TW201923893A - 高能量原子層蝕刻 - Google Patents

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Abstract

文中提供進行高能原子蝕刻的方法及設備。方法包含：提供包含一欲蝕刻之材料的一基板；將該材料的一表面暴露至一改質氣體以改質該表面並形成一經改質之表面；及將該經改質的表面暴露至一高能粒子，以相對於一下方未經改質的表面優先移除該經改質之表面，其中該高能粒子具有足以克服該下方未經改質之表面之一平均表面束縛能的一離子能量。所用之該高能粒子的能量極高；在某些情況中，當將該經改質之表面暴露至該高能粒子時，施加至所用之偏壓的電能至少為150 eV。

Description

高能量原子層蝕刻
本發明係關於高能原子層蝕刻。
半導體製造處理包含蝕刻各種材料。當三維結構朝向次10 nm 節點微縮，傳統的蝕刻處理面對前所未有挑戰。例如，由於蝕刻率受到持續增加之深寬比的影響，節距負載成為問題。與輸送中性物種與離子至蝕刻前線、在蝕刻前線處之表面反應速率、及自蝕刻前線移除蝕刻產物相關的挑戰隨著裝置縮小而變得重要。
文中提供進行高能原子蝕刻的方法及設備。一態樣涉及一種基板處理方法，該方法包含：提供包含一欲蝕刻之材料的一基板；將該欲蝕刻之材料的一表面暴露至一改質氣體以改質該表面並形成一經改質之表面；及將該經改質的表面暴露至一高能粒子，以相對於一下方未經改質的表面優先移除該經改質之表面，該高能粒子具有足以克服該下方未經改質之表面之一平均表面束縛能的一離子能量。
在各種實施例中，該高能粒子的該離子能量係足以打斷該下方未經改質之表面的鍵結。該高能粒子可以時間上分離的劑量輸送，該時間上分離的劑量具有介於約1%至約10%之間的一工作週期。
在各種實施例中，在將該經改質之表面暴露至該高能粒子的期間施加一偏壓至支撐該基板的一基板支撐件。
在某些實施例中，該高能粒子移除該經改質之表面的一量，該經改質之表面的該移除量係由下式所表示：

其中Y為該高能粒子之離子產率、F為該高能粒子之通量、t為該高能粒子的暴露期間、而d為該欲蝕刻之材料的表面密度。
在各種實施例中，該高能粒子不會明顯地濺射該下方之未經改質的材料。例如，將該經改質之表面暴露至該高能粒子的一期間係足以以一自我限制方式移除該經改質之表面。
另一態樣涉及一種基板處理方法，該方法包含：提供包含一欲蝕刻之材料的一基板；將該欲蝕刻之材料的一表面暴露至一改質氣體以改質該表面並形成一經改質之表面；及在將該經改質的表面暴露至一高能粒子以移除該經改質之表面時施加一偏壓俾使施加至該偏壓的電能係至少為150 eV。
在各種實施例中，施加至該偏壓的該電能至少為500 eV。
另一態樣涉及一種基板處理方法，該方法包含：提供包含一欲蝕刻之材料的一基板；將該欲蝕刻之材料的一表面暴露至一改質氣體以改質該表面並形成一經改質之表面；及輸送一高能粒子的一劑量至該經改質之表面以移除該經改質之表面，俾使該劑量在使用小於一下方未經改質之表面之一表面束縛能的一偏壓而輸送時係不足以移除經改質之表面。
另一態樣涉及一種基板處理方法，該方法包含：提供包含一欲蝕刻之材料的一基板；將該欲蝕刻之材料的一表面暴露至一改質氣體以改質該表面並形成一經改質之表面；及將該經改質的表面暴露至一高能粒子，以相對於一下方未經改質的表面優先移除該經改質之表面的至少80%一段時間，該段時間係大於足以藉由一離子轟擊移除該經改質之表面與該下方未經改質之表面的一段期間。
另一態樣涉及一種基板處理方法，該方法包含：提供包含一欲蝕刻之材料的一基板；將該欲蝕刻之材料的一表面暴露至一改質氣體以改質該表面並形成一經改質之表面；及將該經改質的表面暴露至脈動形式的一高能粒子，該脈動具有小於100%的一工作週期。
另一態樣涉及一種基板處理方法，該方法包含：提供包含一欲蝕刻之材料的一基板；將該欲蝕刻之材料的一表面暴露至一改質氣體以改質該表面並形成一經改質之表面；及將該經改質之表面暴露至一高能粒子之一經減弱的劑量，俾使未經減弱的該劑量所具有之一能量在連續輸送至該經改質之表面時係高於該欲蝕刻之材料的一表面束縛能。
在各種實施例中，藉著變化經活化之物種的離子通量來減弱該劑量。
在某些實施例中，藉著變化該經改質之表面被暴露至該經活化之物種的時間期間來減弱該劑量。
在各種實施例中，該經減弱的劑量包含暴露至該經改質之表面之經活化之物種之在時間上分離的兩或更多脈動，以移除該經改質之表面的至少部分。
在某些實施例中，藉著變化暴露至該經改質之表面之經活化之物種中的離子的加速來減弱該劑量。
在各種實施例中，藉著變化被施加至支撐該基板之一基板支撐件並用以將經活化之物種有方向性地輸送至該經改質之表面的該偏壓來減弱該劑量。
另一態樣涉及一種基板處理方法，該方法包含：提供包含一欲蝕刻之材料的一基板；將該欲蝕刻之材料的一表面暴露至一改質氣體以改質該表面並形成一經改質之表面；以時間上分離脈動之形式，將該經改質之表面暴露至一高能粒子；及在該時間上分離脈動期間調制離子能量與劑量。在某些實施例中，調制離子能量與劑量包含增加該調制離子能量及以經減少的劑量補償該離子能量的該增加。
另一態樣涉及一種基板處理方法，該方法包含：將該基板暴露至一改質氣體以改質該基板的一表面而形成一經改質之表面；將該基板之該經改質之表面暴露至一移除氣體；及在將該經改質之表面暴露至該移除氣體期間，提供自一活化源所產生之能量之時間上分離的複數脈動，以自該基板移除該經改質之表面之至少一部分。
在某些實施例中，該方法亦包含在兩或更多循環中重覆將該基板暴露至該改質氣體並將該經改質之表面暴露至該移除氣體，俾以在每一循環中在將該經改質之表面暴露至該移除氣體的期間提供該能量之該時間上分離的複數脈動。
在各種實施例中，該能量之該時間上分離的複數脈動包含每一該循環至少100個時間上分離的能量脈動。
在各種實施例中，該能量之該時間上分離的複數脈動係足以移除該經改質之表面但不足以物理濺射該經改質之表面。
在各種實施例中，施加之該能量係藉由一偏壓範圍所定義，該偏壓範圍係介於在暴露至該移除氣體期間施加至該基板之足以移除該經改質之表面的一最小電壓與在暴露至該移除氣體期間施加至該基板之不足以濺射該經改質之表面的一最大電壓之間。
在各種實施例中，該能量之時間上分離的複數脈動係在介於約10 Hz至約200 Hz之間的一頻率下脈動。
在各種實施例中，該能量之時間上分離的複數脈動係在介於約1%至約10%之間的一工作週期下脈動。
在某些實施例中，該活化源包含兩或更多個活化源。
在某些實施例中，該活化源係選自由下列者所構成的族群：射頻電漿、施加至基板的偏壓、紫外線輻射、光子、及其組合。
在某些實施例中，該活化源包含施加以偏壓該基板的一電壓。該偏壓可至少介於約500 V至約1500 V之間。該偏壓可在0V至一電壓之間脈動，該電壓係介於約500V至約1500V之間。
在某些實施例中，該偏壓係在一低偏壓與一高偏壓之間脈動，該低偏壓係介於約100V至約300V之間而該高偏壓係介於約500V至約1500V之間。
在某些實施例中，該偏壓係利用介於約10 Hz至約200 Hz之間的一脈動頻率脈動。
在某些實施例中，該偏壓係利用介於約1%至約20%之間的一工作週期脈動。
在某些實施例中，該活化源包含射頻電漿。
在某些實施例中，該射頻電漿係藉由施加一功率所產生，該射頻電漿功率係於一OFF狀態與一ON狀態之間脈動，其中該OFF狀態之電漿功率為0W而該ON狀態之電漿功率係介於約50W至約900W之間。
在某些實施例中，該射頻電漿係藉由施加一功率所產生，該射頻電漿功率係於一低電漿功率與一高電漿功率之間脈動，其中該低電漿功率係介於約10W至約100W之間而該高電漿功率係介於約900W至約1500W之間。
在某些實施例中，射頻電漿係利用一脈動頻率脈動，該脈動頻率係介於約10 Hz至約200 Hz之間。
在某些實施例中，該射頻電漿脈動的一工作週期係介於約1%至約20%之間。
在某些實施例中，俾使該活化源包含射頻電漿及施加至該基板的偏壓。該偏壓可在0V與一電壓之間脈動，該電壓係介於約500V至約1500V之間。可在一低偏壓與一高偏壓之間脈動，該低偏壓係介於約100V至約300V之間而該高偏壓係介於約500V至約1500V之間。該射頻電漿可藉由施加一功率所產生且該射頻電漿功率係於一OFF狀態與一ON狀態之間脈動，其中該OFF狀態的電漿功率為0W而該ON狀態的電漿功率係介於約50W至約900W之間。該射頻電漿可在一低電漿功率與一高電漿功率之間脈動，其中該低電漿功率係介於約10W至約100W之間而該高電漿功率係介於約900W至約1500W之間。
在各種實施例中，該基板包含一或多個窄特徵部及一或多個寬特徵部。
在某些實施例中，該基板係在介於約0°C至約120°C之間的一基板溫度下受到處理。
在某些實施例中，在將該基板暴露至該改質氣體期間該基板係於具有一處理室壓力的一處理室中受到處理，該處理室壓力係介於約5 mTorr至約1 Torr之間。
在某些實施例中，在將該基板暴露至該移除氣體期間該基板係於具有一處理室壓力的一處理室中受到處理，該處理室壓力係介於約5 mTorr至約200 mTorr之間。
另一態樣涉及一種基板處理方法，該方法包含：將該基板暴露至一改質氣體以改質該基板的一表面而形成一經改質之表面；將該基板之該經改質之表面暴露至一移除氣體；及在將該經改質之表面暴露至該移除氣體期間，以時間上分離之兩或更多脈動之形式週期性地點燃一電漿，以自該基板移除該經改質之表面之至少一部分。
該方法亦包含在該兩或更多循環中重覆將該基板暴露至該改質氣體並將該經改質之表面暴露至該移除氣體，俾以在每一該循環中在將該經改質之表面暴露至該移除氣體的期間提供該電漿之該時間上分離的兩或更多脈動。
在某些實施例中，該電漿之時間上分離的複數脈動包含每一該循環至少100個電漿脈動。
該方法亦可包含在將該經改質之表面暴露至該移除氣體的期間於該複數脈動中施加一偏壓。在某些實施例中，該方法亦包含在該兩或更多循環中重覆將該基板暴露至該改質氣體並將該經改質之表面暴露至該移除氣體，俾以在每一該循環中在將該經改質之表面暴露至該移除氣體的期間提供電漿及偏壓之時間上分離的兩或更多脈動。
在某些實施例中，該電漿及該偏壓之時間上分離的複數脈動包含每一該循環至少100個脈動，一循環包含將該基板暴露至該改質氣體及將該經改質之表面暴露至該移除氣體。
在某些實施例中，該電漿及該偏壓係於一相同的頻率下脈動。
在某些實施例中，該電漿及該偏壓使用一相同的工作週期脈動。
另一態樣涉及一種基板處理方法，該方法包含：將該基板暴露至一改質氣體以改質該基板的一表面而形成一經改質之表面；將該基板之該經改質之表面暴露至一移除氣體；在暴露該經改質之表面的期間點燃一電漿；及在將該經改質之表面暴露至該移除氣體期間，以時間上分離之兩或更多脈動之形式週期性地施加一偏壓，以自該基板移除該經改質之表面之至少一部分。
該方法亦可包含在將該經改質之表面暴露至該移除氣體的期間點燃脈動之一電漿。
在某些實施例中，該方法亦包含在該兩或更多循環中重覆將該基板暴露至該改質氣體並將該經改質之表面暴露至該移除氣體，俾以在每一該循環中在將該經改質之表面暴露至該移除氣體的期間提供該偏壓功率之時間上分離的兩或更多脈動。
在某些實施例中，該偏壓功率之該時間上分離的複數脈動包含每一該循環至少100個脈動，一該循環包含將該基板暴露至該改質氣體及將該經改質之表面暴露至該移除氣體。
另一態樣涉及一種基板處理設備，該設備包含：一處理室，包含一噴淋頭與用以支撐該基板的一基板支撐件，該基板具有一材料；一電漿產生器；及具有至少一處理器與一記憶體的一控制器俾使該至少一處理器與該記憶體彼此通訊連接，該至少一處理器係與一流動控制硬體至少操作性地連接，記憶體儲存用於下列者的機器可讀指令：使一改質氣體導入該處理室；使一移除氣體導入該處理室；及在導入該移除氣體之期間使一活化源脈動。
在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：在導入該移除氣體之期間使該活化源之一脈動頻率係介於約10 Hz至約200 Hz之間。
在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：在導入該移除氣體之期間使該活化源之一工作週期係介於約1%至約10%之間。
在某些實施例中，該活化源為在該處理室中利用一電漿功率所產生之一電漿且該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該活化源在一OFF狀態與一ON狀態之間脈動，其中該OFF狀態的電漿功率為0W而該ON狀態的電漿功率係介於約50W至約900W之間。
在某些實施例中，該活化源為在該處理室所產生的一電漿且該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該活化源在一低電漿功率與一高電漿功率之間脈動，其中該低電漿功率係介於約10W至約100W之間而該高電漿功率係介於約900W至約1500W之間。
在某些實施例中，俾使該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使一偏壓以脈動方式施加至該基板支撐件。例如，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該偏壓在0V與一電壓之間脈動，該電壓係介於約500V至約1500V之間。在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該偏壓與該活化源在一相同的脈動頻率下脈動。在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該偏壓與該活化源在一相同的脈動工作週期下脈動。
另一態樣涉及一種基板處理設備，該設備包含：一處理室，包含一噴淋頭與用以支撐該基板的一基板支撐件，該基板具有一材料；一電漿產生器；及具有至少一處理器與一記憶體的一控制器俾使該至少一處理器與該記憶體彼此通訊連接，該至少一處理器係與一流動控制硬體至少操作性地連接，該記憶體儲存用於下列者的機器可讀指令：使一改質氣體導入該處理室；使一移除氣體導入該處理室；及在導入該移除氣體之期間在該處理室中產生具有時間上分離之兩或更多脈動之形式的一射頻電漿功率。
在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：在導入該移除氣體之期間使該射頻電漿功率之一脈動頻率係介於約10 Hz至約200 Hz之間。
在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：在導入該移除氣體之期間使該射頻電漿功率之一工作週期係介於約1%至約10%之間。
在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該射頻電漿功率在一OFF狀態與一ON狀態之間脈動，其中該OFF狀態的電漿功率為0W而該ON狀態的電漿功率係介於約50W至約900W之間。
在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該射頻電漿功率在一低電漿功率與一高電漿功率之間脈動，其中該低電漿功率係介於約10W至約100W之間而該高電漿功率係介於約900W至約1500W之間。
在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使一偏壓以脈動方式施加至該基板支撐件。
在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該偏壓在0V與一電壓之間脈動，該電壓係介於約500V至約1500V之間。
在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該偏壓在一低偏壓與一高偏壓之間脈動，其中該低偏壓係介於約100V至約300V之間而該高偏壓係介於約500V至約1500V之間。
在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該偏壓與該射頻電漿功率在一相同的脈動頻率下脈動。
