以反应器进行蚀刻的方法及蚀刻系统与流程

本公开实施例涉及一种蚀刻工艺及系统，且特别涉及一种具有可旋转喷淋头的蚀刻工艺及系统。

背景技术：

干式蚀刻是半导体制造中经常使用的工艺。在蚀刻之前，在黄光微影(photolithography)操作时，晶圆被光刻胶(photoresist)或硬遮罩(hardmask)(例如氧化物或氮化物)覆盖且暴露在电路图案下。蚀刻从图案轨迹中去除材料。在芯片制造中，图案化及蚀刻的次序可重复数次。

技术实现要素：

本公开的实施例提供一种以反应器蚀刻的方法，反应器具有喷淋头，喷淋头具有顶板及底板。蚀刻方法包括(1)分别以第一气体及第二气体填充在喷淋头的顶板的第一气体通道及第二气体通道。(2)实施第一工艺周期，第一工艺周期包括旋转顶板或底板至第一位置，以容许第一气体经由第一气体通道流动通过喷淋头，且限制第二气体经由第二气体通道流动通过喷淋头。(3)实施第二工艺周期，第二工艺周期包括旋转顶板或底板至第二位置，以容许第二气体经由第二气体通道流动通过喷淋头，且限制第一气体经由第一气体通道流动通过喷淋头。

本公开另一实施例提供一种以反应器蚀刻的方法，反应器具有喷淋头及晶圆吸座，蚀刻方法包括(1)旋转喷淋头的顶板或底板至第一位置，以容许气体流动通过喷淋头。(2)实施表面改质周期，包括(2.1)施加负直流偏压至喷淋头。(2.2)施加射频功率信号至晶圆吸座。(3)实施蚀刻周期，包括(3.1)从喷淋头去除负直流偏压。(3.2)降低施加至晶圆吸座的射频功率信号。

本公开又一实施例提供一种蚀刻系统，包括转接盒、喷淋头及晶圆吸座。转接盒是配置以从一或多个各别的气体盒接收一或多个气体。喷淋头具有顶板及底板，顶板具有一或多个第一气体通道，底板具有一或多个第二气体通道。顶板是配置以接收一或多个气体，一或多个气体是通过一或多个气体流水线从转接盒来，且底板是配置以旋转以将一或多个第二气体通道与一或多个第一气体通道对齐。晶圆吸座是配置以支持晶圆，晶圆从喷淋头接收一或多个气体。

附图说明

以下将配合附图说明书附图详述本发明的实施例。应注意的是，依据在业界的标准做法，多种特征并未按照比例示出且说明例示。事实上，可任意地放大或缩小元件的尺寸，以清楚地表现出本发明的特征。

图1示出根据一些实施例的示例性的原子层蚀刻(atomiclayeretch，ale)系统的剖面图。

图2示出根据一些实施例的原子层蚀刻的喷淋头的下视图。

图3示出根据一些实施例的喷淋头的一部分的剖面图，此喷淋头的顶板的气体通道是与底板的气体通道错位。

图4示出根据一些实施例的喷淋头的一部分的剖面图，此喷淋头的顶板的气体通道是与底板的气体通道对齐。

图5示出根据一些实施例的喷淋头的一部分的剖面图，此喷淋头的顶板的两个气体通道是与底板的气体通道错位。

图6及7示出根据一些实施例的示例性的原子层蚀刻反应器的原子层蚀刻的流程图。

图8示出根据一些实施例的示例性的波型的图解表现，此波型为原子层蚀刻工艺中的射频(radiofrequency，rf)功率信号及负直流偏压(negativedcbiasvoltage)。

附图标记说明：

100原子层蚀刻系统

102原子层蚀刻反应器(反应器)

104气体转接盒

106、108气体盒

106.1、108.1气体线路

110气体传送线路

112喷淋头

114顶板

116底板

118晶圆吸座

120晶圆

200开口

202同心圆

300旋转轴

302、302a、302b、304气体通道

600、700方法

602、604、606、702、704操作

800射频功率信号

802负直流偏压

具体实施方式

以下公开提供许多不同的实施例，或是范例，来实行所提供的申请标的的不同特征。以下描述具体的元件及其排列的具体范例以阐述及简化本公开。当然这些仅是范例且不该以此限定本公开的范围。举例来说，在说明书中提到第一特征部件形成于第二特征部件之上，其包括第一特征部件与第二特征部件是直接接触的实施例，另外也可包括于第一特征部件与第二特征部件之间另外有其他特征部件的实施例，亦即，第一特征部件与第二特征部件并非直接接触。此外，本公开可使用重复的标号及/或标示在不同范例中。这些重复不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。

此外，空间用语，例如“在…下方＂、“下方＂、“较低的＂、“上方＂、“较高的＂及类似的用词，可在此被用以便于描述图示中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。这些空间相关用词旨在除了包括图示中所描述的方位，还包括使用中或操作中的装置的不同方位。当设备被转向不同方位时(旋转90度或其他方位)，则在此使用的空间相关描述用词也将依转向后的方位来解释。

