TWI798746B - 製造積體電路裝置的方法與金屬氧化物光阻層 - Google Patents

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Abstract

一種製造積體電路裝置的方法包括形成金屬氧化物光阻層在工作件上，藉由進行數個沉積製程以形成金屬氧化物光阻層的數個金屬氧化物光阻子層在工作件上，及進行緻密化製程在金屬氧化物光阻子層中的至少一者上。每個沉積製程形成對應的金屬氧化物光阻子層。緻密化製程增加金屬氧化物光阻子層中至少一者的密度。調整沉積或緻密化製程的參數以達到不同密度分佈、不同密度特性、及/或不同吸收特性。

Description

製造積體電路裝置的方法與金屬氧化物光阻層
本揭示案實施例是有關於製造積體電路(integrated circuit,IC)裝置的方法與方法中所使用的金屬氧化物光阻層。
微影(lithography)製程廣泛地使用在積體電路(integrated circuit,IC)的製造中，藉由微影技術將各種IC圖案轉移至工作件上以形成IC裝置。一般而言，微影製程包括形成光阻層在工作件上、在圖案化輻射中曝光此光阻層、以及顯影已曝光之光阻層，藉此形成圖案化光阻層。圖案化光阻層可作為遮罩件，並在後續IC製程中，例如蝕刻製程，圖案化光阻層的圖案轉移至工作件上。圖案化光阻層的品質直接影響IC裝置的品質。隨著IC技術持續地朝向更小節點的方向邁進(例如，14奈米、10奈米、和更小尺寸)，光阻圖案的線邊緣粗糙度(line edge roughness,LER)、線寬粗糙度(line width roughness,LWR)和臨界尺寸均勻度(critical dimension uniformity,CDU)已變得十分關鍵。許多因素可影響光阻圖案的LER、LWR和CDU，而眾多因素中包括光阻層的吸收特性(例如吸收輻射的能力)及/或釋氣特性(例如傾向釋出汙染)。雖然既有的光阻層和形成光阻層的技術仍可適用，但未能在各面向提供令人滿意的解決方案，因此亟需改善。
根據本揭示案的一個實施例，一種製造積體電路裝置的方法包括形成金屬氧化物光阻層在工作件上，藉由進行數個沉積製程以形成金屬氧化物光阻層的數個金屬氧化物光阻子層在工作件上，以及藉由進行緻密化製程在金屬氧化物光阻子層中的至少一者上。沉積製程中的每一者形成金屬氧化物光阻子層中的對應者。緻密化製程增加金屬氧化物光阻子層中的至少一者的密度。
根據本揭示案的另一實施例，一種製造積體電路裝置的方法包括接收工作件在製程腔室中、在製程腔室中進行至少兩個沉積製程以形成金屬氧化物光阻層在工作件上、以及在製程腔室中進行處理製程以改變金屬氧化物光阻層的密度分佈。
根據本揭示案的又一實施例，一種金屬氧化物光阻層包括第一金屬氧化物光阻子層、設置在第一金屬氧化物光阻子層上的第二金屬氧化物光阻子層、以及設置在第二金屬氧化物光阻子層上的第三金屬氧化物光阻子層。第一 金屬氧化物光阻子層具有第一密度、第二金屬氧化物光阻子層具有第二密度、及第三金屬氧化物光阻子層具有第三密度。
10:工作件
15:晶圓
20:材料層
30:金屬氧化物光阻層
30’:圖案化金屬氧化物光阻層
30E:曝光部分
30U:未曝光部分
40:金屬氧化物光阻層
40’:圖案化金屬氧化物光阻層
40A:金屬氧化物光阻子層
40A’:金屬氧化物光阻子層
40B:金屬氧化物光阻子層
40B’:金屬氧化物光阻子層
40C:金屬氧化物光阻子層
40C’:金屬氧化物光阻子層
40D:金屬氧化物光阻子層
40D’:金屬氧化物光阻子層
40E:曝光部分
40U:未曝光部分
50-1:沉積製程
50-2:沉積製程
50-3:沉積製程
50-4:沉積製程
52-1:緻密化製程
52-2:緻密化製程
52-3:緻密化製程
52-4:緻密化製程
60:遮罩
62:開口
64:開口
80:金屬氧化物光阻層
80’:圖案化金屬氧化物光阻層
80A:金屬氧化物光阻子層
80A’:金屬氧化物光阻子層
80B:金屬氧化物光阻子層
80B’:金屬氧化物光阻子層
80C:金屬氧化物光阻子層
80E:曝光部分
80U:未曝光部分
82:開口
90-1:沉積製程
90-2:沉積製程
90-3:沉積製程
92-1:緻密化製程
92-2:緻密化製程
100:金屬氧化物光阻層
100’:圖案化金屬氧化物光阻層
100A:金屬氧化物光阻子層
100B:金屬氧化物光阻子層
100B’:金屬氧化物光阻子層
100C:金屬氧化物光阻子層
100C’:金屬氧化物光阻子層
100E:曝光部分
100U:未曝光部分
102:開口
110-1:沉積製程
110-2:沉積製程
110-3:沉積製程
112-1:緻密化製程
112-2:緻密化製程
120:金屬氧化物光阻層
120A:金屬氧化物光阻子層
120B:金屬氧化物光阻子層
120B’:金屬氧化物光阻子層
120C:金屬氧化物光阻子層
120C’:金屬氧化物光阻子層
120D:金屬氧化物光阻子層
120D’:金屬氧化物光阻子層
130-1:沉積製程
130-2:沉積製程
130-3:沉積製程
130-4:沉積製程
132-1:緻密化製程
132-2:緻密化製程
132-3:緻密化製程
140:金屬氧化物光阻層
140A:金屬氧化物光阻子層
140B:金屬氧化物光阻子層
140C:金屬氧化物光阻子層
140D:金屬氧化物光阻子層
152-1:緻密化製程
152-2:緻密化製程
152-3:緻密化製程
152-4:緻密化製程
A:微影製程
B:微影製程
BCD:底部關鍵尺寸
C:微影製程
D:微影製程
DA:循環金屬光阻沉積製程
DB:循環金屬光阻沉積製程
DC:循環金屬光阻沉積製程
DD:循環金屬光阻沉積製程
DE:循環金屬光阻沉積製程
DF:循環金屬光阻沉積製程
MeO:金屬-氧組成
P:光子
S:光阻殘留物
T:厚度
TCD:頂部關鍵尺寸
t1:厚度
t2:厚度
t3:厚度
t4:厚度
t5:厚度
t6:厚度
t7:厚度
t8:厚度
t9:厚度
t10:厚度
t11:厚度
t12:厚度
t13:厚度
t14:厚度
UE:曝光部分
V:空位
閱讀以下實施方法時搭配附圖以清楚理解本揭示案的觀點。應注意的是，根據業界的標準做法，各種特徵並未按照比例繪製。事實上，為了能清楚地討論，各種特徵的尺寸可能任意地放大或縮小。
第1A圖根據本揭示案的一些實施例繪示使用金屬氧化物光阻層以改善微影圖案保真度(fidelity)的微影製程之示意圖。
第1B圖根據本揭示案的一些實施例繪示形成第1A圖金屬氧化物光阻層的循環金屬光阻沉積製程之示意圖。
第1C圖根據本揭示案的一些實施例繪示第1A圖金屬氧化物光阻層在沉積和圖案化之後的俯視圖。
第2A圖根據本揭示案的一些實施例繪示使用金屬氧化物光阻層以改善微影圖案保真度的另一微影製程之示意圖。
第2B圖根據本揭示案的一些實施例繪示形成第2A圖金屬氧化物光阻層的循環金屬光阻沉積製程之示意圖。
第3A圖根據本揭示案的一些實施例繪示使用金屬氧化物光阻層以改善微影圖案保真度的另一微影製程之示意圖。
第3B圖根據本揭示案的一些實施例繪示形成第3A圖金屬 氧化物光阻層的循環金屬光阻沉積製程之示意圖。
第4圖根據本揭示案的一些實施例繪示形成金屬氧化物光阻層的循環金屬光阻沉積製程之示意圖。
第5圖根據本揭示案的一些實施例繪示形成金屬氧化物光阻層的循環金屬光阻沉積製程之示意圖。
本揭示案是有關於製造積體電路(integrated circuit,IC)裝置，特別是有關於微影技術及/或製造IC裝置過程中所使用的微影材料。
以下的揭示內容提供許多不同的實施例或範例，以展示本揭示案的不同特徵。以下將揭示本揭示案各部件及其排列方式之特定範例，用以簡化本揭示案敘述。當然，這些特定範例並非用於限定本揭示案。例如，若是本揭示案以下的發明內容敘述了將形成第一結構於第二結構之上或上方，即表示其包括了所形成之第一及第二結構是直接接觸的實施例，亦包括了尚可將附加的結構形成於上述第一及第二結構之間，則第一及第二結構為未直接接觸的實施例。再者，為了方便描述圖式中一元件或特徵部件與另一(些)元件或特徵部件的關係，可使用空間相關用語，例如「在...之下」、「下方」、「下部」、「上方」、「上部」、「水平」、「垂直」及諸如此類用語。除了圖式所繪示之方位外，空間相關用語亦涵蓋使用或操作中之裝置的不同方位。此外，當數值或數值範圍的描述有「實質上」、 「約」、「近似」、或類似用語時，其涵蓋合理範圍內的數值為製程中所產生的合理差異並可為本領域普通技術人員所理解。除了包含數值本身之外，數值或數值範圍涵蓋的合理範圍，例如+/-10%的所述數值，是基於相關技術在製程中已知的可容忍之偏差。舉例來說，材料層的厚度為「約5奈米(nm)」，代表材料層的厚度包含的尺寸範圍介於4.5nm至5.5nm之間，因對於本領域普通技術人員而言，材料層的沉積在製程中已知的可容忍之偏差為+/-10%。此外，本揭示案說明中的各式範例可能使用重複的參照符號及/或用字。這些重複符號或用字的目的在於簡化與清晰，並非用以限定各式實施例及/或所述外觀結構之間的關係。
IC製程中廣泛地使用微影製程，其中各種IC圖案轉移至工作件上以形成IC裝置。微影製程包括形成光阻層在工作件上，以及使用圖案化輻射曝光此光阻層。光阻層經圖案化輻射曝光之後，可在顯影劑(developer)(意即，一種化學溶液)中顯影光阻層。顯影劑移除光阻層的一部分(例如，正型光阻層的曝光部分或是負型光阻層的未曝光部分)，進而形成圖案化光阻層。在後續製程中，例如在蝕刻製程或佈植製程中，圖案化光阻層通常可作為遮罩件以轉移圖案化光阻層的圖案(在此意指光阻圖案)至工作件上。先進微影材料，例如化學放大光阻劑(chemically amplified resist,CAR)，的導入已改善光阻層對輻射的靈敏度(sensitivity,S)，藉此最大化輻射的使用度。 靈敏度通常與入射輻射量(每單位面積的能量)相對應，入射輻射量達到所需量才可產生足夠的化學反應以在光阻層上定義出圖案。舉例來說，CAR材料經輻射的照射後即可產生多個化學反應，藉此強化材料對輻射的反應，降低的靈敏度可降低用以定義光阻圖案的曝光劑量。CAR材料通常包括不受IC製程(例如蝕刻製程)影響的聚合物、酸產生組成(例如光酸產生劑(photoacid generator,PAG))、以及溶劑組成。PAG經輻射的照射後立即產生酸，酸可作為引發化學反應之催化劑，且化學反應可減少(或提升)光阻層中曝光部分的溶解度。舉例而言，PAG產生的酸可催化聚合物的交聯，藉此降低光阻層中曝光部分的溶解度。
