CN109273378B - 平衡晶圆弯曲度分布的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种平衡晶圆弯曲度分布的方法。所述平衡晶圆弯曲度分布的方法包括如下步骤：提供一晶圆；获取所述晶圆的弯曲度分布；根据所述弯曲度分布调整反应物在所述晶圆表面的密度分布，于所述晶圆表面形成厚度非均匀分布的膜层。本发明能够于晶圆表面形成厚度非均匀分布的膜层，实现对晶圆弯曲度分布的平衡，且适用于各种形状的晶圆，有效改善了晶圆产品的质量。

Description

平衡晶圆弯曲度分布的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种平衡晶圆弯曲度分布的方法。

背景技术

随着平面型闪存存储器的发展，半导体的生产工艺取得了巨大的进步。但是最近几年，平面型闪存的发展遇到了各种挑战：物理极限、现有显影技术极限以及存储电子密度极限等。在此背景下，为解决平面闪存遇到的困难以及追求更低的单位存储单元的生产成本，各种不同的三维(3D)闪存存储器结构应运而生，例如3D NOR(3D或非)闪存和3D NAND(3D与非)闪存。

其中，3D NAND存储器以其小体积、大容量为出发点，将储存单元采用三维模式层层堆叠的高度集成为设计理念，生产出高单位面积存储密度，高效存储单元性能的存储器，已经成为新兴存储器设计和生产的主流工艺。

然而，晶圆在经过各种半导体工艺处理之后，晶圆的弯曲度分布不能达到平衡，从而使得晶圆呈现翘曲的状态，严重影响晶圆产品的质量。

因此，如何改善晶圆的弯曲度分布，提高晶圆产品的质量，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种平衡晶圆弯曲度分布的方法，用于解决现有技术中晶圆经多步处理工艺后弯曲度分布不平衡的问题，以改善晶圆产品的质量。

