CN116926511A - 气相沉积设备和晶圆应力调整方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种气相沉积设备和晶圆应力调整方法，涉及半导体技术领域。气相沉积设备包括沉积室、第一供气组件和阻挡盘组件。第一供气组件用于向晶圆的背面提供工艺气体，阻挡盘组件包括阻挡盘和旋转驱动件，阻挡盘可转动地设置于第一供气组件所形成的气流路径中，阻挡盘在围绕转动轴线的周向上具有阻挡区域和避让区域，工艺气体可通过避让区域抵达晶圆的背面，旋转驱动件用于驱动阻挡盘绕转动轴线转动，以调节避让区域和阻挡区域在周向上的位置，从而调节晶圆背面的沉积区域。因此本设备能够更加灵活地对晶圆背面进行镀膜，从而调整晶圆的应力分布，使其趋于平整。本申请实施例提供的晶圆应力调整方法使用上述的气相沉积设备来实现。

Description

气相沉积设备和晶圆应力调整方法

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种气相沉积设备和晶圆应力调整方法。

背景技术

由于正面工艺带来的晶圆变化，可能导致晶圆应力翘曲度太大；后续进行后面的工序时，难以铺光或者影响晶圆产品性能。相关技术中的一些做法是在晶圆的背面镀膜，通过与晶圆翘曲度相反的方向用PECVD（plasma enhanced chemical vapor deposition，等离子体增强化学气相沉积）的方式镀膜，使得晶圆应力中和，令晶圆趋于平整，也即翘曲度达到要求。但是随着晶圆加工工艺变的复杂，晶圆的翘曲度在不同方向上可能存在不同，现有的晶圆应力中和方法对晶圆翘曲度的调整效果不佳。

发明内容

本申请的目的包括，提供一种气相沉积设备和晶圆应力调整方法，其能够针对不同翘曲情况的晶圆进行应力调整，使其趋于平整。

本申请的实施例可以这样实现：

第一方面，本申请提供一种气相沉积设备，用于在晶圆表面沉积薄膜，晶圆具有相对的正面和背面，气相沉积设备包括：

沉积室，沉积室内设置有用于支撑晶圆的支架；

第一供气组件，用于向晶圆的背面提供工艺气体；

阻挡盘组件，包括阻挡盘和旋转驱动件，阻挡盘可转动地设置于第一供气组件所形成的气流路径中，阻挡盘设置有阻挡区域和避让区域，阻挡区域和避让区域在围绕转动轴线的周向上排布，工艺气体可通过避让区域抵达晶圆的背面，旋转驱动件用于驱动阻挡盘绕转动轴线转动，以调节晶圆背面的沉积区域。

在可选的实施方式中，沉积室的底部设置有开口，第一供气组件的气流从开口进入沉积室，阻挡盘组件还包括传动件，传动件将旋转驱动件和阻挡盘传动连接，旋转驱动件位于沉积室外。

在可选的实施方式中，第一供气组件包括流气件，流气件设置于第一供气组件所形成的气流路径中，流气件上设置有均匀分布的通气孔，通气孔用于供工艺气体向上通过，支架上的晶圆放置位置位于流气件的上方。

在可选的实施方式中，阻挡盘设置于流气件与支架上的晶圆放置位置之间。

在可选的实施方式中，阻挡盘设置于流气件背离晶圆放置位置的一侧。

在可选的实施方式中，流气件形成匀气腔，通气孔与匀气腔连通，第一供气组件还包括通气管，通气管的第一端连接于流气件并与匀气腔连通，另一端通过沉积室的开口伸出沉积室外，通气管用于供工艺气体流通。

