专利名称：一种消除旁瓣图案的集成电路制造方法
技术领域：
本发明是有关于集成电路中的光刻制造，特别是有关于利用水溶性负型光阻在光刻制造中的制造方法。
背景技术：
目前的集成电路光刻制造非常复杂，大多包含了数十个以上的光罩步骤。一般光刻制造中所使用的光阻是由树脂、感光剂、溶剂与其它添加物所混合而成，遇光之后会产生链接使光阻结构加强而不溶于显影剂时，称为负光阻；反之，则称为正光阻。光阻的优劣除了光阻的感光能力之外，应该还具备良好的附着性、抗蚀刻性及分辨率(resolution)。因此，光阻的材料性质与性能与制造的合格率和精确度有极为密切的关系。
要成功完成光刻制造，除了选择光阻的材料外，还需留意线宽、叠对、合格率和组件特性，而评估光刻制造中转移图案品质的好坏，主要是依据分辨率以及聚焦深度两项指针，分辨率越高、聚焦深度越深代表图案之转移品质越佳。随着组件积集度的日益提升，当线宽与线距愈趋细微，对光刻制造之分辨率的要求也越来越高。在制作集积度高、图案细密的集成电路时，光刻制造中光学的衍射效应(diffraction effect)例如邻近效应(proximity effect)，会造成主体对比性及分辨率不良，而产生不完全或错误的电路图案。为了要提高光学曝光系统之分辨率，通常需使用波长较短之光源来作为曝光光源。然而，光源波长的缩减会导致聚焦深度(depth of focus；DOF)缩小，对于0.5微米以下之线宽而言，其聚焦深度几乎等于表面起伏之差异，不易成功聚焦。一般是利用高数值孔径的设备来改善曝光宽容度与印刷程度，但是如此却更导致聚焦深度的减少。
举例来说，当组件线宽尺寸缩减至0.4光波长(λ)/数值孔径(numericalaperture；NA)时，聚焦深度则随之缩减至0.2光波长/数值半孔径(numerical halfaperture；NHA)平方的等级，其中数值孔径代表光学曝光qz系统之数值孔径的数值，而光波长代表光学曝光系统所使用之光源的波长。然而，例如在光波长为193纳米，且数值孔径为0.65NA下，其光刻设计准则为0.10微米，为了描绘出0.10微米之接触洞图案，线宽尺寸需缩减至0.34λ/NA，而聚焦深度则缩减至约0.32微米，聚焦深度相当小。较浅之聚焦深度会导致显影剂无法显影至光阻底部，而造成接触金属导线无法完全接触到组件，甚至造成接触金属导线无法与组件接触而形成断路。因此，造成组件的电性稳定度降低，导致制造可靠度下降。
为了兼顾高分辨率与较深的聚焦深度，公知技术是利用例如减光型相移式光罩(attenuated phase shifting masks；AttPSM)、高传送减光型相移式光罩(hightransmission AttPSM)、或散射栅(scattering bar)技术等，来改善光刻制造限中定接触洞时的制造窗。
上述之发明背景中，在公知制造集成电路结构之接触洞的光刻制造曝光步骤中，使用例如减光型相位移式光罩、高传送减光型相移式光罩或具有散射栅之光罩时，会因为旁瓣的影响而造成光阻层上造成不预期的图案与表面伤害(surface damage)，而在蚀刻过程中会损害到组件。
发明内容
因此，本发明的目的之一为提供一种消除旁瓣图案的制造方法，可应用于集成电路的光刻制造中，是将另一光阻覆盖于已定义的第一光阻层上，以修补旁瓣所造成的不预期图案。
本发明的另一目的是将水溶性负型光阻应用在集成电路的光刻制造中，利用此水溶性负型光阻作为形成于第二光阻层上的第二光阻层，由于此水溶性负型光阻之组成至少包括聚合物、光活性化合物、抑制剂、交联剂、以及水性溶剂等，并不会与第一光阻层互相混合，更在曝光即可以去离子水来显影出预定之光阻图案。
根据上述目的，本发明所提供消除旁瓣图案的集成电路制造方法包括在基材上形成已定义电路开口图案的第一光阻层后，进行一光刻制造，形成一水溶性负型光阻于第一光阻层上，并与第一光阻层产生交联(cross-link)作用。上述之水溶性负光阻是填满第一光阻层上由旁瓣所造成的图案，并暴露出第一光阻层先前所定义的电路开口图案。
上述之水溶性负型光阻成分包括可为水溶性，且占水溶性负型光阻之重量百分比介于约4％至约8％的一聚合物；可为水溶性光酸产生剂(Photo AcidGenerator；PAG)，且光活性化合物占该水溶性负型光阻之重量百分比介于约0.01％至约0.1％的一光活性化合物(Photo-Active Compound)；可为水溶性胺类(Amine)，且占水溶性负型光阻之浓度介于约百万分之1(Parts Per Million；ppm)至约30ppm之一抑制剂(Quencher)；可为水溶性，且占水溶性负型光阻之重量百分比介于约0.5％至约2％之一交联剂(Crosslinking Agent)；以及，包含去离子水(De-Ionized Water；D.I.W)之一溶剂。或者，上述溶剂可由去离子水与异丙醇(Isopropyl Alcohol；IPA)所组成，其中异丙醇占水溶性负型光阻之重量百分比介于约4％至约7％之间。
