原子层刻蚀装置及采用其的原子层刻蚀方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及刻蚀领域，尤其是涉及一种原子层刻蚀装置及采用其的原子层刻蚀方法。
【背景技术】
[0002]目前，原子层沉积技术(Atomic Layer Deposit1n, ALD)已经广泛应用在半导体工业中，是一种主流的制备场效应晶体管高K栅介电层的工艺。与之相对应的减法工艺，原子层刻蚀技术(Atomic Layer Etching, ALE)也随着应用的需求被开发出来，最早采用C12吸附和电子束刻蚀两过程交替进行的方案实现GaAs原子层刻蚀。相关技术中的原子层刻蚀技术存在刻蚀周期长、刻蚀效率低、设备复杂等缺点。
【发明内容】
[0003]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种原子层刻蚀装置，显著提高刻蚀速率，缩短刻蚀周期时间。并且，该原子层刻蚀装置结构简单。
[0004]本发明的另一个目的在于提出一种采用原子层刻蚀装置的原子层刻蚀方法，显著提高刻蚀速率，缩短刻蚀周期时间。
[0005]根据本发明实施例的原子层刻蚀装置，包括:反应腔体，所述反应腔体内具有反应腔室；隔板组件，所述隔板组件设在所述反应腔室内且将所述反应腔室分隔成上腔室和下腔室，所述隔板组件包括至少一个隔板，所述隔板上设有在该隔板的厚度方向上贯通的通孔，所述隔板可以接地或与直流偏压电源连接，以阻止所述上腔室内的带电粒子进入所述下腔室和允许活性中性粒子进入所述下腔室，所述上腔室具有用于向所述反应腔室内供给气体的进气口 ；所述下腔室具有用于放置载片的支撑装置，和用于从所述反应腔室内抽气的排气口 ；第一等离子体产生装置，所述第一等离子体产生装置用于将进入到所述上腔室内的气体激发为等离子体；第二等离子体产生装置，所述第二等离子体产生装置用于将进入到所述下腔室内的气体激发为等离子体。
[0006]根据本发明实施例的原子层刻蚀装置，通过设置有隔板组件可以实现活性中性粒子与带电原子进行分离，采用活性吸附粒子化学吸附替代传统反应气体吸附，一方面可以显著提高刻蚀速率，缩短刻蚀周期时间，而且在化学吸附阶段能够大幅度节约刻蚀反应气体的使用量，降低了工艺成本。另一方面，采用等离子体离子解吸附替代离子束/中性粒子束解吸附，可以避免离子束/中性离子束产生装置所带来的复杂性，使得原子层刻蚀装置结构简单可靠，有利于大规模生产应用。
[0007]另外，根据本发明上述实施例的原子层刻蚀装置还可以具有如下附加的技术特征:
[0008]在本发明的一些实施例中，，所述隔板为多个，且所述多个隔板在上下方向上彼此间隔设置，其中设置在最上方的隔板接地。
[0009]可选地，相邻隔板之间的间距为0.1mm?10mm。
[0010]可选地，所述隔板的厚度为0.5mm?20mm。
[0011]在本发明的一些具体示例中，所述通孔的径向尺寸为10um?10mm。
[0012]可选地，所述隔板为金属件、石墨件或带有涂层的金属件。
[0013]在本发明的一些实施例中，所述反应腔室的顶部设有介质窗，所述第一等离子体产生装置包括线圈和第一射频电源，所述线圈设在所述介质窗上，所述线圈与所述第一射频电源相连。
[0014]在本发明的具体实施例中，所述第二等离子体产生装置包括第二射频电源，所述第二射频电源与所述支撑装置相连。
[0015]根据本发明的一些实施例，所述上腔室顶部设有第一进气口，用于向所述反应腔室内通入反应气体；所述上腔室侧部设有第二进气口，用于向所述反应腔室内通入吹扫气体。
