例如图IC中的表面203、205、和207)。如果需要，则可以在施加用于自组装的材料之前进ー步改变硬掩模预图案210的表面。例如，聚合物可以化学地嫁接至硬掩模预图案210的表面上，以提供用于硬掩模预图案210的合适表面特性以便指导后续的自组装エ艺。特别地，硬掩模预图案210的这种改变可以用于控制预图案对SA材料的特定畴(domain)的亲和性。SA材料随后从溶剂浇铸至硬掩模预图案210上以形成层212，在该情形下，SA材料基本上分配在沟槽208中。硬掩模预图案在拓扑图形上指导SA材料的自组装，以在沟槽区域208中形成有序畴214和216 (图1D)。生成硬掩模预图案并且改变其表面特性所需要的附加步骤增加了 DSAエ艺的成本。在化学外延技术中，通常在多步エ艺中由两层层叠结构制造用于化学外延DSA化学预图案。两层层叠由衬底上布置的光刻胶层构成。首先，通过成像并且显影光刻胶层生成拓扑图形图案，从而未覆盖下层衬底表面。其次，通过穿过光刻胶层中开ロ暴露给等离子体使衬底的未覆盖表面损伤，从而导致衬底的未覆盖表面的表面特性改变。再次，去除光刻胶以产生由衬底的损伤表面区域和未损伤表面区域构成的用于DSA的化学图案化的表面。通过引入在图案转移步骤期间可能被损伤的功能性下层表面，化学外延也受到高成本和エ艺复杂度的挑战。备选地，可以应用负性光刻胶来制造适用于化学外延的预图案，该负性光刻胶在已曝光区域中交联并且在显影溶剂中变得不易溶解。例如，在包括用于自组装的合适表面的衬底上布置交联负性光刻胶(诸如氢倍半硅氧烷(HSQ))的薄层。随后通过成像交联负性光刻胶的薄层并且去除未交联材料(例如在未曝光区域中的光刻胶)来创建化学图案化的表面。在该エ艺中，交联负性光刻胶的厚度必须小于SA材料层的厚度以便通过化学而不是拓扑图形机制来指导自组装エ艺。溶剂不兼容性以及下层不兼容性对于将DSA直接集成到标准光刻エ艺造成主要干扰。在标准正性光刻胶的曝光和显影之后形成的光刻胶图案可溶于许多有机溶剤。图案化光刻胶在用于施加SA材料的溶剂中的高溶解度或者其与溶剂的交互作用限制了标准正性光刻胶在DSA中的使用(例如SA材料的溶剂溶解或者瓦解了光刻胶图案)。需要对自组装期间形成的多个畴具有受控亲和性的表面，以控制自组装结构的定向；然而，由成像和/或后续的烘焙和显影エ艺发起的化学反应具有很大概率修改下层的表面特性并且使得下层与所预期的DSA形态不兼容。例如，在下层表面的顶上使用传统的四甲基氢氧化铵(TMAH)显影剂来图案化传统的正性光刻胶可以不利地影响用于受控的亲和性的下层表面特性。备选地，化学“凝固”剂或者表面固化剂可以用于使未交联光刻胶图案在用于浇铸SA材料的溶剂中不可溶；然而，这些化学处理也可以与下层反应从而损伤或者改变其表面特性。此外，这些化学处理包括附加的エ艺步骤，并且可以包括光刻胶图案的尺寸改变。如前所述，在没有合适的下层表面特性的情况下，DSA将不能正常发挥作用。可以应用在已曝光区域中交联并且在显影溶剂中变得不易溶解的负性光刻胶来产生将不会在用于施加SA材料的典型浇铸溶剂中溶解的光刻胶图案。不幸的是，负性光刻胶具有历史上提供的受限分辨率并且遭受不良剖面、微桥接和/或在有机溶剂中膨胀之害。此外，一些图案可能难以使用负性掩模成像。最后，凝固的正性光刻胶图案以及交联的负性光刻胶图案难以返エ。因此，需要用于产生用于DSA的拓扑图形或者化学预图案的具有更少エ艺步骤、具有更小损伤下层的风险以及保留期望的下层表面特性的新方法。
技术实现思路
