利用原子层控制各向同性蚀刻膜专利检索-各向同性蚀刻刻蚀表面处理和涂层专利检索查询-专利查询网

利用原子层控制 各向同性蚀刻膜

阅读：228发布：2020-05-11

专利汇可以提供利用原子层控制各向同性蚀刻膜专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种利用原子层控制各向同性地蚀刻在衬底上的膜的方法包括：a)提供包括选自硅 (Si)、锗(Ge)和硅锗(SiGe)的材料的衬底。所述方法还包括b)通过以下方式在处理室中在所述材料上沉积牺牲层：冷却所述衬底的下部；执行在所述处理室中产生含氧化剂的等离子体或向所述处理室中供应所述含氧化剂的等离子体中的一者；以及使用快速热加热将所述衬底的表面温度提高持续预定的时间段，同时在所述处理室中产生所述含氧化剂的等离子体或供应所述处理室中的所述含氧化剂的等离子体。所述方法还包括c)吹扫所述处理室。所述方法还包括d)通过向所述处理室中供应蚀刻气体混合物并在所述处理室中激励等离子体来蚀刻所述牺牲层和所述材料。，下面是利用原子层控制各向同性蚀刻膜专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种利用原子层控制各向同性地蚀刻在衬底上的膜的方法，其包括：
a)提供包括选自硅(Si)、锗(Ge)和硅锗(SiGe)的膜的衬底；
b)通过以下方式在处理室中在所述膜上沉积牺牲层：
冷却所述衬底的下部；
执行在所述处理室中产生含氧化剂的等离子体或向所述处理室中供应所述含氧化剂的等离子体中的一者；
使用快速热加热将所述衬底的表面温度提高持续预定的时间段，同时在所述处理室中产生所述含氧化剂的等离子体或供应所述处理室中的所述含氧化剂的等离子体；
c)吹扫所述处理室；以及
d)通过向所述处理室中供应蚀刻气体混合物并在所述处理室中激励等离子体来蚀刻所述牺牲层和所述膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷却所述衬底的下部包括在b)期间将衬底支撑件的预定温度维持在-80℃至20℃的范围内。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述快速热加热将所述衬底的表面温度提高到在
200℃至1000℃的范围内的预定温度。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述预定的时间段在大于零到小于或等于20毫秒的范围内。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻气体混合物包括选自氟(F)、氯(Cl)和溴(Br)的气体物质。
6.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
将所述处理室中的压强控制在小于20毫托至10托的范围内的预定压强下，其中所述含氧化剂的等离子体包括选自分子氧(O2)、分子氢(H2)、分子氮(N2)和氦(He)中的至少一种气体。
7.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
将所述处理室内的压强控制在1微托以下，
其中所述含氧化剂的等离子体包括选自硅烷、锗烷、磷烷和乙硼烷的前体气体。
8.根据权利要求1所述的方法，其中通过供应含氧化剂的气体混合物并将RF功率供应到布置在所述处理室周围的感应线圈，在所述处理室中产生所述含氧化剂的等离子体。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述RF功率在2MHz至14MHz的预定频率下在大于
0W至小于或等于3000W的范围内。
10.根据权利要求2所述的方法，其还包括在d)期间在大于0eV至1000eV的范围内向所述衬底支撑件提供RF偏置功率。
11.根据权利要求1所述的方法，其还包括重复b)、c)和d)一次或多次。
12.一种利用原子层控制各向同性地蚀刻在衬底上的膜的方法，其包括：
a)在处理室中提供包含暴露的锗(Ge)层的衬底；
b)执行在所述处理室中产生包含氢气物质的等离子体持续第一预定的时间段或向所述处理室中供应所述包含氢气物质的等离子体持续第一预定的时间段中的一者；
c)在所述第一预定的时间段之后，将所述衬底暴露于包括氧气物质的气体混合物持续第二预定的时间段，以在所述暴露的层产生氧化物层，
其中所述氧化物层包括一氧化锗(GeO)和二氧化锗(GeO2)，以及
其中所述氧化物层包括比所述二氧化锗(GeO2)更多的所述一氧化锗(GeO)；并且d)在第三预定的时间段内对所述衬底的表面进行快速热加热，以解吸所述氧化物层中的所述一氧化锗(GeO)，从而蚀刻所述暴露的锗(Ge)层。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述衬底还包括暴露的硅(Si)层和暴露的二氧化硅(SiO2)层中的至少一种，并且其中所述蚀刻所述暴露的锗(Ge)层对所述暴露的锗(Ge)层是有选择性的。
14.根据权利要求12所述的方法，其还包括重复b)、c)和d)一次或多次。
15.根据权利要求12所述的方法，其中b)中的所述等离子体包括选自分子氢(H2)、乙硼烷(B2H6)、烃(CxHy)(其中x和y是整数，并且y/x>2)、氨(NH3)和包含氮和氢的气体(NxHy)(其中x和y是整数，y/x>2)的氢气物质。
16.根据权利要求12所述的方法，其中b)中的所述等离子体还包括选自分子氢(H2)、分子氮(N2)和氩(Ar)的惰性气体。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一预定的时间段和所述第二预定的时间段在1秒至120秒的范围内。
18.根据权利要求12所述的方法，其还包括在b)之后且在c)之前以及在c)之后且在d)之前吹扫所述处理室。
19.根据权利要求12所述的方法，其中c)中的所述氧气物质选自分子氧(O2)、臭氧(O3)、水(H2O)和一氧化二氮(N2O)。
20.根据权利要求12所述的方法，其还包括在c)期间激励等离子体。
21.根据权利要求12所述的方法，其中d)中的所述快速热加热包括使用闪光灯和激光器中的至少一种加热所述衬底的所述表面。
22.根据权利要求12所述的方法，其中所述第三预定的时间段大于零秒且小于或等于1秒。
23.根据权利要求12所述的方法，其中d)中的所述快速热加热在所述第三预定的时间段期间将所述衬底的所述表面加热到400℃至800℃的范围内的温度。
24.根据权利要求12所述的方法，其中所述氧化物层包括大于或等于90％的一氧化锗和小于或等于10％的二氧化锗。
25.根据权利要求12所述的方法，其还包括在b)之前将所述锗层上的天然二氧化锗(GeO2)层转化为一氧化锗(GeO)。

