TWI851091B - 降低圖案化阻劑線的粗糙度的離子佈植方法 - Google Patents

Abstract

本公開揭露一種方法，包括對經顯影阻劑圖案執行定向離子佈植製程以降低粗糙度。基板可以相對於入射離子束的方向以傾斜角傾斜。可以沿經顯影阻劑圖案的側壁表面以傾斜角定向佈植離子，以修整側壁表面的粗糙度。在佈植之後，可沿垂直於表面的軸旋轉基板，且隨後可沿側壁表面以傾斜角定向佈植離子，以進一步修整經顯影阻劑圖案的側壁表面的粗糙度。可以多次重複執行定向離子佈植製程，且在每次重複執行定向離子佈植製程期間可以調整傾斜角，使得傾斜角不同於先前重複期間的傾斜角。

Description

降低圖案化阻劑線的粗糙度的離子佈植方法

無

積體電路(integrated circuit，IC)材料及設計的技術進步已經產生幾代的積體電路。每一代具有比前一代更小且更複雜的電路。在積體電路演進過程中，功能密度(即每晶片面積的互連裝置數目)普遍增加，而幾何尺寸(即可以使用製造製程來創建的最小元件(或接線))已減小。這樣按比例縮小製程通常藉由提高生產效率及降低相關聯的成本來提供益處。

隨著特徵尺寸的不斷減小，以愈來愈小的尺寸形成可靠的半導體裝置成為一個挑戰。製造製程繼續變得更加複雜，尤其隨著微影特徵尺寸的減小、特徵的臨界尺寸的減小及特徵之間的間距的減小。

高解析度微影製程已經變得愈來愈具有挑戰性。極紫外線(extreme ultraviolet，EUV)輻射源已被用於用於提供短曝光波長，以便進一步減小基板上的最小可印刷尺寸。為將精確及準確的特徵轉印至下層，希望阻劑層的特徵具有最小線粗糙度。然而，在如此小的尺寸下，圖案化阻劑線的粗糙度變得愈來愈難以控制，因此需要能夠控制及最小化圖案化阻劑線的線粗糙度的技術。

無

本公開總體上是關於半導體結構，且更具體而言是關於互連結構及形成互連結構的方法。

為了實現提及主題的不同特徵，以下公開內容提供了許多不同的實施例或示例。以下描述組件、配置等的具體示例以簡化本公開。當然，這些僅僅是示例，而不是限制性的。例如，在以下的描述中，在第二特徵之上或上方形成第一特徵可以包括第一特徵和第二特徵以直接接觸形成的實施例，並且還可以包括在第一特徵和第二特徵之間形成附加特徵，使得第一特徵和第二特徵可以不直接接觸的實施例。另外，本公開可以在各種示例中重複參考數字和/或字母。此重複是為了簡單和清楚的目的，並且本身並不表示所討論的各種實施例和/或配置之間的關係。

應當理解，儘管術語「第一」、「第二」、「第三」等在本文中可以用於描述各種元件、部件、區域、層及/或部分，但是這些元件、部件、區域、層及/或部分不應受這些術語的限制。這些術語僅用於區分一個元件、部件、區域、層或部分與另一個元件、部件、區域、層或部分。因此，下面討論的第一元件、部件、區域、層或部分可以被稱為第二元件、部件、區域、層或部分而不脫離本文的教導。

此外，本文可以使用空間相對術語，諸如「在…下面」、「在…下方」、「下部」、「在…上面」、「上部」等，以便於描述一個元件或特徵與如圖所示的另一個元件或特徵的關係。除了圖中所示的取向之外，空間相對術語旨在包括使用或操作中的裝置的不同取向。裝置可以以其他方式定向(旋轉90度或在其他方向上)，並且同樣可以相應地解釋在此使用的空間相對描述符號。

現在將參考附圖描述本公開的一些實施例，其中在全文中相同的附圖標記通常用於代指相同的部件。在以下描述中，出於解釋的目的，闡述許多具體細節以便提供對所主張的主題的透徹理解。然而，很明顯，可以在沒有這些具體細節的情況下實踐所主張的主題。在其他示例中，以方塊圖形式說明結構及裝置以便於描述所主張的主題。

可以在這些實施例中所描述的階段之前、期間及/或之後提供額外操作。針對不同的實施例，可以置換或消除所描述的一些階段。可以將額外特徵添加至半導體裝置結構。針對不同的實施例，可以置換或消除下文所描述的一些特徵。儘管一些實施例以特定順序執行的操作來論述，但這些操作可以由另一種邏輯順序來執行。

如本文中所使用，「層」是一種區域，諸如包括任意邊界的區域，且不一定包括均勻的厚度。例如，一層可以是包括至少一些厚度變化的區域。

第1A圖繪示具有圖案化阻劑層的基板100的例示性俯視截面圖，其中圖案化阻劑層包括配置在待蝕刻靶材料的下層102上的多個線104。圖案化阻劑層的各個線104之間的開口106限定線104之間的間距。開口106暴露待蝕刻靶材料的下層102，以將特徵轉印至靶材料中。

EUV微影需要期望的圖案解析度或可藉由EUV微影操作圖案化的最小圖案尺寸。舉例而言，在7 nm或更小的半導體技術節點處，線與間距(line-and-space，L/S)圖案化需要小於約32 nm的間距解析度。然而，當阻劑的敏感性增加時，可能降低經顯影阻劑的品質。例如，由EUV微影曝光製程產生的線圖案可能產生具有粗糙側壁表面的線(例如，沿線104的側壁表面的表面粗糙度，其特徵在於突起及凹痕)。

可以使用與平滑理想形狀的偏差來測量線粗糙度。第1B圖是第1A圖中所繪示的線104之中一者的俯視圖。可用於表達這些偏差的兩種度量，通常稱為線104的線邊緣粗糙度(line edge roughness，LER)及線寬粗糙度(line width roughness，LWR)，其在第1B圖中繪示為沿線104的表面108的凹痕或突起。術語「粗糙度」通常表示與參考平坦表面或參考直線的偏差。與基板上的薄膜的參考平坦表面的偏差稱為表面粗糙度。相比之下，圖案化結構中的邊緣與平均直線的偏差稱為LER，而與平均線寬度的偏差稱為LWR。LER/LWR通常量化為LER/LWR特徵的頻率及振幅的函數。特徵的臨界尺寸(critical dimension，CD)可用於為LER/LWR特徵的頻率提供相對參考比例。