在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該偏壓與該射頻電漿功率在一相同的脈動工作週期下脈動。
另一態樣涉及一種基板處理設備，該設備包含：一處理室，包含一噴淋頭與用以支撐該基板的一基板支撐件，該基板具有一材料；一電漿產生器；及具有至少一處理器與一記憶體的一控制器俾使該至少一處理器與該記憶體彼此通訊連接，該至少一處理器係與一流動控制硬體至少操作性地連接，該記憶體儲存用於下列者的機器可讀指令：使一改質氣體導入該處理室；使一移除氣體導入該處理室；及在導入該移除氣體之期間使一偏壓功率以時間上分離之兩或更多脈動之方式施加至該基板支撐件。
在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：在導入該移除氣體之期間使該偏壓功率之一脈動頻率係介於約10 Hz至約200 Hz之間。
在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：在導入該移除氣體之期間使該偏壓功率之一工作週期係介於約1%至約10%之間。
在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該偏壓功率在一OFF狀態與一ON狀態之間脈動，其中該OFF狀態的偏壓功率為0V而該ON狀態的偏壓功率係介於約500V至約1500V之間。
在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該偏壓功率在一低偏壓功率與一高偏壓功率之間脈動，其中該低偏壓功率係介於約100V至約300V之間而該高偏壓功率係介於約500V至約1500V之間。
在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：在導入該移除氣體之期間藉著施加脈動形式之一電漿功率以點燃一電漿。
在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該電漿功率在0W與一功率之間脈動，該功率係介於約50W至約900W之間。
在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該電漿功率與該偏壓功率在一相同的脈動頻率下脈動。
在某些實施例中，該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該電漿功率與該偏壓功率在一相同的脈動工作週期下脈動。
下面將參考附圖更進一步地說明此些及其他態樣。
在下面的敘述中將提供各種特定細節以提供對本發明的全面瞭解。然而，本發明實施例可在缺乏部分或全部此些特定細節的情況下實施。在其他的情況下，不詳細說明習知的處理操作以免不必要地模糊本發明實施例。雖然將利用特定的詳細實施例來說明本發明實施例，但應瞭解，其意不在限制文中所述之實施例。
半導體處理通常涉及各種蝕刻操作。處理及形成3D結構的一例示性技術涉及反應性離子蝕刻(RIE)，反應性離子蝕刻產生方向性蝕刻及側壁鈍化。一般而言，RIE產生反應性物種如自含氟化合物、氯、溴化氫所產生的含滷素物種以及離子如用於方向性蝕刻的氦及/或氬以及用以鈍化側壁表面的各種物種。然而當蝕刻深度增加，會部分因為當物種被輸送至特徵部底部時會碰撞到特徵部孔洞的側壁，發生不同深寬比之特徵部的深度負載。深度負載亦會因為各種孤立區域(如具有寬特徵部開口的特徵部)與緻密區域(如具有窄特徵部開口的特徵部)而發生。具有「窄」開口的特徵部可被定義為，開口直徑或線寬相對小於「寬」特徵部之開口或線寬的特徵部。寬特徵部所具有之開口直徑或關鍵尺寸可為窄特徵部之關鍵尺寸的至少1.5倍、或至少2倍、或至少5倍、或至少10倍、或大於10倍。「窄」特徵部的實例包含開口直徑介於約1 nm至約10 nm之間的特徵部。「寬」特徵部的實例包含開口尺寸具有數百奈米至約1微米之規模的特徵部。
蝕刻處理常涉及將欲蝕刻之材料暴露至蝕刻氣體的組合以移除材料。然而此類移除可能並非是自我限制性的且在某些情況中可能蝕刻得比期望更多或導致非所欲的特徵部輪廓。當特徵部尺寸縮小時，對原子規模之處理如原子層蝕刻(ALE)的需求持續增加。ALE為在名義上之自我限制步驟的循環中利用依序之自議限制反應移除薄材料層的技術，其導致膜厚的數位小變化。此處理的特徵在於平坦度及順形性，在某些ALE的情況中亦有方向性的特性。
ALE可用於先進半導體製造(如小於約10 nm的技術節點)中以原子規模的深度內解析與控制全面移除或圖案化定義蝕刻超薄材料層。一般而言，可利用任何適合的技術來進行ALE。原子層蝕刻技術的實例係載於2014年11月11日發證之美國專利US 8,883,028；2014年8月19日發證之美國專利US 8,808,561，將上述者的內容包含於此作為說明例示性原子層蝕刻與蝕刻技術的參考。在各種實施例中，可利用電漿或可以熱能進行ALE。在各種實施例中，可利用電漿或可以熱能進行ALE。
可以循環方式進行ALE。「ALE循環」之概念係與文中所討論的各種實施例相關。一般而言，一個ALE循環為用以進行一次蝕刻處理如蝕刻一單層所用的最小操作組。一個循環的結果為蝕刻基板表面上之一薄膜層的至少一部分。通常一個ALE循環包含形成一反應性膜層的一改質操作、接著用以只移除或只蝕刻此已經改質之膜層的一移除操作。循環可包含某些輔助操作如掃除反應物或副產物中的一者。一般而言，一個循環包含複數操作之一獨特程序的一實例。例如，一個ALE循環可包含下列操作：(i)輸送一反應物氣體、(ii)自處理室吹淨反應物氣體、(iii)輸送移除氣體及選擇性之電漿、及(iv)吹淨製程室。在某些實施例中，可以非共形的方式進行蝕刻。圖1顯示一個ALE循環的兩個例示性概略圖示。圖171a-171e顯示一大致上的ALE循環。在171a中，提供基板。在171b中，改質基板的表面。在171c中，準備下一步驟。在171d中，蝕刻經改質的膜層。在171e中，移除經改質的膜層。類似地，圖172a-172e顯示用以蝕刻矽膜之一個ALE循環的一實例。在172a中，提供包含許多矽原子的矽基板。在172b中，將反應物氣體氯導至基板以改質基板的表面。172b中的概圖顯示例如某些氯吸附至基板的表面。雖然圖1中顯示氯，但可使用任何含氯化合物或適合的反應物。在172c中，自製程室吹淨反應物氣體氯。在172d中，導入移除氣體氬與具有方向性的電漿(以Ar+ 電漿物種與箭頭代表)，然後進行離子轟擊以移除基板已經改質的表面。在低能量ALE中於能避免基板受到濺射的處理條件下連續地進行離子轟擊。在此操作中，施加偏壓至基板以吸引離子朝向基板。由於在此移除操作中連續地輸送功率，因此通常將偏壓功率設定至能避免濺射的功率。是以，施加至偏壓的功率通常落在小於約100V的規模。偏壓功率取決於欲蝕刻之材料，例如針對鍺偏壓功率可介於約10V至約35V之間但針對矽偏壓功率可介於約35V至約65V之間。在此些實例中，在大於35V的偏壓功率處鍺會濺射，在大於65V的偏壓功率處矽會濺射。因此，通常將偏壓功率維持在低位準以避免濺射且避免對基板與周遭材料造成損害。在此些實例中最小偏壓功率的「偏壓範圍」為對基板提供足夠能量以移除經改質之材料所需的最小偏壓功率。是以，針對鍺在小於20V的偏壓功率處、針對矽在小於35V的偏壓功率處連續地輸送偏壓功率，經改質之表面不會有足夠的能量從基板被移除。在172e中，吹淨處理室並移除副產物。
一循環可僅部分蝕刻介於約0.1 nm至約50 nm之間的材料、或介於約0.1 nm至約20 nm之間的材料、或介於約0.1 nm至約2 nm之間的材料、或介於約0.1 nm至約5 nm之間的材料、或介於約0.2 nm至約50 nm之間的材料、或介於約0.2 nm至約5 nm之間的材料。在一循環中所蝕刻的材料量可取決於以自我限制方式蝕刻的目的。在某些實施例中，ALE的一循環可移除小於一單層的材料。
ALE處理條件如處理室壓力、基板溫度、電漿功率、頻率與類型、及偏壓功率係取決於欲蝕刻之材料、用以改質欲蝕刻之材料之氣體的組成、欲蝕刻之材料下方的材料、及用以移除經改質之材料之氣體的組成。然而，此些因素的組合會使得進行用以蝕刻各種材料的ALE受到挑戰。
以自我限制方式進行ALE而不濺射種材料是很有挑戰的且因為通常將偏壓功率維持在低位準以避免濺射及損傷基板因此其通常受限於某些處理條件。
當特徵部尺寸縮小至小於10 nm特徵部寬度時，特徵部之間的1 nm關鍵尺寸變異會造成特徵部與特徵部之間之深寬比的大變動，且在藉由連續偏壓之傳統ALE(低能ALE)進行之蝕刻處理中會觀察到深度負載效應。在蝕刻處理期間， ALE之每一循環在較深溝槽中的材料蝕刻量係少於ALE之每一循環在較溝槽中的材料蝕刻量。在某些情況中即便在單一特徵部內，每一循環在特徵部底部處的蝕刻量會少於靠近特徵部之上部處的蝕刻量。不欲被特定的理論所限制，一般認為為了在極端3D的結構中達到ALE的自我限制特性，可能必須要變化自電漿供給的離子能量。然而對於具有各種深寬比的特徵部的基板而言，若選擇一離子能量俾使其足以利用ALE蝕刻具有一大特徵部開口的特徵部，具有較窄特徵部開口的特徵部將接收到具有較少能量及通量的離子藉此不足以蝕刻較小的特徵部。然而若選擇一較大的離子能量俾使其能有效地蝕刻具有窄特徵部開口的特徵部，較大特徵部將經歷到遠遠較高的離子能量藉此濺射較大特徵部的表面，消除了ALE的自我限制態樣。在3D結構中顯現的此深度負載效應指出，蝕刻率取決於特徵部的幾何特徵。
在蝕刻期間可能有幾何相依性有幾個原因。一例示性可能存在的挑戰為，因產生正離子而發生的充電效應，在高深寬比特徵部的特徵部開口處或附近因窄特徵部開口而累積了某些此類正離子藉此導致特徵部深度內的帶電差異即特徵部開口處帶的正電多於特徵部底部帶的正電，因而導致用以移除經改質之表面之進入之帶正電離子與帶正電之特徵部開口之間的排斥現象，藉此造成特徵部底部處之經改質之表面的不均勻移除。
鑑於許多新材料被導入積體電路處理中以及大量的處理參數(氣體壓力、晶圓溫度、電漿功率、離子能量等)組合，達到不濺射但卻以逐層自我限制性方式蝕刻特定材料且避免高深寬比特徵部中之充電效應的ALE處理是很有挑戰性的。
文中提供利用高能進行受到控制之原子層蝕刻的方法。所揭露的實施例涉及，將欲蝕刻之材料的表面暴露至改質氣體以改質該表面並形成經改質之表面，及將經改質的表面暴露至高能粒子，以相對於下方未經改質的表面優先移除經改質之表面，該高能粒子具有足以克服下方未經改質之表面之平均表面束縛能的離子能量。
例如，基板可包含欲蝕刻之材料，材料具有平均表面束縛能。欲蝕刻之材料包含各種材料層。若有原子層蝕刻的自我限制態樣，在暴露至改質氣體的期間，改質氣體改質欲蝕刻之材料的表面俾以改質受到裸露的表面但不改質下方的材料。當經改質之材料被暴露至高能粒子如離子、電子、中子、光子或其他物種時，高能粒子移除經改質之表面並留下下方未經改質的表面並維持ALE的自我限制態樣。高能粒子係以高能輸送，其可為足以克服欲蝕刻之材料之下方未經改質之表面之平均表面縛能的能量。意即在某些實施例中，若高能粒子以較大劑量被輸送至表面如一次輸送許多高能粒子，則高能粒子會打斷下方材料的鍵結，藉此濺射經改質之表面之下方的材料並最小化了ALE的自我限制態樣。相對地，所揭露之實施例涉及以輸送高能粒子的劑量來調制高能粒子的能量，俾以輸送小劑量來補償高能。在低能ALE中，以輸送高劑量來補償低能，意即以低能輸送高能粒子但持續以高劑量輸送，其仍然能夠只移除經改質之表面卻不影響下方未經改質的表面以維持 ALE的自我限制態樣。然而在高能ALE中，以輸送低劑量來補償高能，意即以遠遠高於低能ALE中所用之能量的高能來輸送低劑量之高能粒子(因此所移除之經改質之表面多於在低能ALE中以相同劑量輸送移除之經改質之表面)俾使蝕刻仍維持自我限制特性。
各種實施例涉及修改欲蝕刻之材料之表面並將經改質之表面暴露至自活化移除氣體所產生之經活化的物種之經減弱的劑量以移除經改質之表面之部分或全部。經減弱的劑量可利用各種方式達到。一種提供經活化的物種之經減弱的劑量的方式是以時間上分離的複數脈動輸送經活化的物種，其可涉及在高/低之間以及開啟/關閉處理之間以同步或非同步方式脈動電漿功率、偏壓、氣體流、或更多。經減弱的劑量被定義為輸送一劑量的減弱效應，此劑量所具有之能量在連續輸送至經改質之表面時係高於欲蝕刻之材料之濺射閾值能量。在某些情況中，濺射閾值為欲蝕刻之材料的表面束縛能。
輸送經減弱的劑量的另一方式為藉由變化經活化的物種的離子通量，但未經減弱的劑量具有大於表面束縛能的能量。輸送經減弱的劑量的更另一實例為，藉由變化經改質之表面暴露至經活化之物種之經減弱的劑量的時間期間。時間期間可能不足以移除經改質之表面。例如，經減弱之劑量持續特定時間期間的一單一脈動可能不足以移除經改質之表面，但以經減弱的劑量輸送持續相同時間期間的兩或更多脈動隨著時間可能足以移除經改質之表面。另一實例涉及，藉由變化在經活化的物種中所產生之離子的加速，將經減弱的劑量輸送至經改質之表面。另一實例涉及，藉著變化被施加至支撐基板之基板支撐件並用以將經活化之物種有方向性地輸送至經改質之表面的偏壓，而輸送經減弱的劑量。在某些實施例中，經減弱的劑量係足以移除經改質之表面但無法濺射下方未經改質的材料。
前面用以進行ALE的技術係基於在ALE之移除操作期間施加至支撐基板之基板支撐件之偏壓的「ALE範圍」，其能對經改質之表面提供充分的能量以自基板移除經改質之表面的分子(ALE範圍的下限)但所提供的能量係低於經改質之表面之閾值能量(ALE範圍的上限)，若超過閾值能量會造成經改質之表面之下方的材料及/或表面的物理濺射。此類技術聚焦於提供低偏壓與低電漿功率以避免表面上之材料的濺射以確保ALE移除為自我限制性的因此可在逐層處理中受到控制。
相對地，所揭露之實施例涉及操作高電漿功率、高偏壓、或兩者。應瞭解，「偏壓功率」與「偏壓」等詞在文中可互換使用以說明當偏壓被施加至基板支撐件時基板支撐件被設定的電壓。閾值偏壓功率或閾值偏壓代表在基板支撐件上之基板之表面上的材料受到濺射前能被施加至基板支撐件之偏壓的最大電壓。因此閾值偏壓功率部分取決於欲蝕刻之材料、用以產生電漿的氣體、用以點燃電漿之電漿功率、及電漿頻率。文中所述的偏壓功率或偏壓係以伏特作為量測單位，其係以「V」或「Vb」代表，其中b代表偏壓。文中所述之電子伏特(eV)為一電子通過1伏特之電位差加速後所獲得的能量的量。所揭露的實施例可在低工作週期脈動下操作如介於1%至10%之間的工作週期。所揭露的實施例因為被輸送至經活化之移除氣體的高能係足以克服排斥效應因此可克服充電問題。雖然在低能ALE中吾人可想像試著使用較高偏壓功率克服排斥效應，但低能ALE中的較高偏壓功率會因為長暴露時間而導致濺射或損傷基板，藉此失去ALE的自我限制特徵。相對地，使用高能下的脈動ALE能克服排斥效應並在不濺射的情況下維持ALE的自我限制特性。
如後續將更加說明的圖13中所示，通常預期利用短工作週期經改質之膜層的移除會不完全。
然而，所揭露的實施例涉及利用短工作週期來作為一技術進行利用高能的ALE。不欲被特定的理論所限制，一般認為ALE的移除操作是時間相依的。
讓此實例涉及經氯電漿改質的矽表面且具有SiCl之經改質之表面可利用氬電漿所移除。應瞭解，這僅提供作為一個實例，下面的所有表示式皆與欲由ALE之任何適合之電漿(替代氯)蝕刻之任何適合的材料以及能量物種(替代氬電漿)相關，ALE包含低能ALE與高能ALE兩者。
N0 代表基板上之表面點位的總數。表面點位的總數係由下式得到：
方程式1
其中N代表未經反應之點位的總數(SiCl留在表面上的點位)，S代表已經反應之點位的總數(僅有下方之Si留下來的點位)。
氯吸附至基板上之反應係由下式表示：
方程式2
此反應式顯示離子協助之脫附且假設無逆向反應故反應中之速率效率Y=每一離子之產率。
使F為離子之通量，單位為離子/cm2 -sec。
因此速率之表示式如下所示：
方程式3
[S]在時間t處的導數係由下式表示，假設k係與[S]及t相依：
方程式4
已經反應之表面的佔比係如下式以θ來表示：
方程式5A
方程式5B
