專利名稱：一種消除旁瓣圖案的集成電路制造方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于集成電路中的光刻制造，特別是有關于利用水溶性負型光阻在光刻制造中的制造方法。
背景技術：
目前的集成電路光刻制造非常復雜，大多包含了數(shù)十個以上的光罩步驟。一般光刻制造中所使用的光阻是由樹脂、感光劑、溶劑與其它添加物所混合而成，遇光之后會產(chǎn)生鏈接使光阻結構加強而不溶于顯影劑時，稱為負光阻；反之，則稱為正光阻。光阻的優(yōu)劣除了光阻的感光能力之外，應該還具備良好的附著性、抗蝕刻性及分辨率(resolution)。因此，光阻的材料性質與性能與制造的合格率和精確度有極為密切的關系。
要成功完成光刻制造，除了選擇光阻的材料外，還需留意線寬、疊對、合格率和組件特性，而評估光刻制造中轉移圖案品質的好壞，主要是依據(jù)分辨率以及聚焦深度兩項指針，分辨率越高、聚焦深度越深代表圖案之轉移品質越佳。隨著組件積集度的日益提升，當線寬與線距愈趨細微，對光刻制造之分辨率的要求也越來越高。在制作集積度高、圖案細密的集成電路時，光刻制造中光學的衍射效應(diffraction effect)例如鄰近效應(proximity effect)，會造成主體對比性及分辨率不良，而產(chǎn)生不完全或錯誤的電路圖案。為了要提高光學曝光系統(tǒng)之分辨率，通常需使用波長較短之光源來作為曝光光源。然而，光源波長的縮減會導致聚焦深度(depth of focus；DOF)縮小，對于0.5微米以下之線寬而言，其聚焦深度幾乎等于表面起伏之差異，不易成功聚焦。一般是利用高數(shù)值孔徑的設備來改善曝光寬容度與印刷程度，但是如此卻更導致聚焦深度的減少。
舉例來說，當組件線寬尺寸縮減至0.4光波長(λ)/數(shù)值孔徑(numericalaperture；NA)時，聚焦深度則隨之縮減至0.2光波長/數(shù)值半孔徑(numerical halfaperture；NHA)平方的等級，其中數(shù)值孔徑代表光學曝光qz系統(tǒng)之數(shù)值孔徑的數(shù)值，而光波長代表光學曝光系統(tǒng)所使用之光源的波長。然而，例如在光波長為193納米，且數(shù)值孔徑為0.65NA下，其光刻設計準則為0.10微米，為了描繪出0.10微米之接觸洞圖案，線寬尺寸需縮減至0.34λ/NA，而聚焦深度則縮減至約0.32微米，聚焦深度相當小。較淺之聚焦深度會導致顯影劑無法顯影至光阻底部，而造成接觸金屬導線無法完全接觸到組件，甚至造成接觸金屬導線無法與組件接觸而形成斷路。因此，造成組件的電性穩(wěn)定度降低，導致制造可靠度下降。
為了兼顧高分辨率與較深的聚焦深度，公知技術是利用例如減光型相移式光罩(attenuated phase shifting masks；AttPSM)、高傳送減光型相移式光罩(hightransmission AttPSM)、或散射柵(scattering bar)技術等，來改善光刻制造限中定接觸洞時的制造窗。
上述之發(fā)明背景中，在公知制造集成電路結構之接觸洞的光刻制造曝光步驟中，使用例如減光型相位移式光罩、高傳送減光型相移式光罩或具有散射柵之光罩時，會因為旁瓣的影響而造成光阻層上造成不預期的圖案與表面?zhèn)?surface damage)，而在蝕刻過程中會損害到組件。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的之一為提供一種消除旁瓣圖案的制造方法，可應用于集成電路的光刻制造中，是將另一光阻覆蓋于已定義的第一光阻層上，以修補旁瓣所造成的不預期圖案。
本發(fā)明的另一目的是將水溶性負型光阻應用在集成電路的光刻制造中，利用此水溶性負型光阻作為形成于第二光阻層上的第二光阻層，由于此水溶性負型光阻之組成至少包括聚合物、光活性化合物、抑制劑、交聯(lián)劑、以及水性溶劑等，并不會與第一光阻層互相混合，更在曝光即可以去離子水來顯影出預定之光阻圖案。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明所提供消除旁瓣圖案的集成電路制造方法包括在基材上形成已定義電路開口圖案的第一光阻層后，進行一光刻制造，形成一水溶性負型光阻于第一光阻層上，并與第一光阻層產(chǎn)生交聯(lián)(cross-link)作用。上述之水溶性負光阻是填滿第一光阻層上由旁瓣所造成的圖案，并暴露出第一光阻層先前所定義的電路開口圖案。