圖案化阻劑層的線104的線粗糙度可能導致特徵不準確地轉印至下層102，這又會導致最終使用圖案化阻劑層作為圖案化製程起點進行圖案化的特徵幾何誤差。這會導致電性表現變化以及其他問題。習知微影製程的這些問題已得到充分證明，因此需要減少構成阻劑圖案的線的粗糙度。

第2A圖及第2B圖共同繪示根據一些實施例的降低阻劑圖案粗糙度的方法200的流程圖。應理解，可以在方法200之前、期間及之後提供額外的步驟，且針對方法200的其他實施例，可以置換或消除所描述的一些步驟。

方法200開始於步驟202，提供基板，且繼續進行至步驟204，形成可以覆蓋基板的阻劑層。應瞭解，在一些實施例中，在形成阻劑層之前，亦可以在基板上方形成一或多個材料層。非限制性地，可以在阻劑層與基板之間形成材料層的一些非限制性實例可以包括例如一個或多個蝕刻層、硬遮罩層、介電層、抗反射塗層(anti-reflection coating，ARC)等。在一個實施例中，可以例如藉由旋塗製程及隨後的軟烘烤製程形成阻劑層。取決於實施方式，阻劑層可以是正阻劑或負阻劑。

方法200繼續進行步驟206，其中可以將阻劑層圖案化。例如，阻劑層可暴露於攜帶圖案資訊的極紫外光(extreme ultraviolet，EUV)或另一種光輻射源，且經顯影以形成經顯影阻劑圖案。經顯影阻劑圖案包括具有側壁的至少一個線，且可以包括基本上彼此平行的多個線，其中每一線皆具有表現出表面粗糙度的側壁。例如，線可能不具有理想的臨界尺寸(critical dimension，CD)及/或可能表現出不期望的表面粗糙度，諸如線邊緣粗糙度(line edge roughness，LER)及/或線寬粗糙度(line width roughness，LWR)。如上所述，這樣不理想的CD及不期望的LER/LWR可能轉移至下層且最終轉移至基板，從而導致IC製造問題，諸如導致某些特徵超出設計規格。如下文將描述，本公開藉由多次重複執行定向(directional)離子佈植製程來解決上述問題，以在使用阻劑線來圖案化下層之前降低圖案化阻劑線的粗糙度。製程模擬已展示出定向離子佈植製程可以降低圖案化阻劑線的粗糙度，諸如LER及/或LWR。

在一些實施例中，方法200繼續進行選用的步驟208，其中氧化物覆蓋層可以共形地沉積在經顯影阻劑圖案上方。例如，氧化物覆蓋層可以由化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)、低壓化學氣相沉積(low pressure chemical vapor deposition，LPCVD)、電漿增強化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)、物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)、原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)或其他合適的沉積方法沉積。在一些實施例中，氧化物覆蓋層可以具有介於10埃(angstrom)至100埃之間的厚度。在一些實施例中，可以添加氧化物覆蓋層以覆蓋經顯影阻劑圖案，以對阻劑圖案添加額外的機械強度及/或補償構成阻劑圖案的線的低高度及/或低深寬比(aspect ratio)。當構成阻劑圖案的線較薄且具有較小的臨界尺寸時，這樣的添加可能是有益的，因為這樣可以幫助在將描述的後續離子佈植步驟期間防止線被侵蝕。

方法200繼續進行步驟210，其中在經顯影阻劑圖案上執行定向離子佈植製程。可以使用離子佈植機(例如，電漿增強離子源)來實施定向離子佈植製程，以沿線的側壁表面定向佈植離子。定向離子佈植製程可以包括若干步驟212至步驟218，如將參考第2B圖所描述。

定向離子佈植製程開始於步驟212，其中以相對於來自離子佈植機的入射離子束方向的一個傾斜角傾斜基板及形成在基板上方的線。傾斜角是指入射離子束與垂直於基板的表面的軸之間的角度。在一些實施例中，傾斜角介於40度至80度之間。為進一步解釋，在一個非限制性實例中，基板的表面可以定義成沿第一軸(例如，x軸)及第二軸(例如，y軸)的平面。線具有基本上沿第一軸(例如，x軸)的方向延伸的長度尺寸及基本上沿第二軸(例如，y軸)的方向延伸的寬度尺寸。第三軸(例如，z軸)垂直(即，垂直於)第一軸(例如，x軸)及第二軸(例如，y軸)。傾斜角是第三軸的z軸與入射離子束之間的角度。

在步驟212以傾斜角傾斜基板之後，方法200繼續進行步驟214。在步驟214，由離子佈植產生的離子束沿線的側壁表面以傾斜角定向佈植，用以修整線的側壁表面的粗糙度且降低線的粗糙度。減小線的粗糙度可以是減小線邊緣粗糙度(line edge roughness，LER)、減小線寬粗糙度(line width roughness，LWR)及/或減小構成阻劑圖案的線的臨界尺寸。

可以在步驟214實施任何已知的離子佈植製程皆。作為一些非限制性實例，可以由離子佈植機以氣體作為離子源來產生離子束。在一些非限制性實施例中，佈植的離子物質可以是離子，諸如碳、矽、氬、鍺、氙。在一些非限制性實施例中，所提供的離子束具有約40度至約80度的傾斜角、約0.5 keV至約3.0 keV的離子能量，及約1.0×10 ¹³個離子/cm ²至約4×10 ¹⁵個離子/cm ²的離子劑量。佈植期間的溫度可以介於約-100℃至約150℃之間。

方法200繼續進行步驟216，其中基板沿垂直於表面的軸旋轉約180度。在步驟216的旋轉之後，方法200繼續進行步驟218，其中離子束沿線的側壁表面以傾斜角定向佈植(經由離子佈植機)，以進一步修整線的側壁表面的粗糙度，從而形成經修整阻劑圖案，其中與經顯影阻劑圖案的側壁相比，經修整阻劑圖案的線的側壁表面具有降低的粗糙度。

