本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體而言涉及連續(xù)等離子體中的原子層蝕刻。

背景技術(shù)：

多年來已經(jīng)研究了原子級(jí)的等離子體蝕刻。傳統(tǒng)的等離子體蝕刻工藝通常使用反應(yīng)離子和反應(yīng)化學(xué)物質(zhì)以高蝕刻速率進(jìn)行，但由于等離子體的反應(yīng)性，蝕刻工藝通常導(dǎo)致在待蝕刻材料下面的層的不期望的蝕刻。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文提供了基于通過評(píng)估待蝕刻材料和用于蝕刻材料的化學(xué)物質(zhì)確定的去除能量閾值使用自限制反應(yīng)來蝕刻襯底的方法和裝置。實(shí)施方式涉及在工藝條件下的連續(xù)等離子體的流動(dòng)，以允許受控的自限制各向異性蝕刻，而不在用于蝕刻襯底上的材料的化學(xué)物質(zhì)之間交替。根據(jù)所公開的實(shí)施方式，良好控制的蝕刻前沿允許反應(yīng)性自由基和惰性離子的協(xié)同效應(yīng)以執(zhí)行蝕刻，使得當(dāng)襯底被反應(yīng)性自由基改變并且被惰性離子移除時(shí)蝕刻材料，而當(dāng)材料被反應(yīng)性自由基改變但不存在惰性離子時(shí)或當(dāng)存在惰性離子但材料沒有被反應(yīng)性自由基改變時(shí)不蝕刻材料。

在一個(gè)方面，本公開涉及一種蝕刻襯底的材料的方法。該方法包括將處理室中的襯底暴露于由反應(yīng)性物質(zhì)產(chǎn)生的等離子體和由惰性離子氣體產(chǎn)生的等離子體，以使用自限制反應(yīng)去除材料，其中用于使用所述惰性離子氣體去除由所述反應(yīng)性物質(zhì)改變的所述材料的層的能量閾值小于使用所述惰性離子氣體濺射所述材料在所述襯底上的能量閾值。根據(jù)各種實(shí)施方式，襯底暴露于反應(yīng)性物質(zhì)改變經(jīng)暴露的襯底材料，并且由所述等離子體產(chǎn)生的惰性離子去除經(jīng)改變的襯底材料，從而蝕刻所述襯底材料。根據(jù)各種實(shí)施方式，在所述襯底暴露于反應(yīng)性物質(zhì)和惰性離子期間，所述等離子體被連續(xù)地輸送，使得在所述蝕刻期間源功率和偏置功率都連續(xù)地導(dǎo)通。并且，根據(jù)各種實(shí)施方式，在所述蝕刻期間存在于所述處理室中的惰性氣體的濃度大于所述室中所有化學(xué)物質(zhì)的99％，而反應(yīng)性物質(zhì)的濃度小于約1％。

在另一方面，本公開提供了一種用于蝕刻襯底的材料的裝置，該裝置具有影響在本文所述的裝置的處理室中蝕刻襯底的材料的方法的控制器。

下面參照附圖進(jìn)一步描述這些和其他方面。

具體而言，本發(fā)明的一些方面可以描述如下：

1.一種蝕刻襯底的材料的方法，所述方法包括：

將處理室中的襯底暴露于由反應(yīng)性物質(zhì)產(chǎn)生的等離子體和由惰性離子氣體產(chǎn)生的等離子體，以使用自限制反應(yīng)去除所述材料，

其中用于使用所述惰性離子氣體去除由所述反應(yīng)性物質(zhì)改變的所述材料的層的能量閾值小于使用所述惰性離子氣體濺射在所述襯底上的所述材料的能量閾值。

2.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述襯底暴露于所述反應(yīng)性物質(zhì)改變經(jīng)暴露的襯底材料，并且由所述等離子體產(chǎn)生的惰性離子去除經(jīng)改變的襯底材料，從而蝕刻所述襯底材料。

3.根據(jù)條款1所述的方法，其中，在所述襯底暴露于所述反應(yīng)性物質(zhì)和惰性離子期間，所述等離子體被連續(xù)地輸送，使得在所述蝕刻期間源功率和偏置功率都連續(xù)地導(dǎo)通。

4.根據(jù)條款3所述的方法，其中在所述蝕刻期間存在于所述處理室中的惰性氣體的濃度大于所述室中所有化學(xué)物質(zhì)的99％，而反應(yīng)性物質(zhì)的濃度小于約1％。

5.根據(jù)條款1所述的方法，其中，掩模層覆蓋待蝕刻的所述襯底的所述材料，并且用于使用所述惰性離子氣體去除由所述反應(yīng)物質(zhì)改變的所述材料的層的能量閾值小于使得惰性離子具有足夠能量以轟擊或?yàn)R射在目標(biāo)層上的掩模層的表面上的能量閾值，從而導(dǎo)致掩模材料的物理去除。

6.根據(jù)條款1所述的方法，其中處理室壓強(qiáng)在約30mtorr和約1000mtorr之間。

7.根據(jù)條款6所述的方法，其中處理室壓強(qiáng)在約100mtorr和約500mtorr之間。

8.根據(jù)條款7所述的方法，其中處理室壓強(qiáng)在約200mtorr和約300mtorr之間。

9.根據(jù)條款1所述的方法，其中具有反應(yīng)性以蝕刻所述襯底上的未經(jīng)改變的材料的反應(yīng)性離子的離子密度是可忽略的。

10.根據(jù)條款1所述的方法，其中，待蝕刻的襯底的所述材料是基于碳的。

11.根據(jù)條款10所述的方法，其中待蝕刻的含碳材料是無定形碳。

12.根據(jù)條款11所述的方法，其中所述反應(yīng)性物質(zhì)包括選自由含氧等離子體、含氟等離子體、含氯等離子體、含溴等離子體或其組合構(gòu)成的組中的物質(zhì)。

13.根據(jù)條款1所述的方法，其中，待蝕刻的襯底的所述材料是基于硅的。

14.根據(jù)條款13所述的方法，其中待蝕刻的含硅材料選自由硅、多晶硅、硅鍺、氧化硅、碳化硅、氮化硅、摻雜碳化硅、摻雜硅及其組合構(gòu)成的組。

15.根據(jù)條款14所述的方法，其中所述反應(yīng)性物質(zhì)包括選自由含氟等離子體、含氯等離子體、含溴等離子體或其組合構(gòu)成的組中的物質(zhì)。

16.根據(jù)條款1所述的方法，其中待蝕刻的襯底的所述材料是基于金屬的。

17.根據(jù)條款16所述的方法，其中待蝕刻的含金屬材料選自由元素金屬鎢和鈦、金屬氧化物鈦氧化物、金屬氮化物及其組合構(gòu)成的組。

18.根據(jù)條款17所述的方法，其中所述反應(yīng)性物質(zhì)包括選自由含氟等離子體、含氯等離子體、含溴等離子體或其組合構(gòu)成的組中的物質(zhì)。

