本發明涉及金屬蝕刻方法領域，具體涉及用于干蝕刻含有多種金屬的化合物的方法和系統。
背景技術：
1、基于等離子體的干蝕刻是半導體工業的一項關鍵技術，能夠對集成電路和其他先進電子設備的制造材料進行精確的圖案化。該方法涉及使用等離子體產生化學反應性物質，選擇性地從襯底(通常是半導體晶片)去除材料。等離子體富含電子，電子在氣體分子解離為高活性自由基以及其中一些分子發生電離的過程中起著關鍵作用。這些自由基的反應性遠遠高于其穩定分子對應物，使其在蝕刻應用中非常有效。
2、干蝕刻依賴于等離子體中的中性分子與被蝕刻材料的表面原子反應形成揮發性產物。
3、等離子體干蝕刻的另一個協同增效作用是對表面進行高能離子轟擊，從而打破材料鍵并將等離子體和材料原子混合在通常幾納米厚的交換層中。
4、金屬化合物本質上包含多種金屬，與單個成分相比，有時會表現出更優越的特性。因此，人們對使用和圖案化金屬化合物產生了濃厚的興趣。然而，化合物中的每種金屬與進入的物質的反應速率不同，這可能會導致蝕刻過程急劇減慢，甚至完全阻止進一步的蝕刻。在圖1至4中體現了這一點。蝕刻速率通常受反應速率最慢的組分限制。例如，在含有元素a、b和c的化合物中(見圖1)，如果元素a被快速蝕刻，就會留下主要由元素b和c組成的表面(見圖2)。如果元素c不形成揮發性產物而必須被濺射掉，它就會積聚在晶片表面，阻礙蝕刻過程(見圖3)。
5、對于例如ingazno化合物，氯可以蝕刻ga但不能蝕刻in(在低溫下)；或對于mgxzn1-xo，氯可以蝕刻鋅，但mgo對氯不敏感；或對于nial，co可以蝕刻鎳，但不能蝕刻鋁。其他氣體的引入會導致沉積而非蝕刻(見圖4)，從而使該過程更加復雜。
6、盡管干蝕刻技術取得了進步，但仍需進一步改進，以應對蝕刻包含具有不同反應速率的多種金屬的化合物所帶來的挑戰。
技術實現思路
1、本發明實施方式的一個目的是能夠很好地控制包含多種金屬的化合物的蝕刻速率。該目的通過根據本發明的用于干蝕刻含有至少兩種金屬的化合物的方法和系統來實現。
2、在第一方面，本發明涉及一種用于干蝕刻包含至少兩種金屬的化合物的方法，所述方法包括：a.將一種或更多種反應物和載氣注入包含所述化合物的蝕刻室，其中每種金屬都能被所述反應物中的至少一種的等離子體蝕刻，b.停止注入所述反應物中的至少一種，從而導致所述反應物濃度降低，以及c.在蝕刻室中點燃等離子體持續一段時間，使得在所述濃度降低期間存在等離子體。這提供了能夠同時控制多種金屬的蝕刻速率的優點。
3、在實施方式中，所述方法可包括：
4、a.將兩種或更多種反應物(3)和載氣注入包含化合物(1)的蝕刻室(5)，其中每種金屬(2)都能被所述反應物(3)中的至少一種的等離子體蝕刻，
5、b.停止注入所述兩種或更多種反應物(3)中的至少一種，從而導致所述至少一種反應物(3)的濃度降低，以及
6、c.在蝕刻室(5)內點燃等離子體持續一段時間，使得在所述降低期間存在等離子體，
7、其中，所述載氣
8、-不同于任何反應物并且不與所述化合物反應，
9、或者
10、-是所述兩種或更多種反應物中的一種并且是負責蝕刻在其主反應物存在下蝕刻速率最慢的化合物元素的主反應物。
11、在實施方式中，步驟c可表示為：在蝕刻室內點燃等離子體持續一段時間，使得在所述降低期間存在等離子體，從而同時控制至少兩種金屬的蝕刻速率。
12、在實施方式中，步驟c可表示為：在蝕刻室(5)內點燃等離子體持續一段時間，使得在所述降低期間存在等離子體并進行干蝕刻。
13、在實施方式中，一種或更多種反應物可以是兩種或更多種反應物。該實施方式提供了允許更精確地控制蝕刻過程的優點。