如反饋迴圈所示，可以重複任何次數執行方法200的定向離子佈植製程(步驟212至步驟218)。在每次重複執行期間調整傾斜角(例如，使得傾斜角不同於先前重複期間的傾斜角)，以在每次重複期間進一步降低構成經修整阻劑圖案的線的側壁表面的粗糙度，如下文將參考第3D圖至第3J圖所述。此外，在一些實施例中，在定向離子佈植製程的每次重複期間(步驟212至步驟218)，除了改變傾斜角(例如，介於約40度至約80度之間)，亦可改變定向佈植步驟214與步驟218的參數。例如，在定向離子佈植製程的每次重複期間，可以隨著任何其他佈植參數或條件改變佈植的離子物質、離子能量及/或離子劑量，使得這些參數不同於先前重複期間的參數。

在重複任何次數的定向離子佈植製程(如參考步驟212至步驟218所描述)之後，方法200可以繼續進行步驟220，其中可以在經修整阻劑圖案的側壁表面上執行蝕刻製程(例如，基於鹵素的電漿蝕刻製程)，以進一步降低經修整阻劑圖案的側壁表面的粗糙度。在一些實施例中，蝕刻製程可以是定向蝕刻製程，諸如水平或表面的各向異性或選擇性蝕刻，其中經修整阻劑圖案基本上僅在平行於基板的平面內的一個方向上被蝕刻，而基本上沒有蝕刻另一方向。

隨後，方法200可以繼續進行步驟222，其中可以執行一個或多個蝕刻製程來圖案化下層，這些蝕刻製程使用覆蓋下層的經修整阻劑圖案作為蝕刻遮罩。

第3A圖至第3E圖及第3G圖至第3L圖是根據本公開的多個態樣的(部分或全部)半導體裝置300處於多個製造階段的局部示意圖。特定言之，第3A圖至第3D圖、第3H圖、第3I圖、第3L圖、第3M圖是根據一些實施例的製造半導體裝置300中使用的製程的多個階段的橫截面圖，其中製程用於降低阻劑圖案的粗糙度。第3A圖至第3D圖、第3H圖、第3I圖、第3L圖、第3M圖將在下文參考第3E圖、第3F圖、第3G圖、第3J圖及第3K圖描述。更具體地，第3E圖及第3J圖是側透視圖，用於進一步描述在定向離子佈植製程的多個階段中的基板的傾斜角及在基板上形成的阻劑線，而第3F圖是進一步說明在離子佈植製程期間基板相對於離子束的傾斜角及基板移動的掃描方向的示意圖。第3G圖及第3K圖是俯視透視圖，用於進一步描述在定向離子佈植製程的多個階段中的基板及阻劑線的旋轉。

作為初步事項，應注意第3A圖至第3L圖遵循特定向量符號，其中基板302的表面303可以定義成沿第一軸(例如，x軸)及第二軸(例如，y軸)的平面。線310、線320、線330具有基本上沿第一軸(例如，x軸)的方向延伸的長度尺寸及基本上沿第二軸(例如，y軸)的方向延伸的寬度尺寸。第三軸(例如，z軸)垂直(即，垂直於)第一軸(例如，x軸)及第二軸(例如，y軸)。

半導體裝置300可以是積體電路(integrated circuit，IC)晶片的一部分、系統晶片(system on chip，SoC)或其一部分，可包括多種主動及被動微電子裝置，諸如電阻器、電容器、電感器、保險絲、二極體、P型通道場效電晶體(P-channel field effect transistor，PFET)、N型通道場效電晶體(N-channel field effect transistor，NFET)、金屬氧化物半導體場效電晶體(metal-oxide-semiconductor FET，MOSFET)、互補金屬氧化物半導體(complementary MOS，CMOS)電晶體、高壓電晶體、高頻電晶體、其他合適的元件或其組合。為了清楚起見，已經簡化第3A圖至第3L圖以較佳地理解本公開的發明概念。可以在半導體裝置300中添加額外特徵，且在半導體裝置300的其他實施例中可以置換、修改或消除下文所描述的一些特徵。

如第3A圖中所示出，提供基板302，其中基板302上形成一或多個下層304，且形成在一或多個下層304上方的阻劑層306。在此簡化實例中，為清楚起見，位於基板與阻劑層之間的中間材料層繪示為單個下層，但應瞭解下層304通常包括多個不同的材料層。非限制性地，可以在阻劑層306與基板302之間形成的材料層的一些非限制性實例可以包括例如一個或多個蝕刻層、硬遮罩層、介電層、抗反射塗層(anti-reflection coating，ARC)層等。如此，雖然阻劑層306繪示為覆蓋下層304，但應瞭解即使未繪示於圖中，下層可以包括位於阻劑層306與基板302之間的多個不同層(未示出)。為簡單起見，第3A圖中僅說明待圖案化的一個下層304。

半導體裝置300的基板302可以是晶圓，其取決於IC製造階段可包括各種材料層(例如，介電材料層、半導體材料層及/或導電材料層)及/或IC特徵(例如，摻雜區/特徵、閘極特徵及/或互連特徵)。晶圓可以包括形成在矽基板上及/或中的各種材料層及/或IC特徵。替代而言或除此之外，基板可包括另一種元素半導體(諸如鍺)、化合物半導體(包括碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦及/或銻化銦)、合金半導體(包括SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP及/或GaInAsP)、任何其他合適的材料或其組合。替代地，基板可以是絕緣體上半導體基板，諸如絕緣體上矽(silicon-on-insulator，SOI)基板、絕緣體上矽鍺(silicon germanium-on-insulator，SGOI)基板或絕緣體上鍺(germanium-on-insulator，GOI)基板。絕緣體上半導體基板可以使用氧佈植分離(separation by implantation of oxygen，SIMOX)、晶圓接合及/或其他合適的方法來製造。

