钴深蚀刻的制作方法

钴深蚀刻的制作方法
【专利摘要】本发明涉及钴深蚀刻。提供了蚀刻衬底上的钴的方法。一些方法包括将所述衬底暴露于含硼卤化物气体和添加剂，以及将所述衬底暴露于活化气体和等离子体。相比于在金属的表面上沉积的含硼卤化物材料层，添加剂促使在掩模的表面上选择性地沉积较厚的含硼卤化物材料层。添加剂包括H2、CH4、CF4、NF3、以及Cl2。含硼卤化物气体包括BCl3、BBr3、BF3、和BI3。暴露可以执行两个或多个循环，在该两个或多个循环中，每一暴露的持续时间和偏置功率是可变的。
【专利说明】
钴深蚀刻
技术领域 本发明总体上涉及半导体领域，更具体地涉及钴深蚀刻(etch back)。
【背景技术】
[0001] 半导体制造工艺包括制造互连件以形成电路。互连件可以用铜形成、通过诸如钽 和/或氮化钽之类的衬层覆盖，或者可以用钨形成。然而，铜互连件可能导致电迀移，这可能 会导致空隙形成和设备故障，而钨互连件可以具有更高的电阻率。其结果是，使用其它金属 形成互连件是有价值的。

【发明内容】

[0002] 本发明提供了处理衬底的方法。一个方面涉及一种在室内处理衬底的方法，该方 法包括：（a)将所述衬底暴露于含硼卤化物气体和选自由含氢气体和含卤素气体组成的组 的添加剂保持足以选择性地沉积在所述衬底上的掩模的表面上的含硼卤化物材料第一层 和金属的表面上的含硼卤化物材料第二层的持续时间，由此所述第一层比所述第二层厚， 以及(b)将所述衬底暴露于活化气体和活化源。（a)的持续时间可以介于约5秒和约60秒之 间。
[0003] 所述方法还可以包括:在第一组循环中重复(a)和(b)以在所述衬底上沉积所述含 硼卤化物层。在一些实施方式中，所述方法还可以包括:在第二组循环中重复(a)和(b)以蚀 刻金属。可以蚀刻所述衬底以形成触点（contact)。在一些实施方式中，所述衬底通过在金 属的毯覆式(blanket)层上的递减式(subtractive)蚀刻进行蚀刻。
[0004] 在所述第二组循环期间（a)的持续时间可以比在所述第一组循环期间（a)的持续 时间短。在一些实施方式中，在所述第二组循环期间(b)的持续时间比在所述第一组循环期 间(b)的持续时间长。所述第二组中的循环的数量与所述第一组中的循环的数量可以不同。
[0005] 在多种实施方式中，在(b)期间施加偏置。在一些实施方式中，在(b)期间在所述第 一组循环期间以第一偏置以及在所述第二组循环期间以第二偏置施加偏置。在一些实施方 式中，所述第一偏置可以介于约20Vb和约IOOVb之间。在一些实施方式中，所述第二偏置可 以介于约30Vb和约150Vb之间。所述第一偏置可以大于所述第二偏置。在一些实施方式中， 所述第一偏置小于所述第二偏置。
[0006] 所述添加剂可以是出、〇14、0?4 4?3、(：12以及它们的组合中的任一种。在多种实施方 式中，所述活化气体包括氩。在一些实施方式中，所述活化气体可以是Ar、H2、CH4、CF4、He、 Ne、Xe、NF3以及它们的组合中的任一种。
[0007] 所述含硼卤化物气体可以是队13、88乃、8?3、和81 3中的任一种。在多种实施方式 中，所述金属可以是钴、铁、锰、镍、铂、钯、钌以及它们的组合中的任一种。
[0008] 在一些实施方式中，所述金属表面相对于所述掩模表面凹陷。在多种实施方式中， 所述方法还包括在执行(a)或(b)之前，湿法蚀刻所述衬底以使所述金属部分地凹陷。
[0009] 在多种实施方式中，所述活化源是等离子体。在多种实施方式中，所述等离子体功 率介于约IOOW和约1500W之间。在一些实施方式中，将所述衬底图案化。所述室压强可以介 于约2mT和约90mT之间。在多种实施方式中，所述方法包括在各种暴露之间清扫所述室。
[0010] 在一些实施方式中，基本上没有化合物被重新沉积到所述衬底上的特征的侧壁 上。在多种实施方式中，所述金属的所述表面的粗糙度小于约5nm RMS。
[0011] 在一些实施方式中，在(b)期间，将所述衬底暴露于所述活化源可以包括离子束蚀 刻或反应性离子蚀刻。在多种实施方式中，（a)和(b)在不破坏真空的情况下进行。在一些实 施方式中，（a)和(b)在相同的室中进行。在一些实施方式中，（a)和(b)在相同装置的不同模 块中执行。
[0012] 在多种实施方式中，（a)和(b)中的至少一个包括自限反应。在多种实施方式中，所 述掩模包括非金属。在一些实施方式中，所述掩模包括与所述金属的组分不同的另一种金 属。
[0013] 另一方面涉及一种用于处理衬底的装置，该装置包含：（a)-个或多个处理室，每 个处理室包含卡盘；（b)通向所述处理室和相关的流动控制硬件内的一个或多个气体入口； 以及（c)具有至少一个处理器和存储器的控制器，由此所述至少一个处理器和所述存储器 彼此通信地连接，所述至少一个处理器与所述流动控制硬件至少能操作地连接，并且所述 存储器存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于控制所述至少一个处理器以通 过下述方式至少控制所述流动控制硬件：（i)使含硼卤化物气体和添加剂流至所述一个或 多个处理室中的一个持续足以选择性地沉积在所述衬底上的在掩模的表面上的含硼卤化 物材料第一层和金属的表面上的含硼卤化物材料第二层的持续时间，其中所述添加剂可以 是含氢气体和含卤素气体中的任一种，由此所述第一层比所述第二层厚；以及（ii)使活化 气体流向所述一个或多个处理室中的一个并点燃活化源。在多种实施方式中，所述含硼卤 化物气体、所述添加剂和所述活化气体在不破坏真空的情况下流动。在多种实施方式中，所 述装置包括等离子体产生器。在一些实施方式中，所述装置产生感应耦合等离子体。在一些 实施方式中，所述装置产生电容耦合等离子体。在多种实施方式中，所述活化源是等离子 体。
