三色化学选择性：MoF6诱导的SiO2/SiN/Si-H表面区域选择性沉积新策略

本文创新性地提出利用MoF6气相处理实现氧化物（SiO2）、氮化物（SiN）和硅氢（Si-H）表面的"三色"化学选择性调控。通过氟转移反应选择性钝化SiO2表面-OH基团，在200℃下成功实现了TiO2原子层沉积（ALD）和聚吡咯（PPy）化学气相沉积（CVD）在SiN/Si-H表面的区域选择性生长（ASD），TEM证实选择性>0.926时TiO2厚度可达9nm，为半导体制造提供了新型自对准纳米图案化技术。

　　

三色化学选择性研究取得重要突破

化学选择性调控新机制

在半导体器件制造领域，区域选择性沉积（ASD）作为一种自下而上的纳米图案化技术备受关注。传统ASD技术通常只能在化学性质差异显著的材料之间实现选择性沉积，对于SiO₂和SiN等化学性质相似的材料体系则面临巨大挑战。最新研究发现，通过MoF₆气相处理可在这类相似材料表面建立显著的化学选择性差异。

表面化学表征揭示选择性机制

X射线光电子能谱（XPS）分析显示，MoF₆在200℃下处理可使SiO₂表面形成Si-F键（F1s峰位于687.3eV），而SiN表面则出现更多氟化位点（F1s峰位于686.4eV）。值得注意的是，虽然SiN表面氟化程度更高（3.6at%），但其对后续沉积的抑制作用反而弱于SiO₂（1.5at%）。这种反常现象源于SiN表面保留的-NH₂基团可在水参与下再生-OH位点，而SiO₂-F表面则难以恢复活性位点。

选择性沉积性能突破

在聚吡咯（PPy）化学气相沉积中，经MoF₆处理的SiN表面15秒内可生长35nm厚薄膜，而SiO₂表面仅出现孤立核（S>0.99）。对于TiO₂原子层沉积，STEM分析显示单次MoF₆处理即可实现9.6nm选择性沉积，选择性达0.926。特别值得注意的是，该方法在包含Si-H/SiN/SiO₂的三色基底上同样有效，其中Si-H区域因形成Si-Mo界面而表现出最优的沉积性能。

技术优势与应用前景

相比传统CF₄等离子体处理需要50次循环，本研究采用的MoF₆气相处理仅需单次1秒曝光即可实现更优的选择性。该方法避免了等离子体处理在高深宽比结构中的局限性，为先进半导体制造中的自对准硬掩模、应力衬层等应用提供了新思路。表面分析证实氟化钝化层在空气中稳定，但可通过O₂等离子体快速去除，展现出良好的工艺兼容性。

这项研究不仅为相似材料体系的区域选择性沉积提供了创新解决方案，更为原子尺度表面反应调控和纳米图案化技术开辟了新方向，对推动半导体制造工艺革新具有重要意义。