CN102931059B - 背金溅射方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种背金溅射方法，包括：获取晶片的厚度与分步作业次数间的第一对应关系；获取晶片的厚度与溅射设备工作功率间的第二对应关系；根据所述第一对应关系，按照与产品晶片的厚度相对应的作业次数，将整个溅射过程划分为几个溅射步骤；根据所述第二对应关系以及对溅射步骤的划分，选取与产品晶片的厚度相对应的工作功率，对所述产品晶片进行背金的溅射，在选择的工作功率下，溅射过程出现金属聚集状缺陷的个数在工艺允许范围内；在完成一个溅射步骤后，停止溅射过程，采用冷却水对溅射设备进行降温，直至完成整个溅射过程。本发明实施例减少了在较薄的器件背面，采用溅射方式淀积背金时的金属原子聚集状缺陷。

Description

背金溅射方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种背金溅射方法。

背景技术

随着半导体工艺的发展，半导体器件的厚度越来越薄，对工艺条件要求也越来越苛刻。在器件背面金属淀积工艺中，目前主要采用蒸发和溅射(物理气相淀积，简称PVD)两种方式，相对于蒸发的方式，溅射方式具有多种优点，如形成的金属层的黏附性更强，而且在背金形成过程中不易被污染，便于进行单片作业，对于不合格的器件易于返工等。

但是，随着器件厚度越来越薄，在实际生产过程中发现，采用溅射方式淀积的背金往往会出现金属原子聚集状缺陷，如在厚度为185μm的DMOS器件背面淀积金属银，淀积之后往往会出现聚集状的银原子团黑点，当银原子团黑点数量较多时，就会影响器件的导电性能，严重时甚至导致器件报废。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种背金溅射方法，解决了现有技术中的问题，减少了在较薄的器件背面，采用溅射方式淀积背金时的金属原子聚集状缺陷。

为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种背金溅射方法，包括：

获取晶片的厚度与分步作业次数间的第一对应关系；

获取晶片的厚度与溅射设备工作功率间的第二对应关系；

根据所述第一对应关系，按照与产品晶片的厚度相对应的作业次数，将整个溅射过程划分为几个溅射步骤；

根据所述第二对应关系以及对溅射步骤的划分，选取与产品晶片的厚度相对应的工作功率，对所述产品晶片进行背金的溅射，在选择的工作功率下，溅射过程出现金属聚集状缺陷的个数在工艺允许范围内；

