原子层蚀刻中方向性的控制制造技术

提供了一种在衬底上执行原子层蚀刻(ALE)的方法，其包括以下操作：在衬底表面上执行表面改性操作，所述表面改性操作被配置为将所述衬底表面的至少一个单层转化为改性层，其中在所述表面改性操作期间施加偏置电压，所述偏置电压被配置为控制通过所述表面改性操作转化的所述衬底表面的深度；在所述衬底表面上执行去除操作，所述去除操作被配置为从所述衬底表面至少去除所述改性层的部分，其中经由被配置为使所述改性层的所述部分挥发的配体交换反应来实现去除所述改性层的所述部分。在去除操作之后，可以执行等离子体处理以从衬底表面去除残留物。

Direction control in atomic layer etching

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】原子层蚀刻中方向性的控制
本公开的实现涉及原子层蚀刻(ALE)，并且更具体地涉及控制原子层蚀刻中的方向性。
技术介绍
在对均匀性和蚀刻速率进行精密调节控制的情况下蚀刻在半导体衬底上的材料的传统技术是有限的。例如，反应性离子蚀刻通常用于在半导体处理期间蚀刻半导体衬底上的材料，并且通过调制射频等离子体功率和化学选择来控制使用反应离子蚀刻蚀刻的材料的蚀刻速率。通常，晶片等离子体鞘形成在衬底的顶部，因此来自等离子体的离子通常被加速到晶片表面上以蚀刻衬底。然而，随着技术节点发展到原子级器件，将需要以原子级保真度控制蚀刻工艺。
技术实现思路
根据一些实施方案，提供了一种在衬底上执行原子层蚀刻(ALE)的方法，其包括以下操作：在衬底表面上执行表面改性操作，所述表面改性操作被配置为将所述衬底表面的至少一个单层转化为改性层，其中在所述表面改性操作期间施加偏置电压，所述偏置电压被配置为控制通过所述表面改性操作转化的所述衬底表面的深度；在所述衬底表面上执行去除操作，所述去除操作被配置为从所述衬底表面去除所述改性层的至少一部分，其中经由被配置为使所述改性层的所述一部分挥发的配体交换反应来实现去除所述改性层的所述一部分。在一些实施方案中，所述表面改性操作被配置为使离子扩散到所述衬底表面中到达由所述偏置电压控制的所述深度。在一些实施方案中，所述偏置电压被配置为在所述表面改性操作期间具有用以实现通过所述表面改性操作转化的所述衬底表面的所述深度的幅值和持续时间。在一些实施方案中，所述深度由所述衬底的一个或多个单层限定。在一些实施方案中，所述偏置电压被配置为根据所述偏置电压的幅值将所述表面改性操作从主要各向同性转变为主要各向异性。在一些实施方案中，在所述表面改性操作的部分期间施加所述偏置电压，施加所述偏置电压期间的该部分增加竖直方向上的所述深度的量，从而增加所述ALE的各向异性，而未施加所述偏置电压期间的部分增加非竖直方向的所述深度，从而增加所述ALE的各向同性。在一些实施方案中，所述方法还包括：在所述去除操作之后，在所述衬底表面上执行等离子体处理，所述等离子体处理被配置为从所述衬底表面去除由所述去除操作和/或所述表面改性操作产生的残留物，其中所述残留物通过所述等离子体处理而挥发。在一些实施方案中，所述去除操作被配置为从所述衬底表面去除不到所述改性层的整个部分；并且该方法还包括：重复所述去除操作和所述等离子体处理，直到从所述衬底表面去除所述改性层的所述整个部分。在一些实施方案中，所述方法还包括：重复所述表面改性操作、所述去除操作和所述等离子体处理，直到已经从所述衬底表面蚀刻预定厚度。在一些实施方案中，所述偏置电压在约20V到100V的范围内。在一些实施方案中，执行所述表面改性操作包括将所述衬底表面暴露于含氟等离子体，其中所述暴露于所述含氟等离子体被配置为将所述衬底表面的所述至少一个单层转化为氟化物物质。在一些实施方案中，所述衬底表面包括金属、金属氧化物、金属氮化物、金属磷化物、金属硫化物、金属砷化物或金属化合物；其中所述暴露于所述含氟等离子体形成金属氟化物。在一些实施方案中，将所述衬底表面暴露于所述含氟等离子体包括将含氟气体引入内部设置有所述衬底的室中，并点燃等离子体。