TW202310040A - 原位生成製程及系統 - Google Patents

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Abstract

本揭露係關於原位生成用於在一蝕刻製程中使用的一氫鹵化物之方法，該蝕刻製程用於在一基材之一表面層上自其他（多個）材料選擇性地蝕刻一材料，關於利用原位生成的該氫鹵化物之蝕刻方法，及關於實行所揭示製程之系統。

Description

原位生成製程及系統
本揭露大致上關於適用於製造電子裝置之方法及系統。更特定言之，本揭露關於用於 原位生成用於蝕刻製程之氫鹵化物的方法、關於利用該 原位生成的氫鹵化物之蝕刻方法、及關於用於實行所揭示製程之系統。
諸如原子層沉積(ALD)的氣相沉積製程是眾所周知的。ALD製程典型地利用氣相反應物的交替及循序脈衝來以受控且高度等形的方式沉積至多一材料單層。藉由ALD沉積的薄膜用於各種不同應用中，諸如積體電路的形成。在此類應用中受控地移除材料（蝕刻）亦是高度符合期望的。蝕刻製程中的一個問題是，常用的蝕刻劑會引發儲存、安全、和運輸問題。例如，氫鹵化物材料（例如HCl或HF）對大多數容器具高度腐蝕性且對運輸具危險性，尤其是其等之無水或吡啶（pyridine）形式。因此，在現場具有此類材料達長時段可係高度危險且不符合期望的。據此，需要用以輕易地提供所欲蝕刻劑材料並同時限制儲存、安全和運輸疑慮的蝕刻材料。
本發明內容可用簡化形式介紹一系列概念，該等概念可於下文進一步詳細描述。本發明內容並非意欲必然地鑑別所主張申請標的之關鍵特徵或基本特徵，亦非意欲用以限制所主張申請標的之範疇。
本發明的態樣可藉由揭示能夠形成輕易可得之蝕刻劑以用於自一基材表面選擇性移除（蝕刻）（多個）材料的製程及系統，來克服所屬技術領域中的缺陷。在一個態樣中，將用於生成蝕刻劑之製程納入至一蝕刻製程中，使得該蝕刻劑被 原位提供。以此方式，蝕刻製程需要最小的或不需要蝕刻劑之運輸或長期儲存。在其他態樣中，將用於生成蝕刻劑之製程納入至在其中具有一蝕刻步驟的一沉積製程中，使得一材料沉積於一基材上以形成一層，且然後利用 原位生成之氫鹵化物自所沉積該層選擇性地蝕刻一材料。
如本文中所使用，應理解用語「 原位( in situ)」意謂如本文中所描述之氫鹵化物在與待蝕刻基材表面相同的位置處或在相同的系統內生成。此意謂所生成之氫鹵化物係發生在容納待蝕刻基材的同一容器（例如，半導體處理設備之反應室）內，或至少所生成之氫鹵化物與待蝕刻基材流體連接及/或可跟隨在該氫鹵化物之形成後以其他方式立即與待蝕刻基材接觸。以此方式，當生成氫鹵化物蝕刻劑時，氫鹵化物可能夠在例如閥之開啟時立即遞送至基材表面。
在一個態樣中，揭示有一種用於在一半導體處理設備中 原位生成一蝕刻劑之方法，該方法包含：採在包含氫或者氫及氧的氫氣一反應物的存在下自一前驅物鹵化物化合物所生成之一氫鹵化物的形式，在該半導體處理設備中 原位生成該蝕刻劑。
在另一態樣中，揭示有一種用於在一半導體處理設備中自一基材蝕刻一可蝕刻材料之方法，該方法包含：在包含氫或者氫及氧之一反應物存在下，自一前驅物鹵化物化合物 原位生成一氫鹵化物；及在該半導體處理設備中經由該氫鹵化物自該基材之一表面層選擇性地蝕刻該可蝕刻材料。
在又另一態樣中，揭示有一種半導體處理設備，其包含：一氫鹵化物生成空間，在該氫鹵化物生成空間內，一氫鹵化物在包含氫氣及氫或氧之一反應物的存在下自一前驅物鹵化物化合物而生成；及一反應室，該反應室包含一基材，該基材包含在其之一表面層上的一可蝕刻材料，該反應室與該氫鹵化物生成空間流體連通，用於經由該氫鹵化物自該表面層選擇性地移除該可蝕刻材料。
下文提供的方法、結構、裝置及設備的例示性實施例的描述僅是例示性，並僅意欲用於闡釋目的。下列描述並非意欲限制本揭露或申請專利範圍之範疇。此外，將具有所陳述特徵之多個實施例列舉不意欲排除具有額外特徵之其他實施例或納入所陳述特徵之不同組合的其他實施例。例如，各種實施例係提出作為例示性實施例，並可列舉於附屬項中。
所屬技術領域中具有通常知識者將理解，本發明延伸超出本發明之具體揭示的實施例及/或用途以及其等之顯而易見的修改及均等物。因此，所意欲者係所揭示本發明的範疇應不受限於下文所描述特定的揭示實施例。除非另有註明，例示性實施例或其等之組件（組分）可組合或可彼此分開應用。
在本揭露中，變量之任兩個數字可構成變量之可工作範圍，且所指示之任何範圍可包括或排除端點。額外地，所指示的變量之任何數值（不管該等數值是否以「約」來指示）可指精確值或近似值，並包括等效值，且可指平均值、中間值、代表值、多數值或類似者。
在一個態樣中，揭示一種用於 原位生成用於半導體處理設備之蝕刻劑的方法。該方法包含 原位生成用於半導體處理設備之蝕刻劑，其中該蝕刻劑採在包含氫或者氫及氧的一反應物的存在下自一前驅物鹵化物化合物所生成之一氫鹵化物的形式。
在一實施例中，該生成係在容納基材的半導體處理設備之反應室內完成，或替代地，在與半導體處理設備內之反應室連通的容器內完成，使得所生成之氫鹵化物係 原位生成，且係立即可得以自基材之表面層選擇性地蝕刻可蝕刻材料。
