将绝缘材料沉积到导电孔中的方法
阅读：144发布：2020-05-08
专利汇可以提供将绝缘材料沉积到导电孔中的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种将材料层(4、5、6)沉积到 基板 (20)上的方法，包括：-根据第一脉冲序列，通过第一喷射路径将具有这种绝缘材料的前体的第一化学物质气相喷射到 化学气相沉积 反应器的沉积室中；-根据相对于所述第一脉冲序列有 相位 移的第二脉冲序列，通过第二喷射路径将具有适于与这种前体反应的反应物的第二化学物质气相喷射到所述沉积室中；-在所述第一序列和第二序列中的至少一者的至少一次脉冲期间，依序产生所述第一化学物质和/或所述第二化学物质的 等离子体 ，其中这样的等离子体是由应用于所述第一喷射路径和第二喷射路径的高频(HF)等离子体源和低频(LF)等离子体源产生的，所述低频(LF)等离子体源功率与所述高频(HF)等离子体源功率比大于1。，下面是将绝缘材料沉积到导电孔中的方法专利的具体信息内容。
1.一种将绝缘材料层(4、5、6)沉积到基板(20)上的方法，所述方法包括：
-根据第一脉冲序列，通过第一喷射路径(40)将包含这种绝缘材料的前体(P)的第一化学物质气相喷射到化学气相沉积反应器的沉积室(30)中；
-根据相对于所述第一脉冲序列有相位移的第二脉冲序列，通过第二喷射路径(50)将包含适于与这种前体(P)反应的反应物(R)的第二化学物质气相喷射到所述沉积室(30)中；
-在所述第一序列和第二序列中的至少一者的至少一次脉冲期间，依序产生所述第一反应性化学物质和/或所述第二反应性化学物质的等离子体，其中这样的等离子体是由高频(HF)等离子体源和低频(LF)等离子体源产生的，其中所述高频(HF)等离子体源和低频(LF)等离子体源被施加到所述第一喷射路径和第二喷射路径(40、50)，所述低频(LF)等离子体源功率与所述高频(HF)等离子体源功率比大于1。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉积室中的压力在500毫托(约66Pa)至10托(约1,333Pa)的范围内，或者优选地在500毫托(约66Pa)至2托(约266Pa)的范围内。
3.根据权利要求1或2中的任一项所述的方法，其中所述前体流量在20mgm至100mgm的范围内。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中所喷射的化学物质的总流量低于1,
000sccm(标准立方厘米/分钟)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中在所述第一化学物质和/或所述第二化学物质的喷射期间，在所述沉积室(30)中以脉冲法产生等离子体。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中满足以下条件中的至少一者：
-所述第一脉冲序列和/或所述第二脉冲序列的一次脉冲的持续时间在0.02s至5s的范围内；
-所述第一脉冲序列和/或所述第二脉冲序列之间的时间间隔在0.02s至10s的范围内。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中在所述第一序列和第二序列中的至少一者的一次脉冲的整个持续时间内产生所述等离子体。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的方法，其中每次等离子体脉冲的持续时间小于
1秒。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述前体包括以下化合物中的至少一种：原硅酸四乙酯(TEOS)、双(叔丁基氨基)硅烷(BTBAS)、双(二丁氨基)硅烷(BDBAS)、四(二乙酰胺基)钛(TDEAT)、叔丁基酰亚胺基三(二乙氨基)钽(TBTDET)、三甲基铝(TMA)、二乙基锌(DEZ)。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述反应物包括以下化合物中的至少一种：蒸汽(H2O)、一氧化二氮(N2O)、气态氧(O2)、氨气(NH3)、甲烷(CH4)。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述高频(HF)等离子体源呈现在
