本申請要求于2015年6月5日提交的美國臨時專利申請No.62/171570的優(yōu)先權(quán)，其通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體涉及GaN和其他III-V族材料的原子層蝕刻。

背景技術(shù)：

氮化鎵(GaN)為高電子遷移率晶體管(HEMT)、發(fā)光二極管(LED)和紫外線(UV)檢測器中使用的二元(binary)寬帶隙III-V族半導(dǎo)體。在示例性的應(yīng)用中，針對高功率-高效率的工業(yè)和汽車應(yīng)用，由于它們的高電壓、大電流和低通電阻，因而可使用包括n型鋁鎵氮化物(AlGaN)/p型GaN異質(zhì)結(jié)的AlGaN/GaN的HEMT器件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一些方面涉及蝕刻III-V族半導(dǎo)體材料的方法以及相關(guān)裝置。在一些實施方式中，所述方法包括：在沒有給襯底施加偏置的情況下使所述III-V族材料暴露于含氯等離子體以形成經(jīng)修改的III-V族表面層(a modified III-V surface layer)；以及在使所述經(jīng)修改的III-V族表面層暴露于等離子體的同時，給所述襯底施加偏置電壓，從而去除所述經(jīng)修改的III-V族表面層。在一些實施方式中，形成經(jīng)修改的III-V族表面層和去除所述經(jīng)修改的III-V族表面層的操作可以重復(fù)一次或多次。在一些實施方式中，在所述一次或多次期間，所述偏置電壓下降。在一些實施方式中，所述偏置電壓處于一定的電平，該電平使得所述去除是在自限狀態(tài)。

在一些實施方式中，所述III-V族材料為GaN。在一些實施方式 中，GaN是在不去除下層的情況下去除的。所述下層的實例包括鋁鎵氮化物(AlGaN)。在一些實施方式中，所述偏置電壓處于一定的電平，該電平使得所述蝕刻對于下層材料是選擇性的。

在一些實施方式中，所述偏置電壓為介于約20伏和120伏之間。在一些實施方式中，所述偏置電壓為介于約50伏和120伏之間。在一些實施方式中，所述偏置電壓為介于約50伏和100伏之間。

在一些實施方式中，所述含氯等離子體是從含氯氣體和含硼氣體的混合物產(chǎn)生的。在一些實施方式中，所述含氯等離子體是從Cl₂與BCl₃的混合物產(chǎn)生的。在一些實施方式中，用于去除經(jīng)修改的層的等離子體是含氬等離子體。至下層材料。

本公開的另一個方面是一種用于處理半導(dǎo)體襯底的裝置，該裝置包括：處理室，其包括襯底支撐件；連接到所述襯底支撐件的電源；等離子體產(chǎn)生器；以及具有存儲器和至少一個處理器的控制器，其中，所述至少一個處理器和所述存儲器彼此通信地連接，以及所述存儲器存儲用于下述操作的機器可讀指令：將含氯氣體引入到所述等離子體產(chǎn)生器中；在所述等離子體產(chǎn)生器內(nèi)點燃等離子體；將襯底暴露于含氯氣體以修改在所述襯底上的III-V族層；以及使用所述電源以給所述襯底施加偏置電壓，同時將所述襯底暴露于所述含氯等離子體以去除經(jīng)修改的所述層。

具體而言，本發(fā)明的一些方面可以闡述如下：

1.一種蝕刻襯底上的III-V族材料的方法，所述方法包括：

a)在沒有給所述襯底施加偏置的情況下使所述III-V族材料暴露于含氯等離子體以形成經(jīng)修改的III-V族表面層；以及

b)在使所述經(jīng)修改的III-V族表面層暴露于惰性等離子體的同時，給所述襯底施加偏置電壓，從而去除所述經(jīng)修改的III-V族表面層。

2.根據(jù)條款1所述的方法，其還包括：重復(fù)(a)和(b)一次或多次。

3.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述偏置電壓處于使得所述去除是在自限狀態(tài)的電平。

4.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述含氯等離子體從包含含硼化合物的 處理氣體產(chǎn)生，其中所述處理氣體中的約0.5％至10％(體積)是所述含硼化合物。

5.根據(jù)條款1所述的方法，其還包括執(zhí)行(a)和(b)的一個或多個額外的循環(huán)，其中，所述偏置電壓在所述一個或多個額外的循環(huán)期間下降。

6.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述III-V族材料為GaN。

7.根據(jù)條款6所述的方法，其中GaN是在不去除下層的情況下去除的。

8.根據(jù)條款7所述的方法，其中所述下層是AlGaN。

9.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述偏置電壓為介于約20伏和120伏之間。

10.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述偏置電壓為介于約50伏和120伏之間。

11.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述偏置電壓為介于約50伏和100伏之間。

12.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述含氯等離子體從含氯氣體和含硼氣體的混合物產(chǎn)生。

13.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述含氯等離子體從Cl₂與BCl₃的混合物產(chǎn)生。

14.根據(jù)條款1所述的方法，其中在(b)中的所述惰性等離子體是含氬等離子體。

15.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述偏置電壓處于使得所述蝕刻對于下層材料具有選擇性的電平。

