原子层蚀刻方法和装置与流程
本发明的实施方案涉及半导体晶片处理，更具体地，涉及原子层蚀刻(ale)方法和设备。
背景技术：
目前，半导体工业中最广泛使用的蚀刻工艺是称为反应性离子蚀刻(rie)的干等离子体蚀刻工艺。在rie中，部分电离的等离子体放电提供反应性和非反应性离子、电子、反应性中性物质、钝化物质和光子的混合物，其中正电荷离子通过在衬底上使用负电压偏置而垂直于衬底/晶片表面加速以产生各向异性蚀刻。诸如rie之类的等离子体蚀刻以连续方式操作，其中所有反应在蚀刻工艺持续期间同时发生。这在提供快速蚀刻速率方面是有益的，但是也存在限制，因为工艺可变性可能是显著的，其中晶片不均匀性和表面组成/粗糙度的问题需要昂贵的补偿措施。
随着半导体工业已经与摩尔定律一致地朝着较小技术节点发展，该行业现在正进入用于亚10nm技术节点的原子级器件的时代。这样的器件将需要原子尺度的保真度，其中单个原子数量级的可接受的特征尺寸可变性在未来几年中是预期的。当前工业蚀刻工艺(如rie)固有的工艺可变性使它们不适合下一代原子级器件制造。因此，寻求具有原子级控制和最小可变性的蚀刻工艺以实现亚10nm技术节点。
正是在这种背景下，出现了本公开的实施方案。
技术实现要素：
本公开的实施方案提供了能够进行原子层蚀刻的方法、装置和系统。
在一些实施方案中，提供了一种用于对衬底的表面执行原子层蚀刻的方法，其包括：通过将所述衬底的所述表面暴露于表面转化反应物来执行表面转化操作；通过将所述衬底的所述表面暴露于含有配体的反应物来执行配体交换操作；执行解吸操作，从而从所述衬底的所述表面除去表面物质；执行清扫操作；重复所述表面转化操作、所述配体交换操作、所述解吸操作和所述清扫操作，进行预定数量的循环。
在一些实施方案中，执行所述解吸操作包括向所述衬底施加热能。
在一些实施方案中，所述向所述衬底施加热能在执行所述配体交换操作之后执行。
在一些实施方案中，所述向所述衬底施加热能在所述执行所述配体交换操作之前和/或与所述执行所述配体交换操作同时执行。
在一些实施方案中，所述向所述衬底施加热能包括加热上面设置有所述衬底的基座和/或加热处理室，在所述处理室内执行所述方法。
在一些实施方案中，所述向所述衬底施加热能包括激活灯以向所述衬底的所述表面提供所述热能。
在一些实施方案中，执行所述解吸操作包括将所述衬底的所述表面暴露于等离子体。
在一些实施方案中，所述将所述衬底的所述表面暴露于等离子体包括向所述衬底施加偏置电压。
在一些实施方案中，执行所述解吸操作包括将所述衬底的所述表面暴露于光子源以实现光解解吸。
在一些实施方案中，其中所述表面转化反应物吸附或化学吸附在所述衬底的所述表面上并且使所述衬底的所述表面上的表面物质改性，其中所述表面转化操作基本上是自限性的；其中所述含有配体的反应物与经改性的所述表面物质反应以形成从所述衬底的所述表面解吸的经配体取代的物质。
在一些实施方案中，提供了一种用于对衬底的表面进行原子层蚀刻的方法，其包括：通过将所述衬底移动到空间处理工具的表面转化区中来执行表面转化操作，所述表面转化区被配置为将所述衬底的所述表面暴露于表面转化反应物；通过将所述衬底移入所述空间处理工具的配体交换区来执行配体交换操作，所述配体交换区被配置成使所述衬底的所述表面暴露于含有配体的反应物；通过将所述衬底移动到所述空间处理工具的解吸区中来执行解吸操作，所述解吸区被配置成实现从所述衬底的所述表面去除表面物质；重复所述表面转化操作、所述配体交换操作和所述解吸操作，进行预定数量的循环。
在一些实施方案中，执行所述解吸操作包括向所述衬底施加热能。
在一些实施方案中，所述向所述衬底施加热能包括激活灯以向所述衬底的所述表面提供所述热能。
在一些实施方案中，执行所述解吸操作包括将所述衬底的所述表面暴露于等离子体。
在一些实施方案中，执行所述解吸操作包括将所述衬底的所述表面暴露于光子源以实现光解解吸。
在一些实施方案中，所述表面转化反应物吸附或化学吸附在所述衬底的所述表面上并且使所述衬底的所述表面上的表面物质改性，其中所述表面转化操作基本上是自限性的；其中所述含有配体的反应物与经改性的所述表面物质反应以形成从所述衬底的所述表面解吸的经配体取代的物质。
在一些实施方案中，所述方法还包括：在执行所述表面转化操作之后，通过使所述衬底移动通过所述空间处理工具的第一清扫区来执行第一清扫；在执行所述配体交换操作之后，通过使所述衬底移动通过所述空间处理工具的第二清扫区来执行第二清扫；在执行所述解吸操作之后，通过使所述衬底移动通过所述空间处理工具的第三清扫区来执行第三清扫；其中所述预定数量的循环中的每一个还包括所述第一清扫、所述第二清扫和所述第三清扫。
本发明的这些特征和其它特征将在下面在本发明的详细描述中并结合以下附图进行更详细的描述。
附图说明
图1a-1f根据本公开的实施方案概念性地示出了ale工艺序列。
图2a根据本公开的实施方案广泛地示出了用于对衬底表面执行原子层蚀刻(ale)的方法。
图2b根据本公开的实施方案概念性地示出了空间晶片处理序列。
图2c根据本公开的实施方案概念性地示出了用于执行ale的线性空间晶片处理工具。
图2d根据本公开的实施方案概念性地示出了用于执行ale的旋转式空间晶片处理工具。
图2e根据本公开的实施方案概念性地示出了多站工具内的示例性处理站的横截面视图。
图3根据本公开的实施方案示出了衬底处理系统100，其可以用于对衬底301执行的基于时间的ale处理。
图4根据本公开的实施方案示出了多站处理工具的俯视图，其中提供了四个处理站。
图5根据本公开的实施方案示出了具有入站加载锁502和出站加载锁504的多站处理工具500的实施方案的示意图。
图6a根据一个实施方案示出了示例性空间ale系统。
图6b根据一个实施方案示出了示例性空间ale系统。
图7根据本公开的实施方案示出了用于对衬底/晶片执行ale处理的方法。
图8根据本公开的实施方案示出了用于对衬底执行ale处理的方法。
图9根据本公开的实施方案示出了使用卤化物物质执行ale以实现表面转化的方法。
图10根据本公开的实施方案示出了用于执行ale的方法，其包括等离子体诱导的解吸操作。
图11根据本公开的实施方案示出了用于执行ale的方法，其包括光子诱导的解吸操作。
图12a-12f根据本公开的实施方案概念性地示出了使用靶向解吸技术在衬底上实现选择性蚀刻的ale工艺。
图13根据本公开的实施方案示出了用于在空间ale系统中对衬底执行ale的方法。
图14根据本公开的实施方案示出了用于利用原位光谱分析执行ale处理的方法。
图15根据本公开的实施方案示出了使用重量测量对衬底的蚀刻的方法。
图16根据本公开的实施方案示出了使用多站工具对衬底执行ale的方法。
图17根据本公开的实施方案示出了用于执行ale工艺的方法，其包括使用双泵减排系统。
图18根据本公开的实施方案示出了通过偏置功率的施加或去施加(de-application)促进的各向异性和各向同性蚀刻。
图19a根据本公开的实施方案示出了具有上述局部多气体输送系统1900的系统。
图19b根据本公开的实施方案概念性地示出了用于将蒸气反应物输送到处理室的气体输送系统。
图20示出了用于控制本公开的系统的控制模块2000。
具体实施方案