在完成一个溅射步骤后，停止溅射过程，采用冷却水对溅射设备进行降温，直至完成整个溅射过程；

其中，所述产品晶片的厚度越薄，与其厚度相对应的不会出现金属聚集状缺陷的工作功率越小。

优选的，所述第一对应关系的创建过程包括：

提供多组试验晶片，所述多组试验晶片中不同组的试验晶片的厚度不同；

在每组试验晶片中，采用相同的功率对每组中试验晶片进行背金的溅射，每组试验晶片的溅射过程被分不同次数的溅射步骤；

检测并记录每组的试验晶片上出现金属聚集状缺陷的个数，完成第一对应关系的创建。

优选的，所述第二对应关系的创建过程包括：

提供多组试验晶片，所述多组试验晶片中不同组的试验晶片的厚度不同；

在每组试验晶片中，采用多组不同的功率对每组中试验晶片进行背金的溅射，每组试验晶片的溅射过程被分相同次数的溅射步骤；

检测并记录每组的试验晶片上出现金属聚集状缺陷的个数，完成第二对应关系的创建。

优选的，所述冷却水为循环使用的冷却水，所述冷却水的温度保持在50℃以下。

优选的，在溅射过程中，采用外接的换热装置对所述冷却水进行降温。

优选的，所述背金溅射过程为在晶片背面溅射金属银的过程。

优选的，所述产品晶片的厚度大于或等于180μm，且小于230μm。

优选的，所述产品晶片的厚度为185μm时，将背金的溅射过程分为2个溅射步骤，溅射设备的功率设定为0.9kw-2.1kw。

优选的，所述冷却水的温度小于21℃。

优选的，所述产品晶片的厚度为180μm时，将背金的溅射过程分为6个溅射步骤，溅射设备的功率设定为0.9kw-2.1kw。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例所提供的技术方案，根据产品晶片的厚度，将背金溅射过程分为几个溅射步骤，同时选择与产品晶片厚度相适配的溅射设备的工作功率，而且在各个溅射步骤之间采用冷却水对溅射设备进行降温，溅射设备的工作功率越小，溅射过程产生的热量越低，从而在每一步骤的背金的溅射过程中，降低了溅射腔体内部的温度，并且，由于分步作业，使得每一个溅射步骤中，腔体内部的温度都不至于过高，又由于冷却水的吸热降温，进一步的将溅射腔体内部的温度降低到了工艺允许的范围内，从而使背金溅射过程中出现的金属聚集状缺陷的个数在工艺允许的范围内，即较现有技术减少了在较薄的器件背面，采用溅射方式淀积背金时的金属原子聚集状缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例提供的背金溅射方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中第一对应关系的创建过程的流程图；

图3为本发明实施例中第二对应关系的创建过程的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

正如背景技术部分所述，在较薄的器件背面采用减少工艺淀积金属时会出现金属聚集状的缺陷，发明人研究发现，出现这种问题的原因是，溅射过程中，溅射设备内部以及晶片表面温度过高导致的。

具体说来，由于溅射过程是采用高速的带点粒子轰击靶材，使靶材表面因发生原子碰撞而产生能量和动量的转移，靶材原子从表面逸出并淀积在衬底上的过程。溅射过程中消耗的能量大部分以热能的形式在靶材中消耗掉，或者由靶材发射的二次电子和光子耗散掉，因此在溅射过程中，溅射设备内部的温度会随着溅射过程的进行而逐渐升高。另外，除了被溅射的原子被轰击外，还有其他核素会淀积在晶片上，这些核素会给晶片加热，对于厚度较薄的晶片，这种热效应更明显，由于晶片温度升高，从而导致淀积的金属薄膜不均匀。

并且，在背金溅射过程中，腔体内的高温还容易使金属氧化，发明人研究发现，由于厚度较薄，晶片表面热效应很明显，溅射出的金属原子沉积到晶片表面时，很容易受高温环境的影响而氧化，从而形成金属原子聚集状缺陷，如厚度为185μm的DMOS器件背面淀积金属银时，出现的银原子黑点就是在高温下氧化形成的氧化银，氧化银的存在严重影响了器件性能。

基于此，本发明实施例提供了一种背金溅射方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S11：获取晶片的厚度与分步作业次数间的第一对应关系；

本领域技术人员可以理解，将一次完整的溅射过程划分为几个溅射步骤，也就是缩短了每个溅射步骤的工艺时间，在每一个溅射步骤完成后，腔体内部的温度都不至于过高，即较现有技术中的连续溅射工艺，分步溅射中每一溅射步骤产生的热量大大减少了，这也为降低溅射腔体内的温度提供了便利。

步骤S12：获取晶片的厚度与溅射设备工作功率间的第二对应关系；

具体的，产品晶片的厚度越薄，与其厚度相对应的不会出现金属聚集状缺陷的工作功率越小。众所周知，设备的工作功率越低，在同样的工作时间内，产生的热量就越少，而产品晶片越薄，越容易产生金属聚集状缺陷，因此，与其对应的不会出现金属聚集状缺陷的工作功率越小，即产品晶片越薄，在要求溅射过程出现金属聚集状缺陷的个数在工艺允许范围内的情况下，所对应的设备的工作功率越低。

步骤S13：根据所述第一对应关系，按照与产品晶片的厚度相对应的作业次数，将整个溅射过程划分为几个溅射步骤；

也就是说，结合步骤S11中确定的第一对应关系，查找出于产品晶片的厚度相对应的作业次数，即在一个产品晶片的背金溅射过程中，需要分几次进行溅射，中间需要停顿几次，中间停顿的次数为作业次数减一，往往晶片的厚度越薄，中间需要停顿的次数越多。

本实施例中所述产品晶片的厚度大于或等于180μm，且小于230μm，对于230μm的晶片来说，采用正常工艺进行背金溅射也是可以的，本实施例中优选为对200μm以下厚度的晶片，更优选为185μm或180μm厚度的晶片。

