[发明专利]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

本发明涉及定向自组装方法以及由此形成的分层结构；并且更具体地涉及具有更高空间频率的嵌段共聚物的微畴(microdomain)的自组装。

背景技术

以更小关键尺寸来图案化特征的能力允许制造更密集电路，由此使得在相同面积内能制造更多电路元件并且降低每个元件的总成本。在每一代技术中需要具有更小关键尺寸和更紧密间距的特征。聚合物材料的定向自组装(DSA)是通过增强空间分辨率和/或控制衬底上预定义图案的关键尺寸变化来扩展当前光刻技术的潜在候选者。特别地，为此目的已开发了聚合物共混物以及嵌段共聚物(BCP)材料的DSA。有两种主要方法用于BCP薄膜的定向自组装：制图外延以及化学外延。

在图1A的现有技术所示的制图外延方法中，通过预图案化的衬底的拓扑化特征来引导嵌段共聚物的自组装。可以使用具有侧壁910的拓扑图案化衬底以及下层定向控制层来定向在宽度L的沟槽内的自组装(在此情形下是层状畴(domain)的自组装)，其中该侧壁910具有对于一个畴914的优先亲和性。例如，在图1A中BCP的自对准层状畴914和916在拓扑化沟槽中形成平行的线条-间隔图案并且通过细分光刻得到的拓扑化预图案的间隔(沟槽)来增强图案分辨率。可以选择性刻蚀一个畴，例如畴916，而留下畴914。在沟槽具有宽度L并且BCP具有P_BCP的周期的情况下，可以实现L/P_BCP的因子的倍频。然而，制图外延具有潜在地限制了其作为光刻技术利用的问题。例如，在制图外延中，有缺陷的拓扑化预图案和涂覆在拓扑化衬底之上的BCP聚合物层的非均匀厚度恶化了BCP畴的布置误差和线条-边缘粗糙度。此外，用于指导自组装工艺的心轴918通常远大于BCP畴，并且心轴所占的面积基本上被浪费。此外，许多制图外延方法使用由刻蚀进入氧化物硬掩模层的拓扑化特征来提供对于BCP浇铸溶剂稳定的图案。使用硬掩模层的额外工艺步骤增加了基于制图外延的DSA工艺的成本和复杂度。

备选地，在图1B描绘的现有技术所述的化学外延方法中，层920中密集化学图案控制BCP材料的自组装以形成畴926和928。化学图案的间距(Ps)与BCP畴周期的间距(P_BCP)大致相等。化学图案区域922或者924的至少一个与对应的BCP畴926或者928之间的优先亲和性根据下层化学预图案指导BCP畴的自组装。不同于制图外延，指导自组装的特征没有面积损失。此外，由于与下层化学预图案的情形相比，最终自组装结构中具有更低的关键尺寸变化(意味着关键尺寸以及线条-边缘粗糙度(LER)或者线条-宽度粗糙度(LWR)两者)，BCP自组装工艺改进了尺寸控制。即使在密集化学图案上使用化学外延的DSA增强了关键尺寸控制，但其并未提高分辨率或者提供信息增益。当前的光学光刻工具不具有足够的分辨率来印刷这些1∶1化学图案。作为替代，使用诸如电子束直写或者远紫外(EUV，13.5nm)干涉光刻之类的不适用于大规模制造的光刻技术来制造这些图案。

然而，在稀疏化学图案上的化学外延可以提供类似于在密集化学图案上的关键尺寸以及定向控制，但是也提供了增强的分辨率。例如，图1C现有技术显示了BCP材料的定向自组装，用以在由交替的钉扎区域934和具有定向控制材料932的区域构成的稀疏化学图案层930上形成畴936和938，其中钉扎区域934具有宽度W_P＝0.5*P_BCP，而具有定向控制材料932的区域具有宽度W_CA＝Ps-W_P。在图1C所示的示例中，钉扎区域934对于畴938具有强亲和性。对于畴938和畴936均具有操作上等价亲和性的诸如932的定向控制材料适用于如所示那样支撑垂直定向的畴(936和938)。稀疏化学图案带的间距(Ps)与BCP间距(P_BCP)的比率确定倍频的因子。在图1C中，所示比率P_S/P_BCP＝2，这将导致双倍频。同样地，通过使用具有P_S/P_BCP＝3的稀疏化学图案可以实现空间频率三倍，等等。