CN107946215A - 晶圆翘曲状态调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶圆翘曲状态调整方法。所述晶圆翘曲状态调整方法，包括：检测目标晶圆的翘曲状态；根据所述目标晶圆的翘曲状态，在所述目标晶圆的背面生长硅化物薄膜，通过所述硅化物薄膜的应力调整所述目标晶圆的翘曲状态。本发明提供的晶圆翘曲状态调整方法，通过在所述目标晶圆的背面生长硅化物薄膜，从而可以利用所述硅化物薄膜的应力调整所述目标晶圆的翘曲状态，因此，可以有效地减小晶圆的翘曲程度，避免晶圆翘曲失控的问题，进而提高产品的稳定性，以及提高产品的产出率和良率。

Description

晶圆翘曲状态调整方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种晶圆翘曲状态调整方法。

背景技术

半导体晶圆(简称：晶圆；又称：晶片；英文名称：wafer)在制造过程中以及随后在晶圆上制作电子元件及线路时均会发生翘曲的状况。翘曲，也称弯曲，在半导体领域中是指晶圆发生形变而不平整的现象。在半导体制程工艺中，翘曲会影响晶圆的品质及半导体制程工艺的进行，例如，在光刻蚀过程中，若晶圆发生形变，其光照表面不平整，会导致掩膜结构不能形成清晰的图像，从而影响刻蚀的精准性。

随着对集成度和存储容量需求的不断发展，存储器技术不断进步，随着二维平面存储器的尺寸缩小到了十几纳米级别(16nm、15nm甚至14nm)，每个存储单元也变得非常小，使得每个单元中仅有少数几个电子，材料对电子控制能力随之变弱，随之引起的串扰问题使得进一步缩小存储单元的尺寸变得非常困难而且不够经济。因此，三维存储器应运而生，其是一种基于平面存储器的新型产品，通过存储单元的立体堆叠实现存储容量的扩展，现有技术中已经提供了具有32层、64层甚至128层堆叠结构的三维存储器。

三维存储器的制程繁杂，在制作过程中需要基于晶圆进行多次的材料沉积、光刻刻蚀等工艺，由于三维存储器器件结构精密度较高，因此，需要将晶圆翘曲控制在可接受的范围内，但晶圆在制程中经过高温、研磨等工艺后会产生大量的应力导致晶圆的翘曲加重而失控，晶圆翘曲失控会导致诸多问题，例如，氮氧堆叠薄膜脱落、晶圆破裂、版图对准性能不稳定，甚至在最坏的情况下，光刻工艺受制程工具制约而不能进行；又如，在部分工艺制程中，需要采用吸附工具吸附固定住晶圆，若晶圆翘曲较大则难以吸附固定住，从而导致该工艺制程无法进行。这些问题都会导致产品性能的不稳定、以及降低产品的产出率和良率。

鉴于上述问题，目前迫切需要提供一种可以对晶圆翘曲状态进行调整的方法，以减小晶圆的翘曲程度，避免晶圆翘曲失控的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种晶圆翘曲状态调整方法，以减小晶圆的翘曲程度，避免晶圆翘曲失控的问题，进而提高产品的稳定性，以及提高产品的产出率和良率。

本发明提供的一种晶圆翘曲状态调整方法，包括：检测目标晶圆的翘曲状态；

根据所述目标晶圆的翘曲状态，在所述目标晶圆的背面生长硅化物薄膜，通过所述硅化物薄膜的应力调整所述目标晶圆的翘曲状态。

在本发明提供的一个变更实施方式中，所述根据所述目标晶圆的翘曲状态，在所述目标晶圆的背面生长硅化物薄膜，通过所述硅化物薄膜的应力调整所述目标晶圆的翘曲状态，包括：

若所述目标晶圆的翘曲状态为边缘向上弯曲，则在所述目标晶圆的背面生长具有拉伸应力的硅化物薄膜，通过所述硅化物薄膜的拉伸应力减小所述目标晶圆的翘曲程度；

若所述目标晶圆的翘曲状态为边缘向下弯曲，则在所述目标晶圆的背面生长具有压缩应力的硅化物薄膜，通过所述硅化物薄膜的压缩应力减小所述目标晶圆的翘曲程度。

在本发明提供的另一个变更实施方式中，所述硅化物包括：氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。