步骤S14：根据所述第二对应关系以及对溅射步骤的划分，选取与产品晶片的厚度相对应的工作功率，对所述产品晶片进行背金的溅射，在选择的工作功率下，溅射过程出现金属聚集状缺陷的个数在工艺允许范围内的；

本实施例中，溅射过程出现金属聚集装缺陷的个数小于或等于5ea(个)，即可认为满足工艺需求，当然也可为其他要求，具体可根据对器件的性能的要求和使用环境而定。

步骤S15：在完成一个溅射步骤后，停止溅射过程，采用冷却水对溅射设备进行降温，直至完成整个溅射过程。

本实施例中，考虑到溅射效率，以晶片背面溅射金属银的过程为例，对于185μm及其以上厚度的晶片来说，整个背金溅射过程停顿1次，即分2个溅射步骤操作，如背金厚度为10k埃，分2次进行溅射，则每次溅射背金厚度可为5k埃，在分步溅射的同时，结合降低工作功率以及冷却水的方式，即可使溅射产品中的金属聚集状缺陷的数量在工艺允许的范围内，这种情况下，溅射设备的功率可设定为0.9kw-2.1kw，优选为2kw或者1kw，相比于现有技术中8kw的工作功率来说，本实施例中产品的金属聚集状缺陷要少很多，大部分产品中甚至不存着金属聚集状缺陷。

需要说明的是，为了提高对溅射腔体的降温效率，本实施例中采用的冷却水为循环使用的冷却水，所述冷却水的温度保持在50℃以下，由于溅射设备自带的冷却水系统的降温能力欠佳，不能及时的提供温度更低的冷却水，因此，本实施例在溅射过程中，采用外接的换热装置对所述冷却水进行降温，所述换热装置可为压缩机。为了提高降温效果，可以保持外接的换热装置一直为工作状态，以便于更快的降低循环的冷却水的温度，提高冷却水的吸热能力。

同样以185μm晶片的背面溅射金属银的过程为例，可采用分2个溅射步骤，若溅射设备的功率设定为1kw，为了得到更好的溅射效果，所述冷却水的温度需小于21℃，实验中以同样厚度的晶片作为比较例，若不采用冷却水降温，同样条件下产品的金属聚集状缺陷大于5ea。

本实施例中为了保持降温效果的稳定，在对溅射设备进行降温时，所述冷却水的流量可保持在6L/min-9L/min以内，具体可根据溅射腔体的温度进行调节。

另外，以180μm厚度的产品晶片为例，在晶片背面溅射金属银的过程中，由于晶片厚度更薄，因此可将背金的溅射过程分为6个溅射步骤，溅射设备的功率设定为0.9kw-2.1kw，优选为1kw，冷却水的温度可控制在10℃-20℃，优选为控制在11℃左右，该条件下制作的产品晶片中不会出现金属聚集状缺陷，而实验中以同样厚度的晶片作为比较例，若仍旧采用2个溅射步骤，其它条件相同，则产品中的金属聚集状缺陷大于5ea，因此对于更薄的晶片来说，若降低设备功率，使用冷却水的效果不理想时，必须增加溅射步骤。

