Способ изменения радиуса кривизны поверхности пластины Российский патент 2024 года по МПК H01L21/02 

Изобретение относится к способам обработки полупроводниковых приборов.

Проведение технологических операций изменяет поверхность пластин (например, полупроводниковых подложек), изгибая или выравнивая ее. Следовательно, изменяется площадь контактирования между пластинами, что изменяет вероятность их успешного сращивания при операции бондинга. В процессе проведения контактной литографии варьируется площадь соприкосновения между маской и поверхностью пластины, а значит, изменяется вероятность успешного формирования элементов с минимальными топологическими размерами. Поэтому, необходимо измерять радиус кривизны поверхности пластины после каждого этапа обработки. Это позволит своевременно проводить дополнительные технологические операции для изменения изгиба поверхности пластин в нужную сторону. Тем самым, увеличится вероятность успешного проведения операции сращивания пластин и контактной литографии.

Аналогом изобретения является способ изменения радиуса кривизны поверхности с помощью осаждения пленки нитрида кремния на лицевую сторону с различными технологическими параметрами [1].

Недостатком данного подхода является невозможность значительного изменения радиуса кривизны поверхности из-за малой толщины пленки. Также ограниченность способа, так как осаждение проводят только на лицевую сторону. В некоторых случаях осаждение на лицевую сторону затруднительно с технологической точки зрения. Поэтому необходимо уметь подготавливать поверхность для адгезии пленки и проводить процесс осаждения, как с лицевой, так и с обратной стороны.

Известен способ изменения радиуса кривизны поверхности пластины с помощью осаждения напряженного слоя пленки плазмохимического оксида кремния толщиной 20 мкм на лицевую или обратную сторону [2].

К недостаткам изобретения можно отнести определенный тип (стехиометрический состав) пленки и способ ее получения, который требуется для изменения кривизны поверхности. Как известно, в плазмохимическом оксиде кремния присутствуют напряжения сжатия, величину которых можно варьировать посредством изменения операционных параметров процесса: соотношение расхода газов, общий расход газов, давление в камере, мощность разряда в плазме, температура подложки. Однако, значение напряжений в плазмохимическом оксиде кремния будет отрицательным (сжимающим).

Кроме того, можно сформировать пленку толщиной более или менее 20 мкм, что позволит изменить степень влияния осажденного слоя на кривизну поверхности.

Также известно, что пластина изгибается под действием напряжений. Кривизна является параметром пластины. Поэтому важно рассчитывать величину механических напряжений для оценки величины деформации пластины.

Прототипом является способ изменения радиуса кривизны поверхности пластины, включающий в себя осаждение и травление пленок разной толщины, использование различных газовых смесей, расчет механических напряжений по пластине в локальных областях по формуле Стони, сравнение значений механических напряжений с контрольным значением механических напряжений для выполнения последующих технологических операций [3].

Прототип имеет ограничение по выбору стороны для выполнения технологической операции - операция выполняется на лицевой стороне пластины. Кроме того, контроль измерения кривизны выполняют только с одной стороны, что в некоторых случаях не позволяет достаточно точно определить кривизну (радиус кривизны) поверхности и рассчитать механические напряжения. Кроме того, недостатком прототипа является длительность процесса нанесения или удаления пленки для изменения величины механических напряжений.

Задачей настоящего изобретения является расширение технологических подходов для изменения кривизны поверхности, повышение точности определения кривизны поверхности, сокращение времени проведения технологических процессов для изменения механических напряжений.

Суть настоящего изобретения состоит в том, что изменяют радиус кривизны поверхности пластины, включающий в себя осаждение и травление пленок разной толщины, использование различных газовых смесей, расчет механических напряжений по пластине в локальных областях по формуле Стони, сравнение значений механических напряжений с контрольным значением механических напряжений для выполнения последующих технологических операций, причем осаждают или травят материал подложки, совпадающий с материалом пластины, процесс осаждения и травления проводят с лицевой или обратной стороны пластины, процесс измерения кривизны выполняют с лицевой и обратной стороны.

Сокращение времени проведения технологических процессов для изменения кривизны (радиуса кривизны) поверхности достигается за счет корректировки толщины материала подложки. Как известно из формулы Стони, величина напряжений имеет линейную зависимость от толщины материала пленки и квадратичную зависимость от толщины подложки.

Расширение технологических подходов достигается за счет использования обратной стороны подложки для осаждения, травления и шлифовки материалов.

