用於改善矽片表面平坦度的方法及系統與流程
2023-09-24 00:04:16
1.本公開涉及矽片加工製造技術領域，具體地，涉及用於改善矽片表面平坦度的方法及系統。
背景技術：
2.隨著集成電路製造技術的不斷發展，對用作集成電路襯底的矽片的表面平坦度的要求越來越高。
3.矽片表面的平坦度通常通過矽片在表面的最高點與最低點處的厚度差來表示。針對矽片表面的不同區域的平坦度，可以採用局部平坦度(sfqr)、邊緣平坦度(esfqr)、整體平坦度(gbir)等參數來進行評估。
4.現有的化學機械拋光為常用的用於實現高平坦度的加工方式，其使用化學作用與機械作用相結合的方式去除表面損傷以使矽片的表面能夠呈現具有較好平坦度的光亮效果。
5.然而，利用化學機械拋光工藝來改善矽片表面的平坦度存在一定的限度，例如，對於整體平坦度而言，在矽片表面的平坦度達到100nm左右以後，就難以再利用拋光工藝來進一步改善該矽片表面的平坦度。
技術實現要素：
6.本部分提供了本公開的總體概要，而不是對本公開的全部範圍或所有特徵的全面公開。
7.本公開的目的在於提供一種能夠進一步改善經過化學機械拋光後的矽片表面的平坦度的用於改善矽片表面平坦度的方法。
8.為了實現上述目的，根據本公開的一個方面，提供了一種用於改善矽片表面平坦度的方法，其包括：
9.檢測矽片表面的平坦度以確定包括與該平坦度相關聯的最低點的低凹區域的位置；
10.使該表面被覆蓋特定材料層並去除特定材料層的與該位置對應的部分；
11.在覆蓋有特定材料層的該表面上沉積含矽層，其中，含矽層的拋光去除速率小於單晶矽的拋光去除速率；
12.去除特定材料層的其餘部分；以及
13.對已去除特定材料層的其餘部分的矽片的該表面進行拋光。
14.在上述用於改善矽片表面平坦度的方法中，特定材料層中的特定材料可以為光刻膠，並且使該表面被覆蓋特定材料層並去除特定材料層的與該位置對應的部分可以包括在該表面旋塗光刻膠以使該表面被覆蓋光刻膠層並通過對光刻膠層的該部分進行光照和溶解來去除該部分。
15.在上述用於改善矽片表面平坦度的方法中，光刻膠可以為pmma膠、pe膠、pet膠和
pi膠中的任一者。
16.在上述用於改善矽片表面平坦度的方法中，含矽層可以為氮化矽層或碳化矽層。
17.在上述用於改善矽片表面平坦度的方法中，含矽層可以通過物理氣相沉積方法沉積在覆蓋有特定材料層的該表面上。
18.在上述用於改善矽片表面平坦度的方法中，物理氣相沉積方法的沉積溫度可以為350℃-550℃，並且沉積時間可以為30s-120s。
19.在上述用於改善矽片表面平坦度的方法中，對已去除特定材料層的其餘部分的矽片的該表面進行拋光可以包括使矽片的背面被吸附在吸附平面上並對由此而變形的矽片的該表面進行化學機械拋光。
20.在上述用於改善矽片表面平坦度的方法中，該平坦度可以為整體平坦度、局部平坦度和邊緣平坦度中的任一者。
21.在上述用於改善矽片表面平坦度的方法中，去除特定材料層的其餘部分可以包括通過有機溶劑來去除光刻膠層的其餘部分。
22.根據本公開的另一方面，提供了一種用於改善矽片表面平坦度的系統，其包括：
23.檢測單元，其用於檢測矽片表面的平坦度以確定包括與該平坦度相關聯的最低點的低凹區域的位置；
24.覆蓋單元，其用於使該表面被覆蓋特定材料層並去除特定材料層的與該位置對應的部分；
25.沉積單元，其用於在覆蓋有特定材料層的該表面上沉積含矽層，其中，含矽層的拋光去除速率小於單晶矽的拋光去除速率；
26.去除單元，其用於去除特定材料層的其餘部分；以及
27.拋光單元，其用於對已去除特定材料層的其餘部分的矽片的該表面進行拋光。
28.根據本公開，通過使矽片表面被覆蓋特定材料層並去除特定材料層的與矽片表面的低凹區域的位置對應的部分來使低凹區域處能夠被沉積含矽層而矽片表面的其他區域不被沉積含矽層，以及通過使含矽層的拋光去除速率小於單晶矽的拋光去除速率並通過對去除掉剩餘特定材料的矽片表面進行拋光來使最高點處的單晶矽相比於最低點處的含矽層被更多地拋光去除，使得矽片在最高點處的厚度被相對地減小，由此縮小矽片表面的最高點與最低點之間的豎向距離，從而實現對矽片表面平坦度的改善。
29.通過以下結合附圖對本公開的示例性實施方式的詳細說明，本公開的上述特徵和優點以及其他特徵和優點將更加清楚。
附圖說明
30.圖1為根據本公開的實施方式的用於改善矽片表面平坦度的方法的流程圖；以及