在可选的实施方式中，阻挡盘组件还包括升降驱动件，升降驱动件用于驱动阻挡盘靠近或者远离晶圆。

在可选的实施方式中，还包括第二供气组件，第二供气组件用于向晶圆的正面提供保护气体。

在可选的实施方式中，阻挡盘为圆盘状，且偏心地开设有至少一个避让窗口，避让窗口形成避让区域。

第二方面，本申请提供一种晶圆应力调整方法，使用前述实施方式中任一项的气相沉积设备在晶圆的背面沉积薄膜，晶圆应力调整方法包括：

控制第一供气组件向晶圆的背面输送工艺气体；

根据晶圆的翘曲情况，控制旋转驱动件驱动阻挡盘转动以调节晶圆背面的沉积区域，在沉积区域形成薄膜以使晶圆趋于平整。

本申请实施例的有益效果包括，例如：

本申请实施例的气相沉积设备包括沉积室、第一供气组件和阻挡盘组件。第一供气组件用于向晶圆的背面提供工艺气体，阻挡盘组件包括阻挡盘和旋转驱动件，阻挡盘可转动地设置于第一供气组件所形成的气流路径中，阻挡盘在围绕转动轴线的周向上具有阻挡区域和避让区域，工艺气体可通过避让区域抵达晶圆的背面，旋转驱动件用于驱动阻挡盘绕转动轴线转动，以调节避让区域和阻挡区域在周向上的位置，从而调节晶圆背面的沉积区域。通过旋转阻挡盘，可以使工艺气体有针对性地到达晶圆背面的特定沉积区域，沉积形成薄膜来提供反向应力，令翘曲的晶圆趋于平整；而对于不需要沉积薄膜的位置，阻挡盘的阻挡区域会对工艺气体进行阻拦，避免工艺气体在该位置形成薄膜。因此本设备能够更加灵活地对晶圆背面进行镀膜，从而调整晶圆的应力分布，使其趋于平整。

本申请实施例提供的晶圆应力调整方法使用上述的气相沉积设备来实现，能够对复杂翘曲情况的晶圆进行应力调整，使其趋于平整，有利于后续加工。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请一种实施例中气相沉积设备（放置有晶圆）的示意图；

图2为本申请一种实施例中阻挡盘的示意图；

图3为本申请另一种实施例中阻挡盘的示意图；

图4为本申请另一种实施例中气相沉积设备的示意图。

图标：100-沉积室；110-支架；200-第一供气组件；210-流气件；211-通气孔；212-匀气腔；220-通气管；300-阻挡盘组件；310-阻挡盘；311-阻挡区域；312-避让区域；320-旋转驱动件；330-传动件；400-第二供气组件；500-晶圆。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。

现有的晶圆正面加工（比如制作微电路结构、镀膜等），可能导致晶圆的应力发生变化，使晶圆发生翘曲。通过在晶圆背面镀膜以施加与翘曲方向相反的应力，可以改善晶圆的翘曲，使其趋于平整。比如，晶圆正面中心下凹、边缘向正面一侧翘曲，那么在晶圆背面镀正应力的薄膜，可以改善晶圆翘曲；晶圆正面中心上凸、边缘向背面一侧翘曲，那么在晶圆背面镀负应力的薄膜，可以改善晶圆翘曲。但是随着正面加工工艺的复杂化，晶圆的正面应力在周向上可能存在不均匀分布，导致翘曲情况复杂。比如在x方向上的两端像正面一侧翘曲，在y方向的两端向背面一侧翘曲，这样晶圆就会形成马鞍形。在这种情况下，在晶圆的背面镀某一种应力类型的薄膜，都无法显著改善晶圆翘曲。

为此，本申请实施例提供一种气相沉积设备和晶圆应力调整方法，通过气相沉积设备能够有针对性地在晶圆背面特定位置沉积薄膜，从而改善晶圆翘曲。

图1为本申请一种实施例中气相沉积设备（放置有晶圆500）的示意图；图2为本申请一种实施例中阻挡盘310的示意图。如图1和图2所示，在本实施例中，气相沉积设备包括沉积室100、第一供气组件200以及阻挡盘组件300。沉积室100内用于进行气相沉积，以在晶圆500的表面形成薄膜。沉积室100内设置有用于支撑晶圆500的支架110。晶圆500具有相对的正面和背面，当晶圆500放置在支架110上时，其正面和背面均能够被暴露出来，以供工艺气体在其上形成薄膜。在图1中，晶圆500的上表面为正面，下表面为背面，支架110支撑于晶圆500的边缘位置。

在本申请实施例中，第一供气组件200用于向晶圆500的背面提供工艺气体。工艺气体即为形成薄膜的原料。具体的，第一供气组件200包括流气件210，流气件210设置于第一供气组件200所形成的气流路径中。流气件210上设置有均匀分布的通气孔211，通气孔211用于供工艺气体向上通过。支架110上的晶圆500放置位置位于流气件210的上方。流气件210能够令通过其的工艺气体变得更加均匀。

