使用 ClF 3 H 2遠(yuǎn)程等離子體在氧化硅上選擇性蝕刻氮化硅

引言

在過去時間里，在三維與非型碰撞記憶制造中，氮化硅/氧化硅堆棧的數(shù)量增加，SiNx/SiOy層重復(fù)層的厚度隨著垂直存儲密度的增加而不斷減小。因此，在SiNx/SiOy堆棧中，SiNx層均勻、超高選擇性的對SiOy層的蝕刻越來越具挑戰(zhàn)性。到目前為止，SiNx在SiNx堆/SiOy堆中的選擇性蝕刻是通過使用熱磷酸（h3po4）3-6進(jìn)行濕式蝕刻來實現(xiàn)的。（江蘇英思特半導(dǎo)體科技有限公司）

此外，一些用于提高SiNx/SiOy蝕刻選擇性的添加劑被發(fā)現(xiàn)會在蝕刻后引起氧化物再生問題，除非其工藝條件沒有被仔細(xì)控制5。為了解決這些問題，需要開發(fā)一種各向同性和選擇性蝕刻的干法工藝，作為三維非和型碰撞存儲器制造的替代技術(shù)。（江蘇英思特半導(dǎo)體科技有限公司）

實驗

圖1是本研究中使用的一種遠(yuǎn)程型電感耦合等離子體（ICP）蝕刻系統(tǒng)的示意圖。工藝室內(nèi)的Te通過陽極氧化法涂覆了氧化鋁層。用對流計測量的工藝室的基本壓力保持在3×10-3Torr，用電容壓力計（氣壓計）監(jiān)測的工作壓力保持在200 mTorr。對腔室上部的平面型ICP線圈施加13.56 MHz射頻功率。（江蘇英思特半導(dǎo)體科技有限公司）

對于SiNx的各向同性蝕刻，在ICP反應(yīng)器中心設(shè)置了半徑為1.5 mm的多孔的雙柵，以防止離子轟擊，并在基底上傳遞自由基。樣品溫度在樣品下方的樣品階段測量，該溫度由熱電偶監(jiān)測，并通過連接到外部電源的碳化硅（碳化硅）加熱器從25調(diào)整到500°C。三氯（ClF3，>99.9%，200 sccm）、H2（>99.999%）和氬（>99.999% Ar，200 sccm）通過圓形氣體分配器融合到工藝室。

結(jié)果和討論

圖2顯示了僅使用三氟化氯氣體和三氟化氯遠(yuǎn)端等離子體的SiNx和SiOy的蝕刻特性。對于三氟化氯遠(yuǎn)端等離子體，在200 sccm的三氟化氯中加入200 sccm，以提高等離子體的穩(wěn)定性。如圖2a所示，隨著射頻功率的增加，由于三氟化氯的解離增強(qiáng)，SiNx和SiOy的蝕刻率逐漸增加，分別在~ 90和~ 0.8 nm/min時達(dá)到SiNx和SiOy的最大蝕刻率。需要注意的是，SiNx對SiOy的蝕刻選擇性對100~400 W的射頻功率沒有明顯變化。如圖2b所示，SiNx和SiOy也可以僅通過混合三氟化氯氣體進(jìn)行蝕刻，而不通過射頻等離子體解離三氟化氯，而底物溫度的升高提高了兩種flms的蝕刻速率。

然而，三氟化氯氣體處理的整體SiNx蝕刻率僅比三氟化氯遠(yuǎn)端等離子體蝕刻要低得多，這表明三氟化氯遠(yuǎn)程等離子體蝕刻比無等離子體熱蝕刻是更有效的SiNx蝕刻方法。同時，盡管兩種材料的蝕刻速率都隨著襯底溫度的升高而提高，但SiNx對SiOy的蝕刻選擇性都降低了。遠(yuǎn)端等離子體蝕刻也有同樣的趨勢。如圖2c所示，在300 W的彎曲射頻功率下，隨著底物溫度升高到500°C，蝕刻選擇性在40以下逐漸降低，而在600 nm/min時SiNx蝕刻速率增加。（江蘇英思特半導(dǎo)體科技有限公司）

圖1.遠(yuǎn)程型電感耦合等離子體（ICP）蝕刻器示意圖。

圖2.SiNx和SiOy (a)的蝕刻特性作為三氟化氯遠(yuǎn)程等離子體射頻功率的函數(shù)，(b)作為基底溫度和三氟化氯氣體化學(xué)蝕刻的函數(shù)，(c)作為三氟化氯遠(yuǎn)程等離子體襯底溫度的函數(shù)。

結(jié)論

利用帶有ICP源的ClF3/H2遠(yuǎn)端等離子體，研究了SiNx在SiOy上的各向同性和選擇性蝕刻作用。與僅采用熱蝕刻或等離子體蝕刻相比，采用等離子體輔助熱工藝的Te SiNx蝕刻顯示出最高的蝕刻速率和最光滑的表面形態(tài)。在三氟化氯遠(yuǎn)端等離子體中，SiNx和SiOy的溫度溫度依賴性蝕刻特性表明，SiOy的活化能高于SiNx。

此外，在三氟化氯等離子體中加入H2（20%）提高了SiNx對SiOy的蝕刻選擇性，從130提高到200，盡管SiNx的蝕刻率從83降低到23nm/min。我們相信，快速、超高選擇性的SiNx蝕刻技術(shù)不僅可以應(yīng)用于下一代三維非和型碰撞存儲器制造工藝，還可以應(yīng)用于需要精確的SiNx蝕刻的各種半導(dǎo)體工藝。（江蘇英思特半導(dǎo)體科技有限公司）

審核編輯 黃宇