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技術 二酸化珪素フィルムを付着させる方法

出願人 エスピーティーエステクノロジーズリミティド
発明者 キャサリンクルックアンドリュープライスマークカルザースダニエルアーチャードスティーブンバージェス
出願日 2013年4月25日 (7年2ヶ月経過) 出願番号 2013-092954
公開日 2013年11月7日 (6年7ヶ月経過) 公開番号 2013-229608
状態 特許登録済
技術分野 絶縁膜の形成 CVD
主要キーワード 付着サイクル 漏れ特性 結合接着剤 RF部品 付着温度 OSベース 高周波源 二酸化珪素層
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年11月7日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

水分再吸収の問題を克服し、従来行われていたよりも低い温度において酸化珪素を付着させる方法を提供する。

解決手段

基材上に二酸化珪素フィルムを付着させる方法であって、基材を含むチャンバーに前駆体を供給すること、及びプラズマ化学気相堆積法を用いて基材上に二酸化珪素フィルムを付着させることを含み、前記前駆体がTEOS、酸素、又はこれらの源、及び水素を含む方法。

概要

背景

テトラエチルオルトシリケート及び酸素からの二酸化珪素の付着は公知である。しかしながら、付着温度が300℃以下である場合、得られる二酸化珪素層は水分再吸収しやすい。これは時間とともに漏れ電流及び分離特性崩壊につながる。

シリコンウェハーにおけるスルーシリコンバイアス(TSVs)に対する要求が高まるにつれ、付着温度を低下させる必要性が生じた。スルーシリコンバイアス(TSVs)と共に用いることのできる多くの可能な一体スキームが存在するが、そのいくらかキャリアウェハーへのシリコンウェハーの非永久的結合を用いる必要がある。その結合接着剤は、結合材料が二酸化珪素の付着に用いられる温度において分解するため、二酸化珪素を付着させる際の温度を制限する。

欧州特許出願第1027513.0号には、フィルムの表面にSi−H結合再形成するため、付着したフィルムに水素プラズマ処理を行うことが記載されている。これは200℃以下において行われている。しかしながら、TSVsによりウェハーを製造するためには、より低い付着温度及びプラズマ処理温度が必要である。

概要

水分再吸収の問題を克服し、従来行われていたよりも低い温度において酸化珪素を付着させる方法を提供する。基材上に二酸化珪素フィルムを付着させる方法であって、基材を含むチャンバーに前駆体を供給すること、及びプラズマ化学気相堆積法を用いて基材上に二酸化珪素フィルムを付着させることを含み、前記前駆体がTEOS、酸素、又はこれらの源、及び水素を含む方法。

目的

従って、水分再吸収の問題を克服し、従来行われていたよりも低い温度において酸化珪素を付着させる方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

基材上に二酸化珪素フィルムを付着させる方法であって、基材を含むチャンバーに前駆体を供給すること、及びプラズマ化学気相堆積法を用いて基材上に二酸化珪素フィルムを付着させることを含み、前記前駆体がTEOS、酸素、又はこれらの源、及び水素を含む方法。

請求項2

前記二酸化珪素フィルムが100〜500℃の温度において付着される、請求項1記載の方法。

請求項3

前記二酸化珪素フィルムが100〜250℃の温度において付着される、請求項1又は2記載の方法。

請求項4

前記二酸化珪素フィルムが125〜175℃の温度において付着される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。

請求項5

付着された二酸化珪素フィルムが水素プラズマ付着処理工程に付される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。

請求項6

前記水素プラズマ後付着処理が真空破壊後に行われる、請求項5記載の方法。

請求項7

前記水素プラズマ後付着処理が二酸化珪素フィルムの付着と同じ温度で行われる、請求項5又は6記載の方法。

請求項8

前記プラズマ高周波RF部品及び低周波RF部品により発生される、請求項5〜7のいずれか1項に記載の方法。

請求項9

シャワーヘッドによりチャンバーに前駆体が供給される、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。

請求項10

前記シャワーヘッドがプラズマにRFパワーを供給する、請求項9記載の方法。

請求項11

前記前駆体が、高周波部品及び低周波部品を有するRF駆動シャワーヘッドを用いて付着される、請求項10記載の方法。

請求項12

前記高周波部品が13.56MHzであり、そのパワーが600〜1200Wより選ばれ、前記低周波部品が350kHz〜2MHzであり、そのパワーが300〜500Wより選ばれる、請求項11記載の方法。

