Halogen Free Atomic Etching

Исследователи из Японии и Тайваня продемонстрировали технику плазмы без галогенов, способную протянуть пленки оксида гафния (HFO2) с точностью атомного уровня, отмечая значительный шаг для производства полупроводников следующего поколения.Сообщается в небольшой науке, процесс достигает гладких, равномерных поверхностей при комнатной температуре, не полагаясь на токсичные галогенные газы, которые широко используются в обычном травлении плазмы.

HfO2 is already a cornerstone material in advanced electronics, valued for its high dielectric constant, thermal stability, and wide band gap.These properties make it an essential candidate for ultrathin gate insulators in 2D transistors and next-gen memory devices.Yet its strong hafnium–oxygen bonds also make HfO2 notoriously difficult to etch with both precision and surface smoothness.


Традиционные методы травления по атомному слою (ALE) с усиленным в плазме (ALE) рассматривают это с использованием галогенных газов-типично фтора или хлора-с энергетической ионной бомбардировкой.While effective, the approach has drawbacks.Галогенные газы токсичны и экологически вредны, в то время как их побочные продукты часто имеют низкую волатильность, цепляясь за стены реактора или боковые стенки устройства и снижая производительность.



Команда, возглавляемая Ши-Нан Сяо и Масару Хори в Университете Нагоя в сотрудничестве с Технологическим университетом Мин Чи, разработала двухэтапный циклический метод, который заменяет галогены азотом и кислородной плазмой.In the first stage, N⁺ ions bombard the HfO2 surface, bonding nitrogen to the film.In the second, an O2 plasma strips away the nitrogen-bonded layer via a self-limiting reaction.Each cycle removes just 0.023 to 0.107 nanometers of material, enabling subatomic precision.

Анализ поверхности с использованием инфракрасной спектроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии подтвердил, что атомы азота временно заменяют атомы кислорода во время цикла, а затем разлагаются на летучие побочные продукты в плазме кислорода.Beyond etching, the method also improves surface morphology: after 20 cycles, roughness was reduced by 60%.

Crucially, the process operates at room temperature, saving energy and simplifying integration into semiconductor fabs.It also avoids halogen-based residues, supporting cleaner, more sustainable manufacturing.

Поскольку полупроводниковые размеры сокращаются до нескольких нанометров, подобные методы будут необходимы для поддержания производительности устройства при одновременном снижении воздействия на окружающую среду.В исследовании устанавливается первый безгалогеновый маршрут травления на атомном уровне для HFO2, что потенциально устанавливает модель для обработки других трудолюбивых материалов в современной микроэлектронике.