使用從惰性氣體形成的亞穩(wěn)態(tài)體的原子層蝕刻制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了用于蝕刻原子層的襯底處理系統(tǒng)和方法。所述方法和系統(tǒng)被配置為將第一氣體引入所述室，該氣體是適合于蝕刻所述層的蝕刻劑氣體，且允許所述第一氣體存在于所述室中持續(xù)足以造成所述第一氣體中的至少一些吸附到所述層的一段時(shí)間。用惰性氣體實(shí)質(zhì)上置換在所述室內(nèi)的所述第一氣體，然后從惰性氣體產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)體以用所述亞穩(wěn)態(tài)體蝕刻層，同時(shí)實(shí)質(zhì)上防止所述等離子體帶電物質(zhì)蝕刻所述層。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請是申請?zhí)枮?01280035911.7，申請日為2012年7月11日，申請人為朗姆研究公司，專利技術(shù)創(chuàng)造名稱為“使用從惰性氣體形成的亞穩(wěn)態(tài)體的原子層蝕刻”的專利技術(shù)專利申請的分案申請。
技術(shù)介紹
原子層蝕刻是在本領(lǐng)域中已知的用于半導(dǎo)體器件制造的用非常精細(xì)的精度執(zhí)行關(guān)鍵蝕刻的技術(shù)。在原子層蝕刻中，在薄層上進(jìn)行蝕刻，同時(shí)嘗試避免不必要的亞表面損傷或不希望有的改性。例如，可以執(zhí)行原子層蝕刻以蝕刻覆蓋另一關(guān)鍵層的非常薄的層。例如，在體型蝕刻步驟結(jié)束時(shí)，當(dāng)試圖清除層，同時(shí)確保薄的剩余層的蝕刻不會導(dǎo)致?lián)p壞下伏層和/或下伏結(jié)構(gòu)時(shí)，也可使用原子層蝕刻。詳而言之，已知使用等離子體的蝕刻具有導(dǎo)致對下伏結(jié)構(gòu)和/或下伏層產(chǎn)生上述的亞表面損傷或改性的潛力。在等離子體蝕刻過程中，柵極電介質(zhì)下面的硅損失是亞表面損失的例子，即，即使在薄的柵極電介質(zhì)(通常SiO2)存在下在柵極蝕刻過程中仍然產(chǎn)生的硅凹陷。在某些情況下，公知用大于100eV的離子能量的等離子體蝕刻導(dǎo)致對表面以下約20-40埃的深度的損傷。因此，在典型的柵極氧化層厚度為約10埃的情況下，柵極蝕刻后約10-20埃的硅凹陷是常見的。本專利技術(shù)涉及用于在半導(dǎo)體器件制造中執(zhí)行原子層蝕刻的改進(jìn)的裝置和方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
在一種實(shí)施方式中，本專利技術(shù)涉及一種用于蝕刻在半導(dǎo)體處理室中的襯底上的層的方法。該方法包括將第一氣體引入所述室，該第一氣體是適合用于蝕刻所述層的蝕刻劑氣體。該方法還包括使所述第一氣體能夠存在于所述室持續(xù)足以造成所述第一氣體中的至少一些吸附到層的一段時(shí)間。該方法進(jìn)一步包括用惰性氣體實(shí)質(zhì)置換室中的第一氣體。該方法另外包括從惰性氣體產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)體(metastables)，并用所述亞穩(wěn)態(tài)體蝕刻所述層。上述內(nèi)容只涉及此處披露的本專利技術(shù)的許多實(shí)施方式之一，并且不意圖限制本專利技術(shù)的范圍，在本文的權(quán)利要求中闡述了本專利技術(shù)的范圍。將在下面本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式中結(jié)合下面附圖更詳細(xì)地描述本專利技術(shù)的這些和其他特征。附圖說明在附圖中的圖中通過舉例的方式而不是通過限制的方式闡述本發(fā)明，其中相同的附圖標(biāo)記表示相似的元件，其中：圖1示出了根據(jù)本專利技術(shù)的一種或多種實(shí)施方式的適用于執(zhí)行原子層蝕刻的襯底處理室的例子。圖2示出了根據(jù)本專利技術(shù)的一種或多種實(shí)施方式的分隔板結(jié)構(gòu)和可選的準(zhǔn)直器板的例子。圖3示出了根據(jù)本專利技術(shù)的一種或多種實(shí)施方式的用亞穩(wěn)態(tài)體定向蝕刻的例子。圖4示出了根據(jù)本專利技術(shù)的一種實(shí)施方式的用于執(zhí)行原子層蝕刻的步驟。具體實(shí)施方式下面將參照附圖所示的若干實(shí)施方式來詳細(xì)描述本專利技術(shù)。在下文中，為了提供對本專利技術(shù)的全面理解，闡述了很多特定的細(xì)節(jié)。