12和15MHz之间的频率，并且所述低频(LF)等离子体源呈现在100和600kHz之间的频率。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法用于在基板(20)的导电孔(1)中形成绝缘材料层(4、5、6)的应用，所述导电孔(1)由两个相对的壁和底部限定，在所述导电孔(1)的所述壁上沉积的层的厚度大于在所述导电孔(1)的所述底部上沉积的层的厚度。
将绝缘材料沉积到导电孔中的方法
技术领域
[0002] 这样的沉积方法是用于喷射呈气体状态的化学物质的一种方法的特殊实现方式，用于例如将一个层气相沉积到反应器中的基板上的应用。
背景技术
[0003] 各种制造或表面处理方法包括将气态反应物依序喷射到反应器中的步骤。与将反应物连续喷射到反应器中相反，这导致以脉冲序列喷射反应物。这样的脉冲喷射使得可以更好地控制引入的反应性元素的量、各种反应物之间的接触持续时间以及其在反应器中的停留时间。
[0006] 在文献WO 2015/140261中公开了一种CVD方法，其中以脉冲序列将反应物喷射到反应器中。该文献公开了根据每种反应物一个脉冲序列将呈气相的两种反应物喷射到一个反应器中，其中两个脉冲序列有相位移。这样的方法被称为脉冲CVD法。
[0007] 当实现这些方法中的大多数时，必须将反应器腔室加热至通常高于300℃或甚至350℃的高温，以提供触发化学反应并达到令人满意的反应速率所需的活化能。
[0008] 更具体来说，对于CVD方法，例如文献WO 2015/140261中所公开的CVD方法，就是这种情况。
[0009] 然而，对于一些应用，更特别是取决于基板性质及其耐温性，必须在低于触发化学反应的理想或所需温度(例如200℃)的温度下进行沉积操作。
[0011] 相关的应用之一涉及硅通孔(Through Silicon Via，TSV)。TSV需要例如在金属化之前沉积电介质(绝缘材料)衬里。衬里的厚度应尽可能地均匀，如例如WO2015126590和US7972980中所记载的那样。
[0012] 取决于所选的集成，并且具体来说关于TSV最后类型的集成，在沉积绝缘层之后，必须蚀刻导电孔的底部以消除刚刚沉积的绝缘层，并与导电孔下方的金属重新产生接触。
[0013] 因此，限制在导电孔底部上的沉积物的厚度是令人感兴趣的，以便更具体地减少蚀刻步骤的持续时间，所述蚀刻步骤可能破坏沉积在导电孔的壁和顶部上的材料。
[0014] 本发明的沉积技术无法获得位于导电孔底部的厚度的“间断”，因此需要在后续步骤中进行大量蚀刻，以与导电孔下方存在的金属产生接触。
发明内容
[0016] 为此，本发明的目的是一种在基板上沉积绝缘材料层的方法，并且更特别是，当所述基板包括导电孔时，将绝缘材料层沉积到所述基板的一个导电孔中，所述方法包括：
[0017] -根据第一脉冲序列，通过第一喷射路径将包含所述绝缘材料的前体的第一化学物质气相喷射到化学气相沉积反应器的沉积室中；
[0018] -根据相对于所述第一脉冲序列有相位移的第二脉冲序列，通过第二喷射路径(其不同于所述第一喷射路径)将包含适于与所述前体反应的反应物的第二化学物质气相喷射到所述沉积室中；
[0019] -在所述第一序列和第二序列中的至少一者的至少一次脉冲期间依序产生所述第一化学物质和/或所述第二化学物质的等离子体，其中这样的等离子体是从高频(HF)等离子体源和低频(LF)等离子体源产生的，其中所述高频(HF)等离子体源和低频(LF)等离子体源被应用于所述第一喷射路径和第二喷射路径，所述低频(LF)等离子体源功率与所述高频(HF)等离子体源功率比高于1。
[0020] 因此，根据本发明的方法使得既可以在导电孔的边缘和内壁上获得保形沉积(即所形成层的厚度恒定或基本上恒定)，又可以在导电孔的底部获得具有低厚度(或至少比壁上沉积厚度小的厚度)的沉积。限制导电孔底部的厚度使得可以减少例如蚀刻导电孔底部以消除绝缘层的需要，并且可以限制例如在沉积金属的后续步骤之前在导电孔顶部蚀刻所引起的破坏。
