等离子表面处理机原子层蚀刻技术

随着器件尺寸的日益缩小，半导体制造工业逐渐进入原子尺度阶段。在未来10年内，可接受的特征尺寸变化幅度将被要求在3~4个硅原子量级以内。器件尺寸的不均匀性很大程度上将影响整个器件的稳定性、漏电流和电池功率损耗，引起器件失效和良率降低。等离子表面处理机为了准确控制蚀刻过程和改善蚀刻结果，原子层蚀刻技术被开发并研究。尽管原子层蚀刻技术在二十几年前已经被报道，但是其蚀刻速率相对于传统蚀刻技术相对较慢，较低的蚀刻工艺产量制约了它在半导体制造业中的应用。但是随着三维结构鳍式晶体管技术的发展，等离子表面处理机原子层刻蚀技术均匀性，超高的选择等突出优势，使得其在一些关键刻蚀工艺中得到了很好的应用。
等离子表面处理机原子层蚀刻技术被认为是很有前途在原子级别实现蚀刻的方法，这与它具有自限制行为有关。自限制性行为是指随着蚀刻时间或反应物导入量的增加，蚀刻速率会逐渐变慢达到停止。一个理想的原子层蚀刻循环可以分为以下4个阶段:①向腔体中通入反应气体，对材料表面进行改性形成单层自限制层;②停止通入反应气体，并用真空泵除去多余的未参加反应的气体;③向腔体中通入高能粒子，除去单层自限制层从而实现自限制蚀刻行为;④停止通入高能粒子，用等离子表面处理机真空设备泵除去多余的未参加蚀刻的粒子和蚀刻副产物。
对于实际的原子层蚀刻过程中每一个循环的反应A和B而言，理想的单层自限制蚀刻过程很难被实现。反应A包括4种不同的表面改性机理，分别为化学吸附、沉积、转换和剥离。反应B大多需要等离子体辅助，运用离子进行各向异性蚀刻，得到高深宽比的蚀刻结构。等离子表面处理机从原子层蚀刻开发到目前为止，已经被证明适用于二十多种不同的材料，包括半导体、绝缘体和金属等。相信在不久的将来，它会被应用于更多的材料蚀刻。24746