16.一種用于處理半導(dǎo)體襯底的裝置，該裝置包括：

處理室，其包括襯底支撐件；

連接到所述襯底支撐件的電源；

等離子體產(chǎn)生器；以及

具有至少一個處理器和存儲器的控制器，

其中，所述至少一個處理器和所述存儲器彼此通信地連接，以及

所述存儲器存儲用于下述操作的機器可讀指令：

(i)將含氯氣體引入到所述等離子體產(chǎn)生器中；

(ii)在所述等離子體產(chǎn)生器內(nèi)點燃含氯等離子體；

(iii)在沒有給所述襯底施加偏置的情況下將襯底暴露于所述含氯等離子體以修改在所述襯底上的III-V族層；

(iv)引入惰性氣體至所述等離子體產(chǎn)生器；

(v)在所述等離子體產(chǎn)生器內(nèi)點燃惰性等離子體；

(vi)使用所述電源以給所述襯底施加偏置電壓，同時將所述襯底暴露于所述惰性等離子體以去除經(jīng)修改的所述層。

下面參照附圖進一步描述這些和其他方面。

附圖說明

圖1A根據(jù)所公開的實施方式提供了執(zhí)行方法中的操作的處理流程圖。

圖1B示出了原子層蝕刻(ALE)循環(huán)的示例性示意圖。

圖1C針對使用Cl₂和Ar進行的GaN的ALE示出了偏置電壓(Vb)與蝕刻量的關(guān)系曲線的一實施例，其中在Ar去除期間施加偏置。

圖1D示出了GaN/AlGaN蝕刻選擇性與偏置電壓的函數(shù)關(guān)系。

圖1E示出了在制造GaN HEMT器件(包括GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié))中的某些操作。

圖2示意性示出了適合于實現(xiàn)本文某些實施方式的感應(yīng)耦合等離子體裝置的剖面圖。

圖3示出了具有與真空傳送模塊連接的多種模塊的半導(dǎo)體處理群集體系結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

在下面的描述中，闡述了許多具體細節(jié)以提供對所呈現(xiàn)的實施方式的透徹理解。在沒有這些具體細節(jié)中的一些或所有的情形下可以實施所公開的實施方式。在其他情形下，未詳細描述眾所周知的處理操作，以避免不必要地模糊所公開的實施方式。雖然將結(jié)合具體的實施方式描述所公開的實施方式，但是應(yīng)理解的是其并不意在限制所公開的實施方式。

隨著特征尺寸的縮小，對例如原子層沉積(ALE)和原子層蝕刻(ALE)之類的原子級處理的需求日益增長。ALE是導(dǎo)致膜厚度的數(shù)字和小變化的名義上自我限制步驟的循環(huán)工藝。該工藝的特征在于平滑性和保形性，以及在一些ALE的情形下，還有方向性。

本文提供了去除III-V族材料(例如氮化鎵(GaN))的ALE方法。

GaN為在高電子遷移率晶體管(HEMT)、發(fā)光二極管(LED)和紫外線(UV)檢測器中使用的二元寬帶隙III-V族半導(dǎo)體。在示例性的應(yīng)用中，針對高功率-高效率的工業(yè)和汽車應(yīng)用，由于它們的高電壓、大電流和低通電阻，因而可使用包括n型鋁鎵氮化物(AlGaN)/p型GaN異質(zhì)結(jié)的AlGaN/GaN的HEMT器件。

所公開的方法適用于廣泛的應(yīng)用，包括適用于溝槽和孔的蝕刻處理、HEMT器件的制造、LED的制造以及蝕刻處理的選擇性的改進。盡管下面的描述主要是指GaN，但所描述的技術(shù)可供其他III-V族半導(dǎo)體材料如下所述地使用。

ALE是使用順序的自限反應(yīng)去除材料薄層的技術(shù)。一般地，可使用任何合適的技術(shù)進行ALE。原子層蝕刻技術(shù)的示例在2014年11月11日公告的美國專利No.8883028和2014年8月19日公告的美國專利No.8808561中進行了描述，這些專利在此通過引用并入本文，用于描述示例性原子層蝕刻和蝕刻技術(shù)的目的。在多個實施方式中，ALE可以利用等離子體進行，或者可以利用熱進行。

“ALE循環(huán)”的構(gòu)思與本文的多個實施方式的討論相關(guān)。通常，ALE循環(huán)是用于實施一次蝕刻工藝(例如蝕刻單層)的最小的一組操作。一個 循環(huán)的結(jié)果是蝕刻掉在襯底表面上的至少一些膜層。通常，ALE循環(huán)包括形成反應(yīng)層的修改操作，隨后是去除或僅蝕刻此經(jīng)修改的層的去除操作。所述循環(huán)可包括某些輔助操作，例如掃除反應(yīng)物或副產(chǎn)物之一。通常，循環(huán)包括獨特系列的操作的一個示例。舉例而言，ALE循環(huán)可包括以下操作：(i)輸送反應(yīng)氣體和可選的等離子體，(ii)從室清掃反應(yīng)物氣體，(iii)輸送去除氣體和可選的等離子體，以及(iv)清掃室。在一些實施方式中，蝕刻可以非共形地執(zhí)行。

