Gravure sélective de nitrure de silicium sur oxyde de silicium à l'aide d'un plasma à distance ClF3/H2 | Qingdao Bright Trailblazer Group Co., Ltd.

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 5703 (2022) Citer cet article

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L'élimination précise et sélective du nitrure de silicium (SiNx) sur l'oxyde de silicium (SiOy) dans un empilement d'oxyde/nitrure est cruciale pour un processus de fabrication de mémoire flash de type NOT-AND tridimensionnel actuel. Dans cette étude, la gravure isotrope rapide et sélective de SiNx sur SiOy a été étudiée en utilisant un plasma à distance ClF3/H2 dans un système de plasma à couplage inductif. La vitesse de gravure de SiNx supérieure à 80 nm/min avec une sélectivité de gravure (SiNx sur SiOy) d'environ 130 a été observée sous un plasma distant ClF3 à température ambiante. De plus, l'ajout de H2 au ClF3 a entraîné une augmentation de la sélectivité de gravure au-dessus de 200 tout en abaissant la vitesse de gravure à la fois de l'oxyde et du nitrure en raison de la réduction des radicaux F dans le plasma. Les caractéristiques de gravure dépendant du temps du plasma à distance ClF3, ClF3 et H2 ont montré peu d'effet de charge lors de la gravure du nitrure de silicium sur une tranche d'empilement d'oxyde/nitrure avec une vitesse de gravure similaire à celle de la tranche de nitrure vierge.

Comme la taille du dispositif à semi-conducteur est réduite à l'échelle inférieure au nanomètre et que l'intégration du dispositif passe d'une structure bidimensionnelle à une structure tridimensionnelle, une technologie de gravure plus précise et sélective est nécessaire pour la fabrication du dispositif à semi-conducteur1. Dans les divers dispositifs semi-conducteurs, le nitrure de silicium a été largement utilisé comme couche barrière pour la diffusion de dopant, couche d'espacement de paroi latérale de grille, couche tampon, etc. en raison de caractéristiques isolantes élevées, d'une stabilité thermique et mécanique élevée, etc. et de la gravure sélective de le nitrure de silicium sur silicium et/ou oxyde de silicium est important pour diverses applications microélectroniques2.

De nos jours, dans la fabrication de mémoire flash tridimensionnelle de type NOT-AND, le nombre d'empilements de nitrure de silicium/oxyde de silicium (SiNx/SiOy) augmente et l'épaisseur de la couche SiNx/SiOy répétitive diminue continuellement pour une densité de mémoire plus élevée dans le sens vertical. direction. Par conséquent, la gravure des couches SiNx de manière uniforme et ultra-sélective par rapport aux couches SiOy dans l'empilement SiNx/SiOy devient un processus de plus en plus difficile. Jusqu'à présent, la gravure sélective de SiNx dans des empilements SiNx/SiOy était réalisée par gravure humide à l'aide d'un acide phosphorique chaud (H3PO4)3,4,5,6. Dans le cas de la gravure humide, cependant, la pénétration d'une solution de gravure dans les trous devient plus difficile à mesure que l'épaisseur de la couche SiNx/SiOy diminue et que les couches SiOy restantes peuvent être effondrées en raison de la tension superficielle. De plus, plusieurs additifs pour augmenter la sélectivité de gravure de SiNx/SiOy se sont avérés causer des problèmes de recroissance d'oxyde après gravure à moins que ses conditions de traitement ne soient pas soigneusement contrôlées5. Pour résoudre ces problèmes, un procédé sec de gravure isotrope et sélective de SiNx doit être développé comme une technologie alternative pour la fabrication de mémoires flash tridimensionnelles de type NON-ET.