[0014] 具体而言，本发明的一些方面可以描述如下： 1. 一种处理在室内的衬底的方法，该方法包括： (a) 将所述衬底暴露于含硼卤化物气体和选自由含氢气体和含卤素气体组成的组的添 加剂保持足以选择性地沉积在所述衬底上的掩模的表面上的含硼卤化物材料第一层和金 属的表面上的含硼卤化物材料第二层的持续时间，其中所述第一层比所述第二层厚，以及 (b) 将所述衬底暴露于活化气体和活化源。 2. 根据条款1所述的方法，其中(a)的所述持续时间介于约5秒和约60秒之间。 3. 根据条款1所述的方法，其还包括:在第一组循环中重复(a)和(b)以在所述衬底上沉 积所述含硼卤化物层。 4. 根据条款3所述的方法，其还包括:在第二组循环中重复(a)和(b)以蚀刻所述金属。 5. 根据条款4所述的方法，其中在所述第二组循环期间(a)的所述持续时间比在所述第 一组循环期间(a)的所述持续时间短。 6. 根据条款4所述的方法，其中在所述第二组循环期间(b)的所述持续时间比在所述第 一组循环期间(b)的所述持续时间长。 7. 根据条款4所述的方法，其中所述第二组中的循环的数量与所述第一组中的循环的 数量不同。 8. 根据条款1所述的方法，其中在(b)期间施加偏置。 9. 根据条款4所述的方法，其中在所述第一组循环期间以第一偏置在(b)期间施加偏置 以及在所述第二组循环期间以第二偏置在(b)期间施加偏置。 10. 根据条款9所述的方法，其中所述第一偏置大于所述第二偏置。 11. 根据条款9所述的方法，其中所述第一偏置小于所述第二偏置。 12. 根据条款9所述的方法，其中所述第一偏置介于约20Vb和约IOOVb之间。 13. 根据条款9所述的方法，其中所述第二偏置介于约30Vb和约150Vb之间。 14. 根据条款1所述的方法，其中所述添加剂选自由H2、CH4、CF4、NF 3、Cl 2以及它们的组 合组成的组。 15. 根据条款1所述的方法，其中所述活化气体选自由Ar、H2、CH4、CF4、He、Ne、Xe、NF 3以 及它们的组合组成的组。 16. 根据条款1所述的方法，其中所述含硼卤化物气体选自由BCl3、BBr3、BF3、和BI 3组成 的组。 17. 根据条款1所述的方法，其中所述金属选自由钴、铁、锰、镍、铂、钯和钌组成的组。 18. 根据条款1所述的方法，其中所述活化源是等离子体。 19. 根据条款18所述的方法，其中所述等离子体功率介于约100W与约1500W之间。 20. 根据条款1所述的方法，其中所述室压强为介于约2mT和约90mT之间。 21. 根据条款1-20中任一项所述的方法，其中将所述衬底图案化。 22. 根据条款1-20中任一项所述的方法，其中所述金属表面相对于所述掩模表面凹陷。 23. 根据条款1-20中任一项所述的方法，其还包括在暴露之间清扫所述室。 24. 根据条款1-20中任一项所述的方法，其中基本上没有化合物被重新沉积到所述衬 底上的特征的侧壁上。 25. 根据条款1-20中任一项所述的方法，其中蚀刻所述衬底以形成触点。 26. 根据条款1-20中任一项所述的方法，其中所述衬底通过在所述金属的毯覆式层上 的递减式蚀刻进行蚀刻。 27. 根据条款1-20中任一项所述的方法，其中所述金属的所述表面的粗糙度小于约5nm RMS0 28. 根据条款1-20中任一项所述的方法，其中在(b)期间，将所述衬底暴露于所述活化 源包括离子束蚀刻或反应性离子蚀刻。 29. 根据条款1-20中任一项所述的方法，其中(a)和(b)在不破坏真空的情况下进行。 30. 根据条款29所述的方法，其中(a)和(b)在相同的室中进行。 31. 根据条款29所述的方法，其中(a)和(b)在相同装置的不同模块中执行。 32. 根据条款1-20中任一项所述的方法，其中(a)和(b)中的至少一个包括自限反应。 33. 根据条款1-20中任一项所述的方法，其中所述掩模包括非金属。 34. 根据条款1所述的方法，其中所述掩模包括与所述金属的组分不同的另一种金属。 35. 根据条款22所述的方法，其进一步包含在执行(a)或(b)前，湿法蚀刻所述衬底以部 分地使所述金属凹陷。 36. -种用于处理衬底的装置，该装置包含： (a) -个或多个处理室，每个处理室包含卡盘； (b) 通向所述处理室和相关的流动控制硬件内的一个或多个气体入口；以及 (c) 具有至少一个处理器和存储器的控制器，其中 所述至少一个处理器和所述存储器彼此通信地连接， 所述至少一个处理器与所述流动控制硬件至少能操作地连接，并且 所述存储器存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于控制所述至少一个处 理器以通过下述方式至少控制所述流动控制硬件： (i) 使含硼卤化物气体和添加剂流至所述一个或多个处理室中的一个保持足以选择性 地沉积在所述衬底上的掩模的表面上的含硼卤化物材料第一层和金属的表面上的含硼卤 化物材料第二层的持续时间，其中所述第一层比所述第二层厚，并且其中所述添加剂选自 由含氢气体和含卤素气体组成的组；以及 (ii) 使活化气体流向所述一个或多个处理室中的一个并点燃活化源。 37. 根据条款36所述的装置，其中使所述含硼卤化物气体、所述添加剂和所述活化气体 在不破坏真空的情况下流动。 38. 根据条款36所述的装置，其中所述活化源是等离子体。
[0015] 下面参照附图进一步描述这些和其它方面。
【附图说明】
[0016] 图1是描绘根据所公开的实施方式执行的方法的操作的工艺流程图。
[0017]图2A-2D是根据所公开的实施方式处理的栅极结构的实施例的示意图。
[0018] 图3A-3D是根据所公开的实施方式的递减式蚀刻的实施例的示意图。
[0019] 图4是适于执行所公开的实施方式的室的实施例的示意图。
[0020]图5是适于执行所公开的实施方式的工具的实施例的示意图。
[0021 ]图6A和图6B是在实验中使用的衬底的图像。
[0022]图7是描绘在一实验中用于执行所公开的实施方式的蚀刻速率的曲线图。
【具体实施方式】
[0023]在下面的描述中，阐述了许多具体细节以提供对所呈现的实施方式的透彻理解。 在没有这些具体细节中的一些或所有的情形下可以实施所公开的实施方式。在其它情形 下，未详细描述众所周知的处理操作，以避免不必要地使所公开的实施方式难以理解。虽然 将结合具体的实施方式描述所公开的实施方式，但是应理解的是其并不意在限制所公开的 实施方式。
[0024]在半导体制造中，后端线(BEOL)的主要作用是要形成互连件以连接分立器件来创 建功能电路。随着器件特征尺寸并因此互连件继续缩小，在防止至少部分地由于电阻电容 (RC)延迟的增加而导致的互连件性能下降的方面存在越来越大的挑战。
[0025] 典型地，互连件采用双镶嵌处理技术由铜形成，而铜互连件由例如钽和/或氮化钽 衬里之类的衬里覆盖。利用铜互连件结构的主要问题之一是，它们对于电迀移是高度敏感 的，从而可能导致空隙形成和设备故障。一些工艺涉及利用钨的高k金属栅极填充，而钨也 可用于形成至源极/漏极触点的金属触点。然而，相比于金属（如钴），钨具有高的方块电阻 (sheet resistance)，特别是在小的特征中。小的特征可具有小于约IOnm的技术节点。这个 以及其它问题已经导致使用其它金属作为互连件是有价值的。
[0026]本发明提供了使用钴(Co)作为互连件材料的方法。钴填充物可以减少特征中的空 隙的形成，并且尤其可以减少电迀移的问题。
