[发明专利]原子层级的等离子体刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种原子层级的等离子体刻蚀方法。

背景技术

由于集成电路的集成度迅速提高和元器件尺寸的不断减小，不少工艺的特征尺寸已达到纳米量级，某些器件的性能对尺寸非常敏感。因此，为了实现精确控制，目前行业中常用的工艺有原子层淀积(Atomic layer deposition，ALP)工艺，可以实现原子级别的控制。与淀积工艺相对地，还可以有原子层级的等离子体刻蚀方法(Plasma atomic layer etching，PALE)，由于可以一次剥离一层原子，因此可以精准控制刻蚀的厚度，可应用在对刻蚀尺寸要求高的半导体器件制造工艺中。

图1所示为现有的原子层级的等离子体刻蚀工艺流程图，图2为每个步骤完成后的结构示意图。

结合图1与图2，首先执行步骤S11，提供单一元素的半导体衬底10；图2中为了示意，采用了四层原子形成半导体衬底10。

接着执行步骤S12，通入刻蚀反应气体11，等离子化后进行反应，所述刻蚀反应气体与所述半导体衬底10的表层原子101发生反应后生成化合物，所述刻蚀气体11引入的原子与所述半导体衬底10的表层原子101的结合将使得所述半导体衬底10的表层原子101与其相邻层原子102的结合力大大降低，以至于所述刻蚀气体11引入的原子与所述半导体衬底10的表层原子101结合力大于所述半导体衬底10的表层原子101与其相邻层的原子102的结合力。

然后执行步骤S13，采用中性原子气体12，例如He，轰击所述刻蚀反应气体11与所述半导体衬底10的表层原子101发生反应后所生成的化合物，由于刻蚀气体10引入的原子与所述半导体衬底10的表层原子101的结合力比所述半导体衬底10的表层原子101与其相邻层的原子102的结合力大，因此，轰击后，得到被剥去一层原子的半导体衬底10’。

上述工艺重复多次，由于每次剥去一层原子层，因此，可以达到精确控制剥离的厚度。然而，上述过程中，需采用中性原子气体轰击，因此，该过程需要抽真空，对工艺实现条件要求比较苛刻，且中性原子的气体一般价格较高，因此，该工艺成本较高。

随着半导体技术的发展，人们对原子层级的等离子体刻蚀方法提出了新的要求，所述新要求包括：提出一种新的原子层级的等离子体刻蚀方法，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提出一种新的原子层级的等离子体刻蚀方法，以克服现有技术中需要抽真空，且工艺成本较高问题。

为达到上述目的，本发明提供一种原子层级的等离子体刻蚀方法，包括：

提供单一元素的半导体衬底；

通入刻蚀反应气体，等离子化后进行反应，所述刻蚀反应气体与所述半导体衬底的表层原子发生反应后生成化合物，所述刻蚀气体引入的原子与所述半导体衬底的表层原子的结合使得所述半导体衬底的表层原子与次层原子的结合力降低，以至低于所述刻蚀气体引入的原子与所述半导体衬底的表层原子的结合力；

采用溶液溶解所述刻蚀反应气体与所述半导体衬底的表层原子发生反应后所生成的化合物，得到被剥去一层原子的半导体衬底。

可选地，所述半导体衬底的材质为硅。

可选地，所述半导体衬底的材质为锗。

可选地，所述刻蚀反应气体为Cl₂、CF₂或CF₄中的至少一种。

可选地，所述溶液为HPO₃/H₂O、CHCl₃、C₆H₆中的至少一种。

可选地，采用溶液溶解所述刻蚀反应气体与所述半导体衬底的表层原子发生反应后所生成的化合物步骤中，使用超声波震荡。

可选地，所述超声波频率为50～120kHz。

可选地，所述溶液无法剥离所述半导体衬底未与所述刻蚀反应气体发生反应的次层原子。

可选地，所述刻蚀方法进行多次。

可选地，所述得到被剥去一层原子的半导体衬底步骤后，还进行对所述半导体衬底清洗的步骤。

可选地，所述清洗步骤采用去离子水清洗。

可选地，所述半导体衬底上形成有器件，所述刻蚀过程中，所述器件采用硬掩膜遮挡。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：