如本文中所描述之所生成氫鹵化物包含式HX，其中X係鹵素，例如氟、氯、溴、或碘。在一些實施例中，氫鹵化物包含選自由HBr、HCl、HF、HI、及其等之組合所組成之群組之成員。
前驅物鹵化物化合物可包含適用於在氫或者氫及氧的存在下形成氫鹵化物之任何合適的（多個）化合物。在一實施例中，前驅物鹵化物化合物包含金屬、非金屬鹵化物化合物、類金屬鹵化物、或其等之組合。在一實施例中，金屬、非金屬、或類金屬鹵化物化合物包含式MX a，其中X = 一或多個鹵素，其中M係金屬、非金屬或類金屬，且其中a = 1至8。在一特定實施例中，前驅物鹵化物化合物包含金屬鹵化物。金屬鹵化物之金屬可係任何合適的金屬，諸如Al、Zr、或類似者。
在其他實施例中，前驅物鹵化物化合物包含非金屬鹵化物化合物。在一實施例中，非金屬化合物包含式MX a，其中M係非金屬，X = 一多個鹵素，及a = 1至8。在進一步實施例中，前驅物鹵化物化合物包含類金屬鹵化物化合物。在一實施例中，類金屬鹵化物化合物包含式MX a，其中M係類金屬，X = 一或多個鹵素，及a = 1至8。鑒於上文，在一些實施例中，前驅物鹵化物化合物包含選自下列化合物群組之一化合物： a.     非金屬鹵化物，諸如S 2Cl 2、Se 2Cl 2、SCl 2、SeCl 4、SeF 4/6、或SeCl 2； b.    類金屬鹵化物，諸如SiCl 4、SbCl 3、SbCl 5、或BCl 3； c.     非金屬或類金屬氧鹵化物，諸如SeO 2Cl 2、SO 2Cl 2、NOF、NOCl、NO 2F、或SeOCl 2；或 d.    混合鹵化物，諸如NCl 2F、NF 2Cl、NOF、NOCl、或NO 2F。
當前驅物鹵化物化合物包含係方程式MX a之氧鹵化物化合物時，其中M係非金屬， X = 一多個鹵素，且a = 1至8，該化合物之氧組分應理解為包括於M之定義中，但在計算M對X之比率中未計入。此外，當前驅物鹵化物化合物包含根據式MX a之混合鹵化物，其中M係非金屬，X = 一或多個鹵素，且a = 1至8，應理解，式中之兩個或更多個鹵素一起計為X。在一些實施例中，前驅物鹵化物化合物包含非金屬，諸如S或Se。在其他實施例中，前驅物鹵化物化合物包含類金屬，諸如Si或Sb。
在一特定實施例中，鹵化物前驅物化合物包含選自由以下所組成的群組之成員：NbF 5、TiCl 4、SiCl 4、MoF 6、WF 6、TaF 5、AlCl 3、SbF 3、SF 4、SbF 5、SF 6、及其等之組合。在一些實施例中，當前驅物鹵化物化合物包含類金屬鹵化物時，類金屬可選自由以下所組成之群組：硼、矽、鍺、砷、銻、碲、及其等之組合。在一特定實施例中，使用類金屬，且類金屬包含矽。此外，在一特定實施例中，前驅物鹵化物化合物包含NbF 5或SiCl 4中之至少一者，且在一些實施例中係NbF 5或SiCl 4中之各者。
僅用於闡釋之目的，當前驅物鹵化物化合物包含NbF 5及/或SiCl 4，且在一些實施例中係NbF 5或SiCl 4中之各者時，可根據下列（多個）反應進展氫鹵化物物種之生成： 2NbF 5+ 5H 2O → NbOF x+ HF → Nb 2O 5+ 10HF SiCl 4+ 2H 2O → SiO 2+ 4HCl。
氫鹵化物之生成係在包含氫或者氫及氧兩者之反應物（在本文中另外簡稱為「反應物」）存在下完成。在一實施例中，反應物包含氫氣、包含氫及氧兩者之化合物、或包含氫及氧氫氣兩者之氣體混合物。因此，在一實施例中，氫鹵化物之生成係在氫氣之存在下完成。在其他實施例中，將氫及氧兩者利用於自鹵化物前驅物化合物生成氫鹵化物物種。
在一些實施例中，自選自由以下所組成之群組的一或多個成員提供該氫及氧之至少一部份：水、O 2、臭氧(O 3)、過氧化氫(H 2O 2)、有機酸、空氣、及其等之組合。替代地，可自含有氫及氧兩者的任何其他合適物種提供該氫及氧。
在一實施例中，對於與前驅物鹵化物化合物反應必要的氫及氧係在相同化合物內提供。在此類實施例中，氫和氧可採水、過氧化氫、或有機酸（諸如甲酸或乙酸）的形式來提供。在特定實施例中，氧/氫化合物係水，且在水存在下生成氫鹵化物亦在無氧下完成。在一些實施例中，包含氫和氧兩者之化合物僅由氫和氧所組成。
在其他實施例中，將氫和氧提供為用於與鹵化物前驅物化合物反應的氣體混合物中分開的物種，以生成氫鹵化物。在一實施例中，氫係採氫(H 2)氣之形式提供，而氧係採O 2或臭氧(O 3)之形式提供。在一些實施例中，氣體混合物包含H 2及O 2。在一些實施例中，氣體混合物由氫及氧氣所組成，或僅由其等所組成。
在其他實施例中，反應物包含水和O 2的混合物。在一些實施例中，反應物包含水。在其他實施例中，氧及氫兩者均採空氣的形式被提供用於與前驅物鹵化物化合物反應。
前驅物鹵化物化合物對反應物之比率可係任何合適的量，其允許（多個）主體反應進展。在一些實施例中，氫及氧兩者存在，且氫及氧之量係以100 ppm或更少、50 ppm或更少、20 ppm或更少之量存在，且在一些實施例中係10 ppm或更少。在一些實施例中，用於生成氫鹵化物而存在的氫及氧之至少一部份係採氧及水形式，且其中存在的水及氧之總量係100 ppm或更少、50 ppm或更少、20 ppm或更少、或10 ppm或更少。在包含H 2及O 2之混合物的實施例中，混合物可包含以體積計＜ 5%、以體積計＜ 10%、以體積計＞ 60%、或以體積計＞ 70%之量的H 2。在包含H 2及H 2O的實施例中，混合物可用以體積計多於50%、以體積計多於60%、以體積計多於70%、以體積計多於80%、或以體積計少於99.5%的量來包含H 2。