[0027] 用Co替换铜带来其自身的处理问题，其中包括，例如，Co的蚀刻。目前钴可以使用 湿法工艺深蚀刻。但是，湿法蚀刻速率可以是能随着特征尺寸的变化而变化的。此外，湿法 工艺会使衬底的表面非常粗糙，例如，比用干法工艺蚀刻的表面粗糙。使用各向异性等离子 体蚀刻深蚀刻Co已证明是非常困难的，因为该蚀刻产品几乎都不挥发或通常是非挥发性 的。非挥发性蚀刻产品会导致蚀刻产品在衬底的其它暴露部件上的重新沉积或缺陷。这些 重新沉积的缺陷含有金属，并且是难以（如果不是不能的话)除去的。其结果是，该金属的等 离子体蚀刻按惯例常常利用物理溅射来实现，其不幸的是导致蚀刻选择性很差，以致该工 艺不能在生产中使用。
[0028] 本公开内容提供了 Co的选择性等离子体蚀刻。图1提供了根据所公开的实施方式 执行操作的工艺流程图。在操作102中，提供衬底或晶片。衬底可以是硅晶片，例如，200mm的 晶片，300mm的晶片或450mm的晶片，包括具有沉积在其上面的一个或更多个材料层的晶片， 该材料如介电材料、导电材料或半导电材料。在本发明提供的一些实施例中，衬底可以包含 Co层。
[0029] 在多种实施方式中，将衬底图案化。在一些实施方式中，图案化的衬底可包含在整 个衬底上的多种形貌。在一些实施方式中，部分制造的栅极可以存在于衬底上。例如，衬底 可以包括Co层，在该Co层上沉积有硬掩模。在一些实施方式中，硬掩模可以是已经被图案化 的。该衬底也可以通过以下方式制备：部分地湿法蚀刻Co以形成图案，从而使Co部分地凹 陷。
[0030] 图案化的衬底可以具有"特征"，例如通孔或接触孔，其可表征为一个或更多个狭 窄的和/或内凹的(re-entrant)开口、特征内的收缩部和高深宽比。所述特征可以在上述层 的一个或更多个中形成。特征的一个示例是半导体衬底或该衬底上的层中的孔或通孔。另 一个示例是衬底或层中的沟槽。在多个实施方式中，所述特征可以具有下层，例如阻挡层或 粘合层。下层的非限制性示例包括介电层和导电层，例如，硅氧化物、硅氮化物、硅碳化物、 金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物和金属层。
[0031] 在多种实施方式中，根据执行所公开的实施方式所制造的衬底类型取决于在执行 所公开的实施方式之前在衬底上的各种特征的深宽比。在一些实施方式中，在操作102提供 的衬底上的特征可以具有至少约2:1、至少约4:1、至少约6:1、至少约10:1或更高的深宽比。 特征还可以具有介于约IOnm至500nm之间（例如介于约25nm与约300nm之间）的在开口附近 的尺寸，例如开口直径或线宽度。所公开的方法可以在具有开口小于约150nm的特征的衬底 上进行。通孔、沟槽或其它凹陷特征可以被称为未填充特征或特征。根据各种实施方式，特 征轮廓可以逐步缩小和/或包括在特征开口处的突出部。内凹轮廓是一种从特征的底部、封 闭端或从特征内部向特征开口变窄的轮廓。内凹轮廓可通过在图案化期间的不对称蚀刻动 力学(kinetics)和/或在之前的膜沉积(例如扩散阻挡层沉积）中的非保形膜台阶覆盖所导 致的突出部而产生。在多种实施例中，特征在特征顶部处的开口中可以具有与在特征底部 的宽度相比的较小的宽度。本文所述的特征可以是在将根据例如本文相对于图1所描述的 所公开的实施方式进行蚀刻的衬底上。
[0032] 在操作104中，将衬底暴露于含硼卤化物气体以在衬底上选择性地沉积含硼卤化 物层，使得在一些金属或非金属表面上，如在硬掩模或其它类型的掩模上，相比于在其它金 属表面上沉积较多的材料。含有硼卤化物层在本文中也会称为含硼卤化物材料或聚合物。 如本文所用的术语"卤化物"也可以被称为"含卤素"。在多种实施方式中，含硼卤化物层是 含硼含卤素层。可以沉积有较薄的含硼卤化物层的金属可包括非挥发性金属，例如钴(Co)、 铁(Fe)、锰(Mn)、镍(Ni)、铂(Pt)、钯(Pd)和钌(Ru)。
[0033] 在操作期间104中，衬底也可被暴露于添加剂。该添加剂可有助于在掩模上的含硼 卤化物层的材料积聚，或者也可以增加如本文所述的金属蚀刻。在一些实施方式中，添加剂 可以例如通过增大Co的蚀刻速率改善Co金属凹陷。示例性的添加剂包括H 2、CH4、CF4、NF3# Cl2。添加剂流量(f Iow)与含硼卤化物气体流量的比率可以介于约5 %与约50 %之间，具体 取决于所使用的气体化学物质。
[0034] 不受具体理论的约束，相信硼会有助于实现如本文所述的金属与栅极掩模的蚀刻 选择性。例如，使用含硼卤化物可以改善蚀刻Co与栅极掩模的选择性。含硼卤化物气体沉积 含硼卤化物材料，其更容易通过脱膜(stripping)或使用湿法蚀刻工艺去除。
[0035] 在多种实施方式中，材料选择性地在掩模材料上比在金属材料(例如Co)上沉积较 厚。例如，掩模可以包括氮、氧、碳和钛原子。在一些实施例中，掩模是主要由碳材料制造的 可灰化硬掩模。在一些实施方式中，掩模是TiN层。在多种实施方式中，在该操作中的沉积是 非保形的。在一些实施方式中，选择性沉积取决于特征的深宽比。例如，各种公开的实施方 式可适于在具有介于约1:1与约10:1之间的深宽比的衬底上选择性地沉积含硼卤化物材 料。
[0036] 操作104进行介于约5秒与约60秒之间的持续时间。在多种实施方式中，操作104的 持续时间可以被控制以选择性地沉积含硼卤化物层。在一些实施方式中，暴露于含硼卤化 物气体太长的持续时间可能导致非选择性沉积。持续时间可取决于深宽比和/或其中金属 (例如Co)将被蚀刻的开口的大小。例如，对于具有一定深宽比的某些衬底，太长的持续时间 可能导致在掩模表面上沉积的膜的厚度大致等于待被蚀刻的金属的表面上沉积的膜的厚 度。
[0037]在一些实施方式中，在硬掩模材料上的含硼卤化物层沉积至介于约Inm与约20nm 之间的厚度。在一些实施方式中，在钴上的含硼卤化物层沉积至介于约2nm与约IOnm之间的 厚度。
[0038]在操作106中，将衬底暴露于活化气体和活化源，例如等离子体。活化气体可以包 括一种或多种反应性或非反应性气体，如氩(Ar)、氢气(?)、甲烧(CH4)、四氟化碳(CF4)、三 氟化氮(NF3)、氦(He)、氖(Ne)、或氙(Xe)。如下面进一步描述的，被等离子体活化的活化气 体的组合可以与在衬底的表面上的含硼卤化物层反应以形成蚀刻产品。使用一种或多种活 化气体可以促进在BX x化学吸附层（其中X可以是卤化物，如氯、溴、或碘，且X可以是整数或 描绘化学吸附层的化学计量的其它数）的形成过程中的均匀性和选择性。在一些实施方式 中，在操作104中流动的添加剂可在操作106期间流动。添加剂可以改善所沉积的含硼卤化 物层的去除，提高金属蚀刻速率，和/或使金属的表面平滑。例如，添加剂可在操作106期间 流动以使Co层平滑或如本文所述进一步蚀刻Co层。添加剂流量与含硼卤化物气体流量的比 率可以介于约5 %和约50 %之间，具体取决于所使用的气体化学物质。
