[发明专利]热原子层蚀刻工艺

说明书

本发明公开了热原子层蚀刻工艺。在一些实施例中，该方法包括至少一个蚀刻循环，其中所述基材交替且序贯地暴露于第一气相卤化物反应物和第二气相卤化物反应物。在一些实施例中，第一反应物可包含有机卤化物化合物。在热ALE循环期间，基材不与等离子体反应物接触。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2016年12月9日提交的美国临时申请号62/432,318、于2017年1月24日提交的美国临时申请号62/449,945、于2017年2月7日提交的美国临时申请号62/455,989、以及于2017年4月13日提交的美国临时申请号62/485,330的优先权。

技术领域

本专利申请涉及蚀刻工艺，更具体而言涉及使用序贯反应的热原子层蚀刻工艺。

背景技术

气相沉积工艺例如原子层沉积(ALD)是众所周知的。ALD工艺通常利用气相反应物的交替和序贯脉冲，以受控和高度保形的方式沉积直至单层材料。通过ALD沉积的薄膜被用于各种各样的应用例如形成集成电路中。材料的受控去除也是高度期望的。与ALD相比，原子层蚀刻(ALE)在每个反应循环中利用气相反应物的序贯脉冲，以从基材中去除材料。典型的ALE工艺利用第一反应物在基材表面上形成第一物种，所述第一物种然后由从等离子体生成的第二被激发物种去除。

发明内容

在一些实施例中，基材上的膜通过包括一个或多个蚀刻循环的化学原子层蚀刻工艺在反应室中进行蚀刻。每个蚀刻循环包括将基材暴露于第一气相卤化物反应物例如非金属卤化物反应物，以在基材表面上形成被吸附物种，随后将基材暴露于第二气相反应物，其中所述第二气相反应物将被吸附物种转换成挥发性物种，所述挥发性物种包含来自待蚀刻的表面的一个或多个原子。以这种方式，至少一些材料在每个蚀刻循环中从膜中去除。

在一些实施例中，第一气相卤化物反应物例如非金属卤化物反应物包含第一卤化物配体，并且第二气相反应物包含第二卤化物配体。在一些实施例中，在蚀刻循环期间基材不与等离子体反应物接触。在一些实施例中，蚀刻循环重复两次或更多次。在一些实施例中，第一气相卤化物反应物可包含金属。

在一些实施例中，挥发性加合物包含杂氮三环化合物。在一些实施例中，杂氮三环化合物由三(2-氨基乙基)胺或三乙醇胺形成。

在一些实施例中，所述膜包含W、TiN、TiO₂、TaN、SiN、SiO_X、AlO_x、AlO₂、Al₂O₃、ZrO_x、ZrO₂、WO₃、SiOCN、SiOC、SiCN、AlN和HfO₂中的至少一种。

在一些实施例中，待蚀刻的表面包含金属氮化物例如TiN或TaN，并且第二气相反应物包含路易斯酸。

在一些实施例中，第一气相卤化物反应物包含金属卤化物。在一些实施例中，金属包含Nb、Ta、Mo、Sn、V、Re、W或者第5族或第6族过渡金属。在一些实施例中，第一气相卤化物反应物包含Sb或Te。在一些实施例中，卤化物包含氯化物、氟化物、溴化物或碘化物。在一些实施例中，第一气相卤化物反应物包含NbF₅。

在一些实施例中，第一气相卤化物反应物不包含金属。在一些实施例中，第一气相卤化物反应物包含有机卤化物化合物。在一些实施例中，第一气相卤化物反应物包含含有有机配体的卤代烷、酰卤、磺酰卤、硫酰卤(sulfenyl halide)、硒酰卤(selenyl halide)或卤化硼。

在一些实施例中，第一气相卤化物反应物包含氟磺酸、三氟甲磺酸、三氟甲基磺酸三氟甲酯、或1-氯2-(五氟磺酰氧基)乙烷(1-chloro 2-(pentafluorosulfuranyloxy)ethane)。