[发明专利]高能量原子层蚀刻

说明书

本发明提供了用于执行高能原子层蚀刻的方法和设备。方法包括提供具有待蚀刻材料的衬底，将所述材料的表面暴露于改性气体以使所述表面改性并形成经改性的表面；以及将所述经改性的表面暴露于高能粒子，以相对于下伏的未经改性的表面优先去除所述经改性的表面，所述高能粒子具有足以克服所述下伏的未经改性的表面的平均表面束缚能的离子能量。所用的高能粒子的能量很高；在一些情况下，当将改性表面暴露于高能粒子时施加到偏置的功率至少为150eV。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年10月1日提交的名称为“HIGH ENERGY ATOMIC LAYERETCHING”的美国临时专利申请No.16/148,939的权益，该申请要求于2017年10月6日提交的名称为“PULSING ATOMIC LAYER ETCHING”的美国临时专利申请No.62/569,443和2017年12月15日提交的名称为“HIGH ENERGY ATOMIC LAYER ETCHING”的美国临时专利申请No.62/599,613的优先权，其全部内容都通过引用并入本文并用于所有目的。

背景技术

半导体制造处理包含蚀刻各种材料。当三维结构朝向次10nm节点收缩，传统的蚀刻处理面对前所未有挑战。例如，由于蚀刻率受到持续增加的深宽比的影响，节距负载成为问题。与输送中性物质与离子至蚀刻前线、在蚀刻前线处的表面反应速率、以及自蚀刻前线去除蚀刻产物相关的挑战随着装置缩小而变得重要。

发明内容

本文提供了用于执行高能原子层蚀刻的方法和设备。一个方面涉及一种衬底处理方法，该方法包括：提供包含待蚀刻的材料的衬底；将所述待蚀刻的材料的表面暴露于改性气体，以使所述表面改性并形成经改性的表面；以及将所述经改性的表面暴露于高能粒子，以相对于下伏的未经改性的表面优先去除所述经改性的表面，所述高能粒子具有足以克服所述下伏的未经改性的表面的平均表面束缚能的离子能量。

在多种实施方案中，所述高能粒子的所述离子能量足以打断所述下伏的未经改性的表面的键。所述高能粒子可以以在时间上分离的剂量输送，所述时间上分离的剂量具有介于约1％至约10％之间的工作周期。

在多种实施方案中，在将所述经改性的表面暴露于所述高能粒子的期间施加偏压至保持所述衬底的衬底支撑件。

在多种实施方案中，所述高能粒子去除一定量的所述经改性的表面，所去除的所述经改性的表面的所述量由下式所表示：

其中Y为所述高能粒子的离子产率、F为所述高能粒子的通量、t为所述高能粒子的暴露期间、而d为所述待蚀刻的材料的表面密度。

在多种实施方案中，其所述高能粒子不会明显地溅射所述下伏的未经改性的材料。例如，可以将所述经改性的表面暴露于所述高能粒子持续足以以自限制方式去除所述经改性的表面的持续期间。

另一方面涉及一种衬底处理方法，所述方法包括：提供包含待蚀刻的材料的衬底；将所述待蚀刻的材料的表面暴露于改性气体，以使所述表面改性并形成经改性的表面；以及施加偏置，同时将所述经改性的表面暴露于高能粒子以去除所述经改性的表面，其中施加至所述偏置的电能至少为150eV。

在多种实施方案中，其中施加至所述偏压的所述电能至少为500eV。

另一方面涉及一种衬底处理方法，所述方法包括：提供包含待蚀刻的材料的衬底；将所述待蚀刻的材料的表面暴露于改性气体，以使所述表面改性并形成经改性的表面；以及输送高能粒子的剂量至所述经改性的表面以去除所述经改性的表面，使得所述剂量在使用小于下伏的未经改性的表面的表面束缚能的偏压而输送时不足以去除所述经改性的表面。