本公开的实施方案提供了用于实现原子层蚀刻的方法、装置和系统。应当理解，本实施方案可以以多种方式实现，例如以工艺、装置、系统、设备或方法。下面描述几个实施方案。
原子层蚀刻(ale)是使用重复的自限制反应序列去除单个原子级材料层的技术。因为ale工艺中的反应是自限性的，所以与其他蚀刻技术相比，蚀刻的量本质上更可控，具有更大的均匀性和一致性。
图1a-1f根据本公开的实施方案概念性地示出了ale工艺序列。
图1a所示是处于未改性状态的衬底表面100的一部分。衬底表面100的分子/原子的最外层102暴露用于ale工艺。如图1b所示，执行表面转化/改性操作以将衬底的表面层转化为功能化状态。例如，表面层通过暴露于表面转化反应物104来改性，表面转化反应物104可以吸附或化学吸附在表面上。表面转化反应物可以包括在各种实施方案中的分子或低能自由基，其与表面层原子反应以实现表面转化步骤。所得到的表面层在图1c中示出，其由分子的官能化最外层106组成，以实现随后的ale步骤。由于反应是自限性的，因此仅(或基本上仅)衬底表面的最外层将经历转化。在一些实施方案中，该表面改性需要将表面物质转化为卤化物。在一些实施方案中，在自限制表面转化之后，清扫室以移除任何反应副产物或过量表面转化反应物。
在表面转化操作之后，然后如图1d所示，执行配体交换反应/操作。在所示的实施方案中，衬底的改性表面106暴露于含有反应物108的配体，从而实现配体交换反应，其中含有配体的反应物吸附在衬底表面上并将其配体转移到在早期的表面改性/转化操作中形成的经转化的表面物质106上。配体与改性的表面分子/原子层结合，从而形成由图1e所示的配体取代的表面物质110组成的反应产物，其可以作为单个分子释放或作为与进入的分子的较大的组合分子(二聚体、三聚体、甚至更大的聚集体)释放。
如图1f所示，进行解吸操作以实现从衬底表面除去最外层的表面物质110(配体交换操作后的反应产物)。在一些实施方案中，可通过施加热能来实现释放，所述热能可在暴露于含有配体的反应物的同时施加或在单独的步骤中施加。在一些实施方案中，反应产物本身可具有足够低的蒸气压，使得其可被泵出系统而无需额外的热调节。应当理解，去除过程应该确保释放的分子没有分解，其可能相当大，具有多个连接的配体，以避免不希望有的再沉积回到晶片上。
图2a根据本公开的实施方案广泛地示出了用于对衬底表面执行原子层蚀刻(ale)的方法。在方法操作200，该方法启动表面转化/改性操作。在表面转化操作期间，通过暴露于表面转化反应物来使最外的表面分子/原子层改性，从而产生改性的表面层。该反应是自限性的，以便仅使衬底的最外原子层改性。在方法操作202，执行配体交换操作。在配体交换操作期间，将衬底暴露于含有配体的反应物，该含有配体的反应物与改性的表面层反应，以便将其配体转移到表面层分子，例如通过取代在表面转化操作期间形成的配体物质来实现。
在配体交换操作期间，衬底的最外层转化为含有配体的表面物质，其可在解吸操作204中从衬底表面释放。在一些实施方案中，解吸操作204与配体交换操作同时发生，因为含有配体的表面物质在其形成时释放。而在其他实施方案中，解吸操作204是在完成配体交换操作202之后执行的单独操作。
此外，在一些实施方案中，代替配体交换反应(取代反应)，利用缩合或螯合反应来转化表面物质并使其能够从衬底表面去除。如上所述，去除可以同时进行，或者通过另一种操作进行，例如通过向衬底施加热能进行。
表面转化操作200、配体交换操作202和解吸操作204的序列限定了原子层蚀刻(ale)工艺的单个循环。在方法操作206，可以将这些ale操作重复预定数量的循环，或者直到实现期望的蚀刻量。例如，在一些实施方案中，可以采用原位表征机制(例如，椭圆偏光法)来原位实现蚀刻工艺的评估和确定何时停止ale工艺循环的执行。
在蚀刻金属表面的情况下，表面转化操作通常具有以下形式：
m→mx
其中m是存在于衬底表面的金属物质，并且mx是转化的金属物质，x代表通过表面转化反应引入的配体。例如，在表面金属物质是金属氮化物的情况下，表面转化操作可以具有以下形式：
mn→mx+nh3
在表面金属物质是金属氧化物的另一个示例中，表面转化操作可以具有以下形式：
mo→mx+h2o
在一些实施方案中，x为卤素，例如氟、氯、溴或碘。
在表面转化操作之后，配体交换操作通常可具有以下形式：
mx(吸附的)+m'l→ml(吸附的)+m'x(吸附的)
其中m'l是具有金属m'和配体l的含有配体的反应物，ml是在与m'l发生配体交换后的经配体取代的物质(反应产物)，m'x是来自配体交换反应的反应副产物。金属m'是与金属m不同的金属。
解吸操作通常具有以下形式：
ml(吸附的)+m'x(吸附的)-->ml(解吸的)+m'x(解吸的)
如上所述，所得分子可彼此连接，形成二聚体、三聚体或甚至更大的聚集体。可以使用根据本公开的ale工艺蚀刻的材料的示例包括以下：金属氧化物、二元金属氧化物(mxm'yoz)、金属氮化物、二元金属氮化物、金属硫化物、金属磷化物、金属砷化物，金属碲化物、金属硒化物(sellinides)。
当使用酸进行转化反应时，在氧化物的情况下，反应将形成水；在氮化物的情况下，会形成氨；在硫化物的情况下，会形成硫化氢；对于磷化物，会形成磷化氢(ph3)；对于砷化物，会形成胂；对于碲化物，会形成氢化碲；对于硒化物，将形成硒化氢。
在一些实施方案中，ale处理在约100毫托至10托的绝对压强或分压的范围内的压强下进行。在一些实施方案中，ale处理在约100至450℃的温度下进行。
根据各种实施方案，公开了用于执行ale的若干工艺流程。在一些实施方案中，使用氟进行表面转化的ale工艺具有以下形式的反应：
myx(s)+f源→mfz(s)+yzh(g),
其中yx是氧化物、氮化物、金属或其他物质，并且其中与f源的反应是自限性的热工艺、等离子体工艺或光解工艺；和，
mfz(s)+m’ln(g)→mlmfz-m(g)+m’ln-mfm(g)，
这是热驱动的转化和解吸反应，并且在mfz中是自限性的。
用于蚀刻氮化铝的示例性工艺采用以下反应：
aln(s)+3hf(g)→alf3(s)+nh3(g)；
alf3(s)+al(ch3)3(g)→alf2(ch3)(g)+alf(ch3)2(g)。
用于蚀刻氧化铝的示例性工艺采用以下反应：
al2o3(s)+6hf(g)→2alf3(s)+3h2o(g)；
alf3(s)+al(ch3)3(g)→alf2(ch3)(g)+alf(ch3)2(g)。
用于蚀刻氧化钛的示例性工艺采用以下反应：
tio2(s)+4hf(g)→tif4(s)+2h2o(g)；
3/4tif4(s)+bcl3(g)→3/4ticl4(g)+bf3(g)。
应注意，在热转化步骤之后，等离子体工艺可用于各向异性蚀刻，例如使用h2/ar、bcl3/ar或he等离子体进行。