方程式5A係改寫為方程式5B。在方程式5B中，θ(t)代表為時間函數的移除量，其中Y(ε)為移除一產品的離子產量(在0 eV處為0.1離子，藉此Y(ε)~，d為單位為1/cm2 的表面密度，F為離子通量(在某些設備中於50eV處約為1E16/cm2 )，t為氬離子「開啟」的時間如針對2秒操作之10%工作週期的0.2秒劑量。
後面將說明的圖12B顯示針對矽之ALE之使用方程式5A之逆相關函數之每一循環之蝕刻的實例。不欲被特定的理論所限制，一般認為在較高能量時動量傳輸更有效率因此在較高能量時需要較少的離子。圖4I與4J中提供一實例。在圖4I中，被輸送至經改質之表面之50eV的低離子能量利用以速度13000m/s輸送的氬移除經改質之表面，其中Y~0.1 SiClx/離子。相對地，在圖4J中，被輸送至經改質之表面之300eV的高離子能量利用以速度33000m/s輸送的氬移除表面，其中Y~0.5 SiClx/離子。是以，針對利用低離子能量需要10個離子才能移除的表面，利用高離子能量只需要兩個離子便能移除相同的表面。
不欲被特定的理論所限制，雖然濺射隨著離子能量增加，但SiCl 表面比下方的Si表面蝕刻得更快，因此對蝕刻量的貢獻小直到反應層被移除為止。若暴露時間極短，則反應層在移除時間的大部分時間處都存在。例如，圖15顯示蝕刻率對氬偏壓的實例，藉此在所有能量處SiCl (1501) 都蝕刻得比Si (1502)更快。
圖16A顯示在1.5秒/循環下利用50V偏壓的低能ALE的實例，其導造較平滑的表面、較大的暴露時間範圍、及每一循環更高的解析度，其可對下方層造成較少的損傷。灰色代表基板上的TEOS材料。綠色代表下方材料。圖16B顯示被暴露至使用高能脈動ALE之相同基板結構的實例，其造成下列的結果：利用類似綜效的較高產量、因較窄之離子角分佈函數(IADF)的較佳深寬比相依蝕刻(ARDE)(在50eV處IADF為8°而在500 eV處IADF為2°)、較小的充電效應、及較少的再沉積與離子散射。高能ALE可以短脈動輸送，其在 CCP反應器中是有用的。高能ALE能有較大的離子能量範圍。
所揭露的實施例適合蝕刻各種材料包含金屬、含金屬材料、介電材料、半導體材料、絕緣材料等。非限制性的實例包含矽、氧化矽、氮化矽、鎢、碳、鍺、金屬氧化物、及金屬氮化物(如氮化鈦、氮化鋁等)。雖然文中所提供的實例係針對蝕刻矽，但應瞭解所揭露的實施例可用以蝕刻各種材料，改質氣體化學品、移除氣體化學品、及處理條件可取決於欲蝕刻之材料。
文中之方法及設備係針對進行高能原子層蝕刻。可藉著以低劑量補償高能而使用高能原子層蝕刻(高能ALE)。相對地，傳統在低能下進行的ALE(低能ALE)涉及利用高劑量的低能。劑量被定義為，在ALE之移除操作期間所用之離子的數目。
在某些實施例中，可利用在文中被稱為脈動原子層蝕刻的蝕刻處理進行高能ALE。在某些情況中，「高能ALE」及「脈動ALE」兩詞可互換使用。一單一高能ALE循環包含至少兩個操作：1)以連續或脈動的電漿改質表面；及2)利用一或多個脈動能量源移除經改質之表面以移除經改質的膜層，一或多個脈動能量源例如是偏壓功率、或射頻電漿功率、或兩者、或光能。在一單一的高能ALE循環中的表面改質及/或移除操作的任一者中可使用複數脈動。例如，在某些實施例中，在移除期間可進行100偏壓功率脈動的100或更多個脈動。在移除期間可脈動偏壓或功率或兩者，在某些情況中可使用其他能量如光子能。當使用偏壓與電漿功率脈動兩者時，脈動可為同步的或非同步的。脈動的頻率可相同或不同。可取決於改質化學品、移除氣體化學品、欲蝕刻之材料、基板特徵部輪廓、及所揭露之實施例的應用來仔細剪裁脈動條件包含脈動之開啟/關閉或低與高功率或電壓之間的條件、脈動頻率、脈動之工作週期、脈動的持續時間。
可利用比低能ALE處理高介於約10倍至約20倍之間之較高離子能量而於高能ALE域中進行所揭露的實施例。某些實施例係藉著在極低的工作週期下同步脈動感應耦合電之功率及輸送電壓至基板而對基板施加的偏壓以進行某些實施例，極低的工作週期係介於約1% 至約10%之間。新處理域使吾人能蝕刻具有高深寬比如大於約30：1之深寬比的極窄特徵部並獲得低負載效應及較少或無橫向蝕刻。
經脈動之ALE可涉及脈動電漿及脈動離子偏壓兩者俾以在改質及移除兩者期間進行脈動。
在表面改質期間的脈動可控制有效之電漿時間且可針對用以進行改質的設備加以客製化。在移除期間的脈動可用以使用高能移除經改質之表面。在某些實施例中，在移除期間的脈動可包含脈動RF電漿與脈動偏壓功率兩者，且脈動可同步俾使RF電漿功率脈動與偏壓功率脈動係於相同的脈動頻率下脈動並使用相同的工作週期脈動。
使用經脈動之能量之脈動ALE提供一種延伸自我限制綜效範圍的方式。綜效意味著因表面改質與移除操作兩者的交互作用而發生有利的蝕刻。經延伸的綜效範圍到達較高偏壓/能量域，其可補償因與極窄3D結構相關的離子散射在到達蝕刻前線之前的離子能量/通量損失。是以，高能ALE提供一種操作域，其針對廣大範圍的關鍵尺寸及深寬比能對每一循環提供以自我限制反應的相同蝕刻。
高能ALE針對原子層蝕刻的綜效行為延伸自我限制能量範圍。在連續的離子轟擊中，矽的濺射閾值電壓例如可大於100V。意即，在大於100V的偏壓功率下，矽表面將受到濺射。脈動模式產生在特定頻率與工作週期下的電漿及離子。利用在較低工作週期下的功率/偏壓脈動可將閾值濺射偏壓增加至較高的偏壓功率。是以，相較於低能ALE，偏壓脈動將自我限制能量範圍的範圍與大小增加至少一個數量級。
不欲被特定的理論所限制，一般認為脈動原子層蝕刻係由於利用脈動減少離子注量而達到。鑑於注量等於通量乘以時間，其代表離子的劑量。例如最簡單的估計，劑量的減少可藉由工作週期及步驟時間的比值加以計算。例如，針對10%之工作週期，劑量時間為具有脈動的2秒而非5秒，則注量有效減少94%。是以在此實例中，晶圓被暴露至0.06倍低能ALE中所用之原始離子劑量。每一循環的蝕刻量取決於離子劑量及離子能量。一般而言，減少劑量會導致較低的蝕刻量。不欲被特定的理論所限制，一般認為藉著選擇較高的離子能量可補償較低劑量。
相較於反應性離子蝕刻，高能ALE使用兩個自我限制步驟以獨立地控制反應物的輸送及表面反應。脈動偏壓模式重新定義ALE的自我限制範圍以對ALE蝕刻3D結構提供一域，在此域中偏壓功率 或RF功率係獨立於溝槽尺寸及深寬比。所提供的實施例適合用於全面蝕刻及圖案化基板蝕刻兩者。在某些實施例中，高能ALE的偏壓範圍可具有非尖銳的最大值俾使高能ALE所用之不會造成濺射的最大偏壓為值的範圍而非單一組值。
所揭露的實施例擴大了ALE能量範圍，其被稱為使蝕刻為實質上自我限制性的電壓範圍。在某些實施例中，ALE能量範圍係由評估每一循環之蝕刻對電壓之作圖所決定，在某些實施例中ALE能量範圍涉及識別每一循環之蝕刻為高原之處而能量範圍被計算為+高原值之約10%。在某些實施例中，這可藉由判斷反曲點的方式進行：判斷正斜率變為斜率0的反曲點(最小值)、及判斷斜率0變為正斜率的反曲點(最大值)。在某些實施例中，ALE能量範圍為可施加至基板以移除材料之經改質之表面但不濺射基板的電壓的範圍。電壓的範圍包含一最小電壓及一最大電壓，最小電壓為提供至經改質之表面上足以移除經改質之材料所需的最小電壓最大電壓為在移除氣體濺射基板之前基板可耐受的最大電壓。
在低能ALE中，在傾向於被減少以避免濺射對基板所造成之損傷的偏壓的範圍中，偏壓範圍通常更窄。藉著變化工作週期可因而改變施加能量至移除氣體的持續時間，由於工作週期減少則暴露至能量的持續時間減少，因此偏壓範圍的範圍與大小增加俾使可施加至基板的偏壓可上至低能ALE期間所用之偏壓的10至20倍。大致上可預期，在移除期間在移除氣體上使用較高的能量會導致較多的損傷，是以吾人可藉由減少偏壓或RF電漿功率而減少能量的量以試著緩和損傷。然而不欲被特定的理論所限制，一般認為針對每一組改質化學品、移除氣體化學品及基板材料化學物之隨著時間累積的能量的量係用以提供為了移除經改質之材料的偏壓範圍。在低能ALE中，觀察到為了避免濺射在偏壓功率上的某些限制。然而在高能ALE中，由於偏壓係以脈動方式隨著時間輸送，偏壓功率可上至低能ALE期間所用之偏壓功率的10倍或20倍。應注意，雖然高能ALE係以脈動方式進行，但在某些實施例中在ALE期間可使用其他技術輸送高能。雖然在高能ALE 所用之偏壓功率下的低能ALE會造成濺射，但高能ALE將高偏壓功率隨著時間分離，藉此避免在基板上發生任何濺射。可修改取決於改質化學品、移除氣體化學及欲蝕刻之材料的施加能量與時間(如工作週期)與通量的組合，以利用某些所揭露的實施例最大化偏壓範圍。
所揭露的實施例可能尤其適合用以蝕刻 FinFET應用的特徵部。圖2顯示例示性的FinFET結構(鰭形場效電晶體) 200。基板202可為半導體基板。在此結構中，表面214a與204a係對應至源區域而214b與204b係對應至汲區域。襯墊212使基板202之半導體材料與絕緣體材料230如氧化矽分離。可將薄閘極介電層206b與206a沉積於絕緣體材料230上方以使絕緣體材料230與閘極分離，閘極包含間隙壁210、閘電極208及閘電極阻障層208a。 電接觸件250係形成在閘極的上部上方。某些所揭露的實施例可用以針對形成在基板202中的溝槽定義鰭/淺溝槽隔離並得到最小的深度負載。此外，某些所揭露的實施例可適合用於閘電極沉積之虛置閘極移除。
圖3A與3B之流程圖顯示根據某些所揭露的實施例進行的方法的操作。圖3A與3B中的操作可在介於約1 mTorr至約100 Torr之間如介於約1 mTorr至約1 Torr之間如約50 mTorr的處理室壓力下進行。圖3A與3B中的操作可在介於約0°C至約120°C之間的基板溫度下進行。
對於下面的討論應瞭解，圖3A之操作302、304、306、310與312可對應至及/或等於圖3B的操作302、304、306、310與312。在操作302中，將基板提供至處理室。基板可為矽晶圓如200-mm晶圓、300-mm晶圓、或450-mm晶圓，其包含具有一或多層材料膜層如介電材料、導電材料、半導電材料沉積於基板上的晶圓。圖案化的基板可具有「特徵部」如貫孔或接觸孔，其特徵在於一或多個窄及/或凹角的開口、特徵部內的收縮、及高深寬比。特徵部可形成在上述膜層中的一或多層中。特徵部的一實例為在半導體基板中或基板上之一膜層中的孔洞或貫洞。另一實例為基板或膜層中的溝槽。在各種實施例中，特徵部可具有下層如阻障層或黏著層。下層的非限制性實例包含介電層及導電層如氧化矽、氮化矽、碳化矽、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物及金屬層。
在某些實施例中，基板不具有任何特徵部且基板之表面為材料的毯覆層。在某些實施例中，基板包含各種尺寸的特徵部。在各種實施例中，自施行所揭露之實施例所製造的基板可取決於在進行所揭露之實施例之前基板上之特徵部的深寬比。在某些實施例中，在操作301中所揭露之基板上的特徵部可具有至少約2：1、至少約3：1、至少約4：1、至少約6：1、至少約10：1、至少約30：1、或更高的深寬比。特徵部亦可具有接近開口如介於約5 nm至500 nm之間如介於約25 nm至約300 nm之間之開口直徑或線寬的的尺寸。所揭露的方法可在具有小於約20nm之開口之特徵部的基板上進行。
通孔、溝槽或其他凹陷特徵部可指未經填充的特徵部或特徵部。根據各種實施例，特徵部輪廓可逐漸變窄及/或在特徵部開口處包含懸突。凹角輪廓為一種自特徵部底部、封閉端或內部向特徵部開口變窄的輪廓。凹角輪廓可藉由下列方式產生：在圖案化期間非對稱性之蝕刻動力學及/或因在先前薄膜沉積如擴散阻障層沉積時之非共形薄膜階梯覆蓋所生之懸突。在各種實例中，特徵部在特徵部上部處之開口中的寬度係小於特徵部之中間及/或底部的寬度。
在操作304中，將基板暴露至改質氣體一段足以改質基板之至少一表面的期間。在操作304中將蝕刻化學品導入至處理室中。如文中所述，在將材料導入至處理室中的操作中，在涉及利用電漿之原子層蝕刻的某些實施例中，可在處理基板或晶圓之前可將化學品導入至處理室中以穩定反應器或處理室。穩定處理室可使用和穩定操作後之操作中所用之化學品相同的流率、壓力、溫度及其他條件。在某些實施例中，穩定處理室可涉及不同的參數。在某些實施例中，在操作304期間連續流動載氣如N2 、Ar、Ne、He、及其組合。在某些實施例中，載氣僅用於移除期間。在如下所述的某些操作中可使用載氣作為吹淨氣體。
改質操作形成一薄的反應性表面層，在接續移除操作中其厚度比未經改質之材料更容易被移除。在改質操作中，可將氯導入處理室中以氯化基板。氯係用以在所揭露的實施例中作為例示性的蝕刻劑物種，但應瞭解在某些實施例中，將不同的蝕刻氣體導入至處理室中。可取決於欲蝕刻之基板的類型與化學品來選擇於蝕刻氣體。在某些實施例中，可點燃電漿然後氯與基板反應以進行蝕刻處理。在某些實施例中，氯化與基板反應或吸附至基板表面上。在各種實施例中，將氣體形式的氯導入處理室中且氯可選擇性地伴隨載氣，載氣可為上面所述之任何載氣。自氯電漿所產生的物種可藉著在容納基板之處理室中形成電漿而直接產生或在不容納基板之處理室中遠端產生然後被供給至容納基板的處理室中。在某些實施例中，未使用電漿且可將氯熱導入處理室中。
在各種實施例中，電漿可為感應耦合電漿或電容耦合電漿。感應耦合電漿可被設定為介於約50W至約2000之間的電漿。在某些實施例中，施加介於約0V至約500V之間的偏壓。
在各種實施例中，點燃電漿以促進基板表面之改質。在某些實施例中，在遠端電漿室中點燃改質氣體以產生電漿物種然後將電漿物種輸送至容納基板的處理室。在某些實施例中，在處理室內點燃改質氣體。
在各種實施例中，在操作304期間脈動電漿。可使電漿在ON狀態與OFF狀態之間脈動，ON狀態之電漿功率係介於約50W至約2000W之間而OFF狀態之電漿功率為0W。在某些實施例中，電漿可在低狀態與高狀態之間脈動，低狀態之電漿功率係介於約10W至約100W之間而高狀態之電漿功率係介於約900W至約1500W之間。
脈動可在介於約10 Hz至約200Hz之間的脈動頻率下進行。針對改質氣體之電漿脈動的工作週期可介於約1%至約20%之間。應瞭解，脈動可涉及重覆循環且每一循環可持續一時間期間T。時間期間T包含一特定期間內脈動ON時間的持續時間(電漿處於ON狀態的持續時間)及脈動OFF時間的持續時間(電漿處於OFF狀態的持續時間)。脈動頻率可被理解為1/T。例如，針對脈動期間T = 100 µs，頻率為1/T = 1/100µs或10 kHz。工作週期或工作比為在期間T中能量源ON狀態的佔比或百分比俾使工作週期或工作比為脈動ON時間除以T。例如，針對脈動期間T = 100 µs，若脈動ON 時間為70 µs(俾使在一期間中能量源ON狀態之持續期間為70 µs)且脈動OFF時間為30 µs (俾使在一期間中能量源OFF狀態之持續期間為30 µs)，則工作週期為70%。
圖4H可用於ALE循環的各種工作週期的實例，其包含3%、10%、40%、及100% (100%為ALE以充分綜效但在連續能量下進行的情況)。在圖4H中提供當Ar開啟時對應「ON」時間的概圖。
在某些實施例中，脈動電漿以使更高的能量可被輸送至改質氣體。在某些實施例中，可脈動電漿以使用以產生電漿的設備在解決設備限制的特定條件下操作。例如，針對無法輸送短連續持續期間之電漿功率的設備而言，將可在短連續持續期間中輸送的劑量沿著較長的時間期間分離為複數脈動，俾使總電漿ON時間係與短連續期間相同，容易輸送可充分改質基板表面上之大部分或全部活化點位的電漿功率。例如，若氯連續改質矽表面所需的最少時間量為400毫米但設備無法輸送氯氣與電漿功率如此短又連續的期間，則400毫秒期間可以利用連續氯氣流及四個循環之100ms脈動電漿功率與400ms無電漿功率來達成。
在操作306中，選擇性地吹淨處理室以移除並未改質基板表面之多餘的改質氣體分子。在吹淨操作中，可自處理室移除未表面鍵結的活化氯物種。這可藉由吹淨及/或排放處理室以移除活化物種但不移除已吸收之膜層來達成。藉由簡單地停止電漿並使剩下的物種衰退並選擇性地搭配吹淨及/或排放處理室可移除在氯電漿中所產生的物種。可利用任何惰性氣體如N2 、Ar、Ne、He、及其組合來進行吹淨。
