CN102194652B

CN102194652B - 防止晶圆翘曲的方法以及由该方法得到的晶圆

Info

Publication number: CN102194652B
Application number: CN 201010124643
Authority: CN
Inventors: 张步新
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2030-03-11
Also published as: CN102194652A

Abstract

本发明涉及一种防止晶圆翘曲的方法以及由该方法得到的晶圆。所述方法包括下列步骤：判断待加工系列晶圆是否发生翘曲；确定需要引入待加工系列晶圆的离子类型；确定需要引入待加工系列晶圆的离子引入量；在待加工系列晶圆上沉积氧化层并涂覆光刻胶；对光刻胶进行曝光、显影，暴露划片槽上方的氧化层；将离子类型的离子以离子引入量引入待加工系列晶圆的划片槽；去除光刻胶和氧化层；对引入离子的待加工系列晶圆进行加热；对引入离子的待加工系列晶圆进行高温退火工艺。由该方法得到的晶圆，在其划片槽中形成有产生相应的张应力或压应力的应力区域。本发明可以在进行各种制程之前对晶圆进行处理以有效地防止后续过程中发生的翘曲问题。

Description

防止晶圆翘曲的方法以及由该方法得到的晶圆

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，更特别地涉及一种防止晶圆翘曲的方法以及由该方法得到的晶圆。

背景技术

晶圆翘曲是半导体制造领域中普遍存在的现象。在晶圆的一些制造过程中，晶圆部分区域的对准标记的位置常常出现异常。这是因为晶圆在进行某些制程如热氧化后，发生了翘曲且超过了允许值范围，但没有进行及时补偿校正而造成的。

目前，为了避免上述情况，业界的通常做法是在晶圆进行某些制程后，对晶圆翘曲的程度进行检测以判断其是否在允许范围内。如果超过允许范围，则说明晶圆发生的翘曲会影响后续制程，需要进行补偿校正。但单纯的检测方法无法从根本上防止晶圆发生翘曲的情况，而且后续的补偿校正措施也可能由于存在某些缺陷而无法完全弥补翘曲引起的缺陷。另外，发生翘曲的晶圆会在后续的多个工艺加工步骤中对设备的性能、稳定性以及线宽度控制等多种参数产生不良影响。例如，晶圆的均胶和显影工序通常是通过离心机带动吸附有晶圆的底座一起旋转来完成的，但如果晶圆在前序工艺中发生翘曲，会导致底座无法完全吸住晶圆，使得晶圆在旋转过程中由于吸附力小而造成设备停机，甚至发生掉片，造成不必要的损失。进一步地，晶圆翘曲可上可下并不固定，翘曲的程度也不同，所以也不便于将发生翘曲的晶圆与标准晶圆一起放入晶圆盒中。尤其，近些年应力硅方法的引入使得翘曲问题的后果变得更加严重。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决现有技术中存在的晶圆翘曲问题，本发明提供了一种用于防止晶圆翘曲的方法，所述方法包括下列步骤：