在一些实施方案中，所述暴露于所述含氟等离子体是在约10毫托至500毫托的室压强下进行，持续时间小于约15秒。在一些实施方案中，执行所述去除操作包括将所述衬底表面暴露于乙酰丙酮锡(II)(Sn(acac)2)蒸气，所述暴露于所述Sn(acac)2蒸气被配置为用乙酰丙酮酸盐(acac)配体交换所述改性层中的氟原子。在一些实施方案中，将所述衬底表面暴露于Sn(acac)2包括将作为蒸气的所述Sn(acac)2引入到内部设置有所述衬底的室中。在一些实施方案中，所述暴露于所述Sn(acac)2执行约1秒至30秒的持续时间。在一些实施方案中，执行所述等离子体处理包括将所述衬底表面暴露于氢等离子体，所述暴露于所述氢等离子体被配置为使所述衬底表面上的锡、氟化锡或氧化锡残留物挥发。在一些实施方案中，将所述衬底表面暴露于所述氢等离子体包括将氢气引入内部设置有所述衬底的室中，并点燃等离子体。在一些实施方案中，所述暴露于所述氢等离子体执行约1秒至30秒的持续时间。在一些实施方案中，所述表面改性操作在第一室中进行；其中，所述去除操作在第二室中进行。在一些实施方案中，提供了一种在衬底上执行原子层蚀刻(ALE)的方法，其包括以下操作：在衬底表面上执行表面改性操作，所述表面改性操作包括将所述衬底表面暴露于第一等离子体，所述第一等离子体将所述衬底表面的至少一个单层转化为改性层，其中在所述表面改性操作期间施加偏置电压，所述偏置电压被配置为控制通过所述表面改性操作转化的所述衬底表面的深度，其中所述偏置电压被配置为将离子从所述第一等离子体朝向所述衬底表面加速而基本上不蚀刻所述衬底表面；在所述衬底表面上执行去除操作，所述去除操作包括从所述衬底表面去除所述改性层的至少一部分，其中经由被配置为使所述改性层的所述一部分挥发的配体交换反应来实现去除所述改性层的所述一部分；在所述衬底表面上执行清洁操作，所述清洁操作包括从所述衬底表面去除由所述去除操作产生的残留物，所述清洁操作还包括将所述衬底表面暴露于第二等离子体，其中所述残留物通过所述暴露于所述第二等离子体而挥发。附图说明图1根据本公开的实施方案示出了ALE的多种分类。图2根据本公开的实施方案示出了用于蚀刻Al2O3的ALE工艺的化学反应。图3根据本公开的实施方案示出了用于蚀刻Al2O3的ALE工艺。图4A-4C根据本公开的实施方案示出了等离子体处理室和蒸气处理室中的ALE工艺操作的性能。图5根据所公开的实施方案示出了执行的方法的工艺流程图。图6根据本公开的实施方案示出了使用单氟化后的表面的ARXPS表征显示在各种条件下的Al氧化物厚度和Al氟氧化物厚度的图。图7根据本公开的实施方案示出了使用零偏压等离子体的表面氟化深度。图8A-E是根据本公开的实施方案的氟化膜的横截面的STEM图像。图9A和9B根据本公开的实施方案分别示出了在30秒氟等离子体暴露之后的膜损失与300秒氟等离子体暴露之后的膜损失。图10是根据本公开的实施方案的显示膜损失的SE表征的图，其证明了氟化和Sn(acac)2暴露的自限性质。图11是根据本公开的实施方案示出计算的氟化深度与氟离子能量的函数关系的图。图12根据本公开的实施方案示出了用于每单个表面修饰操作使用多个配体交换和等离子体清洁操作来执行ALE的方法。图13A根据本公开的实施方案概念性地示出了衬底表面特征的横截面，以及在其上执行的各向异性ALE工艺的执行。图13B根据本公开的实施方案概念性地示出了衬底表面特征的横截面，以及在其上执行的各向同性ALE工艺的执行。图14A-D根据本公开的实施方案示出了用于通过沉积钝化层来提供增加的各向异性的工艺。图15根据本公开的实施方案示出了群集工具1500。图16根据本公开的实施方案示出了示例性蚀刻室或装置。图17根据本公开的实施方案示出了用于控制上述系统的控制模块。具体实施方式在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对所呈现的实施方案的透彻理解。