Diverses études ont été rapportées pour la gravure sélective de SiNx sur SiOy en utilisant des procédés de gravure sèche. Par exemple, une gravure ultra-sélective de SiNx sur SiOy a été rapportée en utilisant des gaz à base de CF4 (CF4/O2/N2, CF4/CH4/Ar) avec un graveur chimique micro-ondes en aval et un graveur à plasma à couplage inductif (ICP)7,8 ,9. De plus, des gaz à base de NF3 (NF3/O2/NH3, NF3/O2/N2) ont également été utilisés pour une gravure ultra-sélective du nitrure de silicium sur de l'oxyde de silicium avec des graveurs en aval basés sur l'ICP ou le plasma à couplage capacitif (CCP)9, 10,11,12,13. Cependant, la sélectivité de gravure du nitrure sur l'oxyde doit encore être encore augmentée pour l'application du processus de semi-conducteur actuel en raison de la faible épaisseur de l'oxyde. De plus, l'utilisation de gaz de gravure fluorocarbonés (CFx) pose des problèmes de contamination par le carbone ou de dépôt de polymères CFx (CHx) à la surface du film, et qui est un facteur préjudiciable pour la fabrication d'un dispositif. Même si ces limites pour les aspects techniques sont exclues, les potentiels de réchauffement global (GWP) élevés des gaz de gravure à base de CF4 et de NF3 [valeurs GWP ; CF4 (7 390), NF3 (17 200)] suscitent dans un futur proche les besoins en gaz de gravure alternatifs pour les aspects environnementaux14.

Le ClF3 avec un GWP de ~ 0 a été principalement utilisé comme gaz de nettoyage in situ pour les chambres de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) en remplacement des composés perfluorocarbonés (PFC), qui ont des valeurs de GWP élevées ou comme gaz de gravure pour la gravure du silicium par chauffage , gravure par faisceau de cluster neutre, gravure par faisceau d'ions réactifs, etc.15,16,17,18,19. De plus, le ClF3 a été étudié pour la gravure de SiGe dans un système ICP20, la gravure de SiC avec une vitesse de gravure ultra-élevée supérieure à 10 µm/min21, la gravure sélective de métaux de transition et de nitrures métalliques tels que le tantale (nitrure de tantale) sur oxyde métallique ( Ta2O5) avec une méthode de gravure gazeuse à basse pression22. Dans cette étude, le plasma à distance ClF3 a été appliqué pour une gravure sélective rapide et ultra-sélective du nitrure de silicium (SiNx) sur l'oxyde de silicium (SiOy) applicable à la fabrication de dispositifs semi-conducteurs actuels et de nouvelle génération, y compris la mémoire flash tridimensionnelle de type NOT-AND. La gravure de SiNx à l'aide de ClF3 a montré une vitesse de gravure élevée supérieure à 80 nm/min et une sélectivité de gravure de SiNx sur SiOy d'environ 130. La sélectivité de gravure de SiNx a encore été augmentée avec l'ajout de H2 dans le plasma ClF3. L'effet des radicaux Cl, F et H sur la gravure sélective de SiNx a été étudié à l'aide d'outils d'analyse de plasma et de surface, et son mécanisme de gravure a été suggéré.

La figure 1 est un dessin schématique d'un système de gravure au plasma à couplage inductif (ICP) de type distant utilisé dans cette étude. L'intérieur de la chambre de traitement a été recouvert d'une couche d'oxyde d'aluminium par anodisation. La pression de base de la chambre de traitement mesurée avec une jauge à convection a été maintenue à 3 × 10–3 Torr et la pression de fonctionnement contrôlée par un manomètre capacitif (jauge Baratron) a été maintenue à 200 mTorr. Une puissance RF de 13,56 MHz a été appliquée à la bobine ICP de type planaire sur le côté supérieur d'une chambre. Pour la gravure isotrope du SiNx, des doubles grilles à plusieurs trous de 1,5 mm de rayon ont été disposées au centre du réacteur ICP pour éviter un effet de bombardement ionique et délivrer des radicaux sur le substrat. La température du substrat a été mesurée à l'étage de l'échantillon sous l'échantillon, qui a été surveillé par un thermocouple et ajusté de 25 à 500 ° C par un élément chauffant en carbure de silicium (SiC) connecté à une alimentation externe. Le trifluorure de chlore (ClF3, > 99,9 %, 200 sccm), H2 (> 99,999 %) et l'argon (> 99,999 % Ar, 200 sccm) ont traversé un distributeur de gaz de forme circulaire vers la chambre de traitement.