此术语“额定的(nominal)＂在此被用以指出一要求的值、或目标的值、元件或工艺操作的特性或参数的值，此值已在产品或工艺的设计阶段期间设定，此值连同高于及/或低于此要求的值的范围。此值的范围可归咎于制造工艺中的些微差异或是公差。除非另有定义，在此运用的技术的及科学的术语的与在本公开的所属技术领域中技术人员的通常理解具有相同意义。

此术语“约为＂在此被用以代表一给定量的值以此值的±10％变化、或选择性地为此值的±5％、或在一些实施例中，此值的±1％。举例来说，“约为100纳米＂包括从90纳米(含)至110纳米(含)的范围。

干式蚀刻是半导体制造中经常使用的工艺。在蚀刻之前，晶圆被光刻胶或硬遮罩(例如氧化物或氮化物)覆盖，且以黄光微影工艺(例如黄光曝光(photoexposure)、曝光后烘烤(postexposurebake)、显影(develop)、硬烘烤(hardbake)等)转移电路图案至光刻胶或硬遮罩。蚀刻随后被用以去除晶圆表面上未被图案化的光刻胶或硬遮罩覆盖的材料。在芯片制造中，图案化及蚀刻的次序可被重复数次。

等离子体蚀刻的实施是施用电磁能(例如射频(rf))至含有化学活性元素(例如氟或氯)的气体，以形成等离子体。等离子体释放可轰撞晶圆表面的正电荷离子，以去除或蚀刻材料。同时，化学活性自由基(例如具有不成对电子的原子或原子团)可与已蚀刻材料反应，以形成易挥发的或不易挥发的副产物。当晶圆为适当的偏压(例如，当晶圆是与离子电荷反向偏压时)时，离子的电荷可导引离子垂直地朝向晶圆。为了提高生产量，高的蚀刻速率(例如数个/分钟或纳米/分钟)是被期待的。

处理化学品可取决于被蚀刻的薄膜的类型而不同。举例来说，应用在介电蚀刻的蚀刻化学品可为氟基化学品。硅及金属蚀刻的应用可使用氯基化学品。蚀刻步骤可包括从晶圆表面蚀刻一或多个薄膜层。当数层被蚀刻(例如形成接触开口时)及蚀刻工艺需要在特定层终止时，蚀刻工艺的选择率成为一重要参数。蚀刻化学品或蚀刻工艺的选择率可被定义为两个蚀刻速率的比值：被去除层的速率及被保护层的速率(例如遮罩的速率或终止层的速率)。在多层蚀刻工艺中，高选择率(例如大于10：1)是被期待的。

在理想案例中，蚀刻化学品的在晶圆的全部的点/位置或在晶圆上的裸晶之内的蚀刻速率是一样的(均匀的)。举例来说，在如此的理想案例中，蚀刻化学品可在晶圆各处或在一裸晶之内，以相同的方式蚀刻相同的结构(例如形成接触开口)或蚀刻不同结构(例如形成一或多个接触开口)。蚀刻化学品的蚀刻速率的程度在晶圆的不同点/位置而不同，或在晶圆上的裸晶之内而不同。此现象是被称为非均匀性(non-uniformity)或微负载(micro-loading)。最小化微负载是蚀刻工艺的一目的。

举例来说，微负载可发生在具有不同尺寸(例如顶层临界尺寸(criticaldimension，cd)及/或深度)及相同密度(例如相邻结构之间的节距(pitch)、或间距(spacing))的蚀刻特征(例如接触开口)或蚀刻结构，或发生在具有相同尺寸及不同密度的蚀刻特征或蚀刻结构。微负载在芯片制造中为难题，因为在裸晶中或在晶圆各处，可同时产生具有不同尺寸及密度的特征或结构。

于此描述的实施例是针对示例性的原子层蚀刻(ale)工艺，原子层蚀刻工艺可在一或多个介电层形成接触开口时，降低蚀刻微负载效应。根据一些实施例，原子层蚀刻工艺可在每一个反应周期时，控制离子/自由基比值。在一些实施例中，原子层蚀刻工艺可使用多通道、旋转气板，以降低反应周期之间的过渡时间。根据一些实施例，原子层蚀刻工艺可使用目标及晶圆之间的静电力，以降低反应周期之间的「切换时间」。

