Abstract. Directed self-assembly (DSA) of block copolymers (BCPs) is one of the most promising techniques to tackle the ever-increasing demand for sublithographic features in semiconductor industries. BCPs with high Flory–Huggins parameter (χ) are of particular interest due to their ability to self-assemble at the length scale of sub-10 nm. However, such high-χ BCPs typically have imbalanced surface energies between respective blocks, making it a challenge to achieve desired perpendicular orientation. To address this challenge, we mixed a fluorine-containing polymeric additive with poly(2-vinylpyridine)-block-polystyrene-block-poly(2-vinylpyridine) (P2VP-b-PS-b-P2VP) and successfully controlled the orientation of the high-χ triblock copolymer. The additive selectively mixes with P2VP block through hydrogen bonding and can reduce the dissimilarity of surface energies between PS and P2VP blocks. After optimizing additive dose and annealing conditions, desired perpendicular orientation formed upon simple thermal annealing. We further demonstrated DSA of this material system with five times density multiplication and a half-pitch as small as 8.5 nm. This material system is also amenable to sequential infiltration synthesis treatment to selectively grow metal oxide in P2VP domains, which can facilitate the subsequent pattern transfer. We believe that this integration-friendly DSA platform using simple thermal annealing holds the great potential for sub-10 nm nanopatterning applications.

中文翻译：

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使用含氟聚合物添加剂对亚 10 nm 图案化的高 χ 三嵌段共聚物的取向控制

摘要。嵌段共聚物 (BCP) 的定向自组装 (DSA) 是解决半导体行业对亚光刻特征不断增长的需求的最有前途的技术之一。具有高 Flory-Huggins 参数 (χ) 的 BCP 由于它们能够在低于 10 nm 的长度尺度上自组装而受到特别关注。然而，这种高 χ BCP 通常在各个块之间具有不平衡的表面能，这使得实现所需的垂直方向成为一个挑战。为了应对这一挑战，我们将含氟聚合物添加剂与聚（2-乙烯基吡啶）-嵌段-聚苯乙烯-嵌段-聚（2-乙烯基吡啶）（P2VP-b-PS-b-P2VP）混合并成功控制了高χ三嵌段共聚物。该添加剂通过氢键选择性地与 P2VP 嵌段混合，可以减少 PS 和 P2VP 嵌段之间表面能的差异。在优化添加剂剂量和退火条件后，通过简单的热退火形成所需的垂直取向。我们进一步展示了这种材料系统的 DSA，它具有 5 倍的密度倍增和小至 8.5 nm 的半节距。该材料系统还适用于顺序渗透合成处理，以选择性地在 P2VP 域中生长金属氧化物，这可以促进随后的图案转移。我们相信，这种使用简单热退火的集成友好型 DSA 平台在亚 10 nm 纳米图案化应用中具有巨大潜力。通过简单的热退火形成所需的垂直取向。我们进一步展示了这种材料系统的 DSA，它具有 5 倍的密度倍增和小至 8.5 nm 的半节距。该材料系统还适用于顺序渗透合成处理，以选择性地在 P2VP 域中生长金属氧化物，这可以促进随后的图案转移。我们相信，这种使用简单热退火的集成友好型 DSA 平台在亚 10 nm 纳米图案化应用中具有巨大潜力。通过简单的热退火形成所需的垂直取向。我们进一步展示了这种材料系统的 DSA，它具有 5 倍的密度倍增和小至 8.5 nm 的半节距。该材料系统还适用于顺序渗透合成处理，以选择性地在 P2VP 域中生长金属氧化物，这可以促进随后的图案转移。我们相信，这种使用简单热退火的集成友好型 DSA 平台在亚 10 nm 纳米图案化应用中具有巨大潜力。该材料系统还适用于顺序渗透合成处理，以在 P2VP 域中选择性地生长金属氧化物，这可以促进随后的图案转移。我们相信，这种使用简单热退火的集成友好型 DSA 平台在亚 10 nm 纳米图案化应用中具有巨大潜力。该材料系统还适用于顺序渗透合成处理，以在 P2VP 域中选择性地生长金属氧化物，这可以促进随后的图案转移。我们相信，这种使用简单热退火的集成友好型 DSA 平台在亚 10 nm 纳米图案化应用中具有巨大潜力。