可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践所公开的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在衬底上执行原子层蚀刻(ALE)的方法，其包括：在衬底表面上执行表面改性操作，所述表面改性操作被配置为将所述衬底表面的至少一个单层转化为改性层，其中在所述表面改性操作期间施加偏置电压，所述偏置电压被配置为控制通过所述表面改性操作转化的所述衬底表面的深度；在所述衬底表面上执行去除操作，所述去除操作被配置为从所述衬底表面去除所述改性层的至少一部分，其中经由被配置为使所述改性层的所述一部分挥发的配体交换反应来实现去除所述改性层的所述一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.27 US 62/464,360;2017.06.06 US 15/615,6911.一种在衬底上执行原子层蚀刻(ALE)的方法，其包括：在衬底表面上执行表面改性操作，所述表面改性操作被配置为将所述衬底表面的至少一个单层转化为改性层，其中在所述表面改性操作期间施加偏置电压，所述偏置电压被配置为控制通过所述表面改性操作转化的所述衬底表面的深度；在所述衬底表面上执行去除操作，所述去除操作被配置为从所述衬底表面去除所述改性层的至少一部分，其中经由被配置为使所述改性层的所述一部分挥发的配体交换反应来实现去除所述改性层的所述一部分。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面改性操作被配置为使离子扩散到所述衬底表面中到达由所述偏置电压控制的所述深度。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述偏置电压被配置为在所述表面改性操作期间具有用以实现通过所述表面改性操作转化的所述衬底表面的所述深度的幅值和持续时间。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述深度由所述衬底的一个或多个单层限定。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述偏置电压被配置为根据所述偏置电压的幅值将所述表面改性操作从主要各向同性转变为主要各向异性。6.根据权利要求1所述的方法，其中在所述表面改性操作的部分期间施加所述偏置电压，施加所述偏置电压期间的该部分增加竖直方向上的所述深度的量，从而增加所述ALE的各向异性，而未施加所述偏置电压期间的部分增加非竖直方向的所述深度，从而增加所述ALE的各向同性。7.根据权利要求1所述的方法，其还包括：在所述去除操作之后，在所述衬底表面上执行等离子体处理，所述等离子体处理被配置为从所述衬底表面去除由所述去除操作和/或所述表面改性操作产生的残留物，其中所述残留物通过所述等离子体处理而挥发。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述去除操作被配置为从所述衬底表面去除不到所述改性层的整个部分；并且该方法还包括：重复所述去除操作和所述等离子体处理，直到从所述衬底表面去除所述改性层的所述整个部分。9.根据权利要求8所述的方法，其还包括：重复所述表面改性操作、所述去除操作和所述等离子体处理，直到已经从所述衬底表面蚀刻预定厚度。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述偏置电压在约20V到100V的范围内。11.根据权利要求1所述的方法，其中执行所述表面改性操作包括将所述衬底表面暴露于含氟等离子体，其中所述暴露于所述含氟等离子体被配置为将所述衬底表面的所述至少一个单层转化为氟化物物质...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯·费希尔，索斯藤·利尔，理查德·雅内克，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国,US