一种基于dsa的光刻方法
阅读说明：本技术 一种基于dsa的光刻方法 (DSA-based lithography method ) 是由 赵珂 于 2020-03-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种基于DSA的光刻方法,能够获得纳米结构,包括步骤：在半导体衬底上形成一层光刻胶,并去除中间区域的光刻胶、在左右两个端部留有侧壁光刻胶；在所述中间区域填充第一嵌段共聚物溶液形成第一嵌段共聚物层,所述第一嵌段共聚物层进行自组装、形成第一层状相；去除上述左右两个端部的侧壁光刻胶,并在左右两个端部上形成第二嵌段共聚物层,并以所述第一层状相为诱导结构、所述第二嵌段共聚物层进行自组装、形成第二层状相；去除第一层状相及第二层状相中的非目标物质,得到由目标物质构成的纳米结构。它旨在解决现有技术中由于诱导结构的存在而导致的无法获取完全的由嵌段共聚物构成的纳米结构。(The invention discloses a DSA-based lithography method capable of obtaining a nanostructure, comprising the following steps: forming a layer of photoresist on a semiconductor substrate, removing the photoresist in the middle area, and reserving side wall photoresist at the left end part and the right end part; filling a first block copolymer solution in the middle area to form a first block copolymer layer, and performing self-assembly on the first block copolymer layer to form a first lamellar phase; removing the side wall photoresist on the left end part and the right end part, forming a second block copolymer layer on the left end part and the right end part, and carrying out self-assembly on the second block copolymer layer by taking the first lamellar phase as an induction structure to form a second lamellar phase; and removing the non-target substances in the first lamellar phase and the second lamellar phase to obtain the nano structure consisting of the target substances. The method aims to solve the problem that the complete nano structure consisting of the block copolymer cannot be obtained due to the existence of an induced structure in the prior art.)
技术领域
本发明涉及半导体器件工艺中的光刻
技术领域
，尤其涉及一种基于DSA的光刻方法。背景技术
DSA(Directed self-assembly,定向自组装)是利用材料内部的自然机制组装有序结构的技术，例如通过化学组分进而适当的调整和热化学作用以及在“非场”和“场”的条件作用下，在高分子材料薄膜中自然形成纳米级条纹状或孔状结构等。DSA工艺可借用嵌段共聚物(Block copolymer,BCP)自组装来实现空间分辨率提升，是种自下而上自组装技术，是下一代图形化技术的解决方案，也是下一代光刻技术的典型代表。
利用DSA技术能够得到多种周期性结构，包括球状相、柱状相、层状相和双螺旋相等。根据其实现方法的工作机制的不同，DSA被分为两大类：利用侧壁诱导使嵌段共聚物形成长程有序的结构的图像结构的外延法及利用衬底诱导使层状相嵌段共聚物进行自组装的化学衬底外延法。
而在图像外延法中，最终形成的结构中会留有诱导结构，无法获取完全的由嵌段共聚物构成的纳米结构。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的至少在于提供一种基于DSA的光刻方法，旨在解决现有技术中由于诱导结构的存在而导致的无法获取完全的由嵌段共聚物构成的纳米结构。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明的一个实施方式提供一种基于DSA的光刻方法，能够获得纳米结构，包括步骤：
在半导体衬底上形成一层光刻胶，并去除中间区域的光刻胶、在左右两个端部留有侧壁光刻胶；
在所述中间区域填充第一嵌段共聚物溶液形成第一嵌段共聚物层，所述第一嵌段共聚物层进行自组装、形成第一层状相；
去除上述左右两个端部的侧壁光刻胶，并在左右两个端部上形成第二嵌段共聚物层，并以所述第一层状相为诱导结构、所述第二嵌段共聚物层进行自组装、形成第二层状相；
去除第一层状相及第二层状相中的非目标物质，得到由目标物质构成的纳米结构。
可选地，所述第二嵌段共聚物层的高度与所述第一嵌段共聚物层的高度一致。
可选地，所述的去除中间区域的光刻胶的步骤包括：
通过先曝光后显影去除中间区域的光刻胶。
可选地，所述的去除左右两个端部的侧壁光刻胶的步骤包括：
通过先曝光后显影去除两个端部的侧壁光刻胶
可选地，所述的在半导体衬底上形成一层光刻胶的步骤包括：
将光刻胶旋涂在所述半导体衬底上。
可选地，所述第一嵌段共聚物层进行自组装的步骤包括：
对所述第一嵌段共聚物层进行热退火处理，使得所述第一嵌段共聚物层进行自组装。
可选地，所述第二嵌段共聚物层进行自组的步骤包括：