说明书全文

利用原子层控制 各向同性蚀刻膜

技术领域

[0002] 本公开涉及衬底处理系统，并且更具体地涉及用于利用原子层控制来执行膜的选择性各向同性蚀刻的系统和方法。

背景技术

[0003] 这里提供的背景描述是为了一般地呈现本公开的背景的目的。在该背景技术部分和在申请时可能无资格另外作为现有技术的描述的方面中描述的程度上的目前署名的发明人的工作既未清楚地，也未隐含地被承认作为针对本公开的现有技术。

[0004] 衬底处理系统可用于在诸如半导体晶片之类的衬底上蚀刻膜。衬底处理系统通常包括处理室、气体分配设备和衬底支撑件。在处理期间，衬底布置在衬底支撑件上。可以将不同的气体混合物引入到处理室中，并且可以使用射频(RF)等离子体来激活化学反应。

[0005] 为了制造具有小特征尺寸(例如小于7nm的特征尺寸)的器件，需要利用纳米尺度控制来各向同性去除材料。湿法化学蚀刻由于图案坍塌而导致结构损坏。干法化学蚀刻也会导致结构损坏。原子层蚀刻(ALE)由于离子方向性而提供有限的各向同性去除。所有这些工艺都增加了待蚀刻的下伏材料的表面粗糙度。

发明内容

[0006] 一种利用原子层控制各向同性蚀刻在衬底上的膜的方法包括：a)提供包括选自硅(Si)、锗(Ge)和硅锗(SiGe)的膜的衬底。所述方法还包括b)通过以下方式在处理室中在所述膜上沉积牺牲层：冷却所述衬底的下部；执行在所述处理室中产生含氧化剂的等离子体或向所述处理室中供应所述含氧化剂的等离子体中的一者；以及使用快速热加热将所述衬底的表面温度提高持续预定的时间段，同时在所述处理室中产生所述含氧化剂的等离子体或供应所述处理室中的所述含氧化剂的等离子体。所述方法还包括c)吹扫所述处理室。所述方法还包括d)通过向所述处理室中供应蚀刻气体混合物并在所述处理室中激励等离子体来蚀刻所述牺牲层和所述膜。