在本实施例中，流气件210内部形成匀气腔212，通气孔211与匀气腔212连通工艺气体先流到匀气腔212，再通过通气孔211流出，实现将气流均匀化。第一供气组件200还包括通气管220，沉积室100的底部设置有开口，通气管220的第一端连接于流气件210并与匀气腔212连通，另一端通过沉积室100的开口伸出沉积室100外，通气管220用于供工艺气体流通。

通过本实施例的第一供气组件200，能够使工艺气体从沉积室100的外部引进，并到达晶圆500的背面。工艺气体先通过通气管220到达流气件210的匀气腔212中，然后通过通气孔211流向晶圆500的背面。

在本实施例中，流气件210可以为圆盘状，晶圆500放置在支架110上后与流气件210平行且同轴。流气件210的尺寸可以根据所需要加工的晶圆500的尺寸进行适应性地选择。

应理解，第一供气组件200还可以包括其他部件，比如提供动力的气泵以及储存工艺气体的气罐。

在本申请实施例中，阻挡盘组件300包括阻挡盘310和旋转驱动件320，阻挡盘310可转动地设置于第一供气组件200所形成的气流路径中，阻挡盘310在围绕转动轴线的周向上具有阻挡区域311和避让区域312，工艺气体可通过避让区域312抵达晶圆500的背面，旋转驱动件320用于驱动阻挡盘310绕转动轴线转动，以调节晶圆500背面的沉积区域。

在本实施例中，阻挡盘组件300还包括传动件330，传动件330将旋转驱动件320和阻挡盘310传动连接，旋转驱动件320位于沉积室100外。通过将旋转驱动件320设置在沉积室100外，可以避免旋转驱动件320受到工艺气体或者气相沉积环境的不良影响，保证其正常稳定工作。

可选的，旋转驱动件320为步进电机，能够精准控制其驱动阻挡盘310旋转的角度，从而精确地调节阻挡盘310的姿态。

在本实施例中，阻挡盘310设置于流气件210与支架110上的晶圆500放置位置之间。从流气件210输出的均匀气流在阻挡盘310处受到阻挡盘310的阻挡作用，从而形成了不均匀的气流。气流在阻挡盘310的阻挡区域311受到阻拦，只能从避让区域312通过阻挡盘310，进而到达晶圆500背面。通过设置阻挡盘310，使得晶圆500背面只有与阻挡盘310的避让区域312相对应的区域会沉积形成薄膜，而与阻挡盘310的阻挡区域311相对应的区域则难以形成薄膜（即便能够形成，也只能因气体扩散形成较薄的薄膜）。因此，通过旋转阻挡盘310，能够针对性地对晶圆500背面的特定的沉积区域进行气相沉积。

应理解，阻挡区域311和避让区域312在围绕转动轴线的周向上排布，如此才能够通过旋转阻挡盘310来调整阻挡区域311和避让区域312的位置。

可选地，阻挡盘310为圆盘状，且偏心地开设有至少一个避让窗口，避让窗口形成避让区域312。在图2所示的实施例中，阻挡盘310开设有两个避让窗口，从而形成两个避让区域312。在图2的视角下，两个避让区域312在y方向间隔，因此工艺气体在经过阻挡盘310时，可以形成在y方向上间隔的两股气流，对晶圆500的背面上间隔的两个区域进行气相沉积；阻挡盘310在x方向上的两端对工艺气体具有较佳的阻挡作用，因此晶圆500背面对应位置处不会沉积形成薄膜（或薄膜较薄）。通过旋转阻挡盘310，则可以调节晶圆500背面的沉积区域。

应当理解，阻挡盘310的结构可以根据需要进行调整，只要能够通过旋转选择性地阻挡或通过一部分气流，从而实现在晶圆500背面的特定位置进行沉积即可。在图2实施例中的基础上，也可以仅偏心设置一个避让窗口。图3为本申请另一种实施例中阻挡盘310的示意图。如图3所示，该实施例中的阻挡盘310包括两个扇形部分，形成y方向上间隔的两个阻挡区域311，周向上的其他区域则是避让区域312，如此同样可以通过旋转来选择性地调整气流通过阻挡盘310后对应的位置。在其他实施例中，也可以只设置一个扇形部分作为阻挡区域311。