图2b根据本公开的实施方案概念性地示出了用于执行ale的空间晶片处理序列。晶片/衬底可以移动通过空间处理工具的各个处理区，每个处理区在ale工艺中执行不同的功能。应当理解，在一些实施方案中，在开始该区的处理操作之前将晶片整体移动到给定的处理区，而在其他实施方案中，处理区当晶片移动通过它们时是连续有效的，使得所述操作中的多个可以在晶片的不同部分同时发生，具体取决于晶片在系统内的定位。在操作210，将晶片装载/输入到工具中。在操作212，晶片经历第一清扫操作。在操作214，晶片经历第一转化反应(例如表面转化反应)。在操作216，晶片经历第二次清扫操作。在操作218，晶片经历第二转化反应(例如配体交换和热或其他能量施加)。在操作220，晶片经历第三次清扫操作。在操作222，从处理工具输出晶片。
图2c根据本公开的实施方案概念性地示出了用于执行ale的线性空间晶片处理工具。将待处理的晶片装载到晶片输入平台230。接着，晶片移动通过实现第一清扫的清扫区232，实现第一转化反应的第一转化区234，实现第二清扫的清扫区236，实现第二转化反应的第二转化区238，实现第三清扫的清扫区240，最后到达晶片输出平台242。在处理完成后，从晶片输出平台242中取出晶片。
图2d根据本公开的实施方案概念性地示出了用于执行ale的旋转空间晶片处理工具。将待处理的晶片装载到旋转传送带250的晶片输入/输出平台251上。当旋转传送带250旋转时，将晶片移动到/通过工具的各个处理区。接着，使晶片移动通过实现第一清扫的清扫区252，实现第一转化反应的第一转化区254，实现第二清扫的清扫区256，实现第二转化反应的第二转化区258，实现第三清扫的清扫区260，最后返回晶片输入/输出平台251。在处理完成后，从晶片输入/输出平台251中取出晶片。
在一些实施方案中，晶片在多站处理工具内的多个处理站之间移动。图2e根据本公开的实施方案概念性地示出了多站工具内的示例处理站的横截面视图。一般而言，处理站用密封气体274限定了在较大的室270内的小容积室272。室272独立地排放，并且能够以小体积进行压强循环，以进行有效的配料/转化和清扫。这种配置提供了腐蚀性物质的隔离，从而保护陶瓷或金属部件。此外，该配置提供了污染物的隔离控制。
基座276在处理期间支撑晶片。可以使用温度控制装置278对基座进行温度控制，并且可以使用偏置控制装置280来控制偏置功率。
喷头282将处理气体分配到晶片腔中。可以有多个气体入口(例如双充气腔)。喷头可以具有来自rf源284的rf能力(例如，双频)，并且可以使用温度控制装置286进行温度控制。
例如但不限于，可以使用远程等离子体源或原位完成清洁。
较大的室270可以具有独立的泵送，例如，通过进口288向室270内泵送以及通过排放口290向室270外泵送。在较大的室270中提供清扫能力，使得当在工作站之间转移晶片时，它们被清扫掉任何处理气体或反应副产物以避免站之间的交叉污染。此外，较大的室270具有控制污染的插入能力以防止外部污染。
图3根据本公开的实施方案示出了衬底处理系统100，其可用于对衬底301执行基于时间的ale处理。尽管就基于时间的ale处理方面描述了图3，但是应当理解，在其他实现方案中，空间ale系统可以利用一些相同或类似的控制和系统设施，例如气体馈送件、处理气体、rf功率源、喷头等。
考虑到这一点，图3的系统包括室302，室302具有下室部分302b和上室部分302a。中心柱被配置为支撑基座340，基座340在一实施方式中是供电电极。基座340经由匹配网络306电耦合到电源304(例如，rf电源)。电源304可以由具有两个或更多个可选择和互斥的振荡器的单个发生器限定。电源304由控制模块310(例如控制器)控制。控制模块310被配置为通过执行工艺输入和控制308来操作衬底处理系统300。工艺输入和控制308可以包括工艺配方，例如功率电平、定时参数、往返速度(用于空间实现)、rf功率电平、接地设置、处理气体、流速、衬底301的机械运动等，例如以对衬底301进行ale处理。在空间ale实现中，在一些实施方案中，工艺输入可以提供定时、速度、持续时间和对往返传送工具的运动控制，使得能够利用移动的rf源进行空间ale处理。
中心柱还被示出为包括升降销320，升降销320由升降销控制322控制。升降销320用于将衬底301从基座340升高以允许末端执行器拾取衬底，并且用于在衬底301被末端执行器放置之后降低衬底301。衬底处理系统300还包括气体供应歧管312，气体供应歧管312连接到处理气体314，例如从设施供应的气体化学物质。根据正在执行的处理，控制模块310经由气体供应歧管312控制处理气体314的输送。然后使所选择的气体流入喷头350并在限定在面向衬底301的喷头350面和搁置在基座340上的衬底301之间的空间体积中分布。在ale工艺中，气体可以是根据本文所表述的工艺而选择用于表面转化或者用于配体交换操作的反应物。
此外，气体可以是预混合的或不是预混合的。可以采用适当的阀和质量流量控制机构来确保在该工艺的沉积和等离子体处理阶段期间输送正确的气体。处理气体通过出口离开室。真空泵(例如，一级或两级机械干式泵和/或涡轮分子泵)将处理气体排出并通过闭环控制的流量限制装置(例如节流阀或摆阀)来在反应器内保持合适的低压。
还示出了环绕基座340的外部区的承载环353。承载环353被配置为位于承载环支撑区上，该承载环支撑区是在基座的中心中的衬底支撑区下的台阶。承载环包括其盘结构的外边缘侧(例如外半径)以及其盘结构的最靠近衬底301所在的位置的衬底边缘侧(例如内半径)。承载环的衬底边缘侧包括多个接触支撑结构，多个接触支撑结构被构造成当承载环353被叉380提升时升高衬底301。因此，当由承载环升降和旋转控制装置324控制时，承载环353与衬底301一起被升高并且可以被旋转到例如在多站系统中的另一个站。在其它实施方式中，室是单站室。在另外的实施方式中，室是空间ale室的一部分，其包括往返传送装置(shuttle)和边缘环。根据实施方案，边缘环也可以被称为聚焦环。
在一些实现方式中，rf功率被供应到室的电极，使得可以产生用于沉积的等离子体。在空间ale室400的情况下，rf电源耦合到将衬底从处理区到处理区移动以完成一个或多个膜沉积步骤的往返传送装置402。下面参考图4提供关于空间ale系统的更多细节。
图4根据本公开的实施方案示出了多站处理工具的顶视图，其中提供了四个处理站。该顶视图是下室主体302b(例如，顶部室部分302a被移除以用于说明)，其中四个站由蜘蛛式叉426进入。每个蜘蛛式叉或叉包括第一和第二臂，每个臂围绕基座340的每一侧的一部分定位。在该视图中，蜘蛛式叉426以虚线画出，以表示它们位于承载环400下方。耦合至旋转机构420的蜘蛛式叉426被配置为同时从站(即，从承载环400的下表面)升高和提升承载环400，然后在降低承载环400(其中承载环中的至少一个支撑晶片301)之前旋转至少一个或多个站到下一个位置，使得可以在相应的晶片301上进行进一步的处理(例如，蚀刻、沉积、等离子体加工、处理等)。
图5根据本公开的实施方案示出了具有入站装载锁502和出站装载锁504的多站式处理工具500的实施方式的示意图。机械手506被配置为在大气压强下将衬底从通过晶舟508装载的盒经由大气端口510移动到入站装载锁502中。入站装载锁502耦合到真空源(未示出)，使得当大气端口510关闭时，入站装载锁502可以被抽空。入站装载锁502还包括与处理室302b接口的室传送端口516。因此，当室传送端口516打开时，另一个机械手(未示出)可将衬底从入站装载锁502移动到第一处理站的基座340以进行处理。
