차세대 HARC process의 new mask로서의 Boron-doped amorphous carbon layer etching

Abstract

Boron doped amorphous carbon layer (B-ACL)는 적층의 높이가 증가하는 3D NAND Flash의 etching을 위한 mask로서 기존에 사용되고 있는 amorphous carbon layer를 대체할 수 있는 material로 대두 되고 있다. 기존에는 B-ACL etching을 위해서 고온의 ESC 온도가 사용되어져 왔으나 이러한 경우에는 B-ACL을 etching하기 위한 mask인 SiON을 상온의 ESC 온도를 갖춘 별도의 chamber에서 etching을 해야 하는 문제점이 있다. 본 연구에서는 SiON과 B-ACL을 동일 chamber에서 etching할 수 있는 medium temperature인 130 °C에서 inductive coupled plasma (ICP)를 사용하여 etching하였고 조건에 따른 특성 및 profile에 관하여 고찰하였다. 그리고 B-ACL을 mask로 사용하여 oxide/nitride high aspect ratio contact (HARC)에 대한 etching을 진행하여 선택비를 평가하였다. B-ACL etching 조건에 있어서 electrostatic chuck (ESC) 온도, O2, 그리고 bias pulsing 등의 효과들을 조사하였다. 높은 ESC온도는 doping 농도가 낮을 경우 sidewall passivation이 약화시켜 profile에 부정적인 영향을 주는 것을 확인하였다. O2 gas flow는 B-ACL의 profile에 큰 영향을 미친다. O2는 B-ACL의 sidewall을 control하는데 도움이 되지만 지나치게 flow가 많을 경우 mask opening이 되지 않는 문제점을 발생시킨다. 따라서 ramping up/down과 같은 gas flow의 새로운 control 방법은 etching 공정의 window를 넓히는데 도움이 되었다. Bias pulsing은 B-ACL의 profile과 선택비를 control하는데 효과적이었다. B-ACL etching에 있어서 high voltage가 필요하지만 SiON mask와의 선택비와 균형을 맞추어야 한다. Bias pulsing은 bias-on 상태에서 high voltage를 유지하면서 bias-off 상태에서 선택비를 확보할 수 있게 된다. 이와 같은 특성을 이용하여 medium temperature인 130 °C 에서 etching 조건이 성공적으로 개발되어 SiON/B-ACL in-situ etching이 가능해졌다. 이러한 과정을 통해 형성된 B-ACL mask는 HARC etching에서 ACL mask 대비 선택비가 60% 우수한 결과를 보였으며 차세대 HARC 공정의 hard mask material로 사용될 수 있는 가능성을 확인하였다.