[发明专利]原子层蚀刻中方向性的控制

说明书

提供了一种在衬底上执行原子层蚀刻(ALE)的方法，其包括以下操作：在衬底表面上执行表面改性操作，所述表面改性操作被配置为将所述衬底表面的至少一个单层转化为改性层，其中在所述表面改性操作期间施加偏置电压，所述偏置电压被配置为控制通过所述表面改性操作转化的所述衬底表面的深度；在所述衬底表面上执行去除操作，所述去除操作被配置为从所述衬底表面至少去除所述改性层的部分，其中经由被配置为使所述改性层的所述部分挥发的配体交换反应来实现去除所述改性层的所述部分。在去除操作之后，可以执行等离子体处理以从衬底表面去除残留物。

技术领域

本公开的实现涉及原子层蚀刻(ALE)，并且更具体地涉及控制原子层蚀刻中的方向性。

背景技术

在对均匀性和蚀刻速率进行精密调节控制的情况下蚀刻在半导体衬底上的材料的传统技术是有限的。例如，反应性离子蚀刻通常用于在半导体处理期间蚀刻半导体衬底上的材料，并且通过调制射频等离子体功率和化学选择来控制使用反应离子蚀刻蚀刻的材料的蚀刻速率。通常，晶片等离子体鞘形成在衬底的顶部，因此来自等离子体的离子通常被加速到晶片表面上以蚀刻衬底。然而，随着技术节点发展到原子级器件，将需要以原子级保真度控制蚀刻工艺。

发明内容

根据一些实施方案，提供了一种在衬底上执行原子层蚀刻(ALE)的方法，其包括以下操作：在衬底表面上执行表面改性操作，所述表面改性操作被配置为将所述衬底表面的至少一个单层转化为改性层，其中在所述表面改性操作期间施加偏置电压，所述偏置电压被配置为控制通过所述表面改性操作转化的所述衬底表面的深度；在所述衬底表面上执行去除操作，所述去除操作被配置为从所述衬底表面去除所述改性层的至少一部分，其中经由被配置为使所述改性层的所述一部分挥发的配体交换反应来实现去除所述改性层的所述一部分。

在一些实施方案中，所述表面改性操作被配置为使离子扩散到所述衬底表面中到达由所述偏置电压控制的所述深度。

在一些实施方案中，所述偏置电压被配置为在所述表面改性操作期间具有用以实现通过所述表面改性操作转化的所述衬底表面的所述深度的幅值和持续时间。

在一些实施方案中，所述深度由所述衬底的一个或多个单层限定。

在一些实施方案中，所述偏置电压被配置为根据所述偏置电压的幅值将所述表面改性操作从主要各向同性转变为主要各向异性。

在一些实施方案中，在所述表面改性操作的部分期间施加所述偏置电压，施加所述偏置电压期间的该部分增加竖直方向上的所述深度的量，从而增加所述ALE的各向异性，而未施加所述偏置电压期间的部分增加非竖直方向的所述深度，从而增加所述ALE的各向同性。

在一些实施方案中，所述方法还包括：在所述去除操作之后，在所述衬底表面上执行等离子体处理，所述等离子体处理被配置为从所述衬底表面去除由所述去除操作和/或所述表面改性操作产生的残留物，其中所述残留物通过所述等离子体处理而挥发。

在一些实施方案中，所述去除操作被配置为从所述衬底表面去除不到所述改性层的整个部分；并且该方法还包括：重复所述去除操作和所述等离子体处理，直到从所述衬底表面去除所述改性层的所述整个部分。

在一些实施方案中，所述方法还包括：重复所述表面改性操作、所述去除操作和所述等离子体处理，直到已经从所述衬底表面蚀刻预定厚度。

在一些实施方案中，所述偏置电压在约20V到100V的范围内。

在一些实施方案中，执行所述表面改性操作包括将所述衬底表面暴露于含氟等离子体，其中所述暴露于所述含氟等离子体被配置为将所述衬底表面的所述至少一个单层转化为氟化物物质。

在一些实施方案中，所述衬底表面包括金属、金属氧化物、金属氮化物、金属磷化物、金属硫化物、金属砷化物或金属化合物；其中所述暴露于所述含氟等离子体形成金属氟化物。