在操作308a中，將活化氣體輸送至基板並使用活化源自活化氣體產生經活化的物種，經活化的物種係用以移除經改質之表面。在操作308a中，將基板暴露至經活化的物種的高能劑量以蝕刻基板，經活化的物種可藉由脈動能量源如RF電漿功率、偏壓功率、光子、或其他能量源輸送。在某些實施例中，在一個ALE循環中於操作308a期間提供多於一個高能劑量。以高於能濺射經改質之表面之閾值能量的能量提供高能劑量一段不足以利用單一能量劑量移除經改質之表面的期間。活化氣體可為惰性氣體或貴重氣體如氬、氦、氖、氪、氙、或其組合。在某些實施例中，單一高能劑量的能量是濺射閾值能量的至少兩倍至至少15倍。例如，在某些實施例中，針對使用所揭露之實施例蝕刻矽，相較於65V之例示性閾值濺射偏壓功率，在至少150 eV、或至少500 eV、或至少1000 eV、或介於100 eV至約1500 eV之間之偏壓功率下提供高能劑量。
在某些實施例中，脈動一或多個能量源時連續輸送一或多個能量源。例如，在某些實施例中，在RF電漿功率為連續時脈動偏壓功率。在某些實施例中，脈動RF電漿功率並脈動偏壓功率。在某些實施例中，脈動RF電漿功率且偏壓功率為連續的。在各種實施例中，在脈動功率的情況中，脈動可在ON狀態與OFF狀態之間、或在低狀態與高狀態之間進行。
電漿功率與偏壓功率的脈動條件(包含頻率與工作週期)取決於欲蝕刻之材料。可使用下列的範圍利用氯作為改質氣體移除矽。對於RF電漿功率而言，當其在ON狀態與OFF狀態之間脈動時，在ON狀態期間的功率可介於約50W 至約900W之間。對於RF電漿功率而言，當其在低功率與高功率之間脈動時，在高功率期間的功率可介於約900W至約1500W之間且在低功率期間的功率可介於約10W至約100W之間。對於偏壓功率而言，當其在ON狀態與OFF狀態之間脈動時，偏壓功率可為低能ALE之偏壓功率的約10倍至約20倍。對於蝕刻矽而言，針對介於約1%至約10%之間的工作週期，ON狀態之偏壓功率可介於約100V至約1500V之間。對於偏壓功率而言，當其在高功率與低功率之間脈動時，針對介於約1%至約10%之間的工作週期，高功率的偏壓功率可介於約500V至約1500V之間，針對介於約1%至約10%之間的工作週期，低功率可介於約100V至約300V之間。在某些實施例中，在一個ALE循環期間偏壓及RF電漿功率脈動至少約100次。
在一實例中，可使用下列處理條件蝕刻矽：


表1. 矽之高能ALE的例示性處理條件
在某些實施例中，RF電漿功率係連續但偏壓功率在ON狀態與OFF狀態之間脈動。在某些實施例中，當RF電漿功率係連續時偏壓功率在高功率與低功率之間脈動。在某些實施例中，當RF電漿功率在ON狀態與OFF狀態之間脈動時偏壓功率在ON狀態與OFF狀態之間脈動。在某些實施例中，當RF電漿功率在高功率與低功率之間脈動時偏壓功率在ON狀態與OFF狀態之間脈動。在某些實施例中，當RF電漿功率在ON狀態與OFF狀態之間脈動時偏壓功率在高功率與低功率之間脈動。在某些實施例中，當RF電漿功率在高功率與低功率之間脈動時偏壓功率在高功率與低功率之間脈動。在某些實施例中，高偏壓功率可上至提供足以移除經改質之表面但不濺射之能量的最大偏壓功率，低偏壓功率可低至提供在特定RF電漿功率與工作週期下足以移除經改質之表面之能量的最小偏壓功率。
在某些實施例中，RF功率與偏壓功率的脈動是同步的俾以在偏壓功率開啟時RF功率開啟且在偏壓功率關閉時RF功率關閉、或者當偏壓功率高時RF功率開啟且當偏壓功率低時RF功率關閉、或者當偏壓功率開啟時RF功率高且當偏壓功率關閉時RF功率低、或者當偏壓功率高時RF功率高且當偏壓功率低時RF功率低。
在某些實施例中，RF功率與偏壓功率的脈動是非同步的俾以在偏壓功率開啟時RF功率關閉且在偏壓功率關閉時RF功率開啟、或者當偏壓功率高時RF功率關閉且當偏壓功率低時RF功率開啟、或者當偏壓功率開啟時RF功率低且當偏壓功率關閉時RF功率高、或者當偏壓功率高時RF功率低且當偏壓功率低時RF功率高。在某些實施例中，脈動RF功率之頻率與脈動偏壓功率的頻率相同。在某些實施例中，脈動RF功率之頻率與脈動偏壓功率的頻率不同。
脈動可在介於約10 Hz至約200Hz之間如約200 Hz的頻率下進行。活化氣體之電漿脈動的工作週期可介於約1%至約10%之間。在各種實施例中，減少工作週期會增加偏壓範圍的範圍與大小，因此較小的工作週期會造成較廣的偏壓範圍及施加至基板之較大偏壓功率的容裕。
針對圖3B，在操作308b中，將經改質之表面暴露至高能粒子以蝕刻經改質之表面。高能粒子所具有之離子能量可高於欲蝕刻之材料之下方未經改質之表面的平均表面束縛能。如上面針對操作308a所述，可以脈動形式將高能粒子輸送至基板。在某些實施例中，高能粒子不會明顯地濺射下方之未經改質的材料。例如，在移除期間高能粒子濺射之下方未經改質之材料的量係少於一循環中高能粒子所移除之材料總量的約10%。
在各種實施例中，操作308b涉及若將經改質之表面暴露至低離子能量，則暴露經改質之表面一段不足以移除經改質之表面之至少80%的期間。
在操作310中，選擇性地吹淨處理室以移除來自操作308a或308b之移除操作之多餘的活化氣體及反應副產物。
在操作312中，選擇性地在複數循環中重覆操作304-310。在各種實施例中，可在複數循環中重覆改質與移除操作如介於約1循環至約200循環之間、或介於約1循環至約150循環之間、或介於約1循環至約70循環之間、或介於約1循環至約40循環之間、或介於約1循環至約30循環之間、或介於約1循環至約20循環之間。可包含任何適合數目之ALE循環以蝕刻薄膜期望的量。在某些實施例中，在複數循環中進行ALE以蝕刻基板上之膜層之表面介於約1Å至約50Å之間的厚度。在某些實施例中，ALE之複數循環蝕刻基板上之膜層之表面介於約2Å至約50Å之間的厚度。
在圖4A-4G顯示各種時序概圖的實例。對於此些圖示而言，雖然在表面改質期間顯示RF電漿是關閉的，但在各種實施例中在表面改質期間開啟電漿。在圖4A-4G的所有實例中，在表面改質期間開啟改質氣體並使其維持固定，並在吹淨階段及移除期間關閉改質氣體；在移除期間開啟移除氣體並使其維持固定，並在吹淨階段及移除期間關閉移除氣體。雖然未顯示但應瞭解，在蝕刻循環期間可連續地流動載氣。在某些實施例中，吹淨階段氣體係與移除氣體相同，因此在吹淨階段期間可開啟移除氣體至不輸送電漿或偏壓功率(未顯示)。
圖4A顯示表面改質、吹淨、移除及吹淨的兩個蝕刻循環，其中當在移除操作期間偏壓功率係於ON與OFF之間脈動時在移除操作期間RF電漿係維持固定。雖然在一個ALE循環中於移除期間針對偏壓功率只顯示四個ON脈動，但可使用複數脈動及各種工作週期如介於1%至10%之間之工作週期。
圖4B顯示表面改質、吹淨、移除及吹淨的兩個蝕刻循環，其中當在移除操作期間偏壓功率係於低功率與高功率之間脈動時在移除操作期間RF電漿係維持固定。雖然在一個ALE循環中於移除期間針對偏壓功率只顯示四個高功率脈動，但可使用複數脈動及各種工作週期如介於1%至10%之間之工作週期。
圖4C顯示表面改質、吹淨、移除及吹淨的兩個蝕刻循環，其中當在移除操作期間偏壓功率係於ON與OFF之間脈動時在移除操作期間RF電漿係亦於ON與OFF之間脈動。雖然在一個ALE循環中於移除期間只顯示四個ON脈動，但可使用複數脈動及各種工作週期如介於1%至10%之間之工作週期。在此實例中， RF脈動與偏壓功率脈動係以相同的頻率與工作週期同步脈動。
圖4D顯示表面改質、吹淨、移除及吹淨的兩個蝕刻循環，其中當在移除操作期間偏壓功率係於高功率與低功率之間脈動時在移除操作期間RF電漿係亦於ON與OFF之間脈動。雖然在一個ALE循環中於移除期間只顯示四個脈動，但可使用複數脈動及各種工作週期如介於1%至10%之間之工作週期。在此實例中， RF脈動與偏壓功率脈動係以相同的頻率與工作週期同步脈動。
圖4E顯示表面改質、吹淨、移除及吹淨的兩個蝕刻循環，其中當在移除操作期間偏壓功率係於ON與OFF之間脈動時在移除操作期間RF電漿係亦於高功率與低功率之間脈動。雖然在一個ALE循環中於移除期間只顯示四個脈動，但可使用複數脈動及各種工作週期如介於1%至10%之間之工作週期。在此實例中， RF脈動與偏壓功率脈動係以相同的頻率與工作週期同步脈動。
圖4F顯示表面改質、吹淨、移除及吹淨的兩個蝕刻循環，其中當在移除操作期間偏壓功率係於高功率與低功率之間脈動時在移除操作期間RF電漿係亦於高功率與低功率之間脈動。雖然在一個ALE循環中於移除期間只顯示四個脈動，但可使用複數脈動及各種工作週期如介於1%至10%之間之工作週期。在此實例中， RF脈動與偏壓功率脈動係以相同的頻率與工作週期同步脈動。
圖4G顯示表面改質、吹淨、移除及吹淨的兩個蝕刻循環，其中當在移除操作期間偏壓功率係於ON與OFF之間脈動時在移除操作期間RF電漿係亦於ON與OFF之間脈動。雖然在一個ALE循環中於移除期間只顯示四個偏壓功率(及只顯示三個RF電漿脈動)脈動，但可使用複數脈動及各種工作週期如介於1%至10%之間之工作週期。在此實例中， RF脈動與偏壓功率脈動係以相同的頻率與工作週期同步脈動。在此實例中， RF脈動與偏壓功率脈動係不同步但具有相同頻率俾使當RF電漿關閉時偏壓功率開啟且當RF電漿開啟偏壓功率關閉以相同的頻率與工作週期同步脈動。
圖4A-4G供提供在各種脈動ALE實施例中的脈動時序實例。當瞭解，在某些所揭露之脈動ALE實施例中可使用許多變化。
文中提供用以達到蝕刻選擇比的實施例。例如，蝕刻選擇比可取決於欲蝕刻之材料、所用之移除氣體與改質氣體、及在ON狀態期間脈動用的偏壓功率，因此在較低的偏壓功率下可以觀察到兩種材料間的較高選擇比但在較高的偏壓功率下可以觀察到兩種材料間的較低選擇比。由於所揭露的實施例針對操作自我限制性脈動ALE擴大了偏壓範圍，因此這使吾人能在脈動ALE期間利用各種偏壓功率剪裁一種材料相對於另一材料的蝕刻選擇比以獲得期望的蝕刻特性及在某些實施例中獲得期望的特徵部輪廓。
設備
現在說明在某些實施例中適合用於原子層蝕刻(ALE)操作的感應耦合電漿(ICP)反應器。在2013年12月10日申請之名為「IMAGE REVERSAL WITH AHM GAP FILL FOR MULTIPLE PATTERNING」的美國專利公開案US 2014/0170853中揭露了此類ICP反應器，將上述者的所有內容包含於此作為參考。雖然文中說明ICP反應器，但在某些實施例中，應瞭解亦可使用電容耦合電漿反應器。在某些實施例中，可使用電子迴旋共振電漿。
圖5概略顯示適合施行文中某些實施例之感應耦合電漿蝕刻設備500的橫剖面圖，此設備500的一實例為加州Fremont之科林研發公司所製造的KiyoTM 反應器。感應耦合電漿設備500包含結構由室壁501與窗511所定義的整體處理室501。室壁501可由不銹鋼或鋁所製成。窗511可由石英、或其他介電材料所製成。選擇性的內電漿格柵550將整體處理室501分隔為上子室502與下子室503。在大部分的實施例中，可移除電漿格柵550，藉此使用由上子室502與下子室503所構成的室空間。夾頭517係位於下子室503內接近內部底表面之處。夾頭517係用以接收半導體晶圓519並在進行蝕刻與沉積處理時將半導體晶圓519支撐於其上。夾頭517可為當晶圓519存在時用以支撐晶圓519的靜電夾頭。在某些實施例中，一邊緣環(未顯示)環繞夾頭517且具有在夾頭517上存在晶圓519時與晶圓519上表面近乎持平的上表面。夾頭517亦包含靜電電極以夾持與釋放晶圓。為了此目的可提供濾波器及DC夾持電源(未顯示)。亦可提供用以將晶圓519舉升離開夾頭517的其他控制系統。利用RF電源523可使夾頭517帶電。RF電源523係經由連接件527而連接至匹配電路521。可將偏壓功率輸送至夾頭517以使基板偏壓。在各種實施例中，可將偏壓功率設定至介於0V(無偏壓)至約2000V之間、或介於0V至1800V之間、或介於0V至1500V之間、或介於500V至約1500V之間的一值。匹配電路521係經由連接件525而連接至夾頭517。在此方式下，RF電源523係連接至夾頭517。
用以產生電漿的元件包含位於窗511上方的線圈533。在某些實施例中，於所揭露的實施例中未使用線圈。線圈533係自導電材料所製造且包含至少完整的一圈。圖5中所示之例示性之線圈533包含三圈。具有「X」之線圈533符號的橫剖面代表線圈533旋轉地延伸進入紙面，具有「•」之線圈533符號代表線圈533旋轉地延伸出紙面。用以產生電漿的元件亦包含用以將RF功率供給至線圈533的RF電源541。一般而言，RF電源541係經由連接件545而連接至匹配電路539。匹配電路539係經由連接件543而連接至線圈533。以此方式，RF電源541係連接至線圈533。針對一ALE循環，RF電源541在改質操作期間可利用介於1%至約20%之間的工作週期在介於10 Hz至200 Hz之間的頻率處脈動及/或在移除操作期間可利用介於1%至約20%的工作週期在介於10 Hz至200 Hz之間的頻率處脈動。選擇性的法拉第屏549係位於線圈533與窗511之間。法拉第屏549維持與線圈533空間分隔的關係。法拉第屏549係緊鄰窗511並設置在窗511的上方。線圈533、法拉第屏549、及窗511每一者係以實質上彼此平行的方式配置。法拉第屏可避免金屬或其他物種沉積至電漿室501的介電窗上。
處理氣體(如氯、氬、氧等)可經由位於上處理室中的一或多個主氣體流動入口560及/或經由一或多個側氣體流動入口570流至處理室501中。類似地，雖然未明確顯示，但可使用類似的氣體流動入口將處理氣體供給至電容耦合電漿處理室。可使用真空泵浦如一或兩階段的機械乾式泵浦及/或渦輪分子泵浦540以將處理氣體抽出處理室501並維持處理室501內的壓力。例如，可在ALE的吹淨操作期間使用泵浦排空處理室501。可使用閥控制的導管將真空泵浦流體連接至處理室501以選擇性地控制真空泵浦所提供的真空環境的施加。這可藉著在操作性電漿處理期間使用閉迴路控制式的流動限制裝置如節流閥(未顯示)或擺閥(未顯示)來達成。類似地，亦可使用連接至電容耦合電漿處理室的真空泵浦及閥控制流體連接件。
在設備的操作期間，可經由氣體流動入口560及/或570供給一或多種處理氣體。在某些實施例中，可僅經由主氣體流動入口560或可僅經由側氣體流動入口570供給處理氣體。在某些情況中，例如可以更複雜的氣體流動入口、一或多個噴淋頭來取代圖中所示的氣體流動入口。法拉第屏549及/或選擇性的格柵550可包含內部通道與孔洞使處理氣體得以被輸送至處理室501。法拉第屏549及選擇性之格柵550中的任一者或兩者可具有用以輸送處理氣體之噴淋頭的功能。在某些實施例中，可將一液體蒸發與輸送系統設置在處理室501上游，俾使液體反應物或前驅物一旦蒸發後，經蒸發的反應物或前驅物便藉由氣體流動入口560及/或570被導入至處理室501中。例示性的液體前驅物包含SiCl4 及矽醯胺。
自RF電源541將射頻功率供給至線圈533以使RF電流流過線圈533。流經線圈433之RF電流在線圈433周圍產生電磁場。流經線圈533之RF電流在線圈533周圍產生電磁場。電磁場在上子室502內產生感應電流。經產生之各種離子與自由基與晶圓519物理及化學作用以選擇性地蝕刻晶圓上的特徵部並在晶圓上沉積膜層。
若使用電漿格柵而產生上子室502與下子室503兩者，則感應電流會作用於存在於上子室502中的氣體而在上子室502中產生電子-離子電漿。選擇性的內部電漿格柵550限制在下子室503中的熱電子量。在某些實施例中，設計及操作設備俾使下子室503中的電漿為離子-離子電漿。
上電子-離子電漿與下離子-離子電漿兩者皆包含正離子與負離子，但離子-離子電漿具有更高比例之負離子比正離子。揮發性蝕刻及/或沉積副產物係經由接口522而自下子室503移除。文中所揭露的夾頭517可在介於約200°至約600°之間或介於-20°C至約250°C的溫度下操作以處理基板而蝕刻鉭，可將夾頭517設定在低於約0°C的溫度。溫度取決於處理操作及特定的配方及所用的設備。
當處理室501被安裝至潔淨室或製造場所時其通常被耦合至複數設施(未顯示)。複數設施包含提供處理氣體、真空、溫度控制、及環境粒子控制的水電系統。當處理室501被安裝至目標製造場所中時，此些設施係耦合至處理室501。此外，處理室501可耦合至傳送室，傳送室可利用典型的自動化系統使機器人將半導體晶圓傳送進出處理室501。