原子层蚀刻(或ale)是使用连续反应周期(例如工作周期)而可从晶圆表面去除材料的薄层的技术；举例来说，在一或多个介电层形成接触开口时。原子层蚀刻工艺的连续反应周期可为「准自我局限(quasiself-limiting)」。在一些实施例中，准自我局限反应可代表作为时间函数(例如渐进地)放慢的反应，或作为种类剂量(speciesdosage)函数放慢的反应。原子层蚀刻的运用可包括两个连续反应周期：(1)表面改质周期(反应a)，及(2)去除材料周期(反应b)。表面改质周期可从已暴露至表面改质工艺的晶圆的表面上的材料，形成具有已定义厚度的反应性表面层。随后，在下个周期时(例如去除周期)，已改质材料层(反应性表面层)可被去除。任何未改质材料，即在表面改质周期时，未暴露至表面改质化学品，将无法被去除。举例来说，已改质材料可具有于化学品成分及/或物理结构上的梯度。材料去除周期去除已改质材料层，而保持一个(些)未改质材料或多个层次未受损伤，因此「重置」此表面至近乎崭新的状态，以进行下个蚀刻周期。已去除材料的总数量可被周期(例如表面改质周期及材料去除周期)的重复次数控制。

原子层蚀刻技术可被用在不同的蚀刻方案包括，但不限于，定向性或等向性蚀刻(例如接触开口的形成)及选择性或非选择性蚀刻(例如从已暴露的表面去除多个层次)。在原子层蚀刻工艺中，举例来说，反应物可被一或多种气体、等离子体或其他流源(sources)传送。

在一些实施例中，在继续的周期之间(例如表面改质周期及材料去除周期之间)流逝的时间是归属为「过渡时间」。在过渡时间时，在新反应物的释放之前，现行周期的反应物/副产物是被去除远离晶圆的表面。在反应器中及时的传送反应物可降低周期之间及周期期间(周期时间)的过渡时间。在一些实施例中，气体可流经多通道的旋转气板传送至原子层蚀刻反应器，可降低在原子层蚀刻反应器中反应物的传送时间。

图1为根据一些实施例的示例性的原子层蚀刻系统100的剖面图。举例来说但并非限制，原子层蚀刻系统100可包括示例性的原子层蚀刻反应器102、气体转接盒104、及气体盒106及108。在一些实施例中，气体转接盒104可为存放气阀及气体线路(未表示于图1中)的气体分布系统。从气体盒106及108来的气体是分别地经由气体线路106.1及108.1传送至气体转接盒104。从气体转接盒104来的气体可经由气体传送线路110传送至原子层蚀刻反应器102。在一些实施例中，原子层蚀刻系统100可非被限制为两个气体盒，且可能具有额外的气体盒。另外，可能具有多于一条气体传送线路110。

根据一些实施例，原子层蚀刻反应器102包括喷淋头112。根据一些实施例，喷淋头112包括顶板114及底板116。根据一些实施例，底板116可借助步进马达或另一适当的机构，以垂直于其质心的轴为中心顺时针或逆时针旋转。在一些实施例中，顶板114可借助步进马达或另一适当的机构，以垂直于其质心的轴为中心顺时针或逆时针旋转。在一些实施例中，顶板114及底板116可彼此独立地旋转。举例来说但并非限制，顶板114及底板116可包括「气体通道」(例如气体可流过的空腔)，一或多种气体可经由气体传送线路110从气体转接盒104传送至此气体通道。在一些实施例中，喷淋头112可被电性连接至外部电源供应器(未表示于图1中)，例如射频(rf)产生器或可保持喷淋头112于负偏压的直流(dc)电源供应器。在一些实施例中，施加在喷淋头112的射频功率信号可在约0至约2000瓦(例如50瓦至400瓦、100瓦至600瓦、或1000瓦至2000瓦)变化，且负直流偏压可在0至约900伏特(例如450伏特至500伏特)变化。

原子层蚀刻反应器102亦可包括晶圆吸座118。在一些实施例中，晶圆吸座118是可电性连接至外部电源供应器(未表示于图1中，例如射频产生器)的静电吸座，且施加射频信号至晶圆120。

在一些实施例中，原子层蚀刻系统100可包括额外元件。此额外元件可未被示出在图1中。然而，此元件是在本公开的构思及范围内。举例来说但并非限制，如此的元件可包括排气线路、额外反应器、晶圆转移模块、冷却系统、加热器、激光检测器、机械手臂、阀门控制器、开槽阀、基座、沉积遮罩(depositionshield)、沉积环、质流控制器、额外气体线路、电源供应器、内部及外部电性连接至电子模块(例如计算机、电子信号反馈回路(electricalsignalfeedbackloop)、马达等)、泵浦组(pumpstack)、温度及压力感应器等。在一些实施例中，原子层蚀刻系统100可为附属于集束型设备(clustertool)或独立型单元。

图2为根据一些实施例的示例性的喷淋头112的仰视图。举例来说但并非限制，喷淋头112的底板116具有一或多个开口200，安排在一或多个同心圆202中。开口200的数量及其在底板116的表面的安排是不被限制于图2的范例。基于在此的公开，可使用不同安排的较少的或额外的开口200。因此，不同数量的开口200及其在底板116的表面的分别的排列是在本公开的构思及范围内。根据一些实施例，开口200的直径可为约0.1毫米。然而，开口200可为较小的或较大的。