在一個實施例中，可以藉由例如旋塗製程及隨後的軟烘烤製程形成阻劑層306。阻劑層306可以是正阻劑或負阻劑。正阻劑通常不溶於阻劑顯影劑，但曝光於輻射後可溶，這樣的輻射可例如是深紫外(deep ultraviolet，DUV)射線、極紫外(extreme ultraviolet，EUV)射線、電子束(electron beam，e-beam)、x射線或其他合適的輻射。一種例示性正阻劑材料是化學放大阻劑(chemically amplified resist，CAR)，其含有酸不穩定基團(acid labile group，ALG)保護的主鏈聚合物。負阻劑具有相反的特性，即負阻劑通常可溶於阻劑顯影劑，但曝光於輻射後不可溶，這樣的輻射可例如是DUV射線、EUV射線、e-beam、x射線或其他合適的輻射。一種例示性負阻劑是在照射時形成分子內及/或分子間交聯的聚合物，諸如(α-羥基)丙烯酸乙酯(Ethyl(α-hydroxy)acrylate，EHMA)及甲基丙烯酸(methacryl acid，MAA)的聚合。

如第3B圖中所示，可以將阻劑層306圖案化。例如，阻劑層306可曝光於攜帶圖案資訊的極紫外光(extreme ultraviolet，EUV)或另一種光輻射源，且隨後經顯影以形成包括線310、線320的經顯影阻劑圖案。在一實施例中，圖案化製程將圖案自遮罩(或光遮罩、倍縮光罩)轉印至阻劑層306。替代地，圖案化製程可以使用無遮罩圖案化技術，諸如電子束直寫(electron beam direct writing，EBDW)。在一實施例中，將阻劑層306圖案化包括將阻劑層306曝光於輻射、曝光後烘烤、在阻劑顯影劑中顯影阻劑層306及硬烘烤，從而移除阻劑層306的經曝光部分(或在負阻劑的情況下是未曝光部分)，且在ARC層(未示出)上留下未曝光部分作為阻劑圖案。輻射可以是DUV射線、EUV射線、e-beam、x射線、離子束或其他合適的輻射。在使用遮罩將阻劑層306圖案化的實施例中，遮罩可以是不同類型的(諸如透射遮罩或反射遮罩)，且可以由各種技術形成(諸如二元遮罩或相轉移遮罩(phase shift mask，PSM))。在一個實例中，二元遮罩包括透明基板(例如熔融石英)及塗覆在遮罩的不透明區中的不透明材料(例如鉻)。在另一實例中，PSM包括配置為具有適當相位差的各種特徵以增強解析度及成像品質。在本實例中，為簡化及易於理解，阻劑層306經圖案化以形成包括兩個線310、線320的線圖案。然而應瞭解，這不一定將實施例限制為任何數目的線圖案、任何配置的線圖案及/或其他類型的圖案。

儘管為簡單起見，第3B圖僅繪示兩個線310、線320，但應瞭解經顯影阻劑圖案可以包括基本上平行的任意數目的線以及第3B圖中未示出的其他特徵。經顯影阻劑圖案的每個線310、線320包括側壁312、側壁314、側壁322、側壁324，且雖然未在第3B圖中繪示，但側壁312、側壁314、側壁322、側壁324中的每一者可以表現出如上文參考第1A圖及第1B圖所描述的表面粗糙度。例如，線310包括在第3B圖中繪示為直線的側壁312、側壁314，但應瞭解實際上這些側壁可表現出表面粗糙度，諸如上述的線邊緣粗糙度(line edge roughness，LER)及/或線寬粗糙度(line width roughness，LWR)。儘管在第3B圖中未繪示，但在執行圖案化製程之後，可以執行顯影後檢查(after development inspection，ADI)製程以檢查臨界尺寸且確定所得線310、線320的線粗糙度。如上文中解釋，這樣的表面粗糙度是不期望的，因為表面粗糙度可轉移至下層304、更下方的層(未繪示)且最終轉移至基板302。

本公開藉由多次重複執行定向離子佈植製程來解決上述問題，在使用圖案化阻劑線310、線320來圖案化下層304之前，這樣的重複製程可協同降低圖案化阻劑線310、線320的粗糙度。定向離子佈植製程可以降低圖案化阻劑線310、線320的粗糙度，諸如LER及/或LWR。可以藉由比較執行定向離子佈植製程之前及之後的線粗糙度來確認所得線310、線320 (在第3B圖中的圖案化之後)的減小粗糙度，定向離子佈植製程將在下文參考第3D圖至第3K圖描述。線310、線320的粗糙度降低可以表現為構成阻劑圖案的線310、線320的減小LER、減小LWR及/或減小臨界尺寸。

如第3C圖中所示出，在一些實施例中，視情況選用的氧化物覆蓋層340可以共形地沉積在包括線310、線320的經顯影阻劑圖案上方。例如，氧化物覆蓋層340可以由化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)、低壓化學氣相沉積(low pressure chemical vapor deposition，LPCVD)、電漿增強化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)、物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)、原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)或其他合適的沉積方法沉積。在一些實施例中，氧化物覆蓋層340可以具有介於10埃至100埃之間的厚度。氧化物覆蓋層340可以覆蓋經顯影阻劑圖案而為阻劑圖案添加額外的機械強度，且在第3B圖中將阻劑層306圖案化之後可以幫助補償阻劑圖案可能具有的低高度。這可以幫助補償構成阻劑圖案的線310、線320的低高度及/或低深寬比。當構成阻劑圖案的線310、線320較薄且具有較小的臨界尺寸時，這樣的補償可能也是有益的，因為可以幫助防止在將描述的後續離子佈植步驟期間侵蝕線。氧化物覆蓋層340會繼承線310、線320的側壁表面312、側壁表面314、側壁表面322、側壁表面324的粗糙度，且因此即使具有氧化物覆蓋層340的阻劑圖案仍需要降低粗糙度。

