利用氨等离子体预处理进行无缝间隙fll工艺的生长抑制

引言

半导体器件的设计规则收缩是集成过程中每一步的一个挑战。在隔离的间隙-fll过程中，使用沉积工艺不能抑制接缝和空隙的形成，甚至具有良好的台阶覆盖。为了在高纵横比结构中实现无缝间隙fll，其具有非理想的负斜率，沉积过程应能够实现“自下而上的生长”行为。在本研究中，利用等离子体处理的生长抑制过程，研究了二氧化硅等离子体增强原子层沉积（PE-ALD）过程在沟槽结构中自下而上的生长。采用n2和氨等离子体预处理抑制二氧化硅PE-ALD过程的生长，并采用x射线光电子能谱进行表面化学分析，研究其抑制机理。此外，根据氨等离子体预处理的工艺条件，通过横断面场发射扫描电镜测量，检测了二氧化硅PE-ALD工艺的间隙-fll特性。最后，通过使用氨等离子体预处理的二氧化硅PE-ALD的自下而上的生长行为，实现了在高纵横比沟槽模式下的无缝间隙-fll过程。
实验

设计规则收缩是提高半导体积分密度的关键要求。为了实现一个简化设计规则的设备，不仅图案化过程，如光刻和蚀刻，而且在通道所在的活动物之间的隔离，对于确保设备的稳健操作很重要。在这方面，隔离过程，如浅沟槽隔离、接触孔、通道空孔氧化物和金属间介质，已经成为获得尖端半导体器件的重要手段。然而，隔离过程的多样性随着结构纵横比的增加和具有移动深度（~1 μm）的活性物质之间空间的减少而增加。因此，应开发一种具有良好步长覆盖能力的沉积过程，可以覆盖不形成接缝或孔隙的活动物之间的空间：这是沉积过程的特性之一，称为“间隙-fll特性”。在这方面，原子层沉积（ALD）已被使用作为一个间隙-fll过程，使用二氧化硅较薄的flms。Te ALD过程表现出由前驱体在底物表面的化学吸附引起的自限性生长行为，导致步长覆盖率超过95%。然而，ALD过程的良好的台阶覆盖导致了接缝或空洞的形成。在具有理想蚀刻轮廓和正斜率的高纵横比模式的情况下，ALD过程可以影响结构。然而，高纵横比模式的真实蚀刻轮廓将有一个负斜率，由于工艺缺陷，导致变细或弯曲形状。当沟槽或孔的侧壁呈负坡度时，保形二氧化硅flm沉积会导致接缝或空洞的形成。换句话说，沉积过程中良好的步长覆盖特性阻碍了间隙-fll特性。

图1.与无抑制剂的病例相比，含N2 ^ ^ 和氨 ^ ^ 的二氧化硅PE-ALD的GPC比率降低。
结果和讨论

图1和表1显示了等离子体预处理的生长抑制效果，这取决于气体的种类，即N2和氨。在实施等离子体增强ALD（PE-ALD）二氧化硅序列之前，对每种气体进行1s的等离子体预处理。无血浆预处理的PE-ALD二氧化硅的生长速率（GPC）为0.064nm/周期，N2血浆预处理（N2 ^ ^ ）和氨血浆预处理（氨 ）的生长速率分别下降到0.039和0.026。与无抑制剂组相比，N2 ^ ^ 和氨 ^ ^ 的GPC比值分别为39.1和59.4%。抑制效果的差异归因于N2 ^ ^ 和氨 ^ ^ 之间反应活性的差异。由于氨包含相对较弱的化学键，N-H，可能会诱导相对大量的自由基，导致PE-ALD二氧化硅具有较高的生长抑制作用。

图2.(a)O、Si、C、N的深度轮廓；C和N的(b)深度轮廓；薄片的(c)氧化学计量学(O/Si比）。
结论

通过使用氨等离子体预处理抑制剂，研究了二氧化硅PE-ALD过程的自下而上生长，以证明在极高长宽比模式下的接缝和无孔间隙fll。用N2或氨气体进行的血浆预处理后，由于抑制了底物表面DIPAS的化学吸附，显著降低了二氧化硅PE-ALD的生长。沟槽结构中的Te等离子体浓度梯度导致沟槽下方与表面之间的生长速率变化，导致增强的间隙-fll特性与等离子体预处理工艺条件之间的关系，具有较高的生长抑制效果。由于对氨*的抑制作用，二氧化硅PE-ALD在沟槽结构中成功地实现了自底而上的生长行为。最后，在高纵横比的模式下实现了一个无缝的gapfll工艺。

审核编辑 黄宇