[发明专利]一种超高分辨率抗刻蚀含金属嵌段共聚物及其制备与应用

说明书

本发明涉及一种超高分辨率抗刻蚀含金属嵌段共聚物及其制备与应用，嵌段共聚物包含第一嵌段及第二嵌段，第一嵌段以烷基链(C≥1)作为间隔基且有机金属基团作为含金属单元的甲基丙烯酸酯或者丙烯酸酯类侧链金属化合物作为单体，第二嵌段以含氟甲基丙烯酸酯或者丙烯酸酯类化合物作为单体。与现有技术相比，本发明嵌段共聚物中第一嵌段与第二嵌段具有较大的化学组分差异性，使得本发明嵌段共聚物具有刻蚀对比度好、图案转移方便且组装速度快、缺陷率低等优点。

技术领域

本发明属于光刻材料技术领域，涉及一种高度有序的超高分辨率抗刻蚀含有机金属嵌段共聚物及其制备与应用，其具有高分辨率(5nm线宽)，并具有高抗刻蚀性能。

背景技术

集成电路(integrated circuit，IC)是信息化时代最关键的技术之一，从日常生活到工业生产，所有涉及到电子运算的器件均离不开芯片，而随着芯片的集成度不断提高，电子器件的功能也变得越来越强大，移动电话也得以一路走入3G、4G乃至5G的时代。1965年，intel的创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)提出了一个经验规律，即集成电路上单位面积上的晶体管数目每18到24个月将提升一倍，与此同时集成电路的性能也将提高一倍，这就是著名的摩尔定律(Moore’s Law)。在集成电路的制造工艺中，支撑摩尔定律不断进展的就是光刻(photolithography)技术的不断进步。芯片的功能能够得到不断的提高，离不开光刻技术材料与工艺的发展。

一块芯片上能够继承多少电路，是由芯片上线条之间的间隔，也就是分辨率所决定的。在集成电路领域，特征尺寸(feature sizes)是指半导体器件终得最小尺寸。根据摩尔定律的发展，半导体工业中器件的特征尺寸不断减小，而其中的决定因素便是光刻工艺的分辨率。传统的自上而下(top-down)光刻工艺为：首先将光刻胶旋涂于硅片上，经过一系列前处理，通过光刻机曝光，将掩膜版上的图案微缩在具有感光性的树脂上，经过后处理的显影操作，曝光部分被选择性除去，从而形成图案，由于光刻胶具有一定的抗刻蚀能力，在经过刻蚀后，没有被光刻胶保护的部分进一步刻蚀，从而实现了图案向硅片的转移。

在传统光刻领域，受限于光学分辨率的物理限制，其分辨率R主要由波长λ，数值孔径及工艺常数k所决定，其关系为：

根据上述公式，光刻技术通过不断地缩短波长，增加数值孔径等方法提高工艺的分辨率。根据技术的发展，光刻胶主要分为g/i线、KrF(248nm)、ArF/浸没式ArF(193nm)、EUV(13.5nm)光刻胶。目前最先进的为浸没式ArF和EUV光刻胶。

目前工业界前沿主要采用ArF和EUV光刻，并通过与浸没式曝光技术和双(多)重曝光技术等结合，将半导体生产节点从32nm、20nm、16nm、14nm、10nm乃至7nm以下一路推进，目前世界上最先进的半导体制造技术是TSMC的5nm节点，首次使用了13.5nm波长的EUV光刻技术，其分辨率可以达到13nm线宽。

然而，传统光刻技术已经接近其能达到的物理极限，光刻技术工艺研发成本高昂，工艺流程复杂，光刻材料设计本身存在限制，尽管EUV光刻技术能达到较高的分辨率，但EUV光刻技术本身亦受限制于其高昂的仪器价格(EUV光刻机约1.2亿美元一台)以及较低的产能(through-out)。因此，工业界正急需一种能兼顾精度与产能的方案作为下一代应用在集成电路生产中的图形转换技术。

利用嵌段共聚物的导向自组装技术(Directed Self-assembly，DSA)采用由两种或以上化学性质相异的单体聚合得到的嵌段共聚物，通过不同嵌段间的微相分离得到纳米图形从而形成图形转换模板以进行相关半导体器件的制造的技术。与传统光刻技术相比，利用嵌段共聚物的DSA技术不需要光源和掩膜版，能够得到大范围的有序图案，具有成本低、高分辨率、产能高等优势。