[发明专利]一种通过定向自组装嵌段共聚物的光刻方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体制造方法，特别涉及一种通过定向自组装嵌段共聚物的光刻方法。

背景技术

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 assembled membrane)，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硅烷(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，所述晶片具有硅衬底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。