用于图案化应用的原子层蚀刻、反应性前体和能量源制造技术

本发明专利技术涉及用于图案化应用的原子层蚀刻、反应性前体和能量源。本文提供了在待蚀刻的层上图案化含碳材料的方法和装置。方法涉及通过原子层蚀刻来修整含碳材料，原子层蚀刻包括在没有等离子体的情况下将含碳材料暴露于含氧气体以修改含碳材料的表面和将含碳材料暴露于惰性气体并点燃等离子体以去除含碳材料的经修改的表面。方法可用于多重图案化技术。方法还包括在不破坏真空的情况下在使用原子层蚀刻图案化的含碳材料上沉积共形膜。含氧气体可以是含氧气、臭氧、水蒸气、一氧化二氮、一氧化碳、甲酸蒸气和/或二氧化碳中的任一种或多种的气体。装置可包括替代的能量源，能量源包括27和/或13MHz电容耦合等离子体和/或电感耦合等离子体。

【技术实现步骤摘要】
用于图案化应用的原子层蚀刻、反应性前体和能量源
本专利技术涉及半导体处理领域，更具体地涉及用于图案化应用的原子层蚀刻、反应性前体和能量源。
技术介绍
先进集成电路的制造通常涉及在大批量生产半导体中对小特征进行图案化。多种图案化技术可以实现基于诸如193nm浸没式光刻的光刻技术的特征尺寸缩放。自对准双重图案化是多重图案化技术的一个例子。多重图案化涉及材料的通常通过常规各向同性蚀刻技术执行的蚀刻。
技术实现思路
本文提供了处理半导体衬底的方法。一个方面涉及一种处理半导体衬底的方法，所述方法包括：(a)向室提供包括含碳材料的半导体衬底，所述含碳材料具有含碳特征的图案；(b)通过原子层蚀刻修整所述含碳特征以减小关键尺寸并形成具有垂直侧壁的经修整的含碳特征，所述原子层蚀刻包括：(i)在没有等离子体的情况下将含碳特征的表面暴露于含氧气体以使所述含碳材料的所述表面改性；和(ii)将所述含碳特征的经改性的表面暴露于惰性气体并点燃等离子体以除去所述含碳材料的所述经改性的表面。在各种实施方式中，含氧气体可以是含有氧气、臭氧、水蒸气、一氧化二氮、一氧化碳、甲酸蒸气和/或二氧化碳中的任何一种或多种的气体。惰性气体可以是氦气、氮气、氩气及其组合中的任何一种。在各种实施方式中，含碳特征包括旋涂碳、光致抗蚀剂和无定形碳中的任何一种。室可以被设定为介于约1托和约10托之间的室压强。在一些实施方式中，使用约50W与250W之间的等离子体功率来点燃等离子体。该方法还可以包括于在没有等离子体的情况下将含碳特征的表面暴露于含氧气体与使含碳特征的表面暴露于惰性气体并点燃等离子体之间吹扫室。室可以被吹扫持续约0.1秒至约0.5秒的持续时间。在一些实施方式中，原子层刻蚀还包括重复(i)和(ii)多个循环。例如，在一些实施方式中，执行大约5个循环到大约100个循环。该方法还可以包括，在形成经修整的含碳特征之后，(c)通过原子层沉积共形地在经修整的含碳特征上沉积膜而不破坏真空。共形地沉积的膜可以包括诸如氧化硅、氮化硅、碳化硅和金属氧化物中的任何一种或多种的材料。在一些实施方式中，修整和共形膜沉积在相同室中执行。在一些实施方式中，该方法还包括在提供衬底之后并且在修整含碳特征之前，将半导体衬底加热至约35℃与约100℃之间的温度。在各种实施方式中，提供给室的半导体衬底上的含碳特征的图案的特征的深宽比在大约6:1和大约10:1之间。在各种实施方案中，将含碳特征的表面暴露于含氧气体还包括引入载气，载气例如氦气、氮气、氩气以及它们的组合中的任何一种或多种。另一方面涉及用于处理半导体衬底的装置，该装置包括：(a)一个或多个处理室，每个处理室包括基座；(b)用于耦合至真空的一个或多个出口；(c)耦合到一个或多个含氧气体源和相关联的含氧气体流量控制硬件的一个或多个气体入口；(d)耦合到一个或多个惰性气体源和相关联的惰性气体流量控制硬件的一个或多个气体入口；(e)等离子体发生器；(f)用于控制所述装置中的操作的控制器，所述控制器包括至少一个处理器和存储器，使得所述至少一个处理器和所述存储器彼此通信地连接，所述至少一个处理器至少可操作地与所述流量控制硬件连接，并且所述存储器存储用于以下操作的计算机可执行指令：将含氧气体引入第一处理室；以及引入惰性气体并点燃等离子体，使得(i)和(ii)在不破坏真空的情况下进行。在一些实施方案中，该装置还包括耦合到含硅前体气体源的一个或多个气体入口和耦合到用于与含硅前体气体反应的含氧反应物的一个或多个气体入口；并且使得所述存储器进一步存储用于(iii)重复(i)和(ii)n个循环的计算机可执行指令，其中n是介于5和100之间且包括5和100的整数；(iv)在重复(iii)之后，引入交替脉冲的含硅前体气体和含氧反应物以通过原子层沉积来沉积氧化硅膜；并且使得(i)-(iv)在不破坏真空的情况下执行。在各种实施方式中，该装置可以包括可选的能量源，包括27MHz和/或13MHz电容耦合等离子体；和/或电感耦合等离子体，例如远程等离子体。在一些实施方式中，该装置还包括光发射光谱传感器。具体而言，本专利技术的一些方面可以阐述如下：1.