PECVD在TSV领域的应用

沉积后 7 天后
1.20 μm
S4800 10.0 kV 8.3 mm×35.0 k SE(U) 7/27/2013 15:49 （b）孔 底 角 覆 盖 情 况
1.00 μm
图 5 低 温 TEOS PECVD 工 艺 覆 盖 性 (AR1:1)
另外使用百格法测试了低温 PECVD 薄膜的 附着性，验证了低温 TEOS 工艺附着性满足要求。
-1 0 1 O2 流量
图 2 各工艺参数对薄膜应力的影响
50 10 -30 -70 -110 -150 -190 -230
沉积后 1 天后 3 天后 6 天后 20 天后 22 天后 23 天后
中覆盖性的表现见图 5。
1.40 μm 1.41 μm 1.41 μm
不稳定薄膜 稳定薄膜
图 3 低 温 PECVD TEOS SiO2 薄 膜 应 力 稳 定 性 监 测
-1 0 1 He 流量
优 化 后 的 低 温 PECVD TEOS SiO2 薄 膜 的 电 学性能到达 TSV 领域的要求，其击穿电压 (Break Down Voltage) 大于 10 MV/cm，漏电流 (Leakage Current) 小 于 1 ×10-9 A/cm2@1 MV/cm，并 且 随 时
S4800 10.0 kV 8.3 mm×35.0 k SE(U) 7/27/2013 15:45 （a）孔表面覆盖情况
1.00 μm
间变化保持稳定，见图 4。综上所述，即使是低温
条件下，通过设备及工艺的优化，低温 PECVD SiO2 薄膜性能是优异的且具有良好的稳定性。
1.19 μm 1.18 μm
收 稿 日 期 ：2014-06-24
硅通孔通常被称作 Via-first，此时 TSV 的制作可 以 在 Fab 厂 前 端 金 属 互 连 之 前 进 行 ， 实 现 Core-to-Core 的连接；在 CMOS 完成之后再进行 TSV 的制作，然后完成器件制造和后端的封装被 称为 Via-middle；而将 TSV 放在封装生产阶段，通 常被称作 Via-last，该方案的明显优势是可以不改 变现有集成电路流程和设计。
（下转第 12 页）
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Equipment for Electronic Products Manufacturing
向旋转一定角度予以纠正；反之，若 θ＜ 0，定位台 需要顺时针方向旋转一定角度予以纠正；当 θ 角 度值小于允许值（θ≈ 0）时 θ 角旋转步进电机停 止运转。
吸光度
1.1 沉积 1.0 1 天后 0.9 4 天后
0.8 7 天后
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
Si-OH
0.1
0.0 3000
2000
波数 /cm-1
Si-O
Si-O Si-O 1000
图 1 低温 PECVD TEOS SiO2 薄膜 FTIR 图谱随时间的变化
一般来说，各工艺参数间是相互关联的，改变 其中的一个参数可能不只影响薄膜的一个性能指 标。为了能有效地判断工艺问题，每一次必须只改 变一个参数，并对相应的结果以及薄膜特征进行 测试，各个工艺参数对薄膜应力的影响见图 2，通 过控制 LF power 和 gap 以及 O2 流量等可以调整
1 TSV 对 PECVD 的技术要求
TSV 的 制 作 可 以 集 成 到 制 造 工 艺 的 不 同 阶 段，因 Interposer（no devices）和 Via-first 对介质层 沉积温度没有限制，但是对于 Via-last，介 质 层 沉 积温度需要小于 200 ℃,甚至更低的温度。高温和 低温 PECVD 工艺的开发至关重要。为了提高器 件的整体性能，PECVD 介质层薄膜需要具有良好 的电学性能和机械性能，例如高的击穿电压 (Break Down Voltage)，低 的 漏 电 流 (Leakage Current)，良好的界面结合性以及适当的应力等。同时 PECVD 介质层薄膜还必须具备良好的稳定性。高 深宽比 (AR >10:1) 孔洞内的覆盖性是对 PECVD 技术的挑战，这也是 TSV 对 PECVD 薄膜的一个 重要需求。PECVD 设备与其他的薄膜沉积方式 (如 spin on)相比，薄膜的质量更好，主要体现在薄 膜的电性、致密性和成膜成本上，其作为生产型设 备具有一定优势。
景，介绍了拓荆 PECVD 在 TSV 领域的应用，展现其良好的工艺表现。
关键词： 等离子体增强化学气相沉积(PECVD)；硅通孔技术(TSV)；正硅酸乙酯(TEOS)；二氧化硅
薄 膜 (SiO2)
中图分类号： TN305.96
文献标识码： A
文 章 编 号 ：1004-4507(2014)07-0006-04
PECVD Applications in TSV
Li Jing
(Piotech Co.，Ltd，Shenyang 110179，China)
Abstract: PECVD equipment and process technology has shown broad applications in the Front-End-of-Line (FEOL) semiconductor manufacturing process. This paper mainly introduces the new application of PECVD in the emerging Through -Silicon-Via (TSV) technology and its good performance. Keywords: PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition )；TSV （Through Silicon Via）； TEOS；SiO2 film
