Selective functionalization of SiO2 and SiNx surfaces is challenging after atmospheric exposure or after exposure to an etching plasma chemistry as both surfaces tend to have similar functional groups. Here, we show that a SiNx surface can be selectively functionalized over SiO2 with benzaldehyde after the first atomic layer etching (ALE) cycle. Similar to our previous work on pristine plasma-deposited SiO2 and SiNx surfaces [R. J. Gasvoda, Z. Zhang, E. A. Hudson, and S. Agarwal, J. Vac. Sci Technol. A 39, 040401 (2021)], this selective functionalization can be used to increase the overall SiO2 to SiNx etch selectivity during ALE. The surface reactions, composition, and film thickness during ALE were monitored using in situ surface infrared spectroscopy and in situ four-wavelength ellipsometry. Our ALE process consisted of alternating cycles of CFx deposition from a C4F6/Ar plasma and an Ar activation plasma with an average ion energy of ∼210 eV. The first ALE cycle removed the surface SiOxNy layer on the SiNx surface and created reactive sites for selective benzaldehyde attachment.
REFERENCES
1.
K. J.
Kanarik
, T.
Lill
, E. A.
Hudson
, S.
Sriraman
, S.
Tan
, J.
Marks
, V.
Vahedi
, and R. A.
Gottscho
, J. Vac. Sci. Technol. A
33
, 020802
(2015
). 2.
C. G. N.
Lee
, K. J.
Kanarik
, and R. A.
Gottscho
, J. Phys. D: Appl. Phys.
47
, 273001
(2014
). 3.
K.
Nojiri
, K. J.
Kanarik
, S.
Tan
, E. A.
Hudson
, and R. A.
Gottscho
, paper presented at the International Conference on Solid State Devices and Materials
, Tokyo, Japan
(2018).4.
V. M.
Donnelly
and A.
Kornblit
, J. Vac. Sci. Technol. A
31
, 050825
(2013
). 5.
A. J. M.
Mackus
, A. A.
Bol
, and W. M. M.
Kessels
, Nanoscale
6
, 10941
(2014
). 6.
R. A.
Ovanesyan
, E. A.
Filatova
, S. D.
Elliott
, D. M.
Hausmann
, D. C.
Smith
, and S.
Agarwal
, J. Vac. Sci. Technol. A
37
, 060904
(2019
). 7.
R. J.
Gasvoda
, Z.
Zhang
, S.
Wang
, E. A.
Hudson
, and S.
Agarwal
, J. Vac. Sci Technol. A
38
, 050803
(2020
). 8.
A.
Fischer
, A.
Routzahn
, S. M.
George
, and T.
Lill
, J. Vac. Sci. Technol. A
39
, 030801
(2021
). 9.
D.
Metzler
et al, J. Vac. Sci. Technol. A
34
, 01B102
(2016
).10.
S. M.
George
and Y.
Lee
, ACS Nano
10
, 4889
(2016
). 11.
D.
Metzler
, R. L.
Bruce
, S.
Engelmann
, E. A.
Joseph
, and G. S.
Oehrlein
, J. Vac. Sci. Technol. A
32
, 020603
(2014
). 12.
D.
Metzler
, C.
Li
, S.
Engelmann
, R. L.
Bruce
, E. A.
Joseph
, and G. S.
Oehrlein
, J. Vac. Sci. Technol. A
34
, 01B101
(2016
).13.
K.-Y.
Lin
, C.
Li
, S.
Engelmann
, R. L.
Bruce
, E. A.
Joseph
, D.
Metzler
, and G. S.
Oehrlein
, J. Vac. Sci. Technol. A
36
, 040601
(2018
). 14.
C. M.
Huard
, S.
Sriraman
, A.
Paterson
, and M. J.
Kushner
, J. Vac. Sci. Technol. A
36
, 06B101
(2018
). 15.
S. S.
Kaler
, Q.
Lou
, V. M.
Donnelly
, and D. J.
Economou
, J. Phys. D: Appl. Phys.
50
, 234001
(2017
). 16.
S.
Dallorto
, A.
Goodyear
, M.
Cooke
, J. E.
Szornel
, C.
Ward
, C.
Kastl
, A.
Schwartzberg
, I. W.
Rangelow
, and S.
Cabrini
, Plasma Process. Polym.
16
, 1900051
(2019
). 17.
S.
Dallorto
, M.
Lorenzon
, J.
Szornel
, A.
Schwartzberg
, A.
Goodyear
, M.
Cooke
, M.
Hofmann
, I. W.
Rangelow
, and S.
Cabrini
, J. Vac. Sci. Technol. B
37
, 051805
(2019
). 18.
X.
Sang
and J. P.
Chang
, J. Vac. Sci. Technol. A
38
, 042604
(2020
). 19.
X.
Sang
, E.
Chen
, and J. P.
Chang
, J. Vac. Sci. Technol. A
38
, 042603
(2020
). 20.
X.
Sang
, Y.
Xia
, P.
Sautet
, and J. P.
Chang
, J. Vac. Sci. Technol. A
38
, 043005
(2020
). 21.
T.
Fujii
et al, J. Vac. Sci. Technol. A
37
, 051001
(2019
). 22.
D.
Ohori
, T.
Sawada
, K.
Sugawara
, M.
Okada
, K.
Nakata
, K.
Inoue
, D.
Sato
, H.
Kurihara
, and S.
Samukawa
, J. Vac. Sci. Technol. A
38
, 032603
(2020
). 23.
V. M.
Donnelly
, D. L.
Flamm
, W. C.
Dautremontsmith
, and D. J.
Werder
, J. Appl. Phys.
55
, 242
(1984
). 24.
T.
Ito
, K.
Karahashi
, M.
Fukasawa
, T.
Tatsumi
, and S.
Hamaguchi
, J. Vac. Sci. Technol., A
29
, 050601
(2011
). 25.
K.
Miyake
, T.
Ito
, M.
Isobe
, K.
Karahashi
, M.
Fukasawa
, K.
Nagahata
, T.
Tatsumi
, and S.
Hamaguchi
, Jpn. J. Appl. Phys.
53
, 03DD02
(2014
). 26.
R. J.
Gasvoda
, Y. G. P.
Verstappen
, S.
Wang
, E. A.
Hudson
, and S.
Agarwal
, J. Vac. Sci. Technol. A
37
, 051003
(2019
). 27.
R. J.
Gasvoda
, Z.
Zhang
, E. A.
Hudson
, and S.
Agarwal
, J. Vac. Sci Technol. A
39
, 040401
(2021
). 28.
J.
Carrillo-López
and A.
Morales-Acevedo
, Thin Solid Films
311
, 38
(1997
). 29.
M.
Vogt
and R.
Hauptmann
, Surf. Coat. Technol.
74-75
, 676
(1995
). 30.
S. U.
Engelmann
, R. L.
Bruce
, M.
Nakamura
, D.
Metzler
, S. G.
Walton
, and E. A.
Joseph
, ECS J. Solid State Sci. Technol.
4
, N5054
(2015
). 31.
M.
Kawakami
, D.
Metzler
, C.
Li
, and G. S.
Oehrlein
, J. Vac. Sci. Technol. A
34
, 040603
(2016
). 32.
D.
Metzler
, C.
Li
, S.
Engelmann
, R. L.
Bruce
, E. A.
Joseph
, and G. S.
Oehrlein
, J. Chem. Phys.
146
, 052801
(2017
). 33.
D.
Metzler
, C.
Li
, C. S.
Lai
, E. A.
Hudson
, and G. S.
Oehrlein
, J. Phys. D: Appl. Phys.
50
, 254006
(2017
). 34.
G. S.
Oehrlein
, D.
Metzler
, and C.
Li
, ECS J. Solid State Sci. Technol.
4
, N5041
(2015
). 35.
R. J.
Gasvoda
, W.
Xu
, Z.
Zhang
, S.
Wang
, E. A.
Hudson
, and S.
Agarwal
, Langmuir
37
, 3960
(2021
). 36.
L.-H.
Liu
et al, J. Phys.: Condens. Matter
28
, 094014
(2016
). 37.
M.-J.
Bañuls
, V.
González-Pedro
, C. A.
Barrios
, R.
Puchades
, and Á
Maquieira
, Biosens. Bioelectron.
25
, 1460
(2010
). 38.
T. W.
Graham Solomons
and C. B.
Fryhle
, Organic Chemistry
, 10th ed. (Wiley
, New York, 2011
).39.
A.-P.
Prskalo
, S.
Schmauder
, C.
Ziebert
, J.
Ye
, and S.
Ulrich
, Surf. Coat. Technol.
204
, 2081
(2010
). 40.
R. J.
Gasvoda
, A. W.
van de Steeg
, R.
Bhowmick
, E. A.
Hudson
, and S.
Agarwal
, ACS Appl. Mater. Interfaces
9
, 31067
(2017
). 41.
N.
Leick
, J. M. M.
Huijs
, R. A.
Ovanesyan
, D. M.
Hausmann
, and S.
Agarwal
, Plasma Process. Polym.
16
, 1900032
(2019
). 42.
R. A.
Ovanesyan
, D. M.
Hausmann
, and S.
Agarwal
, J. Vac. Sci. Technol. A
35
, 021506
(2017
). 43.
R. A.
Ovanesyan
, D. M.
Hausmann
, and S.
Agarwal
, ACS Appl. Mater. Interfaces
7
, 10806
(2015
). 44.
R. A.
Ovanesyan
, D. M.
Hausmann
, and S.
Agarwal
, ACS Appl. Mater. Interfaces
10
, 19153
(2018
). 45.
R. A.
Ovanesyan
, N.
Leick
, K. M.
Kelchner
, D. M.
Hausmann
, and S.
Agarwal
, Chem. Mater.
29
, 6269
(2017
). 46.
See supplementary material at https://www.scitation.org/doi/suppl/10.1116/6.0001110 for experimental details and the ion energy distribution function for the Ar plasma activation half-cycle.
© 2021 Author(s). Published under an exclusive license by the AVS.
2021
Author(s)
You do not currently have access to this content.