在可选的其他实施例中，为了避免阻挡部分的阻挡作用对气流造成过大的阻碍而导致沉积室100内气流紊乱，也可以在阻挡部分中开设一些通孔，来缓解对气流的阻挡作用。

在本实施例中，气相沉积设备还包括第二供气组件400，第二供气组件400用于向晶圆500的正面提供保护气体。通过设置第二供气组件400，能够实现在晶圆500的背面镀膜的同时，向晶圆500的正面吹保护气体（比如氮气），这样可以避免工艺气体扩散到晶圆500的正面，导致晶圆500的正面沉积薄膜。

在本实施例中，第二供气组件400设置在支架110的正上方，并通过管路从沉积室100的外部引入保护气体，第二供气组件400的出气方向朝下。

图4为本申请另一种实施例中气相沉积设备的示意图。如图4所示，在本实施例中，阻挡盘310设置于流气件210背离晶圆500放置位置的一侧。与图1实施例不同，图4实施例中的流气件210不设置匀气腔212，阻挡盘310设置在流气件210的下方，从下向上输送的工艺气体先经过阻挡盘310，再经过流气件210的通气孔211。这样可以通过流气件210对经过阻挡盘310的气流进行一定程度上的均匀化，避免气流过于集中。但应当理解，即便是经过流气件210的气流，最终到达晶圆500的气体流量分布也表现出明显的区域差别：即对应阻挡盘310的避让区域312的流量明显大于其他区域。

进一步的，在其他可选的实施例中，阻挡盘组件300还可以包括升降驱动件（图中未示出），升降驱动件用于驱动阻挡盘310靠近或者远离晶圆500。可以理解，阻挡盘310越接近晶圆500，那么晶圆500背面的沉积区域与非沉积区域的薄膜沉积情况的差别会越加明显。当阻挡盘310距离晶圆500较远时，工艺气体在经过避让区域312之后，会有一定程度的扩散，导致阻挡区域311对应的晶圆500表面也会有一定量的沉积；当阻挡盘310距离晶圆500较近时，工艺气体在经过避让区域312之后的扩散程度较弱，阻挡区域311所对应的晶圆500表面的沉积量进一步减少。

本申请实施例还提供一种晶圆应力调整方法，使用前述实施例的气相沉积设备在晶圆500的背面沉积薄膜。晶圆应力调整方法包括：

步骤S100，控制第一供气组件200向晶圆500的背面输送工艺气体；

步骤S200，根据晶圆500的翘曲情况，控制旋转驱动件320驱动阻挡盘310转动以调节晶圆500背面的沉积区域，在沉积区域形成薄膜以使晶圆500趋于平整。

可以理解，当晶圆500背面的特定区域需要沉积薄膜来使应力平衡从而消除翘曲时，则驱动阻挡盘310转动到令避让区域312正对需要沉积薄膜的晶圆500背面区域，然后保持。待薄膜沉积厚度满足要求后停止沉积薄膜或进行另一处位置的沉积。若需要对晶圆500的背面整体进行均匀沉积，可以在沉积工艺过程中保持阻挡盘310匀速转动。

具体地，本实施例中所沉积的薄膜可以是应力范围为-1gpa~1gpa的氮化硅薄膜，沉积工艺可以是离子体增强化学气相沉积（PECVD）。

在第一供气组件200提供工艺气体的同时，还可以根据需要控制第二供气组件400向晶圆500的正面提供保护气体，比如氮气，避免工艺气体在晶圆500的正面形成薄膜。

综上所述，本申请实施例的气相沉积设备包括沉积室100、第一供气组件200和阻挡盘组件300。第一供气组件200用于向晶圆500的背面提供工艺气体，阻挡盘组件300包括阻挡盘310和旋转驱动件320，阻挡盘310可转动地设置于第一供气组件200所形成的气流路径中，阻挡盘310在围绕转动轴线的周向上具有阻挡区域311和避让区域312，工艺气体可通过避让区域312抵达晶圆500的背面，旋转驱动件320用于驱动阻挡盘310绕转动轴线转动，以调节避让区域312和阻挡区域311在周向上的位置，从而调节晶圆500背面的沉积区域。通过旋转阻挡盘310，可以使工艺气体有针对性地到达晶圆500背面的特定沉积区域，沉积形成薄膜来提供反向应力，令翘曲的晶圆500趋于平整；而对于不需要沉积薄膜的位置，阻挡盘310的阻挡区域311会对工艺气体进行阻拦，避免工艺气体在该位置形成薄膜。因此本设备能够更加灵活地对晶圆500背面进行镀膜，从而调整晶圆500的应力分布，使其趋于平整。