如第3D圖至第3K圖中所示，對經顯影阻劑圖案執行定向離子佈植製程。如上所述，在一些實施例中，視情況選用的氧化物覆蓋層340可以共形地沉積在包括線310、線320的經顯影阻劑圖案上方，而在其他實施例中，不沉積選用的氧化物覆蓋層340。儘管第3D圖將佈植的方向繪示成在-z方向上，應瞭解這僅是因為此特定橫截面視圖中的二維約束。離子佈植實際上以相對於z軸的傾斜角及在-x軸的方向上發生，此方向是延伸進第3D圖的頁面中。如第3D圖至第3G圖中所示，線310、線320具有基本上沿第一軸(例如，x軸)的方向延伸的長度尺寸。換一種說法，在第3D圖中，線310、線320具有延伸進出頁面的長度尺寸。線310、線320亦具有基本上沿第二軸(例如，y軸)的方向延伸的寬度尺寸。傾斜角是第三軸(例如，z軸)與入射離子束之間的角度。在一些實施例中，傾斜角介於40度至80度之間。

傾斜角的概念在第3E圖及第3F圖中更清楚地繪示。第3E圖是第3D圖中所繪示的阻劑線310、線320以及在第3A圖至第3D圖中未繪示的一個額外線330的側透視圖。根據一些實施例，第3E圖繪示相對於阻劑線310、線320、線330佈植離子的傾斜角335的一個實例(如代表離子束360的箭頭所示)。

第3G圖是在第3E圖中繪示的阻劑線310、線320、線330的俯視透視圖。根據一些實施例，第3G圖繪示相對於阻劑線佈植離子的佈植方向(如第3G圖中的箭頭所示)。如第3G圖中所示，離子在-x軸方向上佈植，此方向延伸進第3D圖的頁面中。在第3G圖所繪示的俯視圖中，傾斜角不可見是因為z軸延伸進出頁面。

第3F圖是進一步繪示在離子佈植製程期間，基板302的表面303相對於離子束360的傾斜角335及移動平台(未繪示)的掃描方向309的示意圖。進一步解釋來說，半導體裝置(第3F圖中未示出)固持在平台(未繪示)上，此平台相對於離子束360以傾斜角335傾斜。在離子佈植製程期間，當平台在掃描方向309上上下移動時，離子佈植機可以蒸發、加速及朝向平台引導離子束360 (例如，前後穿過平台)。可以用此方式引導離子束360直到沿半導體裝置300的表面的所有區域已接收到一定劑量的離子，這些區域包括阻劑圖案的線310、線320。

可以由離子佈植機以氣體作為離子源產生離子束。用作離子源的氣體可以取決於實施例而改變。在一些非限制性實施例中，佈植的離子物質可以是離子，諸如碳、矽、氬、鍺、氙或其組合。在一些非限制性實施例中，所提供的離子束具有約0.5 keV至約3.0 keV的離子能量及約1.0×10 ¹³個離子/cm ²至約4×10 ¹⁵個離子/cm ²的離子劑量。佈植期間的溫度可以介於約-100℃至約150℃之間。

根據所揭露的實施例，可以調整固持半導體裝置300的平台(未繪示)，以使半導體裝置300相對於來自離子佈植機(例如，電漿增強離子源)的入射離子束以傾斜角傾斜。因此，基板302及形成在基板302上方的線310、線320可相對於來自離子佈植機的入射離子束的方向以傾斜角傾斜。在這方面，傾斜角是指入射離子束與垂直於基板302表面的軸(z軸)之間的角度。這允許來自離子佈植機(未繪示)的離子束根據在定向離子佈植製程的任何特定重複期間設置的傾斜角，且沿線310、線320的側壁表面312、側壁表面314、側壁表面322、側壁表面324定向佈植。沿線310、線320的側壁表面312、側壁表面314、側壁表面322、側壁表面324以傾斜角定向佈植離子可以修整線310、線320的側壁表面312、側壁表面314、側壁表面322、側壁表面324的粗糙度，且從而降低線310、線320的粗糙度。降低線310、線320的粗糙度可表現為減小的線邊緣粗糙度(line edge roughness，LER)、減小的線寬粗糙度(line width roughness，LWR)及/或構成阻劑圖案的線310、線320的減小的臨界尺寸。

如第3G圖及第3H圖中所示，基板302所在的平台(未繪示)可以沿垂直於基板302的表面303的軸(在第3G圖及第3H圖中的z軸)旋轉約180度。

如第3I圖中所示，在旋轉之後，沿線320、線310的側壁表面324、側壁表面322、側壁表面314、側壁表面312以傾斜角定向佈植另一束離子(經由離子佈植機)，以進一步修整線320、線310的側壁表面324、側壁表面322、側壁表面314、側壁表面312的粗糙度，從而形成經修整阻劑圖案。傾斜角的概念在第3J圖中更清楚地繪示。第3J圖是第3H圖及第3I圖中所繪示的阻劑線310、線320以及在第3H圖及第3I圖中未繪示的一個額外線330的側透視圖。根據一些實施例，第3J圖繪示相對於阻劑線310、線320、線330佈植離子的傾斜角的一個實例(如代表離子束360的箭頭所繪示)。根據一些實施例，第3K圖繪示第3J圖中所繪示的阻劑線310、線320、330的俯視透視圖，其中第3J圖繪示相對於阻劑線310、線320、線330佈植離子的佈植方向。如第3J圖中所示，離子在+x軸方向(如第3K圖上的箭頭所示)上佈植，此方向延伸進第3I圖的頁面中。在第3K圖所繪示的俯視圖中，傾斜角不可見是因為z軸延伸進出頁面。

在第二定向離子佈植之後(如第3I圖至第3K圖中所示)，由於沿相同表面以相同傾斜角但自不同方向佈植離子所引起的協同(synergistic)效應，線320、線310的側壁表面324、側壁表面322、側壁表面314、側壁表面312與第一離子佈植步驟之後的相同側壁表面(如第3D圖、第3E圖及第3G圖中所示)相比將具有降低的粗糙度。

如上文參考第2B圖所描述，定向離子佈植製程(參考第3D圖至第3K圖所述)可以重複任何次數。可以在每次重複期間調整傾斜角(例如，使得傾斜角不同於先前重複期間的傾斜角)，以進一步降低在每次重複期間經修整的阻劑圖案的線310、線320的側壁表面312、側壁表面314、側壁表面322、側壁表面324的粗糙度。此外，在一些實施例中，在定向離子佈植製程的每次重複期間，除改變傾斜角(例如，介於約40度至約80度之間)，亦可改變定向佈植步驟的參數。例如，在定向離子佈植製程的每次重複期間，可改變離子物質、離子能量及/或離子劑量以及任何其他佈植參數或條件，使得這些參數或條件不同於先前重複期間的離子物質、離子能量及/或離子劑量以及任何其他佈植參數或條件。

