[发明专利]等离子体增强原子层蚀刻的方法

说明书

公开了一种等离子体增强原子层蚀刻的方法。一种用于在衬底上蚀刻层的方法包括至少一个蚀刻周期，其中蚀刻周期包括：将惰性气体连续地提供到反应空间中；将蚀刻气体的脉冲提供到该反应空间上游的连续惰性气体流中以使未激发状态中的该蚀刻气体化学吸附在该衬底的表面上；以及在电极之间提供RF功率放电的脉冲以在该反应空间中产生该惰性气体的反应物质，从而在该衬底上蚀刻该层。

技术领域

本发明总地涉及原子层蚀刻(ALE)的方法，尤其涉及等离子体增强 ALE(PEALE)的方法。

背景技术

为了解决伴随半导体器件的微型化和复杂结构的各种处理，通过诸如双重图案化(double-patterning)之类的新技术已经显著地改进了处理的精确度。然而，诸如使用激发的反应物来连续蚀刻之类的常规蚀刻技术可能难以形成精细的窄的凹凸图案且导致形状的缺陷。因此，能够执行原子层级别蚀刻且适用于例如双重图案化过程的蚀刻技术的发展变得重要。然而，需要改进低蚀刻速率、蚀刻的方向性上的差可控性。

涉及相关领域的问题和解决方案的任何讨论仅出于提供本发明上下文的目的而被包括在此公开中，并且不应该被认为是承认在作出本发明的时候已知任何或全部讨论。

发明内容

一些实施例提供由以下特征中的一个或多个所表征的原子层级别蚀刻 (称为原子层蚀刻，ALE)的方法：(a)通过质量流量控制器将蚀刻气体连同惰性气体一起供应到反应空间，其中蚀刻气体和惰性气体汇聚在质量流量控制器的下游，且连续地供应惰性气体，而蚀刻气体则以脉冲的方式来供应，由此增加清洗的效率；(b)使用等离子体来蚀刻，其中将惰性气体或氮气作为主要反应气体供应到反应空间以用于在其中产生等离子体，其中通过选择性地增加氧化气体(诸如氧气)或减少作为附加反应气体的气体(诸如氢气)来控制蚀刻速率；(c)将过程温度控制在0℃到250℃；以及(d)控制蚀刻的方向性以通过选择反应性气体的类型和蚀刻条件来执行各向异性或各向同性蚀刻。

在一些实施例中，可在反应腔室中执行ALE，该反应腔室同样用作用于化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)等的膜沉积的反应腔室，和/或用作用于干法蚀刻的反应腔室，其中不需要附加的腔室来执行蚀刻。替代地，可在反应腔室中执行ALE，该反应腔室附连到晶片处理腔室，作为安装在群集装置中的多个腔室中的一个。在一些实施例中，ALE是在同一反应腔室中执行的各向异性或各向同性ALE，此反应腔室也是用于以任意组合方式的O₂灰化、各向异性蚀刻等的同一腔室。在一些实施例中，ALE是在群集装置的多个反应腔室中的一个中执行的各向异性或各向同性ALE，其中其他的反应腔室是那些用于以任意组合方式的O₂灰化、各向异性蚀刻等的反应腔室。

在一些实施例中，使用导电耦合的电极、远程等离子体单元或这些的组合来产生用于ALE的等离子体。

在一些实施例中，用于ALE的蚀刻气体是从由碳氟化合物、其他含卤素气体和碳氢化合物气体组成的组中选择的至少一种气体。

在一些实施例中，连续地供应惰性气体，作为流过运载气体管线的运载气体、流过反应气体管线的反应气体，或者同时作为运载气体和反应气体两者。由于惰性气体连续地流动，它可用作清洗气体。

出于对本发明的各方面以及在相关领域上所获得的优势进行总结的目的，在此公开中描述了本发明的某些目的和优势。当然，应理解，不一定所有此类目的或优势都可根据本发明的任意特定实施例而实现。因此，例如，本领域的技术人员将认识到本发明可按实现或优化本文所教导的一个优势或一组优势的方式来具体化或执行，而不一定要同时实现本文可能教导或提出的其他目的或优势。

本发明的进一步方面、特征和优势将从以下详细描述中变得显而易见。

附图说明

现在将参考优选实施例的附图来描述本发明的这些特征和其他特征，优选实施例旨在说明性的而不限制本发明。出于说明性目的，极大地简化了附图且不一定按比例绘制附图。