Dessin schématique d'un graveur à plasma à couplage inductif (ICP) de type distant. Au centre de la chambre, des doubles grilles à plusieurs trous sont installées pour empêcher un bombardement ionique et délivrer des radicaux uniquement au substrat. Au cours du processus, la température du substrat a été contrôlée (RT ~ 500 ° C) par un élément chauffant en carbure de silicium (SiC) situé sous le substrat.

Des couches minces vierges de SiNx de 1,5 µm d'épaisseur, des couches minces vierges de SiOy de 300 nm d'épaisseur et des empilements multicouches composés de couches minces répétées de SiOy (27 nm) et de SiNx (27 nm) ont été déposés par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) (fourni par WONIK IPS Inc.).

Le taux de gravure de SiNx et SiOy a été mesuré par un profilomètre à pas (Tencor, Alpha-step 500) et avec une microscopie à émission à balayage (SEM, Hitachi S-4700) après avoir modelé avec un photorésist (PR, AZ 5214E) comme masque de gravure. De plus, les profils de gravure des couches minces multicouches composées d'empilements SiNx/SiOy ont été observés au MEB. La rugosité de surface des films après la gravure a été mesurée au microscope à force atomique (AFM, XE-100, Park System) avec un mode de mesure sans contact. Les caractéristiques du plasma ClF3/H2 ont été analysées par spectrométrie d'émission optique (OES, Avaspec-3648). Les gaz sous-produits pendant le processus de gravure ont été surveillés avec la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR, MIDAC 12 000). L'état de liaison et la composition atomique de SiNx et SiOy (films minces d'épaisseur initiale de 500, 300 nm, respectivement) avant et après la gravure ont été analysés par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS, MXP10, ThermoFisher Scientific) avec un Al Kα monochromatique source (1 486,6 eV) avec une taille de spot de 400 µm. La résolution énergétique attendue de XPS est inférieure à 0,5 eV FWHM. Le logiciel Avantage 5.0 a été utilisé pour les ajustements de courbe et les aires de chaque pic ont été calculées avec un fond de Shirley. L'angle d'incidence des rayons X sur l'échantillon était de 50° et un analyseur d'énergie à secteur hémisphérique était positionné perpendiculairement à la platine de l'échantillon.

La figure 2 montre les caractéristiques de gravure de SiNx et SiOy avec du gaz ClF3 uniquement et des plasmas à distance ClF3. Pour les plasmas distants de ClF3, 200 sccm d'Ar ont été ajoutés à 200 sccm de ClF3 pour la stabilité du plasma. Comme le montre la figure 2a, les vitesses de gravure de SiNx et SiOy ont augmenté progressivement avec l'augmentation de la puissance RF en raison de la dissociation accrue de ClF3 atteignant les vitesses de gravure maximales de SiNx et SiOy à ~ 90 et ~ 0, 8 nm / min, respectivement. Notez que la sélectivité de gravure de SiNx sur SiOy n'a pas varié de manière significative (~ 120) sur des puissances RF de 100 ~ 400 W. Comme le montre la Fig. 2b, le SiNx et le SiOy pourraient également être gravés simplement en faisant circuler du gaz ClF3 uniquement sans la dissociation du ClF3 par les plasmas rf et l'augmentation de la température du substrat ont augmenté les vitesses de gravure des deux films. Cependant, les taux de gravure globaux de SiNx par flux de gaz ClF3 uniquement étaient beaucoup plus faibles par rapport à la gravure avec des plasmas distants ClF3, ce qui démontre que la gravure plasma à distance ClF3 est une méthode beaucoup plus efficace pour la gravure SiNx par rapport à celle par gravure thermique sans plasma. Pendant ce temps, même si les vitesses de gravure des deux matériaux ont augmenté avec l'augmentation de la température du substrat, la sélectivité de gravure de SiNx par rapport à SiOy a diminué. La même tendance a été observée pour la gravure au plasma à distance. Comme le montre la figure 2c, l'augmentation de la température du substrat à ~ 500 ° C à une puissance RF fixe de 300 W a montré une diminution progressive de la sélectivité de gravure en dessous de 40 tout en montrant des taux de gravure SiNx accrus à plus de 600 nm / min. L'effet de la température du processus sur la gravure de SiNx et SiOy peut être compris en traçant les taux de gravure de SiNx et SiOy de manière logarithmique en fonction de la température inverse (1 / T) pour la gravure au plasma à distance ClF3, comme illustré à la Fig. 2d. Pour la gravure activée chimiquement, les vitesses de gravure peuvent être décrites comme une équation d'Arrhenius suivante.