14、在實施方式中，如果在步驟a.中注入了兩種或更多種的反應物，則步驟b.可包括停止注入反應物中的至少兩種，從而導致所述反應物中的至少兩種的濃度分別降低，并且其中步驟c.可包括在蝕刻室內點燃等離子體持續一段時間，使得在所述濃度分別降低期間存在等離子體。該實施方式提供了能夠更有效地控制多種金屬的蝕刻速率的優點。
15、在實施方式中，等離子體的點燃可以在步驟b中停止注入反應物中的一種之前500ms至之后500ms，優選之前250ms至之后250ms，更優選之前100ms至之后100ms的時間窗口內開始。例如，可以在開始點燃等離子體的同時停止注入其中一種反應物。在與啟動等離子體時大致相同的時間停止注入其中一種反應物通常會產生良好的結果。
16、在實施方式中，每種反應物的氣體注入可維持至少10ms，更優選至少50ms，甚至更優選至少100ms。這樣優選的原因是因為較長的氣體注入時間更具可重復性，可以更好地控制蝕刻過程。
17、如本文所用，除非另有規定，當設想金屬在其主反應物存在下的蝕刻速率時，該蝕刻速率可以是僅在所述主反應物存在下的蝕刻速率，或者是在所有反應物(包括所述主反應物)存在下的蝕刻速率。
18、在實施方式中，兩種或更多種反應物中每種反應物在其注入期間的流量可基于在等離子體點燃時每種金屬在其主反應物存在下(即，在對其蝕刻速率起最大作用的反應物存在下)的蝕刻速率來確定。
19、在實施方式中，兩種或更多種反應物中每種反應物在其注入期間的流量可基于在等離子體點燃時，每種金屬在其主反應物存在下(即，在對其蝕刻速率起最大作用的反應物存在下)的蝕刻速率來確定，由此，蝕刻速率最高的金屬的主反應物以最低流量注入，而蝕刻速率依次降低的金屬的主反應物的流量則依次增加。當每種反應物只作為一種金屬的主反應物時，這種反應物流量的微調對平衡不同金屬的蝕刻速率特別有效。通過這種方法，化合物中不同金屬的蝕刻速率往往會更加平衡。
20、在實施方式中，在步驟a中，兩種或更多種反應物中每種反應物在注入期間所達到的分壓可基于點燃等離子體時每種金屬在其主反應物存在下的蝕刻速率來確定。
21、在實施方式中，在步驟a中，兩種或更多種反應物中每種反應物在注入期間所達到的分壓可以基于點燃等離子體時每種金屬在其主反應物存在下的蝕刻速率來確定，由此，在其主反應物存在下蝕刻速率最高的金屬的主反應物被注入以達到反應物中最低的分壓，而在其各自的主反應物存在下蝕刻速率依次降低的金屬的主反應物的分壓則依次增加。當每種反應物只作為一種金屬的主反應物時，這種反應物分壓的微調對平衡不同金屬的蝕刻速率特別有效。通過這種方法，化合物中不同金屬的蝕刻速率往往會更加平衡。
22、在實施方式中，步驟b的時間可基于點燃等離子體時每種金屬在其主反應物存在下的蝕刻速率來確定。
23、在實施方式中，步驟b的時間可基于點燃等離子體時每種金屬在其主反應物存在下的蝕刻速率來確定，由此，蝕刻速率最高的金屬的主反應物最早停止，而蝕刻速率依次降低的金屬的主反應物的停止時間依次增加。當每種反應物只作為一種金屬的主反應物時，這種反應物停止時間的微調對平衡每個循環周期不同金屬的蝕刻特別有效。通過這種方法，化合物中不同金屬的蝕刻速率往往會更加平衡。
24、在實施方式中，在步驟a中兩種或更多種反應物中每種反應物在注入期間的分壓以及步驟b的時間的確定可以基于點燃等離子體時每種金屬在其主反應物存在下的蝕刻速率。