所描绘的处理室302b包括四个处理站，在图5所示的实施方式中编号为1至4。在一些实施方式中，处理室302b可以被配置为保持低压环境，使得可以使用承载环400在处理站之间传送衬底而不经历真空破坏和/或空气暴露。图5中描绘的每个处理站包括处理站衬底支架(在站1以318示出)和处理气体输送管线入口。
图5还描绘了用于在处理室302b内传送衬底的蜘蛛式叉426。蜘蛛式叉426旋转并且能够将晶片从一个站传送到另一个站。该传送通过以下方式发生：使蜘蛛式叉426能够从外部下表面提升承载环400，从而提升晶片，并且将晶片和承载环一起旋转到下一个站。在一种配置中，蜘蛛式叉426由陶瓷材料制成，以在处理期间承受高水平的热量。
在一些实施方案中，还可以使用“无环”衬底传送。在这样的实施方案中，“载体环”或“等离子聚焦环”保持固定在一个站上。通过以下方式移动衬底：用销将衬底从基座上抬起，在晶片下方插入浆叶，然后降低在销上的衬底，从而确保衬底与浆叶直接接触。此时，使用桨叶将衬底转位到另一个站。一旦衬底处于新站，就用销将衬底从桨叶上抬起，使桨叶旋转或向外移动，并降低销以确保衬底与基座直接接触。现在，衬底处理可以在用于转位(即移动)的衬底的新站进行。当系统具有多个站时，每个衬底(即，存在于站的那些衬底)可以以类似的方式一起(例如同时)传送以进行无环衬底传送。关于多站处理工具的其他细节可以参考2015年8月28日提交的名称为“multi-stationchamberhavingsymmetricgroundingplate,”的美国申请no.14/839,675，其公开内容通过引用并入本文。
图6a示出了根据一实施方式的示例空间ale系统。空间ale系统630包括多个处理区632、634、636，其用于处理在旋转传送带638上移动通过处理区的衬底640、642和646。
图6b根据一个实施方式示出了示例空间ale系统。空间ale系统包括室600，室600具有用于处理衬底301的多个区。衬底301由往返传送装置602支撑，并且往返传送装置602被配置成将衬底301传送或移动到区a-d中的每一个。在一实施方案中，通过进入端口601a将衬底引入室600中。在一些实施方式中，还在区d附近的端部提供进入端口601b。通过加载端口将衬底引入室600中，加载端口可以与进入端口连接。在一实施方案中，室600处于真空下，因此装载端口有助于将衬底传送进出室600。在一实施方案中，室600可被配置为在约0.1至10托的压强范围内操作。如图所示，泵616也可以作为室600的一部分被包括在内，这可以帮助去除气流，将室泵送到期望的压强，或者实现维修操作。
在其他实施方式中，室600可以与其他室或工具成簇，以限定更大的架构系统。在一些实施方案中，提供更少的区，例如仅提供区a-c。通常，区a配置成提供反应物气体608a，并将反应物气体608a分布在区a上，使得反应物气体608a快速分布被设置在衬底601上的表面或层上并与之反应。在一些实施方案中，区b不是必需的，并且系统可以省略与区b相关联的处理或结构。在这种情况下，该工艺从区a(施加反应物a)到区c(施加反应物c)进行。
喷头620a设置在区a中，并用于提供和分配反应物气体608a。在操作中，往返传送装置602将衬底301移动到区a的喷头608a下方的位置。一旦从反应物气体608a吸收气体，往返传送装置就将衬底301移向区b。在区a和区b之间，提供隔离表面626b。相对的隔离表面626b是隔离表面626a。在表示上室600的下部结构表面或主体的隔离表面之间限定区a。其他区b、c和d中的每一个分别设置在隔离表面626之间。隔离表面626b例如还包括多个入口端口和出口端口。入口端口配置成提供惰性气体，出口端口配置成去除惰性气体和其他气体副产物，以便在区之间提供隔离。
在所示实施方案中，往返传送装置将在其到达区b的路径上在隔离表面626b下经过，其中清扫609a工艺由区b附近或周围的清扫头624a和其他气体泵送设备执行。清扫工艺是当衬底存在于区b中时，即，当通过往返传送装置602移动到区b时，可以将可以布置在区b或衬底上方或周围的反应物排出。在一个示例中，区b中的操作可以进行在20毫秒和300毫秒之间，具体取决于正在处理的配方。接下来，往返传送装置602移动到区c，同时在隔离表面626b下经过。如上所述，隔离表面626b由隔离气体和与隔离气体610b连通的入口端口和出口端口控制。例如，隔离气体610a-610c被配置成向隔离表面626b的入口端口提供惰性气体，并去除惰性气体和反应气体的副产物，其可以被布置或传送到其他排放基础设施。
一旦往返传送装置602移动到区c，系统控制器610可以被配置为激活rf电源640，rf电源640向嵌入在往返传送装置602中的rf电极输送功率。在一些实施方案中，嵌入在往返传送装置中的电极包括rf功率电极和rf接地电极。以这种方式，当往返传送装置到达室600的区c时，控制器610可以激活电源以将rf功率传递到往返传送装置602的电极。在一个实施方案中，由往返传送装置602的电极提供的rf功率可以在介于75瓦和1000瓦之间的范围内，并且在另一个实施方案中介于250瓦和300瓦之间。在操作期间提供的可以落在上述范围之间的功率设置将取决于在空间ale系统中实现的工艺配方。此外，区c中的处理平均可以在约25毫秒和约3秒的范围内，具体取决于配方。同样，该持续时间基于目标工艺、材料类型、ale步骤所需的蚀刻量以及其他变量。
根据一些实施方案，在区c中，提供给往返传送装置602(其上设置有衬底301)的rf功率将在衬底301的表面上产生等离子体。区c内和周围的空间被来自反应物608b的气体填充，当功率被设置为激活时，该气体将在衬底301的表面上被激活。在一实施方案中，将功率设置为以同步方式激活，使得当衬底301到达区c下的区域时，激活rf功率。在一实施方式中，选择反应物608b，使得在由喷头620b输送的反应物608b与由区a中的衬底吸收的反应物608a之间发生反应。在一种配置中，往返传送装置602已经移动到区d，其中执行清扫609b工艺，类似于在区b中执行的操作。在区d中，操作可以持续，根据所期望的配方，持续在约20毫秒和150毫秒之间，并且在一些情况下，在约0毫秒和300毫秒之间。
关于空间处理系统的其他细节可以在2015年9月4日提交的名称为“plasmaexcitationforspatialatomiclayerdeposition(ald)reactors,”的美国申请no.14/846,697中找到，其公开内容通过引用并入本文。尽管参考ald工艺描述了美国申请no.14/846,697的公开实施方案，但是其公开内容也可以应用于ale处理，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。
图7根据本公开的实施方案示出了用于对衬底/晶片执行ale处理的方法。在方法操作700中，将衬底暴露于表面转化反应物，其被配置为以自限制方式与衬底表面上的最外的表面分子/原子层反应。当在时间ale系统中执行时，表面转化反应物流入在内部设置有衬底的处理室。然而，当在空间ale系统中执行时，衬底被移动到分配表面转化反应物的处理区域中。表面转化反应物与表面分子/原子反应形成转化物质。