où k est une constante de vitesse, R est la constante des gaz (1,987 cal K-1 mol-1), T est la température du procédé (K) et Ea est l'énergie d'activation. Les énergies d'activation calculées (Ea) de SiNx et SiOy étaient respectivement de 1,93 et 3,18 kcal/mole. L'énergie d'activation plus élevée de SiOy signifie que la vitesse de gravure de SiOy augmente plus rapidement que celle de SiNx avec l'augmentation de la température, ce qui entraîne une diminution de la sélectivité de gravure de SiNx par rapport à SiOy même si les vitesses de gravure des deux matériaux augmentent de manière exponentielle avec augmentation de la température du substrat. La rugosité de surface moyenne quadratique (RMS) de SiNx et SiOy après la gravure avec chaque condition de processus (gravure plasma et thermique à distance) n'a montré aucune différence significative dans la rugosité de surface RMS entre les échantillons pour différentes méthodes de gravure (Figure S1, supplémentaire information).

Caractéristiques de gravure de SiNx et SiOy (a) en fonction de la puissance RF pour le plasma à distance ClF3 à température ambiante, (b) en fonction de la température du substrat pour la gravure chimique avec un flux de gaz ClF3 uniquement, et (c) en fonction de la température du substrat pour le plasma à distance ClF3 à 300 W de puissance rf. 200 sccm Ar (200 sccm) ont été ajoutés au ClF3 pour la stabilité du plasma. ( d ) taux de gravure logarithmique par rapport à 1 / T pour la gravure au plasma à distance ClF3 de SiNx et SiOy en ( c ) pour l'extraction des énergies d'activation.

Pour améliorer la sélectivité de gravure de SiNx par rapport à SiOy, H2 a été ajouté à ClF3 en plus de Ar (Ar a également été ajouté à ClF3/H2 pour la stabilité du plasma) et, l'effet de l'addition de H2 à ClF3 sur les caractéristiques de gravure de SiNx et SiOy était étudié en fonction du pourcentage de H2 dans ClF3/H2 (plasma ClF3/H2/Ar) et les résultats sont présentés à la Fig. 3a. Pour augmenter le pourcentage de H2 dans ClF3 / H2, le débit de H2 a été augmenté tout en maintenant la température du substrat à 25 ° C, la pression de fonctionnement à 200 mTorr, le débit de ClF3 à 200 sccm, le débit d'Ar à 200 sccm et la puissance rf à 300 W. Les vitesses de gravure de SiNx et de SiOy ont diminué avec l'augmentation du pourcentage de H2, cependant, la sélectivité de gravure de SiNx par rapport à SiOy a augmenté avec l'augmentation du pourcentage de H2 dans ClF3/H2. Pour étudier le mécanisme de gravure sélective SiNx sur SiOy, les espèces dissociées dans les plasmas ont été étudiées par OES au centre de la chambre et les sous-produits au cours du processus ont été surveillés à l'aide de FTIR sur le site de pompage. La figure 3b, c montre les spectres d'émission optique et les intensités de pic d'émission relatives de Cl, F et H normalisées par l'intensité de Ar en fonction du pourcentage de H2 dans ClF3/H2, respectivement. Sur la figure 3b, les intensités maximales d'émission optique liées à Cl, H, F et Ar ont pu être mesurées à 280, 656, 704 et 750 nm, respectivement. Sur la figure 3c, les intensités d'émission optique de Cl, F et H ont été normalisées par l'intensité d'émission optique de Ar (750 nm) afin de minimiser l'effet de la densité électronique sur l'estimation de la densité radicalaire à partir de l'intensité d'émission. Comme le montre la figure 3c, l'augmentation du pourcentage de H2 n'a pas modifié l'intensité de Cl, cependant, elle a diminué l'intensité de F tout en augmentant l'intensité de H. La figure 3 montre les données FTIR des sous-produits gazeux tels que SiF4 et HF mesurés sur le site de pompage pour différents pourcentages de H2 dans ClF3/H2. Lorsque le débit de H2 augmente, la concentration de SiF4 diminue, ce qui signifie que la gravure de SiNx est supprimée tout en augmentant la concentration de HF en raison de la réaction de l'hydrogène (H) avec le radical fluor (F) dans le plasma. Habituellement, l'ajout d'hydrogène au plasma à base de fluor conduit au piégeage des radicaux F en formant des molécules HF gazeuses 23,24 qui ont des effets négligeables sur la gravure de SiNx (et SiOy) contrairement à leur état aqueux (ionisé)25,26.