在某些實施例中，系統控制器530(其可包含一或多個實體或邏輯控制器)控制處理室之複數操作中的某些或所有操作。系統控制器530可包含一或多個記憶體裝置及一或多個處理器。在某些實施例中，設備包含用以控制流率及所述實施例進行持續時間的切換系統。在某些實施例中，設備可具有上至約500 ms、或上至約750 ms的切換時間。切換時間可取決於流動化學品、所選擇的配方、反應器結構、及其他因素。
在某些實施例中，控制器530為系統的一部分，系統可為上述實例的一部分。此類系統可包含半導體處理設備，其包含一處理設備或複數製程設備、一處理室或複數處理室、一處理平臺或複數處理平臺、及/或特定的處理元件(晶圓平臺、氣體流動系統等)。此些系統係與一些電子裝置整合，此些電子裝置係用以在半導體晶圓或基板處理之前、期間及之後控制系統的操作。此些電子裝置係稱為「控制器」，其可控制系統或複數系統的各種元件或子部件。取決於處理參數及/或系統類型，控制器530可被程式化以控制文中所揭露的任何處理包含輸送處理氣體、溫度設定(如加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體輸送設定、位置與操作設定、晶圓傳輸進入或離開設備與連接至特定系統或與特定系統交界的其他傳輸設備及/或裝載互鎖機構。
概括地說，控制器530可被定義為具有各種積體電路、邏輯、記憶體及/或軟體的電子裝置，其可接收指令、發佈指令、控制操作、致能清潔操作、致能終點量測等。積體電路可包含儲存了程式指令之具有韌體形式的晶片、數位訊號處理器(DSP)、被定義為特定應用積體電路(ASIC)的晶片及/或能執行程式指令(如軟體)的一或多個微處理器或微控制器。程式指令可為與控制器通訊之具有各種獨立設定(或程式檔案)形式的指令，其定義為了在半導體晶圓上或針對半導體晶圓進行特定處理或對系統進行特定處理所用的操作參數。在某些實施例中，操作參數為製程工程師為了完成一或多膜層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路及/或晶圓之晶粒之製造期間的一或多個處理步驟所定義之配方的一部分。在某些實施例中，控制器530可用以決定ALE之改質操作之溫度範圍、或決定ALE之移除操作用之處理條件的範圍、或決定兩者。
在某些實施例中控制器530為整合至系統、耦合至系統、藉由網路連接至系統、或其組合的電腦的一部分或控制器耦合至電腦。例如，控制器可位於「雲端」中或工廠主機電腦系統的全部或部分中，這允許使用者遠端接取晶圓處理。電腦可致能遠端接取系統以監控製造操作的目前進展、檢視過去製造操作的歷程、自複數製造操作檢視驅勢或效能度量、改變現有處理的參數、設定處理步驟以符合現有處理、或開始一新的處理。在某些實例中，遠端電腦(或伺服器)可經由網路對系統提供處理配方，網路包含區域網路或網際網路。遠端電腦可包含使用者介面，使用者介面讓使用者能進入或程式化參數及/或設定，然後自遠端電腦與系統通訊。在某些實例中，控制器530接收數據形式的指令，指令指出在一或多個操作期間欲施行之每一處理步驟的參數。應瞭解，參數係特別針對欲施行之處理的類型及控制器用以交界或控制之設備的類型。因此如上所述，可分散控制器530如藉著包含一或多個藉由網路互連並朝向共同目的如文中所述之處理及控制工作的離散控制器。為了此類目的的分散控制器的實例為處理室上的一或多個積體電路，其係與一或多個位於遠端(例如位於平臺位準或遠端電腦的一部分)的積體電路通訊而共同控制處理室上的處理。
不受限地，例示性的系統可包含電漿蝕刻室或模組、沉積室或模組、旋轉沖洗室或模組、金屬鍍室或模組、清潔室或模組、邊緣蝕刻室或模組、物理氣相沉積(PVD)室或模組、化學氣相沉積(CVD)室或模組、原子層沉積(ALD)室或模組、原子層蝕刻(ALE)室或模組、離子植入室或模組、軌道室或模組、及和半導體晶圓之製造相關或用於製造的任何其他半導體處理系統。
如上所述，取決於設備所進行的處理步驟或複數步驟，控制器可與下列的一或多者通訊交流：其他設備的電路或模組、其他設備的元件、叢集設備、其他設備的界面、相鄰設備、鄰近設備、位於工廠內的設備、主電腦、另一控制器、或半導體製造工廠中用以將晶圓容器載入與載出設備位置及/或裝載接口的材料運輸用設備。
圖6顯示具有各種模組之半導體處理叢集設備，此些模組係與真空傳送模組638 (VTM)交界。用以在多個儲存設施與處理模組之間「傳送」晶圓的傳送模組的配置可被稱為「叢集設備結構」系統。顯示氣鎖630(亦被稱為加載互鎖或傳送模組)位於具有四個處理模組620a-620d的VTM 638中，處理模組620a-620d可各別被最佳化以進行各種製造處理。例如，可使用處理模組620a-620d進行基板蝕刻、沉積、離子植入、晶圓清潔、濺射、及/或其他半導體處理。可以文中所揭露的方式使用複數基板蝕刻處理模組中的一或多者(620a-620d中的任何者)，即用以導入改質氣體、用以導入移除氣體、及根據所揭露之實施例的任何適合功能。氣鎖630與處理模組620可被稱為「站」。每站具有使此站與VTM 638交界的刻面636。當晶圓626在各個站之間移動時，在每一刻面內使用感應器1-18偵測晶圓626的通過。
機器人622在複數站點之間傳送晶圓626。在一實施例中機器人622可具有單臂，在另一實施例中機器人622可具有雙臂其中每一臂具有用以拾取晶圓如晶圓626傳送用的末端執行器624。在大氣傳送模組(ATM)640中的前端機器人632可用以將晶圓626自加載接口模組(LPM)642中的晶圓盒或前開口標準艙(FOUP)634傳送至氣鎖630。處理模組620內的模組中心628為用以放置晶圓626的一位置。ATM 640中的對準裝置644可用以對準晶圓。
在一例示性的處理方法中，晶圓被放置到LPM 642中之複數FOUP 634的一者中。前端機器人632將晶圓自FOUP 634傳送至對準裝置644，對準裝置644能在晶圓626受到蝕刻、或其他處理之前適當地將晶圓626置中。在對準後，前端機器人632將晶圓626移至氣鎖630中。由於氣鎖模組具有使ATM與VTM間之環境匹配的能力，因此晶圓626可在兩個壓力環境之間移動而不受損害。機器人622將晶圓626自氣鎖模組630經由VTM 638而移至處理模組620a-620d中的一者。為了達成此晶圓移動，機器人622使用在其每一臂上的末端執行器624。一旦晶圓626受到處理後，機器人622將晶圓626自處理模組620a-620d移動至氣鎖模組630。前端機器人632可將晶圓626自氣鎖模組630移動至複數FOUP 634中的一者或移動至對準裝置644。
應注意，控制晶圓移動的電腦可位於叢集結構的附近、或可位於製造樓層中叢集結構的外部、或位於遠端並藉由網路而連接至叢集結構。針對圖5所述的控制器可與圖6中的設備一起使用。
實驗
實驗1
藉著將基板暴露至脈動原子層蝕刻的40個循環，在基板上之絕緣材料上的矽上進行實驗，其中每一循環包含：在40 mTorr下以100 Hz 頻率脈動之改質用之200 sccm的氯；利用氬吹淨；流動400 sccm的氦並使用300W電漿，利用在100 Hz 頻率下之脈動偏壓(ON/OFF)；利用氬吹淨。針對每一次試行決定每一循環的蝕刻，每一試行針對ON狀態偏壓使用一不同的偏壓功率其中ON狀態偏壓的範圍係自100至500V且每50V為一增額。在圖7中繪製偏壓功率對每一循環之蝕刻的厚度(單位為埃)，其顯示在介於300V至500V之間之高偏壓功率處出現具有自我限制域的飽和蝕刻率，此高偏壓功率係實質上高於連續ALE中的自我限制偏壓功率。圖7中的Y軸為線性刻度。
實驗2
進行實驗以決定基板上之非晶矽與氧化矽材料之每一循環的蝕刻。將非晶矽與氧化矽兩者皆暴露至使用氦作為移除氣體的脈動原子層蝕刻的70個循環，其中每一循環包含：在20 mTorr下以100 Hz 頻率脈動之改質用之180 sccm的氯與180 sccm的氦，未施加偏壓；利用氬吹淨；流動400 sccm的氦並使用0W電漿，利用在100 Hz 頻率下之脈動偏壓(ON/OFF)；利用氬吹淨。針對ON狀態偏壓之各種偏壓功率決定每一循環的蝕刻，ON狀態偏壓的範圍係自100至500V且每100V為一增額。在圖8A中繪製偏壓功率對每一循環之蝕刻的厚度(單位為埃)，其顯示非晶矽(三角形)比氧化矽(圓形)有更高之每一循環的蝕刻量。圖8A 中之Y軸為線性刻度。非晶矽對氧化矽的蝕刻選擇比係計算並顯示於圖8B中，其顯示在較低偏壓功率處有較高的選擇比而在高偏壓功率處有較低的選擇比。此些結果指出，利用脈動ALE可剪裁出較廣的偏壓功率範圍以達到蝕刻選擇比。
實驗3
進行實驗以決定基板上之非晶矽與氧化矽材料之每一循環的蝕刻。將非晶矽與氧化矽兩者皆暴露至使用氬作為移除氣體的脈動原子層蝕刻的200個循環，其中每一循環包含：在20 mTorr下以100 Hz 頻率脈動之改質用之180 sccm的氯與180 sccm的氦，未施加偏壓且電漿功率為200W；利用氬吹淨；流動400 sccm的氬並使用0W電漿功率，利用在100 Hz 頻率下之脈動偏壓(ON/OFF)；利用氬吹淨。針對ON狀態偏壓之各種偏壓功率決定每一循環的蝕刻，ON狀態偏壓的範圍係自200至400V且每25V或50V為一增額。在圖9A中繪製偏壓功率對每一循環之蝕刻的厚度(單位為埃)，其顯示非晶矽(三角形)比氧化矽(圓形)有更高之每一循環的蝕刻量。圖9A 中之Y軸為線性刻度。非晶矽對氧化矽的蝕刻選擇比係計算並顯示於圖9B中，其顯示在較低偏壓功率處有較高的選擇比而在高偏壓功率處有較低的選擇比。此些結果指出，利用脈動ALE可剪裁出較廣的偏壓功率範圍以達到蝕刻選擇比。
實驗4
在圖案化基板上利用脈動ALE進行實驗，其中使用氦作為移除氣體。基板的圖案包含孤立與緻密結構兩者，孤立結構具有80 nm之特徵部而緻密結構具有在特徵部開口附近具有約5 nm的特徵部，特徵部深度係為60 nm至80 nm的規模。在120°C的基板溫度下將基板暴露至脈動ALE的複數循環，每一循環包含：利用電漿之氯劑量；以氦吹淨；利用電漿之氦移除氣體的暴露，每次暴露3秒且脈動偏壓具有25%之工作週期，偏壓功率介於0V至65V之間；以氦吹淨。針對具有廣泛關鍵尺寸範圍的各種溝槽計算節距的負載百分比並將結構繪於圖10A中。如所示，當溝槽尺寸增加時，節距負載減少。
在120°C之基板溫度下將具有類似結構的圖案暴露至脈動ALE 之複數循環，每一循環包含：利用電漿之氯劑量；以氦吹淨；利用電漿之氦移除氣體的暴露，每次暴露3秒且脈動偏壓具有10%之工作週期，偏壓功率介於0V至150V之間；以氦吹淨。針對具有廣泛關鍵尺寸範圍的各種溝槽計算節距的負載百分比並將結構繪於圖10B中。如所示，當溝槽尺寸增加時，節距負載減少。
產生基板的影像，其顯示：對於特徵部開口小於的溝槽而言, 利用10% 工作週期介於0V至150V之間之較高的氦偏壓脈動針對基板各處每一特徵部所達到的蝕刻深度比利用25% 工作週期介於0V至65V之間之低氦偏壓脈動針對基板各處每一特徵部所達到的蝕刻深度更均勻。
實驗5
圖11顯示針對三條不同的曲線每一循環之蝕刻對移除操作期間之偏壓的比較。曲線1002顯示，當在移除操作期間利用2秒暴露時間並以3% 工作週期進行ALE時每一循環之蝕刻的實例。曲線1101顯示，當在移除操作期間利用2秒暴露時間並以10% 工作週期進行ALE時每一循環之蝕刻的實例。前兩者係與曲線1103比較，曲線1103顯示在移除期間利用7秒暴露時間不脈動(如工作週期為100%)進行ALE。如所示，脈動實施例飽和(10% 工作週期在約900 eV處飽和且3% 工作週期在約1500 eV處飽和)，但非脈動實施例所提供的數據不會具有特定的飽和偏壓。
實驗6
圖12A顯示針對每一循環之蝕刻對移除期間連續暴露中之偏壓所收集到的實驗數據的實例。箭頭1201顯示每一循環之蝕刻飽和處之電壓的ALE範圍的實例。
圖12B顯示在矽之連續ALE中每一循環之蝕刻對期間的實例。 相較之下，文獻顯示在蝕刻反應器中離子束的蝕刻量(為氬暴露期間的函數)涉及在介於100至300秒之氬暴露的蝕刻量增加、接著在上至約650秒處蝕刻量的相對水平斜率、然後在某些情況中氬暴露超過700秒後蝕刻量的稍微增加。
實驗7
圖13顯示完全移除之離子能量係取決於氬離子的「ON」時間。
圖14A顯示利用氯作為改質氣體並利用氬作為移除氣體在矽基板上各種ON時間的ALE範圍，假設通量率為F=F 0 (1+a*V偏壓 ^1.5)，其中F 0係由實驗數據所決定。例如，曲線1401代表每一脈動為0.06秒之一循環之標準化蝕刻、曲線1402代表每一脈動為0.2秒之一循環之標準化蝕刻、曲線1403代表每一脈動為0.5秒之一循環之標準化蝕刻、曲線1405代表每一脈動為1秒之一循環之標準化蝕刻、曲線1407代表每一脈動為2秒之一循環之標準化蝕刻、曲線1408代表每一脈動為3秒之一循環之標準化蝕刻、曲線1409代表每一脈動為7秒之一循環之標準化蝕刻。線1410顯示蝕刻一膜層處的量。
圖14B顯示脈動ALE之每一循環之蝕刻數據的例示性模擬擬合，脈動ALE利用特定的氬ON時間並利用ALE綜效可完全移除。此些結果指示，在移除期間內即便利用遠遠較高的「ON」時間期間，脈動ALE可使用每一循環較高的蝕刻率完全移除但不發生實質上的濺射。
雖然為了清楚瞭解的目的已詳細地說明前面的實施例，但應明白，在隨附之申請專利範圍的範疇內可進行某些變化與修改。應注意，有許多施行本發明實施例之處理、系統、設備的替代方案。因此，文中所揭露之實施例應被視為說明性而非限制性，本發明之實施例不限於文中所列舉之細節。
172a-172e‧‧‧圖
202‧‧‧FinFET結構
202‧‧‧基板
204a‧‧‧源區域
204b‧‧‧汲區域
206a‧‧‧閘極介電層
206b‧‧‧閘極介電層
208‧‧‧閘電極
208a‧‧‧閘電極阻障層
210‧‧‧間隙壁
212‧‧‧襯墊
214a‧‧‧源區域
214b‧‧‧源區域
230‧‧‧絕緣體材料
250‧‧‧接觸件
302‧‧‧操作
304‧‧‧操作
306‧‧‧操作
308a‧‧‧操作
308b‧‧‧操作
310‧‧‧操作
312‧‧‧操作
500‧‧‧設備
501‧‧‧室壁/蝕刻室
502‧‧‧上子室
503‧‧‧下子室
511‧‧‧窗
517‧‧‧夾頭
519‧‧‧晶圓
521‧‧‧匹配電路
522‧‧‧接口
523‧‧‧RF電源
525‧‧‧連接件
527‧‧‧連接件
530‧‧‧系統控制器
533‧‧‧線圈
539‧‧‧匹配電路
540‧‧‧泵浦
541‧‧‧RF電源
543‧‧‧連接件
549‧‧‧法拉第屏
550‧‧‧內電漿格柵
560‧‧‧主氣體流動入口
570‧‧‧側氣體流動入口
620‧‧‧處理模組
620a-620d‧‧‧處理模組
622‧‧‧機器人
624‧‧‧末端執行器
626‧‧‧晶圓
628‧‧‧模組中心
630‧‧‧氣鎖
632‧‧‧前端機器人
634‧‧‧晶圓盒或前開口標準艙
636‧‧‧刻面
638‧‧‧真空傳送模組
640‧‧‧大氣傳送模組
642‧‧‧加載接口模組
644‧‧‧對準裝置
1041‧‧‧曲線
1042‧‧‧曲線
1403‧‧‧曲線
1405‧‧‧曲線
1407‧‧‧曲線
1408‧‧‧曲線
1409‧‧‧曲線
1410‧‧‧曲線
圖1顯示受到原子層蝕刻之基板的略概例示圖。
圖2顯示FinFET半導體裝置之三維概略圖。
圖3A與3B之處理流程圖顯示根據本發明某些實施例之方法的操作。
圖4A-4G之時序概圖顯示根據本發明某些實施例所進行之操作的實例。
圖4H為例示性低能與高能ALE之時序概圖。
圖4I與4J為在ALE中低與高離子能量移除一經改質之膜層的例示概圖。
圖5為用以進行本發明實施例的例示性處理室的概圖。
圖6為用以進行本發明實施例的例示性處理設備的概圖。
圖7為每一循環之絕緣體上覆矽之蝕刻的圖，每一循環之蝕刻為在脈動ALE中所用之偏壓功率的函數，其中偏壓功率係針對根據本發明實施例進行的一實驗脈動。
圖8A為每一循環之非晶矽與氧化矽之蝕刻的圖，每一循環之蝕刻為在脈動ALE中所用之偏壓功率的函數，其中偏壓功率係針對根據本發明實施例進行的一實驗脈動。
