[发明专利]集成原子级工艺：ALD（原子层沉积）和ALE（原子层蚀刻）

说明书

技术领域

本发明总体上设计半导体领域，更具体地涉及集成原子级工艺：ALD(原子层沉积)和ALE(原子层蚀刻)。

背景技术

随着特征尺寸的缩小，对原子级处理例如原子层沉积(ALD)和原子层蚀刻(ALE)的需求日益增加。ALD和ALE工艺通常作为单独的工艺进行，使得所有的ALD或所有的ALE操作分别在所有ALE或所有ALD操作之前进行。常规的ALD和ALE工艺使用分开的反应器或室以适应每个相应的工艺的条件、前体化学品和工艺参数。

发明内容

本发明提供集成原子层蚀刻和原子层沉积的方法。一个方面涉及处理衬底的方法，其包括通过在室中进行原子层蚀刻来蚀刻衬底；并通过在室中进行原子层沉积来沉积膜，由此在不破坏真空的情形下进行蚀刻和沉积。

所述蚀刻可以循环进行，其中循环包括：将衬底暴露于蚀刻气体以使衬底表面改性；以及将衬底暴露于去除气体以去除至少一些改性的表面。将衬底暴露于蚀刻气体可进一步包括点燃等离子体。在一些实施方式中，所述方法进一步包括将偏置施加在衬底上。所述蚀刻气体可以是含氯化合物。在多个实施方式中，一个循环蚀刻约1埃至约50埃的膜。所述室可以暴露之间清扫。

沉积可循环进行，其中所述循环包括：将衬底暴露于沉积前体中以使衬底表面改性；以及将衬底暴露于还原剂中以沉积膜。在一些实施方式中，所述方法进一步包括点燃等离子体。在一些实施方式中，至少一些沉积前体在衬底暴露于沉积前体过程中吸附在衬底表面上。可在暴露之间清扫所述室。

在一些实施方式中，进行蚀刻和沉积以在衬底上沉积材料。在一些实施方式中，进行蚀刻和沉积以在衬底上蚀刻材料。

在多个实施方式中，所述蚀刻进一步包括定向溅射衬底。在一些实施方式中，所述蚀刻和沉积在相同的室中进行。所述蚀刻可以非共形地进行。在一些实施方式中，所述蚀刻或沉积中的至少一个是自限性反应。

另一个方面涉及一种方法，其包括：(a)使容纳在室中的衬底暴露于蚀刻气体和去除气体的交替脉冲中以逐层蚀刻衬底；(b)将衬底暴露于第一反应物和第二反应物的交替脉冲中以在衬底上沉积膜；和(c)在相同的室中重复(a)和(b)。

所述去除气体可以是选自由N₂、Ar、He和Ne所组成的组中的载气。在一些实施方式中，(a)和(b)在相同的室中进行并依次进行。此外，所述室可以在脉冲之间清扫。在多个实施方式中，(a)进一步包括将偏置施加在衬底上。在一些实施方式中，(a)进一步包括定向溅射衬底。

在一些实施方式中，所述方法还包括当将衬底暴露于去除气体时点燃等离子体。所述方法还可以包括当将衬底暴露于第二反应物时点燃等离子体。

在多个实施方式中，(a)或(b)中的至少一个是自限性反应。在一些实施方式中，重复(a)和(b)以在衬底上沉积材料。在一些实施方式中，重复(a)和(b)以在衬底上蚀刻膜。在多个实施方式中，所述衬底选自金属和电介质所组成的组。

另一个方面涉及用于处理衬底的装置，该装置包括：一个或更多个处理室，每个处理室包括卡盘；一个或更多个通向处理室内的气体入口和相关的流动控制硬件；和控制器，其具有至少一个处理器和存储器，由此，所述至少一个处理器和所述存储器可彼此通信地连接，所述至少一个处理器至少可操作地连接在流量控制硬件上，并且所述存储器存储计算机可运行指令，所述计算机可运行指令用于控制所述至少一个处理器以通过下述操作至少控制所述流量控制硬件：通过在室中进行原子层蚀刻来蚀刻衬底；并通过在该室中进行原子层沉积来沉积膜，由此在不破坏真空的情形下进行蚀刻和沉积。

另一个方面涉及用于处理衬底的装置，该装置包括：一个或更多个处理室，每个处理室包括卡盘；一个或更多个通向处理室内的气体入口和相关的流动控制硬件；和控制器，其具有至少一个处理器和存储器，由此，所述至少一个处理器和所述存储器可彼此通信地连接，所述至少一个处理器至少可操作地连接在流量控制硬件上，并且所述存储器存储计算机可运行指令，所述计算机可运行指令用于控制所述至少一个处理器以通过以下操作至少控制所述流量控制硬件：(a)将衬底暴露于蚀刻剂和清扫气体的交替脉冲中以逐层蚀刻所述衬底；(b)将衬底暴露于还原剂和前体的交替脉冲以在经蚀刻的衬底上沉积膜；和(c)在不破坏进行(a)和(b)之间的真空的情形下重复(a)和(b)。

下面参照附图进一步描述这些和其他方面。

附图说明

图1A是描述用于根据所公开的实施方式的方法的操作的工艺流程图。