在本发明提供的又一个变更实施方式中，所述硅化物包括氮化硅，所述在所述目标晶圆的背面生长硅化物薄膜，包括：

采用等离子体增强化学气相沉积法在所述目标晶圆的背面生长氮化硅薄膜。

在本发明提供的又一个变更实施方式中，所述硅化物包括氮化硅，所述在所述目标晶圆的背面生长具有拉伸应力的硅化物薄膜，包括：

以硅烷和氨气为反应物，利用高频功率源，采用等离子体增强化学气相沉积法在所述目标晶圆的背面生长具有拉伸应力的氮化硅薄膜。

在本发明提供的又一个变更实施方式中，所述硅化物包括氮化硅，所述在所述目标晶圆的背面生长具有压缩应力的硅化物薄膜，包括：

以硅烷和氨气为反应物，在氮气环境下，利用高频功率源和低频功率源相结合的方式，采用等离子体增强化学气相沉积法在所述目标晶圆的背面生长具有压缩应力的氮化硅薄膜。

在本发明提供的又一个变更实施方式中，所述方法，还包括：

利用已调整翘曲状态的目标晶圆执行半导体制程工艺；

在所述半导体制程工艺完成后，去除所述目标晶圆背面的所述硅化物薄膜。

在本发明提供的又一个变更实施方式中，所述去除所述目标晶圆背面的所述硅化物薄膜，包括：

采用湿法腐蚀工艺去除所述目标晶圆背面的所述硅化物薄膜。

在本发明提供的又一个变更实施方式中，所述采用湿法腐蚀工艺去除所述目标晶圆背面的所述硅化物薄膜，包括：

采用背面清洗工艺腐蚀去除所述目标晶圆背面的所述硅化物薄膜。

在本发明提供的又一个变更实施方式中，在去除所述目标晶圆背面的所述硅化物薄膜之前，还包括：

在所述目标晶圆正面形成腐蚀牺牲层。

在本发明提供的又一个变更实施方式中，所述检测目标晶圆的翘曲状态，包括：

采用翘曲度测量仪检测目标晶圆的翘曲状态。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种晶圆翘曲状态调整方法，通过在所述目标晶圆的背面生长硅化物薄膜，从而可以利用所述硅化物薄膜的应力调整所述目标晶圆的翘曲状态，因此，可以有效地减小晶圆的翘曲程度，避免晶圆翘曲失控的问题，进而提高产品的稳定性，以及提高产品的产出率和良率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。

图1示出了本发明实施例所提供的一种晶圆翘曲状态调整方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

另外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施方式提供一种晶圆翘曲状态调整方法，下面结合附图对本发明的实施例进行说明。

请参考图1，其示出了本发明实施例所提供的一种晶圆翘曲状态调整方法的流程图。如图1所示，所述晶圆翘曲状态调整方法，包括以下步骤：

步骤S101：检测目标晶圆的翘曲状态。

本发明实施例中，所述目标晶圆是指待处理的晶圆，所述晶圆可以是衬底，也可以是衬底经过多道半导体制程工艺(如镀膜、光刻、沉积、研磨等)处理后的半成品，所述衬底的材质可以包括体硅(bulk Si)、体锗(bulkGe)、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上锗(GeOI)或者是其他化合物半导体衬底，例如SiGe、SiC、GaN、GaAs、InP等等，以及这些物质的组合。为了与现有的IC制造工艺兼容，在本发明提供的一个实施例中，采用含硅材质的衬底，例如Si、SOI、SiGe或SiC等。