[0007] 在其他特征中，所述方法包括：冷却所述衬底的下部包括在b)期间将衬底支撑件的预定温度维持在-80℃至20℃的范围内。所述快速热加热将所述衬底的表面温度提高到在200℃至1000℃的范围内的预定温度。所述预定的时间段在大于零到小于或等于20毫秒的范围内。所述蚀刻气体混合物包括选自氟(F)、氯(Cl)和溴(Br)的气体物质。

[0008] 在其他特征中，所述方法包括：将所述处理室中的压强控制在小于20毫托至1托的范围内的预定压强下。所述含氧化剂的等离子体包括选自分子氧(O2)、分子氢(H2)、分子氮(N2)和氦(He)中的至少一种气体。

[0009] 在其他特征中，所述方法包括：将所述处理室内的压强控制在1微托以下。所述含氧化剂的等离子体包括选自硅烷、锗烷、磷烷和乙硼烷的前体气体。

[0010] 在其他特征中，通过供应含氧化剂的气体混合物并将RF功率供应到布置在所述处理室周围的感应线圈，在所述处理室中产生所述含氧化剂的等离子体。所述RF功率在2MHz至14MHz的预定频率下在大于0W至小于或等于1000W的范围内。

[0011] 在其他特征中，所述方法包括在d)期间在大于0eV至1000eV的范围内向所述衬底支撑件提供RF偏置功率。所述方法包括重复b)、c)和d)一次或多次。

[0012] 一种利用原子层控制各向同性蚀刻在衬底上的膜的方法包括：a)在处理室中提供包含暴露的锗(Ge)层的衬底。该方法包括b)执行在所述处理室中产生包含氢气物质的等离子体持续第一预定的时间段或向所述处理室中供应所述包含氢气物质的等离子体持续第一预定的时间段中的一者。该方法包括c)在所述第一预定的时间段之后，将所述衬底暴露于包括氧气物质的气体混合物持续第二预定的时间段，以在所述暴露的层产生氧化物层。所述氧化物层包括一氧化锗(GeO)和二氧化锗(GeO2)。所述氧化物层包括比所述二氧化锗(GeO2)更多的一氧化锗(GeO)。该方法包括d)在第三预定的时间段内对所述衬底的表面进行快速热加热，以解吸所述氧化物层中的一氧化锗(GeO)，从而蚀刻所述暴露的锗(Ge)层。

[0013] 在其他特征中，所述衬底还包括暴露的硅(Si)层和暴露的二氧化硅(SiO2)层中的至少一种，并且其中蚀刻所述暴露的锗(Ge)层对所述暴露的锗(Ge)层是有选择性的。所述方法包括重复b)、c)和d)一次或多次。

[0014] 在其他特征中，b)中的所述等离子体包括选自分子氢(H2)、乙硼烷(B2H6)、烃(CxHy)(其中x和y是整数，并且y/x>2)、氨(NH3)和包含氮和氢的气体(NxHy)(其中x和y是整数，y/x>2)的氢气物质。

[0015] 在其他特征中，b)中的所述等离子体还包括选自分子氢(H2)、分子氮(N2)和氩(Ar)的惰性气体。所述第一预定的时间段和所述第二预定的时间段在1秒至120秒的范围内。

[0016] 在其他特征中，所述方法包括在b)之后且在c)之前以及在c)之后且在d)之前吹扫所述处理室。c)中的所述氧气物质选自分子氧(O2)、臭氧(O3)、水(H2O)和一氧化二氮(N2O)。

[0017] 在其他特征中，所述方法包括在c)期间激励等离子体。d)中的所述快速热加热包括使用闪光灯和激光器中的至少一种加热所述衬底的所述表面。所述第三预定的时间段大于零秒且小于或等于1秒。d)中的所述快速热加热在所述第三预定的时间段期间将所述衬底的所述表面加热到400℃至800℃的范围内的温度。所述氧化物层包括大于或等于90％的一氧化锗和小于或等于10％的二氧化锗。所述方法包括在b)之前将所述锗层上的天然二氧化锗(GeO2)层转化为一氧化锗(GeO)。

