[发明专利]难熔金属和其他高表面结合能材料的原子层蚀刻和平滑化

说明书

蚀刻在衬底上的难熔金属或其他高表面结合能材料可维持或增加金属/高E_O表面的平滑度，在某些情况下会产生极端的平滑度。提供具有暴露的难熔金属/高E_O表面的衬底。使难熔金属/高E_O表面暴露于改性气体以改性该表面并形成改性的难熔金属/高E_O表面。将改性的难熔金属/高E_O表面暴露于高能粒子以相对于下伏的未改性难熔金属/高E_O表面，优先除去改性的难熔金属/高E_O表面，使得在除去改性后的暴露的难熔金属/高E_O表面与在将衬底表面暴露于改性气体之前的衬底表面一样平滑或比其更平滑。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年3月30日提交的名称为“ATOMIC LAYER ETCHING ANDSMOOTHING OF REFRACTORY METALS AND OTHER HIGH SURFACE BINDING ENERGYMATERIALS”的美国临时专利申请No.62/650,469的优先权，其全部内容通过引用合并于此并用于所有目的。

本申请还针对涉及难熔金属的原子层刻蚀的公开内容，通过引用并入以下美国专利申请：2016年8月31日提交的名称为“ALE SMOOTHNESS:IN AND OUTSIDE SEMICONDUCTORINDUSTRY”的美国专利申请No.15/253,481和美国专利申请2017年12月13日提交的名称为“DESIGNER ATOMIC LAYER ETCHING”的美国专利申请No.15/841,205。

背景技术

半导体制造工艺包括蚀刻各种材料。随着特征尺寸缩小，对原子尺度处理(例如原子层蚀刻(ALE))的需求不断增长。

发明内容

公开了蚀刻工艺，其为难熔金属和其他高表面结合能材料产生平滑的，至少在某些情况下极其平滑的蚀刻前边缘和线边缘，并且在某些情况下对周围材料的选择性提高。某些原子层蚀刻(ALE)工艺已经在诸如Mo、Ta和Ru之类的难熔金属上被验证，并且可用于处理多种由晶粒组成的材料。尽管ALE可用于定向图案转移以产生平滑的金属线，但其也可用于其他目的。例如，对于可靠性和设备的电性能都需要提供连续、平滑和原子薄的保形衬里(例如，扩散阻挡层或粘合促进层)。如果例如所沉积的衬里比所期望的所沉积的厚和/或粗糙，则可以利用ALE回蚀来同时适当地使衬里变薄和平滑，从而提供期望的结果。

根据多种实施方案，提供了一种蚀刻在衬底上的难熔金属或其他高表面结合能(高E_O)材料的方法。该方法可以包括：提供包括暴露的难熔金属/高E_O表面的衬底；将所述难熔金属/高E_O表面暴露于改性气体以使该表面改性并形成改性的难熔金属/高E_O表面；以及使所述改性的难熔金属/高E_O表面暴露于高能粒子，以相对于下伏的未改性的难熔金属/高E_O表面优先除去所述改性的难熔金属/高E_O表面。在除去所述改性的难熔金属/高E_O表面之后，暴露的所述难熔金属/高E_O表面与在将所述衬底表面暴露于所述改性气体之前的衬底表面一样平滑或比其更平滑。

所述难熔金属/高E_O表面的平滑度可以通过所述方法维持或增加，例如平滑度增加大于10％RMS、大于20％、大于30％、大于40％、大于50％、大于60％、大于70％、75％或更多、大于80％、或大于90％RMS、大致一定数量级(on the order of an order ofmagnitude)。

所述难熔金属/高E_O表面可以是选自于由Nb、Mo、Ta、W、Re、Ru、Rh、Os、Ir、Ti、V、Cr、Zr和Hf组成的组中的难熔金属。例如，所述难熔金属可以选自于由Mo、Ta和Ru组成的组。

所述改性气体可以包括O₂或另一含氧气体。