本步骤中，首先要检测目标晶圆的翘曲状态，以便于根据所述目标晶圆的翘曲状态适应性地在所述目标晶圆的背面生长硅化物薄膜，进而调整调整所述目标晶圆的翘曲状态。

其中，目标晶圆的翘曲状态一般可划分为两种，一种是晶圆边缘向下弯曲、中间凸起，另一种是晶圆边缘向上弯曲、中间凹陷。所述目标晶圆的翘曲状态也可以采用翘曲度进行表征，翘曲度一般是指晶圆平放时最高点与最低点之间的距离，上述两种翘曲状态可以通过翘曲度取值的正负进行区分，翘曲度为0时说明晶圆较为平整，翘曲度的绝对值越大，表示晶圆的翘曲程度越大。

所述目标晶圆的翘曲状态可以采用翘曲度测量仪(也称为平整度测量仪)测量得到，也可以采用预制的测量模板进行测量确定，可以采用光学测量等非接触式测量方式确定，也可以采用接触式测量方式确定。

在本发明实施例的一个变更实施方式中，在检测到目标晶圆的翘曲状态后，可以首先判断该翘曲状态(可以用翘曲度表征)是否超过预设的可控范围，若未超过，可以继续进行后道制程工艺，若超过，再根据所述目标晶圆的翘曲状态，在所述目标晶圆的背面生长硅化物薄膜，通过所述硅化物薄膜的应力调整所述目标晶圆的翘曲状态。

步骤S102：根据所述目标晶圆的翘曲状态，在所述目标晶圆的背面生长硅化物薄膜，通过所述硅化物薄膜的应力调整所述目标晶圆的翘曲状态。

在确定了目标晶圆的翘曲状态后，即可有针对性地根据所述目标晶圆的翘曲状态，在所述目标晶圆的背面生长硅化物薄膜，由于晶圆翘曲的主因就是应力，而硅化物薄膜在生长过程中会产生可控的拉伸应力(英文名称：Tensile stress)或压缩应力(英文名称：Compressive stress)，当所述硅化物薄膜生长到所述目标晶圆的背面后，可以在所述目标晶圆的背面施加相应的拉伸应力或压缩应力，利用该拉伸应力或压缩应力即可抵消目标晶圆正面的应力，从而通过所述硅化物薄膜的应力调整所述目标晶圆的翘曲状态。

在本发明实施例的一个变更实施方式中，所述根据所述目标晶圆的翘曲状态，在所述目标晶圆的背面生长硅化物薄膜，通过所述硅化物薄膜的应力调整所述目标晶圆的翘曲状态，可以包括：

若所述目标晶圆的翘曲状态为边缘向上弯曲，则在所述目标晶圆的背面生长具有拉伸应力的硅化物薄膜，通过所述硅化物薄膜的拉伸应力减小所述目标晶圆的翘曲程度；

若所述目标晶圆的翘曲状态为边缘向下弯曲，则在所述目标晶圆的背面生长具有压缩应力的硅化物薄膜，通过所述硅化物薄膜的压缩应力减小所述目标晶圆的翘曲程度。

在本发明实施例的一个变更实施方式中，所述硅化物可以是氮化硅、氧化硅、氮氧化硅，或者是上述任一材料中掺杂了掺杂元素后形成的硅化物。其中，由于氮化硅具有良好的稳定性，且比较容易通过生长工艺控制产生的应力的类型和大小，因此，在本发明实施例的一个变更实施方式中，在所述目标晶圆的背面生长硅化物薄膜，包括：在所述目标晶圆的背面生长氮化硅薄膜。

所述氮化硅薄膜可以采用等离子体增强化学气相沉积法(英文简称：PECVD)在所述目标晶圆的背面生长得到。

在本发明实施例的一个变更实施方式中，所述硅化物包括氮化硅，所述在所述目标晶圆的背面生长具有拉伸应力的硅化物薄膜，包括：以硅烷和氨气为反应物，利用高频功率源，采用等离子体增强化学气相沉积法在所述目标晶圆的背面生长具有拉伸应力的氮化硅薄膜。