上述之水溶性負型光阻成分包括可為水溶性，且占水溶性負型光阻之重量百分比介于約4％至約8％的一聚合物；可為水溶性光酸產(chǎn)生劑(Photo AcidGenerator；PAG)，且光活性化合物占該水溶性負型光阻之重量百分比介于約0.01％至約0.1％的一光活性化合物(Photo-Active Compound)；可為水溶性胺類(Amine)，且占水溶性負型光阻之濃度介于約百萬分之1(Parts Per Million；ppm)至約30ppm之一抑制劑(Quencher)；可為水溶性，且占水溶性負型光阻之重量百分比介于約0.5％至約2％之一交聯(lián)劑(Crosslinking Agent)；以及，包含去離子水(De-Ionized Water；D.I.W)之一溶劑?；蛘?，上述溶劑可由去離子水與異丙醇(Isopropyl Alcohol；IPA)所組成，其中異丙醇占水溶性負型光阻之重量百分比介于約4％至約7％之間。
因此，將本發(fā)明與相移式光罩(PSM)或具有散射柵(scarttering bar)的二元式光罩(binary mask)搭配應用后，于光刻曝光中不但可增加聚焦深度，降低光罩誤差是數(shù)外，更可減少公知旁瓣圖案的缺點以降低對晶園表面的損害。
附圖簡要說明本發(fā)明的較佳實施例將于往后之說明文字中輔以下列圖形做更詳細的闡述，其中

圖1至圖5是繪示依據(jù)本發(fā)明之一較佳實施例之形成光阻圖案的方法之制造過程剖面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明揭露一種去除旁瓣圖案的集成電路制造方法，利用水溶性負型光阻來修補旁瓣所造成的不預期圖案。本發(fā)明利用一較佳實施例來進行說明，請參照下列描述并配合圖1至圖5之圖標，其中圖1至圖5圖1至圖5是繪示依據(jù)本發(fā)明之一較佳實施例之形成光阻圖案的方法的制造過程剖面圖。
請參照圖1，首先，提供基材100，并且基材100上已具有利用例如旋涂(Spin Coating)方式所形成的第一光阻層102。其中第一光阻層102可為正型光阻，且第一光阻層102可由I-線(I-Line)光阻、氟化氪(KrF)光阻、氟化氬(ArF)光阻、氟二量體(F2)光阻、極紫外光(Extreme Ultraviolet；EUV)光阻或電子束(Electron-Beam；EB)光阻及其組合所構成。接著，利用第一光罩104進行光刻制造，此第一光罩104可為減光型相移式光罩(attenuated phase shifting mask；AttPSM)、高傳送減光型相移式光罩(high transmission AttPSM)、交替式相移光罩(Alternating Phase-Shifting Mask；Alt PSM)或具有散射柵之二元光罩等，以增加聚焦深度與制造窗。并利用波長365納米(nanometer；nm)、248nm、193nm、157nm之光源、極紫外光或電子束進行曝光接著請參照圖2，經(jīng)過上述光刻制造后，形成第一光阻層102a，此第一光阻層102a中具有數(shù)個例如為接觸窗結構的開口，而形成作為電路連接用之圖案108。另外，除了圖案108外，第一光阻層102a中也會因為第一光罩104所造成之旁瓣影響，而具有不預期的旁瓣圖案110。此旁瓣圖案會造成光阻的表面?zhèn)?surface damage)，并在后續(xù)蝕刻過程中會損害到集成組件。
然后，形成第二光阻層112覆蓋在第一光阻層102a、基材100、圖案108與旁瓣圖案110，并填滿圖案108與旁瓣圖案110，而形成如圖3所示之結構。第二光阻層112是由水溶性負型光阻所構成，其基本成分包括聚合物、光活性化合物、抑制劑、交聯(lián)劑、以及溶劑等。
