原子層刻蝕裝置及采用其的原子層刻蝕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及刻蝕領(lǐng)域，尤其是涉及一種原子層刻蝕裝置及采用其的原子層刻蝕方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，原子層沉積技術(shù)(Atomic Layer Deposit1n, ALD)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體工業(yè)中，是一種主流的制備場效應(yīng)晶體管高K柵介電層的工藝。與之相對應(yīng)的減法工藝，原子層刻蝕技術(shù)(Atomic Layer Etching, ALE)也隨著應(yīng)用的需求被開發(fā)出來，最早采用C12吸附和電子束刻蝕兩過程交替進(jìn)行的方案實現(xiàn)GaAs原子層刻蝕。相關(guān)技術(shù)中的原子層刻蝕技術(shù)存在刻蝕周期長、刻蝕效率低、設(shè)備復(fù)雜等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種原子層刻蝕裝置，顯著提高刻蝕速率，縮短刻蝕周期時間。并且，該原子層刻蝕裝置結(jié)構(gòu)簡單。
[0004]本發(fā)明的另一個目的在于提出一種采用原子層刻蝕裝置的原子層刻蝕方法，顯著提高刻蝕速率，縮短刻蝕周期時間。
[0005]根據(jù)本發(fā)明實施例的原子層刻蝕裝置，包括:反應(yīng)腔體，所述反應(yīng)腔體內(nèi)具有反應(yīng)腔室；隔板組件，所述隔板組件設(shè)在所述反應(yīng)腔室內(nèi)且將所述反應(yīng)腔室分隔成上腔室和下腔室，所述隔板組件包括至少一個隔板，所述隔板上設(shè)有在該隔板的厚度方向上貫通的通孔，所述隔板可以接地或與直流偏壓電源連接，以阻止所述上腔室內(nèi)的帶電粒子進(jìn)入所述下腔室和允許活性中性粒子進(jìn)入所述下腔室，所述上腔室具有用于向所述反應(yīng)腔室內(nèi)供給氣體的進(jìn)氣口 ；所述下腔室具有用于放置載片的支撐裝置，和用于從所述反應(yīng)腔室內(nèi)抽氣的排氣口 ；第一等離子體產(chǎn)生裝置，所述第一等離子體產(chǎn)生裝置用于將進(jìn)入到所述上腔室內(nèi)的氣體激發(fā)為等離子體；第二等離子體產(chǎn)生裝置，所述第二等離子體產(chǎn)生裝置用于將進(jìn)入到所述下腔室內(nèi)的氣體激發(fā)為等離子體。
[0006]根據(jù)本發(fā)明實施例的原子層刻蝕裝置，通過設(shè)置有隔板組件可以實現(xiàn)活性中性粒子與帶電原子進(jìn)行分離，采用活性吸附粒子化學(xué)吸附替代傳統(tǒng)反應(yīng)氣體吸附，一方面可以顯著提高刻蝕速率，縮短刻蝕周期時間，而且在化學(xué)吸附階段能夠大幅度節(jié)約刻蝕反應(yīng)氣體的使用量，降低了工藝成本。另一方面，采用等離子體離子解吸附替代離子束/中性粒子束解吸附，可以避免離子束/中性離子束產(chǎn)生裝置所帶來的復(fù)雜性，使得原子層刻蝕裝置結(jié)構(gòu)簡單可靠，有利于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。
[0007]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的原子層刻蝕裝置還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0008]在本發(fā)明的一些實施例中，，所述隔板為多個，且所述多個隔板在上下方向上彼此間隔設(shè)置，其中設(shè)置在最上方的隔板接地。
[0009]可選地，相鄰隔板之間的間距為0.1mm?10mm。
[0010]可選地，所述隔板的厚度為0.5mm?20mm。
[0011]在本發(fā)明的一些具體示例中，所述通孔的徑向尺寸為10um?10mm。
[0012]可選地，所述隔板為金屬件、石墨件或帶有涂層的金屬件。
[0013]在本發(fā)明的一些實施例中，所述反應(yīng)腔室的頂部設(shè)有介質(zhì)窗，所述第一等離子體產(chǎn)生裝置包括線圈和第一射頻電源，所述線圈設(shè)在所述介質(zhì)窗上，所述線圈與所述第一射頻電源相連。
[0014]在本發(fā)明的具體實施例中，所述第二等離子體產(chǎn)生裝置包括第二射頻電源，所述第二射頻電源與所述支撐裝置相連。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述上腔室頂部設(shè)有第一進(jìn)氣口，用于向所述反應(yīng)腔室內(nèi)通入反應(yīng)氣體；所述上腔室側(cè)部設(shè)有第二進(jìn)氣口，用于向所述反應(yīng)腔室內(nèi)通入吹掃氣體。