請求項13

明細書及び図面に記載の方法。

請求項14

請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法により製造される二酸化珪素フィルム。

技術分野

0001

本発明は、プラズマ進化気相堆積(PECVD)、より詳細にはテトラエチルオルトシリケート(TEOS)を用いて二酸化珪素を付着させる方法に関する。

背景技術

0002

テトラエチルオルトシリケート及び酸素からの二酸化珪素の付着は公知である。しかしながら、付着温度が300℃以下である場合、得られる二酸化珪素層は水分再吸収しやすい。これは時間とともに漏れ電流及び分離特性崩壊につながる。

0003

シリコンウェハーにおけるスルーシリコンバイアス(TSVs)に対する要求が高まるにつれ、付着温度を低下させる必要性が生じた。スルーシリコンバイアス(TSVs)と共に用いることのできる多くの可能な一体スキームが存在するが、そのいくらかキャリアウェハーへのシリコンウェハーの非永久的結合を用いる必要がある。その結合接着剤は、結合材料が二酸化珪素の付着に用いられる温度において分解するため、二酸化珪素を付着させる際の温度を制限する。

0004

欧州特許出願第1027513.0号には、フィルムの表面にSi−H結合再形成するため、付着したフィルムに水素プラズマ処理を行うことが記載されている。これは200℃以下において行われている。しかしながら、TSVsによりウェハーを製造するためには、より低い付着温度及びプラズマ処理温度が必要である。

発明が解決しようとする課題

0005

従って、水分再吸収の問題を克服し、従来行われていたよりも低い温度において酸化珪素を付着させる方法を提供することが必要である。

課題を解決するための手段

0006

本発明は、TEOS、酸素もしくはこれらの源、及び水素を前駆体として供給することを含む、チャンバー内でPECVDを用いる、二酸化珪素フィルムを付着させる方法を提供する。

0007

付着サイクルにおいて活性ガスとして水素の導入により、水素を含まない付着サイクルと比較して、二酸化珪素フィルム特性が大きく向上することとなる。

0008

本発明は、あらゆる適切な温度において、及び高温においてさえ行うことができる。一態様において、チャンバーの温度は100℃〜500℃である。他の態様において、チャンバーは100℃〜250℃である。さらに他の態様において、チャンバーは100℃〜175℃である。このような低温はTSVsによるウェハーの製造に適している。

0009

前駆体ガスとして純水な酸素を用いることができ、又はN2Oのような酸素源を用いることもできる。TEOS用キャリアガスとしてヘリウムを用いる。

0010

前駆体はあらゆる好適な量で用いることができるが、本発明者はsccmを基準として10〜20:1のO2:TEOSの比を用いた。

0011

この方法で作られたフィルムは、欧州特許出願第10275131.0号に記載のような水素プラズマ付着処理がさらに行なわれる。この工程は水分の再吸収をさらに抑制し、漏れ電流を低下させる。

0012

一態様において、プラズマはRF誘導プラズマである。このプラズマは高周波数部品及び低周波数部品により形成される。高周波数部品は13.56MHzであり、出力は600〜1200Wの範囲から選択され、低周波数部品は375KHzであり、出力は300〜500Wの範囲から選択される。

0013

一態様において、前駆体はシャワーヘッドを用いてチャンバーに供給される。このシャワーヘッドはプラズマにRFパワーを供給するために用いられるRF駆動シャワーヘッドであってよい。好ましくは、このRF駆動シャワーヘッドは高周波数部品及び低周波数部品を用いて駆動される。高周波数部品は13.56MHzであり、電力は600〜1200Wより選ばれ、低周波数部品は375kHzであり、電力は300〜500Wより選ばれる。

0014

本発明は、様々な態様で行なってよく、特定の態様を添付図面を参照して説明する。

図面の簡単な説明

0015

プロセスAにより製造されたフィルムのFTIRスペクトルを示すグラフである。
プロセスBにより製造されたフィルムのFTIRスペクトルを示すグラフである。
プロセスAにより製造されたフィルムの漏れ電流のグラフである。
水素プラズマ後付着処理を行ったプロセスBにより製造されたフィルムの漏れ電流のグラフである。
水素プラズマ後付着処理を行わなかったプロセスBにより製造されたフィルムの漏れ電流のグラフである。
プロセスC(付着工程において水素を用いる)により製造されたフィルムの加えた電場関数としての漏れ電流のグラフである。
付着工程において水素を用いないプロセスCと同様の方法により製造されたフィルムの加えた電場の関数としての漏れ電流のグラフである。ナノ構造体デバイスの製造工程を説明する略図である。
付着に用いる装置の略図である。