[0039] 所述等离子体可以是原位等离子体或远程等离子体。等离子体可使用介于约100W 与约1500W之间的功率产生。在一些实施方式中，还在操作106期间施加低偏置。例如偏置可 设定在约50Vb，但可被调制以实现各种蚀刻速率和蚀刻程度。在一些实施方式中，可以使用 不同于等离子体的其它替代活化源。在一些实施方式中，反应性离子蚀刻或离子束蚀刻可 以用来代替等离子体。活化源，例如等离子体、反应性离子蚀刻和离子束蚀刻，可电离活化 气体以形成活化的活化气体，从而与衬底反应。操作106可以执行介于约10秒和约60秒之间 的持续时间。
[0040] 在操作108中，将操作104和106任选重复多个循环。例如，操作104和106可以重复 以提供在衬底上的含硼卤化物层的净沉积。在一些实施方式中，重复操作104和106,以提供 在衬底上的含硼卤化物层和金属的净蚀刻。因为沉积在掩模表面上的含硼卤化物层比在金 属表面上的厚，所以在金属上的含硼卤化物材料被完全蚀刻之后才蚀刻沉积在掩模表面上 的含硼卤化物材料。结果是，当蚀刻在多个循环中继续时，含硼卤化物层可以防止硬掩模降 解，同时蚀刻暴露的金属层。
[0041] -些公开的实施方式可包括整合原子层沉积(ALD)和原子层蚀刻(ALE)工艺，其可 以在不破坏真空的情况下进行。例如，在图1的一些实施方式中，在操作104期间的沉积是保 形的。操作104可以以自限反应来进行。例如，在一些实施方式中，操作104是使用ALD进行沉 积。ALD是一种使用连续的自限反应沉积材料薄层的技术。ALD可使用任何合适的技术来执 行。在多种实施方式中，ALD可以用等离子体来执行，或者可以用热的方法(thermally)进 行。操作104可以循环进行。
[0042] "ALD循环"的构思与本文的各种实施方式的讨论相关。通常，ALD循环是用来执行 一次表面沉积反应的最小的一组操作。一个循环的结果是在衬底表面上产生至少部分含硅 膜层。通常，ALD循环包括多个操作以提供和吸附至少一种反应物到衬底表面上，然后使被 吸附的反应物与一种或多种反应物反应，以形成膜的部分层。所述循环可包含若干辅助操 作，如扫除反应物或副产品中的一种和/或处理所沉积的部分膜。通常，循环中包含单一序 列操作的一个实例。例如，ALD循环可包含以下的操作：（i)输送/吸附前体或第一反应物到 室内，（ii)从室清扫前体，（iii)输送第二反应物和可选的等离子体，和（iv)从室清扫等离 子体和副广品。
[0043] 在一些实施方式中，操作106启动衬底的自限性蚀刻。例如，活化的活化气体、等离 子体和来自衬底表面的在操作104中沉积的活化的卤化物的组合可以执行原子层蚀刻。 "ALE循环"的构思与本文的多个实施方式的讨论相关。通常，ALE循环是用于执行一次蚀刻 工艺(例如蚀刻单层)的最小的一组操作。一个循环的结果是蚀刻在衬底表面上的至少一些 膜层。通常，ALE循环包含形成改性层的改性操作，随后是去除操作以仅去除或蚀刻该改性 层。该循环可包含某些辅助操作，例如扫除反应物或副产品中的一种。通常，循环包含单一 序列操作的一个实例。举例而言，ALE循环可包含以下操作：（i)向室输送反应物气体，（ii) 从室清扫反应物气体，（iii)输送去除气体和可选的等离子体，以及（iv)清扫室。在一些实 施方式中，蚀刻可以非保形地执行。
[0044]下面参照图2A-2D描述一示例的工艺，图2A-2D示出了栅极结构200内的Co互连件 201a。参照图2A，在该实施方式中，在钴填充和平坦化(例如，通过化学机械抛光(CMP))后， 结构200包括覆盖在栅极材料203的两个区域上的硬掩模205的两个区域，Co互连件201a位 于衬底210上的栅极材料203的两个区域之间。在多种实施方式中，硬掩模205的材料可以是 非金属的。在多种实施方式中，硬掩模205的材料可以包括金属。硬掩模材料可以是与Co互 连件201a的金属不同的金属。在一些实施方式中，硬掩模205的材料可以是氮化钛或氮化 钽。硬掩模205和栅极材料203也可通常由介电间隔物隔开，在该图中未示出，以便不影响对 本发明的工艺的简要说明。如图2A所示，Co互连件201a通过湿法工艺部分地深凹陷以使钴 互连件201a的顶部被蚀刻较多且低于硬掩模205和栅极材料203之间的界面的顶部。
[0045]在图2B中，具有使用含硼卤化物化学品的沉积和使用反应性或非反应性气体的活 化的循环步骤的等离子体蚀刻被执行以进一步使Co互连件201a凹陷。参照图2B，可使用 BCl3沉积来在衬底200上形成BClx层207。如附图中所示，207a是指BCl x层207的沉积在硬掩 模205的顶部上的部分，而207b是指BClx层207的沉积在钴互连件201a的顶部上的部分。 [0046]注意，在沉积步骤期间BClx层的形成在硬掩模205的顶部上的部分207a比BClx层的 形成在钴互连件201a的顶部上的部分207b厚。BCl x层207a的组分与在与Co互连件201a的交 界处的BClx层207b中的组分可以不同，并且这样的组分差异会有助于选择性，如下所述。
[0047]在本发明不受任何具体的操作理论限制的条件下，组分和厚度的差异被认为是由 于化学和机械因素的组合导致的。化学沉积物BCl3和添加剂如出、〇14、0?4、即3、和(：12至少部 分地由于硼与硬掩模205材料中的N、0或C的反应/附连而优先沉积在硬掩模205上。在沉积 化学品中的氯与Co互连件201a的表面反应/附着到Co互连件201a的表面上，并且硼也可以 在随后的暴露中附连到氯上，但反应在Co互连件201a的表面上通常比在硬掩模205的表面 处进展得较慢，并Co互连件201a的表面的凹陷方面进一步减慢膜的生长，从而导致所沉积 的BCl x层207的厚度方面的分化。因此，BClx层的形成在硬掩模205的顶部上的部分207a比 BClx层的形成在Co互连件201a的顶部上的部分207b厚。这种沉积厚度的分化在沉积的早期 循环中是最明显的，特别是在界面处。沉积、活化和/或蚀刻策略可以相应地调整，如相对于 参照图1在下面和上面所描述的各种操作的循环所讨论的。在其它实施方式中，在此工艺中 使用的BCl 3可以用其它可以提供类似的沉积和活化功能的卤化物化学品（诸如BBr3或BI3或 BF3)替换。注意，在各种实施方式中，Co互连件20Ia被蚀刻后，BClx层207的侧壁在蚀刻后保 留在衬底上；也就是说，BCl x层207的一部分保留在硬掩模205的侧壁上并且部分在栅极材 料203的侧壁上。