本申请实施例提供的晶圆500应力调整方法使用上述的气相沉积设备来实现，能够对复杂翘曲情况的晶圆500进行应力调整，使其趋于平整，有利于后续加工。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种气相沉积设备，用于在晶圆（500）表面沉积薄膜，所述晶圆（500）具有相对的正面和背面，其特征在于，所述气相沉积设备包括：

沉积室（100），所述沉积室（100）内设置有用于支撑晶圆（500）的支架（110）；

第一供气组件（200），用于向晶圆（500）的背面提供工艺气体；

阻挡盘组件（300），包括阻挡盘（310）和旋转驱动件（320），所述阻挡盘（310）可转动地设置于所述第一供气组件（200）所形成的气流路径中，所述阻挡盘（310）设置有阻挡区域（311）和避让区域（312），所述阻挡区域（311）和所述避让区域（312）在围绕转动轴线的周向上排布，所述工艺气体可通过所述避让区域（312）抵达晶圆（500）的背面，所述旋转驱动件（320）用于驱动所述阻挡盘（310）绕所述转动轴线转动，以调节晶圆（500）背面的沉积区域。

2.根据权利要求1所述的气相沉积设备，其特征在于，所述沉积室（100）的底部设置有开口，所述第一供气组件（200）的气流从所述开口进入所述沉积室（100），所述阻挡盘组件（300）还包括传动件（330），所述传动件（330）将所述旋转驱动件（320）和所述阻挡盘（310）传动连接，所述旋转驱动件（320）位于所述沉积室（100）外。

3.根据权利要求2所述的气相沉积设备，其特征在于，所述第一供气组件（200）包括流气件（210），所述流气件（210）设置于所述第一供气组件（200）所形成的气流路径中，所述流气件（210）上设置有均匀分布的通气孔（211），所述通气孔（211）用于供所述工艺气体向上通过，所述支架（110）上的晶圆（500）放置位置位于所述流气件（210）的上方。

4.根据权利要求3所述的气相沉积设备，其特征在于，所述阻挡盘（310）设置于所述流气件（210）与所述支架（110）上的晶圆（500）放置位置之间。

5.根据权利要求3所述的气相沉积设备，其特征在于，所述阻挡盘（310）设置于所述流气件（210）背离所述晶圆（500）放置位置的一侧。

6.根据权利要求3所述的气相沉积设备，其特征在于，所述流气件（210）形成匀气腔（212），所述通气孔（211）与所述匀气腔（212）连通，所述第一供气组件（200）还包括通气管（220），所述通气管（220）的第一端连接于所述流气件（210）并与所述匀气腔（212）连通，另一端通过所述沉积室（100）的所述开口伸出所述沉积室（100）外，所述通气管（220）用于供所述工艺气体流通。

7.根据权利要求1所述的气相沉积设备，其特征在于，所述阻挡盘组件（300）还包括升降驱动件，所述升降驱动件用于驱动所述阻挡盘（310）靠近或者远离晶圆（500）。

8.根据权利要求1所述的气相沉积设备，其特征在于，还包括第二供气组件（400），所述第二供气组件（400）用于向晶圆（500）的正面提供保护气体。

9.根据权利要求1所述的气相沉积设备，其特征在于，所述阻挡盘（310）为圆盘状，且偏心地开设有至少一个避让窗口，所述避让窗口形成所述避让区域（312）。

10.一种晶圆（500）应力调整方法，其特征在于，使用权利要求1-9中任一项所述的气相沉积设备在晶圆（500）的背面沉积薄膜，所述晶圆（500）应力调整方法包括：

控制所述第一供气组件（200）向晶圆（500）的背面输送工艺气体；

根据所述晶圆（500）的翘曲情况，控制所述旋转驱动件（320）驱动所述阻挡盘（310）转动以调节所述晶圆（500）背面的沉积区域，在所述沉积区域形成薄膜以使所述晶圆（500）趋于平整。