氫鹵化物之生成可在任何合適溫度及壓力發生，以提供所欲量之氫鹵化物。在一實施例中，溫度可係從0 °C至500 °C，諸如從0 °C至200 °C。在一些實施例中，溫度可在從20 °C至100 °C或從100 °C至200 °C的範圍中。在一些實施例中，氫鹵化物之生成可發生在環境溫度或室溫。僅舉實例而言，NbF 5及SiCl 4可在室溫與氫及氧反應以分別地生成HF及HCl。
在一實施例中，氫鹵化物之生成的壓力可係從0.01托至300托，諸如從0.01托至1托。在一些實施例中，溫度可在從1托至10托、10托至100托、100托至300托、或任何其他合適範圍的範圍中。
在一些實施例中，可修改溫度及/或壓力（例如增加或減少），以增加或減少氫鹵化物之反應速率。舉實例而言，對於NbF 5及SiCl 4中之各者，反應速率增加，且轉化至HF及HCl分別隨著溫度從20 °C增加而增加。在一些實施例中，壓力可代替地或亦可經修改（例如增加或減少）以增加或減少氫鹵化物的反應速率。
在特定實施例中，例如，溫度增加到至少20 °C之溫度及/或壓力增加到至少1托，以增加氫鹵化物之反應速率。應瞭解，自前驅物鹵化物化合物生成氫鹵化物可合適地受控，以在氫鹵化物被利用作為如本文中所提出的蝕刻劑時，提供所欲劑量之氫鹵化物（蝕刻劑）。
如上文所提出，用於生成氫鹵化物物種之製程可利用於半導體處理設備內用於 原位生成氫鹵化物，用於在半導體處理設備中蝕刻材料。因此，依據本發明之另一態樣，揭示有一種用於自基材蝕刻可蝕刻材料之方法，該方法包含：在包含氫或者氫及氧之反應物存在下，自前驅物鹵化物 原位生成氫鹵化物；及經由氫鹵化物自基材之表面層選擇性地蝕刻可蝕刻材料。選擇性地蝕刻步驟典型地在半導體處理設備之反應室內進行。
半導體處理設備可包含本領域中已知的用於沉積及/或在其中蝕刻基材的任何合適設備，包括商售機台。在一實施例中，半導體處理設備包含反應器，該反應器包含用於在其中收容基材之至少一反應室。反應器可具有例如兩個、三個、六個或八個反應室，且可包含對於將所欲材料輸入至反應器所必要的任何合適流體路徑、閥等。
在一些實施例中，反應器可係在其中實行積體電路之形成的各種不同製程之群集工具的部分。在一些實施例中，反應器係流式反應器。在一些實施例中，反應器可係噴淋頭式之反應器。在其他實施例中，反應器可包含空間分割反應器。在一些實施例中，反應室可係能夠高容量製造的單晶圓原子層沉積反應器。在其他實施例中，反應室可係在其中包含多個基材之批式反應器。
在製程中，氫鹵化物之生成如上文所描述地發生。在一些實施例中，所生成之氫鹵化物可儲存在合適容器內，且然後遞送至半導體處理設備之一或多個反應室，用於自位於反應室內之基材之表面層選擇性地蝕刻一或多個可蝕刻材料。在其他實施例中，氫鹵化物之生成可在反應室本身內發生，且在一些實施例中，氫鹵化物可形成於基材之表面上。
氫鹵化物將自基材的表面層選擇性地蝕刻一或多種材料，該一或多種材料對氫鹵化物係可蝕刻，同時留下對氫鹵化物係不可蝕刻之一或多種材料，因此係用語「選擇性蝕刻(selective etching)」。如本文中所使用，用語「基材(substrate)」可指可用以形成或在其上可形成裝置、電路、或材料層之任何（多個）下伏材料。基材可包括一塊材，諸如矽（例如單晶矽），並可包括上覆該塊材的一或多層。基材可進一步包括各種拓樸結構，諸如間隙，包括凹部、線、溝槽或在形成在基材的層的至少一部份之內或之上的升高部份（諸如鰭片）之間的空間、及類似者。合適基材可包括氮化物、氧化物、絕緣材料、介電材料、導電材料、金屬（諸如諸如鎢、釕、鉬、或銅）或金屬性材料、結晶材料、磊晶、異質磊晶、及/或單晶材料。在一些實施例中，基材包含半導體基材，諸如矽晶圓。
基材具有表面層，該表面層係指包含可由氫鹵化物蝕刻的至少一材料（「可蝕刻材料」）及不被該氫鹵化物蝕刻之至少一材料（「非可蝕刻材料」）的至少一側處的最外表面。以此方式， 原位生成的氫鹵化物可自表面層選擇性地蝕刻可蝕刻材料。在一些實施例中，基材包含半導體基材，且層之表面層包含可蝕刻材料及非可蝕刻材料。
在一個實施例中，可蝕刻材料可包含可由氫鹵化物蝕刻的任何材料。在一實施例中，可蝕刻材料包含以下中之一或多者：金屬氮化物（諸如TiN、TaN或MoN）；金屬，諸如Mo、Nb、Ti、Ni、或Co；氧化物，諸如TiO 2、Ta 2O 5、或SiO 2；或金屬碳化物，諸如TiC、TaC或MoC。在一特定實施例中，可蝕刻材料包含AlO x、HfO x、或TiO x。在一些實施例中，可蝕刻材料包含AlO x，可經由氫鹵化物自表面層中之至少一其他非可蝕刻材料選擇性地蝕刻。
