JP6290544B2 - 二酸化珪素フィルムを付着させる方法 - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ促進化学気相堆積（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。
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の崩壊につながる。
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、そのいくらかは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結合を再形成するため、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。
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。
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。
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。
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。
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用のキャリアガスとしてヘリウムを用いる。
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。
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後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。
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。
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。
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。
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
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℃
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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
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。
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。この広がりは低レベルの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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (6)
- 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125〜175℃の温度にお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、キャリアガスにより提供されるＴＥＯＳ、酸素、又はこれらの源、及び水素を含み、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により付着され、チャンバーへの水素の流量に対するＴＥＯＳ用のキャリアガスの流量の比が0.67：１〜２：１の範囲内にある方法。
- 付着された二酸化珪素フィルムが水素プラズマ後付着処理工程に付される、請求項１に記載の方法。
- 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２に記載の方法。
- 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２に記載の方法。
- 前記プラズマが高周波ＲＦ部品及び低周波ＲＦ部品により発生される、請求項２に記載の方法。
- 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１に記載の方法。
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