使用NO活化的用于硅氧化物的各向同性原子层蚀刻制造技术

本发明专利技术涉及使用NO活化的用于硅氧化物的各向同性原子层蚀刻，提供了用于以原子级精确度可控地各向同性蚀刻硅氧化物和氧化锗层的方法。所述方法利用氧化物表面的NO活化。一旦活化，含氟气体或蒸气就蚀刻活化的表面。蚀刻是自限制的，因为一旦移除活化的表面，蚀刻就停止，因为所述氟物质不自发与未活化的氧化物表面反应。这些方法可用于互连预清洁应用、栅极介电处理、存储器装置的制造、或在期望精确移除材料的一个或多个原子层的情况下的任何其它应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及除去衬底上的材料层的方法。所述方法尤其可用于以原子级精确度精确地各向同性除去半导体衬底上的二氧化硅和二氧化锗。
技术介绍
在小型化的现代水平下制造集成电路(IC)装置要求可以以原子级操作的技术。IC装置的某些组件现在具有数十埃的尺寸，对应于仅几个材料原子层。例如，在现代IC晶体管中的栅极电介质可具有仅的厚度，其对应于仅四个二氧化硅原子层。常常期望通过改变其尺寸来微调这些组件的电子特性，其可涉及仅沉积或除去材料的几个原子层。虽然已经开发了原子层沉积(ALD)和原子级外延生长技术，但用于可控移除一个或数个原子层的方法仍然受到限制。硅氧化物、二氧化硅及其碳掺杂的、硼掺杂的和磷掺杂的变体是用于IC装置的重要电介质材料。硅氧化物用作主体介电层中的绝缘体、晶体管中的栅极电介质、以及存储器装置如动态随机存取存储器(DRAM)中的电容器电介质。当部分加工制造的晶片暴露于空气时，硅氧化物也无意地在硅层上形成。这种类型的硅氧化物(被称为原生氧化物)在硅层上形成薄膜。原生氧化物膜连同在蚀刻和/或灰化期间产生的氧化物残余物对于进一步加工步骤经常存在问题。当形成于硅着落通道或接触孔的底部中时，原生氧化物和其它氧化物是高度不期望有的，因为其在通道用导电材料填充之后提高所述通道的总体电阻。存在大量描述二氧化硅气相蚀刻的文献。这些方法中大多数基本上为等离子体方法，其中反应物气体引入位于处理室中的等离子体源中以生成离子和亚稳态物质，所述离子和亚稳态物质与硅氧化物表面反应并形成挥发性蚀刻副产物。在这些方法中的大多数中，硅氧化物的蚀刻速率由反应物气体的流率和组成、等离子体功率、衬底温度或室压控制。硅氧化物的蚀刻速率随时间推移基本恒定；因此，这些类型的方法不能很好地适用于精确地控制待在衬底上所有暴露表面内均匀且精确蚀刻的层的数量。这些方法不能适用于以原子级除去限定的材料量。
技术实现思路
小于10nm的装置将要求大量具有高选择性、优异加载性能和低缺陷率的各向同性蚀刻。具有原子级均匀度和低缺陷率，以原子级除去限定材料量的可靠方法使用一氧化氮(NO)以活化氧化物表面。一旦活化，含氟气体或蒸气就蚀刻活化的表面。蚀刻是自限制性的；一旦除去活化的表面，蚀刻就停止，因为含氟物质不自发地与未活化的氧化物表面反应。本文所提供的方法可用于一些工艺中，这些工艺用于：制造诸如在互连件和触头预清洁应用中的集成电路、栅极电介质处理、存储和逻辑装置的制造、或在期望精确除去材料的一个或多个原子层的条件下的任何其它应用。本专利技术提供了用于各向同性除去可控量的硅和锗氧化物的方法。本文大致公开了一种可控地蚀刻衬底上的半导体(例如，硅、锗或硅锗)氧化物层的方法。所述方法涉及使容纳在处理室中的衬底与过量NO物质接触以通过形成Si/Ge(硅和/或锗，具体取决于基础半导体材料)-O-N-O键使衬底上的硅氧化物或锗氧化物表面改性，并且在经处理的氧化物表面用Si/Ge-O-N-O键布满(saturate)之后使衬底与F蚀刻剂接触。然后氮氧化物从经处理的氧化物表面的解吸导致以各种方式可控蚀刻氧化物表面。在一个方面，本专利技术涉及一种可控地蚀刻衬底上的硅氧化物的方法。所述方法涉及使容纳在处理室中的衬底与过量NO物质接触以通过形成Si-O-N-O键使衬底上的硅氧化物表面改性。合适的NO物质可以为等离子体激发的NO气体或NO自由基。然后，氮氧化物从经处理的氧化物的表面解吸，同时留下活化的表面以有利于蚀刻。在经处理的氧化物表面用Si-O-N-O键布满之后，还可使衬底与F蚀刻剂诸如F自由基、NF3、F2、CF4、C2F6、HF和XeF2接触，使得F蚀刻剂蚀刻活化的表面。在该实施方式中，可在其中F蚀刻剂反应以蚀刻活化的氧化物表面层这样的条件下，在氮氧化物解吸的同时，将所述F蚀刻剂与NO物质一起引入处理室中。或者，可在氮氧化物从改性的硅氧化物表面解吸之后将F蚀刻剂引入处理室中以反应，从而蚀刻活化氧化物表面的层。在另一个方面，所述方法涉及使容纳在处理室中的衬底与过量NO物质接触以通过形成Si-O-N-O键而改性并钝化衬底上的硅氧化物表面。合适的NO物质可以为等离子体激发的NO气体或NO自由基。还可使衬底与F蚀刻剂诸如F自由基、NF3、F2、CF4、C2F6、HF和XeF2接触，并且氟化学吸附到NO封端的表面上从而形成NOF键。当NOF从表面解吸时，其解吸为N2O+SiF4，蚀刻氧化物的表面层。在该实施方式中，蚀刻通过使化学吸附的F与活化的氧化物表面反应来实现，并且可在其中F蚀刻剂反应以化学吸附到NO封端的表面上从而形成NOF键这样的条件下，在一氧化氮解吸的同时，将所述F蚀刻剂与NO物质一起引入处理室中。或者，可在经处理的氧化物的表面上形成Si-O-N-O键之后且在氮氧化物从改性的硅氧化物表面解吸之前，将F蚀刻剂引入处理室中。吸附可在介于约0-300℃的温度下适当进行，其中解吸操作在相同或更高的温度下进行。解吸在比吸附温度高约0-80℃的温度下进行。可通过将NO物质连续供应到处理室中抑制氮氧化物从经由NO化学吸附而改性的硅氧化物表面解吸来控制蚀刻。通过停止将NO物质供应到处理室中或减少NO物质的供应，将使NO从改性的氧化物表面解吸，从而使得蚀刻在吸附或施加的F蚀刻剂存在下继续进行。一旦完成蚀刻循环，就可用惰性气体泵出或吹扫所述室。在一些实施例中，操作(a)-(d)的单个循环除去约0.5-10个硅氧化物的原子层，例如硅氧化物的原子单层。在许多情况下，进行操作(a)-(d)的至少两个循环并且常常更多个循环以便除去期望的材料量。在另一个方面，一种用于可控地蚀刻衬底上的硅氧化物的蚀刻装置包括：具有引入工艺气体的入口的处理室，被构造成用于在蚀刻衬底上的硅氧化物期间将衬底保持在适当位置的处理室中的衬底支撑件，以及控制器。所述控制器包括用于以下操作的指令：(i)使容纳在处理室中的衬底与过量NO物质接触以通过形成Si/Ge-O-N-O键来使衬底上的半导体氧化物表面改性，(ii)使衬底与F蚀刻剂接触，(iii)解吸化学吸附的层，(iv)蚀刻氧化物表面，以及(v)任选用惰性气体吹扫所述室。所述控制器还可包括进行蚀刻操作两次或更多次的指令。本专利技术的这些和其它特征结构和优点将以下参考附图更详细地描述。附图说明图1是如本文所述的蚀刻方法的大致工艺流程图。图2是根据本文所提供的实施方式的一种蚀刻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可控地蚀刻衬底上的半导体氧化物层的方法，所述方法包括：(a)使容纳在处理室中的所述衬底与过量NO物质接触以通过吸附、形成Si/Ge‑O‑N‑O键来使所述衬底上的硅或锗氧化物表面改性；(b)在经改性的氧化物表面用Si/Ge‑O‑N‑O键布满之后，使所述衬底与F蚀刻剂接触；(c)使氮氧化物从所述改性的氧化物表面解吸，同时留下有利于蚀刻的活化的表面；(d)使所述F蚀刻剂蚀刻所述活化的表面。

