使用 ClF 3 H 2远程等离子体在氧化硅上选择性蚀刻氮化硅

引言

在过去时间里，在三维与非型碰撞记忆制造中，氮化硅/氧化硅堆栈的数量增加，SiNx/SiOy层重复层的厚度随着垂直存储密度的增加而不断减小。因此，在SiNx/SiOy堆栈中，SiNx层均匀、超高选择性的对SiOy层的蚀刻越来越具挑战性。到目前为止，SiNx在SiNx堆/SiOy堆中的选择性蚀刻是通过使用热磷酸（h3po4）3-6进行湿式蚀刻来实现的。（江苏英思特半导体科技有限公司）

此外，一些用于提高SiNx/SiOy蚀刻选择性的添加剂被发现会在蚀刻后引起氧化物再生问题，除非其工艺条件没有被仔细控制5。为了解决这些问题，需要开发一种各向同性和选择性蚀刻的干法工艺，作为三维非和型碰撞存储器制造的替代技术。（江苏英思特半导体科技有限公司）

实验

图1是本研究中使用的一种远程型电感耦合等离子体（ICP）蚀刻系统的示意图。工艺室内的Te通过阳极氧化法涂覆了氧化铝层。用对流计测量的工艺室的基本压力保持在3×10-3Torr，用电容压力计（气压计）监测的工作压力保持在200 mTorr。对腔室上部的平面型ICP线圈施加13.56 MHz射频功率。（江苏英思特半导体科技有限公司）

对于SiNx的各向同性蚀刻，在ICP反应器中心设置了半径为1.5 mm的多孔的双栅，以防止离子轰击，并在基底上传递自由基。样品温度在样品下方的样品阶段测量，该温度由热电偶监测，并通过连接到外部电源的碳化硅（碳化硅）加热器从25调整到500°C。三氯（ClF3，>99.9%，200 sccm）、H2（>99.999%）和氩（>99.999% Ar，200 sccm）通过圆形气体分配器融合到工艺室。

结果和讨论

图2显示了仅使用三氟化氯气体和三氟化氯远端等离子体的SiNx和SiOy的蚀刻特性。对于三氟化氯远端等离子体，在200 sccm的三氟化氯中加入200 sccm，以提高等离子体的稳定性。如图2a所示，随着射频功率的增加，由于三氟化氯的解离增强，SiNx和SiOy的蚀刻率逐渐增加，分别在~ 90和~ 0.8 nm/min时达到SiNx和SiOy的最大蚀刻率。需要注意的是，SiNx对SiOy的蚀刻选择性对100~400 W的射频功率没有明显变化。如图2b所示，SiNx和SiOy也可以仅通过混合三氟化氯气体进行蚀刻，而不通过射频等离子体解离三氟化氯，而底物温度的升高提高了两种flms的蚀刻速率。

然而，三氟化氯气体处理的整体SiNx蚀刻率仅比三氟化氯远端等离子体蚀刻要低得多，这表明三氟化氯远程等离子体蚀刻比无等离子体热蚀刻是更有效的SiNx蚀刻方法。同时，尽管两种材料的蚀刻速率都随着衬底温度的升高而提高，但SiNx对SiOy的蚀刻选择性都降低了。远端等离子体蚀刻也有同样的趋势。如图2c所示，在300 W的弯曲射频功率下，随着底物温度升高到500°C，蚀刻选择性在40以下逐渐降低，而在600 nm/min时SiNx蚀刻速率增加。（江苏英思特半导体科技有限公司）

图1.远程型电感耦合等离子体（ICP）蚀刻器示意图。

图2.SiNx和SiOy (a)的蚀刻特性作为三氟化氯远程等离子体射频功率的函数，(b)作为基底温度和三氟化氯气体化学蚀刻的函数，(c)作为三氟化氯远程等离子体衬底温度的函数。

结论

利用带有ICP源的ClF3/H2远端等离子体，研究了SiNx在SiOy上的各向同性和选择性蚀刻作用。与仅采用热蚀刻或等离子体蚀刻相比，采用等离子体辅助热工艺的Te SiNx蚀刻显示出最高的蚀刻速率和最光滑的表面形态。在三氟化氯远端等离子体中，SiNx和SiOy的温度温度依赖性蚀刻特性表明，SiOy的活化能高于SiNx。

此外，在三氟化氯等离子体中加入H2（20%）提高了SiNx对SiOy的蚀刻选择性，从130提高到200，尽管SiNx的蚀刻率从83降低到23nm/min。我们相信，快速、超高选择性的SiNx蚀刻技术不仅可以应用于下一代三维非和型碰撞存储器制造工艺，还可以应用于需要精确的SiNx蚀刻的各种半导体工艺。（江苏英思特半导体科技有限公司）

审核编辑 黄宇