儘管在第3K圖中未繪示，但在執行定向離子佈植製程(參考第3D圖至第3K圖所述)之後，可以執行佈植後檢查(after implant inspection，AII)製程以檢查所得線310、線320的臨界尺寸且確定線粗糙度。(在定向離子佈植製程之後)所得線310、線320的線粗糙度可以與(在第3B圖中的圖案化之後)所得線310、線320的線粗糙度進行比較，以確認線310、線320的粗糙度降低，其中粗糙度降低可以表現為線310、線320的減小的LER、減小的LWR及/或減小的臨界尺寸。

在重複任何次數的定向離子佈植製程(參考第3D圖至第3K圖所述)之後，如第3L圖中所示，可以在經修整阻劑圖案的線320、線310的側壁表面324、側壁表面322、側壁表面314、側壁表面312上執行蝕刻製程(例如，基於鹵素的電漿蝕刻製程)，以進一步降低側壁表面324、側壁表面322、側壁表面314、側壁表面312的粗糙度。在一些實施例中，蝕刻製程可以是定向蝕刻製程，諸如水平或表面的各向異性或選擇性蝕刻，其中經修整阻劑圖案基本上僅在平行於基板302的平面內的一個方向上被蝕刻，而基本上沒有蝕刻另一方向。在執行第3L圖中的蝕刻製程之後，可以執行蝕刻後檢查(after etching inspection，AEI)製程以檢查所得線310、線320的臨界尺寸且確定線粗糙度。與在第3D圖至第3K圖中執行定向離子佈植製程之後的線粗糙度相比，在第3L圖中的蝕刻之後所得線310、線320的線粗糙度將表現出進一步減小的線粗糙度。線310、線320的粗糙度降低可以表現為構成阻劑圖案的線310、線320的進一步減小的LER、進一步減小的LWR及/或進一步減小的臨界尺寸。

如第3M圖中所示出，隨後可以藉由執行一或多個蝕刻製程(例如，使用經修整阻劑圖案作為蝕刻遮罩)來圖案化氧化物覆蓋層340 (若施加)及下層304。圖案化製程將產生由下層304的材料所形成的線370、線380。線370將具有側壁372、側壁374繼承經修整阻劑圖案的線320的側壁324、側壁322的圖案，且線380將具有側壁382、側壁384繼承經修整阻劑圖案的線310的側壁314、側壁312的圖案，這些側壁如上所述將表現出降低的粗糙度。在執行第3M圖中的蝕刻製程之後，可以視情況執行蝕刻後檢查(after etching inspection，AEI)製程以檢查所得線370、線380的臨界尺寸且確定線粗糙度。(在第3M圖中的蝕刻製程之後)所得線370、線380的線粗糙度可以與(在第3B圖中的圖案化之後)所得線310、線320的線粗糙度進行比較，以確認線370、線380的粗糙度降低，其中粗糙度降低可以表現為線370、線380的減小的LER、減小的LWR及/或減小的臨界尺寸。

因此根據所揭露的實施例，本公開揭露定向離子佈植製程，其允許以入射離子束與垂直於佈植離子的線表面的軸之間的傾斜角來佈植離子，用以降低圖案化阻劑線的側壁表面的粗糙度。當多個定向離子佈植步驟以相同的傾斜角但在不同方向上施加於圖案化阻劑線的相同側壁表面時，可以協同改進粗糙度。藉由多次重複執行定向離子佈植製程且在每次重複定向離子佈植製程時改變傾斜角(例如，使得傾斜角不同於先前重複期間的傾斜角)，可以進一步降低粗糙度。在一些實施例中，傾斜角可以在約40度至約80度之間的範圍內改變。藉由多次重複執行定向離子佈植製程且在每次重複定向離子佈植製程時改變佈植參數或條件(例如，離子能量及/或離子劑量)，可以進一步降低粗糙度，使得每次重複定向離子佈植製程的佈植參數或條件不同。

根據一些實施例，提供一種在經顯影阻劑圖案上執行定向離子佈植製程以降低粗糙度的方法。阻劑圖案可以顯影在基板的表面上方。經顯影阻劑圖案包括具有側壁表面的線。基板可以相對於來自離子佈植機的入射離子束的方向以傾斜角傾斜。傾斜角是入射離子束與垂直於表面的軸之間的角度。隨後，可以經由離子佈植機沿線的側壁表面以傾斜角定向佈植離子，用以降低線的側壁表面的粗糙度。在佈植之後，可沿垂直於表面的軸旋轉基板，且經由離子佈植機沿線的側壁表面以傾斜角定向佈植離子，用以進一步降低線的側壁表面的粗糙度。

根據一些實施例，可以多次重複執行定向離子佈植製程，且在每次重複定向離子佈植製程期間可以調整傾斜角，使得傾斜角與先前重複定向離子佈植製程期間不同。

根據一些實施例，在每次重複定向離子佈植製程期間，可以調整離子佈植製程的一或多個參數，使得一或多個參數與先前重複定向離子佈植製程期間不同。

根據一些實施例，在佈植之後，基板可以沿垂直於表面的軸旋轉180度。

根據一些實施例，在執行定向離子佈植製程之後，可以在線的側壁表面上執行定向蝕刻製程，用以進一步降低側壁表面的粗糙度。

根據一些實施例，在執行定向離子佈植製程之前，可以在經顯影阻劑圖案上方沉積氧化物覆蓋層。

根據一些實施例，基板是形成於晶圓上方的材料層，經顯影阻劑圖案形成於基板上方，且經顯影阻劑圖案包括基本上平行的複數個線，每一線具有側壁表面。表面可以由沿第一軸及第二軸的平面所定義，其中第三軸基本上垂直於第一軸及第二軸，且其中線具有基本上沿第一軸的方向延伸的長度尺寸及基本上沿第二軸的方向延伸的寬度尺寸。在這些實施例中，傾斜角是第三軸與入射離子束之間的角度，且可以介於40度至80度之間。

