专利名称：一种通过定向自组装嵌段共聚物的光刻方法
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 assembledmembrane)，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娃烧(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，所述晶片具有娃衬底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。步骤205，图7为现有技术中化学引导DSA嵌段共聚物的光刻步骤205的剖面结构示意图，如图7所示，在具有化学图案的PETS层302表面旋涂二嵌段共聚物作为SAM。本实施例以二嵌段共聚物聚(苯乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯)(PS-b_PMMA)701为例进行说明。现有技术中可通过调整嵌段共聚物中不同聚合物嵌段的分子量和体积分率来控制图案化薄膜的膜形态(包括微相分离结构域的大小和形状)以产生片层状、圆柱体或球形等形态。举例来说，对于二嵌段聚合物的两个嵌段(聚合物A和聚合物B)的比例大于约80: 20的体积分率来说，嵌段共聚物可微相分离并自组装成周期性球形结构域，其中聚合物A的基体包围聚合物B的基体。对于两嵌段的比例介于约60: 40与80: 20之间的情形来说，所述二嵌段共聚物组装成周期性六方形密堆积或蜂窝状阵列的聚合物B在聚合物A基体内的圆柱体。对于介于约50: 50与60: 40之间的比例来说，可形成所述嵌段的片层状结构域或交替条纹图案。步骤206，图8为现有技术中化学引导DSA嵌段共聚物的光刻步骤206的剖面结构示意图，如图8所示，对二嵌段共聚物进行退火，其自组装形成两种聚合物嵌段组合，两种聚合物嵌段组合是具有周期性结构的有序结构域。本步骤中，聚合物嵌段组合的结构域周期(Ltl)满足条件Ltl = Ls时，由于化学引导DSA的极性选择，两种聚合物嵌段组合能够形成具有周期性结构的有序结构域。其中，所述极性的化学改性区域501将会引导PMMA优先润湿，在其上方形成长条形的PMMA嵌段(PMMAblock) 801，在呈现中性润湿状态的非极性的非化学改性区域502，根据二嵌段共聚物的特性，PS将会以PMMA基体为中心在其两侧的非化学改性区域502上形成长条形的PS嵌段(PSblock)802。步骤207，图9为现有技术中化学引导DSA嵌段共聚物的光刻步骤207的剖面结构示意图，如图9所示，选择性去除一种聚合物嵌段，形成图案化薄膜901。在DSA之后，可选择性地移除一种聚合物嵌段例如PMMA嵌段801，以形成的图案化薄膜901作为刻蚀掩膜。由于该方法中所涉及的聚合物嵌段组合的结构域周期(Ltl)是由嵌段共聚物的分子链长度(MW)决定的，因此形成的图案化薄膜901的清晰度优于诸如用光刻术等其它技术，同时所述DSA嵌段共聚物光刻技术的成本远远低于具有相当清晰度的电子束光刻技术或EUV光刻技术的成本。由上述步骤可见，现有技术的化学引导DSA形成具有周期性结构的有序结构域的聚合物嵌段组合，以及后续去除某种聚合物嵌段所形成的图案化薄膜受到光刻精度的限制，所以也局限了图案化薄膜的特征尺寸。
发明内容
有鉴于此，本发明解决的技术问题是:化学引导的定向自组装嵌段共聚物的光刻方法中，聚合物嵌段形成的具有周期性结构的有序结构域以及后续去除某种聚合物嵌段后形成的图案化薄膜，受到光刻图案的光刻精度限制。为解决上述问题，本发明的技术方案具体是这样实现的:一种通过定向自组装嵌段共聚物的光刻方法，提供一基板，所述基板上沉积PETS层，所述PETS层上涂覆光刻胶，光刻后所述光刻胶图案化形成光刻图案，所述光刻图案包括隔离间隔区和第一沟道，该方法包括:所述光刻图案表面沉积覆盖层；干法刻蚀所述覆盖层在所述光刻图案的隔离间隔区侧壁形成侧墙；以所述光刻图案和侧墙为掩膜照射所述PETS层，在所述PETS层表面形成化学图案，所述化学图案中化学改性区域的宽度小于所述第一沟道的宽度；剥离所述光刻图案和侧墙；在所述具有化学图案的PETS层表面旋涂嵌段共聚物作为自组装层；所述基板退火后，嵌段共聚物自组装形成聚合物嵌段组合，所述聚合物嵌段组合是具有周期性结构的有序结构域；去除某种聚合物嵌段形成图案化薄膜。所述覆盖层是二氧化硅、氮化硅、氮掺杂金刚砂，或者无定形碳。所述剥离光刻图案和侧墙可以用干法刻蚀或者湿法刻蚀。所述嵌段共聚物是二嵌段共聚物、三嵌段共聚物或者多嵌段共聚物。