因此，将本发明与相移式光罩(PSM)或具有散射栅(scarttering bar)的二元式光罩(binary mask)搭配应用后，于光刻曝光中不但可增加聚焦深度，降低光罩误差是数外，更可减少公知旁瓣图案的缺点以降低对晶园表面的损害。
附图简要说明本发明的较佳实施例将于往后之说明文字中辅以下列图形做更详细的阐述，其中
图1至图5是绘示依据本发明之一较佳实施例之形成光阻图案的方法之制造过程剖面图。
具体实施例方式
本发明揭露一种去除旁瓣图案的集成电路制造方法，利用水溶性负型光阻来修补旁瓣所造成的不预期图案。本发明利用一较佳实施例来进行说明，请参照下列描述并配合图1至图5之图标，其中图1至图5图1至图5是绘示依据本发明之一较佳实施例之形成光阻图案的方法的制造过程剖面图。
请参照图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层102。其中第一光阻层102可为正型光阻，且第一光阻层102可由I-线(I-Line)光阻、氟化氪(KrF)光阻、氟化氩(ArF)光阻、氟二量体(F2)光阻、极紫外光(Extreme Ultraviolet；EUV)光阻或电子束(Electron-Beam；EB)光阻及其组合所构成。接着，利用第一光罩104进行光刻制造，此第一光罩104可为减光型相移式光罩(attenuated phase shifting mask；AttPSM)、高传送减光型相移式光罩(high transmission AttPSM)、交替式相移光罩(Alternating Phase-Shifting Mask；Alt PSM)或具有散射栅之二元光罩等，以增加聚焦深度与制造窗。并利用波长365纳米(nanometer；nm)、248nm、193nm、157nm之光源、极紫外光或电子束进行曝光接着请参照图2，经过上述光刻制造后，形成第一光阻层102a，此第一光阻层102a中具有数个例如为接触窗结构的开口，而形成作为电路连接用之图案108。另外，除了图案108外，第一光阻层102a中也会因为第一光罩104所造成之旁瓣影响，而具有不预期的旁瓣图案110。此旁瓣图案会造成光阻的表面伤害(surface damage)，并在后续蚀刻过程中会损害到集成组件。
然后，形成第二光阻层112覆盖在第一光阻层102a、基材100、图案108与旁瓣图案110，并填满图案108与旁瓣图案110，而形成如图3所示之结构。第二光阻层112是由水溶性负型光阻所构成，其基本成分包括聚合物、光活性化合物、抑制剂、交联剂、以及溶剂等。
其中，聚合物可为水溶性聚合物，占水溶性负型光阻之重量百分比介于约4％至约8％之间，其较佳之具体例子如聚乙烯醇缩乙醛(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)、聚乙烯亚胺(polyethyleneimine)、聚环氧乙烷(polyethylene oxide；PEO)、以及聚乙烯基胺(polyvinylamine)等，更佳者为聚乙烯醇缩乙醛，而聚乙烯醇缩乙醛之结构式(I)如下所示 光活性化合物为水溶性光酸产生剂(photo acid generator；PAG)，且此光活性化合物占水溶性负型光阻之重量百分比介于约0.01％至约0.1％之间，其较佳的具体例子如嗡盐衍生物(onium salt derivative)与三氮苯衍生物(triazinederivative)等，更佳者为嗡盐衍生物PAG2087与PAG-C，而PAG2087之结构式(II)与PAG-C之结构式(III)分别如下所示 结构式(II) 结构式(III)抑制剂是为水溶性胺类(amine)，且此光活性化合物占水溶性负型光阻之浓度介于约百万分之1(parts per million；ppm)至约30ppm之间，其较佳之具体例子如乙胺(ethylamine)、二甲胺(dimethylamine)、二乙胺(diethylamine)、三甲胺(trimethylamine)、三乙胺(triethylamine)、正丙胺(n-propylamine)、异丙胺(isopropylamine)、第二丁胺(s-butylamine)、第三丁胺(t-butylamine)、环己胺(cyclohexylamine)、乙二胺(ethylenediamine)、六亚甲二胺(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)、四甲基氢氧化铵(tetra-methyl ammonium hydroxide；TMAH)、四丁基氢氧化铵(tetra-butyl ammonium hydroxide；TBAH)与胆碱(choline)等，更佳者为四丁基氢氧化铵。