圖1A根據(jù)所公開的實施方式提供了執(zhí)行方法中的操作的處理流程圖。圖1A的操作可在介于約1毫托與約100托(例如約1毫托與約1托)之間的室壓強下進行。在操作102中，襯底被提供到處理室中。該室可以是在多室裝置或單室裝置中的室。襯底可以是硅晶片，例如，200毫米的晶片、300毫米的晶片、或450毫米的晶片，包括上面沉積有一個或多個材料(例如介電材料、導(dǎo)電材料或半導(dǎo)電材料)層的晶片。所述襯底包括III-V族化合物材料的暴露表面。

III-V族材料是具有至少一種Ⅲ族元素和至少一種Ⅴ族元素的化合物。III-V族化合物的實例包括二元半導(dǎo)體GaN、磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)和磷化銦(InP)。化合物III-V族材料是高電子遷移率材料，正在考慮其作為在未來的設(shè)備中的取代硅的促成者(enabler)。在一些實施方式中，III-V族材料可以包括一種或多種其他的元素。例如，III-V族材料包括三元合金III-V，如砷化物、磷化物、氮化物和銻化物。實施例包括銦鎵砷化物(InGaAs)、銦鋁砷化物(InAlAs)、鋁鎵氮化物(AlGaN)和鋁鎵砷化物(AlGaAs)。應(yīng)當(dāng)理解的是，化學(xué)式GaN、GaP、GaAs、AlGaN等不表示組成元素的任何特定比例。

在一些實施方式中，襯底包括III-V族化合物的覆蓋層。襯底可以包括之前在襯底上沉積和圖案化的圖案化掩模層。例如，掩模層可在包含覆蓋III-V族化合物的襯底上沉積并圖案化。

在圖1A的操作104中，將襯底暴露于含氯(Cl)反應(yīng)物以修改III-V族表面。根據(jù)各種實施方式，含氯反應(yīng)物可以是氯(Cl₂)、三氯化硼(BCl₃)、或它們的組合。如在下面進一步討論的，在一些實施方式中，使用Cl₂和 BCl₃的混合物。根據(jù)某些實施方式，除了或替代這些反應(yīng)物，還可以使用其他含氯的氣體。如下面所指出的，在一些實施方式中，等離子體可在操作104點燃，從而可以從Cl₂、BCl₃或其他含氯氣體產(chǎn)生各種活化物質(zhì)。本文中提到的含氯的氣體被理解為包括從這樣的氣體產(chǎn)生的物質(zhì)。根據(jù)各種實施方式，等離子體可被控制，使得在操作104期間在室中的活化物質(zhì)主要或基本上是自由基物質(zhì)。在一些實施方式中，在室內(nèi)基本上沒有離子物質(zhì)。

在操作104期間，在含氯蝕刻氣體流到室中的同時，載氣可以任選地流動。載氣的實例包括氮氣(N₂)、氬(Ar)、氖(Ne)、氦(He)以及它們的組合。

修改操作形成具有一定厚度的薄的反應(yīng)性表面層，其在隨后的去除操作中比未修改的材料容易去除。在修改操作中，襯底可通過引入含氯反應(yīng)物進入室而被氯化。在一些實施方式中，含氯的反應(yīng)物可與襯底反應(yīng)或者可以被吸附到襯底的表面上。在多種實施方式中，氯被以氣態(tài)形式引入到室中并且可以任選地伴隨著載氣，該載氣可以是任何上文所述的那些載氣。在一些實施方式中，載氣在表面修改過程中不流動。反應(yīng)物可以流動使得其僅修改襯底的頂表面。

在一些實施方式中，可在操作104中點燃等離子體。含氯等離子體可以通過在容納襯底的處理室內(nèi)形成等離子體而直接產(chǎn)生，或者其可以在沒有容納襯底的處理室內(nèi)遠程產(chǎn)生，并能夠供給到容納襯底的處理室內(nèi)。在一些實施方式中，對于屬于純粹的熱處理的修改操作，不使用等離子體。在一些實施方式中，可在操作104期間采用另一種形式的活化能。實施例包括暴露于紫外(UV)輻射。在一些實施方式中，在操作104期間產(chǎn)生的自由基物質(zhì)可以顯著提高產(chǎn)量。

根據(jù)多種實施方式，如果使用等離子體，則等離子體可以是感應(yīng)耦合等離子體或電容耦合等離子體。感應(yīng)耦合等離子體可設(shè)置為介于約50W與約2000W之間的等離子體。盡管可施加襯底偏置，但更典型的是，在操作104期間，不施加偏置以避免濺射。

在一些實施方式中，清掃可在修改操作之后進行。在清掃操作中，非表面結(jié)合的活性氯物質(zhì)可以從處理室中去除。這可以通過清掃和/或排 空處理室以去除活性物質(zhì)而不去除經(jīng)修改的層來完成。氯等離子體中產(chǎn)生的物質(zhì)可以通過簡單地停止等離子體并允許剩余的物質(zhì)分解，任選地與清掃和/或排空室相組合來去除。清掃可使用任何惰性氣體(例如N₂、Ar、Ne、He及其組合)來完成。