根據一些實施例，提供一種方法包括在基板的表面上方形成經顯影阻劑圖案，且在經顯影阻劑圖案上執行定向離子佈植製程。經顯影阻劑圖案可以包括基本上平行的複數個線，每一線具有側壁表面。

根據一些實施例，執行定向離子佈植製程包括以下步驟。相對於來自離子佈植機的入射離子束的方向以傾斜角傾斜基板，其中傾斜角是入射離子束與垂直於表面的軸之間的角度。經由離子佈植機沿線的側壁表面以傾斜角定向佈植離子，用以修整線的側壁表面的粗糙度。在佈植之後，沿垂直於表面的軸旋轉基板。經由離子佈植機沿線的側壁表面以傾斜角定向佈植離子，用以進一步修整線的側壁表面的粗糙度，從而形成經修整阻劑圖案。經修整阻劑圖案所具有的側壁表面與經顯影阻劑圖案的側壁表面相比具有降低的粗糙度。

根據一些實施例，方法進一步包括多次重複定向離子佈植製程，及在每次重複定向離子佈植製程期間調整傾斜角，使得傾斜角與先前重複定向離子佈植製程期間不同。

根據一些實施例，方法進一步包括多次重複定向離子佈植製程，及在每次重複定向離子佈植製程期間，調整離子佈植製程的一或多個參數，使得一或多個參數與先前重複定向離子佈植製程期間不同。

根據一些實施例，方法進一步包括在執行定向離子佈植製程之後，在經修整阻劑圖案的側壁表面上執行定向蝕刻製程，用以進一步降低經修整阻劑圖案的側壁表面的粗糙度。

根據一些實施例，方法進一步包括在執行定向離子佈植之前，在經顯影阻劑圖案上方沉積氧化物覆蓋層。

根據一些實施例，經修整阻劑圖案覆蓋下層，且方法進一步包括執行以經修整阻劑圖案作為遮罩的蝕刻製程來圖案化下層。

根據一些實施例，表面由沿第一軸及第二軸的平面所定義，且第三軸基本上垂直於第一軸及第二軸。複數個線可以各自具有基本上沿第一軸的方向延伸的長度尺寸及基本上沿第二軸的方向延伸的寬度尺寸。傾斜角是第三軸與入射離子束之間的角度。

根據一些實施例，傾斜角介於40度至80度之間。

根據一些實施例，在佈植之後，基板可以沿垂直於表面的軸旋轉180度。

根據一些實施例，提供一種降低圖案化阻劑線的側壁表面的粗糙度的方法。圖案化阻劑線相對於入射離子束的方向以傾斜角傾斜。傾斜角是入射離子束與垂直於圖案化阻劑線的表面的軸之間的角度。隨後，可以沿圖案化阻劑線的側壁表面以傾斜角定向佈植離子，用以降低圖案化阻劑線的側壁表面的粗糙度。在佈植之後，可沿垂直於圖案化阻劑線的表面的軸旋轉圖案化阻劑線，且可沿圖案化阻劑線的側壁表面以傾斜角定向佈植離子，用以進一步降低圖案化阻劑線的側壁表面的粗糙度。

根據一些實施例，可以多次重複執行定向離子佈植製程，且可以在每次重複定向離子佈植製程期間調整傾斜角，使得傾斜角與先前重複定向離子佈植製程期間不同。

前面概述一些實施例的特徵，使得本領域技術人員可更好地理解本公開的觀點。本領域技術人員應該理解，他們可以容易地使用本公開作為設計或修改其他製程和結構的基礎，以實現相同的目的和/或實現與本文介紹之實施例相同的優點。本領域技術人員還應該理解，這樣的等同構造不脫離本公開的精神和範圍，並且在不脫離本公開的精神和範圍的情況下，可以進行各種改變、替換和變更。

100,302:基板 102,304:下層 104,310,320,330,370,380:線 106:開口 108,303:表面 200:方法 202,204,206,208,210,212,214,216,218,220,222:步驟 300:半導體裝置 306:阻劑層 309:掃描方向 312,314,322,324:側壁/側壁表面 335:傾斜角 340:氧化物覆蓋層 360:離子束 372,374,382,384:側壁 LER:線邊緣粗糙度 LWR:線寬粗糙度 X,Y,Z:軸

當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述中可以最好地理解本公開的各方面。應注意，根據工業中的標準方法，各種特徵未按比例繪製。實際上，為了清楚地討論，可任意增加或減少各種特徵的尺寸。 第1A圖繪示具有圖案化阻劑層的基板的例示性俯視截面圖，其中圖案化阻劑層包括配置在待蝕刻靶材料的下層上的多個線。 第1B圖是第1A圖中所繪示的多個線之中一者的俯視圖，其中包括說明線的線邊緣粗糙度(line edge roughness，LER)及線的線寬粗糙度(line width roughness，LWR)的箭頭。 第2A圖及第2B圖共同繪示根據一些實施例的降低阻劑圖案的粗糙度的方法的流程圖。 第3A圖至第3D圖、第3H圖、第3I圖、第3L圖及第3M圖是根據一些實施例在製造半導體裝置結構中用於降低阻劑圖案粗糙度的製程的多個階段的橫截面圖。 第3E圖及第3J圖是側透視圖，用於進一步描述根據一些實施例在定向離子佈植製程的多個階段中的基板傾斜角及在基板上形成的阻劑線。 第3F圖是進一步說明在離子佈植製程期間基板相對於離子束的傾斜角及基板移動的掃描方向的示意圖。 第3G圖及第3K圖是俯視透視圖，用於進一步描述根據一些實施例在定向離子佈植製程的多個階段中的基板及阻劑線的旋轉。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

302:基板

303:表面

309:掃描方向

335:傾斜角

360:離子束

Claims (20)