所述二嵌段共聚物是聚(苯乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯)(PS-b-PMMA)、聚氧化乙烯-聚异戊二烯、聚氧化乙烯-聚丁二烯、聚氧化乙烯-聚苯乙烯、聚氧化乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯-聚乙烯基卩比咯唳、聚苯乙烯-聚异戍二烯(PS-b-PI)、聚苯乙烯-聚丁二烯、聚丁二烯-聚乙烯基吡咯啶或者聚异戊二烯-聚甲基丙烯酸甲酯；所述三嵌段共聚物是聚(苯乙烯-嵌段甲基丙烯酸甲酯-嵌段-氧化乙烯)。所述退火在二硫化碳气氛中进行。所述退火的温度范围是100到300摄氏度，所述退火的时间范围是8到12小时。所述第一沟道的底面和所述隔离间隔区的宽度之和Ls与所述聚合物嵌段组合的结构域周期Ltl的关系满足IiLtl = Ls, η为大于等于2小于等于10的整数。
所述化学改性区域的宽度范围是小于等于60纳米。由上述的技术方案可见，本发明提供了一种通过定向自组装嵌段共聚物的光刻方法，该方法在光刻图案的侧壁表面形成侧墙，以光刻图案和侧墙作为掩膜第照射PETS层表面形成化学图案，从而减小所述化学图案中的化学改性区域的宽度，然后在具有化学图案的PETS层表面旋涂共聚物并退火；在退火过程中，首先基于化学引导DSA在基板表面形成特定形貌，然后基于形貌引导DSA在未化学改性区域中自发地组装成具有周期性结构的聚合物嵌段组合；后续由具有周期性结构的聚合物嵌段组合得到图案化薄膜，该方法克服了光刻图案的光刻精度限制，增加了通过定向自组装嵌段共聚物的光刻形成的图案化薄膜的图案密度和精度。
图1为现有技术中非有序结构域的聚合物嵌段组合的周期性结构示意图；图2为现有技术中化学引导DSA嵌段共聚物的光刻工艺流程图；图3 9为现有技术中化学引导DSA嵌段共聚物的光刻的剖面结构示意图；图10为本发明具体实施例一 DSA嵌段共聚物的光刻工艺流程图；图11 19为本发明具体实施例一 DSA嵌段共聚物的光刻的剖面结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、 技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。本发明提出了一种通过定向自组装嵌段共聚物的光刻方法，该方法在在光刻图案的侧壁表面形成侧墙，以光刻图案和侧墙作为掩膜照射PETS层表面形成化学图案，从而减小所述化学图案中的化学改性区域的宽度，然后在具有化学图案的PETS层表面旋涂共聚物并退火，从而首先基于化学引导DSA在基板表面形成特定形貌后，再基于形貌弓I导DSA在未化学改性区域中自发地组装成具有周期性结构的聚合物嵌段组合，最后去除其中某种聚合物嵌段形成图案化薄膜。具体实施例一结合图11 19说明如图10所示的本发明DSA嵌段共聚物的光刻工艺流程图，其具体步骤如下:步骤1001，图11为本发明DSA嵌段共聚物的光刻步骤1001的剖面结构示意图，如图11所示，晶片上沉积苯乙基三氯硅烷层(PETS)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。本实施例中，提供一晶片(wafer)作为基板，所述晶片具有娃衬底(substrate) 300,在娃衬底300的晶片器件面上具有_■氧化娃层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。需要注意的是，在硅衬底300上还可以沉积其他半导体材料代替二氧化硅层301，也就是说本发明是在包括但不限于二氧化硅层301的材料表面沉积PETS层302。步骤1002，图12为本发明DSA嵌段共聚物的光刻步骤1002的剖面结构示意图，如图12所示，在PETS层302上涂覆光刻胶，光刻后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定义了平行排列第一沟道的阵列，每个第一沟道具有如下结构:侧壁和底面，部分PET层作为第一沟道的底面暴露，且部分光刻胶在第一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。第一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的周期(Ls)，Ls由光刻精度决定，所以在不改变现有的光刻技术的前提下，Ls的极限值是无法改变的，具体的光刻图案403形成方法和步骤以及Ls的长度和现有技术相同，不再赘述。