在操作106中，從襯底去除襯底的經(jīng)修改的層。在去除操作中，襯底可暴露于能量源(例如，激活或濺射氣體或誘導(dǎo)去除的化學(xué)反應(yīng)性物質(zhì))，例如氬氣或氦氣，以通過定向濺射蝕刻襯底。濺射氣體可以與載氣相同或者不相同。在一些實施方式中，去除操作可通過離子轟擊來進行。在去除過程中，可以任選地開通偏置以促進定向濺射。在一些實施方式中，ALE可以是各向同性的。

可以控制濺射氣體的量以便僅蝕刻目標(biāo)量的材料。在多個實施方式中，在修改操作和去除操作之間可以改變室的壓強。氣體的壓強可取決于室的大小、氣體的流速、反應(yīng)器的溫度、襯底的種類以及待蝕刻的襯底的大小。在下文參照圖1C和1D進一步討論襯底偏置電平。在一些實施方式中，可以在去除操作之后清掃室。清掃處理可以是用于修改操作之后的清掃的那些處理中的任何一種。根據(jù)多種實施方式，操作106可與操作104在相同或不同的室內(nèi)進行。

在一些實施方式中，在操作106中的等離子體是惰性等離子體。惰性等離子體是基本上不包含諸如氧或鹵素等化學(xué)反應(yīng)性物質(zhì)的等離子體。惰性等離子體的實例包括氬等離子體和氦等離子體。

如本文所述，在材料被引入到室的操作中，在涉及使用等離子體的原子層蝕刻的一些實施方式中，在處理襯底或晶片之前通過將化學(xué)品引入到室中可以穩(wěn)定反應(yīng)器或室。穩(wěn)定室與在穩(wěn)定之后的操作中所使用的化學(xué)品可以使用相同的流速、壓強、溫度和其他條件。在一些實施方式中，穩(wěn)定室可包括不同的參數(shù)。在一些實施方式中，載氣(例如N₂、Ar、Ne、He以及它們的組合)在操作104和106期間連續(xù)流動。在一些實施方式中，載氣僅在操作106中使用。在一些實施方式中，載氣在去除過程中不流動。

在一些實施方式中，執(zhí)行操作104和106可以構(gòu)成執(zhí)行一次原子層蝕刻。如果III-V族材料沒有被充分地蝕刻，則操作104和106可以重復(fù)。 在多個實施方式中，修改和去除操作可以重復(fù)循環(huán)，如約1至約30個循環(huán)，或約1至約20個循環(huán)。ALE循環(huán)的任何適當(dāng)數(shù)量可以被包括以蝕刻所期望的膜的量。在一些實施方式中，ALE是循環(huán)進行的以蝕刻約1埃至約50埃的在襯底上的層的表面。在一些實施方式中，ALE的循環(huán)蝕刻約2埃至約50埃的在襯底上的層的表面。

圖1B示出了ALE循環(huán)的一示例性示意圖。在171a，提供包括III-V族表面的襯底。在171b中，襯底的表面被修改以形成反應(yīng)性層。在圖1B的實例中，這涉及到III-V族表面的氯化，例如通過吸附氯到襯底的表面上實現(xiàn)。在171c，可以從室中清掃過量的含氯反應(yīng)物氣體。在171d，III-V族化合物的氯化層被蝕刻。在一實例中，氬去除氣體利用定向等離子體被導(dǎo)入并進行離子轟擊以去除襯底的氯化表面。在171e，襯底被顯示為氯化層已被去除。

循環(huán)可以僅部分地蝕刻約0.1nm至約50nm的材料，或介于約0.1nm和約5nm之間的材料，或介于約0.2nm和約50nm之間的材料，或介于約0.2nm和約5nm之間的材料。

在多個實施方式中，處理條件，例如基座溫度、室溫度、室壓強、氣體流速、氣體流化學(xué)過程、脈沖的持續(xù)時間、暴露和清掃、等離子體頻率、等離子體功率和偏置功率，可以根據(jù)應(yīng)用的類型和裝置或工具的類型進行調(diào)整，所公開的實施方式在所述裝置或工具上執(zhí)行。

在類似的處理條件下，本文描述的ALE處理比使用相同的化學(xué)品的連續(xù)波等離子體提供顯著較平滑的表面。這對于諸如HEMT之類的應(yīng)用是有利的。

在一些實施方式中，在去除操作期間施加襯底偏置。偏置電平可以設(shè)定為低于一定的電平，在該一定的電平下，由于Ar離子或其他去除物質(zhì)的濺射，因而蝕刻速率顯著增大。在一些實施方式中，偏置電平被設(shè)定為使得去除處于自限狀態(tài)。圖1C針對使用Cl₂和Ar進行的GaN的ALE示出了偏置電壓(Vb)與蝕刻量的關(guān)系曲線的實例，該偏置在氬去除期間施加。該曲線表明，在約50伏和80伏之間，去除處于自限狀態(tài)。高于約100伏，蝕刻速率急劇增大，表明Ar濺射。對于要進行的蝕刻，偏置電壓設(shè)置成高于閾值電 壓，在這種情況下，閾值電壓為約20V。因此，在多種實施方式中，偏置電壓被保持在閾值電壓和濺射發(fā)生的電壓之間。此外，在一些實施方式中，偏置電壓被保持在自限狀態(tài)持續(xù)ALE處理的至少一些循環(huán)。自限狀態(tài)可被確定用于待被蝕刻的任何特定的表面和如圖1C所示的用于GaN蝕刻處理條件。

