[发明专利]使用氢等离子体进行原子层蚀刻的方法

说明书

一种用于通过干法蚀刻工艺蚀刻衬底上的目标层的方法包括至少一个蚀刻循环，其中蚀刻循环包括：在所述衬底上的所述目标层上使用反应性物质沉积碳卤化物膜；以及使用不含卤素的含氢蚀刻气体的等离子体蚀刻所述碳卤化物膜，所述等离子体单独地基本上不蚀刻所述目标层，从而在所述碳卤化物膜和所述目标层的边界区域生成作为蚀刻剂物质的卤化氢，由此蚀刻所述目标层在所述边界区域中的一部分。

背景

发明领域

本发明整体涉及一种对例如由硅或金属氧化物构成的层进行循环干法蚀刻的方法。

相关技术描述

原子层蚀刻(ALE)是使用吸附在目标膜上的并且与激发的反应物质反应的蚀刻剂气体的循环原子层级蚀刻，如日本专利特许公开号2013-235912和2014-522104中所公开。与常规蚀刻技术相比，ALE可以在亚纳米级上执行精确的原子层级连续蚀刻以形成精细、窄的凸凹图案，并且可以适用于例如双重图案化工艺。作为蚀刻剂气体，Cl₂、HCl、CHF₃、CH₂F₂、CH₃F、H₂、BCL₃、SiCl₄、Br₂、HBr、NF₃、CF₄、C₂F₆、C₄F₈、SF₆、O₂、SO₂、COS等是已知的。然而，有证据显示，在蚀刻诸如氧化硅膜之类的氧化物矿物膜时，通过ALE蚀刻衬底上的膜的面内均匀性不令人满意。

当使用Cl₂作为蚀刻剂气体通过ALE蚀刻Si或GaAs时，可以获得相对良好的蚀刻面内均匀性。但是，使用诸如C₄F₈之类的碳氟化合物作为蚀刻剂气体通过ALE蚀刻氧化硅膜时，并未获得良好的蚀刻面内均匀性。这是因为，尽管事实是在传统上蚀刻剂气体的吸附有时被称为“化学吸附”，但是蚀刻剂气体通过物理吸附而不是化学吸附吸附在衬底的表面上。也就是说，常规ALE如下蚀刻金属或氧化硅膜：通过物理吸附在膜表面上的蚀刻剂气体(其中被吸附的蚀刻剂气体与被激发的物质反应)，另外还通过在吹扫之后留在反应空间中的蚀刻剂气体，从而导致气相蚀刻。结果，蚀刻的面内均匀性变差。如果蚀刻剂气体化学吸附在衬底的表面上，则吸附是“化学吸附”，即化学饱和吸附，它是一个自限性吸附反应过程，其中沉积的蚀刻剂气体分子的量由反应性表面位点的数量决定并且与饱和后的前体暴露无关，并且蚀刻剂气体的供应使得反应性表面位点因而在每个循环中得到饱和(即，每个循环中吸附在表面上的蚀刻剂气体原则上具有一个分子的厚度)。当发生蚀刻剂气体在衬底表面上的化学吸附时，可以实现蚀刻的高面内均匀性。常规ALE即使称为“化学吸附”，实际上也通过物理吸附在衬底表面上吸附蚀刻剂气体(例如，SiO₂和SiN)。如果蚀刻剂气体的吸附是化学吸附，则蚀刻的面内均匀性在逻辑上应该是高的，并且每个循环的蚀刻速率在表面被蚀刻剂气体分子饱和后不应该受到蚀刻剂气体的流量或蚀刻剂气体流动脉冲的持续时间的影响。然而，传统的蚀刻剂气体都不符合上述要求。

对与相关技术相关的问题和解决方案的以上及任何其他论述已仅出于向本发明提供背景的目的包括于本公开中，并且不应被视为承认论述中的任一项或全部在创作本发明时是已知的。

发明内容