(包括傾斜角和旋轉(zhuǎn)角)的能力，因此離子束蝕刻在制造GAA器件中會(huì)是特別有用的。
[0027]圖1示出了用于根據(jù)一定的方法進(jìn)行離子束蝕刻的裝置100的簡(jiǎn)化橫截面圖。在這個(gè)例子中，襯底101擱放置在襯底支撐件103上，它可以配備有硬件(未示出)，以提供電連接和流體連接。電連接可被用來(lái)為襯底支撐103或?yàn)槲挥谝r底支撐件103上或在襯底支撐件103內(nèi)的靜電卡盤(未示出)供電。而在某些情況下，流體連接可以被用于提供用于控制襯底101和襯底支撐件103的溫度的流體。襯底支撐件103可以由加熱器(未示出)加熱，或通過冷卻機(jī)構(gòu)(未示出)冷卻。冷卻機(jī)構(gòu)可涉及使冷卻流體流過襯底支撐103中或其附近的管道。襯底支撐件103可以是能夠以可變速度和角度旋轉(zhuǎn)和傾斜，如圖1中的雙箭頭所示。在本文的實(shí)施方式中，襯底支撐件103也能夠在非常精確的位置和方位上定位襯底。換句話說(shuō)，襯底支撐件103不僅可以傾斜和旋轉(zhuǎn)襯底，還能夠?qū)⒁r底可靠地傾斜和旋轉(zhuǎn)到期望的特定的傾斜角和旋轉(zhuǎn)角。
[0028]另外，在某些實(shí)施方式中，襯底支撐件103可以被配置為移動(dòng)襯底。例如，襯底支撐件可以在襯底的平面內(nèi)在任何方向來(lái)回移動(dòng)襯底，并且相對(duì)于所述離子源升高或降低襯底，或相對(duì)于所述離子源傾斜襯底。具有能夠以這種方式移動(dòng)襯底的襯底支撐件的裝置對(duì)于形成GAA結(jié)構(gòu)會(huì)是特別有利的，因?yàn)橐苿?dòng)可允許使用具有更高度準(zhǔn)直的束處理，它們對(duì)于蝕刻大的溝道陣列是更好的。在許多現(xiàn)有的離子束蝕刻應(yīng)用中，離子束被設(shè)計(jì)成稍微發(fā)散，使得這些束結(jié)合在一起時(shí)，對(duì)襯底的整個(gè)表面提供離子。在使用更高度準(zhǔn)直的束時(shí)，這樣的束可能無(wú)法均勻地將離子傳遞給襯底表面的某些部分。襯底旋轉(zhuǎn)通常用于將這些空間效果平均化和在襯底表面上更均勻地分布離子。然而，當(dāng)襯底旋轉(zhuǎn)時(shí)，這種旋轉(zhuǎn)使得離子入射角相對(duì)于襯底上的特征連續(xù)改變。但是，在本文所公開的各個(gè)實(shí)施方式中，期望離子束非常高度準(zhǔn)直(即，具有非常低的發(fā)散度)并在特定的角度上撞擊襯底上的特征。這樣的高準(zhǔn)直束更利于形成溝道陣列。通過移動(dòng)襯底，離子可被輸送到襯底的整個(gè)表面上，而不必使用不同的咼子束。
[0029]—種等離子體產(chǎn)生氣體被輸送到主要等離子體產(chǎn)生區(qū)域105。所述的等離子體產(chǎn)生氣體通過等離子體源107激勵(lì)。在圖1的情況下，等離子體源107是線圈，它作為感應(yīng)耦合等離子體源起作用。在適當(dāng)設(shè)計(jì)的反應(yīng)器中，可以采用諸如電容耦合源、微波源或放電源之類的其它源。在主等離子體生成區(qū)域105，等離子體形成。提取電極109包括一系列孔110，通過孔110，離子被提取。
[0030]這些孔110可具有約0.5-1厘米之間的直徑，并且其高度由該電極的厚度所限定?？?10可具有約0.01-100.0的高度與寬度的高寬比(AR)。在某些情況下，孔110被布置為六邊形、正方形網(wǎng)格、或螺旋圖案，但其它的圖案也可以使用。相鄰的孔之間的中心到中心的距離可為約I毫米-10厘米之間?？卓梢员慌渲脼楫?dāng)只考慮電極的單個(gè)(頂部或底部)表面時(shí)獲得電極的表面面積的約0.1%至95%之間的總開放面積(S卩，每個(gè)孔的面積的總和)。例如，具有直徑為40厘米和各自具有直徑為I厘米的500個(gè)孔的電極將具有約31% (393平方厘米的開口面積除以1257平方厘米的總面積)的開放區(qū)域。在不同的電極中，孔110可以具有不同的直徑。在一些情況下，孔直徑是在上部電極較小，在下部電極較大。在一個(gè)實(shí)施方式中，在下部電極113中的孔比在聚焦電極111中的孔大(例如，大介于約0-30%之間)。在這些或其它情況下，在聚焦電極111中的孔可以比在提取電極109中的孔大(例如，大介于約0-30%之間)。