在一些实施例中，底板116可以其轴为中心顺时针或逆时针旋转，以经由开口200释放一或多种气体。根据一些实施例，顶板114及底板116可以复数个气体通道为特征，气体可进入并流动于此气体通道内。在一些实施例中，举例来说，通过底板116的旋转，以让两板(例如顶板114及底板116)所对应的气体通道对齐时，气体可经由开口200释放至原子层蚀刻反应器102内。换言之，当顶板及底板(例如分别为114及116)之间的气体通道对齐时，形成一路径且气体可经由开口200释放至原子层蚀刻反应器102内。取决于旋转方向(例如顺时针或逆时针)，顶板114及底板116上的通道可被对齐或未对齐，且因此，气体可被释放或限制流进原子层蚀刻反应器102。

图3及4为顶板114及底板116的部分剖面图，可用来叙述喷淋头112的操作的背后原理。为示例的目的，喷淋头112的操作将在旋转底板116及固定顶板114的背景下被叙述。

根据一些实施例，喷淋头112的底板116可相对于固定的顶板114，以旋转轴300为中心顺时针或逆时针旋转。举例来说但并非限制，旋转轴300可贯穿在图2的底板116的同心圆202的中心。如上所讨论，顶板114及底板116可包括多个气体通道。举例来说，参照图3，顶板114可具有示例性的气体通道302，且底板116可具有示例性的气体通道304。在一些实施例中，底板116的一气体通道304可通往设置在同心圆202中的一者的一个开口200。在图3中，气体通道302及304并未对齐。因此，举例来说，气体流经气体传送线路110进入原子层蚀刻反应器102，可流进顶板114的气体通道302，但并非被允许更进一步流进底板116的气体通道304。根据一些实施例，图3示出了底板116的一起始关闭位置(startingclosedposition)。

一旦气体已经填满顶板114的气体通道302，底板116可以旋转轴300为中心旋转，以使气体通道302及304之间对齐(例如于一开启位置)。在图4中，底板116以旋转轴300为中心逆时针旋转，以使气体通道302及304之间对齐。在一些实施例中，一旦气体通道302及304已经对齐，气体是被容许流动经过气体通道304及开口200进入原子层蚀刻反应器102。在一些实施例中，部分地对齐的气体通道302及304亦可容许气体流动经过。气体被允许流动进入原子层蚀刻反应器102直到底板116可顺时针旋转进入图3所示的起始关闭位置，于此，气体通道304及302之间并未对齐。前述的工艺可被与一或多个原子层蚀刻工艺同步，以控制每个原子层蚀刻工艺的气体剂量。在一些实施例中，底板116可在100毫秒内以相反的方向从起始关闭位置旋转至一最终开启位置(finalopenposition)。

在一些实施例中，底板116可如同于喷淋头112之中的气体流动致动器(gasflowactuator)进行操作。相对于外部气阀利用「开」及「关」限制气体流动，底板旋转的好处在于可降低气体释放、周期工艺、及气体抽离(gasevacuation)(例如抽空(pumpdown))的时间。在一些实施例中，原子层蚀刻反应器102中的气体释放时间可从1.7秒降低至0.3秒，且从原子层蚀刻反应器102气体抽离(例如抽空)时间可从1.7秒降低至0.2秒。下述的范例可解释上述实施例。假设一假想的外部气阀被用以容许气体流过喷淋头进入原子层蚀刻反应器102，在进入反应器之前，此气体将需要经过气体传送线路110的一部分(例如取决于外部阀在气体传送线路110的位置)及在喷淋头范围内的路径长度。再者，当一原子层蚀刻工艺结束，且在新周期开始之前，气体是被从反应器抽离(抽空)。在抽空时，被去除的气体量包括反应器中气体的体积及被堵塞在喷淋头中的开口及气体传送线路110上的假想气阀的位置之间的气体的体积。相反地，基于本公开的实施例，底板116的旋转(例如在开启位置)容许气体立即地从喷淋头112的底板116直接释放进入原子层蚀刻反应器102。相同地，当底板116旋转至关闭位置时，气体停止从喷淋头112直接流进原子层蚀刻反应器102。因此，在抽空次序时，被要求去除的气体的体积只包括原子层蚀刻反应器102中的气体。

