引言

半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)規(guī)則收縮是集成過程中每一步的一個(gè)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(tái)階覆蓋。為了在高縱橫比結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)無縫間隙fll，其具有非理想的負(fù)斜率，沉積過程應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)“自下而上的生長(zhǎng)”行為。在本研究中，利用等離子體處理的生長(zhǎng)抑制過程，研究了二氧化硅等離子體增強(qiáng)原子層沉積（PE-ALD）過程在溝槽結(jié)構(gòu)中自下而上的生長(zhǎng)。采用n2和氨等離子體預(yù)處理抑制二氧化硅PE-ALD過程的生長(zhǎng)，并采用x射線光電子能譜進(jìn)行表面化學(xué)分析，研究其抑制機(jī)理。此外，根據(jù)氨等離子體預(yù)處理的工藝條件，通過橫斷面場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡測(cè)量，檢測(cè)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(yù)處理的二氧化硅PE-ALD的自下而上的生長(zhǎng)行為，實(shí)現(xiàn)了在高縱橫比溝槽模式下的無縫間隙-fll過程。
實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)規(guī)則收縮是提高半導(dǎo)體積分密度的關(guān)鍵要求。為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)規(guī)則的設(shè)備，不僅圖案化過程，如光刻和蝕刻，而且在通道所在的活動(dòng)物之間的隔離，對(duì)于確保設(shè)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(zhì)，已經(jīng)成為獲得尖端半導(dǎo)體器件的重要手段。然而，隔離過程的多樣性隨著結(jié)構(gòu)縱橫比的增加和具有移動(dòng)深度（~1 μm）的活性物質(zhì)之間空間的減少而增加。因此，應(yīng)開發(fā)一種具有良好步長(zhǎng)覆蓋能力的沉積過程，可以覆蓋不形成接縫或孔隙的活動(dòng)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(gè)間隙-fll過程，使用二氧化硅較薄的flms。Te ALD過程表現(xiàn)出由前驅(qū)體在底物表面的化學(xué)吸附引起的自限性生長(zhǎng)行為，導(dǎo)致步長(zhǎng)覆蓋率超過95%。然而，ALD過程的良好的臺(tái)階覆蓋導(dǎo)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(jié)構(gòu)。然而，高縱橫比模式的真實(shí)蝕刻輪廓將有一個(gè)負(fù)斜率，由于工藝缺陷，導(dǎo)致變細(xì)或彎曲形狀。當(dāng)溝槽或孔的側(cè)壁呈負(fù)坡度時(shí)，保形二氧化硅flm沉積會(huì)導(dǎo)致接縫或空洞的形成。換句話說，沉積過程中良好的步長(zhǎng)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(jié)果和討論

圖1和表1顯示了等離子體預(yù)處理的生長(zhǎng)抑制效果，這取決于氣體的種類，即N2和氨。在實(shí)施等離子體增強(qiáng)ALD（PE-ALD）二氧化硅序列之前，對(duì)每種氣體進(jìn)行1s的等離子體預(yù)處理。無血漿預(yù)處理的PE-ALD二氧化硅的生長(zhǎng)速率（GPC）為0.064nm/周期，N2血漿預(yù)處理（N2 ^ ^ ）和氨血漿預(yù)處理（氨 ）的生長(zhǎng)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(yīng)活性的差異。由于氨包含相對(duì)較弱的化學(xué)鍵，N-H，可能會(huì)誘導(dǎo)相對(duì)大量的自由基，導(dǎo)致PE-ALD二氧化硅具有較高的生長(zhǎng)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(xué)計(jì)量學(xué)(O/Si比）。
結(jié)論

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

審核編輯 黃宇