[发明专利]制造嵌段共聚物的方法和由其制造的物品

说明书

本文所揭示的是一种物品，其包含衬底；在所述衬底上安置有一种组合物，所述组合物包含：第一嵌段共聚物，所述第一嵌段共聚物包含第一嵌段和第二嵌段；第二嵌段共聚物，所述第二嵌段共聚物包含第一嵌段和第二嵌段；其中所述第一嵌段共聚物和所述第二嵌段共聚物的χ参数在200℃的温度下大于0.04；其中所述第一嵌段共聚物在单独安置于衬底上时相分离为圆柱形或片层状结构域的第一形态；其中所述第二嵌段共聚物在单独安置于衬底上时相分离为圆柱形、片层状或球形结构域的第二形态；并且其中所述第一形态和所述第二形态不同；以及第一聚合物，所述第一聚合物与所述第一嵌段共聚物的所述第一嵌段和所述第二嵌段共聚物的所述第一嵌段在化学上相同或类似。

背景技术

本发明涉及嵌段共聚物，其制造方法以及包含所述嵌段共聚物的物品。确切地说，本发明涉及用于改进的纳米光刻(nanolithography)图案化的嵌段共聚物。

现代电子装置正朝向利用周期性小于40纳米(nm)的结构发展。在给定衬底(例如，场效晶体管中的栅极)上使各种特征的大小和间距收缩的能力目前受到用于使光刻胶曝光的光波长(即，193nm)的限制。这些限制对于制造临界尺寸(critical dimension，CD)小于40nm的特征而言产生明显挑战。

已经提出嵌段共聚物作为形成周期性小于40纳米的图案的一种解决方案。嵌段共聚物形成自组装纳米结构以便减少系统自由能。纳米结构是平均最大宽度或厚度小于100纳米的那些结构。此自组装由于自由能的减少而产生周期性结构。周期性结构可以呈结构域(domain)、片层或圆柱体形式。因为这些结构，嵌段共聚物的薄膜以纳米尺度提供空间化学对比，并且因此，其已经用作产生周期性纳米尺寸结构的替代性低成本纳米图案化材料。

已经进行了许多研发用于图案化的共聚物和方法的尝试。图1A和图1B描绘安置于衬底上的形成片层的嵌段共聚物的实例。所述嵌段共聚物包含反应性地彼此键结并且与彼此不可混溶的嵌段A和嵌段B。片层结构域的对准可以与其所安置在的衬底表面的表面平行(图1A)或垂直(图1B)。垂直取向的片层提供纳米尺寸线图案，而平行取向的片层不产生表面图案。

在片层平行于衬底平面形成的情况下，一个片层状相在衬底表面处(在衬底的x-y平面)形成第一层，而另一个层状相在所述第一层上形成覆盖的平行层，以使得当沿垂直(z)轴线观测膜时，不形成微结构域的横向图案，也不形成横向化学对比。当片层垂直于表面形成时，垂直取向的片层提供纳米尺寸线图案。另一方面，形成圆柱体的嵌段共聚物在所述圆柱体平行于表面形成时提供纳米尺寸线图案，而在所述圆柱体垂直于表面时形成孔洞(hole)或立柱(post)图案。因此，为了形成适用的图案，需要控制自组装微结构域在嵌段共聚物中的取向。

嵌段共聚物的定向自组装(directed Self-Assembly，DSA)是一种能够实现小于10nm技术节点的先进图案化技术的方法。前沿DSA方法之一的化学外延(chemoepitaxy)涉及使片层状嵌段共聚物形态对准的化学图案。已经在使用化学外延的DSA中广泛研究聚(苯乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯)(PS-b-PMMA)以展现DSA扩展光学光刻的潜能。然而，PS-b-PMMA的相对较弱的分离(segregation)强度(较低弗洛里-哈金斯相互作用参数(Flory-Huggins interaction parameter)χ)和较弱蚀刻选择性限制其图案化具有较低线边缘粗糙度(line edge roughness，LER)和有效图案转移的较小特征(小于11nm)的能力。具有较强分离强度(高χ)和较高蚀刻选择性的嵌段共聚物可以适用与小于10nm的节点。开发用于高χ片层状嵌段共聚物的配制品和方法的主要挑战在于在空中介面处两个嵌段之间的表面能不匹配，其驱使片层与衬底平行对准(图2B)而非垂直对准(图2A)。已经开发出几种方法来克服高χ材料在DSA中的不平衡表面能，如使用外部场(例如，电场、磁场或力学场)。