在方法操作702处，执行清扫操作，以除去任何反应副产物和/或任何未反应的表面转化反应物。在时间ale系统中，这可以通过用惰性气体清扫室来实现。在空间ale系统中，衬底移动到ale系统的清扫区域。
在方法操作704，将衬底暴露于含有配体的反应物。在时间ale系统中，表面转化反应物流入在内部设置有衬底的处理室中。而在空间ale系统中，衬底被移动到分配表面转化反应物的处理区域中。含有配体的反应物配置成以自限制方式与衬底表面上的经转化的物质反应，以将经转化的物质转化为衬底表面上的经配体取代的物质。也就是说，含有配体的反应物吸附在衬底表面上，并且来自含有配体的反应物的配体经由取代反应转移到经转化的物质上。
在方法操作706，执行第二清扫操作，例如，通过使惰性气体流入在时间系统中的室内，或者通过将衬底移动到空间系统中的清扫区域内执行。
在一些实施方案中，配体取代反应还在相同的反应操作中从衬底表面释放经配体取代的物质。例如，室和/或衬底的温度可以使得在形成配体取代的物质时，经配体取代的物质挥发并从衬底表面释放。
然而，在其他实施方案中，配体交换反应也不会产生作为反应产物的经配体取代的物质的解吸附，并且需要单独的操作来实现解吸附。根据这样的实施方案，继续参考图7，在方法操作708，在清扫操作706之后将热能施加到衬底表面，以实现经配体取代的物质在衬底表面上的解吸附。根据本公开的实施方案，可以单独或组合地使用各种技术中的任何技术施加热能。在一些实施方案中，处理室被加热以便向衬底提供热能，例如通过加热室壁和/或加热基座提供。在一些实施方案中，处理室和/或衬底由一个或多个灯(例如红外灯)加热。使用灯将能量传递到衬底的系统的一个示例是lamresearchcorporation制造的
在一些实施方案中，激光用于加热衬底表面。在一些实施方案中，激光可以靶向，以选择性地加热衬底的某些部分。被靶向的部分将具有足够的热能以实现经配体取代的物质的外层的解吸附，而未被靶向的那些部分将不会被蚀刻，因为它们缺乏实现解吸的必需的热能。
在一些实施方案中，衬底所在的基座被加热，以便将热量传递到衬底以实现解吸。
在方法操作710，执行清扫操作以确保从处理室完全去除解吸的物质和任何其他副产物。
在图7的方法中，应理解，进行解吸操作的温度大于执行配体交换操作的温度。在一些实施方案中，进行表面转化和配体交换操作的温度是相同的。在其他实施方案中，进行表面转化操作的温度小于执行配体交换操作的温度，因此产生ale循环，其中温度随着ale循环的每次操作而逐渐增加。
换句话说，表面转化操作可以在第一温度下进行，配体交换反应可以在高于第一温度的第二温度下进行，并且解吸操作可以在高于第二温度的第三温度下进行。在这样的实施方案中，解吸作为与配体交换操作分开的操作进行。
应当理解，在ale工艺期间发生的反应/操作可以是热驱动的，使得除非提供阈值温度作为工艺条件，否则不会发生反应或操作。因此，可以控制衬底和/或处理室的温度，以便提供适当的温度条件来驱动ale循环的反应。
在其他实施方案中，表面转化在第一温度下进行，并且配体交换和解吸在高于第一温度的第二温度下在相同操作中进行。在这样的实施方案中，配体交换反应和解吸同时或作为相同操作的一部分发生，因为经配体取代的物质在形成时解吸。
图8根据本公开的实施方案示出了用于对衬底执行ale处理的方法。在方法操作800中，将衬底表面暴露于表面转化反应物。在方法操作802，执行清扫操作。
在方法操作804，将热能施加到衬底表面，例如，通过直接加热处理室、基座和/或衬底施加。可以采用任何上述施加热能的技术。其效果是将衬底的温度从进行表面转化操作的第一温度升高到进行配体交换反应并实现解吸的第二温度。
在方法操作806，将衬底表面暴露于含有配体的反应物，该反应物吸附在衬底表面上以在相同操作中实现配体交换反应和反应产物的解吸。也就是说，在通过配体交换反应形成经配体取代的物质(即反应产物)时，经配体取代的物质被配置成在已经加热衬底和/或室所达到的温度下从衬底表面解吸。
应注意，对于诸如已在图7和8的方法中描述的热处理，蚀刻行为通常是各向同性的。这是重要的，因为没有很多有效的方法来实现各向同性蚀刻，并且根据本公开的实施方案的ale可以提供具有原子尺度精度的各向同性蚀刻。
图9根据本公开的实施方案示出了使用用于表面转化的卤化物物质进行ale的方法。在方法操作900中，衬底表面上的金属物质通过暴露于含卤化物的反应物而转化为金属卤化物。
金属卤化物的示例包括金属氯化物、金属氟化物、金属溴化物和金属碘化物。
氯化物源的示例包括以下：hcl、hcl的络合物、hcl的溶液和cl的等离子体源。
氟化物源的示例包括以下：无水hf(例如采用低压工艺)、hf的加合物(例如hf-吡啶)(例如采用低压工艺)、hf溶液(例如可以使用旋涂技术以分配到衬底上)、f的等离子体源(例如hf-nf3等离子体)(等离子体可以原位或远程产生)以及其他f源(例如clf3、sf6)。
溴化物源的示例包括以下：hbr，hbr的络合物，hbr的溶液和br的等离子体源。
碘化物源的示例包括以下：hi、hi的络合物、hi的溶液和i的等离子体源。
在方法操作902，进行配体交换反应，其中含有配体的反应物的配体取代衬底上转化的表面物质的卤化物。
含有配体的反应物的示例包括以下：sn(acac)2、al(ch3)3、sicl4、al(ch3)2cl、ticl4、al(or)3、alcl3、m(or)n、m(nr2)n、m(acac)n、bcl3。
如果需要，在方法操作904，进行解吸操作以在配体交换反应后实现反应产物从衬底表面的解吸。如上所述，在一些实施方案中，通过施加热能实现解吸。然而，在其他实施方案中，可以应用其他技术来实现解吸。
应当理解，特定反应的热力学可以控制哪种反应物适合用于对特定衬底表面物质进行ale。例如，可以用hf和tma蚀刻氧化铝。然而，用hf和tma蚀刻氧化锆在热力学上是不利的，因为虽然可以发生表面转化，但配体交换在热力学上是有困难的(thermodynamicallyuphill)。
对于氧化铝的hf转化，然后暴露于四氯化硅，直到约200℃，几乎没有发生反应，因为直到该温度，转化和解吸在热力学上是有困难的(thermodynamicallyuphill)。因此，必须提供热能以克服温度方面的动力学障碍。因此，在根据本公开的实施方案的热处理中，可以使用光或等离子体驱动的解吸，从而提供另一种能量源来诱导物质解吸。
图10根据本公开的实施方案示出了用于执行ale的方法，其包括等离子体诱导的解吸操作。在方法操作1000处，对衬底执行表面转化操作，如上文根据本公开的实施方案所描述的。在方法操作1002，还对衬底执行配体交换操作，也如上文根据本公开的实施方案所述的。在方法操作1004，将衬底暴露于等离子体以实现从衬底表面解吸和除去配体交换操作的反应产物和任何其他副产物。
在一些实施方案中，等离子体原位产生，例如使用电感耦合等离子体(icp)机制，电容耦合等离子体(ccp)机制或使用微波产生。在其他实施方案中，远程产生等离子体并将其提供给衬底表面。