本实施例以上各步骤的顺序可以根据实际情况进行互换，如步骤S11和步骤S12对调顺序等，本实施例中对此不做过多限制，只要符合实际工作情况即可。

下面结合图2和图3对本实施例中步骤S11中的第一对应关系以及步骤S12中的第二对应关系的创建过程进行说明。

具体的，如图2所示，步骤S11中所述第一对应关系的创建过程包括：

步骤S21：提供多组试验晶片，所述多组试验晶片中不同组的试验晶片的厚度不同；

步骤S22：在每组试验晶片中，采用相同的功率对每组中试验晶片进行背金的溅射，每组试验晶片的溅射过程被分不同次数的溅射步骤；

步骤S23：检测并记录每组的试验晶片上出现金属聚集状缺陷的个数，完成第一对应关系的创建。

如图3所示，所述第二对应关系的创建过程包括：

步骤S31：提供多组试验晶片，所述多组试验晶片中不同组的试验晶片的厚度不同；

步骤S32：在每组试验晶片中，采用多组不同的功率对每组中试验晶片进行背金的溅射，每组试验晶片的溅射过程被分相同次数的溅射步骤；

步骤S33：检测并记录每组的试验晶片上出现金属聚集状缺陷的个数，完成第一对应关系的创建。

在产品晶片进行背金溅射过程中，结合以上得出的第一对应关系和第二对应关系，选择金属聚集状缺陷数量在工艺允许范围内的工作次数及工作功率即可。

本发明实施例所提供的技术方案，根据产品晶片的厚度，将背金溅射过程分为几个溅射步骤，同时选择与产品晶片厚度相适配的溅射设备的工作功率，而且在各个溅射步骤之间采用冷却水对溅射设备进行降温，溅射设备的工作功率越小，溅射过程产生的热量越低，从而在每一步骤的背金的溅射过程中，降低了溅射腔体内部的温度，并且，由于分步作业，使得每一个溅射步骤中，腔体内部的温度都不至于过高，又由于冷却水的吸热降温，进一步的将溅射腔体内部的温度降低到了工艺允许的范围内，从而使背金溅射过程中出现的金属聚集状缺陷的个数在工艺允许的范围内，即较现有技术减少了在较薄的器件背面，采用溅射方式淀积背金时的金属原子聚集状缺陷。

本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种背金溅射方法，其特征在于，包括：

获取晶片的厚度与分步作业次数间的第一对应关系；

获取晶片的厚度与溅射设备工作功率间的第二对应关系；

根据所述第一对应关系，按照与产品晶片的厚度相对应的作业次数，将整个溅射过程划分为几个溅射步骤；

根据所述第二对应关系以及对溅射步骤的划分，选取与产品晶片的厚度相对应的工作功率，对所述产品晶片进行背金的溅射，在选择的工作功率下，溅射过程出现金属聚集状缺陷的个数在工艺允许范围内；

在完成一个溅射步骤后，停止溅射过程，采用冷却水对溅射设备进行降温，直至完成整个溅射过程；

其中，所述产品晶片的厚度越薄，与其厚度相对应的不会出现金属聚集状缺陷的工作功率越小。

2.根据权利要求1所述的背金溅射方法，其特征在于，所述第一对应关系的创建过程包括：

提供多组试验晶片，所述多组试验晶片中不同组的试验晶片的厚度不同；

在每组试验晶片中，采用相同的功率对每组中试验晶片进行背金的溅射，每组试验晶片的溅射过程被分不同次数的溅射步骤；

检测并记录每组的试验晶片上出现金属聚集状缺陷的个数，完成第一对应关系的创建。

3.根据权利要求2所述的背金溅射方法，其特征在于，所述第二对应关系的创建过程包括：

提供多组试验晶片，所述多组试验晶片中不同组的试验晶片的厚度不同；

在每组试验晶片中，采用多组不同的功率对每组中试验晶片进行背金的溅射，每组试验晶片的溅射过程被分相同次数的溅射步骤；

检测并记录每组的试验晶片上出现金属聚集状缺陷的个数，完成第二对应关系的创建。

4.根据权利要求1所述的背金溅射方法，其特征在于，所述冷却水为循环使用的冷却水，所述冷却水的温度保持在50℃以下。

5.根据权利要求4所述的背金溅射方法，其特征在于，在溅射过程中，采用外接的换热装置对所述冷却水进行降温。

6.根据权利要求5所述的背金溅射方法，其特征在于，所述背金溅射过程为在晶片背面溅射金属银的过程。

7.根据权利要求1所述的背金溅射方法，其特征在于，所述产品晶片的厚度大于或等于180μm，且小于230μm。

8.根据权利要求1-7任一项所述的背金溅射方法，其特征在于，当所述产品晶片的厚度为185μm，且在所述产品晶片背面溅射金属银时，将背金的溅射过程分为2个溅射步骤，溅射设备的功率设定为0.9kw-2.1kw。

9.根据权利要求8所述的背金溅射方法，其特征在于，所述冷却水的温度小于21℃。

10.根据权利要求1-7任一项所述的背金溅射方法，其特征在于，当所述产品晶片的厚度为180μm，且在所述产品晶片背面溅射金属银时，将背金的溅射过程分为6个溅射步骤，溅射设备的功率设定为0.9kw-2.1kw。