31.圖2為順序地示出了圖1中所示的方法的各個步驟的示意圖。
具體實施方式
32.下面參照附圖、藉助於示例性實施方式對本公開進行詳細描述。要注意的是，對本公開的以下詳細描述僅僅是出於說明目的，而絕不是對本公開的限制。
33.如之前提到的，矽片表面的平坦度通常通過矽片在表面的最高點與最低點處的厚
度差來表示，也就是說，可以利用矽片表面的最高點與最低點之間的豎向距離來表示矽片表面的平坦度。然而，發現的是，拋光工藝存在一定的改善限度，即，在達到一定的平坦度之後，就難以利用拋光工藝來進一步改善矽片表面的平坦度，即意味著難以利用拋光工藝來進一步縮小矽片表面的最高點與最低點之間的豎向距離。
34.為解決上述問題，本公開試圖通過減小矽片在最高點處的厚度來縮小矽片表面的最高點與最低點之間的豎向距離，由此實現進一步改善矽片表面平坦度的目的。
35.具體而言，參照圖1和圖2，本公開的實施方式提供了一種用於改善矽片表面平坦度的方法，其包括：
36.s101：檢測矽片表面的平坦度以確定包括與該平坦度相關聯的最低點的低凹區域的位置；
37.s102：使該表面被覆蓋特定材料層並去除特定材料層的與該位置對應的部分；
38.s103：在覆蓋有特定材料層的該表面上沉積含矽層，其中，含矽層的拋光去除速率小於單晶矽的拋光去除速率；
39.s104：去除特定材料層的其餘部分；以及
40.s105：對已去除特定材料層的其餘部分的矽片的表面進行拋光。
41.在上述方法中，通過使矽片表面被覆蓋特定材料層並去除特定材料層的與矽片表面的低凹區域的位置對應的部分來使低凹區域處能夠被沉積含矽層而矽片表面的其他區域不被沉積含矽層，以及通過使含矽層的拋光去除速率小於單晶矽的拋光去除速率並通過對去除掉剩餘特定材料的矽片表面進行拋光來使最高點處的單晶矽相比於最低點處的含矽層被更多地拋光去除，使得矽片在最高點處的厚度被相對地減小，由此縮小了矽片表面的最高點與最低點之間的豎向距離，從而實現了對矽片表面平坦度的改善。
42.可以理解的是，在進行沉積時，含矽層原本會覆蓋在矽片的整個表面上，但由於矽片表面的除低凹區域外的其他部分此時被特定材料層覆蓋，因此，含矽層實際上會沉積在特定材料層的其餘部分上以及矽片表面的低凹區域上。因此，在去除掉特定材料層的其餘部分時，沉積在特定材料層的其餘部分上的含矽層也會被順帶地去除掉，由此僅在矽片表面的低凹區域上沉積有含矽層。
43.需要注意的是，該最低點指的是與所檢測的平坦度相關聯的最低點，即指的是表示該平坦度時所涉及的最高點和最低點中的最低點，例如，對於整體平坦度而言，最低點是關於矽片的整個表面檢測出的最低點，而對於局部平坦度而言，最低點則是關於評估該局部平坦度時所針對的矽片的局部表面檢測出的最低點。在這種情況下，可以針對用來衡量矽片整個表面的平坦度的整體平坦度、用來衡量矽片表面的某局部部位的平坦度的局部平坦度、用來衡量矽片表面的邊緣部位的平坦度的邊緣平坦度以及其他類型的平坦度來進行矽片表面平坦度的改善。
44.在檢測出該最低點的位置後，需由此確定出矽片表面的包括該最低點的低凹區域的位置，以便針對該低凹區域進行後續拋光。該低凹區域可以根據最低點附近的實際的表面凹凸情況來確定。
45.可以理解的是，在拋光中，拋光去除速率可以是化學反應速率和/或物理去除速率。在含矽層的拋光去除速率小於單晶矽的拋光去除速率的情況下，由於最高點處和其附近為單晶矽且最低點處和其附近為含矽層，當進行拋光時，單晶矽相比於含矽層會被更多
地去除，由此縮小了最高點與最低點之間的豎向距離。可以設想的是，可以通過拋光去除掉一部分含矽層，但也可以通過拋光去除掉全部含矽層。無論哪種情況，基於含矽層與單晶層的拋光去除速率的不同，都會使最高點處的厚度被相對地減小，從而實現對矽片表面平坦度的改善。
46.根據本公開的實施方式，特定材料層中的特定材料可以為光刻膠，並且如圖2中的s102所示，使該表面被覆蓋特定材料層並去除特定材料層的與該位置對應的部分可以包括在矽片1的表面10上旋塗光刻膠以使表面10被覆蓋光刻膠層11並通過對光刻膠層11的與表面10的低凹區域10a的位置對應的部分11a進行光照和溶解來去除該部分11a。
47.低凹區域10a和對應的部分11a在s101中在兩條虛線之間的區域內示出。