當CAR材料設置以降低靈敏度時，CAR材料亦要滿足其他的光阻特性，例如解析度(resolution,R)、光阻對比度、和粗糙度。解析度通常描述光阻材料可轉印/成像出最小特徵尺寸的能力並且在可接受的品質和控制的情況，其中影響解析度的因子包括光阻對比度、光阻厚度損失量、鄰近效應(proximity effect)、高分子的膨潤(swell)及/或收縮(通常因顯影造成)、其他的光阻特性及/或微影特性。光阻對比度通常描述光阻材料對於(曝光區)和暗區(未曝光區)的辨別能力，其中具有較高對比度的光阻材料可提供較好的解析度、光阻形貌及/或粗糙度。粗糙度，例如線邊緣粗糙度(line edge roughness,LER)及/或線寬粗糙度(line width roughness,LWR)，通常描述在光阻層中的圖案所具有的邊緣差異、寬度差異、 關鍵尺寸(critical dimension,CD)差異、及/或其他的差異。舉例來說，對於一線條的關鍵尺寸寬度而言，LER通常描述此線條的邊緣偏差，而LWR通常描述此線條的寬度偏差。改善某一光阻表現特性(例如，降低LER)通常會損害到另一光阻表現特性(例如，提高靈敏度)，因此同時最小化解析度、LER和靈敏度的嘗試通常被稱為RLS取捨(trade off)。隨著先進IC科技節點(node)持續地縮小關鍵尺寸，對於光阻圖案尺寸更加縮小且微影解析度更加精準的要求下，為了滿足先進IC科技對微影製程需求，克服RLS取捨會是門挑戰。
極紫外(extreme ultraviolet,EUV)微影利用波長在EUV範圍內的輻射，以提供更精細的微影解析度極限，特別是對於次10奈米(sub-10nm)的IC製造。然而，因受限於常規EUV源的曝光量，EUV波長通常需採用高靈敏度的CAR材料，以使曝光量可滿足解析度、對比度、LER要求、以及產出率需求。例如，由於光阻吸收的光子量與波長成正比，吸收能量與曝光劑量成正比，而總吸收能量分裂成光子時，具有較短波長的光子數量較少。因此，當在相同的曝光劑量下，光阻材料吸收EUV光子量少於深紫外(deep ultraviolet,DUV)光子量，這通常表示CAR材料產生較少的酸可用來催化反應。這樣的現象通常被稱為散粒雜訊(shot noise)。增加EUV曝光劑量可緩減散粒雜訊並提升解析度、對比度及/或粗糙度，但為了增加EUV曝光劑量卻提高EUV源的能量或是降低掃描速率 (換句話說，降低產出率，如每小時晶圓片數(wafer per hour,WPH))。目前EUV源的能力有限而難以達到CAR材料對於高能EUV的需求，再加上為了達到下一個IC世代的製程條件而降低產出率並非可行的解決方案，因此，金屬氧化物光阻材料展現出對輻射足夠的靈敏度並且可符合其他RLS特性(如解析度和LER)，使得金屬氧化物光阻材料已被研究並認為有能力取代EUV微影中的CAR材料。
現已觀察到金屬氧化物光阻材料展現出較好的EUV吸收特性(例如，相比於CAR材料，金屬氧化物光阻材料可吸收較多EUV光子)、較好的LER/LWR特性(例如，金屬氧化物光阻材料通常較不易受到二次電子和酸增強效應(acid amplification effect)影響而造成CAR材料中的光阻模糊(blur))、以及比CAR材料好的蝕刻特性(例如，相比於CAR材料，在使用蝕刻遮罩的情況下，金屬氧化物光阻材料具有較高的蝕刻選擇比)。本揭示案探究沉積技術以進一步改善金屬氧化物光阻材料的圖案化特性。舉例而言，本揭示案發現由常規沉積技術所形成的金屬氧化物光阻材料具有隨機、寬鬆、且經常地非規律、非緻密、及/或非均勻的原子結構，這樣的原子結構可能會損害LER/LWR和圖案均勻度。再者，這樣的原子結構可能導致不合預期的釋氣(outgassing)，釋氣可能會汙染製程中的帶有金屬氧化物光阻材料的工作件，以及汙染用來處理金屬氧化物光阻材料的製程機台(例如，沉積、曝光、顯 影製程的機台等)。因此，本揭示案提供形成金屬氧化物光阻材料的方法，相較於常規沉積技術，本揭示案所形成的金屬氧化物光阻材料具有較不隨機、較不寬鬆、較規律、較緻密、及/或較均勻的原子結構。本揭示案包括執行循環沉積製程(cyclic deposition process)以形成多個金屬氧化物光阻子層，多個金屬氧化物光阻子層結合成一金屬氧化物光阻層，並且進行緻密化製程(densification process)以使多個金屬氧化物光阻子層中的至少一層的密度增加。沉積製程和緻密化製程可在同一腔室中進行(即，原位(in-situ))。透過調整沉積製程及/或緻密化製程的參數使金屬氧化物光阻子層具有均一密度或是不同密度，藉此提供不同的密度分佈。舉例來說，在一些實施例中，在沉積製程之前先進行緻密化製程以增強金屬氧化物光阻層在工作件上的黏附。由前述方式形成金屬氧化物光阻材料可降低釋氣的發生，從而改善LER/LWR及/或改善整片晶圓上的圖案均勻度。不同實施例具有不同的益處，並且特定的益處未必出現於所有實施例中。
請參閱第1A圖至第1C圖，第1A圖根據本揭示案的一些實施例繪示使用金屬氧化物光阻層以改善微影圖案保真度(fidelity)的微影製程，例如微影製程A和微影製程B，之示意圖；第1B圖根據本揭示案的一些實施例繪示形成微影製程B的金屬氧化物光阻層的循環金屬光阻沉積製程DB之示意圖；第1C圖根據本揭示案的一些實施例繪示微影製程A和微影製程B的金屬氧化物光阻層在沉積 和圖案化之後的工作件俯視圖。在第1A圖至第1C圖中，工作件10，部分或完整，是繪示成IC裝置製程中的某一中間狀態，其中在工作件10上進行微影製程A或微影製程B。在一些實施例中，IC裝置是微處理器、記憶體、及/或其他IC裝置及/或上述之部分。工作件10可能是IC晶片的一部分、系統單晶片(system on chip,SOC)、或上述之部分，其包括各種主動或被動微電子裝置，例如電阻、電容、電感、二極體、p型場效電晶體、n型場效電晶體、金屬氧化物半導體場效電晶體(metal oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)、互補式金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)電晶體、雙極性接面型電晶體(bipolar junction transistor,BJT)、橫向擴散金屬氧化物半導體(laterally diffused MOS,LDMOS)電晶體、高壓電晶體、高頻電晶體、鰭式場效電晶體(fin-type field effect transistor,FinFET)、全繞式閘極(gate-all-around,GAA)電晶體、其他合適的IC元件、及/或上述之組合。第1A圖至第1C圖經簡化以清楚表達本揭示案的觀點。可加入額外的特徵至工作件10、微影製程A、微影製程B、及/或循環金屬光阻沉積製程DB，並且，在其他實施例中，可取代、修改或省略工作件10、微影製程A、微影製程B、及/或循環金屬光阻沉積製程DB於下文所述的一些特徵。
在第1A圖至第1C圖中，工作件10包括晶圓15 和待處理的材料層20(於本文中亦可被稱為底層)，材料層20設置於晶圓15上。晶圓15包括基材(例如半導體基材)、遮罩(亦可被稱為光罩或倍縮光罩)、或其他基底材料，製程可在基底材料上進行並使材料層形成IC裝置的各種特徵。根據IC製程，晶圓15包括各種材料層以形成IC特徵，材料層如介電層、半導體層、及/或金屬層，而IC特徵如n阱、p阱、隔離結構(如淺溝槽隔離結構及/或深溝槽隔離結構)、源極/汲極特徵(包括磊晶源極/汲極特徵)、金屬及/或虛設閘極、閘極間隔件、源極/汲極接觸件、閘極接觸件、介層窗、金屬線、其他IC特徵或上述之組合。在一些實施例中，材料層20包括如矽、鍺、矽鍺、其他半導體成分、或上述之組合的材料。在一些實施例中，材料層20可為金屬層，其包括鈦、鋁、鎢、鉭、銅、鈷、釕、上述之合金、或上述之組合。在一些實施例中，材料層20可為介電層，其包括矽、金屬、氧、氮、碳、其他合適的介電材料、或上述之組合。在一些實施例中，材料層20可為硬遮罩層，其進行圖案化之後可用於後續製程的工作件10上。在一些實施例中，材料層20是抗反射塗佈(anti-reflective coating,ARC)層。在一些實施例中，材料層20是用來形成閘極特徵的層，例如閘極介電及/或電極層、源極/汲極特徵(包括磊晶源極/汲極特徵)、內連接(interconnect)特徵(如多層內連接結構中的導體結構或介電層)。在一些實施例中，當工作件10作為遮罩用以圖案化IC裝置時，晶圓15可為遮罩基材，遮罩基材包括 透明材料或低熱膨脹材料(如玻璃、石英、二氧化鈦、摻雜的二氧化矽、或其他具有低熱膨脹的合適材料)，而材料層20可為待處理的層以形成IC圖案在其中，例如吸收層。例如，材料層20可包括鉻。本揭示案可包括自工作件10略去材料層20而直接在晶圓15上操作之實施例，亦包括帶有多層結構的材料層20之實施例。
微影製程A和微影製程B皆始於沉積具有目標厚度T的金屬氧化物光阻層在材料層20上，例如在微影製程A中的金屬氧化物光阻層30和在微影製程B中的金屬氧化物光阻層40。金屬氧化物光阻層30和金屬氧化物光阻層40皆對微影曝光製成中的輻射敏感，例如DUV輻射、EUV輻射、電子束(e-beam)輻射、離子束輻射及/或其他合適的輻射。在一些實施例中，金屬氧化物光阻層30和金屬氧化物光阻層40對具有波長小於13.5nm的輻射敏感。每個金屬氧化物光阻層30和金屬氧化物光阻層40包括對輻射敏感的金屬-氧，其中金屬可包括鉿、鈦、鋯、鉭、錫、鑭、銦、銻、其他有利於吸收輻射(例如EUV輻射)的金屬組成及/或不受後續IC製程(例如，蝕刻製程)影響的金屬組成、或上述之組合。在一些實施例中，金屬氧化物光阻層30及/或金屬氧化物光阻層40可包括其他光阻成分，此光阻成分可有利於輻射吸收及/或曝光之後的交聯反應，例如光酸產生劑(PAG)組成、熱酸產生劑(thermal acid generator,TAG)組成、光可分解鹼(photo decomposable base,PDB)組成、其他合適的光阻組成、 或上述之組合。在一些實施例中，在沉積金屬氧化物光阻層30及/或金屬氧化物光阻層40之前，先形成ARC層在材料層20上，因此金屬氧化物光阻層30及/或金屬氧化物光阻層40設置在此ARC層之上。ARC層可為無氮ARC(nitrogen-free ARC,NFARC)層，其中包括氧化矽、碳氧化矽、其他合適的材料、或是上述之組合。在一些實施例中，在材料層20和金屬氧化物光阻層30/金屬氧化物光阻層40之間形成一或多層(包括一或多層的ARC層)。金屬氧化物光阻層30及/或金屬氧化物光阻層40亦可被稱為金屬光阻層，光敏金屬層、金屬成像層、金屬圖案化層、及/或輻射敏感金屬層。