在一些实施例中，喷淋头112的设计可被更进一步地加强，以支持多于一种气体。举例来说，顶板114可以可接收不同气体的气体通道302的子集(subset)为特征。根据一些实施例，通过底板116的旋转可调整使得气体通道302及气体通道304的子集同时地对齐。因此，预定的被选择的一或多种气体可被同时释放。举例来说，图5公开如此的示例性的配置，气体通道302a装有气体a，且气体通道302b装有气体b。举例来说但并非限制，气体通道302a可被从图1中所示的气体盒106来的气体a初步地(initially)地填充，且气体通道302b可被从图1中所示的气体盒108来的气体b初步地填充。气体a及b可通过图1中所示的气体转接盒104及气体传送线路110被传送至顶板114。在底板116当前的位置(底板116的关闭位置)，没有气体(例如气体a或气体b)可被容许流进原子层蚀刻反应器102。假如底板116逆时针(从顶板114观看)旋转，从气体通道302b来的气体b是通过气体通道304被释放进入原子层蚀刻反应器102。另一方面，假如底板116顺时针旋转，气体通道302a中的气体a是通过气体通道304被释放进入原子层蚀刻反应器102。在每一者的气体释放之后，底板116可旋转回到图5的关闭位置使得流进至原子层蚀刻反应器102的气体是被停止，且先前流动的气体可被接续地从原子层蚀刻反应器102抽出。举例来说但并非限制，气体a可为可将一层晶圆的表面上的材料改质的「反应」气体，且气体b可为可去除已改质材料层的蚀刻剂。

图6为示例性的以反应器102进行蚀刻的方法600的流程图，此方法600描述使用具有喷淋头112的反应器102，此喷淋头112具有顶板114及底板116。其他的操作可在示例性的方法600不同的操作之间实施，且仅为了清楚的缘故而省略此些操作。因此，方法600可不被限制于下列所描述的操作。

方法600可被实施在图1所示的原子层蚀刻系统100的原子层蚀刻反应器102中。参照图1至3，原子层蚀刻反应器102的喷淋头112包括顶板114及底板116。再者，根据一些实施例，底板116是配置以旋转轴300为中心旋转，且可包括一或多个气体通道304。如上所述，底板116具有一或多个开口200，安排在一或多个同心圆202中。开口200的数量及其在底板116的表面的安排是不被限制于图2的范例。基于在此的公开，可使用不同安排的较少的或额外的开口200。因此，不同数量的开口200及其在底板116的表面的分别排列是在本公开的构思及范围内。根据一些实施例，开口200的直径可为约0.1毫米。然而，开口200可为较小的或较大的。

方法600起始于操作602，此时第一气体及第二气体分别填充顶板114的第一及第二气体通道。举例来说，在图5中，气体a(第一气体)可填充一或多个第一气体通道302a，且气体b(第二气体)可填充一或多个第二气体通道302b。举例来说但并非限制，气体通道302a可被从图1中所示的气体盒106来的气体a初步地填充，且气体通道302b可被从气体盒108来的气体b初步地填充。气体a及b可通过图1中所示的气体转接盒104及气体传送线路110传送至顶板114。在一些实施例中，方法600的操作602可被归属为「准备步骤」，且举例来说，可具有约1.7秒的处理时间。

在操作604中，且参照图5，此时表面改质周期是被实施，表面改质周期包括通过旋转(例如顺时针的旋转)喷淋头112的底板116，以对齐顶板114的一或多种第一气体通道302a与底板116的一或多种气体通道304，以释放第一气体(例如气体a)。在一些实施例中，表面改质代表释放的气体(例如第一气体a)与晶圆120的表面上所暴露的材料交互作用，且形成反应性表面层或具有已定义厚度的改质材料层的工艺。在去除或蚀刻周期时，改质材料层可被接续地去除。在表面改质周期时，未暴露至第一气体a的任何未改质的材料将不会被去除。已改质材料可具有于化学成分及/或物理结构上的梯度。在一些实施例中，表面改质周期可具有约0.3秒至2秒的期间。根据一些实施例，在2秒表面改质周期的第一个0.1秒至0.3秒时，第一气体a的流动可被提升。举例来说，第一气体a的流动可从0增加到目标值。然而，表面改质周期可为较短的或较长的，且可取决于反应器的几何结构(例如反应器的体积、喷淋头112至晶圆120的距离等)、泵浦组(未表示于图1中)的抽气速度、或其他工艺参数(例如第一气体a的自我局限行为等)。

在一些实施例中，在表面改质周期后，可引入过渡周期，以去除出现在原子层蚀刻反应器102中任何未反应的大量的第一气体a。在过渡周期时，第一气体a的流动是被停止，且第一气体a的分压因为第一气体a被抽出原子层蚀刻反应器102而降低。在一些实施例中，过渡周期可持续从约0.1秒至约0.6秒(例如在约0.1秒至0.3秒之间)。然而，过渡周期可为较短的或较长的，其可取决于反应器的几何结构(例如反应器的体积、喷淋头112至晶圆120的距离等)、泵浦组(未表示于图1中)的抽气速度、或其他工艺参数。参照图5，在过渡周期时，底板116是被逆时针旋转回到其「关闭位置」，使得第一气体a的流动是被阻止流入原子层蚀刻反应器102。