[0021] 使用诸如PECVD(“等离子体增强化学气相沉积”)和ALD(“原子层沉积”)等其它技术无法获得导电孔中这种类型的厚度分布，因为对于深宽比>10:1，PECVD的保形度限制为10-20％，而ALD由于表面饱和原理而无法改变几乎为100％的保形度，其中导电孔的所有表面上厚度均相同。
[0022] 腔室中的压力可以有利地在500毫托(约66Pa)至10托(约1,333Pa)的范围内，或者优选地在500毫托(约66Pa)至2托(约266Pa)的范围内。
[0023] 前体流量优选在20mgm(毫克/分钟)至100mgm的范围内。
[0024] 所喷射的化学物质的总流量优选小于1,000sccm(“标准立方厘米/分钟”)。
[0025] 在根据本发明的沉积方法的一个特定实现方式中，在喷射第一化学物质和/或第二化学物质期间，在沉积室中以脉冲法(pulse-wise)产生等离子体。
[0026] 还可以预期将满足以下条件之一：
[0027] -第一脉冲序列和/或第二脉冲序列的一次脉冲的持续时间在0.02s至5s的范围内；
[0028] -第一脉冲序列和/或第二脉冲序列之间的时间间隔可以有利地在0.02s至10s的范围内；
[0029] 可以在第一序列和第二序列中的至少一者的整个脉冲持续时间内产生等离子体。
[0031] 关于根据本发明的沉积方法，前体可以属于金属-有机家族。它可以包括以下化合物中的至少一种：原硅酸四乙酯(TEOS)、双(叔丁基氨基)硅烷(BTBAS)、双(二丁氨基)硅烷(BDBAS)、四(二乙酰胺基)钛(Tetrakis Diethylamido Titane)(TDEAT)、叔丁基酰亚胺基三(二乙氨基)钽(TBTDET)、三甲基铝(TMA)、二乙基锌(DEZ)。
[0034] 在阅读以下通过非限制性实施例给出的描述并参考附图1至3后，本发明的其它特征和优点将显现，其中：
[0035] -图1是根据本发明的方法的一个实施方式的脉冲序列的示意图；
[0036] -图2是在根据本发明的脉冲CVD反应器中使用的沉积室的示意图；
[0037] -图3示意性地示出了用根据本发明的方法加工的导电孔的截面图；以及[0038] -图4示出了利用扫描电子显微镜获得的用根据本发明的方法加工的导电孔的截面图。
具体实施方式
[0039] 在根据本发明的沉积方法中实现的喷射方法包括，例如根据脉冲序列，将气态化学物质喷射到反应器的外壳(例如反应室)中，并产生等离子体。
[0040] 喷射方法的第一步骤包括根据第一脉冲序列将第一气态化学物质喷射到外壳中。喷射方法的另一步骤包括根据第二脉冲序列将第二气态化学物质喷射到外壳中。
[0041] 第一化学物质优选通过第一喷射路径喷射，并且第二化学物质通过与第一喷射路径不同的第二喷射路径喷射。利用通过不同的喷射路径喷射第一化学物质和第二化学物质，可以防止一种物质与另一种物质在它们实际存在于反应室中之前发生反应。
[0042] 第一脉冲序列和第二脉冲序列有相位移，即在喷射方法期间，存在连续时刻，在此期间仅将第一化学物质喷射到外壳中，和仅将第二化学物质喷射到外壳中的时刻。第一序列和第二序列的脉冲不能完全重叠。也可能存在同时喷射两种化学物质的一些时刻和/或无化学物质喷射到外壳中的时刻。
[0043] 这样喷射的化学物质然后旨在一起反应和/或与第三化学物质反应，所述第三化学物质可能最初存在于外壳中或者在有关化学物质的喷射期间或之后引入。
[0045] 根据所述第一化学物质和第二化学物质的相位移模式对第一化学物质和第二化学物质的喷射进行单独管理有利于其在基板的自由表面上而不是在基板的自由表面与喷射系统之间的空间中的反应，或者不是与最初存在于基板表面上的其它化学物质的反应。
[0046] 图1给出了喷射化学物质的第一脉冲序列(标记为1)和第二脉冲序列(标记为2)的一个实例。第一脉冲序列和第二脉冲序列被显示为时间段对时间t。应当注意，本发明不限于这样的实施方式。
[0047] 参照图1，当时间间隔等于1时，化学物质被喷射到外壳中，并且这样的时间间隔因而对应于一次脉冲。
[0048] 一次脉冲的持续时间则对应于一种化学物质被喷射到外壳中的时间。
[0049] 一个脉冲序列的两次连续脉冲之间的时间称为“时间间隔”，并且对应于化学物质未被喷射到外壳中的时间段。