金屬氧化物光阻層30和金屬氧化物光阻層40以不同沉積製程而形成，這導致金屬氧化物光阻層30和金屬氧化物光阻層40具有不同特性並進一步影響圖案保真度。在微影製程A中，使用化學氣相沉積(chemical vapor deposition,CVD)製程以毯覆式(blanket)沉積金屬氧化物光阻層30在材料層20上。在一些實施例中，CVD製程包括載入工作件10(具有晶圓15和材料層20)至製程腔室中、加熱工作件10至適當溫度(例如，在此溫度下，有利於金屬-氧光阻材料形成在材料層20上的化學反應)、導入一或多個前驅物及/或載流氣體至製程腔室中，其中前驅物反應及/或分解成金屬-氧光阻材料在材料層20上、清除製程腔室中殘留的前驅物(例如未反應之前驅物)、載流氣體、和副產物。CVD製程持續進行直到金屬-氧光阻材 料累積在材料層20上的厚度到達目標厚度T。在CVD製程中，前驅物與另一前驅物、材料層20、累積在材料層20上的金屬-氧光阻材料、及/或副產物反應，以形成金屬氧化物光阻層30。在一些實施例中，CVD製程包括電漿增強CVD(plasma enhanced CVD)、遠距PECVD(remote PECVD,RPECVD)、金屬有機CVD(metal-organic CVD,MOCVD)、低壓CVD(low pressure CVD,LPCVD)、超高真空CVD(ultrahigh vacuum CVD,UHVCVD)、次大氣壓CVD(sub-atmosphere pressure CVD,SACVD)、雷射輔助CVD(laser-assisted CVD,LACVD)、氣膠輔助CVD(aerosol-assisted CVD,AACVD)、原子層CVD(atomic layer CVD,ALCVD)、其他合適的CVD、或上述之組合。在一些實施例中，毯覆式沉積厚度T的金屬氧化物光阻層30在材料層20上的方法包括使用原子層沉積(atomic layer deposition,ALD)製程、物理氣相沉積(physical vapor deposition,PVD)製程、或其他合適的沉積製程。
在CVD過程中，因為化學反應是隨機及/或不完整的，所以可觀察到金屬氧化物光阻層30具有隨機、寬鬆、且經常地非規律、非緻密、及/或非均勻的原子結構，這樣的原子結構可能會損害圖案均勻度。例如，金屬氧化物光阻層30的原子結構為隨機且鬆散堆疊的金屬原子、氧原子、單一金屬氧化物分子(metal oxide molecule)(Me1Ox， 其中x為氧原子的數量)、及/或金屬氧化物團簇(metal oxide cluster)(MeyOz，其中y為金屬原子的數量而z為氧原子的數量)，前述各者可合稱為金屬-氧組成MeO。金屬-氧組成MeO可能不具有規則排列(例如，重複規律的金屬-氧組成MeO)，進而導致金屬氧化物光阻層30具有各種金屬-氧組成MeO的團簇以及不均一的密度(例如，在金屬氧化物光阻層30的一部分中的金屬-氧組成MeO異於在金屬氧化物光阻層30的另一部分中的金屬-氧組成MeO，儘管金屬氧化物光阻層30的這兩個部分具有相似大小)。材料吸收的輻射量與材料本身的密度有關，因為金屬氧化物光阻層30具有不均一的密度所以金屬氧化物光阻層30不均勻地吸收輻射，如此一來，金屬氧化物光阻層30經圖案化之後的LER/LWR將不盡理想(例如，圖案化的金屬氧化物光阻層30具有的LER/LWR大於預期的LER/LWR)，或是為了改善LER/LWR而需要更大的曝光劑量以確保足夠且均勻的輻射吸收量。除此之外，隨機排列的金屬-氧組成MeO可導致空位(vacancy,V)或錯位(dislocation)形成在金屬氧化物光阻層30的原子結構內，並且，CVD過程中不完整的反應可導致金屬-氧組成MeO無法連接至(或鍵結至)另一個金屬-氧組成MeO，如第1A圖所示。這些寬鬆排列的金屬-氧組成MeO或是彼此弱鍵結的金屬-氧組成MeO可能在後續製程中釋氣(即，從金屬氧化物光阻層30逃逸至製程腔室的環境)，這樣的情況可能汙染工作件10及/或製程腔室。排出的金屬- 氧組成MeO可能造成薄膜缺陷，例如，剝離金屬氧化物光阻層30、材料層20及/或晶圓15。再者，製程腔室內進行許多晶圓製程，當釋氣汙染物持續累積在腔室內，圖案保真度會隨著時間而劣化。
為了解決這樣的問題，本揭示案提供循環金屬氧化物光阻沉積製程，以形成比金屬氧化物光阻層30更緻密且輻射吸收更好的金屬氧化物光阻層，藉此降低圖案化金屬氧化物光阻層所需的曝光劑量，並仍然可達到均勻的輻射吸收和改善的LER/LWR。更緻密的金屬氧化物光阻的釋氣量較金屬氧化物光阻層30少。在一些實施例中，循環金屬光阻沉積形成的金屬氧化物光阻層的原子結構為規則排列(即，重複規律的金屬-氧組成MeO)。在一些實施例中，相較於金屬氧化物光阻層30，循環金屬光阻沉積形成的金屬氧化物光阻層的原子結構具有較少的空位V，和較少的不完整金屬-氧鍵結(在一些實施例中，空位和不完整金屬-氧鍵結實質上未出現)。在一些實施例中，金屬-氧組成MeO的團簇均勻地分散在循環金屬氧化物光阻沉積製程形成的金屬氧化物光阻層中，使得金屬氧化物光阻層具有均一的密度(例如，在金屬氧化物光阻層的一部分中的金屬-氧組成MeO相同於在金屬氧化物光阻層的另一部分中的金屬-氧組成MeO，金屬氧化物光阻層的這兩個部分具有相似大小)。在一些實施例中，金屬氧化物光阻層內的金屬氧化物團簇的濃度、金屬濃度、氧濃度、及/或金屬氧化物濃度為濃度梯度並從頂表面到底表面遞增或遞減。在一些 實施例中，金屬氧化物光阻層內的金屬氧化物團簇的濃度、金屬濃度、氧濃度、及/或金屬氧化物濃度在不同深度而有不同的濃度。在一些實施例中，根據合乎預期的密度特性，金屬氧化物光阻層包括12-MeOx團簇、8-MeOx團簇、6-MeOx團簇、4-MeOx團簇、dimer-MeOx團簇、及/或mono-MeOx團簇。
請參照微影製程B，循環金屬光阻沉積製程DB形成金屬氧化物光阻層40且其具有從底部到頂部實質上均一的密度，例如從金屬氧化物光阻層40的底表面(與材料層20的介面)到金屬氧化物光阻層40的頂表面。金屬氧化物光阻層40的密度大於金屬氧化物光阻層30的密度，因此在相同的曝光劑量下金屬氧化物光阻層40的輻射吸收高於金屬氧化物光阻層30，並且金屬氧化物光阻層40的輻射吸收均勻度優於金屬氧化物光阻層30。例如，循環金屬光阻沉積製程DB形成金屬氧化物光阻子層40A、金屬氧化物光阻子層40B、金屬氧化物光阻子層40C和金屬氧化物光阻子層40D，上述各者合併起來為厚度T的金屬氧化物光阻層40。金屬氧化物光阻子層40A至40D各別具有厚度t1、厚度t2、厚度t3、和厚度t4，而厚度t1、厚度t2、厚度t3、和厚度t4的總和等於厚度T。金屬氧化物光阻子層40A的密度、金屬氧化物光阻子層40B的密度、金屬氧化物光阻子層40C的密度、和金屬氧化物光阻子層40D的密度實質上相同。在一些實施例中，金屬氧化物光阻子層40A至40D的密度皆大於金屬氧化物光阻 層30的密度。在第1A圖所示實施例中，厚度t1、厚度t2、厚度t3、和厚度t4實質上相同。在一些實施例中，厚度t1、厚度t2、厚度t3、和厚度t4依照預期的密度分佈及/或密度特性而相異或相同。
請參照第1B圖，循環金屬光阻沉積製程DB包括四個循環，其中每個循環形成金屬氧化物光阻子層40A至40D中的一者，並且每個循環包括沉積製程和緻密化製程。例如，循環金屬光阻沉積製程DB包括第一循環、第二循環、第三循環和第四循環(各別為第一階段、第二階段、第三階段和第四階段)。第一循環包括進行沉積製程50-1以形成金屬氧化物光阻子層40A’在材料層20上，其中金屬氧化物光阻子層40A’具有厚度t1和第一密度，並且對金屬氧化物光阻子層40A’進行緻密化製程52-1以形成金屬氧化物光阻子層40A，其中金屬氧化物光阻子層40A具有大於第一密度的第二密度。第二循環包括進行沉積製程50-2以形成金屬氧化物光阻子層40B’在金屬氧化物光阻子層40A上，其中金屬氧化物光阻子層40B’具有厚度t2和第三密度，並且對金屬氧化物光阻子層40B’進行緻密化製程52-2以形成金屬氧化物光阻子層40B，其中金屬氧化物光阻子層40B具有大於第三密度的第四密度。第三循環包括進行沉積製程50-3以形成金屬氧化物光阻子層40C’在金屬氧化物光阻子層40B上，其中金屬氧化物光阻子層40C’具有厚度t3和第五密度，並且對金屬氧化物光阻子層40C’進行緻密化製程52-3以形成金屬氧化物光 阻子層40C，其中金屬氧化物光阻子層40C具有大於第五密度的第六密度。第四循環包括進行沉積製程50-4以形成金屬氧化物光阻子層40D’在金屬氧化物光阻子層40C上，其中金屬氧化物光阻子層40D’具有厚度t4和第七密度，並且對金屬氧化物光阻子層40D’進行緻密化製程52-4以形成金屬氧化物光阻子層40D，其中金屬氧化物光阻子層40D具有大於第七密度的第八密度。在所示的實施例中，第二密度、第四密度、第六密度、和第八密度(即，緻密化製程52-1至52-4之後的密度)實質上相同，使得金屬氧化物光阻層40具有從底部到頂部具有均一密度。在一些實施例中，第一密度、第三密度、第五密度、和第七密度(即，剛沉積的金屬-氧光阻材料)實質上相同。在一些實施例中，第一密度、第三密度、第五密度、及/或第七密度與金屬氧化物光阻層30的密度相同。在一些實施例中，第一密度、第三密度、第五密度、及/或第七密度相異。在一些實施例中，緻密化製程52-1至52-4可能各別地縮短厚度t1、厚度t2、厚度t3、和厚度t4，所以剛沉積的金屬氧化物光阻子層40A’至40D’的各別厚度t1至t4可能大於金屬氧化物光阻子層40A至40D的各別厚度t1至t4。
在一些實施例中，沉積製程50-1至50-4是CVD製程。在一些實施例中，沉積製程50-1至50-4是ALD製程。在載入具有材料層20設置於晶圓15上的工作件10至製程腔室之後，每個沉積製程50-1至50-4可包括加熱 工作件10至適當溫度(例如，在此溫度下，有利於金屬-氧光阻材料形成在材料層20上的化學反應)、通入一或多個沉積前驅物及/或載流氣體至製程腔室中，其中沉積前驅物反應及/或分解成金屬-氧光阻材料在材料層20上、並且清除製程腔室中任何殘留的沉積前驅物(例如未反應之沉積前驅物)、載流氣體、和副產物。每個沉積製程50-1至50-4包括至少一個沉積階段和至少一個清除階段。在沉積階段中金屬-氧光阻材料累積在材料層20上，持續進行沉積階段直到金屬-氧光阻材料根據循環次數具有厚度t1、厚度t2、厚度t3、和厚度t4。在沉積階段中，沉積前驅物與另一沉積前驅物、材料層20、累積在材料層20上的金屬-氧光阻材料、及/或副產物反應，以形成金屬氧化物光阻子層40A至40D。在一些實施例中，沉積前驅物可包括含金屬前驅物、反應氣體及/或載流氣體。在一些實施例中，含金屬前驅物包括MaRbXc，其中1