AlO x可係任何化學計量，包括Al 2O 3，然而，應理解本發明並不限於Al 2O 3。在其他實施例中，AlO x可包含經摻雜的ALD生長AlO x。摻雜劑可係合適的材料，諸如H、Si、Hf、Ti、Zr、或Nb。AlO x可進一步係非晶或結晶化。非晶AlO x傾向於蝕刻得比結晶化AlO x更快。在一實施例中，Al:O的比率、材料厚度、或退火條件可進一步有助於氫鹵化物的蝕刻選擇性。蝕刻亦可取決於摻雜劑水準。例如，在類似的蝕刻條件下，輕度摻雜的Ti:AlO x（諸如少於5 at. %的Ti摻雜的AlO x）之蝕刻慢於重度摻雜的Ti:AlO x（諸如在AlO x中多於5 at. %的Ti）。在不同的蝕刻條件下，輕度摻雜的Ti:AlO x（諸如少於5 at. %的Ti摻雜的AlO x）之蝕刻快於重度摻雜的Ti:AlO x（諸如在AlO x中多於5 at. %的Ti）。
基材之表面層之非可蝕刻材料可包含任何不被氫鹵化物蝕刻之合適材料。例示性非可蝕刻材料包括（但不限於）氮化物、氧化物（例如氧化矽）、或類似者。在特定實施例中，非可蝕刻材料包含選自由TiN、W、SiN、Si、及AlN所組成之群組之成員。蝕刻化學品及蝕刻條件（諸如，溫度、蝕刻持續時間、壓力、及蝕刻劑濃度）可根據具體應用之需要來選擇，以選擇性地蝕刻一種材料高於另一者。因此，給定材料可在一些條件下係可蝕刻材料，且在其他條件下係非可蝕刻材料。作為一實例，在一些蝕刻條件下，Al 2O 3在始於350 °C之溫度被蝕刻，而SiO 2保持非可蝕刻至少達至430 °C。另一實例係TiN在始於200 °C之溫度以上被蝕刻，而SiO 2及Al 2O 3在類似的蝕刻條件下保持非可蝕刻。氮化矽本身亦在至少達至350 °C係非可蝕刻，在類似的蝕刻條件下，而TIN及Al 2O 3可被蝕刻。
基材可與生成的氫鹵化物接觸達任何合適的持續時間，其時間對帶來所欲蝕刻程度有效。在一實施例中，持續時間為0.5秒至60秒，諸如從0.5至5秒。在一些實施例中，所生成氫鹵化物經由合適的載體氣體引入至反應室中。在一些實施例中，載體氣體包含氮。在特定實施例中，利用具有6.0純度或更少（且在一些實施例中5.0純度或更少）之氮(N 2)作為氫鹵化物之載體氣體來完成選擇性地蝕刻步驟。在一些實施例中，具有6.0純度或更少之氮氣可提供對於生成所欲量之氫鹵化物必要的氫及氧之一部份（若非全部）。
此外，蝕刻可在任何合適之溫度發生。在一實施例中，蝕刻係在從20 °C至1200 °C的溫度完成，諸如250 °C至600 °C或390 °C至470 °C。此外，蝕刻可在任何合適的蝕刻速率下發生，以達成所欲結果。在一實施例中，蝕刻在0.01至5 Å/循環之蝕刻速率完成。在一些實施例中，蝕刻速率係從0.01至0.1 Å/循環、0.1至1 Å/循環、或1 Å/循環至5 Å/循環。在一些實施例中，蝕刻速率取決於氫鹵化物的分壓。以此方式，可例如藉由增加氫鹵化物之分壓來控制蝕刻速率。
氫鹵化物之濃度可係任何對達成所欲蝕刻有效之合適量。在一實施例中，濃度被量測為氫鹵化物的分壓，且氫鹵化物係以從0.01至0.9 Pa的分壓提供，諸如從0.1至0.5 Pa。在其他實施例中，可藉由交替氫鹵化物的質量流動使濃度變化。
在一些實施例中，生成及選擇性蝕刻步驟係同時完成。例如，在一個實施例中，氫鹵化物可形成於半導體處理設備之反應室本身內，使得氫鹵化物對於選擇性蝕刻步驟係立即可得。在一些實施例中，生成及選擇性蝕刻步驟可非同時進行。
在任一情況下（同時或非同時），生成氫鹵化物之步驟可在位於反應室上游的一分立容器中生成，選擇性地蝕刻之步驟在該反應室中發生。在一特定實施例中，氫鹵化物可在位於反應室上游之第一外室（housing）中（例如，反應器容器）生成，且然後視需要導向至用於蝕刻之反應室中。在其他實施例中，氫鹵化物之生成可發生在第一反應器容器中，而所生成氫鹵化物儲存在第二外室內，且氫鹵化物視需要從第二外室導向至反應室用於蝕刻。在一實施例中，氫鹵化物仍在第一反應器容器中被產生，同時遞送至反應室用於蝕刻。
在一些實施例中，若必要，可預處置基材之暴露表面，以在蝕刻之前修正基材表面性質。於一些實施例中，不要求分開的預處置步驟。在一些實施例中，基材經預處置以提供所欲的表面終端。在一些實施例中，用電漿預處置基材。
在一些實施例中，蝕刻進行之溫度可在從約20至約1200 °C、約50至約800 °C、約75至約600 °C、約300 °C至約500 °C、或從約350 °C至約450 °C的範圍。在一些實施例中，溫度大於約20、50或100 °C，但少於約1000、800、600或500 °C。在一些實施例中，循環在約450 °C的溫度實行。
此外，蝕刻可在從約0.001至約100托之壓力完成。然而，在一些情況下，壓力將高於或低於此範圍，如所屬技術領域中具有通常知識者可在給定特定狀況下所判定。在一些情況下，反應器可在等溫（諸如熱壁）或非等溫（諸如冷壁）條件任一者操作。於一些實施例中，反應器不與蝕刻化學品交互作用，且可亦不與基材交互作用。在一些實施例中，反應器可係熱壁、冷壁、及甚至溫壁類型之反應室。
依據另一態樣，本文中所揭示之氫鹵化物及蝕刻製程可與沉積製程整合，使得可利用所生成之氫鹵化物以自沉積所得之沉積材料蝕刻一可蝕刻材料。並非限制，沉積製程可係化學氣相沉積(CVD)、電漿增強CVD (PECVD)、物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)、或電漿增強ALD (PEALD)製程。在一實施例中，如本文中所揭示的用於 原位生成氫鹵化物及/或用於蝕刻之製程被整合至用於在基材上沉積材料之製程中。因此，在一些實施例中，如本文中所描述之方法可進一步包含在選擇性地蝕刻之前在基材上沉積表面層，該表面層包含至少可蝕刻材料及非可蝕刻材料。在一實施例中，沉積係藉由原子層脫附(ALD)製程完成。