因此，形成分层结构的方法利用由在非碱性显影剂中显影的非交联的正性光刻胶得到的图案化光刻胶，以用于通过制图外延或者化学外延的任一个来指导自组装。在第一实施例中，一种用于形成包括自组装材料的畴图案的分层结构的方法包括在衬底上布置包括非交联光刻胶的光刻胶层；可选地烘焙光刻胶层；将光刻胶层图案式曝光于第一辐射；可选地烘焙已曝光光刻胶层；以及采用非碱性显影剂显影已曝光光刻胶层以形成包括未交联已显影光刻胶的负性图案化光刻胶层；其中，已显影光刻胶不可溶于适用于浇铸能够自组装的给定材料给定的有机溶剤，并且已显影光刻胶可溶于含水碱性显影剂和/或第二有机溶剂；在图案化光刻胶层上浇铸包括溶解在给定有机溶剂中的能够自组装的给定材料的溶液，并且去除给定有机溶剂；以及当可选地加热和/或退火已浇铸给定材料时允许已浇铸给定材料自组装，由此形成包括自组装给定材料的畴图案的分层结构。在第二实施例中，一种用于形成包括由自组装聚合物得到的凸纹图案的分层结构的方法包括在衬底的抗反射表面上布置包括能够化学增强的非交联光刻胶的光刻胶层；可选地烘焙光刻胶层；将光刻胶层图案式曝光于第一福射；可选地烘焙已曝光光刻胶层；以及采用非碱性显影剂显影已曝光光刻胶层以形成暴露了未交联已显影光刻胶的负性图案化光刻胶层，其中已显影光刻胶可溶于适用于浇铸能够自组装的给定聚合物的给定有机溶剂；对图案化光刻胶层进行光化学、热和/或化学处理以形成包括了未交联已处理光刻胶的已处理的图案化光刻胶层，其中已处理的光刻胶不可溶于适用于浇铸能够自组装的给定聚合物的给定有机溶剤，并且其中已处理的光刻胶可溶于含水碱性显影剂和/或第二有机溶剂；在已处理的图案化光刻胶层上浇铸溶解在给定有机溶剂中的给定聚合物的溶液，并且去除给定有机溶剂；当可选地加热和/或退火已浇铸的给定聚合物时允许已浇铸的给定聚合物自组装，由此形成自组装给定聚合物的畴图案，该畴图案包括第一畴和第二畴；以及选择性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.18 US 12/641,9591.一种用于形成包括自组装材料的畴图案的分层结构的方法，所述方法包括 在衬底上布置包括非交联光刻胶的光刻胶层；可选地烘焙所述光刻胶层；将所述光刻胶层图案式曝光于第一辐射；可选地烘焙已曝光光刻胶层；以及采用非碱性显影剂来显影所述已曝光光刻胶层，以形成包括未交联已显影光刻胶的负性图案化光刻胶层；其中，所述已显影光刻胶不可溶于适用于浇铸能够自组装的给定材料的给定有机溶剤，并且所述已显影光刻胶可溶于含水碱性显影剂和/或第二有机溶剂； 在所述图案化光刻胶层上浇铸包括溶解在所述给定有机溶剂中的能够自组装的给定材料的溶液，并且去除所述给定有机溶剂；以及 当可选地加热和/或退火已浇铸的给定材料时，允许所述已浇铸的给定材料自组装，由此形成包括所述自组装给定材料的畴图案的所述分层结构。2.根据权利要求I所述的方法，其中，对所述图案化光刻胶层进行光化学、热和/或化学处理以形成包括未交联已处理光刻胶的已处理图案化光刻胶层，并且在所述已处理图案化光刻胶层上浇铸包括溶解在所述给定有机溶剂中的所述能够自组装的给定材料的所述溶液。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述已处理光刻胶不可溶于所述给定有机溶剤，并且所述已处理光刻胶可溶于所述含水碱性显影剂和/或所述第二有机溶剤。4.根据权利要求I所述的方法，其中，所述光刻胶经受化学增强。5.