为了解决上述问题，本发明提供了一种平衡晶圆弯曲度分布的方法，包括如下步骤：

提供一晶圆；

获取所述晶圆的弯曲度分布；

根据所述弯曲度分布调整反应物在所述晶圆表面的密度分布，于所述晶圆表面形成厚度非均匀分布的膜层。

优选的，获取所述晶圆的弯曲度分布的具体步骤包括：

按照预设规则将所述晶圆表面划分为多个区域；

获取所述晶圆表面每一所述区域的弯曲度，得到所述晶圆的弯曲度分布。

优选的，根据所述弯曲度分布调整反应物在所述晶圆表面的密度分布的具体步骤包括：

判断与一区域对应的弯曲度是否大于预设值，若是，则增大该区域表面的所述膜层的厚度。

优选的，所述晶圆置于反应腔室中；根据所述弯曲度分布调整反应物在所述晶圆表面的密度分布的具体步骤包括：

根据所述弯曲度分布调整反应物在所述反应腔室内的密度分布。

优选的，所述反应腔室为进行等离子体化学气相沉积工艺的反应腔室。

优选的，根据所述弯曲度分布调整反应物在所述反应腔室内的密度分布的具体步骤包括：

根据所述弯曲度分布调整气态的所述反应物进入所述反应腔室的方向，控制气态的所述反应物在所述反应腔室内的密度分布。

优选的，根据所述弯曲度分布调整气态的所述反应物进入所述反应腔室的方向的具体步骤包括：

提供一具有多个喷嘴孔的分区控制气体盘，气态的所述反应物经所述喷嘴孔进入所述反应腔室；

根据所述弯曲度分布分别控制每一所述喷嘴孔是否开启，以调整气态的所述反应物进入所述反应腔室的方向。

优选的，根据所述弯曲度分布调整反应物在所述反应腔室内的密度分布的具体步骤包括：

根据所述弯曲度分布调整等离子态的所述反应物传输至所述晶圆表面的方向，控制等离子态的所述反应物在所述晶圆表面的密度分布。

优选的，根据所述弯曲度分布调整等离子态的所述反应物传输至所述晶圆表面的方向的具体步骤包括：

提供一具有多个对准孔的隔离板，等离子态的所述反应物经所述对准孔传输至所述晶圆表面；

根据所述弯曲度分布分别控制每一所述对准孔是否开启，以调整等离子态的所述反应物传输至所述晶圆表面的方向。

优选的，所述晶圆为马鞍状晶圆或碗状晶圆。

本发明提供的平衡晶圆弯曲度分布的方法，通过控制所述反应物在所述晶圆表面的密度分布，从而在晶圆表面沉积形成厚度非均匀分布的膜层，利用厚度非均匀分布的膜层向晶圆施加非均匀分布的应力，最终实现对晶圆弯曲度分布的平衡，有效改善了晶圆产品的质量；且本发明提供的膜层沉积装置及平衡晶圆弯曲度分布的方法适用范围广，能够平衡各种形状晶圆的弯曲度分布。

附图说明

附图1是本发明具体实施方式中平衡晶圆弯曲度分布的方法的流程图；

附图2是本发明具体实施方式中平衡晶圆弯曲度分布时所使用的膜层沉积装置的整体结构示意图；

附图3A是本发明具体实施方式中分区控制气体盘中全部的喷嘴孔打开时的结构示意图；

附图3B是本发明具体实施方式中分区控制气体盘中部分的喷嘴孔打开时的结构示意图；

附图4是本发明具体实施方式中对准结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的平衡晶圆弯曲度分布的方法的具体实施方式做详细说明。

晶圆在制造过程中以及后续在晶圆表面制作电子元器件的过程中，都可能使晶圆的弯曲度分布不平衡，导致晶圆的翘曲。晶圆翘曲的出现会引起诸多问题，例如晶圆表面堆叠层薄膜的脱落、晶圆破裂、版图对准性能不稳定，后续制程吸盘吸不住晶圆等，无法完成后续制程，最终都会导致晶圆产品性能的不稳定、以及降低晶圆产品的产出率和良率。

碗状晶圆是常见的晶圆弯曲度分布不平衡状态。对于碗状晶圆，平衡弯曲度分布的方式通常是在晶圆的背面(与形成有器件结构或者预形成器件结构的正面相对的表面)沉积一膜层，来平衡X方向以及Y方向(与X方向垂直的方向)的弯曲度分布。这是由于，晶圆出现弯曲度分布不平衡的主要原因就是应力，而通过在所述背面沉积所述膜层，可以抵消所述晶圆正面的应力，从而改善晶圆弯曲度分布不平衡的问题。

虽然碗状晶圆可以采用已有的膜层沉积装置于晶圆背面沉积膜层，来平衡弯曲度分布，但是，经三维器件(例如3D NAND存储器)的多种制造工艺处理后，碗状晶圆都极易转变为马鞍状晶圆。马鞍状晶圆由于其结构的特殊性，目前还没有有效的方式平衡其弯曲度分布。

为了解决上述问题，本具体实施方式提供了一种平衡晶圆弯曲度分布的方法，附图1是本发明具体实施方式中平衡晶圆弯曲度分布的方法的流程图，附图2是本发明具体实施方式中平衡晶圆弯曲度分布时所使用的膜层沉积装置的整体结构示意图，当然本领域技术人员也可以根据需要选择其他装置来实现对所述晶圆弯曲度的平衡，本具体实施方式以上述的膜层沉积装置为例进行说明。如图1-图2所示，本具体实施方式提供的平衡晶圆弯曲度分布的方法包括如下步骤：

步骤S11，提供一晶圆10。所述晶圆10可以是未进行任何制程处理的单晶晶圆，也可以是经过多道半导体处理工艺(例如镀膜、光刻、沉积、研磨等)处理后的半成品晶圆。所述晶圆的材质可以为Si、Ge、SiGe、SOI(Silicon On Insulator，绝缘体上硅)或GOI(Germanium On Insulator，绝缘体上锗)等。优选的，所述晶圆为马鞍状晶圆或碗状晶圆。