在操作606中，且参照图5，原子层蚀刻周期是被实施。根据一些实施例，蚀刻周期可包括通过旋转(例如逆时针旋转)喷淋头112的底板116，以对齐顶板114的一或多个第二气体通道302b与底板116的一或多个气体通道304，以释放第二气体b。根据一些实施例，蚀刻周期可持续从约0.3秒至约2秒。然而，蚀刻周期可为较短的或较长的，其可取决于反应器的几何结构(例如反应器的体积、喷淋头112至晶圆120的距离等)、泵浦组(未表示于图1中)的抽气速度、或其他工艺参数。根据一些实施例，在2秒蚀刻周期的第一个0.1秒至0.3秒时，第二气体b的流动可增加(例如提升)。举例来说，第二气体b的流动可从0增加至目标值。在一些实施例中，等离子体可被用来协助蚀刻工艺。举例来说，射频电磁场可从外部的射频功率产生器施加至晶圆吸座118，以从第二气体b击打等离子体。根据一些实施例，施加在晶圆吸座118的射频功率可在约100瓦至约500瓦变化。该射频信号可在100瓦特至500瓦特之间。在蚀刻步骤时，工艺压力可在约20毫托耳至约50毫托耳变化。举例来说但并非限制，第二气体b可为全氟碳化物气体(perfluorocarbongas)、氧气、及氩气的混合物。该第二气体包括全氟碳化物、氧气、及氩气的一混合物。氧气及全氟碳化物气体流速可在约5每分钟标准毫升数(sccm)至约30每分钟标准毫升数变化，且氩气流速可在约200每分钟标准毫升数至约1000每分钟标准毫升数变化。举例来说但并非限制，可使用的全氟碳化物气体包括四氟化碳(tetrafluoromethane，cf4)、八氟环丁烷(octafluorocyclobutane，c4f8)、六氟丁二烯(hexafluoro-2-butyne，c4f6)等。在一些实施例中，方法600可被重复数次，直到从晶圆120上的特征或结构去除预期数量的材料。

图7为示例性的以反应器102进行蚀刻的方法700的流程图，此方法700描述使用具有喷淋头112及晶圆吸座的反应器102的蚀刻工艺。其他的操作可在示例性的方法700不同的操作之间实施，且仅为了清楚的缘故而省略此些操作。因此，示例性的方法700可不被限制于下列所描述的操作。

方法700可被实施在图1所示的原子层蚀刻系统100的原子层蚀刻反应器102中。根据一些实施例，反应器102包括：(1)示例性的具有顶板114及底板116的喷淋头112，配置以接收负直流偏压、(2)以及晶圆吸座118，配置以接收射频功率信号。再者，参照图1，喷淋头112可被电性连接至外部电源供应器(未表示于图1中)，例如射频产生器或可保持喷淋头112于负偏压的直流电源供应器。在一些实施例中，施加在喷淋头112的射频功率信号可在约10瓦至约2700瓦变化，且负直流偏压的绝对值可在约0至约900伏特(例如450伏特至500伏特)变化。此外，喷淋头112可包括顶板114及底板116。根据一些实施例，底板116可借助步进马达或另一适当的机制，以垂直于其质心的轴(旋转轴300)为中心顺时针或逆时针旋转。

方法700起始于操作702，此时通过施加负直流偏压至喷淋头112及施加射频功率信号至晶圆吸座118，以实施表面改质周期。举例来说，在方法700中，施加至喷淋头112的信号将在以负直流偏压为背景下被描述。基于在此的公开，射频信号(如上所述)可被用来取代负直流偏压，且是在本公开的构思及范围内。在一些实施例中，施加至喷淋头112的射频信号可在约10瓦至约2700瓦变化，且负直流偏压的绝对值可在0至约500伏特。

图8为示例性的波型的图解表现，此波型为射频功率信号800(施加至晶圆吸座118)及负直流偏压802(施加至喷淋头112)。在图8中，射频功率信号800及负直流偏压802是被绘制在共同时间轴上。方法700的操作702可通过表面改质周期a在以图8为背景下被描述，在表面改质周期a中，负直流偏压施加至喷淋头112，且射频功率信号通过图1所示的晶圆吸座118施加至晶圆120。

为了使等离子体能够击打，举例来说，原子层蚀刻反应器102是被填充压力为约20毫托耳至约50毫托耳的气体。在一些实施例中，此气体可为全氟碳化物、氧气、及氩气的混合物。氧气及全氟碳化物气体流速可在约5每分钟标准毫升数(sccm)至约30每分钟标准毫升数变化，且氩气流速可在约200每分钟标准毫升数至约1000每分钟标准毫升数变化。举例来说但并非限制，可使用的全氟碳化物气体包括四氟化碳(tetrafluoromethane，cf4)、八氟环丁烷(octafluorocyclobutane，c4f8)、六氟丁二烯(hexafluoro-2-butyne，c4f6)等。根据一些实施例。气体可通过旋转底板116或顶板114释放通过喷淋头112。