其中，聚合物可為水溶性聚合物，占水溶性負型光阻之重量百分比介于約4％至約8％之間，其較佳之具體例子如聚乙烯醇縮乙醛(polyvinylacetal)、聚乙烯基吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone；PVP)、聚烯丙酸(polyallylic Acid)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol；PVA)、聚乙烯亞胺(polyethyleneimine)、聚環(huán)氧乙烷(polyethylene oxide；PEO)、以及聚乙烯基胺(polyvinylamine)等，更佳者為聚乙烯醇縮乙醛，而聚乙烯醇縮乙醛之結構式(I)如下所示 光活性化合物為水溶性光酸產(chǎn)生劑(photo acid generator；PAG)，且此光活性化合物占水溶性負型光阻之重量百分比介于約0.01％至約0.1％之間，其較佳的具體例子如嗡鹽衍生物(onium salt derivative)與三氮苯衍生物(triazinederivative)等，更佳者為嗡鹽衍生物PAG2087與PAG-C，而PAG2087之結構式(II)與PAG-C之結構式(III)分別如下所示 結構式(II) 結構式(III)抑制劑是為水溶性胺類(amine)，且此光活性化合物占水溶性負型光阻之濃度介于約百萬分之1(parts per million；ppm)至約30ppm之間，其較佳之具體例子如乙胺(ethylamine)、二甲胺(dimethylamine)、二乙胺(diethylamine)、三甲胺(trimethylamine)、三乙胺(triethylamine)、正丙胺(n-propylamine)、異丙胺(isopropylamine)、第二丁胺(s-butylamine)、第三丁胺(t-butylamine)、環(huán)己胺(cyclohexylamine)、乙二胺(ethylenediamine)、六亞甲二胺(hexamethylenediamine)、乙醇胺(monoethanolamine；MEA)、二乙醇胺(diethanolamine；DEA)、三乙醇胺(triethanolamine；TEA)、正丁基二乙醇胺(n-butyldiethanolamine)、四甲基氫氧化銨(tetra-methyl ammonium hydroxide；TMAH)、四丁基氫氧化銨(tetra-butyl ammonium hydroxide；TBAH)與膽堿(choline)等，更佳者為四丁基氫氧化銨。
交聯(lián)劑為水溶性交聯(lián)劑，且此光活性化合物占水溶性負型光阻之重量百分比介于約0.5％至約2％之間，其較佳之具體例子如尿素衍生物(urea derivative)與三聚氰胺衍生物(melamine derivative)，例如為環(huán)氧乙基尿素(ethyleneurea)，其中環(huán)氧乙基尿素之結構式(IV)如下所示 結構式(IV)上述之官能基R1、R2、R3以及R4是選自于由氫與烷基(alkyl group)所組成之一族群，其中更佳者為甲氧基羥甲基尿素(methoxy-methylol-urea)。
溶劑至少包括去離子水(de-ionized water；D.I.W)，其中去離子水占水溶性負型光阻之重量百分比介于約85％至約90％之間。根據(jù)本發(fā)明之水溶性負型光阻，溶劑更可以由去離子水與異丙醇所組成，其中異丙醇占水溶性負型光阻之重量百分比介于約4％至約7％之間。
接著，請參照圖4，進行一第二光刻制造，利用第二光罩114進行第二光阻層112的定義。其中，在第二光刻制造前，可先進行軟烤(soft bake；SB)步驟，例如利用約85℃之溫度軟烤此水溶性負型光阻約70秒。接著，進行曝光步驟，利用波長365納米(nanometer；nm)、248nm、193nm、157nm之光源、極紫外光或電子束對此水溶性負型光阻曝光，以將第二光罩之圖案轉移至此水溶性負型光阻上。然后，進行曝光后烘烤(post exposure bake；PEB)，例如利用約130℃之溫度烘烤此水溶性負型光阻約90秒。之后，進行顯影步驟，其是利用例如去離子水或去離子水與醇類(alcohol)所混和之溶劑，將第二光阻層104中所轉移之潛在圖案顯現(xiàn)出來，形成第二光阻層112a，以暴露出第一光阻層102a中作為電路連接用的圖案108，并選擇性地保留填滿旁瓣圖案110的第二光阻層104，而形成如圖5所示之結構。