在一些實施方式中，可在接近蝕刻處理結(jié)束時降低偏置電壓。例如，在0.5nm、1nm、或其他適當(dāng)?shù)牧啃枰g刻時，可降低偏置電壓。在一些實施方式中，偏置電壓可被修改成對下伏材料提供高選擇性的電壓。使用偏置電壓控制選擇性將在下面參照圖1D進一步討論。如果偏置在去除步驟期間被施加，則它可以是恒定的或脈沖的。脈沖偏置可以以高頻率(例如，1kHz)施加。

本文還提供了通過控制離子能量相對于較硬的材料選擇性地蝕刻GaN和其他III-V族化合物材料的方法。離子能量可通過任何適當(dāng)?shù)姆椒ǎ缤ㄟ^控制偏置電壓來控制。在一些實施方式中，可以得到無限大的選擇比。圖1D示出了GaN/AlGaN蝕刻選擇比與偏置電壓的函數(shù)關(guān)系。在25V的AlGaN閾值電壓附近，GaN/AlGaN的選擇比趨向無窮大。對于其他III-V族化合物，也可以利用閾值電壓的差值，以實現(xiàn)蝕刻選擇性。圖1E示出了在制造GaN HEMT器件中的某些操作，包括GaN/AlGaN的異質(zhì)結(jié)。相對于AlGaN選擇性蝕刻GaN。執(zhí)行GaN的ALE以提供無損傷的高選擇性蝕刻。

由于化合物III-V族材料的較復(fù)雜的表面，因此，例如，就保持化學(xué)計量而言，化合物III-V族材料的ALE會比硅的ALE更有挑戰(zhàn)性。對于許多應(yīng)用而言，理想的是，使表面的化學(xué)計量成分(stoichiometry)與主體的化學(xué)計量成分幾乎相同，以保持電子性能不退化。本文公開的方法的實施方式包括調(diào)節(jié)表面化學(xué)計量成分的III-V族材料的ALE。在一些實施方式中，蝕刻前，表面化學(xué)計量成分得以維持。在一些實施方式中，該方法包括使用Cl₂與含硼化合物(如BCl₃)的混合物。不受具體理論的約束，相信，加入硼可以防止不希望有的表面氧化。然而，過多的硼會導(dǎo)致沉積。在一些實施方式中，Cl₂/BCl₃混合物有介于0.5％和10％(體積)之間的BCl₃，例如，約5％的BCl₃。加入的BCl₃可改善表面粗糙度。

裝置

現(xiàn)在描述在某些實施方式中可適用于原子層蝕刻(ALE)操作的感應(yīng)耦合等離子體(ICP)反應(yīng)器。這樣的ICP反應(yīng)器還描述在2013年12月10日提交的并且名稱為“IMAGE REVERSAL WITH AHM GAP FILL FOR MULTIPLE PATTERNING”的美國專利申請公開No.2014/0170853中，其在此通過引用整體并入本文并用于所有目的。盡管本文描述了ICP反應(yīng)器，但是應(yīng)該理解的是，在一些實施方式中也可以使用電容耦合等離子體反應(yīng)器。

圖2示意性地示出了適于實施本文的某些實施方式的感應(yīng)耦合等離子體裝置200的橫截面圖，其示例是Kiyo^TM反應(yīng)器，由加利福尼亞州弗里蒙特的Lam Research Corp.生產(chǎn)。所述感應(yīng)耦合等離子體裝置200包括由室壁201和窗211結(jié)構(gòu)上限定的總處理室。室壁201可以由不銹鋼或鋁制成。窗211可以由石英或其他介電材料制成。任選的內(nèi)部等離子體柵格250將總處理室分為上副室202和下副室203。在大多數(shù)實施方式中，等離子體柵格250可以被移除，從而利用由上副室202和下副室203組成的室空間?？ūP217定位在下副室203中在底部內(nèi)表面附近?？ūP217被配置成接收和保持在其上執(zhí)行蝕刻和沉積工藝的半導(dǎo)體晶片219?？ūP217可以是當(dāng)晶片219存在時用于支撐晶片219的靜電卡盤。在一些實施方式中，邊緣環(huán)(未示出)圍繞卡盤217，并具有大致與晶片219(當(dāng)晶片219存在于卡盤217上方時)的頂面在同一平面的上表面?？ūP217還包括能夾緊和放松晶片的靜電電極?？稍O(shè)置濾波器和DC鉗位電源(未示出)用于此目的。也可以提供其他的控制系統(tǒng)以用于提升晶片219使其離開卡盤217?？ūP217可以用RF電源223充電。RF電源223通過連接件227被連接到匹配電路221。匹配電路221通過連接件225連接到卡盤217。以這種方式，RF電源223被連接到卡盤217上。