[0016]根据本发明实施例的采用原子层刻蚀装置的原子层刻蚀方法，所述原子层刻蚀装置为根据本发明上述实施例的原子层刻蚀装置，包括如下步骤:S1:将待反应的载片放置于支撑装置上；S2:将反应气体通入到反应腔室内，启动第一等离子体产生装置将进入到所述上腔室内的反应气体激发为等离子体，其中等离子体中的活性中性粒子通过隔板组件从上腔室进入到下腔室内且吸附在载片的表面上，等离子体中的带电粒子由隔板组件阻止从所述上腔室进入所述下腔室；S3:停止通入反应气体，并关闭第一等离子体产生装置；S4:将吹扫气体通入到反应腔室内，且从反应腔室内经排气口抽出残留物；S5:停止通入吹扫气体；S6:将反应气体通入到反应腔室内，启动第二等离子体产生装置将进入到所述下腔室内的反应气体激发为等离子体，以对吸附有活性中性粒子的载片表面进行辐照；S7:停止通入反应气体，并关闭第二等离子体产生装置；S8:将吹扫气体通入到反应腔室内且从反应腔室内经排气口抽出残留物；S9:停止通入吹扫气体；重复上述步骤S2?S8，直至刻蚀深度达到预设值。
[0017]根据本发明实施例的原子层刻蚀方法，通过采用活性吸附粒子化学吸附替代传统反应气体吸附，一方面可以显著提高刻蚀速率，缩短刻蚀周期时间，而且在化学吸附阶段能够大幅度节约刻蚀反应气体的使用量，降低了工艺成本。另一方面，采用反应气体等离子体离子解吸附替代离子束/中性粒子束解吸附，可以避免离子束/中性粒子束产生装置所带来的复杂性，使得采用上述的原子层刻蚀方法的原子层刻蚀装置结构简单可靠，有利于大规模生产应用。
[0018]在本发明的具体实施例中，所述反应腔室的顶部设有介质窗，所述第一等离子体产生装置包括线圈和第一射频电源，所述线圈设在所述介质窗上，所述线圈与所述第一射频电源相连，所述步骤S2启动第一等离子体产生装置为将所述第一射频电源的输出功率设置为100W?1000W，所述步骤S3关闭第一等离子体产生装置为将所述第一射频电源的输出功率设置为0。
[0019]根据本发明的一些实施例，所述第二等离子体产生装置包括第二射频电源，所述第二射频电源与所述支撑装置相连，所述步骤S5启动第二等离子体产生装置为将所述第二射频电源的输出功率设置为30W?100W，所述步骤S7关闭第二等离子体产生装置为将所述第二射频电源的输出功率设置为0。
[0020]具体地，所述步骤S2 的反应气体为 CF4，CHF3，CH2F2，CH3F，C12，HF，HCl，HBr，SF6，NF3, Br2, BC13, SiC14, 02、Si02 中的至少一种。
[0021]优选地，所述步骤S2的反应气体为C12，且流量为5?200sccm。
[0022]在本发明的一些具体实施例中，所述步骤S6的反应气体为惰性气体。
[0023]具体地，所述步骤S6的惰性气体为He，Ni, Ar, Kr, Xe中的至少一种。
[0024]优选地，步骤S6的反应气体为He，且流量为10?200sccm。
[0025]在本发明的一些实施例中，所述隔板组件包括三个隔板，且所述三个隔板在上下方向上彼此间隔设置，其中设置在最上方和最下方的隔板接地，中间的隔板与直流偏压电源连接。
[0026]具体地，所述直流偏压电源的输出电压为5?100V。
[0027]优选地，所述直流偏压电源的输出电压为10?50V。
【附图说明】
[0028]图1为根据本发明实施例的原子层刻蚀装置的示意图；
[0029]图2为根据本发明实施例的隔板组件的示意图；
[0030]图3为根据本发明实施例的刻蚀方法的流程图；
[0031]图4为根据本发明实施例的刻蚀方法的过程示意图。
[0032]附图标记:
[0033]原子层刻蚀装置100、
[0034]反应腔体1、反应腔室10、上腔室213、下腔室214、进气喷嘴204、第一进气口 216、第二进气口 215、排气口 217、
[0035]隔板组件203、隔板203、通孔302、第一层隔板303a、第二层隔板303b、第三层隔板303c、
[0036]线圈205、介质窗206、第一射频电源209、第一匹配器208、
[0037]吹扫组件207、抽取装置212、支撑装置202、第二射频电源211、第二匹配器210、载片201、等离子体402、活性中性粒子403。
【具体实施方式】
[0038]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在