值得注意的是，上述之軟烤步驟用已將光阻層的部分容易由光阻中驅除的步驟，而曝光后烘烤步驟是進一步將光阻內(nèi)所殘留的溶劑含量，借著蒸發(fā)而達到最低。此兩烘烤步驟并不影響本發(fā)明之方法與水溶性負型光阻的功效，因此并不限制本發(fā)明之范圍。
另外本發(fā)明所采用之光罩，是視實際需求及所采用之光阻的種類，而選擇具不同背景的光罩。舉例而言，當?shù)谝还庾鑼訛檎庾钑r，所選用之第一光罩應具暗背景且所需之圖案應為透明，而當?shù)诙庾鑼訛樗苄载摴庾钑r，所選用之第二光罩應具透明背景且所需之圖案應為不透明。
綜合上述，本發(fā)明之一優(yōu)點就是提供一種水溶性負型光阻，由于此水溶性負型光阻不會與第一光阻層互相混合，在曝光時即可以去離子水來顯影出預定之光阻圖案。本發(fā)明的另一優(yōu)點為提供一種消除旁瓣圖案之集成電路制造方法，其是利用水溶性負型光阻來修補不預期的旁瓣圖案，使得在應用減光型相移式光罩、高傳送減光型相移式光罩、交替式相移式光罩或具有散射柵之光罩以提高聚焦深度時，不會產(chǎn)生公知旁瓣圖案所造成的影響。如此，以滿足制作線寬更小之集成電路的需求。
如熟悉此技術之人員所了解的，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請專利范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包括在下述之申請專利范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種消除旁瓣圖案的集成電路制造方法，至少包括形成一水溶性負型光阻于一第一光阻層上，并進行一光刻制造，其中部分之該水溶性負光阻是與該第一光阻層產(chǎn)生交聯(lián)(cross-link)作用，而填滿該第一光阻層上由旁瓣(sidelobe)所造成的圖案，且暴露出該第一光阻層之一電路開口圖案。
2.如權利要求1所述的消除旁瓣圖案的集成電路制造方法，其特征在于上述之水溶性負型光阻之成分至少包括一聚合物，其中該聚合物是為一水溶性聚合物，且該聚合物占該水溶性負型光阻之一重量百分比介于約4％至約8％之間；一光活性化合物(Photo-Active Compound)，其中該光活性化合物是為一水溶性光酸產(chǎn)生劑(Photo Acid Generator；PAG)，且該光活性化合物占該水溶性負型光阻之一重量百分比介于約0.01％至約0.1％之間；一抑制劑(Quencher)，其中該抑制劑是為一水溶性胺類(Amine)，且該抑制劑占該水溶性負型光阻之一濃度介于約百萬分之1(Parts Per Million；ppm)至約30ppm之間；一交聯(lián)劑(Crosslinking Agent)，其中該交聯(lián)劑是為一水溶性交聯(lián)劑，且該交聯(lián)劑占該水溶性負型光阻之一重量百分比介于約0.5％至約2％之間；以及一溶劑，其中該溶劑至少包括一去離子水(De-Ionized Water；DIW)。
3.如權利要求2所述的消除旁瓣圖案的集成電路制造方法，其特征在于該水溶性聚合物之材質是選自于由聚乙烯醇縮乙醛(Polyvinylacetal)、聚乙烯基吡咯烷酮(Polyvinyl Pyrrolidone；PVP)、聚烯丙酸(Polyallylic Acid)、聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol；PVA)、聚乙烯亞胺(Polyethyleneimine)、聚環(huán)氧乙烷(Polyethylene Oxide；PEO)、以及聚乙烯基胺(Polyvinylamine)所組成之一族群。
4.如權利要求2所述的消除旁瓣圖案的集成電路制造方法，其特征在于該水溶性光酸產(chǎn)生劑之材質是選自于由嗡鹽衍生物(Onium Salt Derivative)與三氮苯衍生物(Triazine Derivative)所組成之一族群。