如本文中所使用，ALD製程係指在其中施行沉積循環（較佳地係複數個接續的沉積循環）的氣相沉積製程。ALD係基於前驅物化學物之受控（通常係自限性）表面反應。藉由將前驅物交替且循序地饋入至反應室中來避免氣相反應。大致上，在各循環期間，第一前驅物經化學吸附至沉積表面（例如，可包括來自先前ALD循環之先前經沉積材料或其他材料的基材表面），藉此形成不易與額外第一前驅物起反應的約一材料單層或次單層。其後，在一些情況下，可後續將第二前驅物或反應氣體引入至反應室中，以用於在沉積表面上將經化學吸附之前驅物轉化至所欲材料。
氣相反應物係例如藉由在反應物脈衝之間從反應室移除過量的反應物及/或反應物副產物而在反應室中彼此分開。此可以排空步驟及/或以非活性氣體脈衝或沖洗來實現。在一些實施例中，基材係與沖洗氣體（諸如惰性氣體）接觸。例如，可在反應物脈衝之間使基材與沖洗氣體接觸，以移除過量的反應物及反應副產物。
在一些實施例中，沉積製程（例如ALD製程）將沉積對氫鹵化物係可蝕刻材料的材料（可蝕刻材料），並沉積對氫鹵化物係非可蝕刻材料的材料（非可蝕刻材料）。以此方式，可蝕刻材料可自基材之表面層被選擇性地蝕刻。選擇性蝕刻步驟可在沉積發生之後以任何合適時間框架進行。
依據另一態樣，亦設想到選擇性蝕刻可代替地被用於清潔反應容器或室之壁。例如，若對氫鹵化物係可蝕刻的（多個）材料被收集在壁的表面上，例如，不想要的金屬或金屬氧化物，則可利用所生成的氫鹵化物來從壁降低或完全移除（多個）可蝕刻材料。因此，在一實施例中，基材可包含反應室之壁。蝕刻可在沉積製程中任何合適時間完成。
用以自基材表面移除材料或用以平坦化基材表面的半導體裝置製造之一些處理步驟（諸如化學機械研磨(CMP)）可在基材表面上留下污染材料。作為另一實例，不同材料之區域選擇性沉積可導致在基材之非所欲表面上生長目標材料。根據本揭露之選擇性蝕刻可用以自基材移除不想要的材料，諸如金屬（例如Cu）或金屬氧化物（諸如AlO x）。
依據另一態樣，揭示有一種用於實行上述方法之半導體處理設備。在一實施例中，設備包含氫鹵化物生成空間，在該氫鹵化物生成空間內，氫鹵化物係在氫及氧的存在下自鹵化物前驅物化合物所生成。此外，設備進一步包括：包含基材之反應室，該基材包含在其表面層上的可蝕刻材料，該反應室與氫鹵化物生成空間流體連通，用於經由氫鹵化物自表面層選擇性地移除可蝕刻材料。
如本文中所使用，「氫鹵化物生成空間(hydrogen halide generation space)」大致上係指遞送至反應室用於蝕刻的至少大部分氫鹵化物被生成之位置。在一些實施例中，氫鹵化物生成空間可位於與基材相同之位置內。例如，在一實施例中，氫鹵化物生成空間可位於反應室本身內。在其他實施例中，氫鹵化物生成空間可位於具有壁的外室內，氫鹵化物生成空間與反應室分立但與反應室流體連通。例如，在一特定實施例中，氫鹵化物生成空間可位於專用容器（例如，密封容器或生成室）內，其具有用於（多個）反應物的輸入以及用於遞送所生成之鹵化物前驅物化合物至反應室的出口。在其他實施例中，氫鹵化物生成空間可位於用於生成氫鹵化物之反應物中之至少一者的源內。在一些實施例中，氫鹵化物生成空間可位於反應室上游，但保持與其的流體連接。
進一步言，在一些實施例中，設備包含與該氫鹵化物生成空間流體連通的前驅物鹵化物化合物之一源以及反應物（氫或者氫及氧組分）之一源。在一些實施例中，氫鹵化物生成空間可位於反應所需要的組件中之一者內。例如，氫鹵化物生成空間可與鹵化物前驅物化合物的源一起定位。在此類情況下，氫及氧被引入至前驅物鹵化物化合物之源中，以准許在前驅物鹵化物化合物之源內生成氫鹵化物。應瞭解到，設備進一步包括合適的流體管線、閥、泵、或對於將材料遞送至氫鹵化物生成空間需要的其他組件。
在一個實施例中，前驅物鹵化物化合物之源與第一閥流體連通，且反應物與第二閥流體連通，且設備進一步包含經可操作地連接至第一閥及第二閥之控制器。控制器經組態及程式化以控制通過第一閥及第二閥對氫鹵化物生成空間的前驅物鹵化物化合物及反應物之供應。控制器可係處理器、CPU、伺服器、大型主機、或其他合適的控制器或裝置，其能夠調整及控制材料從一個位置至另一位置的流動。
在一些實施例中，生成多個氫鹵化物用於蝕刻步驟。在此類情況下，可將第一氫鹵化物引入至反應室中用於蝕刻，跟隨的是與第一氫鹵化物不同的至少一第二氫鹵化物。據此，在一實施例中，設備可進一步包含複數個氫鹵化物生成空間或如本文中所描述之任何其他組件，以實行兩個相異氫鹵化物之生成。在一些實施例中，該複數個氫鹵化物生成空間包含至少一第一反應容器及與第一反應容器分立的第二反應容器，使得各者專用於具體氫鹵化物之生成。在一些實施例中，多個氫鹵化物可在單一氫鹵化物生成空間中生成。