[0050] 因而，对于第一脉冲序列1，可以定义以下术语：
[0051] -第一脉冲序列的一次脉冲的持续时间：TI1
[0052] -第一脉冲序列的两次连续脉冲之间的时间间隔：D1。
[0053] 类似地，对于第二脉冲序列2，可以定义以下术语：
[0054] -第二脉冲序列的一次脉冲的持续时间：TI2
[0055] -第二脉冲序列的两次连续脉冲之间的时间间隔：D2。
[0056] 可以具体根据第一化学物质与第二化学物质之间的反应性，调节第一脉冲序列与第二脉冲序列之间的相位移。
[0057] 当第一脉冲序列和第二脉冲序列重叠时，相位移的调节等同于两个脉冲序列的重叠程度的调节。
[0058] 实际上，第一化学物质与第二化学物质之间的反应性越高，相位移应该越大。因此，在第一化学物质与第二化学物质之间反应性高的情况下，第一脉冲序列的脉冲与第二脉冲序列的脉冲之间的重叠(即同时喷射两种化学物质的时刻)应该必须最小化，并且优选消除。例如，序列的脉冲之间的重叠程度可以选择为小于两个脉冲中最长脉冲的50％，或小于两个脉冲中最长脉冲的20％、或10％或甚至等于0％。
[0059] 此外，可能有利的是考虑一种物质喷射序列的两次连续脉冲之间的某个时间间隔，所述时间间隔长于另一种物质的喷射脉冲的持续时间，即例如D1长于TI2，和/或D2长于TI1。第一化学物质与第二化学物质之间的高反应性将有利于所述第一化学物质与第二化学物质在基板的自由表面上的反应。
[0060] 所述方法的这种配置使得可以最小化基板的自由表面与化合物喷射系统之间的空间中的寄生反应。
[0061] 第一脉冲序列可以是周期性的并且具有第一周期。
[0062] 第二脉冲序列也可以是周期性的并且具有第二周期。
[0063] 第一时段和第二时段可以相等。
[0064] 重复第一脉冲序列和第二脉冲序列可以限定第一化学物质和第二化学物质的喷射周期。
[0065] 根据本发明的沉积方法的具体实现方式：
[0066] -第一脉冲序列的一次脉冲的持续时间TI1可以在0.02s至5s的范围内；
[0067] -第一脉冲序列的两次脉冲之间的时间间隔D1可以在0.02s至10s的范围内。
[0068] -第二脉冲序列的两次脉冲之间的持续时间TI2可以在0.02s至5s的范围内。
[0069] -第二脉冲序列的两次脉冲之间的时间间隔D2可以在0.02s至10s的范围内。
[0070] 根据其它实施方式：
[0071] -第一脉冲序列的一次脉冲的持续时间TI1和/或第二脉冲序列的一次脉冲的持续时间TI2可以分别在0.02s至1s的范围内；
[0072] -第一脉冲序列的两次脉冲之间的时间间隔D1和第二脉冲序列的两次脉冲之间的时间间隔D2可以分别在0.02s至1s的范围内；
[0073] 根据其它实施方式：
[0074] -第一脉冲序列的一次脉冲的持续时间TI1和第二脉冲序列的一次脉冲的持续时间TI2可以分别在1s至5s的范围内；
[0075] -第一脉冲序列的两个脉冲之间的时间间隔D1和第二脉冲序列的两个脉冲之间的时间间隔D2可以分别在1s至10s的范围内；
[0076] 根据定义，等离子体对应于气体的激发或电离状态，进一步对应于从电能源到气态介质的电能转移。可以通过使用本领域技术人员已知的方法来获得气态等离子体，例如，从高频电源(呈现大于1Mhz的频率，包括例如12Mhz至15Mhz，例如13.56MHz)或低频电源(呈现小于1Mhz的频率，包括例如100至600kHz)的能量供应，或使用两个电极之间的放电。对于高频或低频源，电源带来的功率通常在10至3,000W的范围内。
[0077] 现在，当将化学物质喷射到一个外壳中时，它会从为此目的提供的电源中接收电能，并转换为电离的所谓等离子体状态。这种源可以在化学物质喷射期间被激活或不被激活，以便在预定时刻与这样的化学物质依序形成等离子体。
[0078] 根据本发明的喷射方法包括根据其各自的脉冲序列通过其各自的喷射路径喷射第一化学物质和第二化学物质，其中这些脉冲相对于彼此有相位移，同时在其至少一个喷射序列的至少一次脉冲期间，依序产生第一化学物质和/或第二化学物质的等离子体，例如作为脉冲序列。这样的等离子体包括低频与高频组分。