19.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述惰性離子包括由he、ne、ar、kr、xe或其組合產(chǎn)生的離子。

20.一種用于蝕刻襯底的材料的裝置，所述裝置包括：

(a)一個(gè)或多個(gè)處理室，每個(gè)處理室包括卡盤；

(b)進(jìn)入到所述處理室并且與流控制硬件相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)氣體入口；

(c)等離子體發(fā)生器，其用于在所述一個(gè)或多個(gè)處理室中的至少一個(gè)中產(chǎn)生等離子體；和

(d)具有至少一個(gè)處理器和存儲(chǔ)器的控制器，其中

所述至少一個(gè)處理器和所述存儲(chǔ)器彼此通信地連接，

所述至少一個(gè)處理器至少可操作地與所述流控制硬件連接，并且

所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)用于控制所述至少一個(gè)處理器以至少控制所述流控制硬件來進(jìn)行以下操作的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令：

將處理室中的襯底暴露于由反應(yīng)性物質(zhì)產(chǎn)生的等離子體和由惰性離子氣體產(chǎn)生的等離子體，以通過使用自限制反應(yīng)的蝕刻來去除所述材料，

其中用于使用所述惰性離子氣體去除由所述反應(yīng)性物質(zhì)改變的所述材料的層的能量閾值小于使用所述惰性離子氣體濺射在所述襯底上的所述材料的能量閾值，

其中在所述襯底暴露于所述反應(yīng)性物質(zhì)和惰性離子的期間，所述等離子體被連續(xù)地輸送，使得在所述蝕刻期間源功率和偏置功率都連續(xù)地導(dǎo)通。

附圖說明

圖1示出了描繪與根據(jù)本公開的原子層蝕刻的討論相關(guān)的能量閾值的能量圖。

圖2a-b是經(jīng)歷某些所公開的實(shí)施方式的操作的襯底的示意圖。

圖3是描繪根據(jù)某些所公開的實(shí)施方式執(zhí)行的操作的過程流程圖。

圖4是用于執(zhí)行某些所公開的實(shí)施方式的示例性處理蝕刻室的示意圖。

圖5是用于執(zhí)行某些所公開的實(shí)施方式的示例性處理裝置的示意圖。

圖6示出了與根據(jù)本公開的原子層蝕刻的討論相關(guān)的各種惰性氣體的離子密度和壓強(qiáng)的參考數(shù)據(jù)的圖。

具體實(shí)施方式

在以下描述中，闡述了許多具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)所呈現(xiàn)的實(shí)施方式的透徹理解?？梢栽跊]有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部的情況下實(shí)施所公開的實(shí)施方式。在其他情況下，沒有詳細(xì)描述公知的處理操作以不必要地模糊所公開的實(shí)施方式。雖然將結(jié)合具體實(shí)施方式描述所公開的實(shí)施方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，其并不旨在限制所公開的實(shí)施方式。

原子層蝕刻(ale)是用于原子級(jí)控制蝕刻行為的一種方法。ale是使用自限制的順序反應(yīng)步驟去除薄的材料層的一種技術(shù)。這可以通過表面改變操作(即通過反應(yīng)性化學(xué)物質(zhì)在襯底表面上的自由基反應(yīng)的化學(xué)吸附)，然后通過去除操作(即，使用惰性、非反應(yīng)性離子的離子輔助蝕刻)來完成。這樣的操作可以重復(fù)一定數(shù)量的循環(huán)。在ale期間，反應(yīng)化學(xué)物質(zhì)和惰性離子被單獨(dú)輸送到襯底。

與用于至少某些蝕刻應(yīng)用的傳統(tǒng)等離子體蝕刻相比，ale具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，ale可以適于執(zhí)行各向異性蝕刻，并且可以導(dǎo)致改善的貫穿間距負(fù)載和縱橫比相關(guān)蝕刻。ale通常還導(dǎo)致對(duì)待蝕刻材料的較少損壞和對(duì)上覆待蝕刻材料的掩模材料的改進(jìn)的選擇性。

然而，ale通常比常規(guī)等離子體蝕刻更慢，因?yàn)樵诿總€(gè)ale循環(huán)中蝕刻非常薄的層，并且每個(gè)循環(huán)依賴于飽和曲線等待時(shí)間使得改變化學(xué)物質(zhì)具有足夠的時(shí)間以使待蝕刻材料的表面充分飽和。飽和也在去除操作期間被使用，因此導(dǎo)致延長(zhǎng)的處理時(shí)間。此外，在表面改變操作中使用的化學(xué)物質(zhì)不同于在去除操作中使用的化學(xué)物質(zhì)，這在改變化學(xué)物質(zhì)和去除化學(xué)物質(zhì)的交替脈沖中進(jìn)行ale時(shí)增加用于在到室的化學(xué)物質(zhì)流之間切換的時(shí)間。在每個(gè)循環(huán)期間，化學(xué)物質(zhì)也經(jīng)常在脈沖之間被清除，以確保在每個(gè)循環(huán)中進(jìn)行自限制反應(yīng)。由于在一個(gè)循環(huán)中多種氣體變化而帶來的較慢蝕刻速率和工藝控制難度會(huì)限制半導(dǎo)體制造中ale的使用。ale通常還使用更簡(jiǎn)單的化學(xué)來進(jìn)行，以降低在待蝕刻的襯底上化學(xué)累積的可能性。例如，更復(fù)雜的分子可能不適合與ale一起使用，因?yàn)檫@樣的分子可能積聚在待蝕刻的材料的表面上，并且不會(huì)使該表面完全飽和來執(zhí)行自限制蝕刻工藝。

公開的蝕刻襯底的方法使用基于通過評(píng)估待蝕刻材料和用于蝕刻材料的化學(xué)物質(zhì)所確定的去除能量閾值的自限制反應(yīng)。實(shí)施方式涉及在工藝條件下的連續(xù)等離子體的流動(dòng)，以允許受控的自限制各向異性蝕刻，而不在用于蝕刻襯底上的材料的化學(xué)物質(zhì)之間交替。

使用連續(xù)等離子體執(zhí)行的公開的實(shí)施方式組合了ale和常規(guī)連續(xù)等離子體蝕刻的優(yōu)點(diǎn)。在所公開的實(shí)施方式中產(chǎn)生的等離子體包括反應(yīng)性物質(zhì)(例如，自由基或分子)和惰性離子作為蝕刻劑，同時(shí)保持低反應(yīng)性離子密度，使得反應(yīng)性離子的任何蝕刻效應(yīng)可忽略。如本文所述，惰性離子是指諸如氦或氬之類的氣體的離子，其具有足以去除襯底表面上的改變材料的能量但不具有足以蝕刻未改變材料本身的反應(yīng)性。另外，反應(yīng)性離子密度是指具有反應(yīng)性以使得它們可蝕刻襯底上的材料的離子(例如氧或氯離子)的密度。對(duì)比而言，如本文所述的反應(yīng)性物質(zhì)、反應(yīng)性自由基或反應(yīng)性化學(xué)物質(zhì)可以指沒有用于與襯底表面上的材料反應(yīng)以改變襯底表面的電荷的等離子體物質(zhì)。