如上文亦論述，本文中所描述之氫鹵化物之 原位生成及蝕刻步驟可納入至沉積製程（例如ALD製程）中，如所屬技術領域中已知。因此，在一些實施例中，設備可進一步包括對實行沉積製程必要的任何組件。在一實施例中，例如，設備可包含沉積材料的一或多個源，該沉積材料包含可蝕刻材料連同至少一其他金屬或類金屬材料。沉積材料之一或多個源經配置以供應可蝕刻材料及至少一其他金屬或類金屬材料，用於基材上的沉積及用於在基材上形成表面層。
此外，在一些實施例中，沉積材料之（多個）源與第三閥流體連通。如用於生成氫鹵化物之反應物，控制器可類似地經可操作地連接至第三閥，且經組態及程式化以控制通過第三閥對反應室之（多個）沉積材料之供應，用於在基材上沉積（多個）沉積材料。
在一些實施例中，包括氫鹵化物之任何外室至少暫時可由抗腐蝕材料形成，或可包括抗腐蝕塗層或類似者。在一實施例中，外室可由石英材料或抗腐蝕金屬或金屬合金形成，諸如，例如Hastelloy或Monel。在其他實施例中，包括氫鹵化物之外室可塗覆有氟基膜，諸如例如聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、全氟烷氧基(PFA)、或對苯二甲酸酯共聚物(PETG)、或聚醯胺基共聚物。
在一些實施例中，設備可包含多於一個反應室。在一些實施例中，設備可包含至少一反應室，其包含多於一個反應站（多站室）。在一些實施例中，蝕刻及沉積可在不同站及/或室中進行。
現參照圖式，圖1繪示依據本發明之一態樣的用於實行 原位生成氫鹵化物之設備10。在圖1之實施例中，氫鹵化物之生成在反應室12上游發生。反應室12容納具有待蝕刻表面層之基材14。如所示，有第一容器16，其可在其中含有用於生成氫鹵化物之反應物中的任一者，例如，（多個）氫或氧/氫反應物20或（多個）前驅物鹵化物化合物反應物22中任一者。提供含有用於反應的反應物20、22中之另一者之第二容器18。載體氣體24（例如6.0或5.0氮）自其之一合適源流動至第一容器16，用以從第一容器16載送所欲量之反應物20至第二容器18。在氫或者氫及氧反應物20存在下自前驅物鹵化物化合物22生成氫鹵化物28係在第二容器18中發生，藉此定義氫鹵化物生成空間26。一旦形成，即可將氫鹵化物28經由載體氣體24導向至反應室12用於蝕刻步驟。
如所示，設備10可包含一或多個閥40（圖1及圖5），例如，針閥、手動閥、氣動閥或其他閥、泵、或類似者，用於控制通過設備10的材料流動。亦可包括控制器32，其經可操作地連接至設備之閥、泵、及組件，用於控制通過設備的組分之流動及遞送，如所屬技術領域具有通常知識者將良好理解。
參照圖2，顯示有設備的另一實施例，其中氫鹵化物係代替地生成在例如第二容器18之容器內。然而，在此例子中，如所示，沒有容納第一反應物的第一容器16，該第一反應物諸如含氫或含氧及氫組分。在此實施例中，具有合適純度（例如，6.0或更少之純度）的載體氣體提供反應發生必要的氧及氫。特定言之，載體氣體24係導向至第二容器18用於與第二容器18中之金屬或類金屬鹵化物反應以形成氫鹵化物28，然後將該氫鹵化物導向至反應室12。
在另一實施例中，如圖3所示，組態亦可具有與圖1類似的配置，除了添加了在其內發生氫鹵化物28之生成的專用反應容器34以外。在此實施例中，載體氣體24載送反應物20至專用反應容器34，該反應物可係前驅物鹵化物化合物20或反應物22（氫或者氫及氧）。此外，來自相同或不同源之載體氣體24將繼而將反應物22導向至專用反應容器34。
在尚有另一實施例中，如圖4所示，設想到氫鹵化物28之生成可發生在與基材14被定位處相同的位置內，例如在設備10之反應室12內。例如，如圖4所示，來自第一容器16之前驅物鹵化物化合物20及來自第二容器18之反應物22（例如，氫或者氫及氧）可被導向至反應室12且然後在其內反應。以此方式，可在基材14之表面層上生成所生成的氫鹵化物，例如HF或HCl。
在進一步實施例中，如上文所提及，本文中所描述的用於生成氫鹵化物及蝕刻之方法可結合用於在基材上沉積膜之方法利用，其中所沉積者包含待用氫鹵化物蝕刻之至少一材料（可蝕刻材料）及不被氫鹵化物蝕刻之材料。為實現沉積，如圖5所示，設備10可進一步包括用於沉積之一或多個前驅物之源。在所示實施例中，提供有第一前驅物之源36及第二前驅物之源38，其等可遞送第一前驅物及第二前驅物至反應室12，用於在反應室12中將前驅物材料沉積於基材14上。類似於上文，可在合適的流體路徑上提供一或多個閥40，以允許控制第一或第二前驅物至反應室12中的流動。此外，前驅物源36、38可係具有用於控制沖洗氣體42之閥40的標準ALD配置之部分，使得可在將前驅物引入/脈衝至反應中之後，自合適源將沖洗氣體42引入至反應室12中，或如以其他方式所需要。應理解，用於生成氫之組件（例如第一容器16、第二容器18、及類似者）為了容易說明而未繪示，但應理解為與圖5中所示之組件可用任何配置組合。
應理解，本文中所描述之組態及/或方式本質上係例示性，且此等具體實施例或實例不應視為限制意義，因為有眾多可行變化。本文中所描述之具體例行程序或方法可表示任何數目的處理策略中之一或多者。因此，所說明之各種動作可用所闡釋之序列執行、以其他序列執行、或在一些情況下省略。