等离子体离子被在喷淋头112及晶圆120之间形成的电场加速前往底板116，且此等离子体离子可与底板116上的材料反应形成自由基。自由基可被接续地加速前往晶圆120，改质反应可发生在自由基及晶圆120的表面上暴露的材料之间。因此，反应性表面层可被形成。因为改质反应可被准自我局限，反应性表面层可具有有限的厚度。在一些实施例中，举例来说，反应性表面层的有限的厚度可取决于气体化学品、晶圆120上暴露的物质的类型(例如氮化物、氧化物、金属等)、及等离子体参数。在随后的去除或蚀刻周期，反应性表面层可被去除。任何未暴露至自由基的材料将不会被去除。反应性表面层可包括化学成分及/或物理结构的梯度。经由上述工艺产生的自由基的数量可经由工艺参数(例如等离子体密度、射频功率信号800及负直流偏压802的强度、工艺压力等)控制。

如上所述，自由基的产生需要等离子体离子与底板116(目标材料)上的材料交互作用。在一些实施例中，底板116可由接触等离子体离子时，将产生自由基的材料制成、以此材料覆盖、或加装由此材料制成的外部薄板。举例来说但并非限制，此材料可包括金属，例如铂(pt)、铱(ir)、钌(ru)、铼(re)、金(au)、钯(pd)、及银(ag)、铜(cu)、铝(al)、镍(ni)、钛(ti)、钨(w)、锌(zn)、铟(in)、锡(sn)、钒(v)、锆(zr)、铬(cr)、钴(co)、钇(y)、铌(nb)、钽(ta)、钼(mo)、铁(fe)、铅(pb)、或铍(be)；或半导体，例如硅(si)。在一些实施例中，目标材料可为氧化物，例如五氧化二钽(tantalumoxide，ta2o5)、五氧化二铌(niobiumoxide，nb2o5)、五氧化二铪(hafniumoxide，hf2o5)、二氧化硅(siliconoxide，sio2)、二氧化钛(titaniumoxide，tio2)、二氧化锆(zirconiumdioxide，zro2)、氧化铝(aluminiumoxide，al2o3)；复合氧化物，例如钛酸锶(strontium-titaniumoxide，srtio3)、钌酸锶(strontium-rutheniumoxide，srruo3)、钛酸钯(palladium-titaniumoxide，pdtio3)、锶－铍－钽氧化物(strontium-beryllium-tantalumoxide，srbi2ta2o9)、三氧化二钛(titaniumoxide，ti2o3)、铌酸锂(lithium-niobiumoxide，linbo3)、锆钛酸铅(lead-zirconium-titaniumoxide，pb(zr,ti)o3)、及锶－铍－钽－铌氧化物(strontium-beryllium-tantalum-niobiumoxide，srbi2(ta,nb)2o9)。在一些实施例中，目标材料可为金属合金、铁电材料、介电质、或复合氧化物。

在方法700的操作704中，且参照图8，此时通过去除(例如关闭)施加至喷淋头112的负直流偏压802及降低施加至晶圆吸座118的射频功率信号800，以实施蚀刻周期b。在一些实施例中，射频功率信号800可被降低约50瓦至约100瓦。于降低该射频功率信号的步骤中还包括降低该射频功率信号50瓦至100瓦。举例来说，假如在表面改质周期a时，负直流偏压802为500伏，且射频功率信号800为300瓦，在蚀刻周期b时，负直流偏压802可为0伏，且射频功率信号800可从300瓦被降低至200瓦至250瓦之间的值。

在蚀刻周期b时，等离子体可被维持但自由基的产生是被抑制或消除。随着抑制或消除自由基的产生，等离子体离子可蚀刻晶圆120上的反应性表面层。在一些实施例中，同步施加负直流偏压802及射频功率信号800，可加速在表面改质周期a及蚀刻周期b之间切换。在一些实施例中，表面改质周期a及蚀刻周期b可彼此接续而不需抽空(例如过渡时间)。在一些实施例中，表面改质周期a及蚀刻周期b可被重复，直到目标材料从晶圆120的表面被去除。经由上述的工艺产生的离子的数量，可经由工艺参数控制，例如等离子体密度、射频功率信号800、工艺压力等。

本公开是针对示例性的原子层蚀刻反应器中的原子层蚀刻工艺，此原子层蚀刻反应器包括喷淋头及静电吸座。喷淋头配置以接收负直流偏压，静电吸座配置以接收射频功率。喷淋头包括顶板及底板，顶板及底板具有接收进气的一或多个气体通道。在一些实施例中，当底板的旋转容许两板对应的气体通道对齐时，气体可通过开口被释放进入原子层蚀刻反应器。取决于旋转方向(例如顺时针或逆时针)，顶板及底板上的通道可为对齐或未对齐，且气体可因此被释放或限制流动进入原子层蚀刻反应器。在一些实施例中，底板可由暴露至等离子体离子时，将产生自由基的材料制成、以此材料覆盖、或加装由此材料制成的外部薄板。根据一些实施例，原子层蚀刻工艺可在改质周期时、过渡周期时、及蚀刻周期时，控制离子/自由基比例，且降低改质周期及过渡周期之间的切换时间、降低过渡周期及蚀刻周期之间的切换时间、或降低改质周期及蚀刻周期之间的切换时间。