然而，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，很顯然本專利技術(shù)可以在不具有這些細(xì)節(jié)的部分或全部的環(huán)境之下實(shí)現(xiàn)。在其他示例中，則未詳細(xì)描述公知的工藝步驟和/或結(jié)構(gòu)以免不必要地使本專利技術(shù)難以理解。下文中描述了多種實(shí)施方式，包括方法和技術(shù)。應(yīng)該了解的是，本專利技術(shù)還可包括制造的制品，該制品包括存儲用于實(shí)施本專利技術(shù)的實(shí)施方式的計(jì)算機(jī)可讀指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。舉例來說，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括，用于存儲計(jì)算機(jī)可讀代碼的半導(dǎo)體的、磁性的、光磁性的、光學(xué)的或其他形式的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。此外，本專利技術(shù)也包括實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)實(shí)施方式的裝置。這樣的裝置可包括專用和/或可編程的電路以執(zhí)行關(guān)于本專利技術(shù)實(shí)施方式中的任務(wù)。這樣的裝置的例子包括通用計(jì)算機(jī)和/或適當(dāng)編程的專用計(jì)算裝置，并且還包括適用于與本專利技術(shù)的實(shí)施方式相關(guān)的不同任務(wù)的計(jì)算機(jī)/計(jì)算裝置和專用的/可編程的電路的組合。本專利技術(shù)的實(shí)施方式涉及用于在襯底(如半導(dǎo)體晶片或平板)的層上執(zhí)行原子層蝕刻的裝置和方法。在一種或多種實(shí)施方式中，適合于蝕刻襯底層的蝕刻劑源氣體被引入到半導(dǎo)體處理室中。為了蝕刻Si層，例如，蝕刻劑氣體可以是Cl2、HCl、CHF3、CH2F2、CH3F、H2、BCl3、SiCl4、Br2、HBr、NF3、CF4，SF6、O2、SO2、COS等中的一種或其混合物。該蝕刻劑氣體被允許存在于該室持續(xù)足夠量的時(shí)間以允許所述蝕刻劑氣體物質(zhì)中的至少一些被吸附到要蝕刻的層中。隨后，蝕刻劑氣體被置換為惰性氣體(諸如Ar、He、Kr、Ne、Xe等中的一種或其混合物)。然后，從惰性氣體形成亞穩(wěn)態(tài)體以在襯底層上進(jìn)行原子層蝕刻。該循環(huán)可以重復(fù)多次，直到原子層蝕刻完成。在一種或多種實(shí)施方式中，亞穩(wěn)態(tài)體是在室中的等離子體產(chǎn)生區(qū)域通過從惰性氣體點(diǎn)燃的等離子體形成的。然后亞穩(wěn)態(tài)從在等離子體產(chǎn)生區(qū)域中產(chǎn)生的等離子體遷移通過在分隔板中的孔以與襯底層接觸。但是，高能等離子體的離子被防止接觸晶片的表面，以盡量減少對襯底層的無意的蝕刻和/或亞表面損傷和/或改性。在原子層的蝕刻過程中，襯底被布置在室的晶片處理區(qū)域和在卡盤上。在接觸襯底層表面時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)體被去激發(fā)，并在工藝中，放棄他們的電子能量，以造成在經(jīng)吸附的(adsorbed)襯底表面處的表面反應(yīng)，從而蝕刻襯底表面。由于亞穩(wěn)態(tài)的定向能量往往(例如，氬的亞穩(wěn)態(tài)為約0.025eV)比等離子體的高能離子的100-1000eV的能量要低得多，因此當(dāng)使用惰性氣體亞穩(wěn)態(tài)體和吸附層的結(jié)合蝕刻時(shí)，損傷基本減至最低。在一種或多種實(shí)施方式中，上述的分隔板是具有彼此電絕緣的多個(gè)板的多板結(jié)構(gòu)。在本專利技術(shù)的一種或多種實(shí)施方式中，多板組件的板中的至少一個(gè)被偏置以排斥從等離子體所產(chǎn)生的離子。多板組件的板中的每個(gè)具有通孔，以允許亞穩(wěn)態(tài)體從等離子體產(chǎn)生區(qū)域穿過到達(dá)晶片處理區(qū)域。如果需要，在一種實(shí)施方式中板的通孔可對齊，或者可以略微偏移。將分隔板的通孔的大小設(shè)置成實(shí)質(zhì)上防止高能等離子體物質(zhì)穿過分隔板并到達(dá)襯底表面。