[0048] BClx层207既用作保护性阻挡层，又用作形成蚀刻产品的反应物质源。参看图2C， 在活化期间，BClx层的在Co互连件201a上的部分207b用离子能量活化并与Co反应以形成蚀 亥Ij产品。活化气体(如氩气)任选地与其它气体(如H 2、CH4、CF4、Cl2、或NF3)组合促进在BClx化 学吸附层217的形成过程中的均匀性和选择性。替代性的活化气体可以包括其它惰性气体， 如氦、氖、和氙。所公开的实施方式还减少了蚀刻产品的重新沉积(例如，使得可以在活化过 程中使用的溅射物质不沉积）。请注意，由于较厚的层沉积在硬掩模205上，因此，一些BCl x 化学吸附层217保持在这些表面上，而如图2C所示，BClx层的在Co互连件201a的表面上的部 分207b的整体被完全蚀刻，由此暴露Co互连件201a的表面。
[0049]沉积（图2B)和活化（图2C)步骤以使得Co互连件201a被蚀刻而不会造成对硬掩模 205的损坏直到由图2D所表示的所需的钴蚀刻深度实现为止这样的方式重复多个循环。例 如，通常，循环过程会涉及： a. (沉积时间1+活化时间2)*X循环，开始的几个循环更专注于在硬掩模上的沉积物积 聚； 接着 b. (沉积时间3+活化时间4)*Y循环，一旦在掩模上的沉积物积聚的一定程度的分化实 现，随后的循环就可以更专注于Co的去除。
[0050] 对于上述式，X可为介于约1个与约10个循环之间，或介于约1个与约6个循环之间， 而Y可以是介于约20个与约30个循环之间。与进行净沉积工艺相关联的沉积时间1可以为介 于约5秒与约60秒之间。与进行净沉积工艺相关联的活化时间2可以为介于约10秒与约60秒 之间。与进行净蚀刻工艺相关联的沉积时间3可为介于约5秒与约60秒之间。与进行净蚀刻 工艺相关联的活化时间4可为介于约10秒与约60秒之间。
[0051] 沉积过程中的偏置电压通常是零，但也可使用低偏置，只要它不妨碍BClx层的形 成即可。在活化步骤中的合适偏置为约50Vb，但它可以被改变以实现期望的结果。
[0052]活化能和偏置电压也可以从循环到循环变化。例如，根据所公开的实施方式执行 的循环过程可以包括： a. (沉积+活化，在偏置电压1)*X个循环，开始的几个循环更专注于在硬掩模上的沉积 物积聚； 接着 b. (沉积+活化，在偏置电压2)*Y循环，一旦在掩模上的沉积物积聚的一定程度的分化 实现，则随后的循环可以更专注于Co的除去。
[0053] 对于上述式，X可为介于约1个与约10个循环之间，或介于约1个与约6个循环之间， 而Y可以是介于约20个与约30个循环之间。偏置电压1可以是介于约20Vb和约IOOVb之间，而 偏置电压2之间可以是介于约30Vb和约150Vb之间。
[0054] 沉积操作和活化操作两者的压强都可为约2mT至约90mT。等离子体源功率可以是 从约 100W 到 1500W。
[0055] 为了减少对硬掩模的损坏和实现所需的选择性，一旦Co蚀刻在活化步骤结束时完 成，一些残余的BClx会保留在硬掩模上，如上所述。以这种方式，Co蚀刻可以在不损坏硬掩 模的情况下进行。这个结果可以通过调整活化/蚀刻化学品和条件来进一步促进，使得BCl x 层的在硬掩模上的部分不比在BClx层的在Co互连件上的部分蚀刻得快，例如蚀刻得慢。
[0056] 该技术显著改善了Co蚀刻的选择性和所得Co表面粗糙度两者。例如，所公开的实 施方式可使表面粗糙度减小到小于5nm RMS，并且相对于湿法蚀刻或溅射的表面在平滑度 方面可以产生至少50%的改善。不受特定理论的限制，相信，由于在湿法蚀刻之后形成的在 金属的表面上的突起和丘陵状物的蚀刻，因而在湿法蚀刻之后的金属的粗糙表面通过所公 开的实施方式而变平滑。
[0057]在一些实施方式中，循环的沉积和活化操作可在不破坏真空的情况下进行，包括 在相同的室、或在工具的不同的室模块中进行。在多种实施方式中，所公开的实施方式也可 以与诸如离子束蚀刻和反应性离子蚀刻之类的其它工艺结合。
[0058]所公开的实施方式不限于蚀刻Co互连件，也可以适用于毯覆式(递减式)Co蚀刻。 图3A-3D提供了一种递减式蚀刻的一种示例性蚀刻方案。递减式蚀刻可在毯覆式Co层上执 行。图3A示出了具有在蚀刻停止层310上的毯覆式Co层303的示例性衬底300的示意图。硬掩 模305被沉积在毯覆式Co层303并被图案化。硬掩模305可以包括非金属或金属。在多种实施 方式中，硬掩模305是与毯覆式Co层303的金属不同的金属。
[0059] 在图3B中，将衬底300暴露于含硼卤化物气体（如BCl3)和添加剂，如以上参照图1 中的操作104所描述的。BClx层307被选择性地沉积，使得BClx层的沉积在硬掩模305上的部 分307a比BCl x层的沉积在毯覆式Co层303上的部分307b厚。
[0060] 图3C示出了在图3B中的衬底300被暴露于活化气体并且BClx层307被蚀刻以形成 部分经蚀刻的BCl x层317之后的部分经蚀刻的Co层313,该部分经蚀刻的Co层313具有在硬 掩模305和部分经蚀刻的BCl x层317的侧壁之间的中心的凹部。注意，虽然以一定的蚀刻速 率蚀刻BClx层307,但是在图3B中，由于BCl x层的在硬掩模305上的部分307a的量比BClx层的 沉积在毯覆式Co层303上的部分307b的量厚，因此蚀刻可继续到毯覆式Co层313内，同时继 续蚀刻部分经蚀刻的BCl x层317,从而保护硬掩模305不被剥蚀和损坏。注意，在多种实施方 式中，将图3C中的衬底300暴露于活化气体(如氩气)和等离子体以蚀刻衬底300。
[0061] 如上参照图1所述，可重复操作104和106以沉积含硼卤化物材料和添加剂，并在循 环中将衬底暴露于活化气体和等离子体。在一些实施方式中，沉积的持续时间可以比活化 气体暴露的持续时间长以沉积较多的含硼卤化物材料。在一些实施方式中，活化气体暴露 的持续时间可以比沉积的持续时间长以使得能将衬底蚀刻得较多。
[0062]图3D示出了执行操作104和106的足够的循环后的完全递减式蚀刻的Co 313。
[0063] 尽管在本文描述了所公开的实施方式的应用的具体实例，应当理解的是，用于蚀 刻任何非挥发性的金属的其它应用可使用所公开的实施方式来执行。 装置