对所述第二嵌段共聚物层进行热退火处理，使得所述第二嵌段共聚物层进行自组装。
可选地，所述第一嵌段共聚物溶液包括聚甲基丙烯酸甲酯聚苯乙烯(PMMA-b-PS)共聚物溶液或聚碳酸酯聚苯乙烯共聚物(PC-b-PS)溶液或聚二甲基硅氧烷聚苯乙烯共聚物(PDMS-b-PS)溶液。
可选地，所述非目标物质为聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯或聚苯乙烯。
可选地，所述目标物质为聚苯乙烯或聚二甲基硅氧烷。
通过本发明实施方式提供的上述技术方案，能够获得最小尺寸为3nm的纳米结构，为下一代光刻技术的高分辨率奠定了良好的基础。；去除两端侧壁光刻胶所使用的光掩模板为无图案的空白掩模版，两次利用DSA技术进行结构成形，第一次层状相纳米结构以侧壁为诱导，第二次的层状相纳米结构以第一次的层状相纳米结构为诱导自组装而成，从而在整个半导体衬底区域范围内形成了纳米结构，最大范围内的获得了纳米结构，为提高光刻技术中的分辨率奠定了良好基础。
附图说明
图1显示为本发明一实施例所述的半导体衬底及光刻胶的示意图；
图2显示为本发明一实施例所述的去除中间区域的光刻胶示意图；
图3显示为本发明一实施例所述的第一嵌段共聚物层的示意图；
图4显示为本发明一实施例所述的第一层状相的示意图；
图5显示为本发明一实施例所述的去除侧壁光刻胶的第一层状相的结构示意图；
图6显示为本发明一实施例所述的第二嵌段共聚物层的示意图；
图7显示为本发明一实施例所述的第二层状相的示意图；
图8显示为本发明一实施例所述的由目标物质构成的纳米结构的示意图。
元件标号说明
标号
名称
1
半导体衬底
2
光刻胶
21
侧壁光刻胶
22
中间区域
3
第一嵌段共聚物层
4
第一层状相
5
第二嵌段共聚物层
6
第二层状相
7
非目标物质
8
目标物质
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1-8所示，一种基于DSA的光刻方法，能够获得全半导体衬底区域范围内的纳米结构，包括步骤：
在半导体衬底1上形成一层光刻胶2，并去除中间区域22的光刻胶、在左右两个端部留有侧壁光刻胶21；
在所述中间区域填充第一嵌段共聚物溶液形成第一嵌段共聚物层3，所述第一嵌段共聚物层进行自组装、形成第一层状相4；
去除上述左右两个端部的侧壁光刻胶，并在左右两个端部上形成第二嵌段共聚物层5，并以所述第一层状相为诱导结构、所述第二嵌段共聚物层进行自组装、形成第二层状相6；
去除第一层状相及第二层状相中的非目标物质7，得到由目标物质8构成的周期性纳米结构。
上述的目标物质为自组装后需要保留的、用于形成周期性纳米结构的物质，非目标物质则是为了形成周期性纳米结构而需要去除的物质。
通过上述技术方案，能够获得最小尺寸为3nm的纳米结构，为下一代光刻技术的高分辨率奠定了良好的基础。去除两端侧壁光刻胶所使用的光掩模板为无图案的空白掩模版，并且两次利用DSA技术进行结构成形，第一次层状相纳米结构以侧壁为诱导，第二次的层状相纳米结构以第一次的层状相纳米结构为诱导自组装而成，从而在整个半导体衬底区域范围内形成了纳米结构，最大范围内的获得了纳米结构，为提高光刻技术中的分辨率奠定了良好基础。
在某一实施方式中，所述第二嵌段共聚物层的高度与所述第一嵌段共聚物层的高度一致。这样能够有效保证两次形成的层状相结构具有相同的高度。
在某一实施方式中，所述的去除中间区域的光刻胶的步骤包括：
通过先曝光后显影去除中间区域的光刻胶。在该步骤中使用的光掩模板是为了实现电子电路图案的转移，用来定义图案形状和位置，形成第一次诱导结构。通过该步骤获取侧壁，为下一步的第一次自组装提供诱导。
在某一实施方式中，所述的去除左右两个端部的侧壁光刻胶的步骤包括：
通过先曝光后显影去除左右两个端部的侧壁光刻胶。在该步骤中使用的光掩模板为无具体图案的空白掩模版，即该掩模版只是进行了曝光区域的选择，并不是为了实现电子电路图案的转移。去除侧壁的光刻胶为下一步的填充BCP溶液提供了区域。
在某一实施方式中，所述的在半导体衬底上形成一层光刻胶的步骤包括：
将光刻胶旋涂在所述半导体衬底上。从而在所述半导体衬底上形成一层光刻胶。通过旋涂的方式能够使得光刻胶的厚度均匀。
在某一实施方式中，所述第一嵌段共聚物层进行自组装的步骤包括：
对所述第一嵌段共聚物层进行热退火处理，使得所述第一嵌段共聚物层进行自组装。通过热退火处理能够使得第一嵌段共聚物层进行自组装，从而形成第一层状相。
在某一实施方式中，所述第二嵌段共聚物层进行自组的步骤包括：
对所述第二嵌段共聚物层进行热退火处理，使得所述第二嵌段共聚物层进行自组装。通过热退火处理能够使得第二嵌段共聚物层进行自组装，从而形成第二层状相。
在某一实施方式中，所述第一嵌段共聚物溶液包括聚甲基丙烯酸甲酯聚苯乙烯共聚物(PS-b-PMMA)溶液或聚碳酸酯聚苯乙烯共聚物(PC-b-PS)溶液或聚二甲基硅氧烷聚苯乙烯共聚物(PDMS-b-PS)溶液。
在某一实施方式中，所述第二嵌段共聚物溶液为聚甲基丙烯酸甲酯聚苯乙烯共聚物(PS-b-PMMA)溶液或聚碳酸酯聚苯乙烯共聚物(PC-b-PS)溶液或聚二甲基硅氧烷聚苯乙烯共聚物(PDMS-b-PS)溶液。
在某一实施方式中，所述非目标物质为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)或聚苯乙烯(PS)。
在某一实施方式中，所述目标物质为聚苯乙烯(PS)或聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
当嵌段共聚物溶液为聚甲基丙烯酸甲酯聚苯乙烯共聚物(PS-b-PMMA)溶液时，则非目标物质为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，目标物质为聚苯乙烯(PS)；当嵌段共聚物溶液为聚碳酸酯聚苯乙烯共聚物(PC-b-PS)溶液，则非目标物质为聚碳酸酯(PC)，目标物质为聚苯乙烯(PS)；当嵌段共聚物溶液为聚二甲基硅氧烷聚苯乙烯共聚物(PDMS-b-PS)溶液，则非目标物质为聚苯乙烯(PS)，目标物质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
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