( a ) Caractéristiques de gravure de SiNx et SiOy avec du plasma ClF3 / H2 en fonction du pourcentage de H2 dans ClF3 / H2. ( b ) Données OES du plasma ClF3 / H2 / Ar avec un pourcentage de H2 différent dans ClF3 / H2. ( c ) intensités d'émission optique de Cl, F et H normalisées par l'intensité de Ar (750 nm) dans ( b ) tracées en fonction du pourcentage de H2. ( d ) Données FTIR du plasma ClF3 / H2 pendant la gravure SiNx. Pour les plasmas à distance ClF3/H2, 200 sccm d'Ar ont été ajoutés pour la stabilité du plasma.

Les états de liaison Si et la composition de surface de SiNx et SiOy après la gravure au plasma ClF3 / H2 ont été analysés à l'aide de la spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) et les résultats sont présentés à la Fig. 4 et au tableau 1. Le SiNx et le SiOy ont été gravés au température du substrat de 25 ° C, pression de fonctionnement à 200 mTorr, débits de ClF3 / H2 / Ar à 200 / (0 et 40) / 200 sccm et puissance rf à 300 W. Comme le montre la Fig. 4a, d, les références SiNx et SiOy ne montraient que Si–N à 101,7 eV, Si–O à 103,4 eV, respectivement. Cependant, après la gravure au plasma ClF3, une liaison Si – F importante (103, 6 eV) s'est formée sur la surface de SiNx, probablement en raison de la liaison de Si avec F (Fig. 4b). Le rapport de liaison Si – F diminue avec l'ajout de H2 (20%) en raison de la réduction de F dans le plasma (Fig. 4c et Tableau 1). Cependant, aucune liaison chlore ou Si-Cl (~ 103,3 eV) n'a été observée à la surface de SiNx même s'il y avait suffisamment de radicaux Cl dans le plasma ClF3 / H2, comme le confirment les données OES de la Fig. 3b, probablement en raison de l'effet immédiat. réaction de Si-Cl avec les radicaux F. Pendant ce temps, comme le montrent les figures 4e, f), il n'y a pas eu de changement significatif de la concentration de F sur la surface de SiOy lors de la gravure avec le plasma ClF3 et ClF3 / H2. De plus, aucune formation notable de liaison Si – F sur la surface SiOy pendant la gravure avec le plasma ClF3 et ClF3 / H2 n'a été observée à partir de la déconvolution des données de balayage étroit Si (Si 2p) indiquant que la majeure partie du F est adsorbée sur la surface SiOy après le gravure. De plus, la quantité de F sur la surface de SiOy est bien inférieure à celle de SiNx car la liaison Si – O est moins réactive avec le radical F par rapport à SiNx. Comme le montre la Fig. 4g, h, aucun chlore n'a été observé à la surface de SiNx et de SiOy, même si le chlore a été observé dans OES (Fig. 3b). Les paramètres utilisés pour l'ajustement de la courbe de SiNx sont décrits dans le tableau 1 et la valeur chi carré normalisée pour l'ajustement de la courbe était inférieure à 0,01. Les informations de composition de chaque élément se trouvent dans le tableau S1, informations complémentaires.