Figure 110125081-A0305-02-0023-3
a
Figure 110125081-A0305-02-0023-4
2、b
Figure 110125081-A0305-02-0023-5
1、以及c
Figure 110125081-A0305-02-0023-6
1。在一些實施例中，b+c
Figure 110125081-A0305-02-0023-7
5。在一些實施例中，M可為Sn、Bi、Sb、In、Te、Ti、Zr、Hf、V、Co、Mo、W、Al、Ga、Si、Ge、P、As、Y、La、Ce、或Lu。在一些實施例中，R可為取代的烷基、取代的烯基、取代的羧酸鹽基團、未取代的烷基、未取代的烯基、或未取代的羧酸鹽基團。在一些實施例中，X可為鹵化物基團或磺酸鹽基團。在一些實施例中，反應氣體可包括胺、水、臭氧、過氧化氫、其他合適的反應氣體、或上述之組合。在一些實施例中，載流氣體可包括氬氣、氦氣、 氮氣、其他合適的載流氣體組成、或上述之組合。在一些實施例中，沉積前驅物的流速在約10sccm(standard cubic centimeter per minute)到約1,000sccm之間。在一些實施例中，載流氣體的流速在約100sccm到約10,000sccm之間。在一些實施例中，施加功率至沉積前驅物以產生電漿，其中功率在約10W至約1,000W之間。在一些實施例中，電漿是由射頻(radio frequency)電源產生，前述功率即為射頻功率。在一些實施例中，沉積階段持續約3秒至約3,600秒之間。在一些實施例中，沉積階段中製程腔室的壓力維持在約0.1torr至約150torr。在一些實施例中，沉積階段中製程腔室的溫度維持在約25℃至約300℃之間。在一些實施例中，清除階段包括通入惰性氣體至製程腔室中，惰性氣體包括含氬氣體、含氦氣體、其他適當的惰性氣體、或上述之組合。在一些實施例中，惰性氣體的流速在約100sccm到約10,000sccm之間。在一些實施例中，清除階段持續約3秒至約1,000秒之間。在一些實施例中，清除階段中製程腔室的壓力維持在約10torr至約760torr。在一些實施例中，清除階段中製程腔室的溫度維持在約25℃至約300℃之間。在一些實施例中，沉積製程50-1至50-4相同。在一些實施例中，沉積製程50-1至50-4不同。在一些實施例中，為了使金屬氧化物光阻層40具有預期的密度分佈及/或密度特性，沉積製程50-1至50-4可以是沉積製程的任何組合。
緻密化製程52-1至52-4包括處理階段和清除階段，其中處理階段對工作件10進行處理以緻密化(即，增加密度)金屬-氧光阻材料。在一些實施例中，處理可調整金屬-氧光阻材料的原子結構，使原子結構在處理之後變得較規則及/或較緊密排列。舉例來說，處理可重新排列金屬-氧光阻材料的金屬原子及/或氧原子，而使金屬-氧光阻材料在處理之後具有較規則及/或較緊密排，並且減少金屬原子及/或氧原子之間的空隙。在一些實施例中，處理可強化金屬-氧的鍵結及/或提升金屬-氧光阻材料中金屬-氧的鍵結均勻性。舉例來說，處理可引發化學反應，如此一來，在金屬-氧光阻材料內原本部分反應的組成經過處理之後可成為完全反應的組成，而原先未反應的組成經過處理之後可成為部分反應的組成或是完全反應的組成。在一些實施例中，處理可引起金屬-氧光阻材料產生局部交聯，交聯可使金屬-氧光阻材料的密度提升。清除階段移除(清除)製程腔室中任何殘留的前驅物(例如未反應之沉積前驅物、未反應之處理前驅物、鬆散的已反應前驅物、鬆散的金屬-氧光阻材料、及/或其他鬆散的已反應組成)、載流氣體、和副產物，並且藉此進一步地減少金屬-氧光阻材料的釋氣以及降低對工作件10的汙染。在一些實施例中，清除階段包括通入惰性氣體至製程腔室中，惰性氣體包括含氬氣體、含氦氣體、其他適當的惰性氣體、或上述之組合。在一些實施例中，惰性氣體的流速在約100sccm到約10,000sccm之間。在一些實施例中，清除階段持續約3 秒至約600秒之間。在一些實施例中，清除階段中製程腔室的壓力維持在約10torr至約760torr。在一些實施例中，清除階段中製程腔室的溫度維持在約25℃至約300°C之間。
用以提高金屬-氧光阻材料的密度及/或調整金屬-氧光阻材料的例示性處理包括電漿緻密化製程、軟烤製程、紫外線(ultraviolet,UV)輻射製程、紅外線(infrared,IR)輻射製程、其他適合的緻密化製程、或上述之組合。在一些實施例中，緻密化製程52-1至52-4是相同的處理方式(例如緻密化製程52-1至52-4皆為雷射緻密化製程)。在一些實施例中，緻密化製程52-1至52-4是不同的處理方式(例如緻密化製程52-1和52-4為雷射緻密化製程而緻密化製程52-2和52-3為軟烤製程)。在一些實施例中，為了使金屬氧化物光阻層40具有預期的密度分佈及/或密度特性，緻密化製程52-1至52-4可以是緻密化製程的任何組合。
在一些實施例中，電漿緻密化製程包括通入一或多個緻密化前驅物及/或載流氣體至製程腔室中、自緻密化前驅物生成電漿、並將金屬氧化物光阻子層暴露於此電漿中(例如，使用此電漿轟擊金屬氧化物光阻子層)。在一些實施例中，緻密化前驅物可包括含金屬前驅物、反應氣體及/或載流氣體。在一些實施例中，含金屬前驅物包括MaRbXc，其中1
Figure 110125081-A0305-02-0026-8
a
Figure 110125081-A0305-02-0026-9
2、b
Figure 110125081-A0305-02-0026-10
1、以及c
Figure 110125081-A0305-02-0026-13
1。在一些實施例中，b+c
Figure 110125081-A0305-02-0026-14
5。在一些實施例中，M可為Sn、Bi、Sb、In、Te、Ti、 Zr、Hf、V、Co、Mo、W、Al、Ga、Si、Ge、P、As、Y、La、Ce、或Lu。在一些實施例中，R可為取代的烷基、取代的烯基、取代的羧酸鹽基團、未取代的烷基、未取代的烯基、或未取代的羧酸鹽基團。在一些實施例中，X可為鹵化物基團或磺酸鹽基團。在一些實施例中，反應氣體可包括胺、水、臭氧、過氧化氫、其他合適的反應氣體、或上述之組合。在一些實施例中，載流氣體可包括氬氣、氦氣、氮氣、其他合適的載流氣體組成、或上述之組合。在一些實施例中，緻密化前驅物的流速在約10sccm到約1,000sccm之間。在一些實施例中，載流氣體的流速在約100sccm到約10,000sccm之間。在一些實施例中，施加功率至緻密化前驅物及/或載流氣體以產生電漿，其中功率在約10W至約1,000W之間。在一些實施例中，施加功率至緻密化前驅物及/或載流氣體以產生電漿是施加低功率，例如低於約100W。在一些實施例中，電漿是由射頻電源產生，前述功率即為射頻功率。在一些實施例中，金屬-氧光阻材料暴露於電漿的時間約3秒至約3,600秒之間。在一些實施例中，電漿緻密化階段中製程腔室的壓力維持在約0.1torr至約150torr。在一些實施例中，電漿緻密化階段中製程腔室的溫度維持在約25℃至約300℃之間。
在一些實施例中，軟烤製程(亦可被稱為退火製程及/或熱處理)加熱工作件10(包括一或多個金屬氧化物光阻子層)一段時間。軟烤製程從工作件10的前方(例如工作 件10中金屬氧化物光阻子層的最頂部)加熱、從工作件10的底部(例如朝向晶圓15)加熱、從工作件的側邊加熱、或上述之組合。在一些實施例中，軟烤製程加熱工作件10至溫度約80℃至約250℃。在一些實施例中，工作件10軟烤(退火)持續約60秒至約300秒。在一些實施例中，軟烤製程中製程腔室的壓力維持在約0.1torr至約150torr。在一些實施例中，工作件10在惰性氣體環境中軟烤(退火)，惰性氣體包括如氬氣、氦氣、其他適當的惰性氣體組成、或上述之組合，或是在反應氣體環境中軟烤(退火)，反應氣體包括如氧氣、氫氣、氮氣、及/或其他合適的反應氣體組成。
在一些實施例中，UV輻射製程將工作件10的一或多個金屬氧化物光阻子層暴露於UV輻射一段時間。在一些實施例中，UV輻射具有波長約10nm至約400nm。在一些實施例中，金屬氧化物光阻子層暴露於UV輻射約60秒至約3,600秒。在一些實施例中，UV輻射製程加熱工作件10至溫度約20℃至約25℃。在一些實施例中，UV輻射製程中製程腔室的壓力維持在約1x10-5torr至約1x10-4torr。在一些實施例中，工作件10在惰性氣體環境中進行UV輻射處理，惰性氣體包括如氬氣、氦氣、其他適當的惰性氣體組成、或上述之組合，或是在反應氣體環境中進行UV輻射處理，反應氣體包括如氧氣、氫氣、氮氣、及/或其他合適的反應氣體組成。
在一些實施例中，IR輻射製程將工作件10的一 或多個金屬氧化物光阻子層暴露於IR輻射一段時間。在一些實施例中，IR輻射具有波長大於約300nm。在一些實施例中，IR輻射可為遠IR(far infrared,FIR)輻射，其具有波長約50微米(μm)至約1,000μm之間。在一些實施例中，金屬氧化物光阻子層暴露於IR輻射約10秒至約600秒。在一些實施例中，IR輻射製程加熱工作件10至溫度約25℃至約250℃。在一些實施例中，IR輻射製程中製程腔室的壓力維持在約0.1torr至約150torr。在一些實施例中，工作件10在惰性氣體環境中進行IR輻射處理，惰性氣體包括如氬氣、氦氣、其他適當的惰性氣體組成、或上述之組合，或是在反應氣體環境中進行IR輻射處理，反應氣體包括如氧氣、氫氣、氮氣、及/或其他合適的反應氣體組成。
在一些實施例中，在進行沉積製程50-1至50-4之前，進行預沉積處理製程，以強化金屬氧化物光阻層40對材料層20的黏附力並降低金屬氧化物光阻層40自材料層20的剝離。在一些實施例中，預沉積處理製程結合沉積製程50-1。舉例來說，沉積階段可包括預沉積部分和沉積部分，在沉積製程50-1中，從預沉積部分切換到沉積部分時，調整沉積參數，參數如沉積前驅物流速、功率、時間及/或溫度。調整預沉積部分的沉積參數可提升沉積前驅物和材料層20之間的化學反應(並且交聯及/或鍵結)，藉此形成金屬-氧光阻材料的晶種(seed)在材料層20上。調整沉積部分的沉積參數以使金屬-氧光阻材料具有預期的 密度特性在金屬氧化物光阻子層40A中。在一些實施例中，金屬-氧光阻材料形成一部分的金屬氧化物光阻子層40A。在一些實施例中，預沉積處理製程是電漿處理製程。本揭示案包括任何其他處理方式的預沉積處理製程，藉此可強化金屬氧化物光阻層40對工作件10的黏附力。