48.光刻膠在被旋塗於矽片的表面上以形成光刻膠層後，可以使用特定波長的光對光刻膠層進行選擇性地照射，即，照射光刻膠層11的與低凹區域10a的位置對應的部分11a，光會使被照射的部分發生光化學反應而改性以變得易溶解於酸溶液或鹼溶液，由此可以通過酸溶液或鹼溶液將被光照的該部分11a去除。
49.在於矽片的表面上旋塗光刻膠之前，還可以包括用於對矽片進行清洗和乾燥的步驟，以便提高光刻膠在矽片表面上的附著能力。
50.可以設想的是，光刻膠可以為聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)膠、聚乙烯(pe)膠、聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)膠、聚醯亞胺(pi)膠或其他任何合適的光刻膠。
51.可以設想的是，特定材料層也可以是由其他合適的材料形成的層，其只要能夠起到覆蓋矽片表面的除低凹區域外的其他部分以避免其他部分被沉積含矽層，並且只要能夠通過一定的手段去除掉特定材料層的與低凹區域的位置對應的部分以允許該低凹區域被沉積含矽層即可。
52.在本公開的實施方式中，含矽層12可以為氮化矽層或碳化矽層。
53.氮化矽和碳化矽的拋光去除速率均小於單晶矽的拋光去除速率，由此可以實現本公開中的利用拋光去除速率不同來縮小最高點與最低點之間的豎向距離的目的。
54.可以設想的是，含矽層還可以為其他含矽的材料層，只要其拋光去除速率小於單晶矽的拋光去除速率即可。
55.根據本公開的實施方式，氮化矽層或碳化矽層12均可以通過物理氣相沉積方法沉積在覆蓋有特定材料層例如光刻膠層11的表面10上，如圖2中的s103中所示。
56.示例性地，該物理氣相沉積方法的沉積溫度可以為350℃-550℃，並且沉積時間可以為30s-120s。
57.根據本公開的實施方式，去除特定材料層的其餘部分可以包括通過有機溶劑來去除光刻膠層的其餘部分。
58.在完成含矽層12的沉積之後，需要將光刻膠層11的其餘部分去除掉。例如，可以使用有機溶劑來溶解掉剩餘在矽片1的表面10上的光刻膠，如圖2中的s104所示。
59.可以設想的是，還可以利用其他類型的溼法去膠方式或利用幹法去膠方式來去除掉光刻膠層11的其餘部分。
60.在本公開的實施方式中，對已去除特定材料層的其餘部分的矽片的表面進行拋光可以包括使矽片1的背面20被吸附在吸附平面上並對由此而變形的矽片1的表面10進行化學機械拋光，如圖2中的s105所示。
61.具體地，如圖2中的s105a所示，矽片1的背面20被例如通過真空吸附而吸附於吸附平面上，使得背面20變形為平面，導致表面10也變形為平面，此時，原本處於矽片中間(即處於低凹區域)的含矽層12從表面10凸起，而原本為矽片表面10的最高點的周向邊緣處於低於含矽層12的表面的平面上；如圖2中的s105b所示，對表面10進行拋光，由於含矽層12的拋光去除速率小於單晶矽的拋光去除速率，因此，相比於含矽層，為單晶矽的最高點被相對更多地拋光去除，即矽片的周向邊緣被相對更多地去除；如圖2中的s105c所示，在拋光完成後，去除對矽片1的吸附，此時矽片1產生形狀回復，可以明顯觀察到，矽片1在最高點處的厚度被相對地減小，由此最高點與最低點之間的豎向距離減小，從而實現了對矽片表面平坦度的改善。
62.根據本公開的另一方面，還提供了一種用於改善矽片表面平坦度的系統，包括：
63.檢測單元，其用於檢測矽片表面的平坦度以確定包括與該平坦度相關聯的最低點的低凹區域的位置；
64.覆蓋單元，其用於使該表面被覆蓋特定材料層並去除特定材料層的與該位置對應的部分；
65.沉積單元，其用於在覆蓋有特定材料層的該表面上沉積含矽層，其中，含矽層的拋光去除速率小於單晶矽的拋光去除速率；
66.去除單元，其用於去除特定材料層的其餘部分；以及
67.拋光單元，其用於對已去除特定材料層的其餘部分的矽片的該表面進行拋光。
68.以上所述，僅為本公開的具體實施方式，但本公開的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本公開揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本公開的保護範圍之內。因此，本公開的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。