[发明专利]原子层刻蚀设备及刻蚀方法

说明书

本申请实施例提供了一种原子层刻蚀设备及刻蚀方法。该原子层刻蚀设备包括：工艺腔室、上射频组件及辅助等离子体产生装置；上射频组件用于向工艺腔室内施加射频功率，以将进入所述工艺腔室内的工艺气体激发为等离子体；辅助等离子体产生装置用于向工艺腔室内输送电子，以使等离子体稳定在感性耦合放电模式。本申请实施例实现了工艺腔室可以快速进入感性耦合放电模式，缩减了等离子体进入感性耦合放电模式时间，缩减原子层每个操作周期时间，从而提高原子层刻蚀效率以及工艺良率。

技术领域

本申请涉及原子层刻蚀技术领域，具体而言，本申请涉及一种原子层刻蚀设备及刻蚀方法。

背景技术

目前，在原子层刻蚀工艺中，需要分别通入化学活性气体(如氯气)和惰性气体(如氩气)，放电方式通常采用感性耦合放电方式。原子层刻蚀工艺中一个操作周期一般包括四个步骤：(1)吸附步骤，基片表面暴露于反应气体，工艺气体通入工艺腔室中且经电离后形成弱等离子体，工艺气体吸附活性粒子并形成吸附层；(2)去除步骤，去除反应剩余的工艺气体；(3)刻蚀步骤，吸附层暴露于惰性气体，经电离后等离子体，被惰性离子轰击基片表面进而产生溅射，同时移除基片顶层原子；(4)清除步骤：清除刻蚀产物，完成一个操作周期。

但是在现有技术中，原子层刻蚀一般采用射频电源将射频功率施加在感应线圈上，反应腔体将产生感应磁场，根据法拉第感应定律，磁场又将产生感应电场，电子被加速不断与原子或分子碰撞电离形成等离子体，因此射频功率的吸收是通过线圈与等离子体之间的耦合来实现的。对于低线圈电流情况，等离子体放电处于容性耦合放电模式，随着线圈电流增加，当吸收功率达到最大值之后，电子密度逐渐增加，处于感性耦合放电模式，电子密度快速超过10¹⁶m^-3。在实际刻蚀中要求等离子体工作在感性耦合放电模式，但是从等离子体启辉到通过匹配到达等离子体稳定状态即感性耦合放电模式，通常需要5～15秒的时间，这很难实现原子层刻蚀工艺要求，在原子层刻蚀工艺一个操作周期中，要求吸附和刻蚀步骤只有2～12秒的工艺时间，而若等离子体启辉时间过长，需要在每一个操作周期都消耗大量的时间，使得刻蚀效率过低，另外由每个步骤中剩余气体去除不完全，还对工艺质造成严重影响。

发明内容

本申请针对现有方式的缺点，提出一种原子层刻蚀设备及刻蚀方法，用以解决现有技术存在的刻蚀效率及剩余气体去除不完全的技术问题。

第一个方面，本申请实施例提供了一种原子层刻蚀设备，包括：工艺腔室、上射频组件及辅助等离子体产生装置；所述上射频组件用于向所述工艺腔室内施加射频功率，以将进入所述工艺腔室内的工艺气体激发为等离子体；所述辅助等离子体产生装置用于向所述工艺腔室内输送电子，以使所述等离子体稳定在感性耦合放电模式。

于本申请的一实施例中，所述辅助等离子体产生装置包括发生器及传输器，所述发生器通过所述传输器与所述工艺腔室连接。

于本申请的一实施例中，所述辅助等离子体产生装置还包括镇流器，所述镇流器与所述发生器电连接，用于调整所述发生器的电流。

于本申请的一实施例中，所述发生器为紫外线灯。

于本申请的一实施例中，所述发生器为电子枪，所述传输器真空传输介质；所述电子枪用于产生电子束并且通过所述真空传输介质传输至所述工艺腔室内。

于本申请的一实施例中，所述原子层刻蚀设备还包括监测装置，所述监测装置设置于所述工艺腔室内，用于监测所述工艺腔室内等离子体的放电模式。

于本申请的一实施例中，所述原子层刻蚀设备还包括下射频组件，所述工艺腔室内设置有用于承载基片的基座；所述下射频组件包括下射频电源及下匹配器，所述下射频电源通过所述下匹配器与所述基座连接，用于在所述基座上形成偏压电场。

第二个方面，本申请实施例提供了一种原子层刻蚀方法，应用于如第一个方面提供的原子层刻蚀设备，包括如下步骤：