Decapagem seletiva de nitreto de silício sobre óxido de silício usando plasma remoto ClF3/H2

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 5703 (2022) Citar este artigo

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A remoção precisa e seletiva de nitreto de silício (SiNx) sobre óxido de silício (SiOy) em uma pilha de óxido/nitreto é crucial para um processo atual de fabricação de memória flash do tipo NOT-AND tridimensional. Neste estudo, a corrosão isotrópica rápida e seletiva de SiNx sobre SiOy foi investigada usando um plasma remoto ClF3/H2 em um sistema de plasma acoplado indutivamente. A taxa de corrosão SiNx acima de 80 nm/min com a seletividade de corrosão (SiNx sobre SiOy) de ~ 130 foi observada sob um plasma remoto ClF3 em temperatura ambiente. Além disso, a adição de H2 ao ClF3 resultou em um aumento da seletividade de ataque acima de 200, enquanto reduzia a taxa de ataque tanto do óxido quanto do nitreto devido à redução dos radicais F no plasma. As características de condicionamento dependentes do tempo do plasma remoto ClF3, ClF3 e H2 mostraram pouco efeito de carga durante o ataque de nitreto de silício em wafer empilhado de óxido/nitreto com taxa de ataque semelhante à do wafer de nitreto em branco.

À medida que o tamanho do dispositivo semicondutor é reduzido para sub-nanoescala e a integração do dispositivo é alterada de estrutura bidimensional para tridimensional, é necessária uma tecnologia de gravação mais precisa e seletiva para a fabricação do dispositivo semicondutor1. Nos vários dispositivos semicondutores, o nitreto de silício tem sido amplamente utilizado como uma camada de barreira para difusão de dopantes, uma camada espaçadora da parede lateral do portão, uma camada tampão, etc. devido às altas características de isolamento, alta estabilidade térmica e mecânica, etc. e corrosão seletiva de nitreto de silício sobre silício e/ou óxido de silício é importante para várias aplicações microeletrônicas2.

Atualmente, na fabricação tridimensional de memória flash do tipo NOT-AND, o número de pilhas de nitreto de silício/óxido de silício (SiNx/SiOy) está aumentando e a espessura da camada repetida de SiNx/SiOy está diminuindo continuamente para maior densidade de memória na vertical direção. Portanto, a corrosão de camadas de SiNx de maneira uniforme e ultra-alta seletivamente para camadas de SiOy na pilha de SiNx/SiOy está se tornando um processo mais desafiador. Até agora, o ataque seletivo de SiNx em pilhas SiNx/SiOy é obtido por ataque úmido usando ácido fosfórico quente (H3PO4)3,4,5,6. No entanto, no caso da corrosão úmida, a penetração de uma solução de corrosão nos orifícios fica mais desafiadora, pois a espessura da camada de SiNx/SiOy diminui e as camadas restantes de SiOy podem entrar em colapso devido à tensão superficial. Além disso, vários aditivos para aumentar a seletividade de corrosão de SiNx/SiOy são encontrados para causar problemas de crescimento de óxido após a corrosão, a menos que sua condição de processo não seja cuidadosamente controlada5. Para resolver esses problemas, um processo a seco para gravação isotrópica e seletiva de SiNx precisa ser desenvolvido como uma tecnologia alternativa para a fabricação de memória flash tridimensional do tipo NOT-AND.

Vários estudos foram relatados para a corrosão seletiva de SiNx sobre SiOy usando processos de corrosão seca. Por exemplo, um ataque seletivo ultra-alto de SiNx sobre SiOy foi relatado usando gases baseados em CF4 (CF4/O2/N2, CF4/CH4/Ar) com um gravador químico a jusante de micro-ondas e um gravador de plasma acoplado indutivamente (ICP)7,8 ,9. Além disso, gases baseados em NF3 (NF3/O2/NH3, NF3/O2/N2) também foram usados ​​para gravação seletiva ultra-alta de nitreto de silício sobre óxido de silício com gravadores a jusante baseados em ICP ou plasma acoplado capacitivamente (CCP)9, 10,11,12,13. No entanto, a seletividade do nitreto sobre o óxido ainda precisa ser aumentada para a aplicação do processo de semicondutor atual devido à fina espessura do óxido. Além disso, o uso de gases de condicionamento de fluorocarbono (CFx) tem problemas de contaminação por carbono ou deposição de polímeros CFx (CHx) na superfície do filme, o que é um fator prejudicial para a fabricação de um dispositivo. Mesmo que esses limites para aspectos de engenharia sejam excluídos, os altos potenciais de aquecimento global (GWPs) de gases de corrosão baseados em CF4 e NF3 [valores de GWP; CF4 (7.390), NF3 (17.200)] despertam a necessidade de gases corrosivos alternativos para aspectos ambientais em um futuro próximo14.