[0079] 通过在有限的时间段内激活电源来生成等离子体脉冲，所述时间段对应于脉冲的宽度。“等离子体脉冲”或“依序产生的等离子体”的产生包括利用高频和低频电源产生脉冲的步骤。
[0080] “在其至少一个喷射序列的至少一次脉冲期间”是指可以在脉冲的至少一部分期间产生等离子体，但是不能在第一化学物质和/或第二化学物质的脉冲之外产生等离子体。因此，等离子体的脉冲序列与第一化学物质和/或第二化学物质的脉冲序列可以部分或全部重叠。
[0081] 优选在第一化学物质和/或第二化学物质的至少一个喷射序列的一次脉冲的整个持续时间内产生等离子体。
[0082] 当没有化学物质被喷射时，即在第一物质与第二物质的脉冲之间，优选地不产生等离子体，从而避免在反应器中发生电击穿的风险。
[0083] 此外，所述方法可以包括以下初始步骤：在不产生等离子体的情况下，根据一个或多个脉冲序列喷射第一化学物质和/或第二化学物质，其中仅在喷射方法的后续步骤期间实现等离子体辅助。
[0084] 根据本发明的喷射方法的一个实施方式，在第一化学物质和/或第二化学物质的喷射期间，通过等离子体脉冲序列以脉冲法产生等离子体。这被称为脉冲等离子体。
[0085] 在第一化学物质和/或第二化学物质的喷射期间，在外壳中以脉冲法产生等离子体。
[0086] 等离子体脉冲序列的一个实例显示在图1中，附图标记为3。该实例显示了其中以脉冲法生成等离子体的喷射方法的第一实施方式。
[0087] 与序列1和序列2类似地，对于等离子体的序列3如下定义以下术语：
[0088] -一次等离子体脉冲的持续时间：TIp
[0089] -两次连续等离子体脉冲之间的时间间隔：Dp。
[0090] 在等离子体序列3的具体实例中，等离子体脉冲对应于第二化学物质的喷射序列2的脉冲。因此，持续时间TIp对应于持续时间TI2，并且时间间隔Dp对应于时间间隔D2。
[0091] 例如，
[0092] -一次等离子体脉冲的持续时间TIp可以在0.02s至5s的范围内，并且两次等离子体脉冲之间的时间间隔Dp可以在0.02s至10s的范围内；
[0093] -一次等离子体脉冲的持续时间TIp可以在0.02s至1s的范围内，并且两次等离子体脉冲之间的时间间隔Dp可以在0.02s至1s的范围内；
[0094] -一次等离子体脉冲的持续时间TIp可以在1s至5s的范围内，并且两次等离子体脉冲之间的时间间隔Dp可以在1s至10s的范围内；
[0095] 根据其它实施方式：
[0096] -等离子体脉冲可以对应于第一化学物质的喷射序列1的脉冲。因此，持续时间TIp对应于持续时间TI1，并且时间间隔Dp对应于时间间隔D1。
[0097] -等离子体脉冲可以依次对应于第一化学物质的喷射序列1的脉冲和第二化学物质的喷射序列2的等离子体脉冲。在这种情况下，在一个喷射周期内施加两次等离子体脉冲。
[0098] 根据本发明的沉积方法的主要构思是基于本领域技术人员已知的以下公式：
[0099]
[0101] 现在，本领域技术人员知道以下比例：
[0102]
[0103] 和
[0104]
[0105] 因此结果是：
[0106]
[0107] 为了更好地理解有关德拜长度的概念，可以有用地参考由M.Lieberman,A.Lichtenberg,等离子体放电和材料的放电和材料加工原理(Discharges and Materials Processing Principles of Plasma Discharges and Materials),2005.doi:10.1007/s13398-014-0173-7.2公开的文章。
[0108] 为了提高被激活物质的平均自由程并因此提高导电孔中的沉积效率，有必要增大等离子体功率，增加物质保留时间(从而减少流量)并降低压力以及激发频率(等离子体频率)。
[0109] 等离子体激发频率的降低是以牺牲沉积品质为代价获得的。为了有利于获得足够的沉积品质和平均自由程，已经使用了两个不同的源，即第一高频源(用于沉积品质)和第二低频源(用于平均自由程)。
[0110] 与主要有利于电子产生的高频源不同，低频源还具有有利于离子生成的优势。
[0111] 参照图2，根据本发明的脉冲CVD反应器是基于如文献WO2009136019中公开的结构。
