In this paper, we present a topographically Selective Deposition process which allows the vertical only coating of three-dimensional (3D) nano-structures. This process is based on the alternate use of plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD) and sputtering carried out in a PEALD reactor equipped with a radio-frequency substrate biasing kit. A so-called super-cycle has been conceived, which consists of 100 standard deposition cycles followed by an anisotropic argon sputtering induced by the application of a 13.56 MHz biasing waveform to the substrate holder in the PEALD chamber. This sputtering step removes the deposited material on horizontal surfaces only, and the sequential deposition/etch process allows effective deposition on vertical surfaces only. Thus, it opens up a route for topographically selective deposition, which can be of interest for the fabrication of 3D vertical Metal-Insulator-Metal devices.

1.
A.
Raley
,
S.
Thibaut
,
N.
Mohanty
,
K.
Subhadeep
,
S.
Nakamura
,
A.
Ko
,
D.
OMeara
,
K.
Tapily
,
S.
Consiglio
, and
P.
Biolsi
,
Proc. SPIE
9782
,
97820F
(
2016
).
2.
A. J. M.
Mackus
,
A. A.
Bol
, and
W. M. M.
Kessels
,
Nanoscale
6
,
10941
(
2014
).
3.
R.
Clark
,
K.
Tapily
,
K.-H.
Yu
,
T.
Hakamata
,
S.
Consiglio
,
D.
O'Meara
,
C.
Wajda
,
J.
Smith
, and
G.
Leusink
,
APL Mater.
6
,
058203
(
2018
).
4.
K.
Galatsis
,
K. L.
Wang
,
M.
Ozkan
,
C. S.
Ozkan
,
Y.
Huang
,
J. P.
Chang
,
H. G.
Monbouquette
,
Y.
Chen
,
P.
Nealey
, and
Y.
Botros
,
Adv. Mater.
22
,
769
(
2010
).
5.
E.
Farm
,
M.
Kemell
,
M.
Ritala
, and
M.
Leskel
,
Chem. Vap. Deposition
12
,
415
417
(
2006
).
6.
R.
Chen
,
H.
Kim
,
P. C.
Mclntyre
, and
S. F.
Bent
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
4017
(
2004
).
7.
R.
Chen
and
S. F.
Bent
,
Adv. Mater.
18
,
1086
(
2006
).
8.
F. S. M.
Hashemi
,
C.
Prasittichai
, and
S. F.
Bent
,
ACS Nano
9
,
8710
(
2015
).
9.
A. J. M.
Mackus
,
N. F. W.
Thissen
,
J. J. L.
Mulders
,
P. H. F.
Trompenaars
,
M. A.
Verheijen
,
A. A.
Bol
, and
W. M. M.
Kessels
,
J. Phys. Chem. C.
117
,
10788
(
2013
).
10.
K. J.
Park
,
J. M.
Doub
,
T.
Gougousi
, and
G. N.
Parsons
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
051903
(
2005
).
11.
M.
Yan
,
Y.
Koide
,
J. R.
Babcock
,
P. R.
Markworth
,
J. A.
Belot
,
T. J.
Marks
, and
R. P. H.
Chang
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
1709
(
2001
).
12.
M. H.
Park
,
Y. J.
Jang
,
H. M.
Sung-Suh
, and
M. M.
Sung
,
Langmuir.
20
,
2257
(
2004
).
13.
E.
Färm
,
M.
Vehkamäki
,
M.
Ritala
, and
M.
Leskelä
,
Semicond. Sci. Technol.
27
,
074004
(
2012
).
14.
M.
Fang
and
J. C.
Ho
,
ACS Nano
9
,
8651
(
2015
).
15.
B.
Kalanyan
,
P. C.
Lemaire
,
S. E.
Atanasov
,
M. J.
Ritz
, and
G. N.
Parsons
,
Chem. Mater.
28
,
117
126
(
2016
).
16.
A.
Sinha
,
D. W.
Hess
, and
C. L.
Henderson
,
J. Electrochem. Soc.
153
,
G465
(
2006
).
17.
S. E.
Atanasov
,
B.
Kalanyan
, and
G. N.
Parsons
,
J. Vac. Sci. Technol., A
34
,
01A148
(
2016
).
18.
A.
Haider
,
P.
Deminskyi
,
T. M.
Khan
,
H.
Eren
, and
N.
Biyikli
,
J. Phys. Chem. C
120
,
26393
(
2016
).
19.
A.
Mameli
,
M. J. M.
Merkx
,
B.
Karasulu
,
F.