[0018] 根据详细描述、权利要求和附图，本公开的其他适用领域将变得显而易见。详细描述和具体示例仅意图用于说明的目的，并且不意在限制本公开的范围。

附图说明

[0019] 根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：

[0020] 图1-3示出了根据本发明可以蚀刻的环绕式栅极(gate all around)晶体管的示例；

[0021] 图4是根据本发明的用于执行各向同性蚀刻的衬底处理系统的示例的功能框图；

[0022] 图5是根据本发明的用于执行各向同性蚀刻的衬底处理系统的另一示例的功能框图；

[0023] 图6是示出根据本发明的用于执行各向同性蚀刻的方法的示例的流程图；以及[0024] 图7是示出根据本发明的用于执行锗的选择性蚀刻的方法的示例的流程图

[0025] 在附图中，附图标记可以重复使用以标识相似和/或相同的元件。

具体实施方式

[0026] 根据发明的系统和方法使用各种途径并利用原子层控制执行快速的各向同性蚀刻。在第一种途径中，使用等离子体氧化衬底的目标层，并在等离子体氧化期间将该目标层暴露于脉冲热源。随后进行蚀刻以除去氧化物和大致目标层的单层。这些步骤重复一次或多次。

[0027] 更具体地，本文描述的系统和方法使用含氧化剂的等离子体以在目标层上生长薄的牺牲层。在一些示例中，目标层包括硅(Si)、锗(Ge)、硅锗(SiaGeb)(其中a和b是整数)(通常为SiGe)或其他材料。在一些示例中，薄牺牲层包括目标层的氧化物。例如，当目标层包括Si时，薄牺牲层包括二氧化硅(SiO2)。

[0028] 在暴露于氧化等离子体期间，脉冲热热源(a pulsed thermal heat source)在预定的时间段内提供快速热加热。由于持续时间短，因此加热位于衬底的顶表面。在一些示例中，脉冲热热源包括闪热灯、激光器或微波源中的至少一个。衬底的剩余(或下部)部分被衬底支撑件冷却以保持较低的温度。顶表面处的快速热加热和衬底的冷却允许在不超过热预算的情况下执行该过程。此外，脉冲热热源进行的快速加热在短时间段期间进行，以避免热应力和相应的损坏。

[0029] 随后，执行基于等离子体的蚀刻工艺以使用基于等离子体的蚀刻工艺去除薄的牺牲层和目标层的高度受控部分。在一些示例中，两步工艺在每个循环期间去除单层的目标层。在一些示例中，基于等离子体的蚀刻工艺使用包括选自氟(F)、氯(Cl)和/或溴(Br)的蚀刻气体物质的气体混合物。在一些示例中，气体混合物还包括一种或多种其他气体，例如惰性气体。根据需要重复两步工艺以各向同性地回蚀刻目标层。与常规方法相比，前述工艺在表面粗糙度降低的情况下进行各向同性蚀刻。

[0030] 在第二种途径中，利用原子层控制各向同性蚀刻Ge包括将衬底暴露于包括氢物质的等离子体持续预定的时间段，然后暴露于包括氧物质(具有或不具有等离子体)的气体。等离子体预处理和氧化步骤在Ge上形成主要包括GeO(和一些GeO2)的单层。与不进行氢等离子体处理的氧化步骤相比，预处理步骤增加了单层中GeO的量(并减少了GeO2)。没有等离子体预处理步骤，GeO比(GeO加GeO2)的比率小于0.4。当在本文所述的等离子体预处理之后氧化时，GeO比(GeO加GeO2)的比率增加至大于0.9。较高比例的GeO(其比GeO2更易挥发)更容易除去。

[0031] 在将衬底暴露于包含氧物质的气体之后，执行衬底表面的快速热加热以解吸单层GeO。Si位于SiO2 钝化层下面，由于SiO2的沸点较高，因此其不会被快速加热源除去。

[0032] GeO生长是自限制的，因为氧化在低温下进行并且限于约一个单层。结果，可以在原子厚度水平下去除Ge。在一些示例中，每个循环除去约0.6nm的Ge。由于仅在非常短的间隔期间加热衬底的顶表面，因此热预算会非常低并且可以避免扩散。

[0033] 在一些示例中，本文描述的系统和方法用于选择性地蚀刻用于3D晶体管的环绕式栅极(GAA)结构的层。通过适当地选择工艺条件，可以相对于一种或多种其他暴露材料对目标材料进行选择性蚀刻。