25、在實施方式中，在步驟a中兩種或更多種反應物中每種反應物在注入期間的分壓以及步驟b的時間的確定可以基于點燃等離子體時每種金屬在其主反應物存在下的蝕刻速率，由此，蝕刻速率最高的金屬的主反應物被注入以實現反應物中最低的分壓，蝕刻速率依次降低的金屬的主反應物的分壓相應增加，并且由此，蝕刻速率最高的金屬的主反應物在步驟b中最早停止，而在其各自的主反應物存在下蝕刻速率依次降低的金屬的主反應物的停止時間依次增加。當每種反應物只作為一種金屬的主反應物時，這種微調對平衡不同金屬每個循環周期的蝕刻特別有效。
26、在至少一種反應物是兩種或更多種金屬的主反應物的實施方式中，每種其他反應物在其注入期間的流量優選設定為低于作為兩種或更多種金屬的主反應物的所述至少一種反應物的流量。所述其他反應物在其注入期間的相對流量大小可基于點燃等離子體時所述其他反應物為主反應物的每種金屬的蝕刻速率來確定，由此，所述蝕刻速率最高的金屬的主反應物以最低的流量注入，而蝕刻速率依次降低的金屬的主反應物的流量則依次增加。當至少一種反應物是兩種或更多種金屬的主反應物時，這種反應物流量的微調對平衡不同金屬的蝕刻速率特別有效。通過這種方法，化合物中不同金屬的蝕刻速率往往會更加平衡。
27、在至少一種反應物是兩種或更多種金屬的主反應物的實施方式中，每種其他反應物在其注入期間所達到的分壓優選設定為低于作為兩種或更多種金屬的主反應物的所述至少一種反應物所達到的分壓。所述其他反應物在其注入期間的分壓的相對大小可基于點燃等離子體時所述其他反應物為主反應物的每種金屬的蝕刻速率來確定，由此，在其主反應物存在時蝕刻速率最高的金屬的主反應物被注入以達到反應物中最低的分壓，而在其各自的主反應物存在時蝕刻速率依次降低的金屬的主反應物的分壓則依次增加。當至少一種反應物是兩種或更多種金屬的主反應物時，這種反應物分壓的微調對平衡不同金屬的蝕刻速率特別有效。通過這種方法，化合物中不同金屬的蝕刻速率往往會更加平衡。
28、在至少一種反應物是兩種或更多種金屬的主反應物的實施方式中，每種其他反應物的步驟b的時間優選設定為早于作為兩種或更多種金屬的主反應物的所述至少一種反應物的時間。所述其他反應物中每種反應物的步驟b的時間可基于點燃等離子體時以所述其他反應物為主反應物的每種金屬的蝕刻速率來確定，由此，蝕刻速率最高的金屬的主反應物最早停止，而蝕刻速率依次降低的金屬的主反應物的停止時間則依次增加。當至少一種反應物是兩種或更多種金屬的主反應物時，這種反應物停止時間的微調對平衡不同金屬每個循環周期的蝕刻特別有效。通過這種方法，化合物中不同金屬的蝕刻速率往往會更加平衡。
29、在至少一種反應物是兩種或更多種金屬的主反應物的實施方式中，可以確定在步驟a中兩種或更多種反應物中每種反應物在注入期間的分壓大小以及步驟b的時間，使得其他每種反應物在注入期間在步驟a中達到的分壓設定為低于作為兩種或更多種金屬的主反應物的所述至少一種反應物的分壓，以及使得其他每種反應物的步驟b的時間優選設定為早于作為兩種或多種金屬的主反應物的所述至少一種反應物的時間。其他反應物在步驟a中分壓的大小以及在步驟b中的時間的確定可以基于點燃等離子體時以所述其他反應物為主反應物的每種金屬的蝕刻速率，由此，在所述其他反應物中蝕刻速率最高的金屬的主反應物被注入以達到最低的分壓，而蝕刻速率依次降低的金屬的主反應物的分壓相應增加，并且由此，蝕刻速率最高的金屬的主反應物在步驟b中最早停止，而在其各自的主反應物存在下蝕刻速率依次降低的金屬的主反應物的停止時間依次增加。當至少一種反應物是兩種或更多種金屬的主反應物時，這種微調對平衡不同金屬每個循環周期的蝕刻特別有效。通過這種方法，化合物中不同金屬的蝕刻速率往往會更加平衡。
30、在實施方式中，步驟b的時間可基于點燃等離子體時每種金屬(2)在其主反應物(3)存在下的蝕刻速率來確定，使得：