等离子体活化的解吸可以通过各种机制发生。例如，等离子体可以产生光子(例如uv光子)，并且可以影响光解吸。等离子体还可以产生促进解吸的活化物质，例如自由基和/或离子。应当理解，等离子体产生的自由基的使用将倾向于提供各向同性蚀刻。
在一些实施方案中，基于离子的解吸可倾向于是各向异性的。在一些实施方案中，施加偏压以增加各向异性。
广泛地说，当通过等离子体产生的离子实现解吸时，希望促进温和的工艺(与例如rie相比)以避免使衬底表面材料溅射。应该采用非常低的能量(例如，小于约50伏的偏压)来避免物理蚀刻/溅射(其中离子物理地撞击表面原子)。在ale中，希望在给定的解吸操作中仅解吸单个单层。因此，当使用等离子体进行解吸时，该系统可以配置成产生非常低的离子能量，其仅实现解吸而不进行物理溅射，例如，利用非常低的偏置功率实现。
图11示出了根据本公开的实施方案的用于执行ale的方法，其包括光子诱导的解吸操作。在方法操作1100处，在衬底上执行表面转化操作，如上文根据本公开的实施方案所描述的。在方法操作1102，还在衬底上执行配体交换操作，也如上文根据本公开的实施方案所述的。在方法操作1104处，将衬底暴露于来自光子源的光子，以实现从衬底表面解吸和除去配体交换操作的反应产物和任何其他副产物。
光子活化解吸(光解吸)本质上可以是光解的，其中光子破坏表面物质的键以实现与衬底表面的裂解/解离，从而使其解吸。在一些实施方案中，光子暴露产生促进解吸的局部加热。应当理解，这些机制可以彼此合作地提供它们的效果以实现光解吸。在一些实施方案中，光解作用将裂解衬底表面的键，并且局部加热将用于增加裂解物质的挥发性并促进其去除。
图12a-12f根据本公开的实施方案概念性地示出了使用靶向解吸技术在衬底上实现选择性蚀刻的ale工艺。图12a示出了衬底表面100的一部分，其中最顶层经历了表面转化反应以形成表面转化物质106。图12b示出了配体交换反应后的衬底表面，在衬底表面产生经配体取代的物质110。将靶向的热或光子能量施加到衬底表面，其将热能或光子能量引导到衬底表面的特定局部区域。在该局部施加热能或光子能之后，如图12c所示，经配体取代的物质被解吸并从表面除去，但仅在衬底表面的区域1200中，区域1200是热/光子能量被引导朝向的区域。没有接收靶向的热/光子能量的其他区域1202没有解吸经配体取代的物质。结果是区域1200已被选择性蚀刻。
在图12d中，下一个ale循环开始于将衬底表面暴露于表面转化反应物，表面转化反应物与区域1200中的可用表面物质反应。在区域1202中未解吸的其他经配体取代的物质保留在表面上并且不与表面转化反应物反应。然后在图12e中，区域1200中的表面转化物质经历配体交换反应以在区域1200中形成经配体取代的物质，并再次接收靶向的热/光子能量。靶向的热/光子能量进一步移动区域1200中的经配体取代的物质，而不去除区域1202中的物质，产生区域1200的进一步选择性蚀刻，如图12f所示。
因此，通过施加靶向的热或光子能量，可以使用本公开的ale技术实现选择性蚀刻。应当理解，在多种实施方案中，可以使用本领域已知的技术来特定地引导热/光子能量。例如，在光刻领域中使用的用于引导光子能量的技术(例如灯/激光光源、直接投影(无掩模)或通过光掩模)可用于将光子能量引导到特定位置以便在ale工艺中进行解吸。应当理解，热/光子能量所指向的位置限定了用于通过ale进行选择性蚀刻的图案。
如上所述，ale可以在时间和空间系统中执行。对于时间工艺，各个反应按时间分开，需要在反应之间使用有效的清扫，其类似于时间ald。在典型的时间工艺中，晶片在站处固定，并且操作按时间(通过清扫)分开。
然而，在空间工艺中，反应通过空间分开。例如，反应a在位置a处进行，该位置a与气体/真空幕相邻，该气体/真空幕与进行反应b的位置b相邻，位置b又与另一个气体/真空幕相邻。可以使用旋转传送带或线性轨道架构来执行空间ale。因此，所有反应都在不同位置同时发生。在线性工具中，处理区始终打开，并且晶片移入和移出这些区。这与多站顺序架构相反，在多站顺序架构中晶片是固定的并且在每个站处运行独立的工艺，然后晶片从一个站旋转到另一个站。这样的多站系统可以被表征为时间性的，因为操作按时间分开，但是处理区在系统内也是按空间分开的。
图13根据本公开的实施方案示出了用于在空间ale系统中对衬底执行ale的方法。在方法操作1300中，将衬底移动到空间ale工具的表面转化区中，其中衬底表面暴露于表面转化反应物以实现表面转化反应。在方法操作1302，将衬底移出空间ale工具的表面转化区，通过空间ale工具的清扫区。
在方法操作1304，将衬底移动到空间ale工具的配体交换区中，其中衬底表面暴露于含有配体的反应物以实现配体交换反应。在方法操作1306，将衬底移出空间ale工具的配体交换区，通过空间ale工具的清扫区。
在方法操作1308，将衬底移动到空间ale工具的解吸区中，所述解吸区配置成实现来自配体交换反应的反应产物(经配体取代的表面物质)的解吸。在方法操作1310，将衬底移出空间ale工具的解吸区，使其进入空间ale工具的清扫区，以确保从衬底表面完全去除解吸的物质。
ale处理中的问题是如何优化配料时间并确定何时完成所需的蚀刻量。在一些实施方案中，可进行配料表征。也就是说，执行一系列ale工艺循环，并测量去除的材料量。然后可以计算每个循环的蚀刻量并确定蚀刻速率与配料时间的函数关系。以这种方式，可以优化ale工艺的配料时间，并且可以调整给定蚀刻操作的循环次数以实现期望的蚀刻量。
在一些实施方案中，通过原位红外光谱或流出光谱监测解吸附。这可以使用与在清洁过程期间执行端点检测的技术类似的技术来执行。在一些实施方案中，调整ir检测器以检测解吸反应产物的特征范围(stretch)。监测该信号，并且当信号减小到或低于预定阈值时，则解吸完成。例如，如果ale工艺需要解吸sif4，则可以调整ir检测器以检测sif范围(stretch)并监测该信号(类似于沉积室的等离子体清洁)。因此，如果存在能够作为指示器被监测的光谱带，则可以使用原位检测来确定蚀刻何时完成。
图14示出了根据本公开的实施方案的用于利用原位光谱分析执行ale处理的方法。在方法操作1400，在衬底上执行表面转化操作。在方法操作1402，在衬底上执行配体交换操作。在方法操作1404，在衬底上执行解吸操作。在方法操作1406，执行原位光谱分析。例如，在一些实施方案中，可以从解吸操作监测对应于解吸的物质的发射，以确定何时解吸完成。在一些实施方案中，可监测对应于接口端点的发射以确定是否已到达接口端点，其可用作停止进一步ale处理的信号。在方法操作1408，重复ale操作(1400、1402、1404和1406)，直到达到期望的蚀刻端点，或者直到达到预定数量的循环。
在一些实施方案中，为了表征ale工艺，可使用石英晶体微量天平来原位测量重量。这使得能够确定作为配料的函数的薄膜的重量损失。从广义上讲，该技术需要在石英晶体上沉积薄膜，这使得能够测量纳克或毫微微克的损耗。举例来说，考虑在氧化铝(alox)膜上的ale工艺。可以测量与snac2或tma配体交换和从氟化铝膜解吸相关的alf的形成和重量损失。这些工艺是自限性的，因为只有alox的表面转化为alf，因为没有f扩散到alox中，并且配体交换仅消耗在表面上形成的alf的量并且使形成的al化合物与形成的锡化合物挥发。因此，当配体交换和解吸通过自限制机制完成时，ale循环停止。然后可以测量重量变化以表征ale工艺并确定其效果，特别是已经被蚀刻的alox的质量/量。