Повышение точности определения радиуса кривизны поверхности осуществляется посредством контроля кривизны поверхности с лицевой и обратной стороны. Знание величины радиуса кривизны с обеих сторон пластины позволяет выбрать сторону пластины с наименьшими напряжениями для проведения технологических операций. В некоторых случаях не имеет конструктивного значения выбор стороны пластины для проведения процесса, например, для процесса формирования сквозных канавок в пластине («TSV» структуры). Данные пластины со сквозными канавками используются в качестве интерпозеров для трехмерной сборки.

На фиг. 1 показана исходная структура, включающая в себя пластину 1 с набором пленок 2 и 3, имеющих разное значение внутреннего механического напряжения. На фиг.2 показана исходная структура с неизменной толщиной набора пленок 2 и 3 после проведения процесса удаления материала пластины 1 с обратной стороны. На фиг.3 показана исходная структура после проведения процесса удаления материала пластины 1 с обратной стороны и операций по осаждению пленок 2 и 3 на обратную сторону пластины.

Пример конкретного применения способа изменения радиуса кривизны поверхности пластин. Используется кремниевая пластина толщиной 600 мкм. Проводят измерение радиуса кривизны поверхности с лицевой и обратной стороны пластины (R_{o_лиц}=190 м и R_{o_o6p}=-220 м). Кривизна поверхности обратно пропорциональна радиусу кривизны поверхности (1/R). После этого, осаждают на лицевую сторону слой плазмохимического оксида кремния толщиной 0.4 мкм и слой алюминия толщиной 0.2 мкм (фиг. 1). Рассчитывают величину механических напряжений в пленке по формуле Стони:

где σ - механические напряжения в пленке, Е/(1-μ) - двухосный модуль упругости пластины в локальной области, h_s - толщина пластины в локальной области, hƒ - толщина пленки в локальной области, R - радиус кривизны поверхности в локальной области.

Итак, σ=77 (МПа). Контрольное значение σ_k для успешного проведения последующей технологической операции удаления материала пластины составляет 400 (МПа). Так как |σ|<|σ_k|, то последующую операцию (удаление кремния) можно проводить.

После этого, либо травят материал пластины (Bosch-процесс, использование газов SF₆ и C₄F₈) либо шлифуют материал пластины (метод вращающегося диска) на величину 300 мкм (фиг.2) и проводят измерение радиуса кривизны поверхности с лицевой и обратной стороны (R_1-лиц=50 м и R_2-обр=-70 м).

Следующим шагом, на обратную сторону пластины осаждают слой плазмохимического оксида кремния толщиной 0.4 мкм и слой алюминия толщиной 0.2 мкм. (фиг. 3). Наконец, проводят измерение радиуса кривизны поверхности с лицевой и обратной стороны (R_2-лиц=700 м и R_2-обр=-690 м).

Таким образом, предлагаемый способ позволит расширить технологические подходы для изменения кривизны поверхности, повысить точность определения кривизны поверхности, сократить время проведения технологических процессов для изменения механических напряжений. Источники информации:

1. Besland et al., Interpretation of stress variation in SiN_x films, J. Vac. Sci. Technol. A, Vol.22, No. 5, Sep/Oct 2004, DOI: 10.1116/1.1776179.

2. Патент Китая №105448666.

3. Патент РФ№2666173 - прототип.

Изобретение относится к способам обработки полупроводниковых приборов. Задачей настоящего изобретения является расширение технологических подходов для изменения кривизны поверхности, повышение точности определения кривизны поверхности, сокращение времени проведения технологических процессов для изменения механических напряжений. Способ изменения радиуса кривизны поверхности пластины включает в себя осаждение и травление пленок разной толщины, использование различных газовых смесей, расчет механических напряжений по пластине в локальных областях по формуле Стони, сравнение значений механических напряжений с контрольным значением механических напряжений для выполнения последующих технологических операций, причем осаждают, травят или шлифуют материал, совпадающий с материалом пластины, процесс осаждения и травления проводят с лицевой или обратной стороны пластины, процесс измерения кривизны выполняют с лицевой и обратной сторон. 3 ил.

Способ изменения радиуса кривизны поверхности пластины, включающий в себя осаждение и травление пленок разной толщины, использование различных газовых смесей, расчет механических напряжений по пластине в локальных областях по формуле Стони, сравнение значений механических напряжений с контрольным значением механических напряжений для выполнения последующих технологических операций, отличающийся тем, что осаждают, травят или шлифуют материал, совпадающий с материалом пластины, процесс осаждения и травления проводят с лицевой или обратной стороны пластины, процесс измерения кривизны выполняют с лицевой и обратной сторон.