使表面光滑的方法技术

本发明专利技术涉及使表面光滑的方法。根据本发明专利技术，提供一种使硅衬底的表面光滑的方法，该方法包括以下步骤：提供具有后侧表面的硅衬底，其中硅衬底已被研磨以使后侧表面具有相关粗糙度；以及使用等离子体蚀刻处理使硅衬底的后侧表面光滑；其中等离子体蚀刻处理包括以下步骤：执行第一等离子体蚀刻步骤，该第一等离子体蚀刻步骤形成从后侧表面竖立的多个突起；以及执行第二等离子体蚀刻步骤，该第二等离子体蚀刻步骤至少部分地蚀刻突起，以提供呈现镜面反射的光滑后侧表面。

【技术实现步骤摘要】
使表面光滑的方法
本专利技术涉及一种使硅衬底的表面光滑的方法。
技术介绍
在许多半导体应用中，期望在薄的硅衬底上制造器件。对于该期望的原因包括形状因数和性能考虑。在实践中，通常在传统的硅晶圆上形成器件。例如，300mm直径的硅晶圆通常为大约765微米厚。一旦器件制造步骤完成，则使用传统的研磨设备将晶圆研磨成最终器件厚度。去除的速率和表面光洁度可通过标准程序控制，但这两个因素都取决于使用的磨轮和研磨剂。一旦研磨步骤完成，则对研磨的表面抛光，以满足器件制造商的要求的规格。抛光步骤还可去除已被激进的研磨操作损坏的材料。进而，这可提高衬底和最终生产的管芯(die)的机械性能。对于垂直堆叠的半导体管芯，晶圆被研磨以在将器件集成在三维堆叠中之前去除大部分晶圆厚度。在诸如硅通孔技术(TSV)的一些方案中，在研磨步骤中去除大部分硅之后，通过等离子体或湿式蚀刻‘通孔暴露’步骤暴露埋藏的铜TSV。研磨处理产生对眼睛可见且还对检查设备可见的放射状刮擦图案。这可导致伪缺陷检测并因此导致产量损失。刮痕的深度小于100nm，但是对肉眼适度可见。因此，需要提高研磨晶圆的表面光洁度，以能够随后使用传统光学检查设备。对于该问题的目前的方案依赖于化学机械平面化(CMP)，以在等离子体蚀刻步骤之前去除刮痕。CMP处理是昂贵、费时的，且遭受可重复性问题。一种研究认为TSV暴露处理的成本的几乎50％与CMP相关(http://www.3dincites.com/2016/03/cost-analysis-of-a-wet-etch-tsv-reveal-process/)。从前述讨论，可以看出，需要消除研磨硅衬底的处理中的CMP步骤。这将具有消除相关且昂贵的CMP设备和消耗品的期望效果。问题在于消除CMP步骤，同时至少获得处理的硅衬底的可接受的光滑度。
技术实现思路
本专利技术在其实施例中的至少一些实施例中解决了上述期望和问题。根据本专利技术的第一方面，提供一种使硅衬底的表面光滑的方法，该方法包括以下步骤：提供具有后侧表面的硅衬底，其中硅衬底已被研磨以使后侧表面具有相关粗糙度；以及使用等离子体蚀刻处理使硅衬底的后侧表面光滑；其中等离子体蚀刻处理包括以下步骤：执行第一等离子体蚀刻步骤，该第一等离子体蚀刻步骤形成从后侧表面竖立的多个突起；以及执行第二等离子体蚀刻步骤，该第二等离子体蚀刻步骤至少部分地蚀刻突起，以提供呈现镜面反射的光滑后侧表面。按照这种方式，能够避免不期望的CMP步骤，同时至少实现可接受的结果。通常，在不执行CMP步骤的情况下执行本专利技术。典型地，执行第二蚀刻步骤以基本上去除突起。第一等离子体蚀刻步骤和第二等离子体蚀刻步骤可交替地重复。第一等离子体蚀刻步骤和第二等离子体蚀刻步骤可交替地重复任何次数，以实现期望的光洁度。替代地，可执行单个第一等离子体蚀刻步骤和/或单个第二等离子体蚀刻步骤。第一等离子体步骤可以是各向同性蚀刻处理。第一等离子体蚀刻步骤可以不使用RF偏置来执行。第一蚀刻步骤可使用小于100W的RF偏置功率来执行。第一等离子体蚀刻步骤可使用包括氧气和至少一种蚀刻剂前驱气体的气体混合物。第一等离子体蚀刻步骤可使用处于相关流速的蚀刻剂前驱气体和氧气的流。