虽然石英晶体微量天平能够非常精确地测量重量变化以表征ale工艺，但是它不能在生产晶片上进行测量。因此，在一些实施方案中，ale系统硬件可以包括集成的称(scale)或质量比较器，其用于测量由ale工艺的执行导致的重量损失。在一些实施方案中，可将称(scale)集成到装载锁中以使得能够在ale处理之前和之后测量晶片/衬底的重量。
图15示出了根据本公开的实施方案的使用重量测量衬底的蚀刻的方法。在方法操作1500，在执行ale处理之前测量衬底。在方法操作1502，在衬底上执行表面转化操作。在方法操作1504，在衬底上执行配体交换操作。在方法操作1506，在衬底上执行解吸操作。在方法操作1508，ale操作(1502、1504和1506)重复预定数量的循环。
在方法操作1510，在完成ale工艺循环之后，对蚀刻后的衬底进行称重。在方法操作1512，分析衬底的重量损失(蚀刻前和蚀刻后衬底重量之间的差异)。例如，可以确定是否已经蚀刻了预期量的材料，或者是否蚀刻了多于或少于预期量的材料。应当理解，集成的称(scale)的测量能力可能不能实现单层分辨率，因此，先执行一系列ale循环(例如，去除大约几十纳米的膜)，然后才确定蚀刻后的重量测量结果。
应当理解，可以对经蚀刻的晶片/衬底执行室外计量分析，例如执行重量分析和/或光谱椭圆偏光法。
在多种实施方案中，用于执行ale的本公开的系统(诸如参考图3-6描述的那些)可以包括各种特征。
在一些实施方案中，系统采用封闭或虚拟密封的小体积室，其使得能够对转化步骤和配体交换反应快速加压，以及实现快速清扫/压强循环。
对于基于氟化物的ale方法，系统不需要陶瓷组件，因为腐蚀通常不是问题。然而，对于使用i、br或cl的工艺，由于可能蚀刻铝硬件，可能需要陶瓷系统。
四元架构(例如，在lamresearchcorporation制造的
可以使用标准气体箱、(多次和同时)液体输送和/或(多次和同时)固体输送来提供试剂/前体输送。快速阀门切换和快速等离子体切换对于提供精确的配料和最小化在反应/清扫工艺之间的转化时间是有用的。
在一些实施方案中，采用超小体积双充气腔喷头来处理多种试剂并提供超快速清扫。
使用点阀系统可以提供隔离和快速切换。使用点阀歧管可以直接设置在喷头的顶部。
在一些实施方案中，提供偏置的感受器以促进各向异性去除。
图16根据本公开的实施方案示出了使用多站工具对衬底执行ale的方法。在方法操作1600，准备多站ale工具的不同站，包括将每个站加热到特定的预定温度。在方法操作1602，将衬底移动到多站ale工具的表面转化站。在方法操作1604，将衬底表面暴露于表面转化反应物，同时定位在表面转化站处。
在方法操作1606，将衬底移动到多站ale工具的配体交换站。在方法操作1608，在定位在配体交换站处同时，将衬底表面暴露于含有配体的反应物。在一些实施方案中，解吸也与配体交换反应同时发生。然而，在其他实施方案中，解吸在不同的站处执行。
因此，在方法操作1610，将衬底移动到多站ale工具的解吸站。在方法操作1612，在衬底定位于解吸站时，对衬底执行解吸操作。
在一些实施方案中，采用双泵送系统来控制不相容流出物的流出物泵送。干床吸收器可用于捕获更有问题的流出物(例如废物中的非挥发物)。双泵送歧管可以将某些流出物分开泵送到不同的泵和减排系统中，以避免排气管线中形成盐。
单站或多站系统可以具有使得能在不同的泵减排单元之间切换的硬件和软件。例如，在一些实施方案中，多站工具的每个站具有到达单个管线的单独的泵送歧管。在一些实施方案中，单个管线然后可以分成两个单独的流出物管线，例如，一个用于表面转化反应流出物，一个用于配体交换反应流出物。例如，如果投配氨，可以将来自氨配料步骤的流出物泵送通过第一泵，并且如果在另一步骤中产生hcl，则可以将hcl泵送通过第二泵。如果两种流出物都被泵送通过单个泵送歧管，则它们将形成氯化铵盐，其会沉淀并堵塞排气系统。因此，在转化反应物和配体交换反应物会形成盐的情况下，对于每种反应物具有单独的泵送系统是有用的，其中一个泵送系统用于转化操作，一个泵送系统用于配体交换操作。
这可用于在例如卤化物和胺用于转化反应和配体交换反应的情况下避免形成盐。作为另一个示例，当使用氯化物进行转化并且使用tma进行配体交换时，可以形成氯化铝，其不易挥发，因此将形成盐。因此，为了防止形成盐，有一个用于转化的泵送系统和一个用于配体交换反应的泵送系统是有用的。
图17根据本公开的实施方案示出了用于执行ale工艺的方法，包括使用双泵减排系统。在方法操作1700，启动第一泵减排单元，其配置成泵送来自表面转化反应的流出物。在方法操作1702，进行表面转化反应，将衬底表面暴露于表面转化反应物。将来自表面转化工艺的流出物通过第一泵减排单元被泵出。在方法操作1704，执行清扫操作以确保完全除去反应物质，反应物质被泵送通过第一泵减排单元。
在方法操作1706，启动第二泵减排单元(第一泵减排单元被停用)，其配置成泵送来自配体交换反应的流出物。在方法操作1708，进行配体交换反应，使衬底表面暴露于含有配体的反应物。来自配体交换工艺的流出物被泵送通过第二泵减排单元。在方法操作1710，进行清扫操作完全除去来自配体交换反应的任何剩余的反应物质，将其泵送通过第二泵减排单元，从而使它们与先前的表面转化反应的那些分开。
以下是在
最近，已经报道了对tio2和al2o3膜进行六氟化钨(wf6)蚀刻。本公开的系统和方法可以用于这样的工艺。
用含sn(锡)的反应物进行ale的现有方法可包括氢等离子体暴露以除去残留的锡。然而，在一些实施方案中，代替暴露于氢等离子体以去除残留的锡，采用比等离子体更温和的解吸操作，或者其包括有限剂量的等离子体。
在一些实施方案中，温度控制方法(其包括使用加热灯、激光热发射器和/或微镜阵列)可将热量引导至衬底的特定区以在特定区域中引起解吸。在一些实施方案中，微镜阵列可用于将热量引导到晶片的特定区域。在一些实施方案中，微镜阵列可用于将热量引导至非常特定的特征几何形状，类似于光刻工艺。
用于执行ale的方法包括时间ale方法和空间ale方法。
在一些实施方案中，ale方法可包括将偏置功率施加到卡盘以促进各向异性蚀刻且移除偏置功率以促进各向同性蚀刻。图18根据本公开的实施方案示出了通过偏置功率的施加或去除促进的各向异性和各向同性蚀刻。此外，在一些实施方案中，ale方法可以包括控制偏置功率以实现两种模式之间的转换。
在一些实施方案中，期望混合的化合物(金属/有机物)处理，其中晶片在表面上具有不同材料。需要应用不同的处理以实现完全去除。例如，这可以包括蚀刻化合物半导体或合金。在一个示例中，可以输送两种类型的化学物质，以与不同类型的材料反应。输送可以是交替的或同时的。在一个示例中，对于两种化合物，表面改性操作可以是相同的，但是对于每种材料，配体交换和解吸操作可以是不同的。