[0112] 所述反应器包括具有能够承受基板20的基板载体60的外壳30或沉积室30。这样的基板20可以沉积在基板载体60上，从而具有可以在其上进行处理(例如沉积层或蚀刻操作)的自由表面10。
[0113] 基板20的自由表面10与化学物质喷射系统100或“喷射喷淋器”100相对地定位。喷射系统100包括第一喷射路径40和不同于第一喷射路径40的第二喷射路径50。专利申请WO2009136019中公开了一种可以在本发明中使用的一个化学物质喷射系统100。
[0114] 第一喷射路径40可以用于喷射一种第一化学物质，并且第二喷射路径50可以用于喷射一种第二化学物质，反之亦然。
[0115] 第一化学物质例如前体P在第一喷射路径40中的输入由ALD类型的第一阀41控制，而第二化学物质例如反应物R的输入由也是ALD类型的第二阀51控制。
[0116] 两个阀41、51使得能够非常快速地开启/关闭，从而能够将反应性物质作为分开的时间脉冲喷射。
[0117] 第一喷射路径40包括喷射系统100的第一多个贯穿通道70。
[0118] 第二喷射路径50包括喷射系统100的第二多个贯穿通道80。
[0119] 第一多个通道70和第二多个通道80的通道的端部与基板20的自由表面10相对地定位。
[0120] 第一多个通道70和第二多个通道80的通道可以规则地分布在喷射系统中。第一多个通道70和第二多个通道80的通道的规则分布使得可以改善形成在基板20的自由表面10上的层的均匀性。
[0121] 通过维持第一多个通道70的通道之间以及第二多个通道80的通道之间的预定距离来获得这种规则分布，这导致等距分布图案。对于两种通道类型，这样的分布可以是三角形的，以便优化与自由表面10相对的平面中的空间的使用。
[0122] 喷射系统包括加热系统(未示出)，这使得可以在气体状态中和在预定温度下沿着第一喷射路径40和第二喷射路径50喷射化学物质。
[0123] 基板载体60还包括旨在加热基板20的加热系统(未示出)。
[0124] 气体排放系统(未示出)定位于沉积室30中，以排放在基板20的自由表面10上未反应的化学物质。
[0125] 脉冲CVD反应器还包括发电机HF 90和发电机LF 91，所述发电机HF 90使得可以在沉积室30中产生第一化学物质和/或第二化学物质的高频等离子体，所述发电机LF 91使得可以在沉积室30中产生第一化学物质和/或第二化学物质的低频等离子体。
[0126] 两个发电机90、91连接到双通道喷射喷淋器100，以便能够分别施加高频(12至15MHz)和低频(100至600kHz)电位，具体是在第一多个通道70和第二多个通道80的通道的端部。基板20通过基板载体60电极化到装置的参考(质量或接地)电位。因此，能够产生等离子体的电场可以产生在喷射喷淋器100与基板20之间，与基底20的自由表面10直接相对。
[0127] 组成等离子体链的元件(发电机、导线、触点、电极)优选是不良电阻性的，因此可以使用大于1的LF/HF等离子体功率比。电阻率越低，低功率等离子体越容易被点亮，这使得可以获得具有有限HF功率的稳定的双频等离子体。可以使用以下一组参数来优化呈现大于1的低频(LF)/高频(HF)等离子体功率比的沉积方法的实现：
[0128] -沉积室中的压力在500毫托至2托的范围内。
[0129] -前体流量在20至100mgm的范围内。
[0130] -物质的总流量小于1,000sccm。
[0131] 应当注意，温度不是影响根据本发明的方法的参数。沉积室中的温度可以例如在50至400℃之间变化。
[0132] 优选地，选择低频(LF)和高频(HF)等离子体功率，使得低频(LF)/高频(HF)等离子体功率比大于1.2，或者甚至优选地大于1.5，例如等于2。
[0133] 参照图3，已经用根据本发明的沉积方法加工了导电孔1。
[0134] 导电孔(或“硅通孔”，TSV)是本领域技术人员众所周知的元件。这通常涉及延伸穿过诸如硅的基板的开口(孔洞)。这样的孔洞可以是通孔，也可以不是通孔，在这种情况下，其深度小于基板的厚度。一般来说，这种孔洞的深宽比(深度与宽度之比)大于5:1，或甚至大于10:1。