【技术特征摘要】
2015.01.06 US 14/590,8011.一种可控地蚀刻衬底上的半导体氧化物层的方法，所述方法包括：
(a)使容纳在处理室中的所述衬底与过量NO物质接触以通过吸附、形成
Si/Ge-O-N-O键来使所述衬底上的硅或锗氧化物表面改性；
(b)在经改性的氧化物表面用Si/Ge-O-N-O键布满之后，使所述衬底与F
蚀刻剂接触；
(c)使氮氧化物从所述改性的氧化物表面解吸，同时留下有利于蚀刻的活
化的表面；
(d)使所述F蚀刻剂蚀刻所述活化的表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述半导体为硅并且蚀刻操作(d)包
括使SiF4从所述氧化物表面解吸。
3.根据权利要求2所述的方法，其中操作(a)-(d)的单个循环除去约0.5-10
个硅氧化物原子层。
4.根据权利要求2所述的方法，其中操作(a)-(d)的单个循环除去约一个硅
氧化物原子单层。
5.根据权利要求2所述的方法，其包括进行至少两个循环，其中每个循
环包括操作(a)-(d)。
6.根据权利要求2所述的方法，其中所述NO物质为等离子体激发的NO
气体。
7.根据权利要求2所述的方法，其中所述NO物质为在等离子体中生成
的NO自由基。
8.根据权利要求2所述的方法，其中所述F蚀刻剂选自F自由基、NF3、
F2、CF4、C2F6、HF和XeF2。
9.根据权利要求2所述的方法，其中在所述氮氧化物解吸的同时将所述
F蚀刻剂引入所述处理室中。
10.根据权利要求2所述的方法，其中在将氮氧化物从改性的硅氧化物表
面解吸之前，将所述F蚀刻剂引入所述处理室中。
11.根据权利要求10所述的方法，其中F蚀刻剂化学吸附在Si-O-N-O表

\t面上，使得在氮氧化物解吸为N-O-F之前，所述改性的氧化物被Si-O-N-O-F
键布满，并且活化的氧化物表面由化学吸附的F蚀刻。
12.根据权利要求2所述的方法，其中在氮氧化物以N2O形式从改性的
硅氧化物表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊凡·L·贝瑞三世，皮利翁·帕克，费萨尔·雅各布，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US