[0031]施加到提取電極109的、相對(duì)于襯底101的偏壓V1作用，以相對(duì)于所述襯底為離子提供動(dòng)能。這種偏壓通常是正的，并且可能約在20-10,000伏之間或更大。在某些情況下，在提取電極上的偏壓為介于約20-2，000伏之間。在提取電極109上方的等離子體中的正離子通過在電極109和113之間的電位差被吸引到下部電極113。添加聚焦電極111，以聚焦離子，并且如果需要的話，排斥電子。在此電極上的偏壓V2相對(duì)于所述提取電極109可以是正或負(fù)，但一般為負(fù)偏壓。聚焦電極111的偏置電壓由聚焦電極111的透鏡特性來(lái)確定。聚焦電極上的偏壓包括為提取電極上的電壓V1的約1.1倍至20倍之間的正電壓和為電壓V1的0.001倍至0.95倍之間的負(fù)電壓。由于施加到不同的電極上的電位不同，因此電位梯度存在。電位梯度可以為約1000伏/厘米的數(shù)量級(jí)。相鄰的電極之間的間隔距離的樣例是在約0.1 -10厘米之間，或例如約為I厘米。
[0032]如果聚焦電極111的電壓被設(shè)置為產(chǎn)生準(zhǔn)直束，那么，在離子離開接地的下部電極113的底部之后，它們以準(zhǔn)直和聚焦的束行進(jìn)。可替換地，如果聚焦電極電壓被調(diào)整為不足聚焦離子束或過度聚焦離子束，那么，束可以發(fā)散。使用高準(zhǔn)直束是在形成GAA結(jié)構(gòu)如本文所公開特別有用。在許多(但不是全部)情況下，下部電極113被接地。使用接地的下部電極113連同接地的襯底1I導(dǎo)致了基本上是無(wú)場(chǎng)(field free)的襯底處理區(qū)115。使襯底位于無(wú)場(chǎng)區(qū)防止了電子或由離子束與殘留的氣體之間碰撞或與反應(yīng)室表面碰撞產(chǎn)生的二次離子被加速朝向襯底，從而最大限度地減少了導(dǎo)致不希望的損害或副反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。在另一些情況下，下部電極113和襯底101可以都被偏置，如下面進(jìn)一步討論的那樣。
[0033]此外，防止襯底101從離子束本身充電或防止襯底101在離子束與襯底碰撞期間產(chǎn)生噴射的二次電子是重要的。通常通過在襯底101的附近添加低能量的電子源(未示出)實(shí)現(xiàn)中和。由于離子上的正電荷和噴射的二次電子都給襯底充正電，所以，在襯底附近的低能量的電子可以被吸引到帶正電荷的表面，并可以中和該電荷。在無(wú)場(chǎng)區(qū)執(zhí)行該中和容易得多。
[0034]在一些應(yīng)用中，可能期望在下部電極113和襯底101之間具有電位差。例如，如果需要非常低的能量的離子，由于帶正電荷的離子的相互排斥(空間電荷效應(yīng))，因此很難以低能量長(zhǎng)距離保持良好的準(zhǔn)直束。它的一種解決方法是在下部電極113上設(shè)置相對(duì)于襯底101的負(fù)偏壓(或相反地，相對(duì)于下部電極113正偏置襯底101)。這使得能夠提取較高能量的離子，然后，當(dāng)它們接近襯底時(shí)使它們減緩下來(lái)。
[0035]在某些離子束蝕刻操作中，三個(gè)電極中的一個(gè)可以被省略。如果是這種情況，關(guān)于離子在什么能量下被引導(dǎo)到襯底表面就存在更小的靈活性。這一限制的產(chǎn)生是因?yàn)椋瑸榱耸闺x子進(jìn)行期望的聚焦和定位，特定比例的偏置電壓應(yīng)施加到兩個(gè)電極。偏置電壓的比例是由兩個(gè)電極的聚焦特性和幾何形狀來(lái)控制的。這樣，在下部電極使用特定的幾何形狀和期望特殊的偏壓/電狀態(tài)(例如，接地)的情況下，施加到上部電極上的偏壓就很少有或沒有靈活性。其結(jié)果是，使用這樣的設(shè)定的反應(yīng)室就被限制在一個(gè)離子能量范圍內(nèi)，當(dāng)電子通過各種電極行進(jìn)時(shí)，離子能量可被施加到離子上。第三電極的引入使得離子根據(jù)需要在許多不同的離子能量上被聚焦/引導(dǎo)，如上所述。
[0036]電極109、111以及113中的每一個(gè)都有厚度，厚度可以是在約0.5mm-10cm之間，或在約lmm-3cm之間，例如為約5mm。電極109、111和113可以是厚度相同，或者它們可以具有不同的厚度。此外，在提取電極109和聚焦電極111之間的間隔距離可以是等于、大于或小于在聚焦電極111和下部電極113之間的間隔距離。電極109、111和113中的每一個(gè)還具有尺寸，其可以是小于、等于或大于被處理的襯底的尺寸。在某些實(shí)施方式中，電極的尺寸接近于襯底或襯底支撐件的尺寸(例如，在約50%內(nèi))。