[0064] 现在描述在某些实施方式中可适用于循环的沉积和活化工艺（包括原子层蚀刻 (ALE)操作和原子层沉积(ALD)操作）的感应耦合等离子体(ICP)反应器。这样的ICP反应器 还描述在2013年12月10日提交的并且名称为"MAGE REVERSAL WITH AHM GAP FILL FOR MULTIPLE PATTERNING"的美国专利申请公开No. 2014/0170853中，其在此通过引用整体并 入本文并用于所有目的。尽管本文描述了 ICP反应器，但是应该理解的是，在一些实施方式 中也可以使用电容耦合等离子体反应器。
[0065] 图4示意性地示出了适于实施本文的某些实施方式的感应耦合等离子体集成蚀刻 和沉积装置400的横截面图，其示例是Kiy〇?.反应器，由加利福尼亚州弗里蒙特的Lam Research Corp.生产。所述感应親合等离子体装置400包括由室壁401和窗411结构上限定 的总处理室424。室壁401可以由不锈钢或铝制成。窗411可以由石英或其它介电材料制成。 任选的内部等离子体栅格450将总处理室分为上副室402和下副室403。在大多数实施方式 中，等离子体栅格450可以被移除，从而利用由副室402和403构成的室空间。卡盘417定位在 下副室403中在底部内表面附近。卡盘417被配置成接收和保持在其上执行蚀刻和沉积工艺 的半导体晶片419。卡盘417可以是当晶片419存在时用于支撑晶片419的静电卡盘。在一些 实施方式中，边缘环(未示出）围绕卡盘417,并具有大致与晶片419(当晶片存在于卡盘417 上方时）的顶面在同一平面的上表面。卡盘417还包括能夹紧和放松晶片419的静电电极。可 设置过滤器和DC钳位功率源(未示出）用于此目的。也可以提供其它的控制系统用于提升晶 片419使其离开卡盘417。卡盘417可以用RF功率源423充电。RF功率源423通过连接件427被 连接到匹配电路421。匹配电路421通过连接件425连接到卡盘417。以这种方式，RF功率源 423被连接到卡盘417上。在多种实施方式中，静电卡盘的偏置可以设置在约50Vb，或者可以 设置在不同的偏置，具体取决于根据所公开的实施方式执行的工艺。例如，所述偏置可以设 置在约20Vb和约IOOVb之间，或在约30Vb和约150Vb之间。
[0066]用于等离子体产生的元件包括位于窗411上方的线圈433。在一些实施方式中，所 公开的实施方式中未使用线圈。线圈433由导电材料制成，并包括至少一整匝。在图4中所示 的线圈433的例子包括三匝。线圈433的横截面用符号示出，且具有符号"X"的线圈433表示 线圈433旋转地延伸到页面内，而具有符号"·"的线圈433表示旋转地延伸出页面。用于等 离子体产生的元件还包括被配置为提供RF功率至线圈433的RF功率源441。一般地，RF功率 源441通过连接件445被连接到匹配电路439。匹配电路439通过连接件443连接到线圈433。 以这种方式，RF功率源441被连接到线圈433。可选的法拉第屏蔽件449a被定位在线圈433和 窗411之间。法拉第屏蔽件449a可以以相对于线圈433成隔开的关系被保持。在一些实施方 式中，法拉第屏蔽件449a被设置在窗411的正上方。在一些实施方式中，法拉第屏蔽件449b 被设置在窗411和卡盘417之间。在一些实施方式中，法拉第屏蔽件449b没有以相对于线圈 433成隔开的关系被保持。例如法拉第屏蔽件449b可以没有间隙地位于窗411正下方。线圈 433、法拉第屏蔽件449a和窗411各自被配置为基本上彼此平行。法拉第屏蔽件449a可以防 止金属或其它物质沉积在处理室424的窗411上。
[0067] 工艺气体(例如含硼卤化物气体、8(：13、(：12^匕014工?4、即3等)可以通过位于上副 室402的一个或更多个主气体流入口 460和/或通过一个或更多个侧气体流入口 470流入处 理室。同样，虽然未明确示出，但是类似的气体流入口可用于向电容耦合等离子体处理室供 应工艺气体。真空栗，例如，一级或两级干式机械栗和/或涡轮分子栗440,可用于将工艺气 体从处理室424抽出并维持处理室424内的压强。例如，真空栗可用于在ALD清扫操作过程中 排空下副室403。阀控制的导管可用于使真空栗流体连接在处理室424上，以便选择性地控 制由真空栗提供的真空环境的应用。在操作等离子体处理过程中，这可以使用封闭环控制 的流量限制装置例如节流阀（未示出）或钟摆阀（未示出）进行。同样，也可以使用受控地流 体连接在电容耦合等离子体处理室上的真空栗和阀。
[0068]在装置400的操作过程中，一种或多种工艺气体(如含硼卤化物气体、添加剂、或活 化气体)可通过气体流入口460和/或470供给。在某些实施方式中，工艺气体可以仅通过主 气体流入口 460供给，或者仅通过侧气体流入口 470供给。在一些情况下，在图中所示的气体 流入口可以由较复杂的气体流入口替代，例如，由一个或多个喷头替代。法拉第屏蔽件449a 和/或任选的栅格450可以包括能使工艺气体输送至处理室424的内部通道和孔。法拉第屏 蔽件449a和任选的栅格450中的一者或两者可以作为用于输送工艺气体的喷头。在一些实 施方式中，液体蒸发和输送系统可位于处理室424的上游，使得一旦液体反应物或前体被蒸 发，那么蒸发的反应物或前体通过气体流入口 460和/或470引入到处理室424中。
[0069]射频功率从RF功率源441供给到线圈43 3以使RF电流流过线圈433。流过线圈433的 RF电流产生围绕线圈433的电磁场。电磁场产生在上副室402内的感应电流。所生成的各离 子和自由基与晶片419的物理和化学相互作用蚀刻晶片419上的特征和在晶片419上选择性 地沉积层。
[0070]如果使用等离子体栅格450使得存在上副室402和下副室403二者，则感应电流作 用于存在于上副室402中的气体上以在上副室402中产生电子-离子等离子体。任选的内部 等离子体栅格450限制下副室403中的热电子的量。在一些实施方式中，设计和操作所述装 置400使得存在于下副室403中的等离子体是离子-离子等离子体。
[0071] 上部的电子-离子等离子体和下部的离子-离子等离子体二者可包含阳离子和阴 离子，尽管离子-离子等离子体将具有更大的阴离子：阳离子的比率。挥发性的蚀刻和/或沉 积的副产物可通过端口 422从下副室403去除。本文所公开的卡盘417可在约10°C与约250°C 之间的升高的温度范围内操作。该温度将取决于工艺操作和具体配方。
[0072] 装置400当安装在干净的房间或制造厂中时可耦合在设施（未示出）上。设施包括 管道，管道提供处理气体、真空、温度控制和环境微粒控制。这些设施当安装在目标制造厂 时连接在装置400上。此外，装置400可耦合在传送室上，该传送室允许使用典型的自动化由 机器手传送半导体晶片进出装置400。
