集成原子级工艺：ALD（原子层沉积）和ALE（原子层蚀刻）制造技术

本发明专利技术涉及集成原子级工艺：ALD(原子层沉积)和ALE(原子层蚀刻)，具体提供了用于通过在同一室或反应器中进行两个工艺集成原子层蚀刻和原子层沉积的方法。所述方法涉及在蚀刻过程中依次交替原子层蚀刻和原子层沉积工艺以保护特征免受劣化，改善选择性以及对半导体衬底的敏感层进行封装。

【技术实现步骤摘要】
集成原子级工艺：ALD(原子层沉积)和ALE(原子层蚀刻)本申请是申请号为201610017911.4、申请日为2016年1月12日、专利技术名称为“集成原子级工艺：ALD(原子层沉积)和ALE(原子层蚀刻)”的申请的分案申请。
本专利技术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)。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。图1B是蚀刻和沉积的示例的示意图。图1C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。图1D是描述根据所公开的实施方式实施的操作的示例的时序示意图。图2是用于实施所公开的实施方式的示例性处理室的示意图。图3是用于实施所公开的实施方式的示例性处理装置的示意图。图4示出了根据所公开的实施方式进行的实验的经蚀刻的衬底的图像。具体实施方式在下面的描述中，阐述了许多具体细节以提供对所呈现的实施方式的透彻理解。在没有一些或所有这些具体细节的情形下可以实施所公开的实施方式。在其他情形下，未详细描述众所周知的处理操作，以避免不必要地模糊所公开的实施方式。虽然将结合具体的实施方式描述所公开的实施方式，但是应理解的是并不旨在限制所公开的实施方式。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)的需求日益增长。这些是导致膜厚度的数字和小变化的名义上自我限制步骤的循环工艺。在一些ALE的情形下，所述工艺的特征在于平滑性和保形性，以及还有方向性。ALD和ALE工艺已传统地独立地进行，使得所有沉积方法均在所有蚀刻工艺之前进行，或反之亦然。传统的ALD和ALE工艺在不同的工具上进行。例如，传统的ALD工具不运行ALE工艺，而ALE工具不能运行ALD工艺。本文提供了用于原位(例如，在工具的同一室或不破坏真空的情形下)集成蚀刻和沉积工艺的方法。所公开的实施方式可用于在衬底上净沉积材料或净蚀刻材料。本文描述的一些方法涉及在ALE工艺过程中通过ALD沉积钝化层。所公开的方法适用于广泛的应用，这些应用包括用于沟槽和孔的蚀刻工艺、MRAM的制造、相变材料制造，蚀刻工艺中的改进的选择性和伪多晶体(polydummy)去除。例如，蚀刻过程中的沉积可用于在蚀刻过程中保护侧壁或掩模或蚀刻过程中包封材料以及随后的暴露于大气，或者如果沉积是选择性的话则提供选择性；并且在沉积过程中蚀刻可用于在沉积过程中保持特征开放。图1A提供了用于实施根据所公开的实施方式的方法中的操作的工艺流程图。图1A中的操作可以在约1毫托至约100托，例如约1毫托至约1托之间的室压下进行。在操作101，将衬底或晶片提供给处理室。所述室可以是多室装置或单室装置中的室。所述衬底可以是硅晶片，例如，200mm的晶片，300mm的晶片或4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种处理衬底的方法，所述方法包括：/n(a)使容纳在室中的所述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所述衬底；和/n(b)将所述衬底暴露于第一反应物和第二反应物的交替脉冲中以在所述衬底上沉积膜。/n

【技术特征摘要】
20150112 US 62/102,463;20150424 US 14/696,2541.一种处理衬底的方法，所述方法包括：
(a)使容纳在室中的所述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所述衬底；和
(b)将所述衬底暴露于第一反应物和第二反应物的交替脉冲中以在所述衬底上沉积膜。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述蚀刻气体脉冲和所述去除气体脉冲中的至少一个脉冲期间点燃等离子体。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过将所述衬底暴露于所述蚀刻气体和所述去除气体的所述交替脉冲而蚀刻的量在1埃和50埃之间，并且其中，将所述衬底暴露于所述第一反应物和所述第二反应物的所述交替脉冲而使所述膜沉积到0.25埃和350埃之间的厚度。


4.根据权利要求1所述的方法，其中(a)进一步包括向所述衬底施加偏置。


5.根据权利要求1所述的方法，其中(a)进一步包括定向溅射所述衬底。


6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括当将所述衬底暴露于所述第二反应物时点燃等离子体。


7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述去除气体是选自由N2、Ar、He和Ne所组成的组中的载气。


8.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，将所述衬底容纳在室中，并且在脉冲之间清扫所述室。


9.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中在不破坏真空的情形下进行(a)和(b)。


10.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中(a)和(b)是在同一室中进行。


11.一种用于处理衬底的设备，所述设备包括：
一个或更多个处理室，每个处理室包括卡盘；
一个或更多个通向所述一个或更多个处理室内的气体入口和相关的流量控制硬件；和
控制器，其具有至少一个处理器和存储器，其中，所述至少一个处理器至少可操作地与所述流量控制硬件连接，并且所述存储器配置有计算机可运行指令，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：
(a)使容纳在处理室中的所述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所述衬底；
(b)将所述衬底暴露于第一反应物和第二反应物的交替脉冲中以在所述衬底上沉积膜。


12.根据权利要求11所述的设备，其中所述存储器进一步配置有如下的计算机可运行指令：
(c)在进行(a)和(b)之间在不破坏真空的情形下重复(a)和(b)。


13.根据权利要求11所述的设备，其中所述去除气体是选自由N2、Ar、He和Ne所组成的组中的载气。


14.根据权利要求11所述的设备，其中(a)和(b)是在所述一个或更多个处理室中的同一处理室中进行的并且(a)和(b)是按顺序进行。


15.根据权利要求11所述的设备，其中所述第一反应物是还原剂并且所述第二反应物是前体。


16.一种处理衬底的方法，所述方法包括：
通过原子层蚀刻在室中蚀刻所述衬底；以及
通过原子层沉积沉积膜，其中所述蚀刻和所述沉积是在不破坏真空的情形下进行的，并且其中在所述蚀刻和所述沉积的至少一个过程中点燃等离子体。


17.根据权利要求16所述的方法，其中所述蚀刻循环进行，循环包括：
将所述衬底暴露于蚀刻气体中以使所述衬底的表面改性；以及
将所述衬底暴露于去除气体以去除经改性的所述表面中的至少一些，其中在将所述衬底暴露于所述去除气体期间点燃所述等离子体，并且其中在将所述衬底暴露于所述蚀刻气体和将所述衬底暴露于所述去除气体之间清扫所述室。


18.根据权利要求16所述的方法，其中所述去除气体是选自由N2、Ar、He和Ne所组成的组中的载气。


19.一种用于处理衬底的设备，所述设备包括：
一个或更多个处理室，每个处理室包括卡盘；
一个或更多个通向所述一个或更多个处理室内的气体入口和相关的流量控制硬件；和
控制器，其具有至少一个处理器和存储器，其中，所述至少一个处理器至少可操作地与所述流量控制硬件连接，并且所述存储器配置有计算机可运行指令，所述计算机可运行指令用于控制所述至少一个处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：克伦·雅各布斯·卡纳里克，杰弗里·马克斯，哈梅特·辛格，萨曼莎·坦，亚历山大·卡班斯凯，杨文斌，特塞翁格·金姆，丹尼斯·M·豪斯曼，索斯藤·利尔，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US