利用氨等離子體預處理進行無縫間隙fll工藝的生長抑制

引言

半導體器件的設計規(guī)則收縮是集成過程中每一步的一個挑戰(zhàn)。在隔離的間隙-fll過程中，使用沉積工藝不能抑制接縫和空隙的形成，甚至具有良好的臺階覆蓋。為了在高縱橫比結構中實現無縫間隙fll，其具有非理想的負斜率，沉積過程應能夠實現“自下而上的生長”行為。在本研究中，利用等離子體處理的生長抑制過程，研究了二氧化硅等離子體增強原子層沉積（PE-ALD）過程在溝槽結構中自下而上的生長。采用n2和氨等離子體預處理抑制二氧化硅PE-ALD過程的生長，并采用x射線光電子能譜進行表面化學分析，研究其抑制機理。此外，根據氨等離子體預處理的工藝條件，通過橫斷面場發(fā)射掃描電鏡測量，檢測了二氧化硅PE-ALD工藝的間隙-fll特性。最后，通過使用氨等離子體預處理的二氧化硅PE-ALD的自下而上的生長行為，實現了在高縱橫比溝槽模式下的無縫間隙-fll過程。
實驗

設計規(guī)則收縮是提高半導體積分密度的關鍵要求。為了實現一個簡化設計規(guī)則的設備，不僅圖案化過程，如光刻和蝕刻，而且在通道所在的活動物之間的隔離，對于確保設備的穩(wěn)健操作很重要。在這方面，隔離過程，如淺溝槽隔離、接觸孔、通道空孔氧化物和金屬間介質，已經成為獲得尖端半導體器件的重要手段。然而，隔離過程的多樣性隨著結構縱橫比的增加和具有移動深度（~1 μm）的活性物質之間空間的減少而增加。因此，應開發(fā)一種具有良好步長覆蓋能力的沉積過程，可以覆蓋不形成接縫或孔隙的活動物之間的空間：這是沉積過程的特性之一，稱為“間隙-fll特性”。在這方面，原子層沉積（ALD）已被使用作為一個間隙-fll過程，使用二氧化硅較薄的flms。Te ALD過程表現出由前驅體在底物表面的化學吸附引起的自限性生長行為，導致步長覆蓋率超過95%。然而，ALD過程的良好的臺階覆蓋導致了接縫或空洞的形成。在具有理想蝕刻輪廓和正斜率的高縱橫比模式的情況下，ALD過程可以影響結構。然而，高縱橫比模式的真實蝕刻輪廓將有一個負斜率，由于工藝缺陷，導致變細或彎曲形狀。當溝槽或孔的側壁呈負坡度時，保形二氧化硅flm沉積會導致接縫或空洞的形成。換句話說，沉積過程中良好的步長覆蓋特性阻礙了間隙-fll特性。

圖1.與無抑制劑的病例相比，含N2 ^ ^ 和氨 ^ ^ 的二氧化硅PE-ALD的GPC比率降低。
結果和討論

圖1和表1顯示了等離子體預處理的生長抑制效果，這取決于氣體的種類，即N2和氨。在實施等離子體增強ALD（PE-ALD）二氧化硅序列之前，對每種氣體進行1s的等離子體預處理。無血漿預處理的PE-ALD二氧化硅的生長速率（GPC）為0.064nm/周期，N2血漿預處理（N2 ^ ^ ）和氨血漿預處理（氨 ）的生長速率分別下降到0.039和0.026。與無抑制劑組相比，N2 ^ ^ 和氨 ^ ^ 的GPC比值分別為39.1和59.4%。抑制效果的差異歸因于N2 ^ ^ 和氨 ^ ^ 之間反應活性的差異。由于氨包含相對較弱的化學鍵，N-H，可能會誘導相對大量的自由基，導致PE-ALD二氧化硅具有較高的生長抑制作用。

圖2.(a)O、Si、C、N的深度輪廓；C和N的(b)深度輪廓；薄片的(c)氧化學計量學(O/Si比）。
結論

通過使用氨等離子體預處理抑制劑，研究了二氧化硅PE-ALD過程的自下而上生長，以證明在極高長寬比模式下的接縫和無孔間隙fll。用N2或氨氣體進行的血漿預處理后，由于抑制了底物表面DIPAS的化學吸附，顯著降低了二氧化硅PE-ALD的生長。溝槽結構中的Te等離子體濃度梯度導致溝槽下方與表面之間的生長速率變化，導致增強的間隙-fll特性與等離子體預處理工藝條件之間的關系，具有較高的生長抑制效果。由于對氨*的抑制作用，二氧化硅PE-ALD在溝槽結構中成功地實現了自底而上的生長行為。最后，在高縱橫比的模式下實現了一個無縫的gapfll工藝。

審核編輯 黃宇