[0034] 现在参考图1-3，该系统和方法可用于蚀刻环绕式栅极(GAA)晶体管10，尽管该系统和方法可用于其他衬底。在图1-2中，GAA晶体管10分别包括源极区和漏极区14和20。栅极区24围绕源极区14和漏极区20之间的沟道区30形成。沟道区30可以使用硅(Si)、锗(Ge)或SiGe 纳米线形成。在一些示例中，本文描述的系统和方法用于蚀刻纳米线。一些晶体管可以是PMOSFET 40，并且一些晶体管可以是NMOSFET 42。在图3中，沟道区30被氧化物层32和栅极区24围绕。

[0035] 现在参考图4，示出了衬底处理系统50。尽管衬底处理系统包括电感耦合等离子体(ICP)源，但是可以使用其他等离子体源。衬底处理子系统50包括处理室58和用于支撑衬底66的衬底支撑件62。在一些示例中，衬底66包括静电卡盘或真空卡盘。在一些示例中，衬底支撑件62是温度受控的。例如，衬底支撑件62可以包括多个流体通道68和加热器72，其可以布置在一个或多个区域中。衬底支撑件62可以进一步包括电极76。

[0036] 诸如温度和/或压强传感器之类的一个或多个传感器80可以布置在处理室58中以分别感测温度和/或压强。阀82和泵84可用于控制处理室58内的压强和/或从处理室58排出反应物。在一些示例中，处理室58内的压强保持在20mT和10T之间的预定范围内。

[0037] 热源86在氧化等离子体的存在下，在预定的时间段期间向衬底66的顶表面提供局部化的热脉冲。热源86可以布置在处理室58的外部，邻近诸如介电窗之类的窗88。在一些示例中，热源86包括闪光灯、激光器和/或微波灯。

[0038] 温度控制系统90可以用于控制衬底支撑件和衬底66的温度。温度控制系统90可以经由连接到流体通道68的泵94控制来自流体源92的制冷流体的供应。在一些示例中，流体源92保持在小于或等于20℃的温度，但是可以使用其他温度。在一些示例中，流体源92保持在小于或等于0℃的温度，但是可以使用其他温度。在一些示例中，流体源92保持在小于或等于-30℃的温度，但是可以使用其他温度。在一些示例中，流体源92保持在小于或等于-60℃的温度，但是可以使用其他温度。

[0039] 温度控制系统90还可控制加热器72的操作。温度控制系统90可包括一个或多个温度传感器96以感测衬底支撑件62的一个或多个位置或区域的温度。

[0040] 气体输送系统100包括一个或多个气体源104、一个或多个阀106、一个或多个质量流量控制器108和混合歧管110。在该工艺的氧化和蚀刻部分期间，气体输送系统100分别将氧化等离子体气体混合物和蚀刻等离子体气体混合物供应到处理室58。在一些示例中，氧化等离子体气体混合物包括前体气体、分子氢(H2)、分子氧(O2)、分子氮(N2)和/或氦(He)。在一些示例中，处理室58内的压强保持在20毫托和10托之间的范围内。

[0041] 在其他示例中，前体气体包括硅烷(SiH4)、锗烷(GeH4)、磷烷(PH3)和/或乙硼烷(B2H6)，但是可以使用其他前体气体。在一些示例中，对于这些气体，处理室58内的压强可以-6保持小于或等于10 托。

[0042] RF发生器120-1包括RF源122和将射频功率输出到线圈126的匹配网络124，线圈126围绕处理室58的外壁。射频发生器120-1在激励等离子体的处理室中产生磁场。可以使用另一个RF发生器120-2来在蚀刻期间向衬底支撑件62中的电极76供应RF偏置。控制器130与一个或多个传感器80、阀82和泵84、温度控制系统90、热源86、RF发生器120-1和/或120-2以及气体输送系统100通信以控制工艺。

[0043] 现在参考图5，ICP源可以由远程等离子体源140代替，例如用微波等离子体源或其他远程等离子体源代替。

[0044] 现在参考图6，示出了根据本公开的用于在衬底上蚀刻膜的方法200。在210，将衬底布置在处理室中。在212，将衬底的温度控制到在预定温度范围内的预定温度。在一些示例中，预定温度范围为-80℃至20℃。

[0045] 在214，将前体和等离子体气体供应到处理室，并且在处理室中激励氧化等离子体。在一些示例中，当使用ICP时，RF功率在0至3000W的范围内以2MHz至14MHz供应，但是可以使用其他功率等级和频率。或替代地，可以通过远程等离子体源(例如微波等离子体源)将氧化等离子体提供给处理室。

