引言
由于电子器件的不断小型化，原子层沉积（ALD）和原子层蚀刻（ALE）等原子层工艺对于半导体制造来说越来越重要。原子层蚀刻与ALD相反，是一种可以通过自限表面反应的原子层控制精确去除材料的技术。因此，ALE被认为是在原子尺度上实现低工艺可变性的最有前途的技术之一。目前ALE工艺都是基于卤化反应来修饰表面，然后用高能离子或惰性气体原子轰击来解吸卤素化合物，从而去除材料的。
实验与讨论
实验是在FHR-300-ALD反应器中进行的，该反应器同时允许ALD和ALE过程。模型层包括Si衬底、1.6nm天然二氧化硅的固定层和氧化铝膜。用于SE拟合的氧化铝光学模型为柯西模型。根据50个ALD循环后记录的原位光谱，确定了柯西模型的拟合参数。不同工艺温度下的光学性质分别不同，应用适当的通过光学层叠加模型，将每个椭偏光谱转化为氧化铝光学层厚度。
图1：不同工艺温度下的蚀刻速率
在工艺温度为225℃时，氧化铝蚀刻速率保持在零附近（−0.05A/cycle）。在225℃以下，材料被沉积；因此，EPC在图1中表示为负值。英思特以TMA和HF为反应物，在200℃下沉积的材料通过真空XPS测量进行了详细的检测。图2所示的成分证实了在较低的工艺温度下，与TMA和HF的连续表面反应导致氟化铝原子层沉积（ALD）。结果发现，F/Al的比值为3。
图2：在200°C下沉积的氟化铝ALD薄膜的组成
对于ALE循环的每个脉冲，英思特通过监测薄膜厚度随曝光时间的变化来确定TMA和HF反应的自限制行为。在恒定的工艺条件下，我们可以通过改变一个脉冲时间来检测EPC。对于每种组合，单个氧化铝膜经过50个氧化铝ALD循环生长。随后，在切换到不同的ALE脉冲时间之前，分别进行了30个周期的氧化铝ALE检测。计算了不同反应物暴露和净化脉冲时间下的EPC值。这种方法允许测试许多参数变化，从而实现快速和广泛的过程开发。
结论
英思特采用原位实时光谱椭偏法和准原位x射线光电子测量方法，探讨了以三甲基铝和氟化氢为反应物的氧化铝原子层蚀刻的顺序、自限性热反应。三甲基铝和氟化氢的顺序热反应以原子级精度线性蚀刻氧化铝。原位光谱椭偏分析证实了表面反应相对于反应物暴露的自限制行为。研究结果表面，配体交换反应在TMA暴露过程中仅去除部分氟化表层。在每个周期完成后，都可以检测到有界的氟原子。原位光谱椭偏法和准原位x射线光电子光谱测量法，非常适合于发展原子层过程和研究薄膜沉积或蚀刻。
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