圖8B為蝕刻選擇比之圖，蝕刻選擇比為在脈動ALE中所用之偏壓功率的函數，其中偏壓功率係針對圖8A進行的實驗脈動。
圖9A為每一循環之非晶矽與氧化矽之蝕刻的圖，每一循環之蝕刻為在脈動ALE中所用之偏壓功率的函數，其中偏壓功率係針對根據本發明實施例進行的一實驗脈動。
圖9B為蝕刻選擇比之圖，蝕刻選擇比為在ALE中所用之脈動偏壓功率的函數，其中偏壓功率係針對圖9A進行的實驗脈動。
圖10A與10B為節距負載之圖，節距負載為根據本發明實施例進行的一實驗之不同偏壓功率之脈動ALE中所用之溝槽關鍵尺寸的函數。
圖11顯示使用脈動ALE對使用非脈動ALE之每一循環的材料蝕刻。
圖12A為基於方程式5B所提供之函數之每一循環蝕刻模型的實例。
圖12B顯示每一循環之蝕刻，其在一低能ALE實例中為氬偏壓的函數。
圖13為離子能量的實例，其為完整移除之氬暴露「開啟」時間的函數。
圖14A為ALE每一循環之標準化蝕刻的實例，其為脈動ALE之氬暴露之各種「開啟」時間的函數。
圖14B例示針對模擬數據及實驗數據之氬暴露「開啟」時間之每一循環之蝕刻。
圖15顯示針對矽與SiCl之各種氬偏壓的例示性蝕刻率。
圖16A為在一實驗中將基板暴露至50V 氬偏壓的例示性圖。
圖16B為在一實驗中將基板暴露至200V 氬偏壓的例示性圖。

Claims (89)

  1. 一種基板處理方法，該方法包含： 提供包含一欲蝕刻之材料的一基板； 將該欲蝕刻之材料的一表面暴露至一改質氣體，以改質該表面並形成一經改質之表面；及 將該經改質的表面暴露至一高能粒子，以相對於一下方未經改質的表面優先移除該經改質之表面，該高能粒子具有足以克服該下方未經改質之表面之一平均表面束縛能的一離子能量。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中該高能粒子的該離子能量係足以打斷該下方未經改質之表面的鍵結。
  3. 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中該高能粒子係以在時間上分離的劑量輸送，該時間上分離的劑量具有介於約1%至約10%之間的一工作週期。
  4. 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中在將該經改質之表面暴露至該高能粒子的期間施加一偏壓至支撐該基板的一基板支撐件。
  5. 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中該高能粒子移除該經改質之表面的一量，該經改質之表面的移除量係由下式所表示： 其中Y為該高能粒子之離子產率、F為該高能粒子之通量、t為該高能粒子的暴露期間、而d為該欲蝕刻之材料的表面密度。
  6. 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中該高能粒子不會明顯地濺射該下方之未經改質的材料。
  7. 如申請專利範圍第5項之基板處理方法，其中將該經改質之表面暴露至該高能粒子的一持續期間係足以以一自我限制方式移除該經改質之表面。
  8. 一種基板處理方法，該方法包含： 提供包含一欲蝕刻之材料的一基板； 將該欲蝕刻之材料的一表面暴露至一改質氣體，以改質該表面並形成一經改質之表面；及 施加一偏壓，同時將該經改質的表面暴露至一高能粒子以移除該經改質之表面， 其中施加至該偏壓的電能係至少為150 eV。
  9. 如申請專利範圍第8項之基板處理方法，其中施加至該偏壓的該電能係至少為500 eV。
  10. 一種基板處理方法，該方法包含： 提供包含一欲蝕刻之材料的一基板； 將該欲蝕刻之材料的一表面暴露至一改質氣體，以改質該表面並形成一經改質之表面；及 輸送一劑量的高能粒子至該經改質之表面以移除該經改質之表面， 其中該劑量在使用小於一下方未經改質之表面之一表面束縛能的一偏壓而輸送時係不足以移除經改質之表面。
  11. 一種基板處理方法，該方法包含： 提供包含一欲蝕刻之材料的一基板； 將該欲蝕刻之材料的一表面暴露至一改質氣體，以改質該表面並形成一經改質之表面；及 將該經改質的表面暴露至一高能粒子持續一段時間，以相對於一下方未經改質的表面優先移除該經改質之表面的至少80%，該段時間係大於足以藉由一離子轟擊移除該經改質之表面與該下方未經改質之表面的一段期間。
  12. 一種基板處理方法，該方法包含： 提供包含一欲蝕刻之材料的一基板； 將該欲蝕刻之材料的一表面暴露至一改質氣體，以改質該表面並形成一經改質之表面；及 將該經改質的表面暴露至脈動形式的一高能粒子，該脈動具有小於100%的一工作週期。
  13. 一種基板處理方法，該方法包含： 提供包含一欲蝕刻之材料的一基板； 將該欲蝕刻之材料的一表面暴露至一改質氣體，以改質該表面並形成一經改質之表面；及 將該經改質之表面暴露至一經減弱的劑量之高能粒子， 其中未經減弱的該劑量在連續輸送至該經改質之表面時具有高於該欲蝕刻之材料的一表面束縛能之能量。
  14. 如申請專利範圍第13項之基板處理方法，其中藉著變化經活化之物種的離子通量來減弱該劑量。
  15. 如申請專利範圍第13項之基板處理方法，其中藉著變化該經改質之表面被暴露至經活化之物種的時間期間來減弱該劑量。
  16. 如申請專利範圍第13項之基板處理方法，其中該經減弱的劑量包含輸送至該經改質之表面之經活化之物種之在時間上分離的兩或更多脈動，以移除該經改質之表面的至少部分。
  17. 如申請專利範圍第13項之基板處理方法，其中藉著變化輸送至該經改質之表面之經活化之物種中的離子的加速來減弱該劑量。
  18. 如申請專利範圍第13項之基板處理方法，其中藉著變化被施加至支撐該基板之一基板支撐件並用以將經活化之物種有方向性地輸送至該經改質之表面的偏壓來減弱該劑量。
  19. 一種基板處理方法，該方法包含： 提供包含一欲蝕刻之材料的一基板； 將該欲蝕刻之材料的一表面暴露至一改質氣體，以改質該表面並形成一經改質之表面； 以時間上分離脈動之形式，將該經改質之表面暴露至一高能粒子；及 在該時間上分離脈動期間調制離子能量與劑量。
  20. 如申請專利範圍第19項之基板處理方法，其中調制離子能量與劑量包含增加該離子能量及以減少的劑量補償該離子能量的增加。
  21. 一種基板處理方法，該方法包含： 將該基板暴露至一改質氣體，以改質該基板的一表面而形成一經改質之表面； 將該基板之該經改質之表面暴露至一移除氣體；及 在將該經改質之表面暴露至該移除氣體期間，提供自一活化源所產生之能量之時間上分離的複數脈動，以自該基板移除該經改質之表面之至少一部分。
  22. 如申請專利範圍第21項之基板處理方法，更包含在兩或更多循環中重覆將該基板暴露至該改質氣體並將該經改質之表面暴露至該移除氣體，其中在每一循環中在將該經改質之表面暴露至該移除氣體的期間提供該能量之該時間上分離的複數脈動。
  23. 如申請專利範圍第22項之基板處理方法，其中該能量之該時間上分離的複數脈動包含每一循環至少100個時間上分離的能量脈動。
  24. 如申請專利範圍第21項之基板處理方法，其中該能量之該時間上分離的複數脈動係足以移除該經改質之表面但不足以物理濺射該經改質之表面。
  25. 如申請專利範圍第21項之基板處理方法，其中提供之該能量係藉由一偏壓範圍所定義，該偏壓範圍具有在暴露至該移除氣體期間施加至該基板之足以移除該經改質之表面的一最小電壓、與在暴露至該移除氣體期間施加至該基板之不足以濺射該經改質之表面的一最大電壓。
  26. 如申請專利範圍第21-25項中任一項之基板處理方法，其中該能量之時間上分離的複數脈動係在介於約10 Hz至約200 Hz之間的一頻率下脈動。
  27. 如申請專利範圍第21-25項中任一項之基板處理方法，其中該能量之時間上分離的複數脈動係在介於約1%至約10%之間的一工作週期下脈動。
  28. 如申請專利範圍第21-25項中任一項之基板處理方法，其中該活化源包含兩或更多個來源。
  29. 如申請專利範圍第21-25項中任一項之基板處理方法，其中該活化源係選自由下列者所構成的族群：射頻電漿、施加至基板的偏壓、紫外線輻射、光子、及其組合。
  30. 如申請專利範圍第21-25項中任一項之基板處理方法，其中該活化源包含施加以偏壓該基板的一偏壓電壓。
  31. 如申請專利範圍第30項之基板處理方法，其中該偏壓電壓係至少介於約500 V至約1500 V之間。
  32. 如申請專利範圍第30項之基板處理方法，其中該偏壓電壓係在0V與介於約500V至約1500V間之一偏壓電壓之間脈動。
  33. 如申請專利範圍第30項之基板處理方法，其中該偏壓電壓係在一低偏壓電壓與一高偏壓電壓之間脈動，該低偏壓電壓係介於約100V至約300V之間而該高偏壓電壓係介於約500V至約1500V之間。
  34. 如申請專利範圍第30項之基板處理方法，其中該偏壓電壓係利用介於約10 Hz至約200 Hz之間的一脈動頻率脈動。
  35. 如申請專利範圍第30項之基板處理方法，其中該偏壓電壓係利用介於約1%至約20%之間的一工作週期脈動。
  36. 如申請專利範圍第21-25項中任一項之基板處理方法，其中該活化源包含射頻電漿。
  37. 如申請專利範圍第36項之基板處理方法，其中該射頻電漿係藉由施加一功率所產生，該射頻電漿功率係於一OFF狀態與一ON狀態之間脈動，其中該OFF狀態之電漿功率為0W而該ON狀態之電漿功率係介於約50W至約900W之間。
  38. 如申請專利範圍第36項之基板處理方法，其中該射頻電漿係藉由施加一功率所產生，該射頻電漿功率係於一低電漿功率與一高電漿功率之間脈動，其中該低電漿功率係介於約10W至約100W之間而該高電漿功率係介於約900W至約1500W之間。
  39. 如申請專利範圍第36項之基板處理方法，其中該射頻電漿係利用一脈動頻率脈動，該脈動頻率係介於約10 Hz至約200 Hz之間。
  40. 如申請專利範圍第36項之基板處理方法，其中該射頻電漿脈動的一工作週期係介於約1%至約20%之間。
  41. 如申請專利範圍第21-25項中任一項之基板處理方法，其中該活化源包含射頻電漿及施加至該基板的偏壓。
  42. 如申請專利範圍第41項之基板處理方法，其中該偏壓係在0V與一偏壓電壓之間脈動，該偏壓電壓係介於約500V至約1500V之間。
  43. 如申請專利範圍第41項之基板處理方法，其中該偏壓係在一低偏壓電壓與一高偏壓電壓之間脈動，該低偏壓電壓係介於約100V至約300V之間而該高偏壓電壓係介於約500V至約1500V之間。
  44. 如申請專利範圍第41項之基板處理方法，其中該射頻電漿係藉由施加一功率所產生，且該射頻電漿功率係於一OFF狀態與一ON狀態之間脈動，其中該OFF狀態的電漿功率為0W而該ON狀態的電漿功率係介於約50W至約900W之間。
  45. 如申請專利範圍第41項之基板處理方法，其中該射頻電漿係在一低電漿功率與一高電漿功率之間脈動，其中該低電漿功率係介於約10W至約100W之間而該高電漿功率係介於約900W至約1500W之間。
  46. 如申請專利範圍第21-25項中任一項之基板處理方法，其中該基板包含一或多個窄特徵部及一或多個寬特徵部。
  47. 如申請專利範圍第21-25項中任一項之基板處理方法，其中該基板係在介於約0°C至約120°C之間的一基板溫度下受到處理。
  48. 如申請專利範圍第21-25項中任一項之基板處理方法，其中在將該基板暴露至該改質氣體期間該基板係於具有一處理室壓力的一處理室中受到處理，該處理室壓力係介於約5 mTorr至約1 Torr之間。
  49. 如申請專利範圍第21-25項中任一項之基板處理方法，其中在將該基板暴露至該移除氣體期間該基板係於具有一處理室壓力的一處理室中受到處理，該處理室壓力係介於約5 mTorr至約200 mTorr之間。
  50. 一種基板處理方法，該方法包含： 將該基板暴露至一改質氣體，以改質該基板的一表面而形成一經改質之表面； 將該基板之該經改質之表面暴露至一移除氣體；及 在將該經改質之表面暴露至該移除氣體期間，以時間上分離之兩或更多脈動之形式週期性地點燃一電漿，以自該基板移除該經改質之表面之至少一部分。
  51. 如申請專利範圍第50項之基板處理方法，更包含在兩或更多循環中重覆將該基板暴露至該改質氣體並將該經改質之表面暴露至該移除氣體，其中在每一循環中在將該經改質之表面暴露至該移除氣體的期間提供該電漿之時間上分離的兩或更多脈動。
  52. 如申請專利範圍第50項之基板處理方法，其中該電漿之時間上分離的複數脈動包含每一循環至少100個電漿脈動。
  53. 如申請專利範圍第50-52項中任一項之基板處理方法，更包含在將該經改質之表面暴露至該移除氣體的期間於該複數脈動中施加一偏壓。
  54. 如申請專利範圍第53項之基板處理方法，更包含在兩或更多循環中重覆將該基板暴露至該改質氣體並將該經改質之表面暴露至該移除氣體，其中在每一循環中在將該經改質之表面暴露至該移除氣體的期間提供電漿及偏壓之時間上分離的兩或更多脈動。
  55. 如申請專利範圍第53項之基板處理方法，其中該電漿及該偏壓之該時間上分離的複數脈動包含每一循環至少100個脈動，一循環包含將該基板暴露至該改質氣體及將該經改質之表面暴露至該移除氣體。
  56. 如申請專利範圍第53項之基板處理方法，其中該電漿及該偏壓係於相同的頻率下脈動。
  57. 如申請專利範圍第53項之基板處理方法，其中該電漿及該偏壓使用相同的工作週期脈動。
  58. 一種基板處理方法，該方法包含： 將該基板暴露至一改質氣體，以改質該基板的一表面而形成一經改質之表面； 將該基板之該經改質之表面暴露至一移除氣體； 在暴露該經改質之表面的期間點燃一電漿；及 在將該經改質之表面暴露至該移除氣體期間，以時間上分離之兩或更多脈動之形式週期性地施加一偏壓，以自該基板移除該經改質之表面之至少一部分。
  59. 如申請專利範圍第58項之基板處理方法，更包含在將該經改質之表面暴露至該移除氣體的期間以脈動形式點燃一電漿。
  60. 如申請專利範圍第58項之基板處理方法，更包含在兩或更多循環中重覆將該基板暴露至該改質氣體並將該經改質之表面暴露至該移除氣體，其中在每一循環中在將該經改質之表面暴露至該移除氣體的期間提供偏壓功率之時間上分離的兩或更多脈動。
  61. 如申請專利範圍第58項之基板處理方法，其中該偏壓功率之時間上分離的複數脈動包含每一循環至少100個脈動，一循環包含將該基板暴露至該改質氣體及將該經改質之表面暴露至該移除氣體。
  62. 一種基板處理設備，該設備包含： 一處理室，包含一噴淋頭與用以支撐該基板的一基板支撐件，該基板具有一材料； 一電漿產生器；及 一控制器，具有至少一處理器與一記憶體， 其中該至少一處理器與該記憶體彼此通訊連接， 該至少一處理器係與一流動控制硬體至少操作性地連接，及 該記憶體儲存用於下列者的機器可讀指令： 使一改質氣體導入該處理室； 使一移除氣體導入該處理室；及 在導入該移除氣體之期間使一活化源脈動。
  63. 如申請專利範圍第62項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：在導入該移除氣體之期間使該活化源之一脈動頻率介於約10 Hz至約200 Hz之間。
  64. 如申請專利範圍第62項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：在導入該移除氣體之期間使該活化源之一工作週期介於約1%至約10%之間。
  65. 如申請專利範圍第62項之基板處理設備，其中該活化源為在該處理室中利用一電漿功率所產生之一電漿，且該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該活化源在一OFF狀態與一ON狀態之間脈動，其中該OFF狀態的電漿功率為0W而該ON狀態的電漿功率係介於約50W至約900W之間。
  66. 如申請專利範圍第62項之基板處理設備，其中該活化源為在該處理室所產生的一電漿，且該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該活化源在一低電漿功率與一高電漿功率之間脈動，其中該低電漿功率係介於約10W至約100W之間而該高電漿功率係介於約900W至約1500W之間。
