本發(fā)明涉及一種改善半導(dǎo)體襯底與介電層之間的粘附性的方法。該方法還涉及一種包括半導(dǎo)體襯底、介電層和二氧化硅粘附層的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
：有許多具有商業(yè)意義的工藝、結(jié)構(gòu)和器件涉及在半導(dǎo)體襯底的表面上沉積介電層。一個實例是制造cis(cmos圖像傳感器)產(chǎn)品。在這些制造工藝中，對于tsv(穿透硅通孔)絕緣和通孔露出應(yīng)用中的中介層鈍化，需要通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(pecvd)來沉積介電層。低溫、高蝕刻速率的硅蝕刻工藝產(chǎn)生大量不需要的聚合副產(chǎn)物。這在tsv和通孔露出應(yīng)用中尤其明顯。在沉積任何絕緣層之前，需要除去聚合副產(chǎn)物。其中一個原因是聚合副產(chǎn)物的存在損害隨后沉積的介電層的粘附性。去除副產(chǎn)物需要多個清潔步驟，包括o2灰化和ekc聚合物剝離。這些工藝本身會導(dǎo)致其它殘余物殘留在硅表面上。這些殘余物還會導(dǎo)致介電層的粘附性變差。通常，在硅的薄化和蝕刻之前，將300mm的硅襯底粘合到玻璃載體襯底。用于粘合的膠粘劑具有不穩(wěn)定的真空性能，需要在cvd沉積之前進(jìn)行除氣。然而，排氣副產(chǎn)物可能會污染硅表面。這些方法污染硅表面是不期望的。污染的一個后果是隨后沉積的介電層的粘附性受損。因此，可以看出，作為商業(yè)制造工藝的一部分，確保介電層充分粘附到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是具有挑戰(zhàn)性的。應(yīng)當(dāng)理解，除了上述的具體問題之外，無論半導(dǎo)體表面是否被污染，都存在改善介電層粘附到半導(dǎo)體襯底(諸如硅)的一般需求和需要。本發(fā)明至少在其一些實施方式中解決了這些問題、需求和需要。技術(shù)實現(xiàn)要素：根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種改善半導(dǎo)體襯底與介電層之間的粘附性的方法，包括以下步驟：通過第一等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(pecvd)工藝在所述半導(dǎo)體襯底上沉積二氧化硅粘附層；和通過第二pecvd工藝將所述介電層沉積到所述粘附層上；其中，在沒有o2或者以250sccm或更低的流速將o2引入所述工藝的情況下，在包含原硅酸四乙酯(teos)的氣體氣氛中進(jìn)行所述第一pecvd工藝。可以以100sccm或更小的流速，優(yōu)選10sccm或更小的流速將o2引入所述工藝中。最優(yōu)選地，沒有將o2引入所述工藝中。所述半導(dǎo)體襯底可以是硅。所述粘附層沉積到其上的半導(dǎo)體襯底可以包括額外的非半導(dǎo)體特征件(feature)。所述非半導(dǎo)體特征件可以是金屬特征件。例如，所述半導(dǎo)體襯底可以是具有銅或鎢特征件在其上的部分金屬化的硅襯底。通常，所述非半導(dǎo)體特征件僅構(gòu)成小部分可用表面積。通常，所述非半導(dǎo)體特征件構(gòu)成小于10％的所述半導(dǎo)體襯底的可用表面積。所述半導(dǎo)體襯底可以包括所述粘附層沉積到其上的污染表面。所述半導(dǎo)體襯底可以包括所述粘附層沉積到其上的表面，其中，所述表面是疏水的。沉積到所述粘附層上的介電層可以是含硅材料。所述介電層可以是氮化硅、氧化硅或碳化硅。在所述介電層是氧化硅的情況下，所述介電層可以是使用合適的前體(諸如teos或硅烷)沉積的二氧化硅。沉積到所述粘附層上的介電層可以是親水的。