判断待加工系列晶圆是否发生翘曲；

确定需要引入所述待加工系列晶圆的离子类型；

确定需要引入所述待加工系列晶圆的离子引入量；

在所述待加工系列晶圆上依次沉积氧化层并涂覆光刻胶；

对所述光刻胶进行曝光、显影，暴露所述待加工系列晶圆的划片槽上方的所述氧化层；

将所述离子类型的离子以所述离子引入量引入所述待加工系列晶圆的所述划片槽；

去除所述光刻胶和所述氧化层；

对引入离子的所述待加工系列晶圆进行加热；

对所述引入离子的所述待加工系列晶圆进行高温退火工艺。

进一步地，在翘曲检测设备上检测所述待加工系列晶圆是否发生翘曲。

进一步地，当所述待加工系列晶圆的周边向上翘曲时，所述离子类型采用氧离子或碳离子。

进一步地，当所述待加工系列晶圆的周边向下翘曲时，所述离子类型采用氮离子或氮离子与氧离子的混合离子。

进一步地，根据所述待加工系列晶圆的翘曲程度确定离子引入量。

进一步地，对所述引入离子的所述待加工系列晶圆进行加热的加热温度为400-1200摄氏度。

进一步地，所述加热温度为1000摄氏度。

本发明涉及一种根据上述方法得到的晶圆，其中，在所述晶圆的划片槽中形成有应力区域。

进一步地，在所述应力区域中包含有氧离子、氮离子、碳离子或氮离子与氧离子的混合离子。

因此，本发明可以在进行各种制程之前对晶圆进行处理以有效地防止晶圆在后续过程中发生翘曲，从而提高晶圆的成品合格率；同时，还可以防止由于翘曲而在后续加工过程中发生的设备停机、甚至掉片的情况，从而减小停机维护的频率，降低生产人员的工作负担，提高生产效率；另外，还可以尽可能多及安全地将晶圆放在晶圆盒中保存或运输。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1所示为根据本发明一个实施例的用于防止晶圆翘曲的方法的工艺流程图；

图2A和图2B所示为根据本发明一个实施例的用于防止晶圆翘曲的方法的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中对防止晶圆翘曲的方法以及由该方法得到的晶圆进行详细说明。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

图1所示为根据本发明一个实施例的用于防止晶圆翘曲的方法的工艺流程图。图2A和图2B所示为根据本发明一个实施例的用于防止晶圆翘曲的方法的示意图。

首先，在步骤101中，判断该待加工系列晶圆是否发生翘曲。即先从该待加工系列晶圆中随机选择一个晶圆，并在该片晶圆上实施后续所有工艺步骤，如光刻、氧化、刻蚀等。然后，将该片晶圆放置在翘曲检测设备上进行检测。由于同一系列晶圆的材质、加工工艺、成品品质等完全相同，所以同一系列晶圆是否发生翘曲，以及发生翘曲的方向和程度都是相同的，因此对一片晶圆进行检测即可获得该同一系列晶圆在进行完各种制程后是否发生翘曲的结论以及翘曲的相关数据。因此，如果该片晶圆未发生翘曲，则说明该待加工系列晶圆都不会发生翘曲。否则，说明该待加工系列晶圆都会发生翘曲，需要进行下列步骤。

在步骤102中，根据步骤101中那片晶圆发生翘曲的方向确定引入晶圆内的离子类型。进一步地，如果在步骤101中检测到的晶圆的翘曲方向为周边向上翘曲的话，那么引入的相关离子为氧离子(O)或碳离子(C)。如果在步骤101中检测到的晶圆的翘曲方向为周边向下翘曲的话，那么引入的相关离子为氮离子(N)或氮离子与氧离子的混合离子(N+O)。

在步骤103中，根据步骤101中那片晶圆发生翘曲的程度确定该系列晶圆内需要的离子引入量。该离子引入量的判断过程如下：

a)从该系列晶圆中再随机选择一个晶圆，并在该片晶圆上依次沉积氧化层并涂覆光刻胶。

b)对光刻胶进行曝光、显影，暴露出该晶圆的划片槽上方的氧化层。

c)将步骤102中确定的离子类型的离子引入晶圆的划片槽。最初几次(例如一到两次)的离子引入量根据实际情况，先引入少量离子。并且，记录下每次引入的离子引入量Q_n。优选地针对第n片晶圆引入的离子引入量Q_n将参考前n-1片晶圆引入的离子引入量。

d)依次去除该片晶圆上的光刻胶和氧化层。

e)对该片晶圆进行加热。所述加热温度在400至1200摄氏度之间，优选地为1000摄氏度。加热时间根据实际情况确定，例如10～30s等。这样，经过加热后，在引入氧离子或碳离子的晶圆中会产生相应的压应力，在引入氮离子或氧离子与氮离子的混合离子的晶圆中会产生相应的张应力，从而在一定程度上克服了晶圆的翘曲。