硅 通 孔 技 术（TSV，Through -Silicon-Via）是 通 过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直 通孔，实现芯片之间互连的最新技术。与以往常规 的 IC 封装键合和使用凸点叠加的技术不同，TSV 能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺 寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能。 TSV 与常规封装技术有一个明显的不同点，TSV 的制作可以集成到制造工艺的不同阶段。在晶圆 制 造 Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS)或 Back-End-of-Line(BEOL)步骤之前完成
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近的 TSV 领域具有广泛的应用性。PECVD 技术 是 通 过 化 学 反 应 的 方 式 , 利 用 等 离 子 能 源 ，在 反 应 器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固 界面上经化学反应形成固态沉积物的技术。 PECVD 通常用于淀积绝缘层，用射频方式产生等 离子体。离子的轰击为次生物质提供能量，使之能 在较低的温度下就可以在硅片上发生化学反应而 形成薄膜沉积，因而可应用于金属布线后的绝缘 膜沉积等应用。
低温 TEOS PECVD 薄膜具有优异的覆盖率，
满足 TSV 领域对薄膜覆盖率的要求。不同深宽比 3 结 论
的孔径覆盖率表现不同，例如 AR1:1 孔径的覆盖
率能达到 75%以上，AR10:1 孔径的覆盖率能达到
（1）拓荆公司掌握了 PECVD 关键技术，能够
20%以上，低温 TEOS PECVD 工艺在 AR1:1 孔径
2 PECVD 工艺现状
以下将主要从薄膜性能及其稳定性、TSV 孔 覆盖性以及薄膜附着性几个方面进行讨论。
TEOS/O2 PECVD 薄 膜 的 工 艺 性 能 见 表 1，结 果显示 PECVD 设备在高温和低温下工艺的各项 技 术 指 标（膜 厚 均 匀 性 、薄 膜 应 力 、薄 膜 材 料 的 电 性能等）达到 TSV 领域要求，并且通过了马拉松 可靠性验证。
其次，θ 角定位完成后 PLC 控制系统根据 光 轴与主栅线的距离 詛 计算出电池片从定位位置 B 到目标位置 C 点的距离为 L－詛，并以此数值将电 池片传送到焊接位置。
最后，电池片在 y 方向定位由 y 方向定位检测 光纤传感器辅助实现，定位好的电池片下放到目标
电池片预定位
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ＰＥＣＶＤ 在 ＴＳＶ 领域的应用
李晶
(沈阳拓荆科技有限公司，沈阳 110179)
摘 要： PECVD 设备及工艺技术已在半导体前道互连工艺及 TSV 领域展现了其广阔的应用前
电流密度 /nm·cm-2
1.00E+00
1.00E-01
百度文库
1.00E-02
1.00E-03
1.00E-04
1.00E-05
1.00E-06
1.00E-07
1.00E-08
1.00E-09
1.00E-100
2
4
6
8 10 12
电压与膜厚 /MV·cm-1
图 4 低温 PE-TEOS SiO2 薄膜电性稳定性监测
等离子体增强化学气相沉积（PECVD）设备可 以 在 150~400 ℃ 下 沉 积 具 有 良 好 性 能 的 薄 膜 材 料，而且具有对孔洞结构的优良覆盖率，因此在新
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PECVD TEOS SiO2 薄膜应力稳定性。值得注意的 是，提高薄膜的某一个性能可能会对薄膜的其他 性能产生影响。因此，需要调整各个工艺参数来优 化总体性能。
应力 /MPa
应力 /MPa
-1 0 1 压力
-1 0 1 TEOS 流量
-1 0 1 极间距
-1 0 1 高频功率
-1 0 1 低频功率
400 ℃ TEOS SiO2
<1.0 <1.0 1.46±0.01 <-100(可调) ＞8 <1.0 E-9 <1.0 E-8
180 ℃ TEOS SiO2
<2.0 <1.0 1.46±0.01 <-100(可调) ＞7 <1.0 E-8 <1.0 E-7
且会影响与下一层金属层的附着性，所以在低温 条件下沉积的薄膜其稳定性至关重要。傅里叶红 外光谱（FTIR）利用光干涉技术在红外波段测量材 料的吸收光谱。特征波长的吸收峰反映的是材料 的 分 子 基 团 和 材 料 的 成 分 。 低 温 PECVD TEOS SiO2 薄 膜 主 要 的 Si-O 峰 出 现 在 940 ～1 080 cm-1 范围内，在 1 050 cm-1 处达到最大。其余的两个 Si-O-Si 峰出现在 816 cm-1 和 436 cm-1 处。对于不 稳定的薄膜在 Si-OH 处有一个明显的峰，并且随 时间变化。Si-OH 可以通过 3 605～3 650 cm-1 间 的峰和 935～941 cm-1 间的峰进行检测。通过设备 和工艺的优化能够开发出具有良好稳定性的 PECVD TEOS SiO2 薄 膜 ， 克 服 了 其 吸 水 性 的 缺 点。应用 FTIR 通过对 PECVD 一周连续的检测， 验证其薄膜的化学成分的稳定性，见图 1 。
低温 PECVD TEOS SiO2 薄膜（＜200 ℃）容易 具有吸水性，导致吸水后的薄膜电性能会下降，并
表 1 TEOS/O2 PECVD 薄 膜 的 工 艺 性 能
参数
片内均匀性 (1σ，3 mm EE) /% 片间均匀性 /% 折射率 应力 /MPa 击穿电压 /MV·cm-1 漏电流(1 MV/cm)/nm·cm-2 漏电流(2 MV/cm)/nm·cm2
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薄膜的应力。通常不稳定薄膜吸水之后其应力值 会朝着压应力方向变化，但是通过对工艺的优化 可以实现薄膜应力随时间增长保持不变，这也表 明了该薄膜具有较好的抗水性，图 3 显示了低温