10:設備 12:反應室 14:基材 16:第一容器 18:第二容器 20:反應物/化合物 22:反應物/化合物 24:載體氣體 26:生成空間 28:氫鹵化物 32:控制器 34:反應容器 36:第一前驅物之源 38:第二前驅物之源 40:閥 42:沖洗氣體
伴隨圖式係經包括以提供對本揭露之進一步的理解並構成本說明書的一部分，該等圖式繪示例示性實施例，並與描述共同幫助解釋本揭露之原理。在圖式中： 圖1繪示依據本發明之一態樣的用於自基材之表面層蝕刻可蝕刻材料的系統之實施例。 圖2繪示依據本發明之另一態樣的用於自基材之表面層蝕刻可蝕刻材料的系統之實施例。 圖3繪示依據本發明之又另一態樣的用於自基材之表面層蝕刻可蝕刻材料的系統之實施例。 圖3繪示依據本發明之又另一態樣的用於自基材之表面層蝕刻可蝕刻材料的系統之實施例。 圖4繪示依據本發明之又另一態樣的用於自基材之表面層蝕刻可蝕刻材料的系統之實施例。 圖5繪示依據本發明之又另一態樣的用於沉積材料（包括待蝕刻材料）的系統之實施例。 圖式中的元件是為了簡單與清楚而繪示，且不必然按比例繪製。例如，圖式中之元件中之一些之尺寸可相對於其他元件而言放大以幫助改善對所繪示本揭露實施例的理解。
10:設備
12:反應室
14:基材
16:第一容器
18:第二容器
20:反應物/化合物
22:反應物/化合物
24:載體氣體
26:生成空間
28:氫鹵化物
32:控制器
40:閥

Claims (56)

  1. 一種用於在一半導體處理設備中 原位生成一蝕刻劑之方法，該方法包含採在包含氫或者氫及氧的一反應物的存在下自一前驅物鹵化物化合物所生成之一氫鹵化物的形式，在該半導體處理設備中 原位生成該蝕刻劑。
  2. 如請求項1之方法，其中該前驅物鹵化物化合物包含選自由一金屬鹵化物、一非金屬鹵化物、一類金屬鹵化物、及其等之組合所組成之群組之一成員。
  3. 如前述請求項中任一項之方法，其中該前驅物鹵化物化合物包含一式MX a，其中X係一或多個鹵素，且其中M係一金屬、非金屬、或類金屬，且a = 1至8。
  4. 如前述請求項中任一項之方法，其中該前驅物鹵化物化合物包含一混合鹵化物化合物。
  5. 如前述請求項中任一項之方法，其中該前驅物鹵化物化合物包含一氧鹵化物化合物。
  6. 如前述請求項中任一項之方法，其中該前驅物鹵化物化合物包含NbF 5或SiCl 4中之至少一者。
  7. 如前述請求項中任一項之方法，其中該氫鹵化物包含選自由HF、HCl、HBr、HI、及其等之組合所組成之群組之一成員。
  8. 如前述請求項中任一項之方法，其中該反應物係選自由以下所組成之群組：一氫氣、一包含氫及氧兩者之化合物、一包含氫及氧兩者之氣體混合物、及其等之組合。
  9. 如前述請求項中任一項之方法，其中該反應物包含選自由水、一有機酸、過氧化氫(H 2O 2)、及其等之組合所組成之群組的一含氫及氧兩者的化合物。
  10. 如前述請求項中任一項之方法，其中該反應物包含一H 2及O 2氣體之混合物。
  11. 如前述請求項中任一項之方法，其中該反應物包含一氧及水之混合物，且其中存在的該氧及水之混合物係100 ppm或更少。
  12. 如前述請求項中任一項之方法，其中該反應物包含氫氣。
  13. 如前述請求項中任一項之方法，其中該反應物包含水，且其中該反應物不包括氧。
  14. 如前述請求項中任一項之方法，其中生成係在從0 °C至200 °C之一溫度且在從0.01托至1托之一壓力完成。
  15. 如前述請求項中任一項之方法，其進一步增加溫度及/或壓力，以增加該氫鹵化物之一反應速率。
  16. 如前述請求項中任一項之方法，其中溫度經增加到至少20 °C之一溫度及/或壓力經增加到至少1托，以增加該氫鹵化物的一反應速率。
  17. 如前述請求項中任一項之方法，其中該生成係在該半導體處理設備之一反應室內或與該半導體處理設備之該反應室氣體連通之一容器內完成。
  18. 一種用於在一半導體處理設備中自一基材蝕刻一可蝕刻材料的方法，該方法包含： 在包含氫或者氫及氧之一反應物的存在下，自一前驅物鹵化物化合物 原位生成一氫鹵化物；及 在該半導體處理設備中經由該氫鹵化物自該基材之一表面層選擇性地蝕刻該可蝕刻材料。
  19. 如請求項18之方法，其中該前驅物鹵化物化合物包含選自由一金屬鹵化物、一非金屬鹵化物、一類金屬鹵化物、及其等之組合所組成之群組的一成員。
  20. 如請求項18至19中任一項之方法，其中該前驅物鹵化物化合物包含一式MX a，其中X係一或多個鹵素，且其中M係一金屬、非金屬、或類金屬，且a = 1至8。
  21. 如請求項18至20中任一項之方法，其中該前驅物鹵化物化合物包含一混合鹵化物化合物。
  22. 如請求項18至21中任一項之方法，其中該前驅物鹵化物化合物包含一氧鹵化物化合物。
  23. 如請求項18至22中任一項之方法，其中該前驅物鹵化物化合物包含NbF 5或SiCl 4中之至少一者。
  24. 如請求項18至23中任一項之方法，其中該氫鹵化物包含選自由HF、HCl、HBr、HI、及其等之組合所組成之群組之一成員。
  25. 如請求項18至24中任一項之方法，其中該反應物係選自由以下所組成之群組：一氫氣、一包含氫及氧兩者之化合物、一包含氫及氧兩者之氣體混合物、及其等之組合。