第一pecvd工藝可以使用rf信號來產(chǎn)生等離子體。rf信號可以具有小于400khz的頻率。通常，rf信號具有大于100khz的頻率。使用這些頻率下的單個rf信號來產(chǎn)生等離子體已經(jīng)獲得了特別有利的結(jié)果。還可以使用雙rf信號來產(chǎn)生等離子體，其中，rf信號中的一個具有相對低的頻率，而另一個rf信號具有相對高的頻率。rf功率能被施加到噴頭，或噴頭與壓板組件。因此，所述第一pecvd工藝可以額外使用第二rf信號來產(chǎn)生等離子體。所述第二rf信號可以具有大于400khz的頻率。優(yōu)選地，所述第二rf信號具有13.56mhz的頻率。所述第一pecvd工藝可以在包含teos、可選的o2和一種或多種其它組分的氣體氣氛中進(jìn)行。所述第一pecvd工藝可以在包含h2的氣體氣氛中進(jìn)行。可以以500sccm～1200sccm的流速將h2引入所述第一pecvd工藝中。h2流速可以為800sccm～1100sccm。所述第一pecvd工藝可以用1.3ccm～1.6ccm的流速將teos引入到所述工藝中進(jìn)行。所述二氧化硅粘附層可以具有1000nm或更小的厚度，優(yōu)選200nm或更小的厚度。較厚的粘附層在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。然而，在二氧化硅粘附層是比沉積到其上的介電層更差的電介質(zhì)的實施方式中，使用相對薄的粘附層(這種粘附層具有200nm或更小的厚度)可能是有益的。所述粘附層可以具有至少0.3％的chx:sio比。chx:sio比可以為至少3％。本文描述的chx:sio比通過比較由與chx吸收和sio吸收相關(guān)的傅立葉變換紅外光譜(ftir)獲得的峰面積進(jìn)行計算。x可以是1～3。所述chx:sio比可以是以百分比表示的在約2900～3000cm-1處的chx峰的積分面積與在約1800cm-1處的sio峰的積分面積之比。所述第一pecvd工藝可以在2.0torr～4.0torr的壓力下進(jìn)行。所述壓力可以為2.0torr～3.5torr。所述壓力可以為2.0torr～3.0torr。所述第一pecvd工藝可在100℃～200℃的溫度下進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了半導(dǎo)體襯底、介電層和在所述半導(dǎo)體襯底與所述介電層之間形成的二氧化硅粘附層，所述結(jié)構(gòu)根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法進(jìn)行制造。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種包括半導(dǎo)體襯底、介電層和在所述半導(dǎo)體襯底與所述介電層之間形成的二氧化硅粘附層的結(jié)構(gòu)，其中，所述粘附層具有至少0.3％的chx:sio比，所述chx:sio比是通過比較與chx和sio吸收相關(guān)的由ftir獲得的峰面積而算出的，其中x為1～3。所述粘附層可以具有至少3％的chx:sio比。雖然本發(fā)明已被描述如上，但是它延伸至在上文中或者下面的說明書、附圖或權(quán)利要求書中提出的特征的任何發(fā)明組合。附圖說明現(xiàn)將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的方法和結(jié)構(gòu)的實施方式，其中：圖1示出了三種粘附層的i-v曲線；圖2示出了在沉積后直接獲得的和在五天后獲得的i-v曲線；圖3示出了使用常規(guī)的基于teos的pecvd工藝和使用沒有o2的基于teos的pecvd工藝獲得的二氧化硅層的ftir光譜；和圖4是本發(fā)明結(jié)構(gòu)的示意圖。