无定形碳膜:为何成为 3D NAND 硬掩模的首选材料
在半导体领域,材料的选择对于器件性能起着至关重要的作用。本文将深入探讨为什么选碳作为 3D NAND 的硬掩模,首先让我们了解一下无定形碳膜。
无定形碳膜(Amorphous Carbon Film),也就是非晶碳膜,它是一种由碳原子构成但没有长程有序结构的薄膜材料。与金刚石或石墨中碳原子规则排列不同,这种不规则排列使其被称为 “无定形”。
可能大家对无定形碳膜还是有些陌生,如果我说出它的另一个名字,大家就恍然大悟了。无定形碳膜,又可以被叫做类金刚石碳膜(DLC, Diamond-Like Carbon),该膜层能够为几乎任何材料的表面实现类似于金刚石的一些特性。
无定形碳膜具有多种不同的形式。DLC 一共有 9 种不同的形式,分别为 aC,aC:H,aC:Me,aCMe,aC:X,aCX,ta - C,ta - C:H,ta - C:X 等,并且每种形式都有大量的 sp3 杂化轨道。其中 ta - C 最硬,它未掺入任何其他元素,而其他种类的无定形碳则使用了氢、石墨和金属等填料以改变其结构与性能。
无定形碳膜拥有众多优秀品质:
●硬度极高:DLC膜的硬度可以达到70 GPa,接近天然金刚石的硬度(约为80-120 GPa)。
●润滑性好:sp³杂化轨道越多,润滑性越好。在干燥条件下的摩擦系数很低(0.1-0.2) 耐磨性极佳。
●化学惰性强:能够抵抗酸、碱和一些有机溶剂的侵蚀。
●电绝缘性好:电阻率很高,适用于需要电绝缘保护的应用场景。
在 3D NAND 中,主要看中了 DLC 的硬度,这样在进行沟道通孔刻蚀时,可以保护下层的堆叠层不受伤害。
无定形碳膜的制备方法主要有物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两种。PVD 使用石墨形式的固体碳作为其碳源,包括电弧、溅射和激光等方法。CVD 则使用烃类气体(如甲烷)作为其碳源,包括射频(RF)、直流(DC),自放电等方法。而硬掩模的刻蚀,蚀刻气体以 O₂为主,可加入一些 N₂与 H₂。
总的来说,碳材料凭借无定形碳膜的这些特性,成为了 3D NAND 硬掩模的理想选择,在推动 3D NAND 技术发展中发挥着重要作用。
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