  26. 如請求項18至25中任一項之方法，其中該反應物包含選自由水、一有機酸、過氧化氫(H 2O 2)、及其等之組合所組成之群組的一含氫及氧兩者的化合物。
  27. 如請求項18至26中任一項之方法，其中該反應物包含一H 2及O 2氣體之混合物。
  28. 如請求項18至27中任一項之方法，其中該反應物包含一氧及水之混合物，且其中存在的該氧及水之混合物係100 ppm或更少。
  29. 如請求項18至28中任一項之方法，其中該反應物包含氫氣。
  30. 如請求項18至29中任一項之方法，其中該反應物包含水，且其中該反應物不包括氧。
  31. 如請求項18至30中任一項之方法，其中生成係在從0 °C至200 °C之一溫度完成。
  32. 如請求項18至31中任一項之方法，其中生成係在從0.01托至1托之一壓力完成。
  33. 如請求項18至32中任一項之方法，其進一步增加溫度及/或壓力，以增加該氫鹵化物之一反應速率。
  34. 如請求項18至33中任一項之方法，其中溫度經增加到至少20 °C之一溫度及/或壓力經增加到至少1托，以增加該氫鹵化物的一反應速率。
  35. 如請求項18至34中任一項之方法，其中該基材包含一半導體基材，且其中該表面層包含該可蝕刻材料及對該氫鹵化物係不可蝕刻的一非可蝕刻材料。
  36. 如請求項18至35中任一項之方法，其中該可蝕刻材料包含選自由一金屬氮化物、金屬、氧化物、碳化物、及其等之組合所組成之群組之一成員。
  37. 如請求項18至36中任一項之方法，其中該可蝕刻材料包含AlO x，且其中經由該氫鹵化物自該表面層中之該非可蝕刻材料選擇性地蝕刻該AlO x。
  38. 如請求項18至37中任一項之方法，其中該非可蝕刻材料包含選自由TiN、W、SiO x、SiN、Si、及AlN所組成之群組之一成員。
  39. 如請求項18至38中任一項之方法，其進一步包含在該選擇性地蝕刻之前在該基材上沉積該表面層，該表面層包含至少該可蝕刻材料與該非可蝕刻材料。
  40. 如請求項18至39中任一項之方法，其中該沉積係藉由原子層脫附(ALD)完成。
  41. 如請求項18至40中任一項之方法，其中該基材包含該半導體處理設備之一反應室的側壁。
  42. 如請求項18至41中任一項之方法，其中該選擇性地蝕刻係利用具有一5.0純度或更少之氮(N 2)作為該氫鹵化物之一載體氣體來完成。
  43. 如請求項18至42中任一項之方法，其中該選擇性地蝕刻的步驟係在從390 °C至470 °C之一溫度完成。
  44. 如請求項18至43中任一項之方法，其中該選擇性地蝕刻的步驟係以0.01至5 Å/循環之一蝕刻速率完成。
  45. 如請求項18至44中任一項之方法，其中該等生成及選擇性地蝕刻的步驟係同時完成。
  46. 如請求項18至45中任一項之方法，其中該生成步驟係在該選擇性地蝕刻的步驟之一位置上游的一位置處完成。
  47. 如請求項16至46中任一項之方法，其中該氫鹵化物在位於一反應室上游之一分立容器中生成，該選擇性地移除之步驟在該反應室內發生。
  48. 如請求項18至47中任一項之方法，其中該等生成及選擇性地移除步驟係在該基材存在之相同位置處完成。
  49. 一種半導體處理設備，其包含： 一氫鹵化物生成空間，在該氫鹵化物生成空間內，一氫鹵化物在包含氫或者氫及氧之一反應物的存在下自一前驅物鹵化物化合物而生成；及 一反應室，該反應室包含一基材，該基材包含在其之一表面層上之一可蝕刻材料，該反應室與該氫鹵化物生成空間流體連通，用於經由該氫鹵化物自該表面層選擇性地移除該可蝕刻材料。
  50. 如請求項49之設備，其進一步包含與該氫鹵化物生成空間流體連通的該前驅物鹵化物化合物之一源以及該反應物之一源。
  51. 如請求項49至50中任一項之設備，其中該金屬或類金屬鹵化物之該源與一第一閥流體連通，且其中該氫及氧之該源與一第二閥流體連通，且其中該設備進一步包含一控制器，該控制器經可操作地連接至該第一閥及該第二閥，並經組態及程式化以控制通過該第一閥及該第二閥對該氫鹵化物生成空間的該金屬或類金屬鹵化物及該氫及氧之供應。
  52. 如請求項49至51中任一項之設備，其中該氫鹵化物生成空間位於該反應室上游。
  53. 如請求項49至52中任一項之設備，其中該氫鹵化物生成空間位於該反應室內。
  54. 如請求項49至53中任一項之設備，其中該設備包含複數個氫鹵化物生成空間，且其中該複數個氫鹵化物生成空間包含至少一第一反應容器及與該第一反應容器分立之一第二反應容器。
  55. 如請求項49至54中任一項之設備，其進一步包含一沉積材料之一或多個源，該沉積材料包含該可蝕刻材料及對該氫鹵化物係不可蝕刻之一非可蝕刻材料，其中一沉積材料之該一或多個源經配置以供應該可蝕刻材料及該非可蝕刻材料用於在該基材上沉積及用於形成該表面層。
  56. 如請求項49至55中任一項之設備，其中一沉積材料之該一或多個源係與一第三閥流體連通，且其中該控制器進一步經可操作地連接至該第三閥，且經組態及程式化以控制通過該第三閥對該反應室之該沉積材料之供應。
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