エッチングストッパーとして窒化シリコン堆積した原子層増強原子層の物理的特性の調査

プラズマ強化原子層堆積（PEALD）成長窒化シリコン（SIN X）フィルムにおける、メリットの主要な数字の1つである湿潤エッチングレート（WER）をリンクする物理的特性との相関関係は、ほとんど研究されていません。sin xフィルムの低いフィルムを達成することは、7 nmのノード半導体処理を超える技術のエッチングストッパーとしての使用において特に重要です。本明細書では、水素濃度、水素結合状態、バルク膜密度、残留不純物濃度、およびフーリエ変換赤外線分光法、X線反射率、および分光式エリプソメトリーなどを使用したPeacld Sin XのWERSとの相関を調査します。この研究のフィルムは、水素濃度、水素結合状態の影響を理解するために、さまざまなプロセス温度（270〜360°C）および血漿ガス組成物（N2/NH3またはAR/NH3）の範囲でヘキサクロロジリアンおよび中空カソードプラズマ源を使用して堆積しました、バルクフィルム密度、およびwerに対する残留不純物濃度。さまざまな水素濃度と水素結合状態の違いは、異なるバルク膜密度をもたらし、それに応じて、werの変動をもたらしました。水素結合濃度とWERの間の線形関係、およびバルクフィルム密度とWERの相互関係を観察します。PECVD sin xプロセスと同様に、水素結合濃度の減少は（1）熱活性化または（2）血漿励起種のいずれかから生じます。ただし、シラン（SIH4）ベースのPECVD SIN Xの場合とは異なり、PEALD SIN X WERSは、Si前駆体の残留不純物（すなわち、塩素不純物）の影響を受けます。したがって、水素結合状態または残留不純物によってWERが影響を受けるHFの湿ったエッチングメカニズムの可能性が提案されています。さまざまな水素結合状態によるSIN Xにおけるアミン塩基性のシフトと、CL不純物含有量によるSi電気栄養性の変化は、PEALDプロセスに影響を与える主要なメカニズムとして示唆されています。

Correlations between physical properties linking film quality with wet etch rate (WER), one of the leading figures of merit, in plasma-enhanced atomic layer deposition (PEALD) grown silicon nitride (SiN x) films remain largely unresearched. Achieving a low WER of a SiN x film is especially significant in its use as an etch stopper for technology beyond 7 nm node semiconductor processing. Herein, we explore the correlation between the hydrogen concentration, hydrogen bonding states, bulk film density, residual impurity concentration, and the WERs of PEALD SiN x using Fourier transform infrared spectrometry, X-ray reflectivity, and spectroscopic ellipsometry, etc. PEALD SiN x films for this study were deposited using hexachlorodisilane and hollow cathode plasma source under a range of process temperatures (270-360 °C) and plasma gas compositions (N2/NH3 or Ar/NH3) to understand the influence of hydrogen concentration, hydrogen bonding states, bulk film density, and residual impurity concentration on the WER. Varying hydrogen concentration and differences in the hydrogen bonding states resulted in different bulk film densities and, accordingly, a variation in WER. We observe a linear relationship between hydrogen bonding concentration and WER as well as a reciprocal relationship between bulk film density and WER. Analogous to the PECVD SiN x processes, a reduction in hydrogen bonding concentration arises from either (1) thermal activation or (2) plasma excited species. However, unlike the case with silane (SiH4)-based PECVD SiN x, PEALD SiN x WERs are affected by residual impurities of Si precursors (i.e., chlorine impurity). Thus, possible wet etching mechanisms in HF in which the WER is affected by hydrogen bonding states or residual impurities are proposed. The shifts of amine basicity in SiN x due to different hydrogen bonding states and the changes in Si electrophilicity due to Cl impurity content are suggested as the main mechanisms that influence WER in the PEALD processes.