沉積製程50-1至50-4和緻密化製程52-1至52-4可原位(in-situ)進行。本文中的用語「原位」用以描述進行數道製程時工作件維持在一個製程系統中(例如CVD機台內)，其中製程系統可讓工作件處於真空環境中。因此，用語「原位」一般可意指對工作件進行數道製程時，工作件不會暴露在外界環境(例如製程之外的環境)中。隨後的製程，例如曝光製程或顯影製程，可能會在另一個製程系統中進行(ex-situ)，例如工作件10從CVD機台傳送至曝光機台及/或顯影機台。在一些實施例中，沉積製程50-1至50-4和緻密化製程52-1至52-4在製程系統中的同一個製程腔室中進行，例如CVD機台中的一個腔室。在一些實施例中，沉積製程50-1至50-4在具有多腔室的製程系統中的第一製程腔室進行，緻密化製程52-1至52-4在具有多腔室的製程系統中的第二製程腔室進行，並且工作件10從第一製程腔室傳送至第二製程腔室時保持處在真空狀態下，工作件10未暴露於外界環境中，所以工作件10可在多腔室IC製程系統中形成金屬氧化物光阻層40。
請返回參照第1A圖，在沉積金屬氧化物光阻層 30和金屬氧化物光阻層40之後，微影製程A和微影製程B進行曝光製程，在曝光製程中金屬氧化物光阻層30和金屬氧化物光阻層40暴露至經圖案化的輻射。在一些實施例中，經圖案化的輻射具有波長小於約250nm，例如DUV輻射、EUV輻射、及/或其他適合的輻射。在一些實施例中，經圖案化的輻射是EUV輻射，其輻射的波長小於約13.5nm。在一些實施例中，如圖所示，遮罩60上具有定義好的IC圖案，使經圖案化的輻射透過遮罩，將IC圖案轉移至金屬氧化物光阻層30和金屬氧化物光阻層40。依據遮罩60的圖案及/或遮罩類型(例如，雙遮罩、相偏移遮罩或EUV遮罩)，遮罩60可擋住、穿透、及/或反射朝向金屬氧化物光阻層30和金屬氧化物光阻層40的輻射。曝光製程可在空氣、液體(浸潤式微影)或真空中進行(例如，使用EUV輻射或e-beam對工作件10進行曝光)。在一些實施例中，曝光製程中不使用遮罩(例如遮罩60)，直接根據IC圖案調節輻射，如e-beam或離子束。
因為金屬氧化物光阻層30和金屬氧化物光阻層40對輻射敏感，在曝光製程之後形成潛在圖案在金屬氧化物光阻層30和金屬氧化物光阻層40上。潛在圖案通常相應於曝光在光阻層上的圖案，在後續顯影製程中，將轉變成實體光阻圖案。在第1A圖中，金屬氧化物光阻層30的潛在圖案包括曝光部分30E和未曝光部分30U，金屬氧化物光阻層40的潛在圖案包括曝光部分40E和未曝光部分40U。曝光部分30E和40E對曝光製程的反應為物理性 及/或化學性變化。在一些實施例中，曝光製程造成曝光部分30E和40E化學反應，並降低曝光部分30E和40E對顯影劑的溶解度。在一些實施例中，曝光部分30E和40E不溶於顯影劑。在一些實施例中，曝光製程之後，對金屬氧化物光阻層30和金屬氧化物光阻層40進行後曝光烘烤(post-exposure baking,PEB)製程。PEB製程使金屬氧化物光阻層30和金屬氧化物光阻層40的溫度提高至約90℃至約250℃。因為金屬氧化物光阻層40具有緻密且均勻的原子結構，然而金屬氧化物光阻層30具有鬆散且隨機的原子結構(例如，見第1C圖中金屬氧化物光阻層30和金屬氧化物光阻層40於沉積製程之後的俯視圖)，所以金屬氧化物光阻層40的輻射的曝光劑量可少於金屬氧化物光阻層30的輻射的曝光劑量。在一些實施例中，金屬氧化物光阻層40的輻射的曝光劑量可為金屬氧化物光阻層30的輻射的曝光劑量的0.1倍。再者，與金屬氧化物光阻層30相反的是，在曝光製程、PEB製程及/或其他後續製程的過程中，金屬氧化物光阻層40沒有(或是最小化)釋氣，因此可以降低工作件因釋氣受到汙染而造成的薄膜缺陷，及/或可以預防隨時間因釋氣汙染物累積於製程腔體而造成的圖案保真度劣化。
接著，微影製程A和微影製程B對金屬氧化物光阻層30和金屬氧化物光阻層40進行顯影製程，以分別形成圖案化金屬氧化物光阻層30’和圖案化金屬氧化物光阻層40’。根據金屬氧化物光阻層30和金屬氧化物光阻層 40各別的特性以及顯影溶液的性質，顯影製程溶解金屬氧化物光阻層30和金屬氧化物光阻層40中曝光(或未曝光)部分。如圖所示的實施例中，進行負型顯影(negative tone development,NTD)製程以移除金屬氧化物光阻層30的未曝光部分30U和移除金屬氧化物光阻層40的未曝光部分40U。舉例來說，對金屬氧化物光阻層30和金屬氧化物光阻層40使用NTD顯影劑並溶解未曝光部分30U和40U，留下具有開口62的圖案化金屬氧化物光阻層30’，其中開口62由曝光部分30E所定義，以及留下具有開口64的圖案化金屬氧化物光阻層40’，其中開口64由曝光部分40E所定義，並且每個曝光部分40E具有金屬氧化物光阻子層40A至40D所各自留下的子部分)。顯影之後，圖案化金屬氧化物光阻層30’和圖案化金屬氧化物光阻層40’的光阻圖案相應於遮罩60的IC圖案。因為金屬氧化物光阻層40具有緻密且均勻的結構而金屬氧化物光阻層30具有鬆散且隨機的結構，金屬氧化物光阻層40的輻射吸收均勻度優於金屬氧化物光阻層30，所以曝光部分40E比曝光部分30E具有較平滑的邊緣及/或側壁。相較於圖案化金屬氧化物光阻層30’，圖案化金屬氧化物光阻層40’可表現出更好的LER/LWR和臨界尺寸均勻度(critical dimension uniformity,CDU)從而提升微影解析度。例如，見第1C圖中圖案化金屬氧化物光阻層30’和圖案化金屬氧化物光阻層40’於顯影製程之後的俯視圖。
本揭示案進一步揭示循環金屬氧化物光阻沉積製程以控制金屬氧化物光阻層的密度分佈及/或密度特性，而使金屬氧化物光阻層在圖案化過程(例如曝光與顯影)中可達到合乎預期的表現並且最佳化特定圖案特性。在一些實施例中，可以依照預期的密度分佈、密度特性及/或最佳化金屬氧化物光阻層表現數值，調整循環次數(例如金屬氧化物光阻子層的層數)、每個循環的厚度(例如金屬氧化物光阻子層的厚度)、每個循環的密度(例如金屬氧化物光阻子層的密度)及/或循環時間。在一些實施例中，調整沉積製程參數，例如沉積製程50-1至50-4，以讓金屬氧化物光阻子層達成預期的密度分佈、密度特性及/或最佳化金屬氧化物光阻層表現數值。沉積製程參數包括沉積前驅物、沉積前驅物流速、沉積壓力、沉積溫度、沉積功率、沉積時間、其他沉積參數或上述之組合。在一些實施例中，調整緻密化製程參數，例如緻密化製程52-1至52-4，以讓金屬氧化物光阻子層達成預期的密度分佈、密度特性及/或最佳化金屬氧化物光阻層表現數值。緻密化製程參數包括處理時間、處理波長、處理功率、處理前驅物、處理前驅物流速、其他處理參數或上述之組合。
在曝光製程中，圖案化輻射有時候無法在縱深方向均勻地曝光光阻層。例如，光阻層的頂層比底部接收到更多的曝光劑量。曝光光子(例如EUV光子)的吸收可能從光阻層的頂部到底部相應地遞減，這會造成光阻層的底部交聯程度低於光阻層的頂部。如第2A圖所示，可在微影製 程A中觀察到此現象，其中EUV光子P在曝光部分30E的頂部之數量多於在曝光部分30E的底部之數量。因此，與曝光部分30E的頂部相比，較少化學反應(例如，交聯)發生在曝光部分30E的底部，所以曝光部分30E的底部可部分地溶解在顯影劑中。如此一來，由曝光部分30E定義的光阻圖案出現介於頂部關鍵尺寸(top critical dimension,TCD)和底部關鍵尺寸(bottom critical dimension,BCD)之間的偏差(差異)，導致圖案化金屬氧化物光阻層30’的圖案保真度下降。在一些實施例中，曝光部分30E具有椎形側壁，即曝光部分30E的寬度從頂部到底部遞減且曝光部分30E的TCD大於曝光部分30E的BCD。
微影製程C採用循環金屬光阻沉積製程DC，循環金屬光阻沉積製程DC所形成的金屬氧化物光阻層80可應用在前述的現象並最佳化輻射光子(例如EUV光子)從頂部到底部的吸收。金屬氧化物光阻層80具有密度梯度，此密度梯度從底部到頂部遞減，例如從金屬氧化物光阻層80的底表面(如與材料層20的介面)到金屬氧化物光阻層80的頂表面。舉例來說，循環金屬光阻沉積製程DC形成金屬氧化物光阻子層80A、金屬氧化物光阻子層80B、和金屬氧化物光阻子層80C，上述各者合併起來為厚度T的金屬氧化物光阻層80。相較於金屬氧化物光阻層40(其中包括密度大致上相同的金屬氧化物光阻子層40A至40D)，金屬氧化物光阻子層80A的密度大於金屬氧化物光阻子層 80B的密度，而金屬氧化物光阻子層80B的密度大於金屬氧化物光阻子層80C，這使得金屬氧化物光阻層80的密度從底部到頂部遞減。金屬氧化物光阻層80的頂部為低密度的配置可讓曝光光子更容易穿過金屬氧化物光阻層80而抵達金屬氧化物光阻層80的底部。金屬氧化物光阻層80的底部(即金屬氧化物光阻子層80A)為高密度的配置可讓金屬氧化物光阻層80的底部的輻射吸收量提升。因此，金屬氧化物光阻層80的密度梯度可以提高金屬氧化物光阻層80的底部的交聯程度。例如，在曝光製程中，曝光部分80E的底部的化學反應(交聯)程度實質上相同於曝光部分80E的頂部的化學反應(交聯)程度，這樣使曝光部分80E均勻地不溶解於顯影劑，而未曝光部分80U則保持溶解於顯影劑。因此，在顯影之後，帶有開口82的圖案化金屬氧化物光阻層80’具有光阻圖案，其中光阻圖案由曝光部分80E定義，並且TCD和BCD之間的偏差已最小化(甚至不存在)，從而改善圖案保真度。在如圖所示之實施例中，曝光部分80E的側壁大致上彼此平行，並且寬度從底部到頂部大致上相同。在一些實施例中，金屬氧化物光阻層80的低密度頂部具有隨機、寬鬆、且非均勻的原子結構，而金屬氧化物光阻層80的高密度底部具有緻密、規律、且均勻的原子結構。
在一些實施例中，由於金屬氧化物光阻層80的整體密度(平均密度)大於金屬氧化物光阻層30的整體密度(平均密度)，當曝光於相同的曝光劑量時，金屬氧化物光 阻層80可吸收比金屬氧化物光阻層30更多的輻射，並且金屬氧化物光阻層80可比金屬氧化物光阻層30更均勻地吸收輻射。金屬氧化物光阻子層80A和金屬氧化物光阻子層80B的密度大於金屬氧化物光阻層30的密度，而金屬氧化物光阻子層80C的密度大致上等於或是小於金屬氧化物光阻層30的密度。在一些實施例中，金屬氧化物光阻子層80A至80C的密度皆大於金屬氧化物光阻層30的密度。在一些實施例中，金屬氧化物光阻子層80A至80C可以有其他的密度分佈，例如大致上均勻的密度、從底部到頂部遞增的密度梯度、交替的密度、或其他合適的密度分佈。在所示的實施例中，金屬氧化物光阻子層80A至80C中的每一者具有均勻的密度。在一些實施例中，金屬氧化物光阻子層80A的原子結構比金屬氧化物光阻子層80B的原子結構更加規律且緊密堆疊，金屬氧化物光阻子層80B的原子結構比金屬氧化物光阻子層80C的原子結構更加規律且緊密堆疊。金屬氧化物光阻子層80A至80C分別具有厚度t5、厚度t6、和厚度t7，而厚度t5、厚度t6、和厚度t7的總和等於厚度T。在一些實施例中，如圖所示，厚度t5、厚度t6、和厚度t7實質上相同。在一些實施例中，厚度t5、厚度t6、和厚度t7依照預期的密度分佈及/或密度特性而相異或相同。
