一种热型原子层刻蚀方法

本发明涉及半导体器件，尤其涉及一种热型原子层刻蚀方法。

背景技术：

1、随着微电子器件功能的不断缩小至低于10nm的水平，以及新型器件越来越多地采用三维结构，对更高刻蚀精度以及横向刻蚀的需求也在日益增长。但是，目前等离子体原子层刻蚀(plasma enhanced atomic layer etching,pe-ale)由于其各向异性的刻蚀特点，难以满足三维半导体器件的横向刻蚀需求。

2、因此，如何满足三维半导体器件的横向刻蚀需求，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种热型原子层刻蚀方法，以满足三维半导体器件的横向刻蚀需求。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种热型原子层刻蚀方法，采用原子层沉积设备，所述热型原子层刻蚀方法包括：

4、s100，提供一半导体衬底，所述半导体衬底具有相对的两面；

5、s200，通过所述原子层沉积设备在所述半导体衬底的至少一面的部分表面镀覆掩膜，以使所述半导体衬底的未被所述掩膜覆盖的部分表面形成被刻蚀区域；

6、s300，将所述半导体衬底放置于所述原子层沉积设备的真空环境中，并加热至预设温度；

7、s400，对所述半导体衬底进行氧化处理，以在所述被刻蚀区域的表面形成氧化硅层；

8、s500，向所述原子层沉积设备中通入三甲基铝，使得所述三甲基铝与所述氧化硅层反应，以形成氧化铝层；

9、s600，向所述原子层沉积设备中通入氢氟酸-吡啶混合物，使得所述氢氟酸-吡啶混合物与所述氧化铝层反应，以形成氟化铝层；

10、s700，向所述原子层沉积设备中通入所述三甲基铝，使得所述三甲基铝与所述氟化铝层反应以形成气态的二甲基氟化铝，实现对所述氟化铝层的去除，以在所述半导体衬底的表面形成刻蚀图形。

11、可选地，在上述的热型原子层刻蚀方法中，向所述原子层沉积设备中通入所述三甲基铝，使得所述三甲基铝与所述氟化铝层反应以形成气态的二甲基氟化铝，还包括：使得所述三甲基铝与步骤s500中未完全反应的氧化硅层继续反应，形成氧化铝层；

12、在所述步骤s700之后循环重复步骤s400、步骤s600、步骤s700，直至所述刻蚀图形达到预定刻蚀深度。

13、可选地，在上述的热型原子层刻蚀方法中，对所述半导体衬底进行氧化处理包括：

14、向所述原子层沉积设备中通入氧气，以对所述被刻蚀区域进行氧化处理，其中，通入所述氧气的气压为240torr-260torr，且所述被刻蚀区域与所述氧气进行氧化反应的时间为5s-15s。

15、可选地，在上述的热型原子层刻蚀方法中，向所述原子层沉积设备中通入所述氢氟酸-吡啶混合物的气压为0.5torr-2torr，且所述氢氟酸-吡啶混合物与所述氧化铝层反应的时间为2s-8s。

16、可选地，在上述的热型原子层刻蚀方法中，向所述原子层沉积设备中通入所述三甲基铝的气压为0.5torr-5torr，所述三甲基铝与所述氧化硅层反应的时间以及所述三甲基铝与所述氟化铝层反应的时间均为2s-8s。

17、可选地，在上述的热型原子层刻蚀方法中，在所述被刻蚀区域的表面形成所述氧化硅层之后，且在向所述原子层沉积设备中通入所述三甲基铝之前，所述热型原子层刻蚀方法还包括：向所述原子层沉积设备中通入吹扫气体，以将残留的所述氧气吹扫排除；

18、和/或，在形成所述氧化铝层之后，且在向所述原子层沉积设备中通入所述氢氟酸-吡啶混合物之前，所述热型原子层刻蚀方法还包括：向所述原子层沉积设备中通入吹扫气体，以将残留的所述三甲基铝吹扫排除；

19、和/或，在形成所述氟化铝层之后，且在向所述原子层沉积设备中通入所述三甲基铝之前，所述热型原子层刻蚀方法还包括：向所述原子层沉积设备中通入吹扫气体，以将残留的所述氢氟酸-吡啶混合物吹扫排除。

20、可选地，在上述的热型原子层刻蚀方法中，向所述原子层沉积设备中通入的所述吹扫气体的流量为20sccm-100sccm，且通入所述吹扫气体的时间为10s-60s。