  67. 如申請專利範圍第62-66項中任一項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使一偏壓以脈動方式施加至該基板支撐件。
  68. 如申請專利範圍第67項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該偏壓在0V與一偏壓電壓之間脈動，該偏壓電壓係介於約500V至約1500V之間。
  69. 如申請專利範圍第67項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該偏壓與該活化源在相同的脈動頻率下脈動。
  70. 如申請專利範圍第67項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該偏壓與該活化源在相同的脈動工作週期下脈動。
  71. 一種基板處理設備，該設備包含： 一處理室，包含一噴淋頭與用以支撐該基板的一基板支撐件，該基板具有一材料； 一電漿產生器；及 一控制器，具有至少一處理器與一記憶體， 其中該至少一處理器與該記憶體彼此通訊連接， 其中該至少一處理器係與一流動控制硬體至少操作性地連接，及 該記憶體儲存用於下列者的機器可讀指令： 使一改質氣體導入該處理室； 使一移除氣體導入該處理室；及 在導入該移除氣體之期間，以時間上分離之兩或更多脈動之形式在該處理室中產生射頻電漿功率。
  72. 如申請專利範圍第71項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：在導入該移除氣體之期間使該射頻電漿功率之一脈動頻率介於約10 Hz至約200 Hz之間。
  73. 如申請專利範圍第71項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：在導入該移除氣體之期間使該射頻電漿功率之一工作週期介於約1%至約10%之間。
  74. 如申請專利範圍第71項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該射頻電漿功率在一OFF狀態與一ON狀態之間脈動，其中該OFF狀態的電漿功率為0W而該ON狀態的電漿功率係介於約50W至約900W之間。
  75. 如申請專利範圍第71項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該射頻電漿功率在一低電漿功率與一高電漿功率之間脈動，其中該低電漿功率係介於約10W至約100W之間而該高電漿功率係介於約900W至約1500W之間。
  76. 如申請專利範圍第71-75項中任一項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使一偏壓以脈動方式施加至該基板支撐件。
  77. 如申請專利範圍第76項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該偏壓在0V與一偏壓電壓之間脈動，該偏壓電壓係介於約500V至約1500V之間。
  78. 如申請專利範圍第76項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該偏壓在一低偏壓電壓與一高偏壓電壓之間脈動，其中該低偏壓電壓係介於約100V至約300V之間而該高偏壓電壓係介於約500V至約1500V之間。
  79. 如申請專利範圍第76項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該偏壓與該射頻電漿功率在相同的脈動頻率下脈動。
  80. 如申請專利範圍第76項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該偏壓與該射頻電漿功率在相同的脈動工作週期下脈動。
  81. 一種基板處理設備，該設備包含： 一處理室，包含一噴淋頭與用以支撐該基板的一基板支撐件，該基板具有一材料； 一電漿產生器；及 一控制器，具有至少一處理器與一記憶體， 其中該至少一處理器與該記憶體係彼此通訊連接， 該至少一處理器係與一流動控制硬體至少操作性地連接，及 該記憶體儲存用於下列者的機器可讀指令： 使一改質氣體導入該處理室； 使一移除氣體導入該處理室；及 在導入該移除氣體之期間，以時間上分離之兩或更多脈動之形式將一偏壓功率施加至該基板支撐件。
  82. 如申請專利範圍第81項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：在導入該移除氣體之期間使該偏壓功率之一脈動頻率介於約10 Hz至約200 Hz之間。
  83. 如申請專利範圍第81項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：在導入該移除氣體之期間使該偏壓功率之一工作週期介於約1%至約10%之間。
  84. 如申請專利範圍第81項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該偏壓功率在一OFF狀態與一ON狀態之間脈動，其中該OFF狀態的偏壓功率為0V而該ON狀態的偏壓功率係介於約500V至約1500V之間。
  85. 如申請專利範圍第81項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該偏壓功率在一低偏壓功率與一高偏壓功率之間脈動，其中該低偏壓功率係介於約100V至約300V之間而該高偏壓功率係介於約500V至約1500V之間。
  86. 如申請專利範圍第81-85項中任一項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：在導入該移除氣體之期間藉著以脈動形式施加一電漿功率以點燃一電漿。
  87. 如申請專利範圍第86項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該電漿功率在0W與介於約50W至約900W間的電漿功率之間脈動。
  88. 如申請專利範圍第86項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該電漿功率與該偏壓功率在相同的脈動頻率下脈動。
  89. 如申請專利範圍第86項之基板處理設備，其中該記憶體更儲存用於下列者之機器可讀指令：使該電漿功率與該偏壓功率在相同的脈動工作週期下脈動。
TW107134919A 2017-10-06 2018-10-03 高能量原子層蝕刻 TWI808998B (zh)

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WO (1) WO2019070737A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI810629B (zh) * 2020-08-18 2023-08-01 南韓商圓益Ｉｐｓ股份有限公司 原子層蝕刻方法及裝置

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10566212B2 (en) 2016-12-19 2020-02-18 Lam Research Corporation Designer atomic layer etching
CN111937122A (zh) 2018-03-30 2020-11-13 朗姆研究公司 难熔金属和其他高表面结合能材料的原子层蚀刻和平滑化
WO2020102085A1 (en) 2018-11-14 2020-05-22 Lam Research Corporation Methods for making hard masks useful in next-generation lithography
JP7345382B2 (ja) 2018-12-28 2023-09-15 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及び制御方法
US11518674B2 (en) * 2019-02-04 2022-12-06 Ut-Battelle, Llc Atomic-scale e-beam sculptor
US11270893B2 (en) * 2019-04-08 2022-03-08 International Business Machines Corporation Layer-by-layer etching of poly-granular metal-based materials for semiconductor structures
WO2020223152A1 (en) * 2019-04-29 2020-11-05 Lam Research Corporation Atomic layer etching for subtractive metal etch
US11817295B2 (en) * 2019-08-14 2023-11-14 Tokyo Electron Limited Three-phase pulsing systems and methods for plasma processing
CN113808931A (zh) * 2020-06-11 2021-12-17 中国科学院微电子研究所 圆弧形鳍顶形成方法及鳍式场效应晶体管
CN116034456A (zh) * 2020-09-03 2023-04-28 应用材料公司 选择性各向异性金属蚀刻
FR3113769B1 (fr) * 2020-09-03 2023-03-24 Commissariat Energie Atomique Procede de gravure d’une couche de materiau iii-n
GB202020822D0 (en) * 2020-12-31 2021-02-17 Spts Technologies Ltd Method and apparatus
US20230326761A1 (en) * 2021-02-03 2023-10-12 Lam Research Corporation Etch selectivity control in atomic layer etching
TW202401492A (zh) * 2022-03-18 2024-01-01 日商東京威力科創股份有限公司 電漿處理方法及電漿處理裝置
WO2023183199A1 (en) * 2022-03-22 2023-09-28 Lam Research Corporation High energy atomic layer etch of a carbon containing layer
WO2023183129A1 (en) * 2022-03-22 2023-09-28 Lam Research Corporation Fast atomic layer etch
JP7462065B2 (ja) 2022-03-29 2024-04-04 株式会社Kokusai Electric 基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラム、および基板処理装置
WO2024049699A1 (en) * 2022-08-31 2024-03-07 Lam Research Corporation Nitride thermal atomic layer etch

Family Cites Families (67)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3798056A (en) 1972-04-05 1974-03-19 Bell Telephone Labor Inc Electroless plating process
JPH03133128A (ja) 1989-10-19 1991-06-06 Res Dev Corp Of Japan ディジタル・エッチング方法
US6143082A (en) 1998-10-08 2000-11-07 Novellus Systems, Inc. Isolation of incompatible processes in a multi-station processing chamber
US6527855B2 (en) 2000-10-10 2003-03-04 Rensselaer Polytechnic Institute Atomic layer deposition of cobalt from cobalt metallorganic compounds
US6448192B1 (en) 2001-04-16 2002-09-10 Motorola, Inc. Method for forming a high dielectric constant material
JP4429605B2 (ja) 2001-05-04 2010-03-10 東京エレクトロン株式会社 シーケンシャルな堆積及びエッチングを備えたイオン化ｐｖｄ方法及び装置
US7005372B2 (en) 2003-01-21 2006-02-28 Novellus Systems, Inc. Deposition of tungsten nitride
US7955972B2 (en) 2001-05-22 2011-06-07 Novellus Systems, Inc. Methods for growing low-resistivity tungsten for high aspect ratio and small features
US7141494B2 (en) 2001-05-22 2006-11-28 Novellus Systems, Inc. Method for reducing tungsten film roughness and improving step coverage
US7589017B2 (en) 2001-05-22 2009-09-15 Novellus Systems, Inc. Methods for growing low-resistivity tungsten film
US6635965B1 (en) 2001-05-22 2003-10-21 Novellus Systems, Inc. Method for producing ultra-thin tungsten layers with improved step coverage
US6664122B1 (en) 2001-10-19 2003-12-16 Novellus Systems, Inc. Electroless copper deposition method for preparing copper seed layers
US7690324B1 (en) 2002-06-28 2010-04-06 Novellus Systems, Inc. Small-volume electroless plating cell
US6841943B2 (en) 2002-06-27 2005-01-11 Lam Research Corp. Plasma processor with electrode simultaneously responsive to plural frequencies
WO2004009861A2 (en) 2002-07-19 2004-01-29 Asm America, Inc. Method to form ultra high quality silicon-containing compound layers
