本發(fā)明屬于聚合物自組裝圖案化領(lǐng)域，具體涉及一種具有5nm以下特征尺寸且能高效自組裝圖案化的離子型均聚物及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、定向自組裝（dsa）技術(shù)是光刻工藝和納米制造中應(yīng)用廣泛的圖案化方法。傳統(tǒng)的嵌段共聚物（bcps）可以利用微相分離原理在納米尺度上進(jìn)行定向自組裝，形成清晰的間距和有序的形態(tài)，如球形（bcc）、圓柱形（hex）和層狀（lam）。然而在當(dāng)前工藝中，bcps需要在高溫（>120℃）、溶劑溶解（四氫呋喃、氯仿、甲苯等）和長(zhǎng)時(shí)間（12-96小時(shí)）的條件下退火，才能獲得穩(wěn)定和長(zhǎng)程有序的納米結(jié)構(gòu)，其特征尺寸（ d）也容易受到bcps分子量波動(dòng)的影響。

2、與bcps中嵌段之間的相互作用不同，均聚物的微相分離是通過(guò)嵌段和單體之間以及單體鏈段之間的作用實(shí)現(xiàn)的。均聚物的微相分離可以進(jìn)一步縮短相結(jié)構(gòu)的特征尺寸，并獲得5nm以下超高分辨率的納米圖案。與bcps相比，均聚物的特征尺寸幾乎與分子量無(wú)關(guān)，這降低了材料的合成難度，增加了特征尺寸控制的準(zhǔn)確性。雖然均聚物的自組裝溫度和自組裝時(shí)間與bcps相比都有減小，但目前其自組裝過(guò)程需要在潮濕或水條件下進(jìn)行，且圖案的對(duì)比度較低，導(dǎo)致均聚物在圖案化過(guò)程中的應(yīng)用受到很大限制。因此，在簡(jiǎn)化自組裝過(guò)程的同時(shí)，有效增強(qiáng)均聚物中主鏈和側(cè)鏈之間的相互作用，進(jìn)而開發(fā)一種更高分辨率、高效自組裝圖案化的均聚物材料具有十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是拓寬用于光刻工藝和納米制造領(lǐng)域的圖案化材料類別，提供一種具有5nm以下特征尺寸且可高效自組裝圖案化的離子型均聚物及其制備方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種具有5nm以下特征尺寸且能高效自組裝圖案化的離子型均聚物，其是由含磺酸基團(tuán)的主鏈和含有機(jī)堿的長(zhǎng)烷基側(cè)鏈r構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)通式如下：

4、，

5、其中，n（聚合度）=200-500；

6、所述含有機(jī)堿的長(zhǎng)烷基側(cè)鏈r來(lái)源于長(zhǎng)烷基鏈有機(jī)堿，其具體為長(zhǎng)烷基鏈二甲基叔胺（，a=12-22）或長(zhǎng)烷基鏈咪唑（，i=12-22）。

7、所述具有5nm以下特征尺寸且能高效自組裝圖案化的離子型均聚物的制備方法是將長(zhǎng)烷基鏈有機(jī)堿和溶劑混合，加入不同聚合度的聚苯乙烯磺酸并混合均勻，室溫下攪拌24-96小時(shí)，之后除去溶劑，并用正己烷洗滌除去過(guò)量的長(zhǎng)烷基鏈有機(jī)堿，然后過(guò)濾并干燥，得到所述離子型均聚物。

8、進(jìn)一步地，所述溶劑為甲醇、乙醇、四氫呋喃、1,4-二氧六環(huán)中的一種。

9、進(jìn)一步地，所用聚苯乙烯磺酸與長(zhǎng)烷基鏈有機(jī)堿的摩爾比為1:(1.2-2.5)，以保證酸的完全反應(yīng)。

10、所述具有5nm以下特征尺寸且能高效自組裝圖案化的離子型均聚物的應(yīng)用方法，是將所述離子型均聚物在無(wú)溶劑、室溫、真空條件下退火30-60分鐘，以實(shí)現(xiàn)其自組裝。