具體實施方式圖4是本發(fā)明包括半導(dǎo)體襯底42、粘附層44和介電層46的結(jié)構(gòu)40的示意圖。本發(fā)明利用粘附層44來改善半導(dǎo)體襯底42與介電層46之間的粘附性。粘附層44是在利用低氧氣流或根本沒利用氧氣流的pecvd工藝中沉積到半導(dǎo)體襯底42上的二氧化硅層。介電層46通過pecvd而被沉積到粘附層44上。本發(fā)明的實施例和比較例如下所示。半導(dǎo)體襯底為了復(fù)制污染的硅表面，直接對裸露的硅表面產(chǎn)生低溫(50℃～200℃)原位聚合物剝離等離子體(in-situpolymerstripplasma)。典型的工藝條件如表1所示。工藝參數(shù)典型值時間(s)30溫度(℃)125壓力(torr)3.1氣體流量(sccm)2300o2,1000h2rf功率(w)945hf,420lf表1：聚合物剝離工藝(hf＝高頻rf＝13.56mhz，lf＝低頻rf＝380khz)。污染的硅表面被認(rèn)為代表了在器件晶片上通常出現(xiàn)的污染表面。在污染的硅表面上進(jìn)行了許多pecvd沉積。沉積層的粘附性通過使用標(biāo)準(zhǔn)帶拉伸試驗進(jìn)行量化。在拉伸試驗中，在硅襯底中用金剛石以10×10的1mm柵格劃斷膜。將膠帶涂覆到膜的表面并垂直于硅表面將膠帶拉開。引用粘附合格百分比，它是指在柵格中有多少膜保持粘附到硅上。粘附層在pecvd工藝中很少使用或沒有使用氧氣流的teospecvd工藝中，沉積二氧化硅粘附層。表2示出了pecvd工藝參數(shù)的典型范圍和優(yōu)選(盡管非限制性)值。所用的低rf頻率為380khz，而所使用的高rf頻率為13.56mhz。也可以使用其他頻率。通常，低rf頻率可被認(rèn)為是小于400khz的頻率，而高rf頻率可被認(rèn)為是400khz或更大的頻率。參數(shù)范圍優(yōu)選溫度(℃)100～200125壓力(torr)2.5～4.03氧(sccm)0～5000氫(sccm)500～12001000teos(ccm)1.35～1.551.45功率(高頻rf)(w)0～6000功率(低頻rf)(w)350～600420表2：粘附層的工藝參數(shù)。對不同條件下沉積的二氧化硅粘附層進(jìn)行粘附性試驗。結(jié)果示于表3。沉積條件粘附性試驗結(jié)果低頻rf，500sccm氧氣流90％合格高頻rf，無氧氣流100％合格低頻rf，無氧氣流100％合格低頻rf，無氧氣流，低壓力100％合格表3：二氧化硅粘附層的粘附試驗(低壓＝2.5torr，而其它方法是在4.0torr的壓力下)。表3中描述的沒用氧氣流沉積的膜進(jìn)行了進(jìn)一步試驗以研究它們的電學(xué)特性。圖1示出了高rf頻率實施方式的i-v曲線10、低rf頻率實施方式的i-v曲線12以及低rf頻率且低壓力實施方式的i-v曲線14。表4示出了泄漏電流和擊穿電壓。表4：各種膜的擊穿電壓下的泄露電流?？梢钥闯?，使用低rf頻率沉積的二氧化硅膜的電流特性優(yōu)于使用高rf頻率沉積的二氧化硅膜的電流特性。工藝壓力的降低進(jìn)一步改善了電學(xué)特性。對于介電膜，期望以固定電勢(諸如2mv/cm)使擊穿電壓最大化并使泄漏電流最小化。膜穩(wěn)定性通過在沉積之后直接測量電性能并且在使膜在環(huán)境條件下暴露五天之后測量電性能來進(jìn)行研究。圖2示出了相關(guān)的i-v曲線。曲線20和曲線22分別對應(yīng)于在沉積之后直接測量的低rf頻率沉積以及在五天之后測量的低rf頻率沉積。曲線24和曲線26分別對應(yīng)于在沉積之后直接測量的低rf頻率且低壓力沉積以及在五天之后測量的低rf頻率且低壓力沉積。表5示出了在沉積之后直接測量的泄漏電流以及在五天后測量的泄漏電流。