用于等離子體產(chǎn)生的元件包括位于窗211上方的線圈233。在一些實施方式中，所公開的實施方式中未使用線圈。線圈233由導(dǎo)電材料制成，并包括至少一整匝。在圖2中所示的線圈233的例子包括三匝。線圈233的橫截面用符號示出，具有“X”的線圈表示線圈旋轉(zhuǎn)地延伸到頁面內(nèi)，而具有“●”的線圈表示線圈旋轉(zhuǎn)地延伸出頁面。用于等離子體產(chǎn)生的元件還包括被配置為提供RF功率至線圈233的RF電源241。一般地，RF電源241通過連接件245被連接到匹配電路239。匹配電路239通過連接件243連接到線圈 233。以這種方式，RF電源241被連接到線圈233。可選的法拉第屏蔽件249被定位在線圈233和窗211之間。法拉第屏蔽件249以相對于線圈233成隔開的關(guān)系被保持。法拉第屏蔽件249被設(shè)置在窗211的正上方。線圈233、法拉第屏蔽件249和窗211各自被配置為基本上彼此平行。法拉第屏蔽件可以防止金屬或其他物質(zhì)沉積在等離子體室的電介質(zhì)窗上。

處理氣體(例如氯氣、三氯化硼、氬氣、氮氣等)可以通過位于上室的一個或更多個主氣體流入口260和/或通過一個或更多個側(cè)氣體流入口270流入處理室。同樣，雖然未明確示出，但是類似的氣流入口可用于向電容耦合等離子體處理室供應(yīng)處理氣體。真空泵，例如，一級或兩級干式機械泵和/或渦輪分子泵240，可用于將處理氣體從處理室抽出并維持處理室內(nèi)的壓強。例如，泵可用于在ALE清掃操作過程中排空室。閥控制的導(dǎo)管可用于使真空泵流體連接在處理室上，以便選擇性地控制由真空泵提供的真空環(huán)境的應(yīng)用。在操作等離子體處理過程中，這可以使用封閉環(huán)控制的流量限制裝置例如節(jié)流閥(未示出)或鐘擺閥(未示出)進行。同樣，也可以使用受控地流體連接在電容耦合等離子體處理室上的真空泵和閥。

在裝置的操作過程中，一種或多種處理氣體可通過氣體流入口260和/或270供給。在某些實施方式中，處理氣體可以僅通過主氣體流入口260供給，或者僅通過側(cè)氣體流入口270供給。在一些情況下，在圖中所示的氣體流入口可以由較復(fù)雜的氣體流入口替代，例如，由一個或多個噴頭替代。法拉第屏蔽件249和/或任選的格柵250可以包括使處理氣體能輸送至室的內(nèi)部通道和孔。法拉第屏蔽件249和/或任選的格柵250中的任一者或兩者可以作為用于輸送處理氣體的噴頭。在一些實施方式中，液體蒸發(fā)和輸送系統(tǒng)可位于室的上游，使得一旦液體反應(yīng)物被蒸發(fā)，那么蒸發(fā)的反應(yīng)物通過氣體流入口260和/或270引入到室中。示例性液體反應(yīng)物包括SiCl₄。

射頻功率從RF電源241供給到線圈233以使RF電流流過線圈233。流過線圈233的RF電流產(chǎn)生圍繞線圈233的電磁場。電磁場在上副室202內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。所生成的各種離子和自由基與晶片219的物理和化學(xué)相互作用選擇性地蝕刻晶片上的層的特征。

如果使用等離子體網(wǎng)格使得存在上副室202和下副室203二者， 則感應(yīng)電流作用于存在于上副室202中的氣體上以在上副室202中產(chǎn)生電子-離子等離子體。任選的內(nèi)部等離子體網(wǎng)格250限制下副室203中的熱電子的量。在一些實施方式中，設(shè)計和操作所述裝置使得存在于下副室203中的等離子體是離子-離子等離子體。

上部的電子-離子等離子體和下部的離子-離子等離子體二者都可包含陽離子和陰離子，通過離子-離子等離子體將具有更大的陰離子:陽離子的比率。揮發(fā)性的蝕刻和/或沉積副產(chǎn)物可通過端口222從下副室203去除。本文所公開的卡盤217可在約10℃和約250℃之間的升高的溫度范圍內(nèi)操作。該溫度將取決于工藝操作和具體配方。

室201當(dāng)安裝在干凈的房間或制造廠中時可連接在設(shè)施(未示出)上。設(shè)施包括管道，管道提供處理氣體、真空、溫度控制和環(huán)境微?？刂?。這些設(shè)施當(dāng)安裝在目標(biāo)制造廠時連接在室上。此外，室可耦合在傳送室上，從而允許使用典型的自動化由機械手進出室傳送半導(dǎo)體晶片。

在一些實施方式中，系統(tǒng)控制器230(其可包括一個或更多個物理或邏輯控制器)控制處理室的一些或所有操作。系統(tǒng)控制器230可包括一個或更多個存儲器裝置和一個或更多個處理器。在一些實施方式中，所述裝置包括當(dāng)進行所公開的實施方式時用于控制流速和持續(xù)時間的開關(guān)系統(tǒng)。在一些實施方式中，所述裝置可具有高達約500ms或高達約750ms的切換時間。切換時間可取決于流動化學(xué)品、配方選擇、反應(yīng)器的體系結(jié)構(gòu)和其他因素。