具体的，在以NH3(氨气)和SiH4(硅烷)为反应物的PECVD技术淀积SiN薄膜中，H会与N、Si成键并且存留在薄膜当中。反应中乙硅烷和氨基基团气相形成，等离子体产物在衬底表面反应并且在后续通过H2和NH3的剔除反应再次在薄膜表面进行多余的H2的释放过程。在这一过程中，薄膜致密化，Si-N键被拉伸并且会被周围的网状结构所限制，所以被有效地冻结为拉伸应力状态，从而形成具有拉伸应力的氮化硅薄膜。其中，在具有拉伸应力的氮化硅薄膜的淀积中，对H的处理成为至关重要的因素，H含量的多少直接影响薄膜应力的大小。

在本发明实施例的另一个变更实施方式中，所述硅化物包括氮化硅，所述在所述目标晶圆的背面生长具有压缩应力的硅化物薄膜，包括：

以硅烷和氨气为反应物，在氮气环境下，利用高频功率源和低频功率源相结合的方式，采用等离子体增强化学气相沉积法在所述目标晶圆的背面生长具有压缩应力的氮化硅薄膜。

具体的，SiN薄膜的压缩应力主要来自于高能粒子的轰击作用。在NH3、SiH4、N2环境下和适当条件下PECVD SiN薄膜过程中，SiN会具有一定的本征压缩应力。如果在淀积过程中引入低频功率源，采用高低频相结合的办法，由于低频电场作用下，粒子加速时间长，到达反应面时具有的速度大，就会产生高能粒子的轰击效果。在粒子的轰击下，可导致原子、离子的结合或者重新排布，进而使薄膜结构膨胀变形，产生压缩应力，从而形成具有压缩应力的氮化硅薄膜。经过原子、离子重新结合过的SiN薄膜也会变得更加致密。

在对所述目标晶圆的翘曲状态进行调整后，即可将所述目标晶圆用于光刻、沉积、镀膜、光阻涂布等对晶圆翘曲程度要求较高的制程工艺中，以降低工艺难度、提高工艺质量，在该制程工艺结束后，可以再将所述硅化物薄膜去除。在本发明实施例的一个变更实施方式中，在步骤S102后，还可以包括：

利用已调整翘曲状态的目标晶圆执行半导体制程工艺(如镀膜、光刻、沉积、光阻涂布等)；

在所述半导体制程工艺完成后，去除所述目标晶圆背面的所述硅化物薄膜。

本实施方式，通过在半导体制程工艺之前，在目标晶圆的背面有针对性地生长硅化物薄膜，可以有效降低目标晶圆的翘曲程度，将晶圆翘曲控制在可控范围内，从而可以降低工艺难度、提高工艺质量，比如可以有效避免晶圆破裂问题、提高光刻版图对准的精准性等，同样可以解决翘曲过大而无法进行制程工艺的问题。

其中，所述去除所述目标晶圆背面的所述硅化物薄膜，可以包括：采用湿法腐蚀工艺去除所述目标晶圆背面的所述硅化物薄膜。具体的，可以采用酸性溶液(如磷酸、氢氟酸等)腐蚀掉所述目标晶圆背面的所述硅化物薄膜，例如，所述硅化物薄膜为氮化硅薄膜，则可以采用磷酸溶液腐蚀去除所述氮化硅薄膜。

在采用湿法腐蚀工艺去除所述目标晶圆背面的所述硅化物薄膜时，可以采用背面清洗工艺腐蚀去除所述目标晶圆背面的所述硅化物薄膜，该背面清洗工艺可以通过高压气体吹扫晶圆正面等方式避免酸性溶液侵蚀到目标晶圆的正面，从而在不破坏目标晶圆正面结构、线路和器件的情况下将背面的硅化物薄膜去除。

在本发明实施例的一个变更实施方式中，在采用湿法腐蚀工艺去除所述目标晶圆背面的所述硅化物薄膜时，也可以采用全面清洗工艺进行腐蚀，即将目标晶圆全部浸润到腐蚀液中进行腐蚀以去除所述硅化物薄膜。考虑到，在采用全面清洗工艺去除所述硅化物薄膜时，腐蚀液有可能对目标晶圆正面的线路、电气器件或结构造成损坏，因此，在本发明实施例的一个变更实施方式中，在去除所述目标晶圆背面的所述硅化物薄膜之前，还可以包括：在所述目标晶圆正面形成腐蚀牺牲层。本实施方式，通过在目标晶圆正面腐蚀牺牲层，从而在后续去除目标晶圆背面的硅化物薄膜时，可以有效保护目标晶圆正面的器件、结构和线路不被腐蚀破坏，保证产品质量。