1. 一種對一經顯影阻劑圖案執行一定向離子佈植製程以降低粗糙度的方法，其中該經顯影阻劑圖案位於一基板的一表面上方且包括具有多個側壁表面的一線，該定向離子佈植製程包括： 相對於來自一離子佈植機的一入射離子束的一方向以一傾斜角傾斜該基板，其中該傾斜角是該入射離子束與垂直於該表面的一軸之間的角度； 經由該離子佈植機沿該線的該些側壁表面以該傾斜角定向佈植多個離子，用以降低該線的該些側壁表面的粗糙度； 在佈植之後，沿垂直於該表面的該軸旋轉該基板；及 經由該離子佈植機沿該線的該些側壁表面以該傾斜角定向佈植多個離子，用以進一步降低該線的該些側壁表面的粗糙度。
2. 如請求項1所述之方法，進一步包括： 多次重複該定向離子佈植製程；及 在每次重複該定向離子佈植製程期間，調整該傾斜角，使得該傾斜角與先前重複該定向離子佈植製程期間不同。
3. 如請求項1所述之方法，進一步包括： 多次重複該定向離子佈植製程；及 在每次重複該定向離子佈植製程期間，調整該定向離子佈植製程的一或多個參數，使得該一或多個參數與先前重複該定向離子佈植製程期間不同。
4. 如請求項1所述之方法，進一步包括： 在執行該定向離子佈植製程之後，對該線的該些側壁表面執行一定向蝕刻製程，用以進一步降低該些側壁表面的粗糙度。
5. 如請求項1所述之方法，進一步包括： 在執行該定向離子佈植製程之前，在該經顯影阻劑圖案上方沉積一氧化物覆蓋層。
6. 如請求項1所述之方法，其中該基板是形成於一晶圓上方的一材料層，其中該經顯影阻劑圖案形成於該基板上方，且其中該經顯影阻劑圖案包括基本上平行的複數個線，該些線的每一者具有多個側壁表面。
7. 如請求項1所述之方法，其中該表面由沿一第一軸及一第二軸的一平面所定義，其中一第三軸基本上垂直於該第一軸及該第二軸，其中該線具有基本上沿該第一軸的方向延伸的一長度尺寸及基本上沿該第二軸的方向延伸的一寬度尺寸，且其中該傾斜角是該第三軸與該入射離子束之間的角度。
8. 如請求項1所述之方法，其中該傾斜角介於40度至80度之間。
9. 如請求項1所述之方法，其中旋轉該基板包括： 在佈植之後，將該基板沿垂直於該表面的該軸旋轉180度。
10. 一種方法，包括： 在一基板的一表面上方形成一經顯影阻劑圖案，其中該經顯影阻劑圖案包括基本上平行的複數個線，該些線的每一者具有多個側壁表面； 對該經顯影阻劑圖案執行一定向離子佈植製程，其中該定向離子佈植製程包括： 相對於來自一離子佈植機的一入射離子束的方向以一傾斜角傾斜該基板，其中該傾斜角是該入射離子束與垂直於該表面的一軸之間的角度； 經由該離子佈植機沿該些線的該些側壁表面以該傾斜角定向佈植多個離子，用以修整該些線的該些側壁表面的粗糙度； 在佈植之後，沿垂直於該表面的該軸旋轉該基板；及 經由該離子佈植機沿該些線的該些側壁表面以該傾斜角定向佈植多個離子，用以進一步修整該些線的該些側壁表面的粗糙度以形成一經修整阻劑圖案，該經修整阻劑圖案的該些側壁表面與該經顯影阻劑圖案的該些側壁表面相比具有降低的粗糙度。
11. 如請求項10所述之方法，進一步包括： 多次重複該定向離子佈植製程；及 在每次重複該定向離子佈植製程期間，調整該傾斜角，使得該傾斜角與先前重複該定向離子佈植製程期間不同。
12. 如請求項10所述之方法，進一步包括： 多次重複該定向離子佈植製程；及 在每次重複該定向離子佈植製程期間，調整該定向離子佈植製程的一或多個參數，使得該一個或多個參數與先前重複該定向離子佈植製程期間不同。
13. 如請求項10所述之方法，進一步包括： 在執行該定向離子佈植製程之後，對該經修整阻劑圖案的該些側壁表面執行一定向蝕刻製程，用以進一步降低該經修整阻劑圖案的該些側壁表面的粗糙度。
14. 如請求項10所述之方法，進一步包括： 在執行該定向離子佈植製程之前，在該經顯影阻劑圖案上方沉積一氧化物覆蓋層。
15. 如請求項10所述之方法，其中該經修整阻劑圖案覆蓋一下層，且該方法進一步包括： 執行以該經修整阻劑圖案作為一遮罩的一蝕刻製程來圖案化該下層。
16. 如請求項10所述之方法，其中該表面由沿一第一軸及一第二軸的一平面所定義，其中一第三軸基本上垂直於該第一軸及該第二軸，其中該些線中的每一者具有基本上沿該第一軸的方向延伸的一長度尺寸及基本上沿該第二軸的方向延伸的一寬度尺寸，且其中該傾斜角是該第三軸與該入射離子束之間的角度。
17. 如請求項10所述之方法，其中該傾斜角介於40度至80度之間。
18. 如請求項10所述之方法，其中旋轉該基板包括： 在佈植之後，將該基板沿垂直於該表面的該軸旋轉180度。
19. 一種降低一圖案化阻劑線的多個側壁表面的粗糙度的方法，包括： 相對於一入射離子束的方向以一傾斜角傾斜該圖案化阻劑線，其中該傾斜角是該入射離子束與垂直於該圖案化阻劑線的一表面的一軸之間的角度； 沿該圖案化阻劑線的該些側壁表面以該傾斜角定向佈植多個離子，用以降低該圖案化阻劑線的該些側壁表面的粗糙度； 在佈植之後，沿垂直於該圖案化阻劑線的該表面的該軸旋轉該圖案化阻劑線；及 沿該圖案化阻劑線的該些側壁表面以該傾斜角定向佈植多個離子，用以進一步降低該圖案化阻劑線的該些側壁表面的粗糙度。
20. 如請求項19所述之方法，進一步包括： 多次重複該定向離子佈植製程；及 在每次重複該定向離子佈植製程期間，調整該傾斜角，使得該傾斜角與先前重複該定向離子佈植製程期間不同。

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