利用原子层控制各向同性蚀刻膜的制作方法

本公开涉及衬底处理系统，并且更具体地涉及用于利用原子层控制来执行膜的选择性各向同性蚀刻的系统和方法。

背景技术：

1、这里提供的背景描述是为了一般地呈现本公开的背景的目的。在该背景技术部分和在申请时可能无资格另外作为现有技术的描述的方面中描述的程度上的目前署名的发明人的工作既未清楚地，也未隐含地被承认作为针对本公开的现有技术。

2、衬底处理系统可用于在诸如半导体晶片之类的衬底上蚀刻膜。衬底处理系统通常包括处理室、气体分配设备和衬底支撑件。在处理期间，衬底布置在衬底支撑件上。可以将不同的气体混合物引入到处理室中，并且可以使用射频(rf)等离子体来激活化学反应。

3、为了制造具有小特征尺寸(例如小于7nm的特征尺寸)的器件，需要利用纳米尺度控制来各向同性去除材料。湿法化学蚀刻由于图案坍塌而导致结构损坏。干法化学蚀刻也会导致结构损坏。原子层蚀刻(ale)由于离子方向性而提供有限的各向同性去除。所有这些工艺都增加了待蚀刻的下伏材料的表面粗糙度。

技术实现思路

1、一种利用原子层控制各向同性蚀刻在衬底上的膜的方法包括：a)提供包括选自硅(si)、锗(ge)和硅锗(sige)的膜的衬底。所述方法还包括b)通过以下方式在处理室中在所述膜上沉积牺牲层：冷却所述衬底的下部；执行在所述处理室中产生含氧化剂的等离子体或向所述处理室中供应所述含氧化剂的等离子体中的一者；以及使用快速热加热将所述衬底的表面温度提高持续预定的时间段，同时在所述处理室中产生所述含氧化剂的等离子体或供应所述处理室中的所述含氧化剂的等离子体。所述方法还包括c)吹扫所述处理室。所述方法还包括d)通过向所述处理室中供应蚀刻气体混合物并在所述处理室中激励等离子体来蚀刻所述牺牲层和所述膜。

2、在其他特征中，所述方法包括：冷却所述衬底的下部包括在b)期间将衬底支撑件的预定温度维持在-80℃至20℃的范围内。所述快速热加热将所述衬底的表面温度提高到在200℃至1000℃的范围内的预定温度。所述预定的时间段在大于零到小于或等于20毫秒的范围内。所述蚀刻气体混合物包括选自氟(f)、氯(cl)和溴(br)的气体物质。

3、在其他特征中，所述方法包括：将所述处理室中的压强控制在小于20毫托至1托的范围内的预定压强下。所述含氧化剂的等离子体包括选自分子氧(o2)、分子氢(h2)、分子氮(n2)和氦(he)中的至少一种气体。

4、在其他特征中，所述方法包括：将所述处理室内的压强控制在1微托以下。所述含氧化剂的等离子体包括选自硅烷、锗烷、磷烷和乙硼烷的前体气体。

5、在其他特征中，通过供应含氧化剂的气体混合物并将rf功率供应到布置在所述处理室周围的感应线圈，在所述处理室中产生所述含氧化剂的等离子体。所述rf功率在2mhz至14mhz的预定频率下在大于0w至小于或等于1000w的范围内。

6、在其他特征中，所述方法包括在d)期间在大于0ev至1000ev的范围内向所述衬底支撑件提供rf偏置功率。所述方法包括重复b)、c)和d)一次或多次。

7、一种利用原子层控制各向同性蚀刻在衬底上的膜的方法包括：a)在处理室中提供包含暴露的锗(ge)层的衬底。该方法包括b)执行在所述处理室中产生包含氢气物质的等离子体持续第一预定的时间段或向所述处理室中供应所述包含氢气物质的等离子体持续第一预定的时间段中的一者。

8、该方法包括c)在所述第一预定的时间段之后，将所述衬底暴露于包括氧气物质的气体混合物持续第二预定的时间段，以在所述暴露的层产生氧化物层。所述氧化物层包括一氧化锗(geo)和二氧化锗(geo2)。所述氧化物层包括比所述二氧化锗(geo2)更多的一氧化锗(geo)。该方法包括d)在第三预定的时间段内对所述衬底的表面进行快速热加热，以解吸所述氧化物层中的一氧化锗(geo)，从而蚀刻所述暴露的锗(ge)层。

9、在其他特征中，所述衬底还包括暴露的硅(si)层和暴露的二氧化硅(sio2)层中的至少一种，并且其中蚀刻所述暴露的锗(ge)层对所述暴露的锗(ge)层是有选择性的。所述方法包括重复b)、c)和d)一次或多次。

10、在其他特征中，b)中的所述等离子体包括选自分子氢(h2)、乙硼烷(b2h6)、烃(cxhy)(其中x和y是整数，并且y/x>2)、氨(nh3)和包含氮和氢的气体(nxhy)(其中x和y是整数，y/x>2)的氢气物质。

11、在其他特征中，b)中的所述等离子体还包括选自分子氢(h2)、分子氮(n2)和氩(ar)的惰性气体。所述第一预定的时间段和所述第二预定的时间段在1秒至120秒的范围内。

12、在其他特征中，所述方法包括在b)之后且在c)之前以及在c)之后且在d)之前吹扫所述处理室。c)中的所述氧气物质选自分子氧(o2)、臭氧(o3)、水(h2o)和一氧化二氮(n2o)。