[0016]根據(jù)本發(fā)明實施例的采用原子層刻蝕裝置的原子層刻蝕方法，所述原子層刻蝕裝置為根據(jù)本發(fā)明上述實施例的原子層刻蝕裝置，包括如下步驟:S1:將待反應(yīng)的載片放置于支撐裝置上；S2:將反應(yīng)氣體通入到反應(yīng)腔室內(nèi)，啟動第一等離子體產(chǎn)生裝置將進(jìn)入到所述上腔室內(nèi)的反應(yīng)氣體激發(fā)為等離子體，其中等離子體中的活性中性粒子通過隔板組件從上腔室進(jìn)入到下腔室內(nèi)且吸附在載片的表面上，等離子體中的帶電粒子由隔板組件阻止從所述上腔室進(jìn)入所述下腔室；S3:停止通入反應(yīng)氣體，并關(guān)閉第一等離子體產(chǎn)生裝置；S4:將吹掃氣體通入到反應(yīng)腔室內(nèi)，且從反應(yīng)腔室內(nèi)經(jīng)排氣口抽出殘留物；S5:停止通入吹掃氣體；S6:將反應(yīng)氣體通入到反應(yīng)腔室內(nèi)，啟動第二等離子體產(chǎn)生裝置將進(jìn)入到所述下腔室內(nèi)的反應(yīng)氣體激發(fā)為等離子體，以對吸附有活性中性粒子的載片表面進(jìn)行輻照；S7:停止通入反應(yīng)氣體，并關(guān)閉第二等離子體產(chǎn)生裝置；S8:將吹掃氣體通入到反應(yīng)腔室內(nèi)且從反應(yīng)腔室內(nèi)經(jīng)排氣口抽出殘留物；S9:停止通入吹掃氣體；重復(fù)上述步驟S2?S8，直至刻蝕深度達(dá)到預(yù)設(shè)值。
[0017]根據(jù)本發(fā)明實施例的原子層刻蝕方法，通過采用活性吸附粒子化學(xué)吸附替代傳統(tǒng)反應(yīng)氣體吸附，一方面可以顯著提高刻蝕速率，縮短刻蝕周期時間，而且在化學(xué)吸附階段能夠大幅度節(jié)約刻蝕反應(yīng)氣體的使用量，降低了工藝成本。另一方面，采用反應(yīng)氣體等離子體離子解吸附替代離子束/中性粒子束解吸附，可以避免離子束/中性粒子束產(chǎn)生裝置所帶來的復(fù)雜性，使得采用上述的原子層刻蝕方法的原子層刻蝕裝置結(jié)構(gòu)簡單可靠，有利于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。
[0018]在本發(fā)明的具體實施例中，所述反應(yīng)腔室的頂部設(shè)有介質(zhì)窗，所述第一等離子體產(chǎn)生裝置包括線圈和第一射頻電源，所述線圈設(shè)在所述介質(zhì)窗上，所述線圈與所述第一射頻電源相連，所述步驟S2啟動第一等離子體產(chǎn)生裝置為將所述第一射頻電源的輸出功率設(shè)置為100W?1000W，所述步驟S3關(guān)閉第一等離子體產(chǎn)生裝置為將所述第一射頻電源的輸出功率設(shè)置為0。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述第二等離子體產(chǎn)生裝置包括第二射頻電源，所述第二射頻電源與所述支撐裝置相連，所述步驟S5啟動第二等離子體產(chǎn)生裝置為將所述第二射頻電源的輸出功率設(shè)置為30W?100W，所述步驟S7關(guān)閉第二等離子體產(chǎn)生裝置為將所述第二射頻電源的輸出功率設(shè)置為0。
[0020]具體地，所述步驟S2 的反應(yīng)氣體為 CF4，CHF3，CH2F2，CH3F，C12，HF，HCl，HBr，SF6，NF3, Br2, BC13, SiC14, 02、Si02 中的至少一種。
[0021]優(yōu)選地，所述步驟S2的反應(yīng)氣體為C12，且流量為5?200sccm。
[0022]在本發(fā)明的一些具體實施例中，所述步驟S6的反應(yīng)氣體為惰性氣體。
[0023]具體地，所述步驟S6的惰性氣體為He，Ni, Ar, Kr, Xe中的至少一種。
[0024]優(yōu)選地，步驟S6的反應(yīng)氣體為He，且流量為10?200sccm。
[0025]在本發(fā)明的一些實施例中，所述隔板組件包括三個隔板，且所述三個隔板在上下方向上彼此間隔設(shè)置，其中設(shè)置在最上方和最下方的隔板接地，中間的隔板與直流偏壓電源連接。
[0026]具體地，所述直流偏壓電源的輸出電壓為5?100V。
[0027]優(yōu)選地，所述直流偏壓電源的輸出電壓為10?50V。
【附圖說明】
[0028]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的原子層刻蝕裝置的示意圖；
[0029]圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的隔板組件的示意圖；
[0030]圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的刻蝕方法的流程圖；
[0031]圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例的刻蝕方法的過程示意圖。
[0032]附圖標(biāo)記:
[0033]原子層刻蝕裝置100、
[0034]反應(yīng)腔體1、反應(yīng)腔室10、上腔室213、下腔室214、進(jìn)氣噴嘴204、第一進(jìn)氣口 216、第二進(jìn)氣口 215、排氣口 217、
[0035]隔板組件203、隔板203、通孔302、第一層隔板303a、第二層隔板303b、第三層隔板303c、
[0036]線圈205、介質(zhì)窗206、第一射頻電源209、第一匹配器208、
[0037]吹掃組件207、抽取裝置212、支撐裝置202、第二射頻電源211、第二匹配器210、載片201、等離子體402、活性中性粒子403。
【具體實施方式】
[0038]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在