[0135] 导电孔可以例如旨在设置两个组件层之间穿过基板的电连接。为了设置这样的电连接，通常在孔洞(或导电孔)的相对壁上沉积介电材料薄层，然后将其填充以导电材料如铜。添加导电材料(通常为氮化钛或氮化钽)层，即充当铜扩散阻挡的层。
[0136] 使用CVD类型的方法将电介质层沉积在具有显著深宽比(或窄而深)的导电孔(或任何其它结构)的壁上是困难的。实际上，取决于孔洞深度，所述材料倾向于以不同形式形成。现在，为了确保足够的电绝缘，重要的是通过导电孔或结构获得具有良好品质和良好保形性的沉积，即具有均一或恒定的足够厚度的沉积层。
[0137] 如图3所示的导电孔1因此被制造在硅基板2内，并且具有内壁和底部3，该底部3先前已经使用金属材料封闭。
[0138] 根据本发明的沉积方法能够在导电孔1的上边缘(层4)、内壁(层5)和底部3(层6)上形成二氧化硅(SiO2)层。
[0139] 作为非限制性实例，可以在样品表面上、导电孔的上边缘(层4)上和垂直壁(层5)上获得厚度为100nm的SiO2层，并因此可以最终在沉积绝缘材料之前在存在的金属上方获得导电孔1的底部(层6)上的15nm的厚度。
[0140] 图4示出了用根据本发明的方法加工的另一导电孔1的截面图。该视图是使用扫描电子显微镜获得的。
[0141] 在该实施例中，导电孔1在不具有金属底部的仅硅基板2中制造。按照惯例，它具有圆形底部。可以注意到SiO2层在垂直壁(层5)上具有223nm的厚度，并且在导电孔的底部(层6)上具有约35nm的厚度。还可以注意到，垂直壁上和底部上的沉积具有非常不同的厚度(导电孔底部上的沉积物比壁上的沉积物薄)，并且导电孔的相对壁上的厚度均匀性非常好。
[0142] 但是，本发明还可以用于SiO2以外的其它沉积，只要这样的沉积可以由涉及两种化学物质(前体和反应物)的等离子体辅助反应进行即可。
[0143] 下面给出了可以使用根据本发明的方法进行的沉积的非详尽列表：
[0144] SiO2-TEOS/O2
[0145] SiO2-BTBAS/O2
[0146] SiN-BTBAS/NH3
[0147] TiN-TDEAT/NH3
[0148] TiCN-TDEAT/NH3-CH4
[0149] TaN-TBTDET/NH3
[0150] TaCN-TBTDET/NH3-CH4
[0151] Al2O3-TMA/O2
[0152] ZnO-DEZ/O2
[0153] 因此考虑本领域技术人员众所周知的从前体/反应物对获得的材料：
[0154] -由前体和氧化气体形成的氧化物，例如：二氧化硅(SiO2)与原硅酸四乙酯(TEOS)和氧气，二氧化硅(SiO2)与双(叔丁基氨基)硅烷(BTBAS)和氧气，氧化铝(Al2O3)与三甲基铝(TMA)和氧气，氧化锌(ZnO)与二乙基锌(DEZ)和氧气，
[0155] -由前体和氮化气体形成的氮化物，例如：氮化硅(SiN)与双(叔丁基氨基)硅烷和氨气，碳氮化钛(TiCN)与四(二乙基)氨基和氨气或甲烷，氮化钛(TiN)与四(二乙基)氨基(TDEAT)和氨气，氮化钽(TaN)与三(二乙基酰胺基)(叔丁基酰亚胺基)钽(TBTDET)和氨气，碳氮化钽(TaCN)与双(叔丁基氨基)硅烷和氨气或甲烷。
[0157] 在该优选实施方式中，等离子体是在反应物喷射脉冲(第二化学物质)的至少一部分期间从两个高频和低频等离子体源产生的，而不是在前体(第一化学物质)喷射期间产生的。这使得可以优化向系统的能量供应，以将层沉积到基板上。实际上，当将前体喷射到沉积室中时，其吸收了由等离子体提供的能量的一部分，并因此降低了其效率。
[0158] 在这种情况下，对应于第一化学物质(前体)、第二化学物质(反应物)的喷射和等离子体产生的脉冲序列分别对应于第一脉冲序列1、第二脉冲序列2和第三脉冲序列3，分别如图1所示。
[0159] 如上所述，并且例如：
[0160] -脉冲的相应持续时间TI1、TI2和/或TIp可以在0.02s至5s的范围内，并且在一个序列中两次脉冲之间的相应时间间隔D1、D2和/或Dp可以在0.02s至10s的范围内；
[0161] -脉冲的相应持续时间TI1、TI2和/或TIp可以在0.02s至1s的范围内，并且在一个序列中两次脉冲之间的相应时间间隔D1、D2和/或Dp可以在0.02s至1s的范围内；