交联剂为水溶性交联剂，且此光活性化合物占水溶性负型光阻之重量百分比介于约0.5％至约2％之间，其较佳之具体例子如尿素衍生物(urea derivative)与三聚氰胺衍生物(melamine derivative)，例如为环氧乙基尿素(ethyleneurea)，其中环氧乙基尿素之结构式(IV)如下所示 结构式(IV)上述之官能基R1、R2、R3以及R4是选自于由氢与烷基(alkyl group)所组成之一族群，其中更佳者为甲氧基羟甲基尿素(methoxy-methylol-urea)。
溶剂至少包括去离子水(de-ionized water；D.I.W)，其中去离子水占水溶性负型光阻之重量百分比介于约85％至约90％之间。根据本发明之水溶性负型光阻，溶剂更可以由去离子水与异丙醇所组成，其中异丙醇占水溶性负型光阻之重量百分比介于约4％至约7％之间。
接着，请参照图4，进行一第二光刻制造，利用第二光罩114进行第二光阻层112的定义。其中，在第二光刻制造前，可先进行软烤(soft bake；SB)步骤，例如利用约85℃之温度软烤此水溶性负型光阻约70秒。接着，进行曝光步骤，利用波长365纳米(nanometer；nm)、248nm、193nm、157nm之光源、极紫外光或电子束对此水溶性负型光阻曝光，以将第二光罩之图案转移至此水溶性负型光阻上。然后，进行曝光后烘烤(post exposure bake；PEB)，例如利用约130℃之温度烘烤此水溶性负型光阻约90秒。之后，进行显影步骤，其是利用例如去离子水或去离子水与醇类(alcohol)所混和之溶剂，将第二光阻层104中所转移之潜在图案显现出来，形成第二光阻层112a，以暴露出第一光阻层102a中作为电路连接用的图案108，并选择性地保留填满旁瓣图案110的第二光阻层104，而形成如图5所示之结构。
值得注意的是，上述之软烤步骤用已将光阻层的部分容易由光阻中驱除的步骤，而曝光后烘烤步骤是进一步将光阻内所残留的溶剂含量，借着蒸发而达到最低。此两烘烤步骤并不影响本发明之方法与水溶性负型光阻的功效，因此并不限制本发明之范围。
另外本发明所采用之光罩，是视实际需求及所采用之光阻的种类，而选择具不同背景的光罩。举例而言，当第一光阻层为正光阻时，所选用之第一光罩应具暗背景且所需之图案应为透明，而当第二光阻层为水溶性负光阻时，所选用之第二光罩应具透明背景且所需之图案应为不透明。
综合上述，本发明之一优点就是提供一种水溶性负型光阻，由于此水溶性负型光阻不会与第一光阻层互相混合，在曝光时即可以去离子水来显影出预定之光阻图案。本发明的另一优点为提供一种消除旁瓣图案之集成电路制造方法，其是利用水溶性负型光阻来修补不预期的旁瓣图案，使得在应用减光型相移式光罩、高传送减光型相移式光罩、交替式相移式光罩或具有散射栅之光罩以提高聚焦深度时，不会产生公知旁瓣图案所造成的影响。如此，以满足制作线宽更小之集成电路的需求。
如熟悉此技术之人员所了解的，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示之精神下所完成之等效改变或修饰，均应包括在下述之申请专利范围内。
权利要求
1.一种消除旁瓣图案的集成电路制造方法，至少包括形成一水溶性负型光阻于一第一光阻层上，并进行一光刻制造，其中部分之该水溶性负光阻是与该第一光阻层产生交联(cross-link)作用，而填满该第一光阻层上由旁瓣(sidelobe)所造成的图案，且暴露出该第一光阻层之一电路开口图案。
2.如权利要求1所述的消除旁瓣图案的集成电路制造方法，其特征在于上述之水溶性负型光阻之成分至少包括一聚合物，其中该聚合物是为一水溶性聚合物，且该聚合物占该水溶性负型光阻之一重量百分比介于约4％至约8％之间；一光活性化合物(Photo-Active Compound)，其中该光活性化合物是为一水溶性光酸产生剂(Photo Acid Generator；PAG)，且该光活性化合物占该水溶性负型光阻之一重量百分比介于约0.01％至约0.1％之间；一抑制剂(Quencher)，其中该抑制剂是为一水溶性胺类(Amine)，且该抑制剂占该水溶性负型光阻之一浓度介于约百万分之1(Parts Per Million；ppm)至约30ppm之间；一交联剂(Crosslinking Agent)，其中该交联剂是为一水溶性交联剂，且该交联剂占该水溶性负型光阻之一重量百分比介于约0.5％至约2％之间；以及一溶剂，其中该溶剂至少包括一去离子水(De-Ionized Water；DIW)。
