Selective thermal pre-functionalization of plasma-deposited SiNx surface with benzaldehyde has been shown to facilitate the formation of a carbon-rich hydrofluorocarbon layer, which retards the etch of SiNx, thereby increasing the etch selectivity of SiO2 to SiNx during atomic layer etching (ALE). However, in technological applications in device manufacturing, the SiNx layer is often buried under the SiO2 layer or has been exposed to the atmosphere. This leads to low uptake of benzaldehyde on the SiNx surface either due to a residual CFx layer or due to the formation of surface SiOxNy. Using in situ attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy, we show that the selectivity for benzaldehyde attachment to SiNx over SiO2 is reduced with the slow accumulation of a fluorocarbon residue on both surfaces with an increasing number of ALE cycles. Using in situ ellipsometry, we show that if the two surfaces are dosed with benzaldehyde after the first and fifth ALE cycles, there is a nearly 60% increase in etch selectivity compared to dosing benzaldehyde once after the first ALE cycle. A nearly 100% improvement in etch selectivity was observed compared to the scenario without benzaldehyde pre-functionalization for a target SiO2 etch of ∼20 nm in 20 ALE cycles.

1.
K. J.
Kanarik
,
T.
Lill
,
E. A.
Hudson
,
S.
Sriraman
,
S.
Tan
,
V. V. J.
Marks
, and
R. A.
Gottscho
,
J. Vac. Sci. Technol. A
33
,
020802
(
2015
).
2.
K.
Shinoda
et al,
J. Phys. D: Appl. Phys.
50
,
194001
(
2017
).
3.
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
).
4.
J. W.
Coburn
and
H. F.
Winters
,
J. Appl. Phys.
50
,
3189
(
1979
).
5.
V. M.
Donnelly
and
A.
Kornblit
,
J. Vac. Sci. Technol. A
31
,
050825
(
2013
).
6.
R. J.
Gasvoda
,
Z.
Zhang
,
S.
Wang
,
E. A.
Hudson
, and
S.
Agarwal
,
J. Vac. Sci. Technol. A
38
,
050803
(
2020
).
8.
S.
Rauf
,
T.
Sparks
,
P. L. G.
Ventzek
,
V. V.
Smirnov
,
A. V.
Stengach
,
K. G.
Gaynullin
, and
V. A.
Pavlovsky
,
J. Appl. Phys.
101
,
033308
(
2007
).
9.
A.
Agarwal
and
M. J.
Kushner
,
J. Vac. Sci. Technol. A
27
,
37
(
2009
).
10.
G. S.
Oehrlein
,
D.
Metzler
, and
C.
Li
,
ECS J. Solid State Sci.
4
,
N5041
(
2015
).
11.
H.
Hayashi
,
K.
Kurihara
, and
M.
Sekine
,
Jpn. J. Appl. Phys.
35
,
2488
(
1996
).
12.
K.
Eriguchi
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
50
,
333001
(
2017
).
13.
T.
Ohba
,
W.
Yang
,
S.
Tan
,
K. J.
Kanarik
, and
Kanarik
Kanarik
,
Jpn. J. Appl. Phys.
56
, 06HB06 (
2017
).
14.
C.
Li
,
D.
Metzler
,
C.
Steven Lai
,
E. A.
Hudson
, and
G. S.
Oehrlein
,
J. Vac. Sci. Technol. A
34
,
041307
(
2016
).
15.
R. J.
Gasvoda
,
Z. H.
Zhang
,
E. A.
Hudson
, and
S.
Agarwal
,
J. Vac. Sci. Technol. A
39
,
040401
(
2021
).
16.
R. J.
Gasvoda
,
W.
Xu
,
Z.
Zhang
,
S.
Wang
,
E. A.
Hudson
, and
S.
Agarwal
,
Langmuir
37
,
3960
(
2021
).
17.
H.
Miyazoe
et al,
J. Vac. Sci. Technol. B
36
,
032201
(
2018
).
18.
C. M.
Huard
,
S.
Sriraman
,
A.
Paterson
, and
M. J.
Kushner
,
J. Vac. Sci. Technol. A
36
,
06B101
(
2018
).
19.
X.
Li
,
X.
Hua
,
L.
Ling
,
G. S.
Oehrlein
,
M.
Barela
, and
H. M.
Anderson
,
J. Vac. Sci.Technol. A
20
,
2052
(
2002
).
20.
D.
Metzler
,
R. L.
Bruce
,
S.