本发明提供的晶圆翘曲状态调整方法，通过在所述目标晶圆的背面生长硅化物薄膜，从而可以利用所述硅化物薄膜的应力调整所述目标晶圆的翘曲状态，因此，可以有效地减小晶圆的翘曲程度，避免晶圆翘曲失控的问题，进而提高产品的稳定性，以及提高产品的产出率和良率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“一个变更实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种晶圆翘曲状态调整方法，其特征在于，包括：

检测目标晶圆的翘曲状态；

根据所述目标晶圆的翘曲状态，在所述目标晶圆的背面生长硅化物薄膜，通过所述硅化物薄膜的应力调整所述目标晶圆的翘曲状态。

2.根据权利要求1所述的晶圆翘曲状态调整方法，其特征在于，所述根据所述目标晶圆的翘曲状态，在所述目标晶圆的背面生长硅化物薄膜，通过所述硅化物薄膜的应力调整所述目标晶圆的翘曲状态，包括：

若所述目标晶圆的翘曲状态为边缘向上弯曲，则在所述目标晶圆的背面生长具有拉伸应力的硅化物薄膜，通过所述硅化物薄膜的拉伸应力减小所述目标晶圆的翘曲程度；

若所述目标晶圆的翘曲状态为边缘向下弯曲，则在所述目标晶圆的背面生长具有压缩应力的硅化物薄膜，通过所述硅化物薄膜的压缩应力减小所述目标晶圆的翘曲程度。

3.根据权利要求2所述的晶圆翘曲状态调整方法，其特征在于，所述硅化物包括：氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。

4.根据权利要求3所述的晶圆翘曲状态调整方法，其特征在于，所述硅化物包括氮化硅，所述在所述目标晶圆的背面生长硅化物薄膜，包括：

采用等离子体增强化学气相沉积法在所述目标晶圆的背面生长氮化硅薄膜。

5.根据权利要求4所述的晶圆翘曲状态调整方法，其特征在于，所述硅化物包括氮化硅，所述在所述目标晶圆的背面生长具有拉伸应力的硅化物薄膜，包括：

以硅烷和氨气为反应物，利用高频功率源，采用等离子体增强化学气相沉积法在所述目标晶圆的背面生长具有拉伸应力的氮化硅薄膜。

6.根据权利要求4所述的晶圆翘曲状态调整方法，其特征在于，所述硅化物包括氮化硅，所述在所述目标晶圆的背面生长具有压缩应力的硅化物薄膜，包括：

以硅烷和氨气为反应物，在氮气环境下，利用高频功率源和低频功率源相结合的方式，采用等离子体增强化学气相沉积法在所述目标晶圆的背面生长具有压缩应力的氮化硅薄膜。

7.根据权利要求1所述的晶圆翘曲状态调整方法，其特征在于，所述方法，还包括：

利用已调整翘曲状态的目标晶圆执行半导体制程工艺；

在所述半导体制程工艺完成后，去除所述目标晶圆背面的所述硅化物薄膜。

8.根据权利要求7所述的晶圆翘曲状态调整方法，其特征在于，所述去除所述目标晶圆背面的所述硅化物薄膜，包括：

采用湿法腐蚀工艺去除所述目标晶圆背面的所述硅化物薄膜。

9.根据权利要求7所述的晶圆翘曲状态调整方法，其特征在于，所述采用湿法腐蚀工艺去除所述目标晶圆背面的所述硅化物薄膜，包括：

采用背面清洗工艺腐蚀去除所述目标晶圆背面的所述硅化物薄膜。

10.根据权利要求1所述的晶圆翘曲状态调整方法，其特征在于，所述检测目标晶圆的翘曲状态，包括：

采用翘曲度测量仪检测目标晶圆的翘曲状态。