[0037]電極109、111和113可以是圓形、矩形或其它多邊形形狀。在某些實(shí)施方式中，電極是長(zhǎng)而窄的，其中長(zhǎng)尺寸約等于或大于襯底的一維尺寸，并且襯底在正交方向被掃描，使得在一段時(shí)間內(nèi)平均時(shí)離子束均勻地撞擊整個(gè)襯底表面。
[0038]在提取電極109、聚焦電極111和下部電極113中的孔110可以精確地彼此對(duì)齊。否貝1J，離子將不能正確對(duì)準(zhǔn)，并且晶片上的蝕刻效果會(huì)很差。例如，如果在聚焦電極111中的單個(gè)孔錯(cuò)位，則可能會(huì)導(dǎo)致在襯底101中的一個(gè)區(qū)域過度蝕刻(其中有太多的離子被導(dǎo)入)，而襯底101的另一區(qū)域蝕刻不足(其中無(wú)離子或過少的離子被導(dǎo)入)。因此，期望孔是彼此盡可能對(duì)齊。在各種情況下，在垂直方向上的相鄰電極之間的未對(duì)準(zhǔn)被限制在孔直徑的約1%或更小(按照孔相比于相鄰的孔的位置的線性移位的距離來(lái)衡量)。
[0039]離子束蝕刻工藝通常是在低壓下運(yùn)行。在一些實(shí)施方式中，壓強(qiáng)可為約lOOmTorr或更低，例如為約ImTorr或更低，并且在許多情況下為約0.1mTorr或更低。低壓有助于最大限度地減少在離子和存在于襯底處理區(qū)中的任何氣態(tài)物質(zhì)之間的不希望的碰撞。
[0040]在一些實(shí)施方式中，離子束蝕刻工藝可用于原子層蝕刻工藝。原子層的蝕刻方法將在以下美國(guó)專利中進(jìn)一步討論，其每一個(gè)都通過引用將其全部并入本文:美國(guó)專利N0.7416989、標(biāo)題為《ADSORPT1N BASED MATERIAL REMOVAL PROCESS》；美國(guó)專利N0.7977249、標(biāo)題為《METHODS OF REMOVING SILI⑶N NITRIDE AND OTHER MATERIALSDURING FABRICAT1N OF CONTACTS》；美國(guó)專利N0.8187486、標(biāo)題為《MODULATING ETCHSELECTIVITY AND ETCH RATE OF SILICON NITRIDE THIN FILMS》；美國(guó)專利N0.7981763、標(biāo)題為《ATOMIC LAYER REMOVAL FOR HIGH ASPECT RAT1 GAPFILL》；和美國(guó)專利N0.8058179、標(biāo)題為《ATOMIC LAYER REMOVAL PROCESS WITH HIGHER ETCH AMOUNT》。各種離子束蝕刻的方法和裝置在2014年8月29日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.14/473863、標(biāo)題為((1N INJECTOR AND LENS SYSTEM FOR 1N BEAM MILLING》和在2014年8月 12 日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.14/458161、標(biāo)題為《DIFFERENTIALLY PUMPED REACTIVE GAS INJECTOR》中有進(jìn)一步討論，其每一個(gè)都通過引用將其全部并入本文。
[0041 ] 圖2示出了具有單個(gè)溝道202的GAA器件200的基本結(jié)構(gòu)。溝道202在源區(qū)204和漏區(qū)206之間延伸。在源區(qū)204和漏區(qū)206之間是柵極208，柵極208包圍著溝道202的所有面。未示于圖2的是圍繞溝道202并將溝道202與柵極208分離的介電材料。在多種情況下，GAA器件包括由單個(gè)柵極控制的多個(gè)溝道。附加的溝道提供更多的電流流動(dòng)，以允許GAA器件具有更高的輸出電流或更高的能量。
[0042]在本文的多個(gè)實(shí)施方式中，用于GAA結(jié)構(gòu)的溝道通過反應(yīng)離子束蝕刻