f)对该片晶圆进行高温退火工艺，从而使引入的相关离子204在划片槽205中稳定的存在。

g)在进行过步骤a)～f)的该片晶圆上实施所有工艺步骤，然后将该片晶圆放到翘曲检测设备上进行检测。如果检测结果表明该片经过处理的晶圆未发生翘曲，则说明离子引入量Q_n适当，接下来以Q_n为标准对该待加工系列中的剩余晶圆进行步骤104。否则记录翘曲程度数据并返回步骤a)。所述翘曲程度数据是指晶圆翘曲的严重程度，优选地采用翘曲程度最为严重的晶圆边缘上的点与晶圆中心之间的连线和晶圆中心所在水平面之间的角度。一般而言，需要多次进行步骤103才能找到恰好使晶圆在后续制程中不发生翘曲的最佳离子引入量Q_right。因此，为了尽快找到该系列晶圆的最佳离子引入量Q_right，可以结合晶圆面积A、每次引入的离子引入量Q_n以及发生的相应的翘曲程度W_n得到离子引入量的大体趋势。例如，建立二维坐标系，令横坐标表示离子引入量Q_n与该系列晶圆面积A的比例(Q_n/A)，令纵坐标表示翘曲程度W_n，将每片晶圆的相关数据记录到该坐标系中，即可得到Q_n/A与W_n之间的关系，于是参考该坐标系即可以以之前的n-1片晶圆的离子引入量为参考得到下一片晶圆n的离子引入量。对于面积不同，但其他参数均相同的不同系列晶圆而言，下一系列晶圆的离子引入量可以以上一系列晶圆的离子引入量为参考。

在步骤104中，在该系列中的剩余晶圆上依次沉积氧化层202并涂覆光刻胶201。

在步骤105中，对光刻胶201进行曝光、显影，暴露出晶圆203的划片槽205上方的氧化层202。

在步骤106中，将相关离子204引入划片槽205。即，将步骤102中确定离子种类的离子以步骤103中确定的离子引入量引入晶圆的划片槽。如图2A所示。

在步骤107中，在完成了相关离子的引入后，将光刻胶201和氧化层202去除，仅保留晶圆203，如图2B所示。

在步骤108中，对晶圆进行加热。所述加热温度在400至1200摄氏度之间，优选地为1000摄氏度。加热时间根据实际情况确定，例如10s～30s等。这样，经过加热后，在引入氧离子或碳离子的应力区域206中会产生相应的压应力，在引入氮离子或氧离子与氮离子的混合离子的应力区域206中会产生相应的张应力。

最后，由于相关离子的引入导致晶圆203中原有的结构发生变化，因此在步骤109中，实施高温退火工艺，从而使引入的相关离子204在应力区域206中稳定的存在。

经过上述方法得到的晶圆，在其划片槽中形成有应力区域，该应力区域中包含有氧离子、氮离子、碳离子或氮离子与氧离子的混合离子，不同的离子会产生相应的张应力或压应力，如步骤108所述，从而克服后续制程中晶圆发生的翘曲。

根据本发明的方法得到的晶圆不会在后续制程中发生翘曲，从而有效地防止了由于翘曲而在后续加工过程中发生的设备停机、甚至掉片的情况，最终提高晶圆的成品合格率。由于只是在晶圆自有的划片槽中引入了一些离子，并没有对晶圆的结构、尺寸或其他参数进行修改，也没有改变后续工艺的操作方式或其他参数，因此不会增加工艺复杂度。另外，由于事先对晶圆进行了处理，使得无需在后续步骤中进行检测或补偿，节省了操作步骤，进而达到节省时间、人力，提高效率的目的。另外，还可以尽可能多及安全地将晶圆放在晶圆盒中保存或运输。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims

1.一种用于防止晶圆翘曲的方法，该方法包括下列步骤：

判断待加工系列晶圆是否发生翘曲，在翘曲检测设备上检测所述待加工系列晶圆是否发生翘曲；

确定需要引入所述待加工系列晶圆的离子类型；

根据所述待加工系列晶圆的翘曲程度，确定需要引入所述待加工系列晶圆的离子引入量；

在所述待加工系列晶圆上依次沉积氧化层并涂覆光刻胶；

去除所述光刻胶和所述氧化层；

对引入离子的所述待加工系列晶圆进行加热；

对所述引入离子的所述待加工系列晶圆进行高温退火工艺。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述待加工系列晶圆的周边向上翘曲时，所述离子类型采用氧离子或碳离子。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述待加工系列晶圆的周边向下翘曲时，所述离子类型采用氮离子或氮离子与氧离子的混合离子。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述引入离子的待加工系列晶圆进行加热的加热温度为400-1200摄氏度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述加热温度为1000摄氏度。

6.一种根据权利要求1所述的方法得到的晶圆，其中，在所述晶圆的划片槽中形成有应力区域。

7.根据权利要求6所述的晶圆，其特征在于，在所述应力区域中包含有氧离子、氮离子、碳离子或氮离子与氧离子的混合离子。