31、-如果每種主反應物僅是一種金屬的主反應物，則所述蝕刻速率最高的金屬的主反應物(3)最早停止，而所述蝕刻速率依次降低的金屬(2)的主反應物(3)的停止時間則依次增加，以及
32、-如果至少一種反應物是兩種或更多種金屬的主反應物，則其他每種反應物的步驟b的時間優選設定為早于作為兩種或更多種金屬的主反應物的所述至少一種反應物的時間，用于所述其他反應物中每種反應物的步驟b的時間可基于點燃等離子體時以所述其他反應物為主反應物的每種金屬的蝕刻速率來確定，由此，蝕刻速率最高的金屬的主反應物最早停止，而蝕刻速率依次降低的金屬的主反應物的停止時間則依次增加。
33、在實施方式中，兩種或更多種反應物(3)在注入期間的流量大小可以基于點燃等離子體時每種金屬(2)在對其蝕刻速率起最大作用的反應物(3)存在下的蝕刻速率來確定，使得：
34、-如果每種主反應物僅是一種金屬的主反應物，則對蝕刻速率最高的金屬(2)的蝕刻速率起最大作用的反應物(3)以最低的流量注入，而對蝕刻速率依次降低的金屬(2)的蝕刻速率起最大作用的反應物(3)的流量則依次增加，以及
35、-如果至少一種反應物是兩種或更多種金屬的主反應物，則其他每種反應物在注入期間的流量優選設定為低于作為兩種或更多種金屬的主反應物的所述至少一種反應物的流量，并且所述其它反應物在其注入期間的相對流量大小可基于點燃等離子體時以所述其它反應物為主反應物的每種金屬的蝕刻速率來確定，由此，蝕刻速率最高的金屬的主反應物以最低流量注入，而蝕刻速率依次降低的金屬的主反應物的流量則依次增加。
36、在實施方式中，該方法可進一步包括在步驟a之前的步驟p，即確定在點燃等離子體時每種金屬在其主反應物存在下的相對蝕刻速率。換句話說，該方法可進一步包括在步驟a之前的步驟p，即確定在點燃等離子體時每種金屬在對其蝕刻起最大作用的反應物存在下的相對蝕刻速率。這一步是任選的，因為在點燃等離子體時每種金屬在其主反應物存在下的行為可以從科學文獻或過去的經驗中得知。不過，該實施方式的優點在于，通過預先更好地了解蝕刻速率，能夠對蝕刻過程采取更明智的方法，從而獲得更好的結果。
37、在實施方式中，在步驟b.中停止注入的每種反應物(3)可在步驟a中以0.1sccm至1500sccm，優選0.5sccm至500sccm，更優選1sccm至200sccm，更優選2sccm至50sccm的氣體流量注入。50sccm的最大值有利于限制壓力調節閥的移動。
38、在實施方式中，化合物可以是非晶態的。雖然本發明適用于各種結構，包括晶體結構，但非晶態化合物是有利的，特別是當材料層的厚度相對較低時，如小于10nm。本發明有利于所有金屬化合物和所有厚度。不過，由于本發明是基于等離子體的，因此會對材料的晶格造成輕微的損傷，損傷量為幾埃或幾納米。當處理厚度僅為幾納米的結晶材料層時，便更成問題。
39、在實施方式中，化合物可形成厚度至少為10nm的結晶層。
40、在實施方式中，化合物可形成半導體器件的導電元件。這是本發明將被發現應用最多的領域。但必須指出的是，本發明同樣適用于半導體或介電化合物。
41、在實施方式中，導電元件可以是金屬互連器件(metal?interconnect)，例如，用于小于2nm的節點(node)。本發明尤其適用于先進的半導體技術節點。
42、在實施方式中，半導體器件可以是存儲器(如mram、feram、rram、自旋扭矩(spin-torque)等)或量子計算器件。本發明的通用性使其適用于廣泛的尖端應用，包括但不限于這些應用
43、在實施方式中，導電元件可以是超導體。這是本發明的多功能性允許將其用于技術趨勢前端的另一個示例。