5.如權利要求2所述的消除旁瓣圖案的集成電路制造方法，其特征在于上述之水溶性胺類之材質是選自于由乙胺(Ethylamine)、二甲胺(Dimethylamine)、二乙胺(Diethylamine)、三甲胺(Trimethylamine)、三乙胺(Triethylamine)、正丙胺(n-Propylamine)、異丙胺(Isopropylamine)、第二丁胺(s-Butylamine)、第三丁胺(t-Butylamine)、環(huán)己胺(Cyclohexylamine)、乙二胺(Ethylenediamine)、六亞甲二胺(Hexamethylenediamine)、乙醇胺(Monoethanolamine；MEA)、二乙醇胺(Diethanolamine；DEA)、三乙醇胺(Triethanolamine；TEA)、正丁基二乙醇胺(n-Butyldiethanolamine)、四甲基氫氧化銨(Tetramethyl ammonium Hydroxide；TMAH)、四丁基氫氧化銨(Tetrabutylammonium Hydroxide；TBAH)與膽堿(Choline)所組成之一族群。
6.如權利要求2所述的消除旁瓣圖案的集成電路制造方法，其特征在于該水溶性交聯(lián)劑之材質是選自于由尿素衍生物(Urea Derivative)與三聚氰胺衍生物(Melamine Derivative)所組成之一族群。
7.如權利要求2所述的消除旁瓣圖案的集成電路制造方法，其特征在于該溶劑更至少由該去離子水與一異丙醇(Isopropyl Alcohol；IPA)所組成，且該異丙醇占該水溶性負型光阻之一重量百分比介于約4％至約7％之間，且該去離子水占該水溶性負型光阻之一重量百分比介于約85％至約90％之間。
8.如權利要求1所述的消除旁瓣圖案的集成電路制造方法，其特征在于上述之第一光阻層之材質是為一正光阻，并選自于由I線光阻、氟化氪(KrF)光阻、氟化氬(ArF)光阻、氟二量體(F2)光阻以及極紫外光(extreme ultraviolet；EUV)光阻及其組合所組成之一族群。
9.如權利要求1所述的消除旁瓣圖案的集成電路制造方法，其特征在于上述之第一光阻層是利用一光罩以形成該電路開口圖案，該光罩是可選自于由減光型相移式光罩(attenuated phase shifting mask；AttPSM)、高傳送減光型相移式光罩(high transmission AttPSM)、交替式相移光罩(AlternatingPhase-Shifting Mask；Alt PSM)以及具有散射柵之二元光罩及其組合所組成之一族群。
10.如權利要求1所述的消除旁瓣圖案的集成電路制造方法，其特征在于上述之光刻制造是利用一光源對該水溶性負型光阻進行曝光，藉以產(chǎn)生該交聯(lián)作用，且該光源是選自于由一365納米(Nanometer；nm)光源、一248nm光源、一193nm光源、一157nm光源、一極紫外光光源與一電子束(Electron Bean；EB)所組成之一族群。
11.如權利要求1所述的消除旁瓣圖案的集成電路制造方法，其特征在于上述之光刻制造是利用一溶劑進行顯影制造，以去除一部份之該水溶液負型光阻，而暴露出該第一光阻層之該電路開口圖案，且該溶劑是可選自于由一去離子水、以及該去離子水與一醇類之混合水溶液所組成之一族群。
全文摘要
一種消除旁瓣圖案的集成電路制造方法，是在原先以定義電路開口圖案的第一光阻層上，形成由水溶性負型光阻所構成之第二光阻層。接著，利用光罩對第二光阻層進行曝光，并利用去離子水進行顯影，而暴露出需要的電路開口圖案，并選擇性保留位于不預期之旁瓣開口圖案上之部分第二光阻層而達到修補的目的。其中，上述之水溶性負型光阻是由聚合物、光活性化合物、抑制劑、交聯(lián)劑、以及溶劑所構成。
文檔編號H01L21/02GK1490843SQ02147349
公開日2004年4月21日 申請日期2002年10月18日 優(yōu)先權日2002年10月18日
發(fā)明者何邦慶, 陳建宏 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司