[发明专利]可用于定向自组装的嵌段聚合物及无规聚合物及其制备方法和自组装方法

说明书

本发明高分子化合物合成与应用，具体地，本发明涉及可用于定向自组装的嵌段聚合物及无规聚合物及其制备方法和自组装方法。嵌段聚合物通过阴离子聚合得到且嵌段之间不具有相容性；由所述嵌段聚合物的单体和环氧甲基丙烯酸酯类单体通过自由基聚合得到，该类无规聚合物对上述嵌段聚合物的嵌段呈中性。本发明的嵌段聚合物，涂布于交联后的无规聚合物中性层上后无需退火热处理就能形成垂直于基片的相分离结构，生产效率提高；且能形成20~100nm尺寸范围的图案，形成图案的尺寸范围扩大；同时，本发明提供的嵌段聚合物和无规聚合物应用于微电子领域图案的转以上，降低了其工艺要求及生产成本。

技术领域

本发明属于高分子化合物合成与应用，具体地，本发明涉及可用于定向自组装的嵌段聚合物及无规聚合物及其制备方法和自组装方法。

背景技术

在现代半导体工业中，集成电路的元器件成本和性能与其所能实现的临界尺寸密切相关。为了得到纳米级别的临界尺寸的图案，传统的使用光刻手段被广泛应用。在传统光刻工艺中，紫外线(UV)通过掩膜版后照射至涂布有光刻胶的基片上，使得光刻胶内部发生化学反应造成其曝光区域在显影液中溶解度发生变化，从而得到相应图案，接着通过刻蚀、沉积金属或者离子注入等方式将图案转移至基片上，最终完成图形的转移。然而，在光刻工艺中进一步缩小图案的临界尺寸至50nm以下大大受限于设备及工艺的成本及难度上。为了克服这些困难，区别与光刻技术的定向自组装(DSA)嵌段聚合物(BCP)材料应运而生并得到广泛研究。

嵌段聚合物由于其能够自发形成5～50nm的周期性层状、球状或者柱状结构，可用于定向自组装而得到了研究者广泛的关注。DSA所使用的BCP的两嵌段应该具有明显的刻蚀速率区别，从而使得所形成的图案经过刻蚀后能够转移至基片上。DSA所得到的图案的临界尺寸则由BCP的分子量所决定，可以通过涂膜退火热处理后观察到BCP所形成重复结构的尺寸。

为了退火热处理后得到垂直于基片的相分离结构，对BCP两嵌段具有相同亲和性的中性层聚合物也很重要。该聚合物具有交联单元，且在交联后不溶于溶剂，其表面张力介于两嵌段单元之间，在其表面涂布BCP并退火热处理后能够得到垂直于基片的相分离结构。

现有DSA技术中，BCP需要经过几小时至几十小时长时间退火烘烤，效率低。

发明内容

为了克服现有技术中DSA退火效率低的技术问题，本发明提供可用于定向自组装的嵌段聚合物，该嵌段聚合物能够快速发生相分离，从而提高生产效率。另一方面，本发明还提供采用该嵌段聚合物相同单体得到的无规聚合物。同时，本发明还提供了所述嵌段聚合物和无规聚合物的制备方法和用途，其用途包括将所述无规聚合物和嵌段聚合物与光刻胶结合用于取向Line/Space结构的形成。

作为本发明的第一方面，提供嵌段聚合物(BCP，block copolymer)，该嵌段聚合物通过阴离子聚合法得到且嵌段之间不具有相容性。

优选的是，所述嵌段聚合物具有A-b-B的结构，具体如下

其中，R₁为C1-C7烷基、C4-C7环烷基、C1-C7烷氧基、C1-C7部分或全部氟烷基、C1-C7部分或全部氟烷氧基、C4-C7环烷氧基、C4-C7部分或全部氟环烷基、C4-C7部分或全部氟环烷氧基；

R₂为C1-C7烷基、C4-C7环烷基、C1-C7部分或全部氟烷基、C1-C7部分或全部氟环烷基；

m占总单体结构单元25％-75％，n占总单体结构单元75％-25％。

上述任一方案优选的是，所述R₁为叔丁基，环己烷基，叔丁氧基，全氟丁基，全氟丁氧基，环己烷氧基，全氟环己烷基，全氟环己烷氧基中的任一种。

上述任一方案优选的是，R₂为正丙基，环己烷基，全氟丙基，全氟环己烷基中的任一种。