步骤S12，获取所述晶圆10的弯曲度分布。

优选的，获取所述晶圆10的弯曲度分布的具体步骤包括：

按照预设规则将所述晶圆10表面划分为多个区域；

获取所述晶圆10表面每一所述区域的弯曲度，得到所述晶圆10的弯曲度分布。

具体来说，可以按照一预设的路径，将所述晶圆10表面划分为多个区域，分别测量每一所述区域的弯曲度，即可得到整个晶圆10的弯曲度分布。所述区域的数量越多，单个所述区域的面积越小，所述弯曲度分布越精确，从而更有利于平衡所述晶圆10的弯曲度分布。

步骤S13，根据所述弯曲度分布调整反应物在所述晶圆10表面的密度分布，于所述晶圆10表面形成厚度非均匀分布的膜层。

优选的，根据所述弯曲度分布调整所述晶圆10表面沉积的膜层的厚度分布的具体步骤包括：

判断与一区域对应的弯曲度是否大于预设值，若是，则增大该区域表面的所述膜层的厚度。其中，所述预设值的具体数值可以根据工艺制程的需要进行设置。

对于弯曲度大于预设值的区域，通过增大与该区域表面沉积的膜层厚度，增大所述膜层施加于该区域的应力，从而充分抵消该区域的应力；反之，对于弯曲度小于所述预设值的区域，则可以相应减少该区域表面沉积的膜层厚度，减小所述膜层施加于该区域的应力。

优选的，所述晶圆10置于反应腔室中；根据所述弯曲度分布调整反应物在所述晶圆表面的密度分布的具体步骤包括：

根据所述弯曲度分布调整反应物在所述反应腔室内的密度分布。

具体来说，所述反应物自外界传输至所述反应腔室，通过调整所述反应物在所述反应腔室内部的密度分布，即可实现所述反应物在所述晶圆10表面的密度分布，进而实现对所述晶圆10表面沉积的所述膜层的厚度分布的调整，以最终实现对所述晶圆10表面不同区域施加大小和/或方向不同的应力，使得所述晶圆10的弯曲度分布达到平衡。

优选的，所述反应腔室为进行等离子体化学气相沉积工艺的反应腔室。

在其他实施方式中，所述反应腔室也可以为进行等离子体物理气相沉积工艺的反应腔室。

为了进一步简化平衡晶圆弯曲度分布的步骤，优选的，根据所述弯曲度分布调整反应物在所述反应腔室内的密度分布的具体步骤包括：

根据所述弯曲度分布调整气态的所述反应物进入所述反应腔室的方向，控制气态的所述反应物在所述反应腔室内的密度分布。

为了进一步简化操作步骤，更优选的，根据所述弯曲度分布调整气态的所述反应物进入所述反应腔室的方向的具体步骤包括：

提供一具有多个喷嘴孔132的分区控制气体盘，气态的所述反应物经所述喷嘴孔132进入所述反应腔室；

根据所述弯曲度分布分别控制每一所述喷嘴孔132是否开启，以调整气态的所述反应物进入所述反应腔室的方向。

调整气态的所述反应物进入所述反应腔室的方向，不仅可以实现所述气态的反应物在所述反应腔室内密度分布的调整；而且，由于所述气态的反应物是在所述反应腔室内生成等离子体，气态的所述反应物在所述腔室内的密度分布决定了等离子态的反应物在所述反应腔室内的密度分布，进而控制了所述晶圆10表面沉积的所述膜层的厚度分布。