44、在實施方式中，化合物可以是金屬合金。盡管本發明可適用于化合物中的非金屬元素，例如在韋爾半金屬(weyl?semi-metal，如taas)的情況下，但令人驚訝的是，本發明在金屬的情況下特別有效。在金屬合金的情況下可以獲得最佳效果。
45、不過，本發明也適用于包含非金屬元素的化合物。通過本發明可以有利地蝕刻的化合物的非限制性示例為mgxzn1-xo、inxgazznooy、max相材料(例如crxal1-xc)或超導體(例如nbtin)。
46、在實施方式中，蝕刻過程以循環周期的方式進行，每個循環周期包括步驟a至c。該實施方式能夠更好地控制蝕刻并使其更加均勻。事實上，與蝕刻時間較長的單一、不重復的過程相比，較短但重復的步驟能獲得更好的效果。
47、在實施方式中，每個循環周期可去除少于1nm的化合物。該實施方式的優點是可以實現最佳的蝕刻表現。
48、在第二方面，本發明涉及一種用于干蝕刻包含至少兩種金屬的化合物的系統，該系統包括：i.被配置為接收化合物的蝕刻室；ii.被配置為將一種或更多種反應物和載氣注入蝕刻室的氣體輸送系統；iii.被配置為在蝕刻室內點燃并維持等離子體的等離子體生成系統；iv.控制器，被配置(例如編程)為：a.控制氣體輸送系統停止注入所述一種或更多種反應物中的至少一種，從而導致所述至少一種反應物的濃度降低；和b.在蝕刻室內點燃等離子體持續一段時間，使得在所述至少一種反應物的濃度降低期間存在等離子體。
49、在實施方式中，系統可以被配置(例如編程)以執行根據第一方面的任何實施方式的方法步驟。該實施方式的優點是使系統能夠精確、可重復地執行該方法。
50、第二方面的任何特征可以如第一方面任何實施方式中相應地描述的那樣。
51、在第三方面，本發明涉及一種計算機程序產品，其包括指令以使第二方面的系統執行第一方面的方法的步驟。
52、第三方面的任何特征可以如第一或第二方面的任何實施方式中相應地描述的那樣。
53、在第四方面，本發明涉及一種計算機可讀介質，其上存儲有第三方面的計算機程序產品。
54、第四方面的任何特征可以如第三方面相應地描述的那樣。
55、本發明實施方式的一個優點是，可以實現一種用于干蝕刻包含至少兩種金屬的化合物的方法，其中各種金屬的蝕刻速率通過新杠桿獨立控制。有利地，與使用經典的基于等離子體的干蝕刻通常所實現的蝕刻速率相比，這允許例如使這些蝕刻速率彼此更接近。另外，本發明的方法還可用于根據個體需要定制化合物的蝕刻后組成。本發明實施方式的另一個優點在于，本方法可應用于任何結晶度的化合物，即非晶態或結晶態的化合物，從而使本發明適用于廣泛的材料類型。
56、本發明實施方式的一個優點在于，該方法可用于任何導電率的化合物，從介電材料到超導體。本發明實施方式的一個優點在于，該方法可用于形成半導體器件的導電元件，包括用于小于2nm的未來節點的金屬互連，并可應用于各種類型存儲器(如mram、feram、rram和量子計算中使用的器件)的圖案化。
57、本發明實施方式的一個優點是有助于防止形成阻擋層并保持較高的蝕刻速率。本發明實施方式的另一個優點是，該方法允許對金屬化合物層進行圖案化。
58、在所附的獨立和從屬權利要求中陳述了本發明的特定和優選方面。來自從屬權利要求的特征可以適當地與獨立權利要求的特征以及其他從屬權利要求的特征相結合，而不僅是權利要求中明確提出的。
59、本發明的上述和其它特性、特征和優點會在下文具體實施方式中結合附圖變得顯而易見，其通過實例說明本發明的原理。本說明書僅為了舉例，而不是限制本發明的范圍。下文引用的參考圖是指附圖。