할로겐이없는 원자 에칭

일본과 대만의 연구원들은 원자 수준의 정밀도를 갖는 하프 늄 산화물 (HFO2) 필름을 에칭 할 수있는 할로겐이없는 혈장 기술을 시연하여 차세대 반도체 제조의 중요한 단계를 나타 냈습니다.소규모 과학에서보고 된이 공정은 독성 할로겐 기반 가스에 의존하지 않고 실온에서 매끄럽고 균일 한 표면을 달성하며, 이는 종래의 혈장 에칭에 널리 사용됩니다.

HFO2는 이미 고급 전자 장치의 초석 재료이며, 높은 유전 상수, 열 안정성 및 광역 간격으로 평가됩니다.이러한 특성은 2D 트랜지스터 및 차세대 메모리 장치의 초트라틴 게이트 절연체의 필수 후보입니다.그러나 그 강한 하프 늄 - 산소 결합은 또한 HFO2가 정밀도와 표면 부드러움으로 에칭하기가 어렵게 만듭니다.


전통적인 혈장 강화 된 원자 층 에칭 (ALE) 방법은 에너지 이온 폭격과 관련된 할로겐 가스 (유형적으로 불소 또는 염소)를 사용하여 이것을 다룹니다.효과적이지만 접근 방식에는 단점이 있습니다.할로겐 가스는 독성적이고 환경 적으로 손상되지만, 부산물은 종종 변동성이 낮고 반응기 벽이나 장치 측벽에 달라 붙고 성능 저하 된 성능이 저하됩니다.



Ming Chi University of Technology와 협력하여 Nagoya University의 Shih-nan Hsiao와 Masaru Hori가 이끄는이 팀은 할로겐을 질소 및 산소 플라즈마로 대체하는 2 단계 주기적 방법을 설계했습니다.첫 번째 단계에서, N, 이온은 HFO2 표면을 폭격하여 필름에 질소를 결합시킨다.두 번째로, O2 혈장은 자체 제한 반응을 통해 질소 결합 층을 제거합니다.각 사이클은 0.023 ~ 0.107 나노 미터의 재료를 제거하여 아 원자의 정밀도를 가능하게합니다.

적외선 분광법 및 X- 선 광전자 분광법을 사용한 표면 분석은 질소 원자가 산소 혈장 하에서 휘발성 부산물로 분해되기 전에 사이클 동안 산소 원자를 일시적으로 대체한다는 것을 확인 하였다.에칭 외에도이 방법은 표면 형태를 향상시킵니다. 20주기 후에는 거칠기가 60%감소했습니다.

결정적으로, 공정은 실온에서 작동하여 에너지를 절약하고 반도체 팹으로의 통합을 단순화합니다.또한 청정제,보다 지속 가능한 제조를 지원하는 할로겐 기반 잔류 물을 피합니다.

반도체 치수가 몇 나노 미터로 줄어들므로 이와 같은 기술은 환경 영향을 줄이면 장치 성능을 유지하는 데 필수적입니다.이 연구는 HFO2를위한 최초의 할로겐이없는 원자 수준의 에칭 경로를 확립하여 고급 마이크로 일렉트로닉스에서 다른 에칭하기 어려운 재료를 처리하기위한 모델을 잠재적으로 설정할 수 있습니다.