第2B圖根據本揭示案的一些實施例繪示循環金屬光阻沉積製程DC之示意圖。在第2B圖中，循環金屬光阻沉積製程DC包括三個循環，其中每個循環形成金屬氧 化物光阻子層80A至80C中的一者，並且每個循環包括沉積製程，而一些循環包括緻密化製程。例如，循環金屬光阻沉積製程DC包括第一循環、第二循環、和第三循環。第一循環包括進行沉積製程90-1以形成金屬氧化物光阻子層80A’在材料層20上，其中金屬氧化物光阻子層80A’具有厚度t5和第一密度，並且對金屬氧化物光阻子層80A’進行緻密化製程92-1以形成金屬氧化物光阻子層80A，其中金屬氧化物光阻子層80A具有大於第一密度的第二密度。第二循環包括進行沉積製程90-2以形成金屬氧化物光阻子層80B’在金屬氧化物光阻子層80A上，其中金屬氧化物光阻子層80B’具有厚度t6和第三密度，並且對金屬氧化物光阻子層80B’進行緻密化製程92-2以形成金屬氧化物光阻子層80B，其中金屬氧化物光阻子層80B具有大於第三密度的第四密度。第三循環包括進行沉積製程90-3以形成金屬氧化物光阻子層80C’在金屬氧化物光阻子層80B上，其中金屬氧化物光阻子層80C’具有厚度t7和第五密度，其中第五密度小於第四密度。第三循環不進行緻密化製程。沉積製程90-1至90-3相似於前述的沉積製程50-1至50-4，緻密化製程92-1至92-2相似於前述的緻密化製程52-1至52-4，可依照金屬氧化物光阻子層80A’和80B’、金屬氧化物光阻子層80A至80C和金屬氧化物光阻層80所預期的密度分佈及/或密度特性，調整沉積製程90-1至90-3和緻密化製程92-1至92-2的參數。如圖所示之實施例，第二密度、第四密度和第五密 度(即每個循環後金屬-氧光阻材料的密度)彼此不同，因此金屬氧化物光阻層80的密度從頂部到底部增加。在一些實施例中，第二密度、第四密度和第五密度實質上相同。在一些實施例中，第一密度、第三密度、及/或第五密度不同。在一些實施例中，第一密度、第三密度、及/或第五密度相同於金屬氧化物光阻層30的密度。
在曝光製程中，無預期的化學反應(例如交聯)發生在光阻層的未曝光部分。如第3A圖所示，可在微影製程A中觀察到此現象，其中化學反應無預期地出現在被遮罩60擋住的金屬氧化物光阻層30的部分(即未曝光部分30U)，所以形成預期之外的曝光部分UE，預期之外的曝光部分UE可局部地不溶於顯影劑。因此，顯影劑無法完全地移除未曝光部分30U，並留下光阻殘留物S在工作件10的未曝光區域。光阻殘留物S對應於預期之外的曝光部分UE，光阻殘留物S可以為光阻殘渣(scum)(例如，光阻殘留物S使材料層無法圖案化)及/或光阻基腳(footing)(例如，光阻殘留物S在曝光部分30E的底部，造成寬度差異及/或LER/LWR的變異)。微影製程D，如第3A圖所示，採用循環金屬光阻沉積製程DD，循環金屬光阻沉積製程DD所形成的金屬氧化物光阻層100可用以減緩前述的現象。
金屬氧化物光阻層100具有從底部到頂部遞增的密度梯度，例如從金屬氧化物光阻層100的底表面(如與材料層20的介面)到金屬氧化物光阻層100的頂表面。舉 例來說，循環金屬光阻沉積製程DD形成金屬氧化物光阻子層100A、金屬氧化物光阻子層100B、和金屬氧化物光阻子層100C，上述各者合併起來為厚度T的金屬氧化物光阻層80。相較於金屬氧化物光阻層40(其中包括密度大致上相同的金屬氧化物光阻子層40A至40D)，金屬氧化物光阻子層100A的密度小於金屬氧化物光阻子層100B的密度，而金屬氧化物光阻子層100B的密度小於金屬氧化物光阻子層100C，這使得金屬氧化物光阻層100的密度從底部到頂部遞增。金屬氧化物光阻層100的底部(即金屬氧化物光阻子層100A)為低密度的配置可降低金屬氧化物光阻層100的底部的輻射吸收量，進而減少發生在金屬氧化物光阻層100的未曝光區域的預期外化學反應。金屬氧化物光阻層100的頂部(即金屬氧化物光阻子層100B和100C)為高密度的配置可讓金屬氧化物光阻層100的頂部的輻射吸收量提升。因此，金屬氧化物光阻層100的密度梯度可以降低金屬氧化物光阻層100的底部的交聯程度，並增加金屬氧化物光阻層100的頂部的交聯程度。例如，在曝光製程中，曝光部分100E的底部的化學反應(交聯)程度可少於曝光部分100E的頂部的化學反應(交聯)程度，進而減少預期外的化學反應(例如局部交聯)發生在未曝光部分100U，其中未曝光部分100U相鄰於曝光部分100E的底部。因此，在顯影之後，帶有開口102的圖案化金屬氧化物光阻層100’具有光阻圖案，其中光阻圖案由曝光部分100E定義，因光阻殘留物S的不存在(或 極少)而使曝光部分100E可精確形成，從而改善圖案保真度。在如圖所示之實施例中，曝光部分100E的側壁大致上彼此平行，並且寬度從底部到頂部大致上相同。在一些實施例中，金屬氧化物光阻層100的低密度底部具有隨機、寬鬆、且非均勻的原子結構，而金屬氧化物光阻層80的高密度頂部具有緻密、規律、且均勻的原子結構。
在一些實施例中，由於金屬氧化物光阻層100的整體密度(平均密度)大於金屬氧化物光阻層30的整體密度(平均密度)，當曝光於相同的曝光劑量時，金屬氧化物光阻層100可吸收比金屬氧化物光阻層30更多的輻射，並且金屬氧化物光阻層100可比金屬氧化物光阻層30更均勻地吸收輻射。金屬氧化物光阻子層100B和金屬氧化物光阻子層100C的密度大於金屬氧化物光阻層30的密度，而金屬氧化物光阻子層100A的密度大致上等於或是小於金屬氧化物光阻層30的密度。在進一步的實施例中，金屬氧化物光阻子層100C的密度大於金屬氧化物光阻子層100B的密度。在一些實施例中，金屬氧化物光阻子層100C的密度大致上等於金屬氧化物光阻子層100B的密度。在一些實施例中，金屬氧化物光阻子層100A至100C的密度皆大於金屬氧化物光阻層30的密度。在一些實施例中，金屬氧化物光阻子層100A至100C可以有其他的密度分佈，例如大致上均勻的密度、從底部到頂部遞增或遞減的密度梯度、交替的密度、或其他合適的密度分佈。在所示的實施例中，金屬氧化物光阻子層100A至100C中 的每一者具有均勻的密度。在一些實施例中，金屬氧化物光阻子層100A的原子結構比金屬氧化物光阻子層100B的原子結構較少規律且較不緊密堆疊，金屬氧化物光阻子層80B的原子結構比金屬氧化物光阻子層80C的原子結構較少規律且腳步緊密堆疊。金屬氧化物光阻子層100A至100C分別具有厚度t8、厚度t9、和厚度t10，而厚度t8、厚度t9、和厚度t10的總和等於厚度T。在一些實施例中，如圖所示，厚度t8、厚度t9、和厚度t10實質上相同。在一些實施例中，厚度t8、厚度t9、和厚度t10依照預期的密度分佈及/或密度特性而相異或相同。
第3B圖根據本揭示案的一些實施例繪示循環金屬光阻沉積製程DD之示意圖。在第3B圖中，循環金屬光阻沉積製程DD包括三個循環，其中每個循環形成金屬氧化物光阻子層100A至100C中的一者，並且每個循環包括沉積製程，而一些循環包括緻密化製程。例如，循環金屬光阻沉積製程DD包括第一循環、第二循環、和第三循環。第一循環包括進行沉積製程110-1以形成金屬氧化物光阻子層100A在材料層20上，其中金屬氧化物光阻子層100A具有厚度t8和第一密度。第一循環不進行緻密化製程。第二循環包括進行沉積製程110-2以形成金屬氧化物光阻子層100B’在金屬氧化物光阻子層100A上，其中金屬氧化物光阻子層100B’具有厚度t9和第二密度，並且對金屬氧化物光阻子層100B’進行緻密化製程112-1以形成金屬氧化物光阻子層100B，其中金屬氧化 物光阻子層100B具有大於第二密度的第三密度。第三循環包括進行沉積製程110-3以形成金屬氧化物光阻子層100C’在金屬氧化物光阻子層100B上，其中金屬氧化物光阻子層100C’具有厚度t10和第四密度，並且對金屬氧化物光阻子層100C’進行緻密化製程112-2以形成金屬氧化物光阻子層100C，其中金屬氧化物光阻子層100C具有大於第四密度的第五密度，且第五密度大於金屬氧化物光阻子層100B的第三密度。沉積製程110-1至110-3相似於前述的沉積製程50-1至50-4，緻密化製程112-1至112-2相似於前述的緻密化製程52-1至52-4，可依照金屬氧化物光阻子層100B’和100C’、金屬氧化物光阻子層100A至100C和金屬氧化物光阻層100所預期的密度分佈及/或密度特性，調整沉積製程110-1至110-3和緻密化製程112-1至112-2的參數。如圖所示之實施例，第一密度、第三密度、和第五密度(即每個循環後金屬-氧光阻材料的密度)彼此不同，因此金屬氧化物光阻層100的密度從頂部到底部遞減。在一些實施例中，第三密度和第五密度實質上相同，但不同於第一密度。在一些實施例中，第一密度、第二密度、和第四密度(即剛沉積的金屬-氧光阻材料的密度)實質上相同。在一些實施例中，第一密度、第二密度、和第四密度不同。在一些實施例中，第一密度、第二密度、及/或第四密度相同於金屬氧化物光阻層30的密度。
第4圖根據本揭示案的一些實施例繪示形成金屬 氧化物光阻層120的循環金屬光阻沉積製程DE之示意圖，其中金屬氧化物光阻層120可用於微影製程以改善圖案保真度。金屬氧化物光阻層120從底部到頂部具有交替的密度(例如，疏-密-疏-密)，例如從金屬氧化物光阻層120的底表面(如與材料層20的介面)到金屬氧化物光阻層120的頂表面。舉例來說，循環金屬光阻沉積製程DE形成金屬氧化物光阻子層120A、金屬氧化物光阻子層120B、金屬氧化物光阻子層120C、和金屬氧化物光阻子層120D，上述各者合併起來為厚度T的金屬氧化物光阻層120。金屬氧化物光阻子層120A至120D分別具有厚度t11、厚度t12、厚度t13、和厚度t14，而厚度t11、厚度t12、厚度t13、和厚度t14的總和等於厚度T。在一些實施例中，如圖所示，厚度t5、厚度t6、和厚度t7實質上相同。相較於金屬氧化物光阻層40(其中包括密度大致上相同的金屬氧化物光阻子層40A至40D)，金屬氧化物光阻子層120B的密度大於金屬氧化物光阻子層120A的密度，金屬氧化物光阻子層120C的密度小於金屬氧化物光阻子層120B的密度，金屬氧化物光阻子層120D的密度大於金屬氧化物光阻子層120C的密度，這使得金屬氧化物光阻層120從底部到頂部為交替的高低密度，及/或金屬氧化物光阻層120的原子結構為交替的疏密配置。交替的密度分佈可平衡各種圖案化過程中影響圖案保真度的因素。例如，金屬氧化物光阻層120的底部(即金屬氧化物光阻子層120A)為低密度的配置可降低光阻溶渣或光阻基腳缺陷， 而金屬氧化物光阻層120的頂部(即金屬氧化物光阻子層120D)為高密度的配置可減少釋氣以及降低因釋氣產生的汙染。除此之外，金屬氧化物光阻層120的中間部(例如金屬氧化物光阻子層120B和120C)為密度梯度，且從頂部到底部遞減之密度梯度，這可增強輻射的吸收，進而改善LER/LWR和CDU。