11、進(jìn)一步地，所述離子型均聚物經(jīng)自組裝后具有如下特征之一：

12、（1）所述離子型均聚物可獲得圓柱狀納米圖案，其特征尺寸≤4.2nm；

13、（2）所述離子型均聚物可獲得層狀納米圖案，其特征尺寸≤4.5nm。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

15、（1）本發(fā)明制備的離子型均聚物通過(guò)長(zhǎng)烷基鏈有機(jī)堿和聚苯乙烯磺酸在室溫下的靜電作用連接而成，其制備與純化工藝簡(jiǎn)單。同時(shí)，靜電作用增強(qiáng)了兩鏈段的不相容性，且長(zhǎng)烷烴側(cè)鏈可以精準(zhǔn)控制圖案的特征尺寸和納米結(jié)構(gòu)，并與其分子量無(wú)關(guān)。因此，該方法大大改善了材料特征尺寸的均勻性，降低了材料的合成難度。

16、（2）本發(fā)明制備的離子型均聚物可在室溫、無(wú)溶劑條件下實(shí)現(xiàn)高效自組裝，自組裝工藝簡(jiǎn)便且綠色無(wú)污染，所獲得的納米圖案最小特征尺寸到達(dá)了3nm（圓柱狀）和4nm（層狀）。

17、（3）本發(fā)明制備的離子型均聚物進(jìn)一步突破了圖案化材料的極限特征尺寸，實(shí)現(xiàn)了超高分辨率的相分離和圖案化，為半導(dǎo)體光刻用圖案化材料提供一種便捷高效的新方向。

技術(shù)特征：

1.一種具有5nm以下特征尺寸且能高效自組裝圖案化的離子型均聚物，其特征在于：其結(jié)構(gòu)通式如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有5nm以下特征尺寸且能高效自組裝圖案化的離子型均聚物，其特征在于：其制備方法是將長(zhǎng)烷基鏈有機(jī)堿和溶劑混合，加入聚苯乙烯磺酸并混合均勻，室溫下攪拌24-96小時(shí)，之后除去溶劑，并用正己烷洗滌除去過(guò)量的長(zhǎng)烷基鏈有機(jī)堿，然后過(guò)濾并干燥，得到所述離子型均聚物。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有5nm以下特征尺寸且能高效自組裝圖案化的離子型均聚物，其特征在于：所述溶劑為甲醇、乙醇、四氫呋喃、1,4-二氧六環(huán)中的一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有5nm以下特征尺寸且能高效自組裝圖案化的離子型均聚物，其特征在于：所用聚苯乙烯磺酸與長(zhǎng)烷基鏈有機(jī)堿的摩爾比為1:(1.2-2.5)。

5.一種如權(quán)利要求1所述的具有5nm以下特征尺寸且能高效自組裝圖案化的離子型均聚物的應(yīng)用方法，其特征在于：將所述離子型均聚物在無(wú)溶劑、室溫、真空條件下退火30-60分鐘，以實(shí)現(xiàn)其自組裝。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有5nm以下特征尺寸且可高效自組裝圖案化的離子型均聚物的應(yīng)用方法，其特征在于：所述離子型均聚物經(jīng)自組裝后獲得的是特征尺寸≤4.2nm的圓柱狀納米圖案，或特征尺寸≤4.5nm的層狀納米圖案。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種具有5nm以下特征尺寸且可高效自組裝圖案化的離子型均聚物及其制備方法，所述離子型均聚物是采用聚苯乙烯磺酸與長(zhǎng)烷基鏈有機(jī)堿通過(guò)酸堿混合靜電作用相連接而成，其工藝簡(jiǎn)單，且所得均聚物能夠?qū)崿F(xiàn)在室溫、無(wú)溶劑條件下的高效自組裝，并可獲得特征尺寸低至3nm的圓柱狀和4nm的層狀納米圖案。本發(fā)明通過(guò)酸堿混合靜電作用增強(qiáng)了均聚物主體和長(zhǎng)烷基側(cè)鏈的不相容性，且利用烷烴側(cè)鏈長(zhǎng)度可精準(zhǔn)控制圖案的特征尺寸和微觀形狀，為超高分辨率半導(dǎo)體光刻用圖案化材料提供了一種便捷高效的新方向。

技術(shù)研發(fā)人員：侯琳熙,翁森,盧振,肖龍強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：福州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9