[0046] 在218，在氧化等离子体的存在下将衬底暴露于热源以加热衬底的顶表面持续预定的时间段。在一些示例中，衬底的顶表面被加热到预定温度范围内的温度。在一些示例中，预定温度范围是200℃至1000℃。在一些示例中，预定的时间段在0ms至20ms的范围内。在222处，等离子体被熄灭或者停止向室供应氧化等离子体。在一些示例中，氧化等离子体保持介于1秒至5秒之间的时间段。

[0047] 在224，可选地将RF偏置供应至衬底支撑件。在一些示例中，RF偏置功率在0到500瓦的范围内，并且RF偏置在0到1000eV的范围内供应。在226，将等离子体蚀刻气体混合物供应至处理室，并且在处理室中激励蚀刻等离子体，或者将蚀刻等离子体从远程等离子体源供应到处理室持续预定的蚀刻时间段。在230，熄灭蚀刻等离子体或停止将蚀刻等离子体供应到处理室。在一些示例中，蚀刻等离子体保持介于1秒至5秒之间的时间段。如果在234处确定需要额外的循环，则该过程返回到214。

[0048] 现在参考图7，示出了以原子层精度并且以相对于包括硅(Si)物质的其他暴露膜的高选择性各向同性地蚀刻锗(Ge)的方法。在一些工艺中，希望在不去除包括硅(Si)物质(例如Si或SiO2)或诸如Si之类的其他材料的膜的情况下去除Ge。例如，当蚀刻Ge纳米线时，可以执行相对于Si或SiO2选择性蚀刻Ge。

[0049] 用于选择性蚀刻Ge的常规方法包括干法蚀刻和湿法蚀刻。使用等离子体的干蚀刻倾向于引起表面粗糙，这是不希望有的。湿蚀刻工艺倾向于引起图案损坏，例如图案坍塌。在其他常规方法中，Ge被(热或用臭氧或含氧等离子体)氧化。暴露的Si也被氧化。GeO2可以相对于SiO2选择性地热解吸。但是，这种去除过程需要非常高的温度(通常为450℃至850℃)，这通常与热预算要求不兼容。

[0050] 根据本公开的用原子层控制各向同性地蚀刻在衬底上的Ge膜的方法包括将衬底暴露于包括氢物质的等离子体持续预定的时间段，然后暴露于包含氧物质(具有或不具有等离子体)的气体。预处理和氧化步骤在Ge上形成主要包括GeO(和一些GeO2)的单层。与不进行氢等离子体处理的氧化步骤相比，预处理步骤增大了GeO比(GeO加GeO2)的比率。没有预处理步骤，GeO比(GeO加GeO2)的比率小于0.4。当在本文所述的预处理之后氧化时，GeO比(GeO加GeO2)的比率增加至大于0.9。较高比例的GeO(其比GeO2更易挥发)更容易除去。

[0051] 在将衬底暴露于包含氧物质的气体之后，执行衬底表面的快速热加热以解吸单层GeO。Si位于SiO2 钝化层下面，由于SiO2的沸点较高而不会被除去。

[0052] 在本文所描述的方法中，GeO生长是自限制的，因为在低温下进行的氧化受限于约一个单层。结果，可以在原子厚度水平下去除Ge。在一些示例中，每个循环除去约0.6nm的Ge。由于仅在非常短的间隔期间加热衬底的顶表面，因此热预算会非常低并且可以避免扩散。

[0053] 现在参考图7，示出了相对于包括硅(Si)物质的膜选择性地蚀刻锗(Ge)的方法300。在310，将包括暴露的Ge(和任选地暴露的Si或SiO2)的衬底布置在处理室中。在312，将衬底的温度和处理室内的压强(以及根据需要的其他工艺参数)控制到预定值。

[0054] 在314，将包括氢物质的气体混合物供应到处理室，并且在处理室中激励等离子体以处理衬底的暴露表面。在318，在预定的时间段之后，熄灭包括氢物质的等离子体并且停止等离子体气体的流动。在324，用惰性气体吹扫处理室持续预定的时间段。在一些示例中，惰性气体选自氩(Ar)、分子氮(N2)或氦(He)。