Données de balayage étroit XPS (Si 2p) de SiNx (ac), SiOy (df) et Cl 2p (g, h) après gravure avec un plasma ClF3/H2 distant.

La gravure de SiNx et SiOy peut être expliquée par les énergies de liaison des composés de silicium (Si). La figure 5 montre le mécanisme de gravure de SiNx et SiOy sous les radicaux Cl, F. Comme l'énergie de liaison de Si–F (565 kJ/mol) est supérieure à celles de Si–N (355 kJ/mol) et Si–O (452 kJ/mol)22, le SiNx et le SiOy peuvent être gravés spontanément sous des conditions suffisantes. Radicaux F dans le plasma bien que la gravure soit beaucoup plus active pour SiNx que SiOy. Cependant, l'énergie de liaison de Si-Cl (381 kJ/mol) est légèrement supérieure à celle de Si-N mais inférieure à celle de Si-O, ce qui signifie que le radical Cl ne peut réagir qu'avec SiNx et forme une liaison Si-Cl. . Une fois que le Si-N se transforme en Si-Cl, Si-Cl peut être plus facilement converti en Si-F par les radicaux F dans le plasma (en raison de la conversion rapide de Si-Cl en Si-F comme le montre la Fig. 5, aucun chlore n'a pu être observé sur les surfaces de SiNx et SiOy lors de la gravure avec ClF3/H2), puis Si–F sur SiNx est éliminé sous forme de composé volatil SiF4. Pendant ce temps, l'ajout de H2 dans le plasma ClF3 réduit la densité des radicaux F en formant du HF dans le plasma provoquant la diminution de la formation de Si-F sur les surfaces de SiNx et SiOy, et qui entraîne la diminution des taux de gravure de SiNx et SiOy. Cependant, comme la concentration de chlore dans le plasma n'est pas affectée de manière significative par l'ajout de H2, comme le confirment les données OES de la Fig. 3c), la gravure de SiNx est diminuée plus lentement par rapport à celle de SiOy avec un pourcentage croissant de H2 à travers la conversion. de Si-Cl à la surface de SiNx en Si–F, et qui semble augmenter la sélectivité de gravure de SiNx par rapport à SiOy.

Schéma de la réaction chimique du plasma à distance ClF3/H2 lors de la gravure de SiNx et SiOy. Des voies de réaction possibles sont illustrées.

En utilisant les conditions de gravure de ClF3 et ClF3/H2 (20 %), des couches empilées de SiNx/SiOy ont été gravées et les résultats sont présentés sur la figure 6. La figure 6a est l'empilement de référence de SiNx/SiOy avant la gravure. Les figures 6b, c sont la couche empilée de SiNx/SiOy après la gravure à l'aide de plasmas ClF3 et ClF3/H2 (20 %) pendant 5 min et 10 min, respectivement. Comme le montrent les figures 6b, c, une gravure hautement sélective de SiNx sur SiOy a pu être observée pour ClF3 et ClF3 / H2 (20%) en ne montrant aucune différence notable dans l'épaisseur de SiOy le long de la profondeur de gravure. Par conséquent, il apparaît que la sélectivité de gravure pour le SiNx/SiOy réel pourrait être supérieure à celle mesurée avec des tranches vierges. La profondeur de gravure avec l'augmentation du temps de gravure a également été mesurée et les résultats sont présentés en d) pour ClF3 et ClF3/H2 (20 %). Les taux de gravure mesurés de SiNx avec le plasma à distance ClF3 et ClF3 / H2 étaient de 80 et 26 nm / min, respectivement, qui ont des valeurs similaires avec des échantillons vierges dans les mêmes conditions de plasma (Fig. 2a, 3a) en raison des caractéristiques de gravure isotrope du réactif radicaux. De plus, la profondeur de gravure avec le temps de gravure était linéaire pour les deux conditions, par conséquent, aucune gravure dépendante du rapport d'aspect n'a été observée. (Les profils de gravure en fonction du temps de traitement des empilements SiNx/SiOy sont illustrés dans les figures S2 et S3, informations supplémentaires).

