[发明专利]连续等离子体中的原子层蚀刻

说明书

本发明涉及连续等离子体中的原子层蚀刻。基于通过评估待蚀刻材料和用于蚀刻材料的化学物质确定的去除能量阈值使用自限制反应来蚀刻衬底的方法和装置涉及连续等离子体的流动。工艺条件允许受控的自限制各向异性蚀刻，而不在用于蚀刻衬底上的材料的化学物质之间交替。良好控制的蚀刻前沿允许反应性自由基和惰性离子的协同效应以执行蚀刻，使得当衬底被反应性自由基改变并且被惰性离子移除时蚀刻材料，而当材料被反应性自由基改变但不存在惰性离子时或当存在惰性离子但材料没有被反应性自由基改变时不蚀刻材料。

技术领域

本发明涉及半导体领域，更具体而言涉及连续等离子体中的原子层蚀刻。

背景技术

多年来已经研究了原子级的等离子体蚀刻。传统的等离子体蚀刻工艺通常使用反应离子和反应化学物质以高蚀刻速率进行，但由于等离子体的反应性，蚀刻工艺通常导致在待蚀刻材料下面的层的不期望的蚀刻。

发明内容

本文提供了基于通过评估待蚀刻材料和用于蚀刻材料的化学物质确定的去除能量阈值使用自限制反应来蚀刻衬底的方法和装置。实施方式涉及在工艺条件下的连续等离子体的流动，以允许受控的自限制各向异性蚀刻，而不在用于蚀刻衬底上的材料的化学物质之间交替。根据所公开的实施方式，良好控制的蚀刻前沿允许反应性自由基和惰性离子的协同效应以执行蚀刻，使得当衬底被反应性自由基改变并且被惰性离子移除时蚀刻材料，而当材料被反应性自由基改变但不存在惰性离子时或当存在惰性离子但材料没有被反应性自由基改变时不蚀刻材料。

在一个方面，本公开涉及一种蚀刻衬底的材料的方法。该方法包括将处理室中的衬底暴露于由反应性物质产生的等离子体和由惰性离子气体产生的等离子体，以使用自限制反应去除材料，其中用于使用所述惰性离子气体去除由所述反应性物质改变的所述材料的层的能量阈值小于使用所述惰性离子气体溅射所述材料在所述衬底上的能量阈值。根据各种实施方式，衬底暴露于反应性物质改变经暴露的衬底材料，并且由所述等离子体产生的惰性离子去除经改变的衬底材料，从而蚀刻所述衬底材料。根据各种实施方式，在所述衬底暴露于反应性物质和惰性离子期间，所述等离子体被连续地输送，使得在所述蚀刻期间源功率和偏置功率都连续地导通。并且，根据各种实施方式，在所述蚀刻期间存在于所述处理室中的惰性气体的浓度大于所述室中所有化学物质的99％，而反应性物质的浓度小于约1％。

在另一方面，本公开提供了一种用于蚀刻衬底的材料的装置，该装置具有影响在本文所述的装置的处理室中蚀刻衬底的材料的方法的控制器。

下面参照附图进一步描述这些和其他方面。

具体而言，本发明的一些方面可以描述如下：

1.一种蚀刻衬底的材料的方法，所述方法包括：

将处理室中的衬底暴露于由反应性物质产生的等离子体和由惰性离子气体产生的等离子体，以使用自限制反应去除所述材料，

其中用于使用所述惰性离子气体去除由所述反应性物质改变的所述材料的层的能量阈值小于使用所述惰性离子气体溅射在所述衬底上的所述材料的能量阈值。

2.根据条款1所述的方法，其中所述衬底暴露于所述反应性物质改变经暴露的衬底材料，并且由所述等离子体产生的惰性离子去除经改变的衬底材料，从而蚀刻所述衬底材料。

3.根据条款1所述的方法，其中，在所述衬底暴露于所述反应性物质和惰性离子期间，所述等离子体被连续地输送，使得在所述蚀刻期间源功率和偏置功率都连续地导通。

4.根据条款3所述的方法，其中在所述蚀刻期间存在于所述处理室中的惰性气体的浓度大于所述室中所有化学物质的99％，而反应性物质的浓度小于约1％。