步骤1003，图13为本发明DSA嵌段共聚物的光刻步骤1003的剖面结构示意图，如图13所示，光刻图案403表面沉积覆盖层1301 ；本步骤中，所述覆盖层1301可以是二氧化硅、氮化硅、氮掺杂金刚砂(NDC，Nitrogen Doped silicon Carbide)诸如氮化硼(BN)和碳氮化娃(SiCN),或者无定形碳，根据覆盖层1301的材料不同，其对应的沉积方法为现有技术，不再赘述步骤1004，图14为本发明DSA嵌段共聚物的光刻步骤1004的剖面结构示意图，如图14所示，干法刻蚀所述覆盖层1301在光刻图案403的隔离间隔区侧壁形成侧墙1401。本步骤中，因为干法刻蚀为各向异性，所以在去除沉积在光刻图案403的隔离间隔区顶部和沟道底部的部分覆盖层1301的同时会保留附着在隔离间隔区侧壁上的部分覆盖层从而形成侧墙1401。因为侧墙1401的存在增加了隔离间隔区的宽度(原本光刻图案403形成的隔离区域和侧墙1401同时作为隔离区域)，也就相应地减小第一沟道宽度，例如通过调节沉积覆盖层1301的厚度，将缩小后的第一沟道的宽度控制在60纳米(nm)以下。众所周知，现有光刻技术的限制已经达到了第一沟道宽度的极限，本发明提出的方法利用形成的侧墙1401进一步减小第一沟道宽度，能够克服了光刻图案403的光刻精度的限制对后续嵌段共聚物的Ltl限制。本步骤中的干法刻蚀可以是等离子刻蚀，干法刻蚀的相关参数和干法刻蚀的停止控制方法均为现有技术，例如，根据覆盖层1301的厚度和干法刻蚀速率，控制干法刻蚀时间；或者采用终点检测法控制干法刻蚀的停止。步骤1005，图15为本发明DSA嵌段共聚物的光刻步骤1005的剖面结构示意图，如图15所示，以光刻图案403和侧墙1401为掩膜照射PETS层，在PETS层表面形成化学图案。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层进行照射。对于没有被光刻图案403和侧墙1401遮蔽的部分PETS层，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区域1501 ;而被光刻图案403和侧墙1401遮蔽的另一部分PETS层则没有和氧气发生化学反应，仍然保持非极性的状态，称为非极性的未化学改性区域1502。由于步骤1103和步骤1104中形成的第一沟道宽度减小，相应地本步骤照射形成化学改性区域1501的宽度w相比现有技术中的化学改性区域的宽度也会减小。具体地，本发明的化学改性区域1501的宽度w小于光刻后形成的第一沟道的宽度，本发明的化学改性区域的宽度w范围小于等于60纳米(nm)。
步骤1006，图16为本发明DSA嵌段共聚物的光刻步骤1006的剖面结构示意图，如图16所示，剥离光刻图案403和侧墙1401。本步骤中，剥离光刻图案403和侧墙1401可以用干法刻蚀或者湿法刻蚀，具体的，可以用干法刻蚀或湿法刻蚀同时剥离光刻图案403和侧墙1401，还可以采用先干法或湿法刻蚀剥离侧墙1401，再干法或湿法刻蚀剥离光刻图案403的方法。步骤1007，图17为本发明DSA嵌段共聚物的光刻步骤1007的剖面结构示意图，如图17所示，在具有化学图案的PETS层表面旋涂二嵌段共聚物本实施例以二嵌段共聚物聚(苯乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯)(PS-b_PMMA)1701为例进行说明，但在PETS层表面也可以旋涂其他类型的嵌段共聚物(即三嵌段共聚物或多嵌段共聚物)。二嵌段共聚物的实例主要包括聚(苯乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯)(PS-b-PMMA)、聚氧化乙烯-聚异戊二烯、聚氧化乙烯-聚丁二烯、聚氧化乙烯-聚苯乙烯、聚氧化乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯-聚乙烯基吡咯啶、聚苯乙烯-聚异戊二烯(PS-b-PI)、聚苯乙烯-聚丁二烯、聚丁二烯-聚乙烯基吡咯啶或者聚异戊二烯-聚甲基丙烯酸甲酯。三嵌段共聚物的实例包括聚(苯乙烯-嵌段甲基丙烯酸甲酯-嵌段-氧化乙烯)。本步骤中，根据化学改性区域的宽度选择对应的嵌段聚合物的化学官能团(例如PMMA的化学官能团)，也就要求该化学官能团的长度与化学改性区域的宽度一致或相符，具体的选择方法为现有技术，不再赘述。可见，因为本发明化学改性区域的宽度变小，导致了选择的嵌段聚合物的化学官能团长度的减小，对具有该嵌段共聚物的嵌段共聚物来说，聚合物嵌段组合的结构域周期Ltl也会相应减小。