为了进一步简化平衡晶圆弯曲度分布的步骤，优选的，根据所述弯曲度分布调整反应物在所述反应腔室内的密度分布的具体步骤包括：

根据所述弯曲度分布调整等离子态的所述反应物传输至所述晶圆10表面的方向，控制等离子态的所述反应物在所述晶圆表面的密度分布。

为了进一步简化操作步骤，更优选的，根据所述弯曲度分布调整等离子态的所述反应物传输至所述晶圆表面的方向的具体步骤包括：

提供一具有多个对准孔142的隔离板141，等离子态的所述反应物经所述对准孔142传输至所述晶圆10表面；

根据所述弯曲度分布分别控制每一所述对准孔142是否开启，以调整等离子态的所述反应物传输至所述晶圆10表面的方向。

本具体实施方式提供的平衡晶圆弯曲度分布的方法，可以根据所述弯曲度分布同时调整气态的所述反应物进入所述反应腔室的方向、以及等离子态的所述反应物传输至所述晶圆表面的方向，也可以仅单独调整气态的所述反应物进入所述反应腔室的方向或等离子态的所述反应物传输至所述晶圆表面的方向，以灵活适应各种不同形状的晶圆。在根据所述弯曲度分布同时调整气态的所述反应物进入所述反应腔室的方向和等离子态的所述反应物传输至所述晶圆表面的方向时，气态的所述反应物与等离子态的所述反应物的传输方向优选为相同，以简化控制步骤。

不仅如此，本具体实施方式还提供了一种膜层沉积装置，本具体实施方式中所述的膜层沉积装置的结构示意图参见图2。如图2所示，本具体实施方式提供的膜层沉积装置包括调节部和控制部15。

所述调节部，包括朝向晶圆10表面设置的分隔面以及位于所述分隔面的多个喷口，所述喷口用于将反应物传输至所述晶圆10表面；所述控制部15，用于分别控制每一所述喷口是否开启，实现所述反应物的密度在所述晶圆10表面的非均匀分布。优选的，所述晶圆10为马鞍状晶圆或碗状晶圆。

具体来说，所述膜层沉积装置包括用于容纳晶圆的反应腔室，所述晶圆10置于所述反应腔室内的支撑台11表面，反应物与所述晶圆10通过所述分隔面隔绝。每一所述喷口具有独立的开闭功能，所述控制部15能够分别控制每一喷口是否开启。由于所述反应物经所述喷口传输至所述晶圆10表面，通过控制每一所述喷口是否开启，即可实现对所述反应物传输至所述晶圆10表面的路径进行调整，进而控制所述反应物在所述晶圆10表面的密度非均匀分布，最终使得所述晶圆10表面沉积形成厚度非均匀分布的膜层。

优选的，所述控制部还用于获取所述晶圆的弯曲度分布，并根据所述弯曲度分布控制每一所述喷口是否开启，使得由所述反应物生成的膜层的厚度在所述晶圆表面非均匀分布。

具体来说，本具体实施方式中的所述控制部15可以获取所述晶圆10的弯曲度分布，进而根据所述晶圆10的弯曲度分布调整所述晶圆10表面沉积的膜层的厚度分布，利用不同厚度的膜层具有不同的应力，来抵消所述晶圆10表面不同区域不同大小的应力，最终实现对所述晶圆10弯曲度分布的平衡。

为了使得所述膜层沉积装置能够适用于各种形状的晶圆，扩大所述膜层沉积装置的应用范围，优选的，多个所述喷口均匀分布于整个所述分隔面。这样，可以根据需要开启所述分隔面上不同位置的喷口，精确调节所述反应物在所述晶圆10表面的密度分布，形成具有各种不同厚度分布的膜层。

附图3A是本发明具体实施方式中分区控制气体盘中全部的喷嘴孔打开时的结构示意图，附图3B是本发明具体实施方式中分区控制气体盘中部分的喷嘴孔打开时的结构示意图。为了简化所述膜层沉积装置的结构，优选的，如图2、图3A、图3B所示，所述调节部包括分区控制气体盘；所述分区控制气体盘包括：气体腔131，用于容纳气态的所述反应物；所述分隔面包括位于所述气体腔131朝向所述晶圆10一侧的第一分隔面21。更优选的，多个所述喷口包括设置于所述第一分隔面21上的多个喷嘴孔132。