Caractéristiques de gravure du ClF3 uniquement et du plasma ClF3/H2 (20 %) dans SiNx/SiOy empilé. ( a ) Images SEM de référence SiNx / SiOy empilés. Profil de gravure de SiNx/SiOy empilés après la gravure avec (b) plasma ClF3 et (c) ClF3/H2 (20 %) pendant 5 min et 10 min, respectivement. ( d ) Profondeur de gravure de SiNx dans le SiNx / SiOy empilé avec temps de gravure pour les plasmas ClF3 et ClF3 / H2 (20%).

La gravure isotrope et sélective de SiNx sur SiOy a été étudiée en utilisant un plasma distant ClF3/H2 avec une source ICP. La gravure SiNx utilisant des procédés thermiques assistés par plasma a montré le taux de gravure le plus élevé ainsi que la morphologie de surface la plus lisse par rapport à celle gravée uniquement avec une gravure thermique ou une gravure au plasma. Les caractéristiques de gravure dépendant de la température de SiNx et SiOy ont démontré une énergie d'activation plus élevée de SiOy par rapport à celle de SiNx dans le plasma à distance ClF3. De plus, l'ajout de H2 (20 %) au plasma ClF3 a amélioré la sélectivité de gravure de SiNx par rapport à SiOy de 130 à 200 même si la vitesse de gravure de SiNx a été réduite de ~ 83 à ~ 23 nm/min. Nous pensons que la technologie de gravure SiNx rapide et ultra-sélective peut être appliquée non seulement au processus de fabrication de mémoire flash tridimensionnelle de type NON-ET de nouvelle génération, mais également à divers processus de semi-conducteurs nécessitant une gravure précise de SiNx.

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Cette recherche a été soutenue par le MOTIE [ministère du Commerce, de l'Industrie et de l'Énergie (20003665)], le programme de soutien KSRC (Korea Semiconductor Research Consortium) pour le développement du futur dispositif semi-conducteur et Samsung Electronics Co., Ltd. (IO201211-08086 -01). Cette recherche a également été soutenue par l'Université SungKyunKwan et le BK21 FOUR (Graduate School Innovation) financé par le ministère de l'Éducation (MOE, Corée) et la National Research Foundation of Korea (NRF). Les auteurs tiennent à remercier Wonik IPS pour la fourniture de tranches de pile SiNx/SiOy et à Wonik Materials pour la fourniture de gaz ClF3.

Ces auteurs ont contribué à parts égales : Won Oh Lee et Ki Hyun Kim.

École des sciences et de l'ingénierie des matériaux avancés, Université Sungkyunkwan, 2066 Seobu-ro, Jangan-gu, Suwon-si, Gyeonggi-do, 16419, République de Corée

Won Oh Lee, Ki Hyun Kim, Doo San Kim, You Jin Ji, Ji Eun Kang, Hyun Woo Tak, Jin Woo Park et Geun Young Yeom

Groupe de recherche et développement, Wonik Materials Co. Ltd., Cheongju, 28125, République de Corée

Han Dock Song, Byeong Ok Cho et Young Lae Kim

Laboratoire de recherche en électronique, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, États-Unis

Ki Seok Kim

SKKU Advanced Institute of Nano Technology (SAINT), Université Sungkyunkwan, 2066 Seobu-ro, Jangan-gu, Suwon-si, Gyeonggi-do, 16419, République de Corée

Geun Young Yeom

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GYY a lancé le projet. WOL, KHK et GYY ont contribué à la conception expérimentale. WOL, KHK a écrit le texte principal du manuscrit. DSK, JWP ont contribué à la configuration expérimentale. HWT a effectué une mesure OES. YJJ, JEK a effectué le traitement au plasma. Tous les auteurs ont examiné le manuscrit.

Correspondance avec Geun Young Yeom.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Lee, W., Kim, K., Kim, D. et al. Gravure sélective de nitrure de silicium sur oxyde de silicium à l'aide d'un plasma à distance ClF3/H2. Sci Rep 12, 5703 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-09252-3

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Reçu : 07 décembre 2021

Accepté : 17 mars 2022

Publié: 05 avril 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-09252-3

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