在一些實施例中，由於金屬氧化物光阻層120的整體密度(平均密度)大於金屬氧化物光阻層30的整體密度(平均密度)，當曝光於相同的曝光劑量時，金屬氧化物光阻層120可吸收比金屬氧化物光阻層30更多的輻射，並且金屬氧化物光阻層120可比金屬氧化物光阻層30更均勻地吸收輻射。在如圖所示之實施例中，金屬氧化物光阻子層120B至120D的密度皆大於金屬氧化物光阻層30的密度，而金屬氧化物光阻子層120A的密度實質上等於或小於金屬氧化物光阻層30的密度。在一些實施例中，金屬氧化物光阻子層120D的密度是金屬氧化物光阻層120的密度中最大值，金屬氧化物光阻子層120A的密度是金屬氧化物光阻層120的密度中最小值，金屬氧化物光阻子層120C的密度介於最大值和最小值之間。在一些實施例中，金屬氧化物光阻子層120B的密度相同於金屬氧化物光阻子層120D的密度。在一些實施例中，金屬氧化物光阻子層120B的密度小於金屬氧化物光阻子層120D的密度，但是大於金屬氧化物光阻子層120C的密度。在一些實施例中，金屬氧化物光阻子層120A至120D的密度皆 大於金屬氧化物光阻層30的密度。在一些實施例中，金屬氧化物光阻子層120A至120D可以有其他的密度分佈，例如大致上均勻的密度、從底部到頂部遞增或遞減的密度梯度、交替的密度、或其他合適的密度分佈。在所示的實施例中，金屬氧化物光阻子層120A至120D中的每一者具有均勻的密度。
在第4圖中，循環金屬光阻沉積製程DE包括四個循環，其中每個循環形成金屬氧化物光阻子層120A至120D中的一者，並且每個循環包括沉積製程，而一些循環包括緻密化製程。例如，循環金屬光阻沉積製程DE包括第一循環、第二循環、第三循環和第四循環。第一循環包括進行沉積製程130-1以形成金屬氧化物光阻子層120A在材料層20上，其中金屬氧化物光阻子層120A具有厚度t11和第一密度。第一循環不進行緻密化製程。第二循環包括進行沉積製程130-2以形成金屬氧化物光阻子層120B’在金屬氧化物光阻子層120A上，其中金屬氧化物光阻子層120B’具有厚度t12和第二密度，並且對金屬氧化物光阻子層120B’進行緻密化製程132-1以形成金屬氧化物光阻子層120B，其中金屬氧化物光阻子層120B具有大於第二密度和第一密度的第三密度。厚度t12大於厚度t11。第三循環包括進行沉積製程130-3以形成金屬氧化物光阻子層120C’在金屬氧化物光阻子層120B上，其中金屬氧化物光阻子層120C’具有厚度t13和第四密度，並且對金屬氧化物光阻子層120C’進行緻密化製程 132-2以形成金屬氧化物光阻子層120C，其中金屬氧化物光阻子層120C具有大於第四密度但小於第三密度的第五密度。厚度t13小於厚度t12並大於厚度t11。第四循環包括進行沉積製程130-4以形成金屬氧化物光阻子層120D’在金屬氧化物光阻子層120C上，其中金屬氧化物光阻子層120D’具有厚度t14和第六密度，並且對金屬氧化物光阻子層120D’進行緻密化製程132-3以形成金屬氧化物光阻子層120D，其中金屬氧化物光阻子層120D具有大於第六密度和第五密度的第七密度。厚度t14小於厚度t13。如圖所示之實施例，第七密度實質上等於第三密度。沉積製程130-1至130-4相似於前述的沉積製程50-1至50-4，緻密化製程132-1至132-3相似於前述的緻密化製程52-1至52-4，可依照金屬氧化物光阻子層120B’至120D’、金屬氧化物光阻子層120A至120D和金屬氧化物光阻層120所預期的密度分佈及/或密度特性，調整沉積製程130-1至130-4和緻密化製程132-1至132-3的參數。在如圖所示之實施例中，第一密度、第三密度、第五密度、和第七密度(即每個循環後金屬-氧光阻材料的密度)彼此不同，因此金屬氧化物光阻層120的密度從頂部到底部不同。在一些實施例中，第二密度、第四密度、和第六密度(即剛沉積的金屬-氧光阻材料的密度)實質上相同。在一些實施例中，第一密度、第二密度、第四密度、及/或第六密度實質上相同於金屬氧化物光阻層30的密度。第4圖經簡化以清楚表達本揭示案的觀點。可加 入額外的特徵循環金屬光阻沉積製程DE，並且，在其他實施例中，可取代、修改或省略特徵循環金屬光阻沉積製程DE於本文中所述的一些特徵。
第5圖根據本揭示案的一些實施例繪示形成金屬氧化物光阻層140的循環金屬光阻沉積製程DF之示意圖，其中金屬氧化物光阻層140可用於微影製程以改善圖案保真度。循環金屬光阻沉積製程DF相似於循環金屬光阻沉積製程DA，除了循環金屬光阻沉積製程DF形成金屬氧化物光阻層140以及調整緻密化製程的參數以導入局部交聯至金屬氧化物光阻層140中。舉例來說，金屬氧化物光阻層140是均勻的，並且從底部到頂部部分交聯，例如從金屬氧化物光阻層140的底表面(如與材料層20的介面)到金屬氧化物光阻層140的頂表面。金屬氧化物光阻層140的交聯程度大於金屬氧化物光阻層30的交聯程度(可能為0)，因此在進行圖案化製程時，金屬氧化物光阻層40可使用比金屬氧化物光阻層30更小的曝光劑量。在第5圖中，循環金屬光阻沉積製程DF形成金屬氧化物光阻子層140A、金屬氧化物光阻子層140B、金屬氧化物光阻子層140C、和金屬氧化物光阻子層140D，上述各者合併起來為厚度T的金屬氧化物光阻層140。金屬氧化物光阻子層140A至140D分別具有厚度t1、厚度t2、厚度t3、和厚度t4，而厚度t1、厚度t2、厚度t3、和厚度t4的總和等於厚度T。金屬氧化物光阻子層140A的交聯程度、金屬氧化物光阻子層140B的交聯程度、金屬氧化物光阻 子層140C的交聯程度、和金屬氧化物光阻子層140D的交聯程度實質上相同。在第5圖所示實施例中，厚度t1、厚度t2、厚度t3、和厚度t4實質上相同。在一些實施例中，厚度t1、厚度t2、厚度t3、和厚度t4依照預期的局部交聯分佈而相異或相同。第5圖經簡化以清楚表達本揭示案的觀點。可加入額外的特徵循環金屬光阻沉積製程DF，並且，在其他實施例中，可取代、修改或省略特徵循環金屬光阻沉積製程DF於本文中所述的一些特徵。
在第5圖中，循環金屬光阻沉積製程DF包括四個循環，其中每個循環形成金屬氧化物光阻子層140A至140D中的一者，並且每個循環包括沉積製程和緻密化製程。例如，循環金屬光阻沉積製程DF包括第一循環、第二循環、第三循環和第四循環，其中第一至第四循環包括沉積製程50-1至50-4以分別形成金屬氧化物光阻子層40A’至40D’，如同第1A圖至第1C圖所說明。第一循環包括對金屬氧化物光阻子層40A’進行緻密化製程152-1以使金屬氧化物光阻子層40A’產生局部交聯，從而形成具有第一交聯程度的金屬氧化物光阻子層140A。第二循環包括對金屬氧化物光阻子層40B’進行緻密化製程152-2以使金屬氧化物光阻子層40B’產生局部交聯，從而形成具有第二交聯程度的金屬氧化物光阻子層140B。第三循環包括對金屬氧化物光阻子層40C’進行緻密化製程152-3以使金屬氧化物光阻子層40C’產生局部交聯，從而形成具有第三交聯程度的金屬氧化物光阻子層140C。 第四循環包括對金屬氧化物光阻子層40D’進行緻密化製程152-4以使金屬氧化物光阻子層40D’產生局部交聯，從而形成具有第四交聯程度的金屬氧化物光阻子層140D。第一交聯程度、第二交聯程度、第三交聯程度、和第四交聯程度低於完全交聯程度。在如圖所示之實施例中，可透過調整緻密化製程152-1至152-4的參數使第一交聯程度、第二交聯程度、第三交聯程度、和第四交聯程度實質上相同。在一些實施例中，第一交聯程度、第二交聯程度、第三交聯程度、和第四交聯程度依照金屬氧化物光阻層不同的交聯程度分佈而相異或相同。在一些實施例中，金屬氧化物光阻層140從底部到頂部具有不同的交聯程度。例如，第一交聯程度大於第二交聯程度、第三交聯程度及/或第四交聯程度。緻密化製程152-1至152-4相似於前述的緻密化製程。例如，緻密化製程152-1至152-4可以是軟烤製程、UV處理製程、IR處理製程、其他合適的處理製程、或上述之組合。
在進行微影製程(例如微影製程A、微影製程B、微影製程C及/或其他微影製程)之後，圖案化金屬氧化物光阻層(例如圖案化金屬氧化物光阻層30’、圖案化金屬氧化物光阻層40’、圖案化金屬氧化物光阻層80’、及/或形成自金屬氧化物光阻層120或金屬氧化物光阻層140的圖案化金屬氧化物光阻層)可作為遮罩，接著對工作件10，例如對材料層20及/或晶圓15，進行後續製程。舉例來說，後續製程僅對工作件10的開口區域產生作用，而 工作件10被圖案化金屬氧化物光阻層遮蔽的其他區域則受到保護而免於製程影響。在一些實施例中，後續製程包括蝕刻材料層20，其中圖案化金屬氧化物光阻層作為蝕刻遮罩。因此，圖案化金屬氧化物光阻層的圖案可轉移至材料層20，藉此形成圖案化材料層。在一些材料層為硬遮罩層的實施例中，圖案化金屬氧化物光阻層的圖案首先轉移至材料層20，接著從圖案化材料層轉移至晶圓15的另一材料層上。在一些實施例中，後續製程包括進行佈植製程在材料層20上，其中圖案化金屬氧化物光阻層作為佈植遮罩，因此，形成各種摻雜特徵(區域)在材料層20中。在一些實施例中，後續製程包括進行沉積材料在材料層20上，其中圖案化金屬氧化物光阻層作為沉積遮罩，因此，形成各種材料特徵(例如閘極及/或接觸件)在材料層20中。製程完成之後，使用任何適當的製程自工作件10移除圖案化金屬氧化物光阻層。在一些實施例中，圖案化金屬氧化物光阻層在後續製程的操作過程中可能被局部地消耗，例如在蝕刻製程的操作過程中，圖案化金屬氧化物光阻層的剩下部分可隨後移除。
本揭示案揭示金屬氧化物光阻層、形成金屬氧化物光阻層的循環金屬光阻沉積製程、以及微影製程，其中微影製程採用金屬氧化物光阻以改善微影解析度及/或光阻圖案保真度。本揭示案所闡述的循環金屬光阻沉積製程可用於形成各種類型的金屬氧化物光阻層，例如金屬氮化物光阻層、金屬碳化物光阻層、及/或其他含金屬之光敏層。 在此實施例中，氧/氧化物可取代其他的組成，其包括氮/氮化物、碳/碳化物、及/或其他含金屬之光阻組成。在此實施例中，含金屬光阻層可包括或不包括氧。以上所述之先進微影製程、方法、和材料可適用於各種應用，包括FinFET及/或GAA電晶體。除此之外，用於形成鰭部的間隔件(亦被稱為心軸(mandrel))可採用本揭示案實施例的製程。