在一些实施例中，以反应器进行蚀刻的方法包括：(1)以第一气体及第二气体分别填充喷淋头的顶板的第一气体通道及第二气体通道，(2)实施第一工艺周期，此第一工艺周期包括旋转顶板或底板至第一位置，以容许第一气体经由第一气体通道流动通过喷淋头，且限制第二气体经由第二气体通道流动通过喷淋头，及(3)实施第二工艺周期，包括旋转顶板或底板至第二位置，以容许第二气体经由第二气体通道流动通过喷淋头，且限制第一气体经由第一气体通道流动通过喷淋头。

在一些实施例中，以反应器进行蚀刻的方法包括：(1)旋转喷淋头的顶板或底板至第一位置，以容许气体流动通过喷淋头；(2)实施表面改质周期，包括：施加负直流(dc)偏压至喷淋头、施加射频(rf)功率信号至晶圆吸座；及(3)实施蚀刻周期，包括：从喷淋头去除负直流偏压，且降低施加至晶圆吸座的射频功率信号。

在一些实施例中，蚀刻系统的结构包括：(1)转接盒，配置以接收一或多种气体；(2)具有顶板及底板的喷淋头，此顶板具有一或多个第一气体通道，且此底板具有一或多个第二气体通道。顶板是配置以接收从转接盒来的一或多个气体，且底板是配置以旋转以将一或多个第二气体通道与一或多个第一气体通道对齐；及(3)晶圆吸座，配置以支持晶圆，此晶圆接收从喷淋头来的一或多个气体。

在本公开的一些实施例中，提供以反应器蚀刻的方法，反应器具有喷淋头，喷淋头具有顶板及底板。以反应器蚀刻的方法，还包括通过射频信号施加至反应器的静电吸座，以从第二气体产生等离子体。其中射频信号可在100瓦至500瓦之间。实施第二工艺周期包括在第二气体经由第二气体通道流动通过喷淋头之前，从反应器去除第一气体。第二气体包括全氟碳化物、氧气、及氩气的混合物。

在一些实施例中，在以反应器蚀刻中，降低射频功率信号包括降低射频功率信号50瓦至100瓦。其中底板以材料覆盖，材料暴露在等离子体离子下将产生自由基。材料包括金属、金属合金、铁电材料、介电质、或复合氧化物。金属包括铂(pt)、铱(ir)、钌(ru)、铼(re)、金(au)、钯(pd)、及银(ag)、铜(cu)、铝(al)、镍(ni)、钛(ti)、钨(w)、锌(zn)、铟(in)、锡(sn)、钒(v)、锆(zr)、铬(cr)、钴(co)、钇(y)、铌(nb)、钽(ta)、钼(mo)、铁(fe)、铅(pb)、或铍(be)。复合氧化物包括钛酸锶(strontium-titaniumoxide，srtio3)、钌酸锶(strontium-rutheniumoxide，srruo3)、钛酸钯(palladium-titaniumoxide，pdtio3)、锶－铍－钽氧化物(strontium-beryllium-tantalumoxide，srbi2ta2o9)、三氧化二钛(titaniumoxide，ti2o3)、铌酸锂(lithium-niobiumoxide，linbo3)、锆钛酸铅(lead-zirconium-titaniumoxide，pb(zr,ti)o3)、或锶－铍－钽－铌氧化物(strontium-beryllium-tantalum-niobiumoxide，srbi2(ta,nb)2o9)。在一些实施例中，实施表面改质周期包括从气体混合物产生等离子体，气体混合物包括全氟碳化物、氧气、及氩气。在一些实施例中，实施蚀刻周期包括从气体混合物产生等离子体，气体混合物包括全氟碳化物、氧气、及氩气。

在一些实施例中，在蚀刻系统中，顶板的一或多个第一气体通道是配置以响应底板的旋转，对齐底板的一或多个第二气体通道。喷淋头是配置以响应底板的旋转，释放一或多个气体，底板的旋转使得顶板的一或多个第一气体通道对齐底板的一或多个第二气体通道。底板是以暴露在等离子体下将产生自由基的材料制成。此材料包括金属、氧化物、复合氧化物、或合金。在一些实施例中，底板包括暴露在等离子体下将产生自由基的材料制成的外部薄板。喷淋头是配置以从外部功率源接收射频功率信号，外部功率源约为10瓦至2700瓦。

前述内文概述了许多实施例的特征，使本技术领域中技术人员可以从各个方面更佳地了解本公开。本技术领域中技术人员应可理解，且可轻易地以本公开为基础来设计或修饰其他工艺及结构，并以此达到相同的目的及/或达到与在此介绍的实施例等相同的优点。本技术领域中技术人员也应了解这些相等的结构并未背离本公开的发明构思与范围。在不背离本公开的发明构思与范围的前提下，可对本公开进行各种改变、置换或修改。