本发明专利技术提供了一种通过定向自组装嵌段共聚物的光刻方法，该方法在在光刻图案的隔离间隔区的侧壁表面形成侧墙，以光刻图案和侧墙作为掩膜照射PETS层表面形成化学图案，从而减小所述化学图案中的化学改性区域的宽度，然后在具有化学图案的PETS层表面旋涂嵌段共聚物作为自组装层并退火，结合化学引导DSA和形貌引导DSA形成周期性结构域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种半导体制造方法，特别涉及。
技术介绍
随着半导体技术的发展，现有的光刻技术以及不能够适应在纳米尺寸上的结构制造。具有自组装(self-assembly, SA)特性的自组装膜按其成膜机理分为自组装单层膜(self-assembly monolayer, SAM)和逐层自组装膜(Layerby layer self assembledmembrane)，目前对高聚物大分子自组装领域的研究主要针对液晶高分子、嵌段共聚物、能形成键或氢键的聚合物及带相反电荷体系的组合，其中嵌段共聚物的SAM，因其自组装特性为纳米尺寸上的图案化提供了另一途径。以二嵌段共聚物为例，在基板表面旋涂二嵌段共聚物后，可通过组成二嵌段共聚物的聚合物在退火后(例如，通过在高于所述聚合物的玻璃态转变温度时实施热退火或通过溶剂退火)的微相分离自发地组装成具有周期性结构的两种聚合物嵌段组合。但是，这种聚合物嵌段组合的周期性结构并不是一种有序结构域，如图1所示。因此为了在纳米级尺寸上形成有序结构域(well-organized structures)提出了定向自组装(Directedself-assembly, DSA)嵌段共聚物技术,从而为在纳米尺寸上进行光刻的图案化提供另一途径。DSA按照其原理可以分为形貌引导DSA和化学引导DSA。其中，化学引导DSA相比形貌引导DSA的优势在于，能够提供更长的有序结构域，并实现更精确的排列。结合图3 9说明如图2所示的现有技术中化学引导DSA嵌段共聚物的光刻工艺流程图，其具体步骤如下:步骤201，图3为现有技术中化学引导DSA嵌段共聚物的光刻步骤201的剖面结构示意图，如图3所示，晶片上沉积苯乙基三氯娃烧(phenylethyltrichlorosilane,PETS)层 302。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"半导电性晶片片段"或"晶片片段"或"晶片"应理解为意指包含半导体材料(包括但不限于体型半导电性材料)的任一构造，例如，半导体晶片(单独或其上包含其它材料的合件)及半导电性材料层(单独或包含其它材料的组合件)。术语"基板"是指任一支承结构，包括但不限于上述半导电性基板、晶片片段和晶片。本步骤中的基板以晶片为例进行说明，所述晶片具有娃衬底300 (substrate),在硅衬底300的晶片器件面上沉积二氧化硅层301，在所述二氧化硅层301的表面沉积PETS层302。沉积PETS层302的步骤为现有技术，不再赘述。步骤202，图4为现有技术中化学引导DSA嵌段共聚物的光刻步骤202的剖面结构示意图，如图4所示，PETS层302上涂覆光刻胶，光刻后所述光刻胶图案化形成光刻图案403。本步骤中，光刻是指曝光和显影形成光刻图案403的步骤，该步骤为现有技术，不再赘述。需要注意的是，光刻图案403定义了平行排列沟道的阵列，每个沟道具有如下结构:侧壁和底面，其中，沟道的长度数倍于其底面的宽度，部分PETS层作为沟道的底面暴露，且部分光刻胶在沟道间形成隔离间隔区，可见，隔离间隔区的侧壁也就是沟道的侧壁。沟道底面的宽度和隔离间隔区的宽度之和定义了化学引导DSA周期(Ls)，Ls受到光刻技术的精度限制。步骤203，图5为现有技术中化学引导DSA嵌段共聚物的光刻步骤203的剖面结构示意图，如图5所示，以光刻图案403为掩膜对PETS层302进行照射，在PETS层302表面形成化学图案(chemical pattern)。本步骤中，照射是在氧气氛围下用业内已知的超紫外光(EUV)、X射线或者电子束(E-bearn)曝光系统对PETS层302进行照射。对于没有被光刻图案403遮蔽的部分PETS层302，在上述光束或电子束照射下和氧气发生化学反应，使其由非极性转变为极性的化学改性(Chemically modified)区域501，其宽度为w ;而被光刻图案403遮蔽的另一部分PETS层302则没有和氧气发生化学反应，仍然保持非极性的状态，称为非化学改性(Non-Chemically modified)区域 502。