[发明专利]利用无金属配体的金属原子层蚀刻及沉积设备和处理

说明书

一种用于进行金属ALE处理以蚀刻衬底的表面的ALE系统包含：处理室、衬底支撑件、热源、输送系统和控制器。衬底支撑件被设置于所述处理室中且支撑所述衬底。所述输送系统将配体或有机物质供给至所述处理室中。所述控制器控制所述输送系统与所述热源以进行各向同性金属ALE处理，所述各向同性金属ALE处理包含：在所述各向同性金属ALE处理的重复期间，进行原子吸附与脉冲热退火；在所述原子吸附期间，将所述表面暴露于所述配体或所述有机物质，其中所述配体或所述有机物质并无金属前体且被选择性地吸附以在所述表面中形成金属络合物；以及在所述脉冲热退火期间，脉冲所述热源多次以从所述衬底移除所述金属络合物。

相关申请的交叉引用

本公开内容要求于2019年4月12日申请的美国临时专利申请No.62/832,932以及2019年1月15日申请的美国临时专利申请No.62/792,519的优先权。上述引用的申请其全部公开内容都通过引用合并于此。

技术领域

本公开内容涉及衬底蚀刻和沉积处理，并且更具体地涉及原子层蚀刻和沉积。

背景技术

这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。

在衬底(如半导体晶圆)的原子层蚀刻(ALE)期间，每一周期移除衬底的一单层。反应物气体被导入至处理室中以修饰衬底表面。例如，在硅(Si)、锗(Ge)、金属氧化物(MO_X)的ALE期间常使用包含卤素物质的气体，以提供已注入卤素的上层。例如，可导入包含分子氯物质的气体以将由Si所形成的Si衬底的表面层转变为氯化硅(SiCl_x)，其中x为1、2、3、或4。在表面层修饰后，清扫处理室。使用等离子体以移除经修饰的表面层，然后清扫副产物。

在衬底的金属ALE期间，使用金属前体导入金属配体以修饰衬底的金属氧化物表面。金属ALE在速度和选择性上受到限制。在ALE期间使用等离子体可能会造成结构损伤。例如包含磁性随机存取存储器(MRAM)装置的衬底可能会受到损伤。金属ALE也受限于移除特定类型的金属。

发明内容

提供了一种ALE系统，其用于进行金属ALE处理以蚀刻衬底的表面。所述ALE系统包含：处理室、衬底支撑件、第一热源、输送系统和控制器。衬底支撑件被设置于所述处理室中且被配置成支撑所述衬底。所述输送系统被配置成将配体或有机物质中的至少一者供给至所述处理室中。所述控制器被配置成控制所述输送系统与所述第一热源以进行各向同性金属ALE处理。所述各向同性金属ALE处理包含：在所述各向同性金属ALE处理的重复期间，进行原子吸附与脉冲热退火；在所述原子吸附期间，将所述衬底的所述表面暴露于所述配体或所述有机物质中的所述至少一者，其中所述配体或所述有机物质中的所述至少一者并无金属前体且被选择性地吸附以在所述衬底的所述表面中形成金属络合物；以及在所述脉冲热退火期间，脉冲所述第一热源使其开关多次以从所述衬底移除所述金属络合物。

在其他特征中，所述表面包含金属、金属氧化物、或者金属氮化物中的至少一者。在其他特征中，在所述各向同性金属ALE处理期间，所述衬底的所述表面并未被暴露于金属前体。

在其他特征中，所述各向同性金属ALE处理包含在进行所述原子吸附之前，通过第二热源预热所述衬底。在其他特征中，所述各向同性金属ALE处理包含将所述衬底预热至高于或等于环境温度且低于所述金属络合物的沸点温度的温度。

在其他特征中，所述各向同性金属ALE处理包含在进行所述原子吸附之前修饰所述表面。在其他特征中，所述修饰所述表面包含在不激励等离子体的情况下供给气体以与所述衬底的所述表面反应。在其他特征中，所述修饰所述表面包含供给气体以与所述衬底的所述表面反应并激励等离子体。在其他特征中，所述表面包含所述金属；以及所述修饰所述表面包含将所述金属转变为金属氧化物或金属卤化物。