3.如权利要求2所述的消除旁瓣图案的集成电路制造方法，其特征在于该水溶性聚合物之材质是选自于由聚乙烯醇缩乙醛(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)、聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine)、聚环氧乙烷(Polyethylene Oxide；PEO)、以及聚乙烯基胺(Polyvinylamine)所组成之一族群。
4.如权利要求2所述的消除旁瓣图案的集成电路制造方法，其特征在于该水溶性光酸产生剂之材质是选自于由嗡盐衍生物(Onium Salt Derivative)与三氮苯衍生物(Triazine Derivative)所组成之一族群。
5.如权利要求2所述的消除旁瓣图案的集成电路制造方法，其特征在于上述之水溶性胺类之材质是选自于由乙胺(Ethylamine)、二甲胺(Dimethylamine)、二乙胺(Diethylamine)、三甲胺(Trimethylamine)、三乙胺(Triethylamine)、正丙胺(n-Propylamine)、异丙胺(Isopropylamine)、第二丁胺(s-Butylamine)、第三丁胺(t-Butylamine)、环己胺(Cyclohexylamine)、乙二胺(Ethylenediamine)、六亚甲二胺(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)、四甲基氢氧化铵(Tetramethyl ammonium Hydroxide；TMAH)、四丁基氢氧化铵(Tetrabutylammonium Hydroxide；TBAH)与胆碱(Choline)所组成之一族群。
6.如权利要求2所述的消除旁瓣图案的集成电路制造方法，其特征在于该水溶性交联剂之材质是选自于由尿素衍生物(Urea Derivative)与三聚氰胺衍生物(Melamine Derivative)所组成之一族群。
7.如权利要求2所述的消除旁瓣图案的集成电路制造方法，其特征在于该溶剂更至少由该去离子水与一异丙醇(Isopropyl Alcohol；IPA)所组成，且该异丙醇占该水溶性负型光阻之一重量百分比介于约4％至约7％之间，且该去离子水占该水溶性负型光阻之一重量百分比介于约85％至约90％之间。
8.如权利要求1所述的消除旁瓣图案的集成电路制造方法，其特征在于上述之第一光阻层之材质是为一正光阻，并选自于由I线光阻、氟化氪(KrF)光阻、氟化氩(ArF)光阻、氟二量体(F2)光阻以及极紫外光(extreme ultraviolet；EUV)光阻及其组合所组成之一族群。
9.如权利要求1所述的消除旁瓣图案的集成电路制造方法，其特征在于上述之第一光阻层是利用一光罩以形成该电路开口图案，该光罩是可选自于由减光型相移式光罩(attenuated phase shifting mask；AttPSM)、高传送减光型相移式光罩(high transmission AttPSM)、交替式相移光罩(AlternatingPhase-Shifting Mask；Alt PSM)以及具有散射栅之二元光罩及其组合所组成之一族群。
10.如权利要求1所述的消除旁瓣图案的集成电路制造方法，其特征在于上述之光刻制造是利用一光源对该水溶性负型光阻进行曝光，藉以产生该交联作用，且该光源是选自于由一365纳米(Nanometer；nm)光源、一248nm光源、一193nm光源、一157nm光源、一极紫外光光源与一电子束(Electron Bean；EB)所组成之一族群。
11.如权利要求1所述的消除旁瓣图案的集成电路制造方法，其特征在于上述之光刻制造是利用一溶剂进行显影制造，以去除一部份之该水溶液负型光阻，而暴露出该第一光阻层之该电路开口图案，且该溶剂是可选自于由一去离子水、以及该去离子水与一醇类之混合水溶液所组成之一族群。
全文摘要
一种消除旁瓣图案的集成电路制造方法，是在原先以定义电路开口图案的第一光阻层上，形成由水溶性负型光阻所构成之第二光阻层。接着，利用光罩对第二光阻层进行曝光，并利用去离子水进行显影，而暴露出需要的电路开口图案，并选择性保留位于不预期之旁瓣开口图案上之部分第二光阻层而达到修补的目的。其中，上述之水溶性负型光阻是由聚合物、光活性化合物、抑制剂、交联剂、以及溶剂所构成。
文档编号H01L21/02GK1490843SQ02147349
公开日2004年4月21日 申请日期2002年10月18日 优先权日2002年10月18日
发明者何邦庆, 陈建宏 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司