具体来说，所述分区控制气体盘可以位于所述反应腔室的顶部，所述晶圆10位于置于所述反应腔室底部的所述支撑台11上。所述分区控制气体盘的壳体20围绕形成所述气体腔31，气态的所述反应物自外界传输至所述气体腔131，并经所述第一分隔面21上的所述喷嘴孔132传输至所述晶圆10表面。

为了简化控制步骤，可以将所述第一分隔面21划分为多个第一子区域211，每一所述第一子区域211中包括若干(例如1个或者多个)喷嘴孔132，所述控制部15能够控制每一所述第一子区域211中的所有喷嘴孔132同时开启、同时关闭，从而通过分区控制实现对流向所述晶圆10表面的气态的所述反应物密度分布的调整。具体来说，所述控制部15根据所述晶圆10的弯曲度分布，可以使一个或者多个第一子区域中的若干喷嘴孔132同时打开、其他第一子区域中的喷嘴孔均闭合，例如使位于所述第一分隔面21边缘的第一子区域(如图3B虚线框中包括的一个多或多个第一子区域)中的所述喷嘴孔132均完全关闭、位于其他第一子区域中的所述喷嘴孔132均完全打开，呈现如图3B所示的状态。

本具体实施方式中，所述喷嘴孔132沿其径向方向的截面形状为六边形，本领域技术人员也可以根据需要选择其他形状的喷嘴孔，例如圆形。

为了实现对所述晶圆10表面沉积的所述膜层的厚度分布的精细调节，还可以控制所述喷嘴孔132打开的大小，即调整所述喷嘴孔132开启的部分在所述喷嘴孔132径向方向的截面中所占的比例。

附图4是本发明具体实施方式中对准结构的示意图。优选的，如图2、图4所示，所述调节部包括对准结构；所述对准结构包括：位于所述反应腔室内的隔离板141，所述隔离板141用于调整等离子态的所述反应物在所述晶圆10表面的密度分布；所述分隔面包括所述隔离板141中朝向所述晶圆10一侧设置的第二分隔面143。更优选的，多个所述喷口包括设置于所述第二分隔面143上的多个对准孔142。

具体来说，对所述反应腔室施加射频信号，使得在所述反应腔室内部形成射频电场。所述隔离板141将所述反应腔室分隔为第一腔室121和第二腔室122，所述晶圆10置于所述第二腔室122。气态的反应物进入所述第一腔室121后，例如自所述分区控制气体盘进入所述第一腔室121后，在所述第一腔室121内发生辉光放电，生成等离子态的所述反应物，等离子态的所述反应物经所述对准孔142传输至所述晶圆10表面。所述控制部15根据所述晶圆10的弯曲度分布，可以使多个对准孔142中的部分对准孔打开、部分对准孔闭合，例如使位于所述第二分隔面143上两相对侧的边缘区域中的所述对准孔142均完全关闭、其他区域的所述对准孔142均完全打开。

为了简化控制步骤，可以将所述第二分隔面143划分为多个第二子区域，每一所述第二子区域中包括若干对准孔142，所述控制部15能够控制每一所述第二子区域中的所有对准孔142同时开启、同时关闭，从而通过分区控制实现对流向所述晶圆10表面的等离子态的所述反应物密度分布的调整。

为了简化所述膜层沉积装置的整体结构，所述膜层沉积装置还包括多个准直器；多个所述准直器一一设置于多个所述对准孔142内；所述控制部15同时连接多个所述准直器，用于分别控制每一所述准直器是否开启。即所述控制部15同时连接多个所述准直器，通过控制所述准直器是否开启来控制所述对准孔142是否开启。

所述膜层沉积装置中可以同时设置所述对准结构与所述分区控制气体盘，也可以仅设置所述分区控制气体盘或所述对准结构，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。当所述膜层沉积装置的反应腔室中同时设置有所述对准结构与所述分区控制气体盘时，所述对准结构位于所述分区控制气体盘与所述晶圆10之间。