一种处理半导体衬底的方法，所述方法包括：向处理室提供包含含碳材料中的特征的图案的半导体衬底；以及通过原子层蚀刻修整所述含碳材料中的所述特征以减小关键尺寸并形成具有基本垂直的侧壁的经修整的含碳特征，所述原子层蚀刻包括：在没有等离子体的情况下将所述含碳材料中的所述特征的表面暴露于含氧气体以使所述含碳材料的所述表面改性，从而形成所述含碳材料的经改性的表面；和将所述含碳材料的所述经改性的表面暴露于惰性气体并点燃等离子体以除去所述含碳材料的所述经改性的表面并形成所述经修整的含碳特征。2.根据条款1所述的方法，其中所述含氧气体选自由氧气、臭氧、水蒸气、一氧化二氮、一氧化碳、甲酸蒸气、二氧化碳及其组合组成的组。3.根据条款1所述的方法，其中所述惰性气体选自由氦气、氮气、氩气及其组合组成的组。4.根据条款1所述的方法，其中所述含碳材料选自由旋涂碳、光致抗蚀剂和无定形碳组成的组。5.根据条款1所述的方法，其中所述处理室被设定为介于约1托和约10托之间的室压强。6.根据条款1所述的方法，其中所述等离子体使用介于约50W与250W之间的等离子体功率来点燃。7.根据条款1所述的方法，其还包括于在没有等离子体的情况下将所述含碳材料中的所述特征的所述表面暴露于所述含氧气体与将所述含碳材料的所述经改性的表面暴露于所述惰性材料气体并点燃所述等离子体之间吹扫所述处理室。8.根据条款7所述的方法，其中所述室被吹扫持续介于约0.1秒至约0.5秒之间的持续时间。9.根据条款1所述的方法，其中所述原子层蚀刻还包括将所述暴露所述含碳材料中的所述特征的所述表面以及所述暴露所述含碳材料的所述经改性的表面重复多个循环。10.根据条款9所述的方法，其中执行大约5个循环到大约100个循环。11.根据条款9所述的方法，其还包括在形成所述经修整的含碳特征之后，通过原子层沉积在所述经修整的含碳特征上共形地沉积膜而不破坏真空。12.根据条款11所述的方法，其中修整所述含碳材料中的所述特征以及在所述经修整的含碳特征上共形地沉积膜在相同的室中进行。13.根据条款11所述的方法，其中共形地沉积的所述膜包含选自氧化硅、氮化硅、碳化硅和金属氧化物的材料。14.根据条款1所述的方法，其还包括在提供所述半导体衬底之后且在修整所述含碳材料中的所述特征之前，将所述衬底加热至介于约35℃和约100℃之间的温度。15.根据条款1所述的方法，其中提供给所述处理室的所述半导体衬底上的所述含碳材料中的特征的所述图案的深宽比在约6:1和约10:1之间。16.根据条款1或2所述的方法，其中将所述含碳材料中的所述特征的表面暴露于所述含氧气体还包括引入选自氦气、氮气、氩气及其组合的载气。17.根据条款1或2所述的方法，其中在暴露所述含碳材料的所述经改性的表面的操作时点燃的所述等离子体是从一个或多个能量源产生的，所述能量源选自27MHz电容耦合等离子体、13MHz电容式耦合等离子体、电感耦合等离子体和远程等离子体。18.根据条款1或17所述的方法，其中所述修整包括以下中的一个或多个：在13.56MHz、27MHz或6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种处理半导体衬底的方法，所述方法包括：向处理室提供包含含碳材料中的特征的图案的半导体衬底；以及通过原子层蚀刻修整所述含碳材料中的所述特征以减小关键尺寸并形成具有基本垂直的侧壁的经修整的含碳特征，所述原子层蚀刻包括：在没有等离子体的情况下将所述含碳材料中的所述特征的表面暴露于含氧气体以使所述含碳材料的所述表面改性，从而形成所述含碳材料的经改性的表面；和将所述含碳材料的所述经改性的表面暴露于惰性气体并点燃等离子体以除去所述含碳材料的所述经改性的表面并形成所述经修整的含碳特征。

【技术特征摘要】
2017.04.24 US 62/489,113;2017.04.28 US 15/582,359;1.一种处理半导体衬底的方法，所述方法包括：向处理室提供包含含碳材料中的特征的图案的半导体衬底；以及通过原子层蚀刻修整所述含碳材料中的所述特征以减小关键尺寸并形成具有基本垂直的侧壁的经修整的含碳特征，所述原子层蚀刻包括：在没有等离子体的情况下将所述含碳材料中的所述特征的表面暴露于含氧气体以使所述含碳材料的所述表面改性，从而形成所述含碳材料的经改性的表面；和将所述含碳材料的所述经改性的表面暴露于惰性气体并点燃等离子体以除去所述含碳材料的所述经改性的表面并形成所述经修整的含碳特征。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述含氧气体选自由氧气、臭氧、水蒸气、一氧化二氮、一氧化碳、甲酸蒸气、二氧化碳及其组合组成的组。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿德里安·拉瓦伊，普尔凯特·阿加瓦尔，普鲁肖坦·库马尔，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国,US