Xe, Kr을 이용한 마스크 형태 및 다각형 개선을 위한 증착제어

Abstract

반도체 낸드플래시 메모리 소자 역시 스케일링 한계에 가까워지면서 설계는 2D 평면구조에서 3D 구조로 바뀌고 있다. 2D 평면구조는 더 높은 밀도를 얻기 위해 셀을 축소해야하지만 축소되는 기술은 패터닝과 셀 간 교차간섭과 같은 많은 난제로 인해 어려움이 있다. 대신 3D 구조 낸드플래시 메모리는 셀 간 공간을 늘려 이러한 난관을 극복할 수 있지만, 높은 밀도를 가지는 HARC (High Aspect Ratio Contact) 공정이 필수적으로 요구된다. 이와 같은 경우, 식각을 해야하는 두께는 device roadmap 에 따라 향후 지속적으로 증가할 수 밖에 없는 상황이며 이에 따라 식각에 필요한 마스크의 높이 또한 증가할 수밖에 없으며 높은 마스크 선택비 및 식각공정중 마스크 형태유지가 요구된다. 본 연구에서는 3D 구조의 웨이퍼로 식각공정중 높은 마스크 선택비를 확보하며 다각형이 없는 마스크 형태를 유지하는 몇가지 접근법중 새로운 etching buffer 가스 (Kr/Xe)를 통해 기존 etching buffer 가스 (Ar) 대비 마스크 형태학 및 선택성을 개선할 수 있는지를 평가하였으며, 마스크 선택비 및 다각형 개선으로 profile 및 bottom CD 모양의 왜곡 (distortion) 변화에 초점을 맞추었다. 이를 확인하기 위해 dxide/nitride 로 다층적층된 3D 구조 웨이퍼위에 ACL 박막을 준비하였으며, CCP 장비를 통해 변화된 etching buffer 가스 Kr, Xe, Ar 유량을 투입후 마스크 선택비, 다각형태, 프로파일은 SEM 분석을 통해서 진행하였으며, distortion 은 FIB 또는 chipping 방식을 통해 시료를 제작후 SEM 분석을 진행하였다. 새로운 etching buffer 가스(Kr/Xe)는 사용시 기존 Ar 대비 플라즈마의 낮은 Te 로 인해 CF2+,CF3+와 같은 polymerizing polymer 을 생성하며 마스크 형태를 개선하여 morphology 및 circularity 를 개선해 device 에서 요청되는 distortion 열화를 개선할 수 있음을 확인하었으나, high RF power 를 사용하는 HARC 공정의 특성상 마스크 선택비 개선은 여전히 부족함을 확인하였다.; Abstract

Deposition control for mask morphology and polygonal improvement by noble gas (Xe, Kr) in Dielectric etching

Recently consumer demand for higher functionality at a lower cost continues to drive chip makers to shrink geometries and increase yields. It means that memory technology development must shrink cells to achieve higher density. But, the key challenges for scaling down and shrinking technologies are the limitations such as patterning and inter-cell interception. NAND flash memory devices have also changed from 2D flat structure to 3D-structured in order to overcome the limitations of scaling in the 10-nanometer range. Therefore, HARC (High Aspect Ratio Contact) process is essential. For HARC process, the problem is that the limits of mask thickness, the controllability of mask morphology and polygonal during etching including hole twisting and bending. The characteristics of mask morphology and polygonal were investigated with an CCP chamber using two different noble gas (Xe/Kr). This study is that the new etching buffer gas (Xe/Kr) can improve mask morphology, selectivity and polygonal compared to the existing buffer gas (Ar) and focused on the distortion distribution of bottom CD’s shape by improving mask morphology and polygonal improvement. The feasibility and extendibility of mask morphology, polygonal and distortion improvement using Xe/Kr as etching buffer gas on HARC process were confirmed even though mask selectivity would not be improved.