一種例示性製造積體電路裝置的方法包括形成金屬氧化物光阻層在工作件上，藉由進行數個沉積製程以形成金屬氧化物光阻層的數個金屬氧化物光阻子層在工作件上，以及藉由進行緻密化製程在金屬氧化物光阻子層中的至少一者上。沉積製程中的每一者形成金屬氧化物光阻子層中的對應者。緻密化製程增加金屬氧化物光阻子層中的至少一者的密度。在一些實施例中，形成金屬氧化物光阻層進一步包括在進行緻密化製程之後進行清除製程。在一些實施例中，沉積製程和緻密化製程在相同腔室中進行。在一些實施例中，進行緻密化製程包括將金屬氧化物光阻子層中的至少一者暴露於電漿。在一些實施例中，進行緻密化製程包括軟烤金屬氧化物光阻子層中的至少一者。在一些實施例中，進行緻密化製程包括將金屬氧化物光阻子層中的至少一者暴露於紫外線輻射。在一些實施例中，進行緻密化製程包括將金屬氧化物光阻子層中的至少一者暴露於紅外線輻射。在一些實施例中，緻密化製程在沉積製程中的每一者之後才進行，使得金屬氧化物光阻子層中的 每一者經過對應的緻密化處理。在一些實施例中，製造積體電路裝置的方法進一步包括調整沉積製程的數個沉積參數、調整緻密化製程的數個緻密化參數、或上述兩者，以形成密度梯度在金屬氧化物光阻層中。在一些實施例中，製造積體電路裝置的方法進一步包括進行曝光製程在金屬氧化物光阻層上、以及進行顯影製程在金屬氧化物光阻層上，藉此形成圖案化金屬氧化物光阻層在工作件上。
另一例示性製造積體電路裝置的方法包括接收工作件在製程腔室中、在製程腔室中進行至少兩個沉積製程以形成金屬氧化物光阻層在工作件上、以及在製程腔室中進行處理製程以改變金屬氧化物光阻層的密度分佈。在一些實施例中，處理製程在至少兩個沉積製程中的每一者之後才進行，使得金屬氧化物光阻層從底部到頂部具有均勻密度。在一些實施例中，處理製程在至少兩個沉積製程中的每一者之後才進行，使得金屬氧化物光阻層從底部到頂部具有不同密度。在一些實施例中，處理製程在至少兩個沉積製程中的每一者之後才進行，使得金屬氧化物光阻層具有密度梯度，密度梯度從底部到頂部遞增。在一些實施例中，處理製程在至少兩個沉積製程中的每一者之後才進行，使得金屬氧化物光阻層具有密度梯度，密度梯度從底部到頂部遞減。在一些實施例中，處理製程在至少兩個沉積製程中的每一者之後才進行，使得金屬氧化物光阻層具有交替的密度。
一種例示性金屬氧化物光阻層包括第一金屬氧化 物光阻子層、設置在第一金屬氧化物光阻子層上的第二金屬氧化物光阻子層、以及設置在第二金屬氧化物光阻子層上的第三金屬氧化物光阻子層。第一金屬氧化物光阻子層具有第一密度、第二金屬氧化物光阻子層具有第二密度、及第三金屬氧化物光阻子層具有第三密度。在一些實施例中，第一密度、第二密度和第三密度實質上相同。在一些實施例中，第一密度、第二密度和第三密度相異。在一些實施例中，第一密度、第二密度和第三密度配置以提供金屬氧化物光阻層密度梯度，密度梯度從第一金屬氧化物光阻子層到第三金屬氧化物光阻子層變化。
另一例示性方法包括形成金屬氧化物光阻層在工作件上，藉由進行一或多道沉積循環的沉積製程，使金屬氧化物光阻層具有金屬氧化物光阻子層的堆疊結構，以及藉由進行緻密化製程在金屬氧化物光阻子層中的至少一者上，其中緻密化製程增加金屬氧化物光阻子層中至少一者的密度。在一些實施例中，沉積製程和緻密化製程在同一製程腔室中進行。在一些實施例中，進行緻密化製程包括將金屬氧化物光阻子層中的至少一者暴露於電漿。在一些實施例中，進行緻密化製程包括將金屬氧化物光阻子層中的至少一者暴露於退火製程。在一些實施例中，進行緻密化製程包括將金屬氧化物光阻子層中的至少一者暴露於紫外線輻射。在一些實施例中，進行緻密化製程包括將金屬氧化物光阻子層中的至少一者暴露於紅外線輻射。在一些實施例中，沉積製程包括化學氣相沉積製程、原子層沉積 製程、或上述之組合。在一些實施例中，緻密化製程在沉積製程中的每一者之後才進行，使得金屬氧化物光阻子層中的每一者經過對應的緻密化處理。在一些實施例中，方法進一步包括調整沉積製程、調整緻密化製程、或調整這兩者製程，以在金屬氧化物光阻層中形成密度梯度。在一些實施例中，最頂部的金屬氧化物光阻子層的第一密度大於最底部的金屬氧化物光阻子層的第二密度。在一些實施例中，最頂部的金屬氧化物光阻子層的第一密度小於最底部的金屬氧化物光阻子層的第二密度。在一些實施例中，調整沉積製程包括調整前驅物氣體、前驅物氣體流量、沉積壓力、沉積溫度、沉積功率、沉積時間、其他沉積參數、或上述之組合。在一些實施例中，調整緻密化製程包括調整緻密化處理時間、緻密化處理功率、緻密化處理溫度、其他緻密化處理參數、或上述之組合。在一些實施例中，方法進一步包括調整沉積製程、調整緻密化製程、或調整這兩者製程，以在金屬氧化物光阻層中形成交替的密度分佈在金屬氧化物子層的堆疊結構內。在一些實施例中，方法進一步包括在進行緻密化製程之後進行清除製程。在一些實施例中，緻密化製程為第一緻密化製程，並且方法進一步包括在形成金屬氧化物光阻層在工作件上之前進行第二緻密化製程。在一些實施例中，方法進一步包括進行曝光製程在金屬氧化物光阻層上、以及進行顯影製程在金屬氧化物光阻層上，藉此形成圖案化金屬氧化物光阻層在工作件上。在一些實施例中，緻密化製程為第一緻密化製程， 並且方法進一步包括進行曝光製程，其中曝光製程包括將金屬氧化物光阻層暴露於圖案化的極紫外輻射中。在一些實施例中，方法進一步包括進行蝕刻製程、佈植製程、或沉積製程在工作件上，其中工作件使用圖案化的金屬氧化物光阻層分別作為蝕刻遮罩、佈植遮罩、或沉積遮罩。在一些實施例中，方法進一步包括在蝕刻製程、佈植製程、或沉積製程之後，移除圖案化的金屬氧化物光阻層。在一些實施例中，方法進一步包括將圖案化的金屬氧化物光阻層的圖案轉移至沉積在工作件上的犧牲層上，藉此形成圖案化的犧牲層，並且將圖案化的犧牲層的圖案轉移至工作件的材料層上。在一些實施例中，方法進一步包括在形成金屬氧化物光阻層之前對工作件進行緻密化製程。
以上概略說明了本揭示案數個實施例的特徵，使所屬技術領域內具有通常知識者對於本揭示案可更為容易理解。任何所屬技術領域內具有通常知識者應瞭解到本揭示案可輕易作為其他結構或製程的變更或設計基礎，以進行相同於本揭示案實施例的目的及/或獲得相同的優點。任何所屬技術領域內具有通常知識者亦可理解與上述等同的結構並未脫離本揭示案之精神及保護範圍內，且可在不脫離本揭示案之精神及範圍內，可作更動、替代與修改。
15:晶圓
20:材料層
40:金屬氧化物光阻層
40A:金屬氧化物光阻子層
40A’:金屬氧化物光阻子層
40B:金屬氧化物光阻子層
40B’:金屬氧化物光阻子層
40C:金屬氧化物光阻子層
40C’:金屬氧化物光阻子層
40D:金屬氧化物光阻子層
40D’:金屬氧化物光阻子層
50-1:沉積製程
50-2:沉積製程
50-3:沉積製程
50-4:沉積製程
52-1:緻密化製程
52-2:緻密化製程
52-3:緻密化製程
52-4:緻密化製程
DB:循環金屬光阻沉積製程
T:厚度
t1:厚度
t2:厚度
t3:厚度
t4:厚度

Claims (10)

  1. 一種製造積體電路裝置的方法，包括：形成一金屬氧化物光阻層在一工作件上，藉由；進行複數個沉積製程以形成該金屬氧化物光阻層的複數個金屬氧化物光阻子層在該工作件上，其中該些沉積製程中的每一者形成該些金屬氧化物光阻子層中的一對應者；以及進行一緻密化製程在該些金屬氧化物光阻子層中的至少一者上，其中該緻密化製程增加該些金屬氧化物光阻子層中的該至少一者的一密度，其中該緻密化製程在該些沉積製程中的每一者之後才進行，使得該些金屬氧化物光阻子層中的每一者經過一對應的緻密化處理。
  2. 如請求項1所述之製造積體電路裝置的方法，其中該些沉積製程和該緻密化製程在一相同腔室中進行。
  3. 如請求項1所述之製造積體電路裝置的方法，進一步包括調整該些沉積製程的複數個沉積參數、調整該緻密化製程的複數個緻密化參數、或上述兩者，以形成一密度梯度在該金屬氧化物光阻層中。
  4. 一種製造積體電路裝置的方法，包括：接收一工作件在一製程腔室中；在該製程腔室中進行至少兩個沉積製程以形成一金屬氧 化物光阻層在該工作件上；以及在該製程腔室中進行一處理製程以改變該金屬氧化物光阻層的一密度分佈，其中該處理製程在該至少兩個沉積製程中的每一者之後才進行，使得該金屬氧化物光阻層從底部到頂部具有一均勻密度。
  5. 如請求項4所述之製造積體電路裝置的方法，其中形成該金屬氧化物光阻層進一步包括在進行該處理製程之後進行一清除製程。
  6. 一種製造積體電路裝置的方法，包括：接收一工作件在一製程腔室中；在該製程腔室中進行至少兩個沉積製程以形成一金屬氧化物光阻層在該工作件上；以及在該製程腔室中進行一處理製程以改變該金屬氧化物光阻層的一密度分佈，其中該處理製程在該至少兩個沉積製程中的每一者之後才進行，使得該金屬氧化物光阻層從底部到頂部具有一不同密度。
  7. 一種製造積體電路裝置的方法，包括：接收一工作件在一製程腔室中；在該製程腔室中進行至少兩個沉積製程以形成一金屬氧化物光阻層在該工作件上；以及在該製程腔室中進行一處理製程以改變該金屬氧化物光 阻層的一密度分佈，其中該處理製程在該至少兩個沉積製程中的每一者之後才進行，使得該金屬氧化物光阻層具有一密度梯度，該密度梯度從底部到頂部遞增。
  8. 一種製造積體電路裝置的方法，包括：接收一工作件在一製程腔室中；在該製程腔室中進行至少兩個沉積製程以形成一金屬氧化物光阻層在該工作件上；以及在該製程腔室中進行一處理製程以改變該金屬氧化物光阻層的一密度分佈，其中該處理製程在該至少兩個沉積製程中的每一者之後才進行，使得該金屬氧化物光阻層具有一密度梯度，該密度梯度從底部到頂部遞減。
  9. 一種製造積體電路裝置的方法，包括：接收一工作件在一製程腔室中；在該製程腔室中進行至少兩個沉積製程以形成一金屬氧化物光阻層在該工作件上；以及在該製程腔室中進行一處理製程以改變該金屬氧化物光阻層的一密度分佈，其中該處理製程在該至少兩個沉積製程中的每一者之後才進行，使得該金屬氧化物光阻層具有一交替的密度。
  10. 一種金屬氧化物光阻層，包括：一第一金屬氧化物光阻子層，該第一金屬氧化物光阻子 層具有一第一密度；一第二金屬氧化物光阻子層，設置在該第一金屬氧化物光阻子層上，其中該第二金屬氧化物光阻子層具有一第二密度；以及一第三金屬氧化物光阻子層，設置在該第二金屬氧化物光阻子層上，其中該第三金屬氧化物光阻子層具有一第三密度。
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