The Film Property and Deposition Process of TSV Inside for 3D Interconnection

3D Interconnection을 위한 실리콘 관통 전극 내부의 절연막 증착 공정과 그 막의 특성에 관한 연구

This investigation was performed in order to study the properties of deposition and layers by Silicon Dioxide, SiO2, as dielectric onto Via and Trench which have high Aspect Ratio (AR). Thus, in order to confirm these properties, three types of CVD, which were PECVD, PETEOS, and ALD, were selected. On the experiment each of the property sections was estimated that step overage of PECVD: <30%, PETEOS: 45%, ALD: 75% and the RSM of PECVD: 27.8 nm, PETEOS: 2.1 nm, ALD: <2.0 nm. As a result of this experiment for the property of electric film, ALD was valuated to be the most favorable outcome. However, ALD was valuated to have the least quality for the deposition rate. ALD deposition rate, $10\;\AA/min$ by $1\;\AA$/1cycle, was prominently lower than PETEOS, which had the deposition rate of $5000\;\AA$/min. Since electric film requires at least $1000\;\AA$ thicknesses, ALD was not suitable for the deposition rate. which is the most important component in a practical use. Therefore, in this particular study, PETEOS was evaluated to be the most suitable recipe.

높은 종횡비를 갖는 비아 및 트렌치 상에 절연 막으로서 $SiO_2$를 증착하고 증착 특성 및 막의 특성을 연구하였다. 실리콘 관통 전극에서 절연 막은 전극의 벽면과 그 내부에 충진 된 물질간의 상호 확산 감소와 물질 간 접착, 전기적 절연, 디바이스로의 전기적 누수 차단 등의 역할을 해야 한다. 따라서 이러한 특성을 확인하기 위해 3종의 화학 기상 증착법인 PECVD, PETEOS, ALD을 선정하고 절연 막 증착 후 특성평가를 진행 하였다. 특성평가 항목 중 step coverage는 PECVD : <30%, PETEOS : 45%, ALD : 75%, 표면 거칠기는 PECVD : 27.8 nm, PETEOS : 2.1 nm, ALD : <2.0 nm으로 측정되어 막질의 특성은 ALD가 가장 우수하게 평가 되었으나, 실제 기술의 적용에서 가장 중요한 요소인 증착률에서 ALD는 $18\;\AA/1cycle$로서 $10\;\AA/min$ 이라는 대략적 시간이 소요되어 $5000\;\AA/min$의 증착률을 보인 PETEOS에 비해 매우 낮은 수준으로 최소 $1000\;\AA$ 이상의 두께가 요구되는 절연 막의 적용에는 어려움이 있고, 따라서 PETEOS가 본 연구에서 최적의 recipe라 평가되었다.