[0055] 在328，将衬底暴露于包含氧物质的氧化气体持续预定的时间段。在一些示例中，在氧化步骤期间在室中激励等离子体。在其他示例中，在氧化步骤期间不使用等离子体。由于预处理步骤，氧化气体形成单层，其包括高比率的GeO比(GeO加GeO2)。在一些示例中，该比率大于或等于90％。

[0056] 在334，将处理室吹扫持续预定的时间段。在336，将衬底的顶表面暴露于快速热加热，以将衬底表面的温度升高持续预定的时间段。在一些示例中，在快速热加热期间，用惰性气体吹扫处理室。

[0057] 在340，该方法确定是否要执行另外的循环。如果340为真，则该方法返回314，否则该方法结束。

[0058] 在一些示例中，包括氢物质的等离子体气体选自分子氢(H2)、乙硼烷(B2H6)、烃(CxHy)(其中x和y是整数且y/x>2)，和/或氨(NH3)或包含氮和氢其他气体(NxHy)(其中x和y是整数，y/x>2)。在一些示例中，可以使用还原性有机化合物。在一些示例中，等离子体气体流向处理室的流速在5标准立方厘米(sccm)到1000sccm的范围内。

[0059] 在一些示例中，包含氢物质的气体与惰性气体(如He、Ar和/或N2)混合。在一些示例中，氢物质占等离子体气体混合物的大于0％且小于或等于99％。在一些示例中，将衬底暴露于等离子体气体持续在1秒至120秒的范围内的预定的时间段。在一些示例中，在氢等离子体处理期间，RF功率在5W至3000W的范围内。在一些示例中，在氢等离子体处理期间将室压强控制在1mT至20T的压强范围内。在一些示例中，在氢等离子体处理期间，衬底温度保持小于或等于50℃。

[0060] 在一些示例中，使用变压器耦合等离子体(TCP)。在其他示例中，使用电感耦合等离子体(ICP)。在一些示例中，当在预处理期间激励等离子体时，室压强保持大于或等于180mT。在一些示例中，具有氢物质的等离子体被供应持续在10s至60s的范围内的时间段。
在一些示例中，包括Ar和H2的等离子体气体混合物以90sccm至500sccm的流速供应。

[0061] 在一些示例中，吹扫步骤包括以5至1000标准立方厘米(sccm)的流速向室供应惰性气体。在一些示例中，惰性气体选自Ar、N2或He。在一些示例中，处理室被吹扫持续在1秒到120秒的范围内的预定的时间段。在一些示例中，在吹扫期间，室压强被控制在1mT至20T的范围内。在一些示例中，在吹扫期间衬底温度保持小于或等于50℃。

[0062] 在一些示例中，氧化步骤包括供应包含氧物质的气体混合物。包含氧物质的气体的示例包括分子氧(O2)、臭氧(O3)，水(H2O)和/或一氧化二氮(N2O)。在一些示例中，在氧化步骤期间激励等离子体。在一些示例中，在氧化步骤期间不激励等离子体。

[0063] 在一些示例中，氧化气体的流速在5至1000标准立方厘米(sccm)的范围内。在一些示例中，将衬底暴露于氧化气体持续在1秒至120秒的范围内的预定的时间段。在一些示例中，RF功率在5W至3000W的范围内供应。在一些示例中，在氧化步骤期间将室压强控制在1mT至20T的范围内。在一些示例中，在氧化步骤期间衬底温度保持小于或等于50℃。

[0064] 在一些示例中，在氧化步骤期间将室压强保持大于或等于500mT，但是可以使用其他压强。在氧化步骤期间可以使用更高的压强以缩短氧化时间段。在一些示例中，氧化步骤在10s至60s的时间段内进行。在一些示例中，O2以150sccm至500sccm的范围内的流速供应。

[0065] 在一些示例中，快速热加热包括使用闪光灯或激光器中的至少一种加热衬底的表面。在一些示例中，将衬底表面加热至200℃至800℃范围内的温度持续预定的时间段。在一些示例中，当使用闪光灯时，暴露的时间段在1毫秒(ms)到1000ms的范围内。在一些示例中，当使用激光时，暴露的时间段在1飞秒(femtosecond)至1000ms的范围内。在一些示例中，在快速热加热期间，室压强被控制在1mT至20T的范围内。在一些示例中，在快速热加热期间，衬底温度保持小于或等于50℃。