[0073]在一些实施方式中，系统控制器430(其可包括一个或更多个物理或逻辑控制器） 控制处理室424的一些或所有操作。系统控制器430可包括一个或更多个存储器设备和一个 或更多个处理器。在一些实施方式中，所述装置400包括当进行所公开的实施方式时用于控 制流速和持续时间的开关系统。在一些实施方式中，所述装置400可具有高达约500ms或高 达约750ms的切换时间。切换时间可取决于流动化学品、配方选择、反应器的体系结构和其 它因素。
[0074]在一些实现方式中，系统控制器430是系统的一部分，该系统可以是上述实例的一 部分。这种系统可以包括半导体处理设备，其包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用 于处理的一个或多个平台和/或具体的处理组件（晶片基座、气流系统等）。这些系统可以与 用于控制它们在处理半导体晶片或衬底之前、期间和之后的操作的电子器件一体化。电子 器件可以整合到系统控制器430中，该系统控制器430可以控制一个或多个系统的各种元件 或子部件。根据处理参数和/或系统的类型，系统控制器430可以被编程以控制本文公开的 任何工艺，包括控制工艺气体输送、温度设置(例如，加热和/或冷却）、压强设置、真空设置、 功率设置、射频(RF)发生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流速设置、流体输送设置、位 置及操作设置、晶片转移进出工具和其它转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接 的装载锁。
[0075]宽泛地讲，系统控制器430可以被定义为接收指令、发布指令、控制操作、启用清洁 操作、启用端点测量等等的具有各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子器件。集成电 路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路 (ASIC)的芯片和/或一个或多个微处理器或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指 令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式通信到控制器的指令，该设置定义用于在半 导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定过程的操作参数。在一些实施方式 中，操作参数可以是由工艺工程师定义的用于在制备或者去除晶片的一个或多个(种)层、 材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或管芯期间完成一个或多个处理步骤的配 方(recipe)的一部分。
[0076]在一些实现方式中，系统控制器430可以是与系统集成、耦合或者说是通过网络连 接系统或它们的组合的计算机的一部分或者与该计算机耦合。例如，控制器可以在"云"中 或者是fab主机系统的全部或一部分，其可以允许远程访问晶片处理。计算机可以启用对系 统的远程访问以监测制造操作的当前进程，检查过去的制造操作的历史，检查多个制造操 作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数，设置处理步骤以跟随当前的处理或者开始新 的工艺。在一些实例中，远程计算机(例如，服务器)可以通过网络给系统提供工艺配方，网 络可以包括本地网络或互联网。远程计算机可以包括能够输入或编程参数和/或设置的用 户界面，该参数和/或设置然后从远程计算机通信到系统。在一些实例中，系统控制器430接 收数据形式的指令，该指令指明在一个或多个操作期间将要执行的每个处理步骤的参数。 应当理解，参数可以针对将要执行的工艺类型以及工具类型，控制器被配置成连接或控制 该工具类型。因此，如上所述，系统控制器430可以例如通过包括一个或多个分立的控制器 而分布，这些分立的控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标(例如，本文所述的工 艺和控制）工作。用于这些目的的分布式控制器的实例可以是与结合以控制室上的工艺的 一个或多个远程集成电路(例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分)通信的室上的一 个或多个集成电路。
[0077] 在非限制性的条件下，示例的系统可以包括等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模 块、旋转清洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气 相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、ALD室或模块、ALE室或模块、离子注 入室或模块、轨道室或模块、以及在半导体晶片的制备和/或制造中可以关联上或使用的任 何其它的半导体处理系统。
[0078] 如上所述，根据工具将要执行的一个或多个工艺步骤，控制器可以与一个或多个 其它的工具电路或模块、其它工具组件、群集工具、其它工具界面、相邻的工具、邻接工具、 位于整个工厂中的工具、主机、另一个控制器、或者在将晶片的容器往来于半导体制造工厂 中的工具位置和/或装载口搬运的材料搬运中使用的工具通信。
[0079]图5描述了半导体工艺集群结构，其中各个模块与真空传送模块538(VTM)接口。在 多个存储设备和处理模块之间"传送"晶片的各种模块的配置可以被称为"集群工具架构" 系统。气密室530(也被称为装载锁或传送模块)与VTM 538连接，VTM 538进而与四个处理模 块520a-520d连接，四个处理模块520a-520d可以被单独优化以执行各种制造工艺。例如，处 理模块520a-520d可以被实现以执行衬底蚀刻、沉积、离子注入、晶片清洁、溅射和/或其它 半导体工艺。在一些实施方式中，ALD和ALE在相同的模块中进行。在一些实施方式中，ALD和 ALE在相同工具中的不同模块中进行。衬底蚀刻处理模块中的一个或多个(520a-520d中的 任意一个)可以如本文所公开的被实施，即，用于沉积保形膜，选择性地通过ALD沉积膜，蚀 刻图案，蚀刻金属，以及根据所公开的实施方式所述的其它合适的功能。气密室530和处理 模块520a-520d可以被称为"站"。每个站具有将站与VTM 538连接的小面536(facet 536)。 在每个小面内部，传感器1-18被用于在晶片526在各站之间移动时检测晶片526的通过。 [00 80]机械手522将晶片526在站之间传输。在一个实施方式中，机械手522具有一个臂， 而在另一实施方式中，机械手522具有两个臂，其中每个臂具有端部执行器524以拾取晶片 (例如晶片526)以供运输。在大气传送模块(ATM)540中，前端机械手532用于从在负载端口 模块(LPM)542中的晶片盒或前开式晶片盒(F0UP)534传送晶片526到气密室530。处理模块 520a-520d内的模块中心528是用于放置晶片526的一个位置。在ATM 540中的对准器544用 于对齐晶片。