在一些實現(xiàn)方式中，控制器230是系統(tǒng)的一部分，該系統(tǒng)可以是上述實例的一部分。這種系統(tǒng)可以包括半導(dǎo)體處理裝置，其包括一個或多個處理工具、一個或多個處理室、用于處理的一個或多個平臺和/或具體的處理組件(晶片基座、氣流系統(tǒng)等)。這些系統(tǒng)可以與用于控制它們在處理半導(dǎo)體晶片或襯底之前、期間和之后的操作的電子器件一體化。電子器件可以稱為“控制器”，該控制器可以控制一個或多個系統(tǒng)的各種元件或子部件。根據(jù)處理參數(shù)和/或系統(tǒng)的類型，控制器230可以被編程以控制本文公開的任何工藝，包括控制處理氣體輸送、溫度設(shè)置(例如，加熱和/或冷卻)、壓強設(shè)置、真空設(shè)置、功率設(shè)置、射頻(RF)發(fā)生器設(shè)置、RF匹配電路設(shè)置、頻率設(shè)置、流速設(shè)置、流體輸送設(shè)置、位置及操作設(shè)置、晶片轉(zhuǎn)移進出工具和其他轉(zhuǎn)移 工具和/或與具體系統(tǒng)連接或通過接口連接的裝載鎖。

寬泛地講，控制器可以被定義為接收指令、發(fā)布指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端點測量等等的具有各種集成電路、邏輯、存儲器和/或軟件的電子器件。集成電路可以包括存儲程序指令的固件形式的芯片、數(shù)字信號處理器(DSP)、定義為專用集成電路(ASIC)的芯片和/或一個或多個微處理器或執(zhí)行程序指令(例如，軟件)的微控制器。程序指令可以是以各種單獨設(shè)置(或程序文件)的形式傳送到控制器的指令，該設(shè)置定義用于在半導(dǎo)體晶片或系統(tǒng)上或針對半導(dǎo)體晶片或系統(tǒng)執(zhí)行特定過程的操作參數(shù)。在一些實施方式中，操作參數(shù)可以是由工藝工程師定義的用于在制備晶片的一個或多個(種)層、材料、金屬、氧化物、硅、二氧化硅、表面、電路和/或管芯期間完成一個或多個處理步驟的配方(recipe)的一部分。

在一些實現(xiàn)方式中，控制器230可以是與系統(tǒng)集成、耦合或者說是通過網(wǎng)絡(luò)連接系統(tǒng)或它們的組合的計算機的一部分或者與該計算機耦合。例如，控制器可以在“云”中或者是fab主機系統(tǒng)的全部或一部分，其可以允許遠程訪問晶片處理。計算機可以啟用對系統(tǒng)的遠程訪問以監(jiān)測制造操作的當(dāng)前進程，檢查過去的制造操作的歷史，檢查多個制造操作的趨勢或性能標(biāo)準，改變當(dāng)前處理的參數(shù)，設(shè)置處理步驟以跟隨當(dāng)前的處理或者開始新的工藝。在一些實例中，遠程計算機(例如，服務(wù)器)可以通過網(wǎng)絡(luò)給系統(tǒng)提供工藝配方，網(wǎng)絡(luò)可以包括本地網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)。遠程計算機可以包括能夠輸入或編程參數(shù)和/或設(shè)置的用戶界面，該參數(shù)和/或設(shè)置然后從遠程計算機傳送到系統(tǒng)。在一些實例中，控制器230接收數(shù)據(jù)形式的指令，該指令指明在一個或多個操作期間將要執(zhí)行的每個處理步驟的參數(shù)。應(yīng)當(dāng)理解，參數(shù)可以針對將要執(zhí)行的工藝類型以及工具類型，控制器被配置成連接或控制該工具類型。因此，如上所述，控制器230可以例如通過包括一個或多個分立的控制器而分布，這些分立的控制器通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起并且朝著共同的目標(biāo)(例如，本文所述的工藝和控制)工作。用于這些目的的分布式控制器的實例可以是與結(jié)合以控制室上工藝的一個或多個遠程集成電路(例如，在平臺水平或作為遠程計算機的一部分)通信的室上的一個或多個集成電路。

在非限制性的條件下，示例的系統(tǒng)可以包括等離子體蝕刻室或模 塊、沉積室或模塊、旋轉(zhuǎn)清洗室或模塊、金屬電鍍室或模塊、清潔室或模塊、倒角邊緣蝕刻室或模塊、物理氣相沉積(PVD)室或模塊、化學(xué)氣相沉積(CVD)室或模塊、ALD室或模塊、ALE室或模塊、離子注入室或模塊、軌道室或模塊、以及在半導(dǎo)體晶片的制備和/或制造中可以關(guān)聯(lián)上或使用的任何其他的半導(dǎo)體處理系統(tǒng)。