実施例

0016

以下のプロセス条件を用いて様々な実験を行った。
プロセスA:チャンバー圧力2000mT、1500sccmO2、0H2、1000sccmHe中66sccmTEOS、666W高周波数、334W低周波数、温度125℃
プロセスB:チャンバー圧力3100mT、2300sccmO2、2000sccmHe中155sccmTEOS、温度125℃、1000sccmH2、900W高周波数、400W低周波数
プロセスC:チャンバー圧力2500mT、2300sccmO2、750sccmH2、温度175℃、500sccmHe中155sccmTEOS、1320W高周波数、495W低周波数

0017

プロセスA、B及びCにおける付着速度は、それぞれ298nm/min、709nm/min及び702nm/minである。

0018

図1aは、付着時及び1週間後のプロセスAにより形成したフィルムのFTIRスペクトルを示す。890cm-1及び3400cm-1におけるピークは1週間で広がったことがわかる。この広がり低レベル水分吸収を示している。図1bは、プロセスBにより形成したFTIRスペクトルを示している。890cm-1及び3400cm-1におけるピークはシフトしておらず、これは検出可能な水分吸収がないことを示している。プロセスA及びB共に、付着工程と同じ温度で水素プラズマ後付着処理を最後に行った。

0019

図2aは、水素プラズマ後付着処理を行なったプロセスAを用いて形成したフィルムの大気への暴露及び加えた電場に対する漏れ電流のグラフを示す。6MV/cm付近での小さな上昇がみられるが、実行可能なデバイスが作動できる2MV/cmにおいてシフトがない。図2bは、その後に水素プラズマ後付着処理工程が行なわれる、プロセスBを用いて付着させたフィルムの漏れ電流のグラフを示している。2MV/cmにおいて漏れ電流のシフトがないことがわかる。図2cは、後付着プラズマ処理が行なわれない、プロセスBにより形成されたフィルムの漏れ電流のグラフを示している。プロセスAと比較して、後付着プラズマ処理を欠いているにもかかわらず、改良された漏れ特性を示していることがわかる。

0020

0021

上記表1は、図2a、2b及び2cに示したプロセスの結果をさらに示している。また、水素プラズマ後付着工程を行わないプロセスAを用いた実験もこの表に示している。

0022

図3aは、プロセスCにより製造したフィルムの、加えた電場の関数としての漏れ電流のグラフを示している。図3bは、プロセスCと同様であるが、付着工程において水素を用いない方法により製造したフィルムの時間に対する漏れ電流のグラフを示している。これらの2つのグラフから、高温において付着工程で水素を用いた場合に、二酸化珪素フィルムの漏れ電流が改良されることがわかる。

0023

図4は、本発明の態様を行うための装置の略図である。この装置10は、チャンバー11、シャワーヘッド12、ウェハーサポート13、高周波数源14及び低周波数源15を備えている。シャワーヘッド12は、3種の前駆体(ヘリウム中のTEOS、O2もしくはその源、及びH2)を受け取るように配置されている。高周波源14及び低周波源15にマッチングユニット16及び17が接続され、過剰の反応ガスを除去するために出口18が設けられている。

0024

付着サイクルにおいて活性ガスとしてH2を用いて付着された二酸化珪素(TEOSベース)フィルムが示された。さらに、この方法は、高付着率の利点を有し、低温において並びにより高い温度においても行うことができる。付着段階における水素の添加は、水分吸収がないため、従来公知のプロセスAにより形成されたフィルムと比較して、フィルムの電気特性を向上させ、時間経過による安定性を保持させる。さらに、本発明者は、付着工程における水素の添加はフィルムの現場緻密化に寄与すると考えている。この緻密化は、表1に示すように、屈折率及び圧縮強度を高める。

0025

水素プラズマ後付着工程を含めることにより、当初の漏れ電流がさらに低下し、水分再吸収が抑制される。

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