TWI303090B (en) 2002-08-13 2008-11-11 Lam Res Corp Method for in-situ monitoring of patterned substrate processing using reflectometry
US6844258B1 (en) 2003-05-09 2005-01-18 Novellus Systems, Inc. Selective refractory metal and nitride capping
US7829152B2 (en) 2006-10-05 2010-11-09 Lam Research Corporation Electroless plating method and apparatus
KR100905278B1 (ko) 2007-07-19 2009-06-29 주식회사 아이피에스 박막증착장치, 박막증착방법 및 반도체 소자의 갭-필 방법
US9059116B2 (en) 2007-11-29 2015-06-16 Lam Research Corporation Etch with pulsed bias
US7772114B2 (en) 2007-12-05 2010-08-10 Novellus Systems, Inc. Method for improving uniformity and adhesion of low resistivity tungsten film
JP5759177B2 (ja) 2008-02-08 2015-08-05 ラム リサーチ コーポレーションＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ プラズマ処理装置、半導体基板を処理する方法、および軸直角変位ベローズユニット
US9048088B2 (en) 2008-03-28 2015-06-02 Lam Research Corporation Processes and solutions for substrate cleaning and electroless deposition
US8058170B2 (en) 2008-06-12 2011-11-15 Novellus Systems, Inc. Method for depositing thin tungsten film with low resistivity and robust micro-adhesion characteristics
US8551885B2 (en) 2008-08-29 2013-10-08 Novellus Systems, Inc. Method for reducing tungsten roughness and improving reflectivity
US8124531B2 (en) 2009-08-04 2012-02-28 Novellus Systems, Inc. Depositing tungsten into high aspect ratio features
US20110139748A1 (en) 2009-12-15 2011-06-16 University Of Houston Atomic layer etching with pulsed plasmas
US8728956B2 (en) 2010-04-15 2014-05-20 Novellus Systems, Inc. Plasma activated conformal film deposition
WO2012023537A1 (ja) 2010-08-19 2012-02-23 株式会社 アルバック ドライエッチング方法及び半導体装置の製造方法
US8974684B2 (en) * 2011-10-28 2015-03-10 Applied Materials, Inc. Synchronous embedded radio frequency pulsing for plasma etching
US8808561B2 (en) 2011-11-15 2014-08-19 Lam Research Coporation Inert-dominant pulsing in plasma processing systems
US20130129922A1 (en) 2011-11-21 2013-05-23 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Batch processing for electromechanical systems and equipment for same
US8633115B2 (en) 2011-11-30 2014-01-21 Applied Materials, Inc. Methods for atomic layer etching
US8883028B2 (en) * 2011-12-28 2014-11-11 Lam Research Corporation Mixed mode pulsing etching in plasma processing systems
JP2013235912A (ja) 2012-05-08 2013-11-21 Tokyo Electron Ltd 被処理基体をエッチングする方法、及びプラズマエッチング装置
KR102207992B1 (ko) 2012-10-23 2021-01-26 램 리써치 코포레이션 서브-포화된 원자층 증착 및 등각막 증착
US9362133B2 (en) 2012-12-14 2016-06-07 Lam Research Corporation Method for forming a mask by etching conformal film on patterned ashable hardmask
US20140349469A1 (en) 2013-05-22 2014-11-27 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Processing for electromechanical systems and equipment for same
US9362163B2 (en) 2013-07-30 2016-06-07 Lam Research Corporation Methods and apparatuses for atomic layer cleaning of contacts and vias
US9318304B2 (en) * 2013-11-11 2016-04-19 Applied Materials, Inc. Frequency tuning for dual level radio frequency (RF) pulsing
US9620382B2 (en) * 2013-12-06 2017-04-11 University Of Maryland, College Park Reactor for plasma-based atomic layer etching of materials
FR3017241B1 (fr) * 2014-01-31 2017-08-25 Commissariat Energie Atomique Procede de gravure plasma
US20150345029A1 (en) 2014-05-28 2015-12-03 Applied Materials, Inc. Metal removal
US9773683B2 (en) * 2014-06-09 2017-09-26 American Air Liquide, Inc. Atomic layer or cyclic plasma etching chemistries and processes
US10047438B2 (en) 2014-06-10 2018-08-14 Lam Research Corporation Defect control and stability of DC bias in RF plasma-based substrate processing systems using molecular reactive purge gas
KR101677748B1 (ko) * 2014-10-29 2016-11-29 삼성전자 주식회사 펄스 플라즈마 장치 및 펄스 플라즈마 장치 구동 방법
US9576811B2 (en) * 2015-01-12 2017-02-21 Lam Research Corporation Integrating atomic scale processes: ALD (atomic layer deposition) and ALE (atomic layer etch)
JP6532066B2 (ja) 2015-03-30 2019-06-19 東京エレクトロン株式会社 原子層をエッチングする方法
US9806252B2 (en) 2015-04-20 2017-10-31 Lam Research Corporation Dry plasma etch method to pattern MRAM stack
US9870899B2 (en) 2015-04-24 2018-01-16 Lam Research Corporation Cobalt etch back
TWI808473B (zh) * 2015-06-05 2023-07-11 美商蘭姆研究公司 GaN及其他Ⅲ-Ⅴ族材料之原子層蝕刻
US20160381060A1 (en) 2015-06-23 2016-12-29 Veracode, Inc. Systems and methods for aggregating asset vulnerabilities
US9972504B2 (en) 2015-08-07 2018-05-15 Lam Research Corporation Atomic layer etching of tungsten for enhanced tungsten deposition fill
US10096487B2 (en) * 2015-08-19 2018-10-09 Lam Research Corporation Atomic layer etching of tungsten and other metals
US9620376B2 (en) 2015-08-19 2017-04-11 Lam Research Corporation Self limiting lateral atomic layer etch
US9984858B2 (en) 2015-09-04 2018-05-29 Lam Research Corporation ALE smoothness: in and outside semiconductor industry
WO2017099718A1 (en) 2015-12-08 2017-06-15 Intel Corporation Atomic layer etching of transition metals by halogen surface oxidation
US9991128B2 (en) 2016-02-05 2018-06-05 Lam Research Corporation Atomic layer etching in continuous plasma
US10269566B2 (en) 2016-04-29 2019-04-23 Lam Research Corporation Etching substrates using ale and selective deposition
US9865484B1 (en) * 2016-06-29 2018-01-09 Applied Materials, Inc. Selective etch using material modification and RF pulsing
US10566212B2 (en) 2016-12-19 2020-02-18 Lam Research Corporation Designer atomic layer etching
US10692724B2 (en) * 2016-12-23 2020-06-23 Lam Research Corporation Atomic layer etching methods and apparatus
US10559461B2 (en) 2017-04-19 2020-02-11 Lam Research Corporation Selective deposition with atomic layer etch reset
US9997371B1 (en) 2017-04-24 2018-06-12 Lam Research Corporation Atomic layer etch methods and hardware for patterning applications
US10832909B2 (en) 2017-04-24 2020-11-10 Lam Research Corporation Atomic layer etch, reactive precursors and energetic sources for patterning applications
US10494715B2 (en) 2017-04-28 2019-12-03 Lam Research Corporation Atomic layer clean for removal of photoresist patterning scum
US10796912B2 (en) 2017-05-16 2020-10-06 Lam Research Corporation Eliminating yield impact of stochastics in lithography

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI810629B (zh) * 2020-08-18 2023-08-01 南韓商圓益Ｉｐｓ股份有限公司 原子層蝕刻方法及裝置
US11784029B2 (en) 2020-08-18 2023-10-10 Wonik Ips Co., Ltd. Method and apparatus for atomic layer etching

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019070737A1 (en) 2019-04-11
TWI808998B (zh) 2023-07-21
JP7293211B2 (ja) 2023-06-19
US20190108982A1 (en) 2019-04-11
US10763083B2 (en) 2020-09-01
US20200402770A1 (en) 2020-12-24
JP2023113837A (ja) 2023-08-16
CN111448641A (zh) 2020-07-24
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JP2020536393A (ja) 2020-12-10
KR20200053623A (ko) 2020-05-18
EP3692567A1 (en) 2020-08-12

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