Селективное травление нитрида кремния над оксидом кремния с использованием удаленной плазмы ClF3/H2.

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 5703 (2022) Цитировать эту статью

8386 Доступов

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Точное и селективное удаление нитрида кремния (SiNx) поверх оксида кремния (SiOy) в стопке оксид/нитрид имеет решающее значение для современного процесса изготовления трехмерной флэш-памяти типа НЕ-И. В этом исследовании было исследовано быстрое и селективное изотропное травление SiNx на SiOy с использованием удаленной плазмы ClF3/H2 в индуктивно-связанной плазменной системе. Скорость травления SiNx более 80 нм/мин при селективности травления (SiNx по SiOy) ~ 130 наблюдалась в удаленной плазме ClF3 при комнатной температуре. Кроме того, добавление H2 к ClF3 привело к увеличению селективности травления более чем в 200 раз при снижении скорости травления как оксида, так и нитрида за счет восстановления радикалов F в плазме. Зависящие от времени характеристики травления удаленной плазмы ClF3, ClF3 и H2 показали небольшой эффект нагрузки во время травления нитрида кремния на пластине стопки оксид/нитрид со скоростью травления, аналогичной скорости травления пустой нитридной пластины.

Поскольку размер полупроводникового устройства уменьшается до субнаномасштаба, а интеграция устройства меняется с двухмерной на трехмерную структуру, для изготовления полупроводниковых устройств требуется более точная и селективная технология травления1. В различных полупроводниковых устройствах нитрид кремния широко используется в качестве барьерного слоя для диффузии примесей, промежуточного слоя боковой стенки затвора, буферного слоя и т. д. из-за высоких изолирующих характеристик, высокой термической и механической стабильности и т. д., а также селективного травления Нитрид кремния по сравнению с кремнием и/или оксидом кремния важен для различных применений в микроэлектронике2.

В наши дни при производстве трехмерной флэш-памяти типа НЕ-И количество стопок нитрида кремния/оксида кремния (SiNx/SiOy) увеличивается, а толщина повторяющегося слоя SiNx/SiOy постоянно уменьшается для более высокой плотности памяти в вертикальном положении. направление. Поэтому равномерное и сверхвысокоселективное травление слоев SiNx слоями SiOy в стопке SiNx/SiOy становится все более сложным процессом. До сих пор селективное травление SiNx в стопках SiNx/SiOy достигается путем влажного травления горячей фосфорной кислотой (H3PO4)3,4,5,6. Однако в случае мокрого травления проникновение травильного раствора в отверстия становится более сложным, поскольку толщина слоя SiNx/SiOy уменьшается, а оставшиеся слои SiOy могут разрушиться из-за поверхностного натяжения. Более того, обнаружено, что некоторые добавки, повышающие селективность травления SiNx/SiOy, вызывают проблемы с повторным ростом оксидов после травления, если только условия процесса не контролируются тщательно5. Чтобы решить эти проблемы, необходимо разработать сухой процесс изотропного и селективного травления SiNx в качестве альтернативной технологии изготовления трехмерной флэш-памяти типа НЕ-И.

Сообщалось о различных исследованиях селективного травления SiNx над SiOy с использованием процессов сухого травления. Например, сообщалось о сверхвысокоселективном травлении SiNx над SiOy с использованием газов на основе CF4 (CF4/O2/N2, CF4/CH4/Ar) с последующим химическим микроволновым травителем и травильным станком с индуктивно-связанной плазмой (ICP)7,8. ,9. Кроме того, газы на основе NF3 (NF3/O2/NH3, NF3/O2/N2) также использовались для сверхвысокоселективного травления нитрида кремния над оксидом кремния с помощью последующих травителей на основе ICP или емкостно-связанной плазмы (CCP)9. 10,11,12,13. Однако селективность травления нитрида по сравнению с оксидом все еще требует дальнейшего повышения для применения современных полупроводниковых процессов из-за малой толщины оксида. Кроме того, использование травильных газов фторуглерода (CFx) приводит к проблемам загрязнения углеродом или отложения полимеров CFx (CHx) на поверхности пленки, что является неблагоприятным фактором для изготовления устройств. Несмотря на то, что эти ограничения для технических аспектов исключены, высокие потенциалы глобального потепления (ПГП) травильных газов на основе CF4 и NF3 [значения ПГП; CF4 (7390), NF3 (17200)] вызывают потребность в альтернативных травильных газах для экологических аспектов в ближайшем будущем14.