在一些實(shí)施方式中，室中存在的惰性氣體的濃度可以大于室中所有化學(xué)物質(zhì)的約99％，而反應(yīng)性物質(zhì)(例如，改性化學(xué)物質(zhì))的濃度可以小于約1％。在一些實(shí)施方式中，由于高壓下的低濃度和較短的平均自由程(mean-free-path)，高壓等離子體產(chǎn)生足夠的反應(yīng)性物質(zhì)的自由基密度，甚至具有它們的低濃度，以改變襯底，同時(shí)在襯底保持極低濃度的反應(yīng)性離子，從而保持高的化學(xué)吸附速率和比ale更快的蝕刻速率。

在各種實(shí)施方式中，在蝕刻工藝期間可施加低偏置功率(例如，約50vb)。在一些實(shí)施方式中，偏置功率是脈沖式的，例如在0vb與約50vb之間。應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語“偏置功率”和“偏置電壓”在本文中可互換地用于描述當(dāng)偏置施加到基座時(shí)基座被設(shè)定的電壓。閾值偏置功率或閾值偏置電壓是指在基座上的襯底表面上的材料被濺射之前施加到基座的偏置的最大電壓。因此，閾值偏置功率部分地取決于待蝕刻的材料、用于產(chǎn)生等離子體的氣體、用于點(diǎn)燃等離子體的等離子體功率和等離子體頻率。如本文所述的偏置功率或偏置電壓以伏特測(cè)量，其由單位“v”或“vb”指示，其中b指偏置。

根據(jù)所公開的實(shí)施方式，良好控制的蝕刻前沿允許反應(yīng)自由基和惰性離子的協(xié)同效應(yīng)以執(zhí)行蝕刻，使得當(dāng)襯底被反應(yīng)性自由基改變并且被惰性離子去除時(shí)蝕刻材料，而當(dāng)材料被反應(yīng)性自由基改變但沒有惰性離子存在時(shí)或者當(dāng)存在惰性離子但材料沒有被反應(yīng)性自由基改變時(shí)不蝕刻材料。所公開的實(shí)施方式減少了來自離子和等離子體的對(duì)襯底的損害，同時(shí)保持高的蝕刻選擇性和平滑的蝕刻輪廓。在各種實(shí)施方式中，待蝕刻的特征的側(cè)壁可不需要鈍化，因?yàn)橥ㄟ^改變室壓、惰性離子的濃度、反應(yīng)性物質(zhì)的濃度、等離子體功率、等離子體頻率、溫度和暴露時(shí)間來控制工藝條件，使得幾乎沒有或沒有橫向蝕刻或底切。所公開的實(shí)施方式還減少負(fù)載效應(yīng)或微負(fù)載，因?yàn)榭刂乒に嚄l件以在襯底的表面處維持自限制反應(yīng)。雖然由于涉及在各種尺寸的特征中的反應(yīng)性物質(zhì)和惰性離子的連續(xù)蝕刻和擴(kuò)散速率的過程，可能存在一些負(fù)載效應(yīng)，但可以通過脈沖偏置和控制暴露的持續(xù)時(shí)間以平衡在較大和較小的臨界尺寸特征之間的蝕刻速率來控制蝕刻過程。

圖1示出了描繪與根據(jù)本公開的原子層蝕刻的討論相關(guān)的能量閾值e1、e2和e3的能量圖?；谌齻€(gè)能量閾值選擇用于執(zhí)行所公開的實(shí)施方式的蝕刻化學(xué)和工藝條件：(1)e1，從材料表面去除改變材料所需的能量閾值；(2)e2，基于該能量閾值，惰性離子具有足夠的能量以轟擊或?yàn)R射到待蝕刻材料(或待蝕刻材料下方的材料)的表面上，從而導(dǎo)致物理移除襯底上的材料；和任選地(3)e3，基于該能量閾值，惰性離子具有足夠能量以轟擊或?yàn)R射到目標(biāo)層上的掩模層的表面上，從而導(dǎo)致掩模材料的物理移除。圖1是描繪其中公開的實(shí)施方式能夠執(zhí)行以利用自限制蝕刻的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)減少對(duì)襯底的損害和保持蝕刻選擇性的區(qū)域(在e1和e2之間)的能量圖。

選擇工藝條件和蝕刻化學(xué)物質(zhì)，使得e1小于e2，并且如果待蝕刻的材料在圖案化掩模下方(與為覆蓋層的待蝕刻材料相對(duì))，則工藝條件和蝕刻化學(xué)物質(zhì)也被選擇為使得e1小于e2且小于e3。選擇這樣的能量閾值以確保惰性離子具有足夠的能量以從表面去除改變材料(能量必須大于e1)，但惰性離子不濺射待蝕刻材料的表面(能量必須小于e2)，并且在蝕刻圖案化襯底的情況下，惰性離子不濺射或?qū)ρ谀Ｔ斐蓳p害(能量必須小于e3)。

所公開的實(shí)施方式還可以應(yīng)用于許多不同且復(fù)雜的蝕刻化學(xué)物質(zhì)，如果沒有使用所選擇的化學(xué)物質(zhì)的自發(fā)蝕刻并且保持上述能量閾值的話。

在一些實(shí)施方式中，使用相對(duì)高壓的等離子體。室的壓強(qiáng)可以在約30mtorr至約1000mtorr之間，例如約100mtorr至500mtorr或約200mtorr至300mtorr。該高壓等離子體包括高濃度的惰性物質(zhì)(例如he，ne，ar，kr，xe或其組合)和低濃度的反應(yīng)性物質(zhì)(例如含f物質(zhì)，含cl物質(zhì)，含br物質(zhì)，含o物質(zhì))。在標(biāo)準(zhǔn)等離子體條件下，惰性氣體通常產(chǎn)生比其他分子氣體更多的離子。此外，高濃度的惰性物質(zhì)可以確保大多數(shù)離子(例如>99％)是非反應(yīng)性的，并且反應(yīng)性離子密度是可忽略的。

在高壓等離子體中，來自反應(yīng)性物質(zhì)的自由基或化學(xué)反應(yīng)性分子仍足以在目標(biāo)材料上進(jìn)行充分的化學(xué)吸附。化學(xué)物質(zhì)被選擇為在表面上具有化學(xué)吸附但沒有足夠的反應(yīng)性用于沒有離子輔助的自發(fā)蝕刻。離子能量(惰性物質(zhì))被設(shè)定值，該值足夠高以在化學(xué)反應(yīng)性物質(zhì)吸收之后活化表面但不足以用于物理濺射，類似于循環(huán)的ale。連續(xù)地輸送等離子體，使得源功率和偏置功率都連續(xù)接通。蝕刻是自限制性的，因?yàn)楫?dāng)惰性離子在相同位置處遇到化學(xué)吸附的改變層時(shí)發(fā)生蝕刻。選擇工藝條件，使得僅在表面上的惰性離子或化學(xué)吸附的改變材料不足以蝕刻材料。在各種實(shí)施方式中，蝕刻是各向異性地執(zhí)行的。由于利用偏置傳送到襯底的惰性離子的方向性，可以實(shí)現(xiàn)各向異性蝕刻。在各種實(shí)施方式中，蝕刻也是選擇性的。