根据权利要求I所述的方法，其中，所述自组装给定材料布置在所述图案化光刻胶层的沟槽中，并且具有小于或者等于所述图案化光刻胶层的高度的厚度。6.根据权利要求I所述的方法，其中，所述自组装给定材料布置在所述图案化光刻胶层的顶表面上和在衬底表面上，并且所述自组装给定材料具有大于或者等于所述图案化光刻胶层的沟槽的高度的厚度。7.根据权利要求I所述的方法，进ー步包括，选择性去除所述自组装给定材料的第一畴，而留下所述自组装给定材料的第二畴，从而形成包括凸纹图案的第二分层结构。8.根据权利要求7所述的方法，进ー步包括，将所述凸纹图案转移至所述衬底，由此形成第三分层结构。9.根据权利要求I所述的方法，其中，通过在193nm的沉浸式光刻执行所述图案式曝光。10.根据权利要求I所述的方法，其中，所述第一辐射是远紫外或者电子束。11.根据权利要求I所述的方法，其中，所述能够自组装的给定材料包括两种或者多种不可混溶聚合物的聚合物共混物。12.根据权利要求I所述的方法，其中，所述能够自组装的给定材料包括嵌段共聚物。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述嵌段共聚物选自由以下构成的组聚(苯こ烯-b-こ烯基吡啶)、聚(苯こ烯-b-丁ニ烯)、聚(苯こ烯-b-异戊ニ烯)、聚(苯こ烯-b-甲基丙烯酸甲酷)、聚(苯こ烯-b-烯基芳烃)、聚(异戊ニ烯-b-氧化こ烯)、聚(苯こ烯-b-(こ烯-丙烯))、聚(氧化こ烯-b-己内酷)、聚(丁ニ烯-b-氧化こ烯)、聚(苯こ烯-b-(甲基)丙烯酸叔丁酷)、聚(甲基丙烯酸甲酷-b-甲基丙烯酸叔丁酷)、聚(氧化こ烯-b_氧化丙烯)、聚(苯こ烯-b-四氢呋喃)、聚(苯こ烯-b-ニ甲基硅氧烷)、聚(苯こ烯-b-ニ茂铁基ニ甲基硅烷)、聚(苯こ烯-b-异戊ニ烯-b-氧化こ烯)、聚(苯こ烯-b-异戊ニ烯-b-甲基丙烯酸甲酯)、聚(苯こ烯-b-ニ茂铁基ニ甲基硅烷-b-异戊ニ烯)、以及包括至少ー种前述嵌段共聚物的組合。14.根据权利要求I所述的方法，其中，所述非碱性显影剂包括选自由以下构成的组的有机溶剤甲苯、こニ醇、丙ニ醇、こ酸丙ニ醇单甲基醚酯、丙ニ醇单甲基醚、4-甲基-2-戊醇、こ酸正丁酷、苯甲醚、丙酮及其组合。15.根据权利要求I所述的方法，其中，所述非碱性显影剂是超临界流体。16.根据权利要求I所述的方法，其中，所述衬底包括抗反射层，并且所述非交联光刻胶布置在所述抗反射层上。17.根据权利要求I所述的方法，其中，所述衬底的表面包括选自由以下构成的组中的表面亲和性控制材料聚(环氧ニ环戊ニ烯甲基丙烯酸酯-Co-苯こ烯)、聚(苯こ烯-Co-甲基丙烯酸甲酷-CO-环氧ニ环戊ニ烯甲基丙烯酸酷)、聚(苯こ烯-CO-甲基丙烯酸甲酷-CO-甲基丙烯酸缩水甘油酷)、聚(苯こ烯-CO-甲基丙烯酸甲酷-CO-甲基丙烯酸-2-羟こ酷)、聚(苯こ烯-CO-甲基丙烯酸甲酷-CO-肉桂酸-4-こ烯酷)、聚(苯こ烯-CO-甲基丙烯酸甲酯-CO-こ烯基苯并环丁烷)、聚(苯こ烯-COこ烯基苯并环丁烷)、聚(a-甲基苯こ烯-Co-甲基丙烯酸甲酷)、聚(甲基戊ニ酰亚胺)、自组装单层、羟基封端的聚(苯こ烯-CO-甲基丙烯酸甲酯)、聚(苯こ烯-...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·程，W·辛斯伯格，G·M·沃尔拉夫，H·特隆，L·K·森德伯格，伊藤洋，D·P·桑德斯，HC·金，YH·纳，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：