ClF3/H2 원격 플라즈마를 사용하여 산화규소 위에 질화규소를 선택적으로 에칭

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 5703(2022) 이 기사 인용

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산화물/질화물 스택에서 산화규소(SiOy) 위의 질화규소(SiNx)를 정확하고 선택적으로 제거하는 것은 현재의 3차원 NOT-AND 유형 플래시 메모리 제조 공정에 매우 중요합니다. 본 연구에서는 유도 결합 플라즈마 시스템에서 ClF3/H2 원격 플라즈마를 사용하여 SiOy에 대한 SiNx의 빠르고 선택적인 등방성 에칭을 조사했습니다. ~130의 식각 선택비(SiOy에 대한 SiNx)를 갖는 80 nm/min 이상의 SiNx 식각 속도는 실온의 ClF3 원격 플라즈마에서 관찰되었습니다. 더욱이, ClF3에 H2를 첨가하면 플라즈마에서 F 라디칼의 감소로 인해 산화물과 질화물 모두의 식각 속도가 낮아지면서 식각 선택비가 200 이상 증가하는 결과를 가져왔습니다. ClF3, ClF3 및 H2 원격 플라즈마의 시간 의존적 에칭 특성은 블랭크 질화물 웨이퍼와 유사한 에칭 속도로 산화물/질화물 스택 웨이퍼에서 실리콘 질화물을 에칭하는 동안 거의 로딩 효과를 나타내지 않았습니다.

반도체 소자의 크기가 나노 이하로 감소하고 소자 집적도가 2차원에서 3차원 구조로 변화함에 따라 반도체 소자 제조에는 더욱 정밀하고 선택적인 식각 기술이 요구됩니다1. 질화규소는 높은 절연성, 높은 열적, 기계적 안정성 등의 특성과 선택적 식각으로 인해 다양한 반도체 소자에서 도펀트 확산을 위한 배리어층, 게이트 측벽 스페이서층, 버퍼층 등으로 널리 사용되고 있다. 실리콘 및/또는 산화규소 위의 질화규소는 다양한 마이크로 전자 응용 분야에 중요합니다2.

최근 3차원 NOT-AND형 플래시 메모리 제조에서는 질화규소/산화규소(SiNx/SiOy) 스택의 수가 증가하고 있으며, 수직 메모리 밀도 향상을 위해 반복되는 SiNx/SiOy 층의 두께가 지속적으로 감소하고 있습니다. 방향. 따라서 SiNx/SiOy 스택에서 SiNx 층을 SiOy 층에 대해 균일하고 초고선택적으로 에칭하는 것이 더욱 어려운 공정이 되고 있습니다. 지금까지 SiNx/SiOy 스택에서 SiNx의 선택적 에칭은 뜨거운 인산(H3PO4)3,4,5,6을 사용한 습식 에칭으로 달성되었습니다. 그러나 습식 식각의 경우 SiNx/SiOy 층의 두께가 얇아지고 표면 장력으로 인해 나머지 SiOy 층이 붕괴될 수 있으므로 홀 내부로 식각 용액이 침투하는 것이 더욱 어려워집니다. 더욱이, SiNx/SiOy의 식각 선택성을 높이기 위한 여러 첨가제는 공정 조건을 주의 깊게 제어하지 않는 한 식각 후 산화물 재성장 문제를 일으키는 것으로 밝혀졌습니다5. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 3차원 NOT-AND형 플래시 메모리 제조를 위한 대체 기술로 SiNx의 등방성 및 선택적 식각을 위한 건식 공정의 개발이 필요합니다.

건식 식각 공정을 사용하여 SiOy에 대한 SiNx의 선택적 식각에 대한 다양한 연구가 보고되었습니다. 예를 들어, SiOy에 대한 SiNx의 초고선택적 식각은 CF4 기반(CF4/O2/N2, CF4/CH4/Ar) 가스와 마이크로웨이브 화학 다운스트림 식각 장치 및 유도 결합 플라즈마(ICP) 식각 장치를 사용하여 보고되었습니다7,8 ,9. 또한 NF3 기반(NF3/O2/NH3, NF3/O2/N2) 가스는 ICP 또는 용량 결합 플라즈마(CCP)9 기반의 다운스트림 에칭 장치를 사용하여 산화 실리콘 위에 질화 실리콘을 초고선택적으로 에칭하는 데 사용되었습니다. 10,11,12,13. 그러나 산화물의 두께가 얇기 때문에 현재의 반도체 공정에 적용하기 위해서는 산화물에 대한 질화물의 식각 선택성을 더 높여야 한다. 더욱이, 탄화불소(CFx) 식각 가스를 사용하면 탄소 또는 필름 표면의 CFx(CHx) 폴리머 증착으로 인한 오염 문제가 있으며 이는 장치 제조에 해로운 요소입니다. 엔지니어링 측면에 대한 이러한 제한은 제외되지만 CF4 및 NF3 기반 식각 가스의 높은 지구 온난화 지수(GWP)[GWP 값; CF4(7,390), NF3(17,200)]은 가까운 미래에 환경적 측면을 위한 대체 식각 가스에 대한 필요성을 불러일으킵니다14.