氧气的流速可大于蚀刻剂前驱气体的流速。氧气的流速可以是蚀刻剂前驱气体的流速的至少三倍。可选择与蚀刻剂前驱气体的流速相关地使用的氧气的流速，以确保在第一蚀刻步骤期间聚合物不会沉积在衬底上。第一等离子体蚀刻步骤可使用包含蚀刻剂前驱气体的氟。包含蚀刻剂前驱气体的氟可以是SF6。替代地，包含蚀刻剂前驱气体的氟可以是CF4。第一等离子体蚀刻步骤可在范围为100-500毫托的压力下执行。第一等离子体蚀刻步骤可在后侧表面上产生用于掩盖突起的多个沉积物。第二等离子体蚀刻步骤可使用包含蚀刻剂前驱气体的氟。包含蚀刻剂前驱气体的氟可以是SF6或CF4。其他蚀刻化学过程可用于第二蚀刻步骤。例如，可使用基于氯的蚀刻化学过程。在这些实施例中，第二等离子体蚀刻步骤可使用包含蚀刻剂前驱气体的氯气。第二蚀刻步骤可在基本上不存在氧气的情况下执行。第二等离子体蚀刻步骤可使用惰性气体作为处理气体。惰性气体可以是氩气。在不希望受到任何具体理论或推测的限制的情况下，认为与惰性气体相关的喷溅可增强对在后侧表面上用于掩盖突起的任何沉积物的去除。可在第二等离子体蚀刻步骤期间使用RF偏置功率。在第二等离子体蚀刻步骤期间使用的RF偏置功率可以大于500W。优选地，使用的RF功率大于700W。在第一等离子体蚀刻步骤和第二等离子体蚀刻步骤交替地重复的实施例中，与第一蚀刻步骤和/或第二蚀刻步骤相关的蚀刻条件可保持相同。蚀刻条件的示例包括RF源功率、气体流速、蚀刻时间和气体压力。然而，对于与第一蚀刻步骤和/或第二蚀刻步骤相关的蚀刻条件随着等离子体蚀刻处理进行而改变，也在本专利技术的范围内。本领域技术人员将领会到，存在无限种可能的变化。通常，等离子体蚀刻处理选择为最佳地匹配任何给定的最终应用和系统。例如，第一蚀刻步骤和/或第二蚀刻步骤可在等离子体蚀刻处理的过程中通过平滑地改变相关蚀刻条件中的一个或更多个蚀刻条件而平滑地改变。替代地或另外，第一蚀刻步骤和/或第二蚀刻步骤可以通过突然地改变相关蚀刻条件中的一个或更多个蚀刻条件而突然地改变。第一等离子体蚀刻步骤可包括两个或更多个不同的第一蚀刻，其中每个第一蚀刻具有不同的相关蚀刻条件。另外或替代地，第二等离子体蚀刻步骤可包括两个或更多个不同的第二蚀刻，其中每个第二蚀刻具有不同的相关蚀刻条件。第二蚀刻中的一个可以是抛光蚀刻步骤。与其他的第二蚀刻相比，抛光蚀刻步骤可至少部分地以更高的蚀刻速率蚀刻突起。与其他的第二蚀刻相比，抛光蚀刻步骤可使用更高的气体压力来执行。抛光蚀刻步骤可与在申请人的专利申请US2015/0287637中描述的处理类似或相同，该专利申请用于暴露诸如埋藏在硅衬底中的通孔的特征。US2015/0287637的全部内容通过引用并入本文。通常，抛光蚀刻步骤作为最后的第二蚀刻步骤执行。这可通过在等离子体蚀刻处理结束时提供抛光蚀刻步骤作为独立的第二蚀刻步骤来实现。替代地，第一蚀刻步骤和第二蚀刻步骤可交替地重复，使得第二等离子体蚀刻步骤包括两个或更多个不同的第二蚀刻，以及执行的最后一个第二蚀刻是抛光蚀刻步骤。等离子体蚀刻处理可使衬底的厚度减小2.5微米或更小。等离子体蚀刻处理导致衬底的厚度减小。第一等离子体蚀刻步骤可导致该减小中小于20％的减小。在光滑步骤之前，后侧表面可具有100nm或更小的高度变化的形貌。可执行光滑步骤，使得后侧表面具有25nm或更小的高度变化的形貌。提供的硅衬底可在后侧表面上具有周期性刮擦图案。可执行光滑步骤以去除周期性刮擦图案。周期性刮擦图案可包括通过之前用于研磨硅衬底的研磨处理产生的多个凹槽。衬底可包含诸如通孔的埋藏特征。方法可进一步包括在光滑步骤之后执行埋藏特征暴露处理的步骤。有利地，光滑步骤和执行埋藏特征暴露处理的步骤可在同一腔室中顺序地执行。