Engelmann
,
E. A.
Joseph
, and
G. S.
Oehrlein
,
J. Vac. Sci. Technol. A
32
,
020603
(
2014
).
21.
R. J.
Gasvoda
,
A. W.
van de Steeg
,
R.
Bhowmick
,
E. A.
Hudson
, and
S.
Agarwal
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
9
,
31067
(
2017
).
22.
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
).
23.
N.
Miyoshi
,
K.
Shinoda
,
H.
Kobayashi
,
M.
Kurihara
,
Y.
Kouzuma
, and
M.
Izawa
,
J. Vac. Sci. Technol. A
39
,
052601
(
2021
).
24.
W.
Xu
,
P. C.
Lemaire
,
K.
Sharma
,
R. J.
Gasvoda
,
D. M.
Hausmann
, and
S.
Agarwal
,
J. Vac. Sci. Technol. A
39
,
032402
(
2021
).
25.
W.
Xu
,
R. J.
Gasvoda
,
P. C.
Lemaire
,
K.
Sharma
,
D. M.
Hausmann
, and
S.
Agarwal
,
J. Vac. Sci. Technol. A
40
,
012403
(
2022
).
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.
H.
Lin
,
L.
Xua
,
X.
Chen
,
X.
Wang
,
M.
Sheng
,
F.
Stubhan
,
K. H.
Merkel
, and
J.
Wilde
,
Thin Solid Films
333
,
71
(
1998
).
28.
29.
R. J.
Gasvoda
,
X.
Wang
,
P.
Kumar
,
E. A.
Hudson
, and
S.
Agarwal
,
J. Vac. Sci. Technol. A
39
,
050401
(
2021
).
30.
M.
Schaepkens
,
T. E. F. M.
Standaert
,
N. R.
Rueger
,
P. G. M.
Sebel
, and
G. S.
Oehrlein
,
J. Vac. Sci. Technol. A
17
,
26
(
1999
).
31.
D.
Metzler
,
C.
Li
,
S.
Engelmann
,
R. L.
Bruce
,
E. A.
Joseph
, and
G. S.
Oehrlein
,
J. Vac. Sci. Technol. A
34
,
01B101
(
2016
).
32.
S. S.
Kaler
,
Q.
Lou
,
V. M.
Donnelly
, and
D. J.
Economou
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
50
,
234001
(
2017
).
33.
W. A.
Pliskin
and
R. P.
Esch
,
J. Appl. Phys.
36
,
2011
(
1965
).
34.
R. A.
Ovanesyan
,
N.
Leick
,
K. M.
Kelchner
,
D. M.
Hausmann
, and
S.
Agarwal
,
Chem. Mater.
29
,
6269
(
2017
).
35.
R. A.
Ovanesyan
,
D. M.
Hausmann
, and
S.
Agarwal
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
10
,
19153
(
2018
).
36.
G. S.
Oehrlein
,
I.
Reimanis
, and
Y. H.
Lee
,
Thin Solid Films
143
,
269
(
1986
).
37.
T. C.
Wei
and
C. H.
Liu
,
Surf. Coat. Technol.
200
,
2214
(
2005
).
38.
P. G.
Pai
,
S. S.
Chao
,
Y.
Takagi
, and
G.
Lucovsky
,
J. Vac. Sci. Technol. A
4
,
689
(
1986
).
39.
G.
Lucovsky
,
P. D.
Richard
,
D. V.
Tsu
,
S. Y.
Lin
, and
R. J.
Markunas
,
J. Vac. Sci. Technol. A
4
,
681
(
1986
).
40.
R. J.
Gasvoda
,
S.
Wang
,
D. M.
Hausmann
,
E. A.
Hudson
, and
S.
Agarwal
,
Langmuir
34
,
14489
(
2018
).
41.
D. C.
Marra
and
E. S.
Aydil
,
J. Vac. Sci. Technol. A
15
,
2508
(
1997
).
42.
N. M.
Mackie
,
N. F.
Dalleska
,
D. G.
Castner
, and
E. R.
Fisher
,
Chem. Mater.
9
,
349
(
1997
).
43.
S. W.
Hsieh
,
C. Y.
Chang
,
Y. S.
Lee
,
C. W.
Lin
, and
S. C.
Hsu
,
J. Appl. Phys.
76
,
3645
(
1994
).
44.
N. M.
Adamczyk
,
A. A.
Dameron
, and
S. M.
George
,
Langmuir
24
,
2081
(
2008
).
45.
L. H.
Liu
et al,
J. Phys.: Condens. Matter
28
,
094014
(
2016
).
You do not currently have access to this content.