对本实施选择的PS-b-PMMA 1701的聚合物嵌段组合的结构域周期Ltl必然小于现有技术中PS-b-PMMA的聚合物嵌段组合的结构域周期。当PS-b-PMMA中两个嵌段聚合物(聚合物A:PS和聚合物B =PMMA)的比例介于约50: 50与60: 40之间体积分率时，PS-b-PMMA 1701在后续退火步骤中可形成的嵌段共聚物组合为片层状结构域或交替条纹图案。步骤1008，图18 19为本发明DSA嵌段共聚物的光刻步骤1008的剖面结构示意图，如图18 19所示，晶片退火，二嵌段共聚物自组装形成两种聚合物嵌段组合，两种聚合物嵌段组合是具有周期性结构的有序结构域。本步骤中，将晶片放入二硫化碳气氛中(CS2)进行退火，退火的温度范围是100到300摄氏度(°C )，例如100°C、200°C或300°C，退火的时间范围是8到12小时，例如8小时、10小时或者12小时。具体的退火温度和时间可以有多种组合，例如:在180°C下进行10小时退火，或者先在150°C下进行5小时的第一次退火，然后在200°C下进行5小时第二次退火。在退火过程中，以PS-b-PMMA 1701为例的二嵌段共聚物的自组装分为如下两个阶段:第一阶段的剖面示意图如图18所示，首先PETS层表面的化学改性区域所呈现的极性状态对PMMA的亲和性更大，所以化学改性区域将优先被PMMA润湿，形成长条形的PMMA嵌段(PMMA block) 1801，同时非极性的未化学改性区域1502呈现中性润湿状态，由于该中性润湿状态对二嵌段共聚物的两种聚合物(PS/PMMA)具有等同亲和性，且根据二嵌段共聚物的特性聚合物PS将会以PMMA基体(PMMA block)为中心在其两侧形成长条形的PS嵌段(PS block)1802。第二阶段的剖面示意图如图19所示，在呈现中性润湿状态的未化学改性区域1502内，第一阶段形成的PMMA block 1801和PS block 1802作为间隔区在未化学改性区域1502的表面形成第二沟道。该第二沟道具有如下结构:侧壁和底面。第二沟道相当于形成基板表面形貌，根据形貌引导DSA的原理，第二沟道能够影响共聚物的微相分离结构域的取向、排序和对齐。本实施例中，第二沟道的底面是未化学改性区域1502的部分，熵力促使未化学改性区域1502的中性润湿表面受到二嵌段共聚物的两种聚合物嵌段的润湿，产生垂直取向的自组装形态；而第二沟道的侧壁表面会受到嵌段共聚物中的某一种成份的聚合物(PS或者PMMA)的优先润湿，从而该成份聚合物自组装时会沿第二沟道的侧壁形成长条状的聚合物嵌段。当nU = Ls时，在化学引导DSA极性选择和形貌引导DSA下，最终由PS和PMMA两种聚合物嵌段组合形成具有周期性结构的有序结构域。其中，Ls为沟道底面和隔离间隔区的宽度之和，Ltl为聚合物嵌段组合的结构域周期，η为大于等于2小于等于10的整数。如图18所示，本实施例中二嵌段共聚物自组装形成两种聚合物嵌段组合是交替条纹图案的周期性结构域。步骤1009，图19为本发明DSA嵌段共聚物的光刻步骤1009的剖面结构示意图，如图19所示，选择性去除一种聚合物嵌段，形成图案化薄膜1901。本步骤中，去除特定的一种聚合物嵌段具体方法为现有技术，不再赘述，本实施例中选择性地移除PMMA嵌段1801形成的图案化薄膜1901可用作刻蚀掩膜，以该刻蚀掩膜为遮蔽在下方的基板中制造结构，应用于诸如栅极和金属层的金属线等制作。具体实施例二具体实施例二和具体实施例一的步骤相同，但是在具有化学图案的PETS层表面旋涂二嵌段共聚物的步骤中，通过调整组成嵌段共聚物的嵌段聚合物之间的体积分率比例控制晶片退火过程中嵌段共聚物自组装形成的具有周期性结构的有序结构域以及后续图案化薄膜的膜形态。例如当PS-b-PMMA中两个嵌段聚合物(聚合物A:PS和聚合物B =PMMA)的比例介于约60: 40与80: 20之间的情形来说，PS-b-PMMA将DSA成周期性六方形密堆积或蜂窝状阵列的嵌段共聚物组合，其中聚合物B为在聚合物A基体内的圆柱体。周期性圆柱体结构在平行及垂直于基板的方向上生长。通过热退火产生垂直圆柱体要求基板底部一般对嵌段共聚物呈中性润湿状态。但是通过基板表面化学改性并将化学改性区域的尺寸缩小后，在其表面形成稀疏的化学改性区域的图案。后续地，对嵌段共聚物加热退火后，在基板表面的特定位置，包括化学改性区域和未化学改性的区域，形成具有周期性的圆柱体的图案化薄膜。这种图案化的薄膜可用作刻蚀掩膜，以该刻蚀掩膜为遮蔽在下方的基板中制造结构，应用于诸如磁储存装置、金属层的通孔等制作。上述具体实施例一和具体实施例二可见，本发明提出一种通过定向自组装嵌段共聚物的光刻方法，该方法在光刻图案的隔离间隔区的侧壁表面形成侧墙来缩小沟道尺寸，以光刻图案和侧墙作为掩膜照射PETS层表面形成化学图案，从而减小所述化学图案中的化学改性区域的宽度，然后在具有化学图案的PETS层表面旋涂嵌段共聚物作为自组装层并退火，基于化学引导DSA在基板表面形成聚合物嵌段组合的特定形貌后，未化学改性区域中的嵌段共聚物基于形貌引导DSA自发地组装成周期性结构域，最后去除其中某种聚合物嵌段形成图案化薄膜。该方法克服了光刻图案的光刻精度限制，增加了通过定向自组装嵌段共聚物的光刻形成的图案化薄膜的图案密度和精度。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
权利要求
1.一种通过定向自组装嵌段共聚物的光刻方法，提供一基板，所述基板上沉积苯乙基三氯硅烷PETS层，所述PETS层上涂覆光刻胶，光刻后所述光刻胶图案化形成光刻图案，所述光刻图案包括隔离间隔区和第一沟道，其特征在于，该方法还包括: 所述光刻图案表面沉积覆盖层； 干法刻蚀所述覆盖层在所述光刻图案的隔离间隔区侧壁形成侧墙； 以所述光刻图案和侧墙为掩膜照射所述PETS层，在所述PETS层表面形成化学图案，所述化学图案中化学改性区域的宽度小于所述第一沟道的宽度； 剥离所述光刻图案和侧墙； 在所述具有化学图案的PETS层表面旋涂嵌段共聚物作为自组装层； 所述基板退火后，嵌段共聚物自组装形成聚合物嵌段组合，所述聚合物嵌段组合是具有周期性结构的有序结构域； 去除某种聚合物嵌段形成图案化薄膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述覆盖层是二氧化硅、氮化硅、氮掺杂金刚砂，或者无定形碳。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述剥离光刻图案和侧墙可以用干法刻蚀或者湿法刻蚀。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述嵌段共聚物是二嵌段共聚物、三嵌段共聚物或者多嵌段共聚物。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述二嵌段共聚物是聚(苯乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯)、聚氧化乙烯-聚异戊二烯、聚氧化乙烯-聚丁二烯、聚氧化乙烯-聚苯乙烯、聚氧化乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯-聚乙烯基吡咯啶、聚苯乙烯-聚异戊二烯、聚苯乙烯-聚丁二烯、聚丁二烯-聚乙烯基吡咯啶或者聚异戊二烯-聚甲基丙烯酸甲酯；所述三嵌段共聚物是聚(苯乙烯-嵌段甲基丙烯酸甲酯-嵌段-氧化乙烯)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火在二硫化碳气氛中进行。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火的温度范围是100到300摄氏度，所述退火的时间范围是8到12小时。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一沟道底面和所述隔离间隔区的宽度之和Ls与所述聚合物嵌段组合的结构域周期Ltl满足IiLtl = Ls，η为大于等于2小于等于10的整数。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述化学改性区域的宽度范围小于等于60内米。
全文摘要
本发明提供了一种通过定向自组装嵌段共聚物的光刻方法，该方法在在光刻图案的隔离间隔区的侧壁表面形成侧墙，以光刻图案和侧墙作为掩膜照射PETS层表面形成化学图案，从而减小所述化学图案中的化学改性区域的宽度，然后在具有化学图案的PETS层表面旋涂嵌段共聚物作为自组装层并退火，结合化学引导DSA和形貌引导DSA形成周期性结构域。
文档编号H01L21/027GK103187245SQ20111045634
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者王冬江, 周俊卿, 张海洋 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司