在一些实施方案中，ale方法包括使用不同的泵来处理不同类型的副产物。这使得系统能通过不同的排气管线去除副产物。该方法可以包括检测一种材料被去除时，然后激活第一泵，以及当第二种材料被去除(或检测到被去除)时，可以激活第二泵。该方法使得能够正确处理副产物。
在一些实施方案中，方法包括控制对晶片上的材料类型的蚀刻选择性。如果晶片具有需要蚀刻的不同材料，则系统可以使用温度控制来实现对一种材料或另一种材料的选择性蚀刻。
在一些实施方案中，温度控制可用于影响某些晶片区域中的蚀刻且影响其他区域中的沉积。在一示例中，可以通过包括不同的温度区来控制卡盘，所述温度区可被寻址以识别更多或更少的加热位置，从而影响局部蚀刻或沉积。
在各种实施方案中，选择特定化学过程/工艺以用于待蚀刻的特定材料。
在一些实施方案中，系统包括可调节温度受控的卡盘，其用于影响晶片的特定区域中的蚀刻性能。计量系统可以集成在室中以实现实时、原位测量，然后进行温度控制。室可以具有用于检测基于蚀刻性能加热特定区域的需要的计量功能(metrology)。
在一些实施方案中，ale系统包括用于提供对蚀刻性能的闭环监测的集成计量系统。可以使用集成计量功能，例如，以用于确定表面膜是否已被蚀刻到所期望的厚度。
在一些实施方案中，提供双泵送系统以用于来排放等离子体副产物，具体取决于被蚀刻的物质。
在一些实施方案中，提供了局部化的多气体输送系统，其可以集成在晶片上的各个区中。这提供了对晶片的不同区的精细控制、低功率、快速切换，实现小室间隙，而不需要感应等离子体源。图19a根据本公开的实施方案示出了具有上述局部多气体输送系统1900的系统。
在多种实施方案中，ale系统可以使用单室或多室系统。在多室系统中，可以在不同的室中进行不同的处理。
在一些实施方案中，采用具有连接到rf功率的上电极的ccp室，并且卡盘保持浮置。在ale工艺中，这种配置提供了接近0.5cm的减小的间隙，并且还提供了小的等离子体鞘。
在一些实施方案中，提供了用于将特殊液体输送系统集成到室的系统。图19b根据本公开的实施方案概念性地示出了用于将蒸气反应物输送到处理室的气体/蒸气输送系统。在一些实施方案中，处理室1914可以是处理室，例如由lamresearchcorporation制造的kiyo
如图所示，气体箱1902连接到气体入口外壳1910，并且还连接到前级管线1904。气体箱1902可以配置成向气体入口外壳1910提供处理气体，其被引导到喷射器1912并进入处理室。
蒸发器箱1906配置成蒸发液体前体并将其提供给气体入口外壳1910。例如，液体前体可以包含在安瓿中，该安瓿被加热以促进蒸发。在一些实施方案中，蒸发器箱1906可经配置以在使用或不使用推动气体(例如ar)的情况下提供蒸气。从蒸发器箱提供的蒸气可以经由气体入口外壳1910被引导至喷射器1912或前级管线1904。在一些实施方案中，蒸发器箱1906也直接连接至前级管线1904。
清扫供应源1908提供惰性气体(例如，n2)，以清扫气体入口外壳1910以及处理室1914。
图20示出了用于控制上述系统的控制模块2000。例如，控制模块2000可以包括处理器、存储器以及一个或多个接口。控制模块2000可以用于部分地基于感测值来控制系统中的装置。仅作为示例，控制模块2000可以基于感测值和其他控制参数来控制阀2002、过滤器加热器2004、泵2006、和其他装置2008中的一个或多个。控制模块2000例如仅从压力计2010、流量计2012、温度传感器2014和/或其他传感器2016接收感测值。控制模块2000还可以用于控制在反应物输送和等离子体处理期间的工艺条件。控制模块2000通常将包括一个或多个存储器设备以及一个或多个处理器。
控制模块2000可以控制反应物输送系统和等离子体处理设备的活动。控制模块2000执行计算机程序，所述计算机程序包括用于控制处理时间、输送系统温度、跨越过滤器的压差、阀位置、气体混合物、室压强、室温度、晶片温度、rf功率电平、晶片esc或基座位置以及特定工艺的其他参数的指令集。控制模块2000还可以监测压差并自动地将蒸气反应物输送从一个或多个路径切换到一个或多个其他路径。在一些实施方式中可以采用存储在与控制模块2000相关联的存储器装置上的其他计算机程序。
通常会存在与控制模块2000相关联的用户界面。用户界面可以包括显示器2018(例如设备和/或工艺条件的显示屏和/或图形软件显示器)以及用户输入设备2020(如定点设备、键盘、触摸屏、麦克风等)。
可以用任何常规的计算机可读编程语言(例如，汇编语言、c、c++、pascal、fortran或其它)来编写用于控制处理序列中的反应物输送、等离子体处理和其他处理的计算机程序。编译对象代码或脚本由处理器执行以执行程序中标识的任务。
控制模块参数涉及工艺条件，例如过滤器压差、处理气体成分和流速、温度、压力、诸如rf功率电平和低频rf频率之类的等离子体条件、冷却气体压力、和室壁温度。
系统软件可以以许多不同的方式来设计或配置。例如，可以写入各种室部件子程序或控制对象以控制执行本发明的沉积工艺所必需的室部件的操作。用于此目的的程序或程序段的示例包括衬底定位代码、处理气体控制代码、压力控制代码、加热器控制代码和等离子体控制代码。
衬底定位程序可以包括用于控制室部件的程序代码，所述室部件用于将衬底装载到基座或esc上并且控制衬底与室的其他部分(例如气体入口和/或目标)之间的间隔。处理气体控制程序可以包括用于控制气体组成和流速并且可选地用于在沉积之前使气体流入室以便稳定室中的压力的代码。过滤器监测程序包括将测量的差分与预定值进行比较的代码和/或用于切换路径的代码。压力控制程序可以包括用于通过调节例如室的排气系统中的节气门来控制室中的压力的代码。加热器控制程序可以包括用于控制到用于加热反应物输送系统中的部件的加热单元、到衬底和/或系统的其他部分的电流的代码。替代地，加热器控制程序可以控制诸如氦之类的传热气体向晶片esc的输送。
可以在处理过程中监测的传感器的示例包括但不限于：质量流量控制模块，诸如压力计2010之类的压力传感器，温度或热传感器以及位于输送系统、基座或esc中的热电偶(例如温度传感器2014)。经适当编程的反馈和控制算法可以与来自这些传感器的数据一起使用以保持期望的工艺条件。以上描述了本公开的实施方式在单室或多室半导体处理工具中的实现。
为了说明和描述的目的已经提供了对实施方式的前述描述。这并不是穷尽性的，也不是限制本公开。特定实施方式的各个元件或特征通常不限于该特定实施方式，而是在适用的情况下是可互换的并且可以在选定实施方式中使用，即使没有具体示出或描述。同样的情况在很多方面也可能有所不同。这些变化不被认为是背离本公开，并且所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。
尽管为了清楚理解的目的已经相当详细地描述了前述实施方式，但显而易见的是，在所附权利要求的范围内可以实施某些改变和修改。因此，本实施方式被认为是说明性的而不是限制性的，并且这些实施方式不限于这里给出的细节，而是可以在其范围和权利要求的等同方案内被修改。
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