Applications and mechanisms of anisotropic two-step Si3N4 etching with hydrogen plasma conditioning

氮化物 氧化物 蚀刻(微加工) 等离子体刻蚀 材料科学 图层(电子) 等离子体 闪存 光电子学 纳米技术 化学工程 冶金 计算机科学 计算机硬件 工程类 物理 量子力学
作者
Ying Rui,Meng-Hsien Chen,Sumeet C. Pandey,Lan Li
出处
期刊:Journal of vacuum science & technology [American Institute of Physics]
卷期号:41 (2) 被引量:1
标识
DOI:10.1116/6.0002139
摘要

The ability to precisely form Si3N4 spacers is critical to the success of dynamic random-access memory and NAND (NOT AND) flash memory technology development. In this study, we investigated the mechanisms and process windows of an innovative two-step nitride (Si3N4) etch consisting of H2 plasma processing in an inductively coupled plasma chamber followed by either buffered oxide etch (BOE, a mix of NH4F and HF solution) wet clean or in situ NF3 plasma etch. We obtained layer–by-layer removal with each layer’s removal capable of more than 10 nm. We revealed that H can penetrate more than 20 nm deep into the nitride film to transform pristine Si3N4 into SiON after air exposure, which can be subsequently removed by BOE wet clean. The H2 and BOE steps do not need to run back-to-back; the modified SiON layer is stable enough to sustain elevated temperature processing and can be removed by BOE later down-the-line integration. We also demonstrated that using NF3 plasma can have highly selective etch of nitride over oxide due to the incubation time difference between these two types of films. It takes much longer time to initiate the chemical reaction for oxide compared with nitride. Critically, the role of H2 is not the key for high selectivity; instead, it provides an etch directionality and shortens the incubation time for both nitride and oxide.

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