CN105063576A - 一种采用teos源的低温镀膜方法 - Google Patents
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Abstract
一种采用TEOS源的低温镀膜方法，主要为满足现有技术TSV在封装生产阶段，绝缘层的沉积温度需要小于200℃的需求，而提供一种等离子体增强化学气相沉积作为低温沉积绝缘层的方法。该方法是将基片传入真空反应腔，下电极通过热偶精确控制一个较低的温度，腔体在真空状态时开始通O2及He达到设定压力，通气一段时间后向腔体通入已加热汽化的TEOS气体，开启射频电源，达到设定射频功率后，在电极间产生等离子体开始在基片表面沉积氧化硅薄膜。该方法是一种可在低温条件下，采用TEOS源制备出孔洞结构覆盖率高，电学性能优良的氧化硅薄膜，以满足TSV领域生产需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用TEOS源的低温镀膜方法，具体地说是一种采用TEOS源的等离子体增强化学气相沉积低温镀膜方法，该方法属于半导体薄膜制造及应用技术领域。
背景技术
硅通孔技术(TSV，Through-Silicon-Via)是3D领域多芯片叠层化集成和电互联的关键性技术，引领3D封装的发展，其尺寸小，能耗低，芯片速度大幅改善，具有广阔的应用前景。TSV涉及许多关键技术，如通孔刻蚀，孔内绝缘层的沉积，电镀及芯片减薄等等。其中，孔内绝缘层的沉积是重中之重，其可避免互联材料铜与硅基底之间形成导电通道，对电学性能的提高非常关键。
但TSV在封装生产阶段，绝缘层的沉积温度需要小于200℃，甚至更低的温度，才能满足TSV在封装生产阶段对低温的要求。但传统PECVD工艺沉积温度为400℃或以上。因此，为实现PECVD(等离子体增强化学气相沉积)在TSV领域的应用，低温PECVD工艺的开发至关重要。为了提高器件的整体性能，绝缘层需要具有良好的电学性能和机械性能，需求击穿电压(BreakDownVoltage)较高，漏电流(LeakageCurrent)较低，具有良好的孔内覆盖性及薄膜稳定性。
发明内容
本发明以解决上述问题为目的，主要为满足现有技术TSV在封装生产阶段，绝缘层的沉积温度需要小于200℃的需求，而提供一种PECVD(等离子体增强化学气相沉积)作为低温沉积绝缘层的方法，该方法是一种可在低温条件(小于200℃)下，采用TEOS源，利用等离子体增强化学气相沉积法制备出的孔洞结构覆盖率高，电学性能优良的氧化硅薄膜。
该方法是通过下述工艺步骤实现的：
将基片传入真空反应腔，下电极通过热偶精确控制一个较低的温度，腔体在真空状态时开始通O2及He达到设定压力，通气一段时间后向腔体通入已加热汽化的TEOS气体，开启射频电源，达到设定射频功率后，在电极间产生等离子体开始在基片表面沉积氧化硅薄膜。其中O2流量为1000sccm-8000sccm，He流量为1000sccm-8000sccm，反应压力为：1torr-9torr，TEOS流量为：1g/min-10g/min。电极板间距离为7mm-28mm，射频功率为700W-1900W。
本发明的有益效果及特点：本发明提供一种低温PECVD制备SiO2薄膜的方法，采用该方法能够制备出孔洞结构覆盖率高，电学性能优良，稳定性高的薄膜。该方法可在半导体薄膜制造及应用技术领域广泛推广，尤其在TSV领域的应用，具有良好的工艺表现，能够达到TSV的需求，使产品的良率大幅提升，应用前景广阔。
附图说明
图1是140℃时薄膜不同时间红外监测图。
图2为薄膜的电学性能随时间变化的曲线。
图3为薄膜应力随时间变化的曲线。
图4为深宽比AR3:1的薄膜覆盖率。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的低温PECVD制备SiO2薄膜方法做进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。
实施例1：
采用沈阳拓荆科技有限公司PECVD设备来制备氧化硅薄膜，腔体温度控制在140℃，将基片传入真空反应腔，腔体在真空状态时开始通O2，流量为3000-5000sccm，及He流量为1000sccm-3000sccm，控压至3torr-5torr，一段时间后向腔体通入已加热汽化的TEOS气体，流量为2g/min-5g/min，电极板间距离为9-13mm，开启射频电源，射频功率设定为1700W-1900W，在电极间产生等离子体开始在裸硅片表面沉积氧化硅薄膜。
图1是140℃时薄膜不同时间红外监测图，从图中可以看出，TEOS-SiO2薄膜Si-O峰主要在940-1080cm-1范围内出现，并于1050cm-1处达到最大，另外在817cm-1和435cm-1处同样也是Si-O-Si峰。另外，对薄膜进行连续一周的检测，从图1可以看出，其薄膜具有良好的稳定性，及抗吸水能力。
图2为薄膜的电学性能随时间变化的曲线，由图可以看出，曲线随时间变化保持稳定，其击穿电压(BreakDownVoltage)大于10MV/cm，漏电流(LeakageCurrent)小于1×10-9A/cm21MV/cm，满足TSV领域的需求。
图3为薄膜应力随时间变化的曲线，从图中可以看出，连续监测22天后，薄膜应力具有良好的稳定性。
图4为深宽比AR3:1的薄膜覆盖率。其中底面和底角的覆盖率达到26％以上，具有良好的台阶覆盖率。
Claims (6)
1.一种采用TEOS源的低温镀膜方法，其特征在于：该方法可在真空反应腔处于低温条件下，利用等离子体增强化学气相沉积法制备出孔洞结构覆盖率高，电学性能优良的氧化硅薄膜。
2.如权利要求1所述的采用TEOS源的低温镀膜方法，其特征在于：所述真空反应腔的低温条件为小于200℃。
3.如权利要求1所述的采用TEOS源的低温镀膜方法，其特征在于：所述制备氧化硅薄膜所用的反应源为TEOS，He及O2。
4.如权利要求1所述的采用TEOS源的低温镀膜方法，其特征在于：等离子体增强化学气相沉积方法是通过下述步骤实现的，将裸硅片传入真空反应腔，腔体在真空状态时开始通O2及He达到反应压力，通气一段时间后向腔体通入已加热汽化的TEOS气体，同时控制电极板间距离，开启射频电源，达到设定射频功率后，在电极间产生等离子体开始在裸硅片表面沉积氧化硅薄膜。
5.如权利要求4所述的采用TEOS源的低温镀膜方法，其特征在于：所述O2流量为1000sccm-8000sccm，He流量为1000sccm-8000sccm，反应压力为：1torr-9torr，TEOS流量为：1g/min-10g/min，电极板间距离为7mm-28mm，射频功率为700W-1900W。
6.如权利要求4所述的采用TEOS源的低温镀膜方法，其特征在于：所述通气一段时间为5s-60s。
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