Roozeboom
,
W. M. M.
Kessels
, and
A. J. M.
MacKus
,
ACS Nano
11
,
9303
(
2017
).
20.
J. A.
Singh
,
N. F. W.
Thissen
,
W. H.
Kim
,
H.
Johnson
,
W. M. M.
Kessels
,
A. A.
Bol
,
S. F.
Bent
, and
A. J. M.
Mackus
,
Chem. Mater.
30
,
663
(
2018
).
21.
K. J.
Hughes
and
J. R.
Engstrom
,
J. Vac. Sci. Technol., A
30
,
01A102
(
2012
).
22.
R. C.
Longo
,
S.
McDonnell
,
D.
Dick
,
R. M.
Wallace
,
Y. J.
Chabal
,
J. H. G.
Owen
,
J. B.
Ballard
,
J. N.
Randall
, and
K.
Cho
,
J. Vac. Sci. Technol., B
32
,
03D112
(
2014
).
23.
D.
Dick
,
J. B.
Ballard
,
R. C.
Longo
,
J. N.
Randall
,
K.
Cho
, and
Y. J.
Chabal
,
J. Phys. Chem. C
120
,
24213
(
2016
).
24.
R.
Vallat
,
R.
Gassilloud
,
B.
Eychenne
, and
C.
Vallée
,
J. Vac. Sci. Technol., A
35
,
01B104
(
2017
).
25.
H. B.
Profijt
,
S. E.
Potts
,
M. C. M.
van de Sanden
, and
W. M. M.
Kessels
,
J. Vac. Sci. Technol., A
29
,
050801
(
2011
).
26.
H. B.
Profijt
,
P.
Kudlacek
,
M. C. M.
van de Sanden
, and
W. M. M.
Kessels
,
J. Electrochem. Soc.
158
,
G88
(
2011
).
27.
T.
Faraz
,
H. C. M.
Knoops
,
M. A.
Verheijen
,
C. A. A.
van Helvoirt
,
S.
Karwal
,
A.
Sharma
,
V.
Beladiya
,
A.
Szeghalmi
,
D. M.
Hausmann
,
J.
Henri
,
M.
Creatore
, and
W. M. M.
Kessels
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
10
,
13158
(
2018
).
28.
H. B.
Profijt
,
M. C. M.
van de Sanden
, and
W. M. M.
Kessels
,
J. Vac. Sci. Technol., A
31
,
01A106
(
2013
).
29.
S.
Karwal
,
M. A.
Verheijen
,
B. L.
Williams
,
T.
Faraz
,
W. M. M.
Kessels
, and
M.
Creatore
,
J. Mater. Chem. C
6
,
3917
(
2018
).
30.
R.
Vallat
,
R.
Gassilloud
,
O.
Salicio
,
K.
El Hajjam
,
G.
Molas
,
B.
Pelissier
, and
C.
Vallée
, “Area selective deposition of TiO2 by intercalation of plasma etching cycles in PEALD process: A bottom up approach for the simplification of 3D integration scheme,”
J. Vac. Sci. Technol., A
(submitted).
31.
W.
Dong
,
K.
Zhang
,
Y.
Zhang
,
T.
Wei
,
Y.
Sun
,
X.
Chen
, and
N.
Dai
,
Sci. Rep.
4
,
4458
(
2014
).
32.
W. H.
Kim
,
F. S. M.
Hashemi
,
A. J. M.
Mackus
,
J.
Singh
,
Y.
Kim
,
D. B.
Semple
,
Y.
Fan
,
T. K.
Osborn
,
L.
Godet
, and
S. F.
Bent
,
ACS Nano
10
,
4451
(
2016
).
33.
D. R.
Cote
,
S. V.
Nguyen
,
A. K.
Stamper
,
D. S.
Armbrust
,
D.
Tobben
,
R. A.
Conti
, and
G. Y.
Lee
,
IBM J. Res. Dev.
43
,
5
(
1999
).
34.
Z.
Liu
,
Y.
Zhan
,
G.
Shi
,
S.
Moldovan
,
M.
Gharbi
,
L.
Song
,
L.
Ma
,
W.
Gao
,
J.
Huang
,
R.
Vajtai
,
F.
Banhart
,
P.
Sharma
,
J.
Lou
, and
P. M.
Ajayan
,
Nat. Commun.
3
,
879
(
2012
).
35.
P.
Schindler
,
M.
Logar
,
J.
Provine
, and
F. B.
Prinz
,
Langmuir
31
,
5057
(
2015
).
You do not currently have access to this content.