[发明专利]原子层蚀刻3D结构：水平和竖直表面上Si和SiGe和Ge平滑度

说明书

本发明涉及原子层蚀刻3D结构：水平和竖直表面上Si和SiGe和Ge平滑度。本文描述了用于通过化学吸附、通过沉积或通过化学吸附和沉积机理两者与氧化物钝化结合来使用原子层蚀刻在衬底上蚀刻半导体材料的方法和装置。涉及使用化学吸附机理的原子层蚀刻的方法包括将半导体材料暴露于氯以将氯化学吸附到所述衬底表面上，以及将改性表面暴露于氩气以去除所述改性表面。涉及使用沉积机理的原子层蚀刻的方法包括将半导体材料暴露于含硫气体和氢气以沉积并由此改性衬底表面并去除改性表面。

技术领域

本发明涉及半导体处理领域，具体地涉及使用原子层蚀刻在衬底上蚀刻半导体材料的方法和装置，更具体地涉及原子层蚀刻3D结构：水平和竖直表面上Si和SiGe和Ge平滑度。

背景技术

半导体制造工艺通常涉及以高深宽比特征蚀刻半导体材料。随着器件缩小，用于蚀刻半导体材料的一些技术可引起可能影响器件性能和随后的制造工艺的不期望的横向蚀刻和材料损坏。

发明内容

本文提供了用于处理半导体衬底的方法和装置。一个方面涉及一种蚀刻衬底的方法，所述方法包括：(a)通过执行以下操作的n个循环来蚀刻衬底：(i)将所述衬底暴露于反应气体以改性所述衬底的表面而不蚀刻所述衬底的所述表面以及(ii)在将所述衬底暴露于所述反应气体之后，将所述衬底的所述改性表面暴露于去除物质以去除所述改性表面的至少一些；以及(b)将所述衬底周期性地暴露于含氧等离子体以钝化所述衬底的所述表面，其中n是介于1和100之间且包括1和100的整数。

在各种实施方式中，所述反应气体是含卤素的气体，其可以是氯、氯化硼、氯化氢、溴化氢、溴、氟化氮和氟中的任何一种；并且由此通过化学吸附改性所述衬底的所述表面。

在一些实施方式中，所述反应气体包括含硫气体，并且通过沉积改性所述衬底的所述表面。在一些实施方式中，所述含硫气体是六氟化硫、二氧化硫和硫化氢中的任一种。在一些实施方式中，所述反应气体还包括第二反应气体，所述第二反应气体为例如氢气或含卤素的气体。所述含卤素的气体可以是三氟化氮、碳氟化合物和氟中的任一种。示例性氟碳化合物包括四氟化碳(CF₄)、六氟-2-丁炔(C₄F₆)、氟甲烷(CH₃F)及其组合。

在各种实施方式中，通过引入活化气体并使用介于约50W与约1000W之间的等离子体功率点燃等离子体来产生所述去除物质。

在各种实施方式中，x是使用含卤素的气体作为反应气体重复(i)和(ii)的循环数，y是使用含硫气体重复(i)和(ii)的循环数，并且其中x比y的比例在2:1和20:1之间。

在各种实施方式中，在暴露于所述去除物质期间施加偏置以促进去除所述改性表面的至少一些。

在各种实施方式中，偏置功率小于约50V。在一些实施方式中，在暴露于所述去除物质期间不施加偏置，并且偏置功率为0V。在一些实施方式中，连续地施加偏置，并且由此偏置功率在约40V和约100V之间。

在一些实施方式中，所述偏置被脉冲化，占空比在约5％和约40％之间，并且偏置功率在约300V和约1000V之间。

在一些实施方式中，所述偏置被脉冲化，占空比为约50％，并且偏置功率在约100V和约300V之间。

在各种实施方式中，通过引入选自氧气、二氧化碳和二氧化硫中的含氧气体并点燃等离子体来产生所述含氧等离子体。

在各种实施方式中，将衬底周期性地暴露于所述含氧等离子体以钝化所述衬底的所述表面包括通过原子层沉积在所述衬底的所述表面上沉积氧化物层。

在一些实施方式中，通过执行所述n个循环来蚀刻所述衬底以及将所述衬底周期性地暴露于所述含氧等离子体在不破坏真空的情况下执行。