[0066] 在一些示例中，衬底的表面温度暂时提高至大于或等于在400℃至800℃的温度范围内预定温度(例如，400℃、450℃或500℃)。在一些示例中，每个快速热加热步骤包括单个脉冲或成组的脉冲。

[0067] 根据本公开的方法能够将天然氧化物(GeO2)转化为GeO。除去GeO2后，富含氢的Ge表面被选择性地转化为GeO，使用快速热加热除去GeO。在本文所述的方法期间，GeO在暴露的Ge表面上生长。由于Si在低温下没有保持SiO2的生长，因此Si将被薄的SiO2钝化。由于SiO2的沸点高于2000℃，因此仅除去Ge。由于热处理是使用惰性气体而不是氧化气体进行的，因此在快速热量加热期间不会发生氧化。

[0068] 对于天然氧化物，GeO2可以通过包括氢物质的等离子体还原为GeO。在第一循环去除GeO2后，富含H的Ge表面防止过氧化成GeO2，而是产生GeO。富含氢的Ge表面也可在氧化期间获得Ge(OH)2。Ge(OH)2在热处理下分解成GeO和H2O。因此，尽管反应路线略有不同，但该工艺仍然有效

[0069] 前面的描述在本质上仅仅是说明性的并且不意在以任何方式限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式来实现。因此，虽然本公开包括特定的实施例，但本公开的真实范围不应被如此限制，因为一旦研究附图、说明书和以下权利要求，其它的修改方案就会变得清楚。应当理解的是，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)进行，而不会改变本公开的原理。此外，虽然各实施方案在上面描述为具有某些特征，但相对于本公开的任何实施方案所描述的这些特征中的任何一个或多个可以在任何其它实施方案中实现和/或结合任何其它实施方案中的特征，即使这种结合未明确说明也如此。换言之，所描述的实施方案不是相互排斥的，并且一个或多个实施方案相互的更换方案保持在本公开的范围内。

[0070] 在元件之间(例如，在模块、电路元件、半导体层等等之间)的空间和功能关系使用各种术语描述，这些术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧接”、“在……顶部”、“在……上面”、“在……下面”和“被设置”。除非明确地描述为“直接”，否则当第一和第二元件之间的关系在上述公开内容中描述时，这种关系可以是直接的关系，其中没有其它中间元件存在于第一和第二元件之间，但也可以是间接的关系，其中一个或多个中间元件(或在空间上或功能上)存在于第一和第二元件之间。如本文所用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当解释为意味着使用非排他逻辑“或”的逻辑(A或B或C)，并且不应当被解释为是指“至少一个A，至少一个B，和至少一个C”。

[0071] 在一些实现方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。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。电子器件可以称为“控制器”，该控制器可以控制一个或多个系统的各种元件或子部件。根据处理要求和/或系统的类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括控制处理气体的输送、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压力设置、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、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、出入工具和其它传送工具和/或连接到特定系统或与特定系统交互的负载锁的晶片传送。

[0072] 宽泛地讲，控制器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)的形式传送到控制器的指令，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。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的用于在制备晶片的一个或多个层、材料、金属、氧化物、硅、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的一部分。

[0073] 在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、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”中或者是晶片厂(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，以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。在一些示例中，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传送到系统。在一些示例中，控制器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，控制器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示例可以是与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，它们结合以控制室上的工艺。

[0074] 示例的系统可以包括但不限于：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、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(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。

[0075] 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。

标题	发布/更新时间	阅读量
氧化硅和氧化锗的各向同性原子层蚀刻	2020-05-12	988
亚分辨率硅特征及其形成方法	2020-05-15	539
供各向同性铜蚀刻的蚀刻调配物	2020-05-11	90
降低的各向同性蚀刻剂材料消耗及废料产生	2020-05-11	417
闪存存储器的制作方法	2020-05-17	216
铜的各向同性蚀刻方法	2020-05-11	120
有助于残留物去除的各向同性电阻器保护蚀刻	2020-05-12	999
半导体装置的制造方法、半导体装置	2020-05-17	126
用于渐逝模式电磁波空腔谐振器的各向同性蚀刻空腔	2020-05-13	725
尖顶型探头制造方法、尖顶型探头和尖顶型探头制造装置	2020-05-16	237

利用原子层控制各向同性蚀刻膜