优选的，所述膜层沉积装置为等离子体化学气相沉积装置。在其他实施方式中，所述膜层沉积装置也可以为等离子体物理气相沉积装置。

本具体实施方式提供的平衡晶圆弯曲度分布的方法，通过控制所述反应物在所述晶圆表面的密度分布，从而在晶圆表面沉积形成厚度非均匀分布的膜层，利用厚度非均匀分布的膜层向晶圆施加非均匀分布的应力，最终实现对晶圆弯曲度分布的平衡，有效改善了晶圆产品的质量；且本发明提供的膜层沉积装置及平衡晶圆弯曲度分布的方法适用范围广，能够平衡各种形状晶圆的弯曲度分布。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种平衡晶圆弯曲度分布的方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供一晶圆，所述晶圆为马鞍状晶圆；

获取整个所述晶圆的弯曲度分布；

根据所述弯曲度分布调整反应物在所述晶圆表面的密度分布，于所述晶圆表面形成厚度非均匀分布的膜层，通过厚度非均匀分布的所述膜层实现对所述晶圆表面不同区域施加大小和/或方向不同的应力，使得所述晶圆的弯曲度分布达到平衡。

2.根据权利要求1所述的平衡晶圆弯曲度分布的方法，其特征在于，获取所述晶圆的弯曲度分布的具体步骤包括：

按照预设规则将所述晶圆表面划分为多个区域；

获取所述晶圆表面每一所述区域的弯曲度，得到所述晶圆的弯曲度分布。

3.根据权利要求2所述的平衡晶圆弯曲度分布的方法，其特征在于，根据所述弯曲度分布调整反应物在所述晶圆表面的密度分布的具体步骤包括：

判断与一区域对应的弯曲度是否大于预设值，若是，则增大该区域表面的所述膜层的厚度。

4.根据权利要求2所述的平衡晶圆弯曲度分布的方法，其特征在于，所述晶圆置于反应腔室中；根据所述弯曲度分布调整反应物在所述晶圆表面的密度分布的具体步骤包括：

根据所述弯曲度分布调整反应物在所述反应腔室内的密度分布。

5.根据权利要求4所述的平衡晶圆弯曲度分布的方法，其特征在于，所述反应腔室为进行等离子体化学气相沉积工艺的反应腔室。

6.根据权利要求5所述的平衡晶圆弯曲度分布的方法，其特征在于，根据所述弯曲度分布调整反应物在所述反应腔室内的密度分布的具体步骤包括：

根据所述弯曲度分布调整气态的所述反应物进入所述反应腔室的方向，控制气态的所述反应物在所述反应腔室内的密度分布。

7.根据权利要求6所述的平衡晶圆弯曲度分布的方法，其特征在于，根据所述弯曲度分布调整气态的所述反应物进入所述反应腔室的方向的具体步骤包括：

提供一具有多个喷嘴孔的分区控制气体盘，气态的所述反应物经所述喷嘴孔进入所述反应腔室；

根据所述弯曲度分布分别控制每一所述喷嘴孔是否开启，以调整气态的所述反应物进入所述反应腔室的方向。

8.根据权利要求5或6所述的平衡晶圆弯曲度分布的方法，其特征在于，根据所述弯曲度分布调整反应物在所述反应腔室内的密度分布的具体步骤包括：

根据所述弯曲度分布调整等离子态的所述反应物传输至所述晶圆表面的方向，控制等离子态的所述反应物在所述晶圆表面的密度分布。

9.根据权利要求8所述的平衡晶圆弯曲度分布的方法，其特征在于，根据所述弯曲度分布调整等离子态的所述反应物传输至所述晶圆表面的方向的具体步骤包括：

提供一具有多个对准孔的隔离板，等离子态的所述反应物经所述对准孔传输至所述晶圆表面；

根据所述弯曲度分布分别控制每一所述对准孔是否开启，以调整等离子态的所述反应物传输至所述晶圆表面的方向。

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