圖2a-b提供了根據(jù)所公開的實(shí)施方式的具有經(jīng)歷各種操作的特征的襯底的示例性示意圖。圖2示出了包括下伏層201和要用上覆掩模207蝕刻的目標(biāo)材料層205的襯底。使連續(xù)等離子體流動(dòng)，將襯底暴露于被選擇以改變目標(biāo)材料的反應(yīng)性物質(zhì)的等離子體和用于在自限制反應(yīng)中去除改變材料的惰性離子的等離子體。用于使用惰性離子去除由反應(yīng)性物質(zhì)改變的材料層的能量閾值小于使用惰性離子濺射材料在襯底上的能量閾值。用于使用惰性離子去除由反應(yīng)性物質(zhì)改變的材料層的能量閾值也小于使得惰性離子具有足夠能量以轟擊或?yàn)R射到目標(biāo)層上的掩模層的表面上的能量閾值，從而導(dǎo)致物理去除掩模材料。

良好控制的蝕刻前沿允許反應(yīng)自由基和惰性離子的協(xié)同效應(yīng)以執(zhí)行蝕刻，使得當(dāng)襯底被反應(yīng)性自由基改變并且通過惰性離子去除時(shí)蝕刻材料，而當(dāng)材料被反應(yīng)性自由基改變但沒有惰性離子存在時(shí)或者當(dāng)存在惰性離子但材料沒有被反應(yīng)性自由基改變時(shí)不蝕刻材料。該工藝允許受控的自限制各向異性蝕刻，而不在用于蝕刻襯底上的材料的化學(xué)物質(zhì)之間交替。所得的襯底描繪在圖2b中。注意，掩模207保持良好的輪廓，而沒有掩模損失，使得掩模207的側(cè)壁207a仍然是垂直的。另外，經(jīng)蝕刻的目標(biāo)層215具有基本上垂直的側(cè)壁215a。

本文所述的方法可以涉及例如在圖3的工藝流程中描述的以下描述的操作。在一個(gè)操作(301)中，可以將反應(yīng)性物質(zhì)化學(xué)吸附到在襯底上的待蝕刻材料的表面上。反應(yīng)性物質(zhì)可以構(gòu)成由等離子體產(chǎn)生的反應(yīng)性自由基或其它化學(xué)物質(zhì)，并且取決于被蝕刻的材料的類型。使用公開的實(shí)施方式的待蝕刻材料的類型包括含碳材料、含硅材料和含金屬材料?？墒褂盟_的實(shí)施例蝕刻的含碳材料的一個(gè)實(shí)例是無定形碳?？墒褂盟_的實(shí)施方式蝕刻的含硅材料的實(shí)例包括硅、多晶硅、硅鍺、氧化硅、碳化硅、氮化硅、摻雜碳化硅、摻雜硅及其組合?？梢允褂霉_的實(shí)施方式蝕刻的含金屬材料的實(shí)例包括如鎢和鈦之類的元素金屬、如氧化鈦和金屬氮化物之類的金屬氧化物。

例如，對(duì)于蝕刻含碳材料，反應(yīng)性物質(zhì)可以包括含氧等離子體、含氟等離子體、含氯等離子體、含溴等離子體或其組合。實(shí)例包括cl2和hbr。例如，在一些實(shí)施方式中，可以使用所公開的實(shí)施方式在小于約50℃例如在約20℃的溫度下蝕刻基于碳的材料。

對(duì)于蝕刻主要是硅的材料，例如硅鍺或多晶硅，反應(yīng)性物質(zhì)可以包括含氟等離子體，含氯等離子體，含溴等離子體或其組合。實(shí)例包括cl2和hbr。對(duì)于蝕刻氧化硅，反應(yīng)性物質(zhì)可以包括碳氟化合物，例如cxfy，其中x和y是整數(shù)，或cxhyfz，其中x、y和z是根據(jù)要蝕刻的材料選擇的整數(shù)。例如，在一些實(shí)施方式中，可以使用所公開的實(shí)施方式在小于約100℃例如在約40℃的溫度下蝕刻基于硅的材料。

在一些實(shí)施方式中，反應(yīng)性物質(zhì)可用于蝕刻襯底上的基于金屬的材料。對(duì)于蝕刻作為金屬氧化物(例如氧化鈦)的材料，反應(yīng)性物質(zhì)可以包括含鹵素的等離子體，例如含氟等離子體、含溴等離子體和含氯等離子體。使用含氯等離子體蝕刻金屬氧化物的一個(gè)實(shí)例包括將襯底暴露于氣體(例如cl2)，并點(diǎn)燃等離子體。蝕刻金屬氧化物的方法可以在比用于蝕刻含硅或含碳材料的方法更高的溫度下進(jìn)行。例如，在一些實(shí)施方式中，可以使用所公開的實(shí)施方式在大于約80℃，例如在約120℃的溫度下蝕刻基于金屬的材料(例如金屬氧化物)。應(yīng)當(dāng)理解，這里所指的襯底溫度或溫度表示保持襯底的基座可被設(shè)置的溫度。

選擇用于化學(xué)吸附到待蝕刻材料的表面上的反應(yīng)性物質(zhì)不會(huì)自發(fā)地蝕刻襯底上的材料。在各種實(shí)施方式中，反應(yīng)性物質(zhì)被選定為也不蝕刻襯底表面上的任何掩?；驁D案。當(dāng)帶能量的惰性離子到達(dá)經(jīng)化學(xué)吸附的或經(jīng)改變的層時(shí)，化學(xué)吸附層隨后獲得足夠的能量以活化表面并形成非揮發(fā)性副產(chǎn)物，該非揮發(fā)性副產(chǎn)物可以之后在蝕刻操作期間被從其中容納襯底的室中除去。

在一些實(shí)施方式中，當(dāng)襯底暴露于反應(yīng)性物質(zhì)時(shí)，襯底也暴露于惰性離子(303)。在各種實(shí)施方式中，惰性離子可以以高濃度流入容納襯底的室，以稀釋反應(yīng)性物質(zhì)的存在并維持自限制蝕刻工藝。惰性離子可以具有高電離速率。實(shí)例包括從he、ne、ar、kr、xe或其組合產(chǎn)生的離子。在一些實(shí)施方式中，通過在高壓(例如約30mtorr至約1000mtorr之間)下操作來控制惰性離子與反應(yīng)性物質(zhì)的比率。在高壓下操作確保了從反應(yīng)性物質(zhì)產(chǎn)生的足夠的反應(yīng)性分子和自由基，同時(shí)抑制惰性離子的總離子密度，以防止由惰性離子對(duì)襯底的損害。在各種實(shí)施方式中，偏置電壓被設(shè)置為使得惰性離子將蝕刻材料的離子能量大于用于移除化學(xué)吸附層的材料的活化能量，并且同時(shí)這兩種能量都低于利用惰性離子的目標(biāo)材料的物理濺射能量，如上文關(guān)于圖1所述。

