3D NAND过程中磷和钨的自动化学监测

3D NAND器件的制备涉及一个具有挑战性和复杂的沉积和蚀刻过程。有两种蚀刻工艺对3D NAND产品的产量有显著影响:氮化硅牺牲去除和3D NAND字线形成中的W蚀刻回。

本文调查了一项自动化的在线化学化学管理系统，专门开发，以便于实时监测和控制牺牲氮化硅去除和W蚀刻后的过程。

中央挑战3d nand.是堆叠高度的有效缩放，以确保更高的位密度。虽然2D平面Nand受光刻的限制，但是3D NAND的位密度受到复杂沉积和蚀刻工艺步骤的约束，同时垂直堆叠NAND结构。

3D NAND制造以多层氮化硅和氧化物沉积开始。其次是字线和通道的高纵横比孔蚀刻。单词线中使用的氮化硅是牺牲层。

通过浸入式湿蚀刻、随后的介质(ONO)和钨金属栅极、沉积和最后的蚀刻来消除这一问题。¹

已经鉴定了氮化硅牺牲移除和W蚀刻后，作为该过程流程中的两个关键步骤。这些步骤中的每一个都需要准确的实时过程控制和计量。

临界湿蚀刻工艺

热磷酸牺牲式氮化硅刻蚀

使用热磷(热磷)酸来蚀刻硅已经在半导体制造中使用了很多年，并且被很好地理解。

控制氮化物和氧化物蚀刻速率涉及有效地控制H中的温度和含水量_3.宝₄．用硅酸盐调味热的PHOS蚀刻浴也导致进一步降低SIO的蚀刻速率₂以及蚀刻选择性的改进。

理论上，通过调味h来实现批判性高蚀刻选择性_3.宝₄具有高浓度的二氧化硅。

动态镀液加载行为和腐蚀副产品意味着在没有实时监测和控制的情况下，在一段时间内保持稳定的腐蚀过程和极高的腐蚀选择性是非常具有挑战性的。

可靠地实时监测和控制Si的能力在防止Si沉淀导致的过程诱导缺陷方面也很重要。

ECI建立了一套方法^2,3为了准确分析热PHOS蚀刻浴缸组分，使得稳定可靠的控制和监测蚀刻工艺。

这些方法在蚀刻液的整个使用寿命中促进了可靠和稳定的蚀刻过程，同时改善了进料、排气和成本节约，最终延长了蚀刻液的使用寿命。

可以使用ECI自动在线系统中应用的方法获得实时结果Qualisurf QSF-500（图1）。

图1所示。QUALISURF^®QSF-500湿法化工监测系统。图片来源:ECI技术公司

图2。测量Si与ICP-AES的比较。图片来源:ECI技术公司

实时测量结果并与离线电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)(图2)进行比较，以确认其准确性。

这里概述的调味和蚀刻实验成功地证明了热磷氮化硅蚀刻过程的精确监测和控制能力。实验结果如图2和图3所示。

图3。调味过程。图片来源:ECI技术公司

图4。在“饲料和流血”期间监测SI。图片来源:ECI技术公司

调味料过程

PAN钨(W)刻蚀

当Si或SiO的铝的良好控制选择性蚀刻时，通常使用平底锅（磷乙型硝酸）₂是必需的。PAN也是W蚀刻回在3d nand流程．

与铝蚀刻一样，W也在形成副产物的硝酸中氧化（W（NO_3.）^x）将溶于磷酸。通过用作润湿剂，锅中的乙酸便于蚀刻工艺，因此取出H.₂副产品。

H的浓度_3.宝₄增加了PAN解决方案的一生。这是由于硝酸/醋酸/ h的蒸发损失₂o . H_3.宝₄如果要保持稳定的，一致的蚀刻速率，应控制浓度。W的不一致蚀刻将使3D NAND设备短，特别是当W蚀刻（图5）时。

ECI开发了一种能够精确监控和控制PAN组件的在线自动化化学管理系统。不同浓度的h_3.宝₄在尖峰实验期间加入浴中，并且该系统能够准确测量H._3.宝₄组分浓度（图6）。

图5。钨（W）下面和过度蚀刻。图片来源:ECI技术公司

图6。Pan Spiking实验显示测量和预期的匹配结果。图片来源:ECI技术公司

结论

对3D NAND中更高的位密度的持续需求将推动制造工艺和堆栈高度的限制。随着堆垛层数的增加，这一过程的监测和控制变得越来越重要。

本文概述了实时在线自动化解决方案的结果及其精确监测和控制硅的能力_3.N₄和w蚀刻。

参考

1. J.H. Jang, H.S.Kim, W.Cho和W.S.Lee，“利用TCAT(太位单元阵列晶体管)技术实现超高密度NAND闪存的垂直单元阵列”，IEEE超大规模集成电路技术研讨会，第193 -193页2009。
2. ECI Technology，Inc。新闻稿，“Qualisurf符合日本和台湾Fabs”，Totowa，NJ，2012年2月2日。
3. C. N. Bai，G. Liang，E. Shalyt，“用于高选择性硅氮化硅蚀刻的计量”，固态现象，Vol。255，pp。81-85,2016。

这些信息的来源、审查和改编来自ECI技术公司提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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