Halogeenvrij atoometsen
De techniek vermijdt giftige bijproducten van conventionele halogeengassen, waardoor de impact op het milieu wordt verlaagd en tegelijkertijd de schaling van halfgeleiders wordt ontwikkeld.
Onderzoekers uit Japan en Taiwan hebben een halogeenvrije plasma-techniek aangetoond die in staat is om hafniumoxide (HFO2) -films te etsen met precisie op atoomniveau, wat een belangrijke stap markeert voor de productie van halfgeleiders van de volgende generatie.Gerapporteerd in de kleine wetenschap, bereikt het proces gladde, uniforme oppervlakken bij kamertemperatuur zonder te vertrouwen op giftige halogeengebaseerde gassen, die veel worden gebruikt bij conventionele plasma-etsen.
HFO2 is al een hoeksteenmateriaal in geavanceerde elektronica, gewaardeerd vanwege zijn hoge diëlektrische constante, thermische stabiliteit en brede bandafstand.Deze eigenschappen maken het een essentiële kandidaat voor ultrathin gate-isolatoren in 2D-transistors en volgende generatie geheugenapparaten.Toch maken de sterke hafnium -oxygenbindingen ook HFO2 notoir moeilijk te etsen met zowel precisie als oppervlakte gladheid.
Traditionele plasma-verbeterde atomaire lagen Etching (ALE) -methoden behandelen dit met behulp van halogeengassen-typisch fluor of chloor-gecombineerd met energetisch ionbombardement.Hoewel effectief, heeft de aanpak nadelen.Halogeengassen zijn giftig en milieubeschadigend, terwijl hun bijproducten vaak een lage volatiliteit hebben, vasthouden aan reactorwanden of zijwanden van het apparaat en afbraakprestaties.
Het team, geleid door Shih-nan Hsiao en Masaru Hori van Nagoya University in samenwerking met Ming Chi University of Technology, ontwierp een tweestaps cyclische methode die halogenen vervangt door stikstof- en zuurstofplasma's.In de eerste fase bombarderen n⁺ ionen het HFO2 -oppervlak en bindt stikstof aan de film.In het tweede stript een O2-plasma de stikstofgebonden laag weg via een zelfbeperkende reactie.Elke cyclus verwijdert slechts 0,023 tot 0,107 nanometer materiaal, waardoor subatomaire precisie mogelijk wordt.
Oppervlakte-analyse met behulp van infraroodspectroscopie en röntgenfoto-elektronenspectroscopie bevestigde dat stikstofatomen zuurstofatomen tijdelijk vervangen tijdens de cyclus voordat ze ontbinden tot vluchtige bijproducten onder zuurstofplasma.Naast etsen verbetert de methode ook de oppervlaktemorfologie: na 20 cycli werd ruwheid met 60%verminderd.
Cruciaal is dat het proces bij kamertemperatuur werkt, waardoor energie wordt bespaard en integratie vereenvoudigt in halfgeleider Fabs.Het vermijdt ook op halogeen gebaseerde residuen, ter ondersteuning van schonere, duurzamere productie.
Terwijl de afmetingen van halfgeleiders in slechts enkele nanometers krimpen, zullen dergelijke technieken essentieel zijn om de prestaties van het apparaat te behouden en tegelijkertijd de impact van het milieu te verminderen.De studie stelt de eerste halogeenvrije etsroute op atoomniveau voor HFO2 vast, waardoor mogelijk een model wordt ingesteld voor het verwerken van andere moeilijk te zoeken materialen in geavanceerde micro-elektronica.