不受特定理論的約束，認(rèn)為待蝕刻材料的表面上的反應(yīng)性物質(zhì)可以找到位點(diǎn)并通過表面吸附多達(dá)幾個(gè)原子層。吸附的層不具有足夠的能量來克服表面能(例如，它將不會(huì)從襯底蝕刻)，直到離子激活局部位點(diǎn)。一旦惰性離子激活局部位點(diǎn)，激活的位點(diǎn)形成非揮發(fā)性副產(chǎn)物，其然后可以擴(kuò)散到室中并被泵出。然而，如果離子到達(dá)沒有吸收反應(yīng)化學(xué)物質(zhì)的表面，則其將不具有足夠的能量來物理濺射襯底，因此防止了對(duì)襯底的損害。因此，蝕刻可以以連續(xù)方式進(jìn)行，同時(shí)仍然保持自限制反應(yīng)以控制蝕刻輪廓。在蝕刻期間，反應(yīng)性離子密度保持在非常低的密度(即小于總離子密度的約1％)，并且等離子體能量也非常低。然后，蝕刻行為可以由惰性離子支配，允許惰性離子激活經(jīng)改變的表面并且當(dāng)該表面被反應(yīng)性物質(zhì)改變時(shí)蝕刻材料。

所公開的實(shí)施方式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于氣體連續(xù)流動(dòng)而不在氣體之間切換(如在循環(huán)ale中執(zhí)行的)，因此吞吐效率提高。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所公開的實(shí)施方式可以容易地通過幾個(gè)等離子體參數(shù)(諸如偏置電壓、等離子體功率、等離子體頻率、氣體流速和濃度以及室壓強(qiáng))來控制。所公開的實(shí)施方式產(chǎn)生快速且良好控制的等離子體，其可用于實(shí)現(xiàn)低損害和高選擇性的蝕刻。

此外，存在某些情況(如高縱橫比蝕刻)，其中自由基擴(kuò)散成為蝕刻速率、縱橫比相關(guān)蝕刻或通間距加載(through-pitchloading)的主要因素。對(duì)于這些應(yīng)用，一些實(shí)施方式可以將偏置脈沖與較高壓強(qiáng)和低反應(yīng)濃度等離子體組合。

例如，對(duì)于蝕刻高縱橫比特征，蝕刻室中的氣體混合物可以保持具有低反應(yīng)離子濃度以用于化學(xué)吸附?？刂乒に嚄l件以確保足夠的時(shí)間用于氣體擴(kuò)散(其可以在從微秒(μs)到秒的范圍內(nèi))。偏置電壓可以僅在擴(kuò)散時(shí)間足以到達(dá)高深寬比特征的底部以形成化學(xué)吸附層之后才開啟。可以使用短電壓脈沖來傳送離子以去除該層，并且對(duì)于高縱橫比蝕刻，可以重復(fù)許多次擴(kuò)散去除循環(huán)。因?yàn)楦鶕?jù)本公開的去除能量閾值技術(shù)，離子能量低，使得只有化學(xué)吸附層可以被離子去除，而在常規(guī)蝕刻中，反應(yīng)性離子蝕刻是主要的，并且通常需要更高的離子能量，與使用高電壓的常規(guī)蝕刻相比，執(zhí)行所公開的使用偏置脈沖的實(shí)施方式導(dǎo)致在選擇性方面的實(shí)質(zhì)性改善。

所公開的氣體混合概念可以擴(kuò)展到更復(fù)雜的蝕刻機(jī)制和化學(xué)。例如，一些cxfy或cxhyfz蝕刻化學(xué)物質(zhì)或包含蝕刻劑和沉積物質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)將涉及特定活化能量以蝕刻目標(biāo)材料。具有反應(yīng)性離子的高電壓有助于蝕刻速率，但它也對(duì)襯底造成更多的損害，降低掩模選擇性，并且有時(shí)導(dǎo)致由離子散射引起的側(cè)壁侵蝕。然而，具有低能量的惰性離子可以克服一些關(guān)鍵的挑戰(zhàn)，因?yàn)楫?dāng)離子能量低于濺射閾值時(shí)，不發(fā)生離子損害。如果離子散射發(fā)生，一些能量通常損失，并且可能不能再激活側(cè)壁表面。使用所公開的實(shí)施方式的各向異性蝕刻可以具有對(duì)掩模材料的無限選擇性。這可以應(yīng)用于雙重圖案化應(yīng)用中的核心蝕刻，以及許多其它圖案化和柵極蝕刻應(yīng)用，諸如finfet結(jié)構(gòu)、邏輯門和3dnand結(jié)構(gòu)的制造。

裝置

所公開的實(shí)施方式可以在任何合適的蝕刻室或裝置中執(zhí)行，諸如可從加利福尼亞的費(fèi)里蒙特(fremont，ca)的朗姆研究公司(lamresearchcorporation)獲得的fx。在一些實(shí)施方式中，可以使用電感耦合等離子體(icp)反應(yīng)器。這種icp反應(yīng)器也已在于2013年12月10日提交的題為“imagereversalwithahmgapfillformultiplepatterning”的美國專利申請(qǐng)公開no.2014/0170853中進(jìn)行描述，該專利文件通過引用并入本文，用于描述用于實(shí)施本文所述技術(shù)的合適的icp反應(yīng)器。雖然本文描述了icp反應(yīng)器，但在一些實(shí)施方式中，應(yīng)當(dāng)理解，也可以使用電容耦合等離子體反應(yīng)器。示例性蝕刻室或裝置可以包括：具有室壁的室；用于保持待處理的襯底或晶片的卡盤，其可以包括用于夾持和解開晶片的靜電電極，并且可以使用rf電源對(duì)其進(jìn)行充電；被配置為向線圈供應(yīng)功率以產(chǎn)生等離子體的rf電源；和如本文所述的用于輸入氣體的氣體流入口。在一些實(shí)施方式中，裝置可以包括多于一個(gè)的室，每個(gè)室可以用于蝕刻、沉積或處理襯底。室或裝置可以包括系統(tǒng)控制器，用于控制室或裝置的一些或所有操作，例如調(diào)節(jié)室壓強(qiáng)、惰性氣體流量、等離子體功率、等離子體頻率、反應(yīng)氣體流量(例如，含氯氣體，含氧氣體，含氟氣體等)；偏置功率、溫度、真空設(shè)置；和其他工藝條件。