在一種或多種實(shí)施方式中，準(zhǔn)直器板被設(shè)置在分隔板和襯底之間以進(jìn)行校準(zhǔn)亞穩(wěn)態(tài)體，從而只允許基本定向的亞穩(wěn)態(tài)體到達(dá)襯底表面，以使蝕刻更具各向異性，即沿垂直于襯底平面的垂直方向。根據(jù)需要，準(zhǔn)直器板可包括通孔并可接地或偏置。為了防止由于分隔板和/或準(zhǔn)直器板的孔圖案造成的表面的非均勻蝕刻，所述分隔板和/或準(zhǔn)直器板可以相對于襯底移動(或反之亦然)。分隔板和/或準(zhǔn)直器板和/或晶片和晶片卡盤組件的相對的橫向運(yùn)動具有防止在分隔板或準(zhǔn)直器板的孔圖案僅在襯底表面的特定區(qū)域留下痕跡(imprint)的作用。本專利技術(shù)的一種或多種實(shí)施方式包括用于執(zhí)行如本文所描述的原子層蝕刻方法。本專利技術(shù)的一種或多種實(shí)施方式包括具有本文描述的硬件的襯底處理系統(tǒng)和/或襯底處理室并且還可以包括邏輯器(本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種具有用于蝕刻在襯底上的層的襯底處理室的襯底處理系統(tǒng)，其包含：卡盤，在所述蝕刻過程中所述襯底被布置在其上；分隔板結(jié)構(gòu)，其將所述室分隔成等離子體產(chǎn)生區(qū)域和襯底處理區(qū)域；等離子體源，其用于在所述等離子體產(chǎn)生區(qū)域中產(chǎn)生等離子體；以及邏輯器，其用于：將第一氣體引入所述室，所述氣體是適合于蝕刻所述層的蝕刻劑氣體，允許所述第一氣體存在于所述室中持續(xù)足以造成所述第一氣體中的至少一些吸附到所述層的一段時(shí)間，用惰性氣體實(shí)質(zhì)上置換在所述室內(nèi)的所述第一氣體，從所述惰性氣體產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)體，以及用所述亞穩(wěn)態(tài)體蝕刻所述層。

【技術(shù)特征摘要】
2011.07.20 US 13/187,4371.一種具有用于蝕刻在襯底上的層的襯底處理室的襯底處理系統(tǒng)，其包
含：
卡盤，在所述蝕刻過程中所述襯底被布置在其上；
分隔板結(jié)構(gòu)，其將所述室分隔成等離子體產(chǎn)生區(qū)域和襯底處理區(qū)域；
等離子體源，其用于在所述等離子體產(chǎn)生區(qū)域中產(chǎn)生等離子體；以及
邏輯器，其用于：
將第一氣體引入所述室，所述氣體是適合于蝕刻所述層的蝕刻劑
氣體，
允許所述第一氣體存在于所述室中持續(xù)足以造成所述第一氣體中
的至少一些吸附到所述層的一段時(shí)間，
用惰性氣體實(shí)質(zhì)上置換在所述室內(nèi)的所述第一氣體，
從所述惰性氣體產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)體，以及
用所述亞穩(wěn)態(tài)體蝕刻所述層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底處理系統(tǒng)，其中，通過用所述等離子體源
從所述惰性氣體形成所述襯底處理區(qū)域內(nèi)的等離子體而產(chǎn)生所述亞穩(wěn)態(tài)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的襯底處理系統(tǒng)，其中，所述亞穩(wěn)態(tài)體在從所述
等離子體遷移到所述層時(shí)穿過所述分隔板結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的襯底處理系統(tǒng)，其中，所述分隔板結(jié)構(gòu)具有被
配置為實(shí)質(zhì)上防止等離子體帶電物質(zhì)遷移到所述層的多個(gè)孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的襯底處理系統(tǒng)，其中，所述分隔板結(jié)構(gòu)包括彼
此電氣絕緣的至少兩個(gè)板，所述兩個(gè)板具有不同電壓電位。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的襯底處理系統(tǒng)，其還包括準(zhǔn)直器板，其中所述
亞穩(wěn)態(tài)體在從所述等離子體遷移到所述層時(shí)還穿過所述準(zhǔn)直器板，其中，所
述準(zhǔn)直器板被設(shè)置在所述襯底與所述分隔板結(jié)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：哈梅特·辛格，
申請(專利權(quán))人：朗姆研究公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US