[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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集成至标准光刻工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增加了工艺复杂度，如使用了示意性分层图的图1A至图1D(现有技术)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)。在光刻工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随后通过加法工艺或者减法工艺转移到硬掩模层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1C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一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工艺。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工艺的成本。

在化学外延技术中，通常在多步工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口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工艺复杂度的挑战。

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。在该工艺中，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工艺。