裝置

現(xiàn)在描述在某些實(shí)施方式中適用于原子層蝕刻(ale)操作的電感耦合等離子體(icp)反應(yīng)器。這樣的icp反應(yīng)器也已經(jīng)在于2013年12月10日提交的名稱為“imagereversalwithahmgapfillformultiplepatterning”的美國專利申請(qǐng)公開no.2014/0170853中描述，其通過引用被整體并入本文并用于所有目的。雖然本文描述了icp反應(yīng)器，但在一些實(shí)施方式中，應(yīng)當(dāng)理解，也可以使用電容耦合等離子體反應(yīng)器。

圖4示意性地示出了適于實(shí)施本文中的某些實(shí)施方式的電感耦合等離子體集成蝕刻和沉積裝置400的橫截面圖，該裝置的示例是從加利福尼亞的費(fèi)里蒙特(fremont，ca)的朗姆研究公司(lamresearchcorp.)生產(chǎn)的反應(yīng)器。電感耦合等離子體裝置400包括在結(jié)構(gòu)上由室壁401和窗口411限定的總處理室424。室壁401可以由不銹鋼或鋁制成。窗口411可以由石英或其他電介質(zhì)材料制成?？蛇x的內(nèi)部等離子體柵格450將整個(gè)處理室424分成上子室402和下子室403。在大多數(shù)實(shí)施方式中，等離子體柵格450可以被移除，從而利用由子室402和403構(gòu)成的室空間?？ūP417位于下子室403內(nèi)，靠近底部?jī)?nèi)表面。卡盤417被配置為接收并保持在其上執(zhí)行蝕刻和沉積工藝的半導(dǎo)體襯底或晶片419?？ūP417可以是用于在存在晶片時(shí)支撐晶片419的靜電卡盤。在一些實(shí)施方式中，邊緣環(huán)(未示出)圍繞卡盤417，并且具有當(dāng)存在于卡盤417上方時(shí)與晶片419的頂表面近似成平面的上表面?？ūP417還包括用于夾持和解開晶片419的靜電電極?？梢詾榇四康奶峁V波器和dc鉗位電源(未示出)。還可以提供用于將晶片419從卡盤417提升的其它控制系統(tǒng)?？ūP417可以使用rf電源423來充電。rf電源423通過連接件427連接到匹配電路422。匹配電路421通過連接件425連接到卡盤417。以這種方式，rf電源423被連接到卡盤417。

用于等離子體產(chǎn)生的元件包括位于窗口411上方的線圈433。在一些實(shí)施方式中，在所公開的實(shí)施方式中不使用線圈。線圈433由導(dǎo)電材料制成并且包括至少一個(gè)完整的匝。圖4所示的線圈433的示例包括三匝。線圈433的橫截面用符號(hào)示出，具有“x”的線圈旋轉(zhuǎn)地延伸到頁面中，而具有“●”的線圈旋轉(zhuǎn)地延伸出頁面。用于等離子體產(chǎn)生的元件還包括被配置為向線圈433提供rf功率的rf電源441。通常，rf電源441通過連接件445連接到匹配電路439。匹配電路439通過連接件443連接到線圈433。以這種方式，rf電源441被連接到線圈433?？蛇x的法拉第屏蔽449定位在線圈433和窗口411之間。法拉第屏蔽449被保持在相對(duì)于線圈433間隔開的關(guān)系。法拉第屏蔽449設(shè)置在窗口411的正上方。線圈433、法拉第屏蔽449和窗口411分別被配置為基本上彼此平行。法拉第屏蔽449可以防止金屬或其他物質(zhì)沉積在處理室424的窗口411上。

工藝氣體(例如反應(yīng)性物質(zhì)或前體、還原劑、載氣、含鹵素氣體、氯氣、諸如氦氣、氬氣之類的惰性氣體等)可以通過位于上子室402中的一個(gè)或多個(gè)主氣流入口460和/或通過一個(gè)或多個(gè)側(cè)氣流入口470流入處理室。同樣，盡管未明確示出，但是類似的氣流入口可以用于向電容耦合等離子體處理室提供工藝氣體?？梢允褂谜婵毡?40(例如，一級(jí)或兩級(jí)機(jī)械干式泵和/或渦輪分子泵)將工藝氣體抽出處理室424并且保持處理室424內(nèi)的壓強(qiáng)。例如，真空泵440可以用于在ale的吹掃操作期間排空下子室403。閥控制管道可以用于將真空泵流體連接到處理室424，以便選擇性地控制由真空泵提供的真空環(huán)境的施加。這可以在操作等離子體處理期間采用閉環(huán)控制的諸如節(jié)流閥(未示出)或擺動(dòng)閥(未示出)之類的流量限制裝置來完成。同樣，也可以采用受控與電容耦合等離子體處理室的流體連接的真空泵和閥。

在裝置400的操作期間，可以通過氣流入口460和/或470供應(yīng)一種或多種工藝氣體。在某些實(shí)施方式中，工藝氣體可以僅通過主氣流入口460供應(yīng)，或者僅通過側(cè)氣流入口470供應(yīng)。在一些情況下，圖中所示的氣流入口可由例如更復(fù)雜的氣流入、一個(gè)或多個(gè)噴頭來替代。法拉第屏蔽449和/或可選柵格450可以包括允許處理氣體輸送到處理室424的內(nèi)部通道和孔。法拉第屏蔽449和可選柵格450中的任一個(gè)或兩者可以用作用于輸送處理氣體的噴頭。在一些實(shí)施方式中，液體蒸發(fā)和輸送系統(tǒng)可以位于處理室424的上游，使得一旦液體反應(yīng)物或前體被蒸發(fā)，則蒸發(fā)的反應(yīng)物或前體經(jīng)由氣流入口460或470被引入到處理室424中。

從rf電源441向線圈433提供射頻功率，以使rf電流流過線圈433。流過線圈433的rf電流在線圈433周圍產(chǎn)生電磁場(chǎng)。該電磁場(chǎng)在上子室402內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。各種所產(chǎn)生的離子和自由基與晶片419的物理和化學(xué)相互作用蝕刻晶片419上的特征和沉積層。

揮發(fā)性蝕刻和/或沉積副產(chǎn)物可以通過端口422從下子室403移除。本文公開的卡盤417可以在約10℃至約250℃之間范圍內(nèi)的升高溫度下操作。溫度將取決于工藝操作和具體配方。

當(dāng)裝置400安裝在潔凈室或制造設(shè)施中時(shí)，裝置400可以連接到設(shè)施(未示出)。該設(shè)施包括提供處理氣體、真空、溫度控制和環(huán)境顆粒控制的管道。當(dāng)這些設(shè)施安裝在目標(biāo)制造設(shè)施中時(shí)，這些設(shè)施連接到裝置400。另外，裝置400可連接到傳送室，該傳送室允許機(jī)械臂使用典型的自動(dòng)化將半導(dǎo)體晶片傳送到裝置400中和從裝置400傳出。