[0081 ] 在一示例性的处理方法中，晶片被放置在LPM 542中的多个FOUP 534中的一个中。 前端机械手532将晶片从FOUP 534传送到对准器544,其允许晶片526在被蚀刻或处理之前 适当地居中。对准后，晶片526由前端机械手532移动到气密室530中。由于气密室530具有匹 配ATM540和VTM538之间的环境的能力，因此晶片526能够在两种压强环境之间移动而不被 破坏。从气密室530,晶片通过机械手522移动通过VTM 538并进入处理模块520a-520d中的 一个。为了实现这种晶片移动，机械手522在其每一个臂上使用端部执行器524。一旦晶片 526已被处理，则通过机械手522将其从处理模块520a-520d移动到气密室530中。晶片526可 以从这里通过前端机械手532移动到多个FOUP 534中的一个中或移动到对准器544。
[0082] 应当注意的是，控制晶片运动的计算机对于集群架构可以是本地的，或者它可以 位于在制造工厂中的集群架构的外部，或在远程位置并通过网络连接到集群架构。如上参 照图4所述的控制器可以用图5中的工具实施。 实验 实验1
[0083] 进行实验并评价衬底的平滑性。在蚀刻之前评价硅衬底上的毯覆式膜堆栈（a blanket film stack)，该毯覆式膜堆栈包括氧化物、作为粘附层的氮化钛、和100纳米的 钴。拍摄图像，如图6A所示，其显示整个衬底的表面上以及在不同的层之间的界面处的各种 团块和颗粒，这表明粗糙度高。获取测量结果，如图所示，其显示110nm、113nm、112nmdP lllnm的厚度。衬底然后使用所公开的实施方式进行蚀刻。将包括先前凹陷的钴层(通过湿 法蚀刻凹陷）与在它上面沉积并被图案化的硬掩模的衬底暴露于BCl 3和添加剂，以在衬底 上沉积BClx层，然后将衬底暴露于活化气体并激活等离子体。将衬底暴露于BCl 3和添加剂与 活化气体和等离子体交替脉冲，进行20个循环。然后评估经蚀刻的衬底的粗糙度。拍摄所得 到的衬底的图像，如图6B所示，并且测得的厚度为80.2nm。衬底显示小于5nm RMS的光滑表 面，并且平滑度改善至少50%。 实验2
[0084] 进行实验并测定所公开的实施方式的蚀刻速度。将具有待被蚀刻的毯覆式钴层和 在钴层上沉积并被图案化的硬掩模的衬底暴露于BCl 3和添加剂。然后将衬底暴露于活化气 体和等离子体。将衬底暴露于BCl3和添加剂与活化气体和等离子体的循环，进行超过20个 的循环。这些循环以基本上线性的图案以约1.4422nm/循环的蚀刻速率蚀刻钴。数据点以及 钴去除量与循环数的线性模型如图7中描绘。 结论
[0085]虽然为了清楚理解的目的已经相当详细地描述了前述的实施方式，但是显而易见 的是，可在所附权利要求书的范围内实施某些变化和修改。应当注意的是，具有实施本发明 实施方式的工艺、系统和装置的许多替代方式。因此，本发明的实施方式应被视为是说明性 的而不是限制性的，并且所述实施方式并不限于本文所给出的细节。
【主权项】
1. 一种处理在室内的衬底的方法，该方法包括： (a) 将所述衬底暴露于含硼卤化物气体和选自由含氢气体和含卤素气体组成的组的添 加剂保持足以选择性地沉积在所述衬底上的掩模的表面上的含硼卤化物材料第一层和金 属的表面上的含硼卤化物材料第二层的持续时间，其中所述第一层比所述第二层厚，以及 (b) 将所述衬底暴露于活化气体和活化源。2. 根据权利要求1所述的方法，其中(a)的所述持续时间介于约5秒和约60秒之间。3. 根据权利要求1所述的方法，其还包括:在第一组循环中重复(a)和(b)以在所述衬底 上沉积所述含硼卤化物层。4. 根据权利要求3所述的方法，其还包括:在第二组循环中重复(a)和(b)以蚀刻所述金 属。5. 根据权利要求1所述的方法，其中在(b)期间施加偏置。6. 根据权利要求4所述的方法，其中在所述第一组循环期间以第一偏置在(b)期间施加 偏置以及在所述第二组循环期间以第二偏置在(b)期间施加偏置。7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述活化源是等离子体。8. -种用于处理衬底的装置，该装置包含： (a) -个或多个处理室，每个处理室包含卡盘； (b) 通向所述处理室和相关的流动控制硬件内的一个或多个气体入口；以及 (c) 具有至少一个处理器和存储器的控制器，其中 所述至少一个处理器和所述存储器彼此通信地连接， 所述至少一个处理器与所述流动控制硬件至少能操作地连接，并且 所述存储器存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于控制所述至少一个处 理器以通过下述方式至少控制所述流动控制硬件： (i) 使含硼卤化物气体和添加剂流至所述一个或多个处理室中的一个保持足以选择性 地沉积在所述衬底上的掩模的表面上的含硼卤化物材料第一层和金属的表面上的含硼卤 化物材料第二层的持续时间，其中所述第一层比所述第二层厚，并且其中所述添加剂选自 由含氢气体和含卤素气体组成的组；以及 (ii) 使活化气体流向所述一个或多个处理室中的一个并点燃活化源。9. 根据权利要求8所述的装置，其中使所述含硼卤化物气体、所述添加剂和所述活化气 体在不破坏真空的情况下流动。10. 根据权利要求8所述的装置，其中所述活化源是等离子体。
【文档编号】H01L21/768GK106067442SQ201610255293
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年4月22日 公开号201610255293.7, CN 106067442 A, CN 106067442A, CN 201610255293, CN-A-106067442, CN106067442 A, CN106067442A, CN201610255293, CN201610255293.7
【发明人】杨嘉玲, 周宝所, 沈美华, 索斯藤·利尔, 约翰·霍昂
【申请人】朗姆研究公司