[0162] -脉冲的相应持续时间TI1、TI2和/或TIp可以在1s至5s的范围内，并且在一个序列中两次脉冲之间的相应时间间隔D1、D2和/或Dp可以在1s至10s的范围内；
[0163] 根据其它实施方式，可能有利的是：
[0164] -对于前体喷射的一次脉冲的至少一部分产生等离子体，以及在反应物喷射期间不产生等离子体；或
[0165] -对于前体喷射的一次脉冲的至少一部分和反应物喷射的一次脉冲的至少一部分产生等离子体。
[0166] 关于图2所示的脉冲CVD反应器，第一化学物质和第二化学物质在化学物质喷射系统与基板自由表面10之间的传输时间可以定义为第一化学物质和第二化学物质在喷射系统与基板自由表面10之间的距离上传输所需的时间。
[0167] 根据所述第一化合物和第二化合物的相位移模式对第一化学物质和第二化学物质的喷射进行单独管理有利于其在基板的自由表面上而不是在基板的自由表面与喷射系统之间的空间中的反应，或者不是与最初存在于基板表面上的其它化学物质的反应。
[0168] 实际上，当在一次脉冲的持续时间内通过第一喷射路径将第一化学物质喷射到沉积室中时，其一部分与基板的自由表面发生反应并沉积在此，并且剩余部分可能至少部分由气体排放系统泵送。第一化学物质因而在基板的自由表面与喷射系统之间的空间中的量较小。
[0169] 随着相对于第一化学物质有相位移的脉冲，第二化学物质被喷射到沉积室中。因此，与以连续流方式喷射化学物质的序列相比，在基板自由表面与喷射系统之间的空间中，第一化学物质和第二化学物质之间的反应速率降低。第二化学物质因而优选与存在于基板的自由表面10上的第一物质反应。
[0170] 当第一化学物质和第二化学物质易于以比上述传输时间短的反应时间进行反应时，其这种喷射模式特别令人感兴趣。
[0171] 此外，与原子层沉积(ALD＝原子层沉积)技术不同，在整个工艺持续时间内，沉积室30中的压力大于例如500毫托的预定值。
[0172] 实际上，ALD涉及一次仅喷射一种化学物质，并且需要在喷射其它化学物质之前彻底清洗腔室。在本发明的情况下，可以省略复杂的泵送系统和清洗步骤，所述泵送系统和清洗步骤减慢了在基板上沉积层的速率。根据本说明书的方法不需要在第一序列和第二序列的脉冲之间或在脉冲期间将清洗气体引入沉积室。
[0173] 通过喷射序列将化学物质喷射到反应器腔室中以及因此依序产生等离子体，使得可以显著降低薄层沉积在基板上的反应进行所需的热能，从而降低沉积室和基板载体中的温度。这样的温度降低不影响层形成反应的进行，并且具体是不影响其效率(例如产率、速率)，因为损失的热能的一部分由等离子体提供并且提供给系统的总能量保持不变，或者可能甚至大于仅由热量获得提供的热量。
[0174] 当然，本发明不限于上述实施例，并且可以在不脱离本发明范围的情况下对这些实施例进行许多改变。只要本发明的各种特征、形状、替代解决方案和实施方式不冲突或互斥，它们就可以各种组合形式结合在一起。更特别地，以上公开的所有替代解决方案和实施方式可以组合在一起。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种液晶显示元件制造方法 | 2020-05-08 | 260 |
| 用于适合超大电流密度的电镀铜柱溶液及电镀方法 | 2020-05-08 | 965 |
| 一种水性三防漆用聚氨酯的合成方法 | 2020-05-08 | 879 |
| 一种燃气作业现场动态感知系统 | 2020-05-08 | 791 |
| 一种纳滤膜及其制备方法 | 2020-05-08 | 703 |
| 低碳烯烃裂解设备以及裂解方法 | 2020-05-11 | 981 |
| 一种以乳清分离蛋白/阴离子多糖为壁材的微胶囊灭火剂的制备方法 | 2020-05-08 | 530 |
| 医用胶带的制备方法及卷绕储存方法 | 2020-05-08 | 501 |
| 一种锂电池用低硼含量锂硼合金电极材料及应用 | 2020-05-08 | 562 |
| 化石能源低能耗零碳排放采收及碳循环方法 | 2020-05-08 | 623 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