在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制器430(其可以包括一個(gè)或多個(gè)物理或邏輯控制器)控制處理室424的操作中的一些或全部。系統(tǒng)控制器430可以包括一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器裝置和一個(gè)或多個(gè)更多處理器。例如，存儲(chǔ)器可以包括：在諸如含氯改變化學(xué)物質(zhì)和諸如氬之類的去除氣體的流之間進(jìn)行交替的指令，或者用于點(diǎn)燃等離子體或施加偏置的指令。例如，存儲(chǔ)器可以包括在一些操作期間將偏置設(shè)置在約0v和約200v之間的功率的指令。在一些實(shí)施方式中，裝置400包括用于當(dāng)執(zhí)行所公開的實(shí)施方式時(shí)控制流速和持續(xù)時(shí)間的切換系統(tǒng)。在一些實(shí)施方式中，裝置400可以具有高達(dá)約500ms或高達(dá)約750ms的切換時(shí)間。開關(guān)時(shí)間可以取決于流動(dòng)的化學(xué)物質(zhì)、所選擇的配方、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和其它因素。

在一些實(shí)施方式中，所公開的實(shí)施方式可以集成在mssd(multi-station-sequential-deposition，多站順序沉積)室結(jié)構(gòu)上，其中沉積站中的一個(gè)可以由ale站替代，以允許使用類似化學(xué)物質(zhì)的集成的沉積/蝕刻/沉積處理，用于更好的填充和更快的吞吐能力。

在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制器430是系統(tǒng)的一部分，其可以是上述示例的一部分。這樣的系統(tǒng)可以包括半導(dǎo)體處理裝置，其包括一個(gè)或多個(gè)處理工具、一個(gè)或多個(gè)室、一個(gè)或多個(gè)平臺(tái)和/或具體的處理組件(晶片基座、氣流系統(tǒng)等)。這些系統(tǒng)可以與用于控制它們?cè)谔幚戆雽?dǎo)體晶片或襯底之前、期間和之后的操作的電子器件一體化。電子器件可以集成到系統(tǒng)控制器430中，其可以控制系統(tǒng)的各種部件或子部件。取決于處理參數(shù)和/或系統(tǒng)類型，系統(tǒng)控制器430可以被編程以控制本文公開的任何工藝，包括工藝氣體的傳送、溫度設(shè)置(例如，加熱和/或冷卻)、壓強(qiáng)設(shè)置、真空設(shè)置、功率設(shè)置、射頻(rf)發(fā)生器設(shè)置、rf匹配電路設(shè)置、頻率設(shè)置、流量設(shè)置、流體輸送設(shè)置、位置和操作設(shè)置、晶片轉(zhuǎn)移進(jìn)出工具和其它轉(zhuǎn)移工具和/或與具體系統(tǒng)連接或通過接口連接的裝載鎖。

概括地說，接收指令、發(fā)布指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端點(diǎn)測(cè)量等等的具有各種集成電路、邏輯、存儲(chǔ)器和/或軟件的電子器件。集成電路可以包括存儲(chǔ)程序指令的固件形式的芯片、數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)、定義為專用集成電路(asic)的芯片和/或一個(gè)或多個(gè)微處理器或執(zhí)行程序指令(例如，軟件)的微控制器。程序指令可以是以各種單獨(dú)設(shè)置(或程序文件)的形式通信到控制器的指令，該設(shè)置定義用于在半導(dǎo)體晶片或系統(tǒng)上或針對(duì)半導(dǎo)體晶片或系統(tǒng)執(zhí)行特定過程的操作參數(shù)。在一些實(shí)施方式中，操作參數(shù)可以是由工藝工程師定義的用于在制備或晶片的一個(gè)或多個(gè)(種)層、材料、金屬、氧化物、硅、二氧化硅、表面、電路和/或管芯期間完成一個(gè)或多個(gè)處理步驟的配方(recipe)的一部分。

在一些實(shí)現(xiàn)方式中，系統(tǒng)控制器430可以是與系統(tǒng)集成、耦合或者說是通過網(wǎng)絡(luò)連接系統(tǒng)或它們的組合的計(jì)算機(jī)的一部分或者與該計(jì)算機(jī)耦合。例如，控制器可以在“云”中或者是fab主機(jī)系統(tǒng)的全部或一部分，其可以允許遠(yuǎn)程訪問晶片處理。計(jì)算機(jī)可以啟用對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問以監(jiān)測(cè)制造操作的當(dāng)前進(jìn)程，檢查過去的制造操作的歷史，檢查多個(gè)制造操作的趨勢(shì)或性能標(biāo)準(zhǔn)，改變當(dāng)前處理的參數(shù)，設(shè)置處理步驟以跟隨當(dāng)前的處理或者開始新的工藝。在一些實(shí)例中，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)(例如，服務(wù)器)可以通過網(wǎng)絡(luò)給系統(tǒng)提供工藝配方，網(wǎng)絡(luò)可以包括本地網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以包括能夠輸入或編程參數(shù)和/或設(shè)置的用戶界面，該參數(shù)和/或設(shè)置然后從遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通信到系統(tǒng)。在一些示例中，系統(tǒng)控制器430接收數(shù)據(jù)形式的指令，該指令指明在一個(gè)或多個(gè)操作期間將要執(zhí)行的每個(gè)處理步驟的參數(shù)。應(yīng)當(dāng)理解，參數(shù)可以針對(duì)將要執(zhí)行的工藝類型以及工具類型，控制器被配置成連接或控制該工具類型。因此，如上所述，系統(tǒng)控制器430可以例如通過包括一個(gè)或多個(gè)分立的控制器而分布，這些分立的控制器通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起并且朝著共同的目標(biāo)(例如，本文所述的工藝和控制)工作。用于這些目的的分布式控制器的實(shí)例可以是與結(jié)合以控制室上的工藝的一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程集成電路(例如，在平臺(tái)水平或作為遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的一部分)通信的室上的一個(gè)或多個(gè)集成電路。

在非限制性的條件下，示例的系統(tǒng)可以包括等離子體蝕刻室或模塊、沉積室或模塊、旋轉(zhuǎn)清洗室或模塊、金屬電鍍室或模塊、清潔室或模塊、倒角邊緣蝕刻室或模塊、物理氣相沉積(pvd)室或模塊、化學(xué)氣相沉積(cvd)室或模塊、原子層沉積(ald)室或模塊、原子層蝕刻(ale)室或模塊、離子注入室或模塊、軌道室或模塊、以及在半導(dǎo)體晶片的制備和/或制造中可以關(guān)聯(lián)上或使用的任何其它的半導(dǎo)體處理系統(tǒng)。

如上所述，根據(jù)工具將要執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)工藝步驟，控制器可以與一個(gè)或多個(gè)其它的工具電路或模塊、其它工具組件、群集工具、其它工具界面、相鄰的工具、鄰接工具、位于整個(gè)工廠中的工具、主機(jī)、另一個(gè)控制器、或者在將晶片的容器往來于半導(dǎo)體制造工廠中的工具位置和/或裝載口搬運(yùn)的材料搬運(yùn)中使用的工具通信。