如上所述，根據(jù)工具將要執(zhí)行的一個或多個工藝步驟，控制器可以與一個或多個其他的工具電路或模塊、其他工具組件、群集工具、其他工具界面、相鄰的工具、鄰接工具、位于整個工廠中的工具、主機、另一個控制器、或者在將晶片的容器往來于半導(dǎo)體制造工廠中的工具位置和/或裝載口搬運的材料搬運中使用的工具通信。

圖3描述了半導(dǎo)體工藝集群結(jié)構(gòu)，其中各個模塊與真空傳送模塊338(VTM)接口。在多個存儲裝置和處理模塊之間“傳送”晶片的傳送模塊裝置可以被稱為“集群工具架構(gòu)”系統(tǒng)。氣密室330(也被稱為裝載鎖、傳送模塊或氣密室模塊330)在VTM 338示出具有四個處理模塊320a-320d，其可以被單獨優(yōu)化以執(zhí)行各種制造工藝。例如，處理模塊320a-320d可以被實現(xiàn)以執(zhí)行襯底蝕刻、沉積、離子注入、晶片清潔、濺射和/或其他半導(dǎo)體工藝。例如，在一些實施方式中，ALD工藝和ALE工藝可以在相同的模塊中進行。在一些實施方式中，ALD和ALE在相同工具中的不同模塊中進行。襯底蝕刻處理模塊中的一個或多個(320a-320d中的任意一個)可以如本文所公開的被實施，即，用于沉積共形膜，選擇性地通過ALD沉積膜，蝕刻圖案，以及根據(jù)所公開的實施方式所述的其他合適的功能。氣密室330和處理模塊320a-320d中的每一個可以被稱為“站”。每個站具有將站與VTM 338連接的小面336(facet 336)。在每個小面內(nèi)部，傳感器1-18被用于在晶片326在各站之間移動時檢測晶片326的通過。

機械手322將晶片326在站之間傳輸。在一個實施方式中，機械手322具有一個臂，而在另一個實施方式中，機械手322具有兩個臂，其中每個臂具有端部執(zhí)行器324以拾取晶片(例如晶片326)以供運輸。在大氣傳送模塊(ATM)340中，前端機械手332用于從在負載端口模塊(LPM)342中的晶片盒或前開式晶片盒(FOUP)334傳送晶片326到氣密室330。處理模塊320內(nèi) 的模塊中心328是用于放置晶片326的一個位置。在ATM 340中的對準器344用于對齊晶片。

在一示例性的處理方法中，晶片被放置在LPM 342中的多個FOUP 334中的一個中。前端機械手332將晶片從FOUP 334傳送到對準器344，其允許晶片326在被蝕刻或處理之前適當(dāng)?shù)鼐又?。對準后，晶?26由前端機械手332移動到氣密室330中。由于氣密室模塊具有匹配ATM和VTM之間的環(huán)境的能力，因此晶片326能夠在兩種壓強環(huán)境之間移動而不被破壞。從氣密室模塊330，晶片通過機械手322移動通過VTM 338并進入處理模塊320a-320d中的一個。為了實現(xiàn)這種晶片移動，機械手322在其每一個臂上使用端部執(zhí)行器324。一旦晶片326已被處理，則通過機械手322將其從處理模塊320a-320d移動到氣密室模塊330中。晶片326可以從這里通過前端機械手322移動到多個FOUP 334中的一個中或移動到對準器344。

應(yīng)當(dāng)注意的是，控制晶片運動的計算機對于集群架構(gòu)可以是本地的，或者它可以位于在制造工廠中的集群架構(gòu)的外部，或在遠程位置并通過網(wǎng)絡(luò)連接到集群架構(gòu)。如上參照圖2所述的控制器可以用圖3中的工具實施。

試驗

GaN的覆蓋層通過ALE蝕刻。ALE化學(xué)過程是Cl₂修改和Ar去除，在去除期間，使用50伏的偏置。使用重復(fù)的ALE循環(huán)蝕刻22納米的GaN。相比于蝕刻前，ALE蝕刻后RMS粗糙度略有改善。

將GaN ALE(Cl₂/Ar)與僅Cl蝕刻GaN和僅Ar濺射蝕刻GaN相比較。僅Cl蝕刻導(dǎo)致沒有發(fā)生GaN蝕刻(100個循環(huán))。ALE蝕刻導(dǎo)致比單獨Ar濺射幾乎大一個數(shù)量級的蝕刻。這一結(jié)果表明，在ALE處理中存在強的協(xié)同作用，并支持上述ALE機制正在實現(xiàn)。

AlGaN表面平滑度在ALE處理后使用多種Cl₂/BCl₃的混合物測量。使用具有百分比為0％/100％、5％/95％、15％/85％和100％/0％的BCl₃/Cl₂的混合物。利用BCl₃濃度改善粗糙度。

雖然為了清楚理解的目的已經(jīng)相當(dāng)詳細地描述了前述的實施方式，但是顯而易見的是，可在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)實施某些變化和修 改。應(yīng)當(dāng)注意的是，具有實施本發(fā)明實施方式的工藝、系統(tǒng)和裝置的許多替代方式。因此，本發(fā)明的實施方式應(yīng)被視為是說明性的而不是限制性的，并且所述實施方式并不限于本文所給出的細節(jié)。