21、可选地，在上述的热型原子层刻蚀方法中，通过所述原子层沉积设备在所述半导体衬底的至少一面的部分表面镀覆掩膜，以使所述半导体衬底的未被所述掩膜覆盖的部分表面形成被刻蚀区域，包括：

22、在所述半导体衬底的至少一面铺设金属掩膜版，所述金属掩膜版具有覆盖区域和镂空区域；

23、通过所述原子层沉积设备在所述半导体衬底的铺设有所述金属掩膜版的一面物理气相沉积掩膜材料，所述掩膜材料覆盖所述金属掩膜版的覆盖区域和镂空区域；

24、去除所述金属掩膜版，使得留在所述半导体衬底对应镂空区域的表面上的掩膜材料形成掩膜，所述半导体衬底的未被所述掩膜覆盖的部分表面形成所述被刻蚀区域。

25、可选地，在上述的热型原子层刻蚀方法中，在所述半导体衬底的至少一面铺设金属掩膜版之前，所述热型原子层刻蚀方法还包括：使用清洗溶液对所述半导体衬底的表面进行清洗，以去除所述半导体衬底表面的天然氧化层。

26、可选地，在上述的热型原子层刻蚀方法中，所述预设温度范围为285℃至300℃。

27、与现有技术相比，本发明提供的热型原子层刻蚀方法借助活性气体的吸附与解离循环蚀刻机制，能够实现对晶圆顶部单个原子层的精准化学修饰与去除，确保在刻蚀过程中维持优良的表面粗糙度与陡直度，显著降低对衬底表面的潜在损伤，具备各向同性的刻蚀特点，能够满足横向刻蚀需求，并且本发明提供的热型原子层刻蚀方法是在原子层沉积设备上实现的，通过直接利用原子层沉积设备有效满足了热型原子层刻蚀过程中严苛的反应条件。

1.一种热型原子层刻蚀方法，其特征在于，采用原子层沉积设备，所述热型原子层刻蚀方法包括：

2.根据权利要求1所述的热型原子层刻蚀方法，其特征在于，向所述原子层沉积设备中通入所述三甲基铝，使得所述三甲基铝与所述氟化铝层反应以形成气态的二甲基氟化铝，还包括：使得所述三甲基铝与步骤s500中未完全反应的氧化硅层继续反应，形成氧化铝层；

3.根据权利要求1所述的热型原子层刻蚀方法，其特征在于，对所述半导体衬底进行氧化处理包括：

4.根据权利要求1所述的热型原子层刻蚀方法，其特征在于，向所述原子层沉积设备中通入所述氢氟酸-吡啶混合物的气压为0.5torr-2torr，且所述氢氟酸-吡啶混合物与所述氧化铝层反应的时间为2s-8s。

5.根据权利要求1所述的热型原子层刻蚀方法，其特征在于，向所述原子层沉积设备中通入所述三甲基铝的气压为0.5torr-5torr，所述三甲基铝与所述氧化硅层反应的时间以及所述三甲基铝与所述氟化铝层反应的时间均为2s-8s。

6.根据权利要求3所述的热型原子层刻蚀方法，其特征在于，在所述被刻蚀区域的表面形成所述氧化硅层之后，且在向所述原子层沉积设备中通入所述三甲基铝之前，所述热型原子层刻蚀方法还包括：向所述原子层沉积设备中通入吹扫气体，以将残留的所述氧气吹扫排除；

7.根据权利要求6所述的热型原子层刻蚀方法，其特征在于，向所述原子层沉积设备中通入的所述吹扫气体的流量为20sccm-100sccm，且通入所述吹扫气体的时间为10s-60s。

8.根据权利要求1所述的热型原子层刻蚀方法，其特征在于，通过所述原子层沉积设备在所述半导体衬底的至少一面的部分表面镀覆掩膜，以使所述半导体衬底的未被所述掩膜覆盖的部分表面形成被刻蚀区域，包括：

9.根据权利要求8所述的热型原子层刻蚀方法，其特征在于，在所述半导体衬底的至少一面铺设金属掩膜版之前，所述热型原子层刻蚀方法还包括：使用清洗溶液对所述半导体衬底的表面进行清洗，以去除所述半导体衬底表面的天然氧化层。

10.根据权利要求1-9任一项所述的热型原子层刻蚀方法，其特征在于，所述预设温度范围为285℃至300℃。