圖5描繪了具有與真空傳輸模塊538(vtm)接口的各種模塊的半導(dǎo)體處理集群架構(gòu)。在多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)施和處理模塊之間“傳送”晶片的傳送模塊的布置可以被稱為“群集工具架構(gòu)”系統(tǒng)。氣鎖530(也稱為負(fù)載鎖或傳送模塊)示出于vtm538中，具有四個(gè)處理模塊520a-520d，其可以被單獨(dú)優(yōu)化以執(zhí)行各種制造過程。作為示例，處理模塊520a-520d可以被實(shí)現(xiàn)為執(zhí)行襯底蝕刻、沉積、離子注入、晶片清洗、濺射和/或其它半導(dǎo)體工藝。在根據(jù)本公開的一些實(shí)施方式中，在同一模塊中執(zhí)行利用反應(yīng)性物質(zhì)的改變和用于材料蝕刻和去除的暴露于惰性離子。氣鎖530和處理模塊520可以被稱為“站”。每個(gè)站具有將站與vtm538連接的小組件(facet)536。在每個(gè)小組件內(nèi)，傳感器1-18用于檢測(cè)晶片526在各個(gè)站之間移動(dòng)時(shí)晶片526的通過。

機(jī)械臂522在站之間傳送晶片526。在一個(gè)實(shí)施方式中，機(jī)械臂522具有一個(gè)臂，并且在另一個(gè)實(shí)施方式中，機(jī)械臂522具有兩個(gè)臂，其中每個(gè)臂具有末端執(zhí)行器524，以拾取晶片(例如晶片526)以用于運(yùn)輸。在大氣傳送模塊(atm)540中的前端機(jī)械臂532用于將晶片526從裝載端口模塊(lpm)542中的盒或前開口統(tǒng)一盒(foup)534傳送到氣鎖530。在處理模塊520內(nèi)的模塊中心528是用于放置晶片526的一個(gè)位置。atm540中的對(duì)準(zhǔn)器544用于對(duì)準(zhǔn)晶片。

在示例性處理方法中，晶片被放置在lpm542中的foup534中的一個(gè)內(nèi)。前端機(jī)械臂532將晶片從foup534傳送到對(duì)準(zhǔn)器544，這使得晶片526能在其被蝕刻或處理之前適當(dāng)?shù)鼐又?。在?duì)準(zhǔn)之后，晶片526被前端機(jī)械臂532移動(dòng)到氣鎖(airlock)530中。由于氣鎖模塊具有匹配atm和vtm之間的環(huán)境的能力，晶片526能夠在兩個(gè)壓強(qiáng)環(huán)境之間移動(dòng)而不被損壞。從氣鎖模塊530，晶片526通過機(jī)械臂522通過vtm538移動(dòng)到處理模塊520a-520d中的一個(gè)中。為了實(shí)現(xiàn)這種晶片移動(dòng)，機(jī)械臂522在其每個(gè)臂上使用端部執(zhí)行器524。一旦晶片526已經(jīng)被處理，其被機(jī)械臂522從處理模塊520a-520d移動(dòng)到氣鎖模塊530。從此處，晶片526可以由前端機(jī)械臂532移動(dòng)到foup534中的一個(gè)或者移動(dòng)到對(duì)準(zhǔn)器544。

應(yīng)當(dāng)注意，控制晶片移動(dòng)的計(jì)算機(jī)可以是集群架構(gòu)的本地，或者可以位于制造車間中的集群架構(gòu)外部，或者位于遠(yuǎn)程位置并且經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)連接到集群架構(gòu)。上面關(guān)于圖4描述的控制器可以利用圖5中的工具來實(shí)現(xiàn)。

實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)1

圖6示出了各種惰性氣體的離子密度和壓強(qiáng)的參考數(shù)據(jù)的圖。通過使氣體在不同壓強(qiáng)下流入具有簡(jiǎn)單惰性或反應(yīng)性氣體的蝕刻工具中來獲得數(shù)據(jù)。示出了對(duì)于ar、he、cl2、hbr、o2、n2和cf4的200sccm流的標(biāo)準(zhǔn)化的離子密度與壓強(qiáng)，等離子體功率示出為1500w。如圖所示，對(duì)于許多氣體，離子密度隨著較高壓強(qiáng)而降低，并且ar或he產(chǎn)生比其它分子氣體高得多的離子密度。

實(shí)驗(yàn)2

對(duì)包括下伏層和具有上覆掩模的目標(biāo)含碳層的襯底進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將襯底容納在具有200mtorr的室壓強(qiáng)的室中。將襯底暴露于使用1500sccm的氦氣和5sccm的o2在20℃的溫度下使用設(shè)定為1500w的電感耦合等離子體功率同時(shí)施加50vb的偏置產(chǎn)生的等離子體持續(xù)30秒。該工藝蝕刻35.73nm的碳層，并且經(jīng)蝕刻的含碳目標(biāo)層具有基本上豎直的側(cè)壁。另外，掩模保持良好的輪廓而沒有掩模損失，使得掩模的側(cè)壁保持豎直。

實(shí)驗(yàn)3

對(duì)包括在襯底上的含碳層中的氧化鈦間隔物的襯底進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將襯底容納在具有200mtorr的室壓強(qiáng)的室中。將襯底暴露于使用1500sccm的氦氣和10sccmcl2的混合物在120℃的溫度下使用設(shè)定為1500w的電感耦合等離子體功率同時(shí)施加50vb的偏置產(chǎn)生的等離子體持續(xù)100秒。在此工藝中各向異性地蝕刻氧化鈦間隔物，且所得襯底保持良好的輪廓而沒有掩模損失或側(cè)壁蝕刻，使得掩模的側(cè)壁保持豎直且沒有觀察到底切(undercut)。

實(shí)驗(yàn)4

在具有上覆光致抗蝕劑掩模的基于硅的襯底上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將襯底容納在具有250mtorr的室壓強(qiáng)的室中。將襯底暴露于使用1500sccm的氦氣和20sccm的cf4在40℃的溫度下使用設(shè)定為1000w的電感耦合等離子體功率同時(shí)施加50vb的偏置產(chǎn)生的等離子體下持續(xù)10秒。在該工藝中各向異性地蝕刻襯底中的特征，并且所得襯底保持良好的輪廓而沒有側(cè)壁蝕刻，使得蝕刻特征和掩模的側(cè)壁保持豎直并且沒有觀察到底切。

結(jié)論

雖然為了清楚理解的目的已經(jīng)相當(dāng)詳細(xì)地描述了前述實(shí)施方式，但是顯而易見的是，可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)實(shí)施某些改變和修改。應(yīng)當(dāng)注意，存在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施方式的工藝、系統(tǒng)和裝置的許多替代方式。因此，本發(fā)明的實(shí)施方式被認(rèn)為是說明性的而不是限制性的，并且實(shí)施方式不限于本文所給出的細(xì)節(jié)。