本专利技术的相当大的优点是，能够在设置在同一腔室中的硅衬底上顺序执行光滑和埋藏特征暴露处理，以及使衬底在光滑步骤和执行埋藏特征暴露处理的步骤之间仍然留在该同一腔室中。突起可使自身表现为硅的尖刺。突起可使自身表现为类似草的形式。典型地，硅衬底是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使硅衬底的表面光滑的方法，所述方法包括以下步骤：提供具有后侧表面的硅衬底，其中所述硅衬底被已研磨以使所述后侧表面具有相关粗糙度；以及使用等离子体蚀刻处理使所述硅衬底的所述后侧表面光滑；其中，所述等离子体蚀刻处理包括以下步骤：执行第一等离子体蚀刻步骤，所述第一等离子体蚀刻步骤形成从所述后侧表面竖立的多个突起；以及执行第二等离子体蚀刻步骤，所述第二等离子体蚀刻步骤至少部分地蚀刻所述突起，以提供呈现镜面反射的光滑后侧表面。

【技术特征摘要】
2016.12.05 GB 1620680.71.一种使硅衬底的表面光滑的方法，所述方法包括以下步骤：提供具有后侧表面的硅衬底，其中所述硅衬底被已研磨以使所述后侧表面具有相关粗糙度；以及使用等离子体蚀刻处理使所述硅衬底的所述后侧表面光滑；其中，所述等离子体蚀刻处理包括以下步骤：执行第一等离子体蚀刻步骤，所述第一等离子体蚀刻步骤形成从所述后侧表面竖立的多个突起；以及执行第二等离子体蚀刻步骤，所述第二等离子体蚀刻步骤至少部分地蚀刻所述突起，以提供呈现镜面反射的光滑后侧表面。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一等离子体蚀刻步骤和第二等离子体蚀刻步骤交替地重复。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述第一等离子体蚀刻步骤是各向同性蚀刻处理。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述第一等离子体蚀刻步骤期间不使用RF偏置，或者使用小于100W的RF偏置功率。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一等离子体蚀刻步骤使用包括氧气和至少一种蚀刻剂前驱气体的气体混合物。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一等离子体蚀刻步骤使用具有相关流速的蚀刻剂前驱气体和氧气的流，且氧气的流速大于蚀刻剂前驱气体的流速。7.根据权利要求6所述的方法，其中，氧气的流速是蚀刻剂前驱气体的流速的至少三倍。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一等离子体蚀刻步骤使用包含蚀刻剂前驱气体的氟。9.根据权利要求8所述的方法，其中，包含蚀刻剂前驱气体的氟是SF6。10.根据权利要求8所述的方法，其中，包含蚀刻剂前驱气体的氟是CF4。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一等离子体蚀刻步骤在所述后侧表面上产生用于掩盖所述突起的多个沉积物。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二等离子体蚀刻步骤使用包含蚀刻剂前驱气体的氟。13.根据权利要求12所述的方法，其中，包含蚀刻剂前驱气体的氟是SF6或...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗兰·芒福德，
申请(专利权)人：SPTS科技有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB