[发明专利]一种自限制精确刻蚀硅的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路领域，具体涉及一种自限制精确刻蚀硅的装置及方法。

背景技术

集成电路是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺将一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。

随着集成电路技术的不断发展，晶体管的特征尺寸不断缩小，目前正在由5nm向更小的技术迈进，沟道也由平面发展到鳍形(FinFet)再到纳米线，所以对其制造技术提出了更高的要求，尤其是三维加工能力。

原子层刻蚀技术(Atomic layer etching)是一项新兴的刻蚀技术，目前有设备厂商及研究机构推出一种刻蚀硅的原子层刻蚀技术，基本原理及过程如下：

(1)采用Cl₂对硅表面进行改性(modification)，将Si-Si悬挂键改性成Si-C键，表示为，Cl₂(气)+Si(固)→SiClx(固)。由于形成的物质在常温下为固体，所以该步具有自我限制特性，只影响约一个原子层；

(2)去除多余Cl₂；

(3)采用合适能量的Ar离子去除固态SiClx并且不能对Si造成损伤。Si-Si键能为3.4eV，Si-Cl键能为4.2eV，Cl的引入会将Si与下层Si之间的键能降低到2.3eV。因此，Ar离子的能量阈值需要精确在能够敲击掉Si-C物质而不会敲击Si-Si，即可自我限制地刻蚀掉SiClx；

然后重复以上过程完成刻蚀。

目前有机构报道该技术可用于鳍形栅刻蚀的过刻刻蚀中，较传统刻蚀，可以用更小的过刻量(25％)达到去除硅残留的目的。

上述技术对离子能量提出了极高的要求，只有当离子能量适当才能实现，若离子能量过低则达不到去除改性层目的，若离子能量过高则会造成Si表面损伤或者将硅刻蚀掉，达不到原子层自我限制刻蚀的目的，因此也对设备控制提出了极高的要求。

此外，该方法因去除离子具有方向性，无法实现横向加工，在未来需要三维加工领域如纳米线加工领域将会受到局限。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开一种自限制精确刻蚀硅的装置，包括：真空反应腔、传输装置、进气装置和抽气装置，所述真空反应腔内设置有第一基座、第二基座、第一温控装置、第二温控装置，其中，所述第一温控装置对所述第一基座的温度进行调控，使其温度小于150℃，所述第二温控装置对所述第二基座的温度进行调控，使其温度大于150℃，所述传输装置对样品进行传输，使样品在所述第一基座和所述第二基座上循环进行加工，所述进气装置将反应气体或吹扫用气体通入真空反应腔，所述抽气装置将残余气体从真空反应腔内抽出。

本发明的自限制精确刻蚀硅的装置中，优选为，所述反应气体为HBr。

本发明的自限制精确刻蚀硅的装置中，优选为，所述第一基座的温度在－60℃～140℃之间。

本发明的自限制精确刻蚀硅的装置中，优选为，所述第二基座的温度在160℃～800℃之间。

本发明的自限制精确刻蚀硅的装置中，优选为，还包括感应耦合等离子体源。

本发明还公开一种自限制精确刻蚀硅的方法，包括以下步骤：Si表面自限制层形成步骤，利用传输装置将形成在半导体衬底上的待刻蚀Si层样品放置在第一基座上，然后通过第一温控装置将所述第一基座的温度调控至小于150℃，向真空反应腔内通入HBr反应气体，在所述Si层表面形成自限制SiBr₄层，然后将真空反应腔内的残余HBr抽出；自限制层去除步骤，利用传输装置将样品从所述第一基座传输至第二基座，通过第二温控装置将所述第二基座的温度调控至大于150℃，使SiBr₄层升华，然后将真空反应腔内的残余气体抽出；重复上述各步骤，直至达到预定Si刻蚀量。

本发明的自限制精确刻蚀硅的方法中，优选为，所述第一基座的温度在－60℃～140℃之间。

本发明的自限制精确刻蚀硅的方法中，优选为，所述第二基座的温度在160℃～800℃之间。