使用低rf頻率獲得的膜在五天內(nèi)僅示出微小增加。使用低rf頻率且低壓沉積獲得的膜示出了泄漏電流沒有增大，這表明了最小的再吸收。表5：在沉積時的以及在五天之后的擊穿電壓下的泄露電流。在此期間也獲得了ftir光譜。表6示出了與3400cm-1和950cm-1-oh吸收對應(yīng)的歸一化的ftir峰面積。而且，使用低rf頻率且低沉積壓力沉積的粘附層示出了與其它膜相比更低的水分含量。對于用較高工藝壓力條件獲得的膜，低rf頻率粘附層示出了與高rf頻率粘附層相比顯著更低的水分含量。表6：各種膜的ftir光譜的歸一化的-oh峰面積比。對二氧化硅粘附層的碳含量進(jìn)行測量并且與使用常規(guī)teospecvd工藝沉積的二氧化硅層進(jìn)行比較。結(jié)果示于表7?？梢钥闯?，本發(fā)明的二氧化硅粘附層具有與常規(guī)獲得的二氧化硅膜相比更高的chx含量。chx含量以chx:sio比表示。該比例通過比較ftir光譜中的與chx和sio吸收對應(yīng)的峰面積而獲得。圖3示出了本發(fā)明的二氧化硅粘附層和使用常規(guī)teospecvd工藝沉積的二氧化硅層的ftir光譜。在約1080cm-1處的大峰是sio伸縮吸收。在約2900cm-1～3000cm-1處的峰與chx吸收有關(guān)。通過計算2900cm-1～3000cm-1峰的積分面積與1080cm-1峰的積分面積之比而獲得下面示出的chx:sio峰面積比。chx基團(tuán)使二氧化硅粘附層略微疏水，從而與硅襯底的疏水性污染表面相容。請注意，使用基于硅烷的pecvd沉積的二氧化硅層沒有碳鍵并且本質(zhì)上也是親水性的。表7：基于teos的sio2沉積的chx:sio比。介電層的沉積沉積一系列介電膜，包括通過基于teos的pecvd和基于硅烷的pecvd沉積的氮化硅和二氧化硅膜。膜的沉積厚度范圍為500nm～3μm，而溫度為50℃～400℃。將膜直接沉積到污染的硅表面上，或沉積到二氧化硅粘附層上。典型性沉積條件示于表8。表8：用于樣品制備的沉積條件(hf＝高頻rf＝13.56mhz，lf＝低頻rf＝380khz)。沉積介電層的性質(zhì)對使用直接沉積到污染的硅表面上的介電膜進(jìn)行粘附測試。實驗還通過將100nm二氧化硅粘附層沉積到硅表面上并隨后通過pecvd將介電層沉積到粘附層上來進(jìn)行。使用上述低rf頻率、低壓pecvd工藝沉積粘附層。對于基于teos的二氧化硅、基于硅烷的二氧化硅和氮化硅膜，沉積的介電層的厚度分別為3μm、600nm和500nm。粘附性試驗的結(jié)果示于表9。電介質(zhì)粘附性試驗結(jié)果比較例1二氧化硅(基于teos的pecvd)0％比較例2二氧化硅(基于硅烷的pecvd)10％合格比較例3氮化硅5％合格實施例1二氧化硅(基于teos的pecvd)/二氧化硅粘附層100％合格實施例2二氧化硅(基于硅烷的pecvd)/二氧化硅粘附層100％合格實施例3氮化硅/二氧化硅粘附層100％合格表9：對沉積到具有和沒有中間粘附層的污染的硅表面上的介電層的粘附性試驗。不希望受到任何特定理論或推測的限制，二氧化硅粘附層被視為污染的硅的疏水性表面與輕微親水性介電層之間的粘合層。同樣不希望受到任何特定理論或推測的限制，據(jù)信，通過使用本發(fā)明中使用的低氧氣流或無氧氣流來產(chǎn)生二氧化硅粘附層，該工藝基本上或甚至完全依賴于由teos釋放的氧形成二氧化硅層。本發(fā)明能被用于通過pecvd在粘附層上沉積寬范圍的介電層。在沉積的介電層也是二氧化硅時特別方便。然后，通過使粘附層的“種子”沉積物進(jìn)入主二氧化硅介電層而不中斷沉積，使粘合的強(qiáng)度最大化。這在膜之間產(chǎn)生連續(xù)過渡，從而有益于復(fù)合層的優(yōu)異粘附性。當(dāng)前第1頁12