13、在其他特征中，所述方法包括在c)期间激励等离子体。d)中的所述快速热加热包括使用闪光灯和激光器中的至少一种加热所述衬底的所述表面。所述第三预定的时间段大于零秒且小于或等于1秒。d)中的所述快速热加热在所述第三预定的时间段期间将所述衬底的所述表面加热到400℃至800℃的范围内的温度。所述氧化物层包括大于或等于90％的一氧化锗和小于或等于10％的二氧化锗。所述方法包括在b)之前将所述暴露的锗层上的天然二氧化锗(geo2)层转化为一氧化锗(geo)。

14、根据详细描述、权利要求和附图，本公开的其他适用领域将变得显而易见。详细描述和具体示例仅意图用于说明的目的，并且不意在限制本公开的范围。

技术特征：

1.一种利用原子层控制各向同性地蚀刻在衬底上的膜的方法，其包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中冷却所述衬底的下部包括在b)期间将衬底支撑件的预定温度维持在-80℃至20℃的范围内。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述快速热加热将所述衬底的表面温度提高到在200℃至1000℃的范围内的预定温度。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述预定的时间段在大于零到小于或等于20毫秒的范围内。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻气体混合物包括选自由氟(f)、氯(cl)和溴(br)组成的组的气体物质。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述处理室中的压强控制到小于20毫托至10托之间的范围内的预定压强，

7.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述处理室内的压强控制在1微托以下，

8.根据权利要求1所述的方法，其中通过供应含氧化剂的气体混合物并将rf功率供应到布置在所述处理室周围的感应线圈，在所述处理室中产生所述含氧化剂的等离子体。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述rf功率在2mhz至14mhz的预定频率下在大于0w至小于或等于3000w的范围内。

10.根据权利要求2所述的方法，其还包括在d)期间在大于0ev至1000ev的范围内向所述衬底支撑件提供rf偏置功率。

11.根据权利要求1所述的方法，其还包括重复b)、c)和d)一次或多次。

12.一种利用原子层控制各向同性地蚀刻在衬底上的膜的系统，所述系统包括：

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器被配置成控制所述温度控制系统以将衬底支撑件的预定温度维持在-80℃至20℃的范围内。

14.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器被配置成在所述快速热加热期间控制所述热源以将所述衬底的表面温度提高到在200℃至1000℃的范围内的预定温度。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述预定的时间段在大于零到小于或等于20毫秒的范围内。

16.根据权利要求12所述的系统，其中所述蚀刻气体混合物包括选自由氟(f)、氯(cl)和溴(br)组成的组的气体物质。

17.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器还被配置成：

18.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器还被配置成：

19.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器还被配置成通过控制所述气体输送系统供应含氧化剂的气体混合物并控制所述rf发生器将rf功率供应到布置在所述处理室周围的感应线圈，从而控制所述含氧化剂的等离子体在所述处理室中的产生。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述rf功率在2mhz至14mhz的预定频率下在大于0w至小于或等于3000w的范围内。

21.根据权利要求13所述的系统，其还包括在d)期间在大于0ev至1000ev的范围内向所述衬底支撑件提供rf偏置功率。

22.根据权利要求12所述的系统，其还包括所述气体输送系统、所述温度控制系统、所述热源、所述射频(rf)发生器以及所述阀和所述泵中的至少一者。

23.一种利用原子层控制各向同性地蚀刻在衬底上的膜的系统，所述系统包括：

24.根据权利要求23所述的系统，其中所述等离子体包括选自由分子氢(h2)、乙硼烷(b2h6)、烃(cxhy)(其中x和y是整数，并且y/x>2)、氨(nh3)和包含氮和氢的气体(nxhy)(其中x和y是整数，y/x>2)组成的组的氢气物质。

25.根据权利要求24所述的系统，其中所述等离子体还包括选自由分子氢(h2)、分子氮(n2)和氩(ar)组成的组的惰性气体。

26.根据权利要求23所述的系统，其中以下至少一者：

27.根据权利要求23所述的系统，其中所述控制器被配置成控制所述热源以使用闪光灯和激光器中的至少一种加热所述衬底的所述表面。

28.根据权利要求23所述的系统，其中以下至少一者：

29.根据权利要求23所述的系统，其中所述氧化物层包括大于或等于90％的一氧化锗和小于或等于10％的二氧化锗。

30.根据权利要求23所述的系统，其中所述控制器还被配置成将所述暴露的锗层上的天然二氧化锗(geo2)层转化为一氧化锗(geo)。

31.根据权利要求23所述的系统，其还包括所述气体输送系统、所述温度控制系统、所述热源、所述射频(rf)发生器以及所述阀和所述泵中的至少一者。

技术总结一种利用原子层控制各向同性地蚀刻在衬底上的膜的方法包括：a)提供包括选自硅(Si)、锗(Ge)和硅锗(SiGe)的材料的衬底。所述方法还包括b)通过以下方式在处理室中在所述材料上沉积牺牲层：冷却所述衬底的下部；执行在所述处理室中产生含氧化剂的等离子体或向所述处理室中供应所述含氧化剂的等离子体中的一者；以及使用快速热加热将所述衬底的表面温度提高持续预定的时间段，同时在所述处理室中产生所述含氧化剂的等离子体或供应所述处理室中的所述含氧化剂的等离子体。所述方法还包括c)吹扫所述处理室。所述方法还包括d)通过向所述处理室中供应蚀刻气体混合物并在所述处理室中激励等离子体来蚀刻所述牺牲层和所述材料。技术研发人员：金润祥,权赫俊,彭东宇,张贺受保护的技术使用者：朗姆研究公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9