步骤204，图6为现有技术中化学引导DSA嵌段共聚物的光刻步骤204的剖面结构示意图，如图6所示,剥离光刻图案403。本步骤中，剥离光刻图案403可以用干法刻蚀或者湿法刻蚀。步骤205，图7为现有技术中化学引导DSA嵌段共聚物的光刻步骤205的剖面结构示意图，如图7所示，在具有化学图案的PETS层302表面旋涂二嵌段共聚物作为SAM。本实施例以二嵌段共聚物聚(苯乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯)(PS-b_PMMA)701为例进行说明。现有技术中可通过调整嵌段共聚物中不同聚合物嵌段的分子量和体积分率来控制图案化薄膜的膜形态(包括微相分离结构域的大小和形状)以产生片层状、圆柱体或球形等形态。举例来说，对于二嵌段聚合物的两个嵌段(聚合物A和聚合物B)的比例大于约80: 20的体积分率来说，嵌段共聚物可微相分离并自组装成周期性球形结构域，其中聚合物A的基体包围聚合物B的基体。对于两嵌段的比例介于约60: 40与80: 20之间的情形来说，所述二嵌段共聚物组装成周期性六方形密堆积或蜂窝状阵列的聚合物B在聚合物A基体内的圆柱体。对于介于约50: 50与60: 40之间的比例来说，可形成所述嵌段的片层状结构域或交替条纹图案。步骤206，图8为现有技术中化学引导DSA嵌段共聚物的光刻步骤206的剖面结构示意图，如图8所示，对二嵌段共聚物进行退火，其自组装形成两种聚合物嵌段组合，两种聚合物嵌段组合是具有周期性结构的有序结构域。本步骤中，聚合物嵌段组合的结构域周期(Ltl)满足条件Ltl = Ls时，由于化学引导DSA的极性选择，两种聚合物嵌段组合能够形成具有周期性结构的有序结构域。其中，所述极性的化学改性区域501将会引导PMMA优先润湿，在其上方形成长条形的PMMA嵌段(PMMAblock) 801，在呈现中性润湿状态的非极性的非化学改性区域502，根据二嵌段共聚物的特性，PS将会以PMMA基体为中心在其两侧的非化学改性区域502上形成长条形的PS嵌段(PSblock)802。步骤207，图9为现有技术中化学引导DSA嵌段共聚物的光刻步骤207的剖面结构示意图，如图9所示，选择性去除一种聚合物嵌段，形成图案化薄膜901。在DSA之后，可选择性地移除一种聚合物嵌段例如PMMA嵌段801，以形成的图案化薄膜901作为刻蚀掩膜。由于该方法中所涉及的聚合物嵌段组合的结构域周期(Ltl)是由嵌段共聚物的分子链长度(MW)决定的，因此形成的图案化薄膜901的清晰度优于诸如用光刻术等其它技术，同时所述DSA嵌段共聚物光刻技术的成本远远低于具有相当清晰度的电子束光刻技术或EUV光刻技术的成本。由上述步骤可见，现有技术的化学引导DSA形成具有周期性结构的有序结构域的聚合物嵌段组合，以及后续去除某种聚合物嵌段所形成的图案化薄膜受到光刻精度的限制，所以也局限了图案化薄膜的特征尺寸。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术解决的技术问题是:化学引导的定向自组装嵌段共聚物的光刻方法中，聚合物嵌段形成的具有周期性结构的有序结构域以及后续去除某种聚合物嵌段后形成的图案化薄膜，受到光刻图案的光刻精度限制。为解决上述问本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通过定向自组装嵌段共聚物的光刻方法，提供一基板，所述基板上沉积苯乙基三氯硅烷PETS层，所述PETS层上涂覆光刻胶，光刻后所述光刻胶图案化形成光刻图案，所述光刻图案包括隔离间隔区和第一沟道，其特征在于，该方法还包括：所述光刻图案表面沉积覆盖层；干法刻蚀所述覆盖层在所述光刻图案的隔离间隔区侧壁形成侧墙；以所述光刻图案和侧墙为掩膜照射所述PETS层，在所述PETS层表面形成化学图案，所述化学图案中化学改性区域的宽度小于所述第一沟道的宽度；剥离所述光刻图案和侧墙；在所述具有化学图案的PETS层表面旋涂嵌段共聚物作为自组装层；所述基板退火后，嵌段共聚物自组装形成聚合物嵌段组合，所述聚合物嵌段组合是具有周期性结构的有序结构域；去除某种聚合物嵌段形成图案化薄膜。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王冬江，周俊卿，张海洋，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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