CN113667963A - 一种机台、成膜控制方法、控制器及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种机台、成膜控制方法、控制器及系统，机台可以包括喷淋头和多孔部件，其中喷淋头可以向反应腔室中通入反应气体，以在待处理晶圆上形成膜层，多孔部件位于反应气体的通路中，且具有多个通孔，多个通孔分别对应待处理晶圆表面的不同位置，反应气体经过多个通孔达到待处理晶圆表面上与多个通孔对应的位置，多个通孔的开度可调，这样通过调节通孔的开度，从而调节通孔中的反应气体的流量，进而可以控制到达待处理晶圆表面该通孔对应的位置的反应气体的量，控制该位置的膜层的生长速度，从而控制该位置膜层的厚度，因此通过控制多个通孔的开度可以控制待处理晶圆上的不同位置的膜层厚度，以满足不同的需求。

Description

一种机台、成膜控制方法、控制器及系统
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种机台、成膜控制方法、控制器及系统。
背景技术
在晶圆上可以利用沉积方式形成膜层，而目前的膜层的调控是晶圆级的，不能满足实际需求。
举例来说，在化学气相沉积工艺中，晶圆的弯曲(bow)值会影响沉积结果，在晶圆的bow值过大时沉积过程中等离子体的容抗阻抗会发生异常，容易产生电弧放电(Arcing)，严重影响机台硬件维护和产品良率等提升，因此控制晶圆bow值在合理范围内具有巨大的经济效益和研究价值。
目前，在实际生产和工艺研发中，在晶圆背面(晶背)沉积不同应力特性的薄膜是一种有效改变晶圆bow值的方法，参考图1所示，为目前晶圆弯曲的示意图，其中可以定义晶圆100边缘相对中心位置向上翘曲时bow值为正，参考图1A所示，晶圆100边缘相对中心位置向下弯曲时bow为负，参考图1B所示，可以通过在晶背沉积高拉应力的薄膜101以降低晶圆正向的bow值，或通过在晶背沉积高压应力的薄膜101以降低晶圆负向的bow值，参考图1C所示，薄膜厚度不同，对bow值的影响程度也不同。然而目前对bow值的影响是晶圆级的，不能满足实际需要。
发明内容
为了解决以上技术问题，本申请提供了一种机台、成膜控制方法、控制器及系统，可以调控晶圆上的不同位置的薄膜厚度，满足不同的需求。
本申请实施例提供了一种机台，其特征在于，包括：
喷淋头，用于向反应腔室中通入反应气体，以在待处理晶圆上形成膜层；
多孔部件，位于所述反应气体的通路中，且具有多个通孔，所述多个通孔分别对应所述待处理晶圆表面的不同位置，所述反应气体经过所述多个通孔到达所述待处理晶圆表面上与所述多个通孔对应的位置；所述多个通孔的开度可调。
可选的，所述多个通孔具有多个控制阀，每个控制阀用于调整至少一个所述通孔的开度。
可选的，所述机台还包括：
晶圆固定装置，用于固定所述待处理晶圆，以使所述待处理晶圆位于所述多孔部件上方，则所述多孔部件位于所述喷淋头的上方，所述多个通孔纵向贯穿所述多孔部件，所述膜层形成于所述待处理晶圆的背面。
可选的，所述多个通孔为圆孔或多边形孔。
本申请实施例提供了一种膜层控制方法，应用于所述的机台，包括：
根据所述待处理晶圆的膜层在目标位置的目标厚度，确定所述目标位置对应的至少一个通孔的开度；
根据所述至少一个通孔的开度，控制所述至少一个通孔的开度。
可选的，所述多个通孔具有多个控制阀，每个控制阀用于调整至少一个所述通孔的开度，则所述根据所述至少一个通孔的开度，控制所述至少一个通孔的开度，包括：
根据所述至少一个通孔的开度，控制所述至少一个通孔对应的控制阀，以控制所述至少一个通孔的开度。
可选的，所述待处理晶圆的膜层在目标位置的目标厚度，根据所述待处理晶圆的初始弯曲信息、目标弯曲信息和所述膜层的应力特征计算得到。
可选的，所述膜层的材料为氧化硅或氮化硅。
可选的，所述至少一个通孔的出气口位于所述多孔部件的条状区域中，所述条状区域在所述多孔部件朝向所述待处理晶圆的表面内沿横向或纵向延伸。
可选的，所述条状区域为互相平行的多个区域。
本申请实施例提供了一种控制器，用于实现所述的成膜控制方法。
本申请实施例提供了一种系统，包括所述的机台和所述的控制器。
本申请实施例提供了一种机台、成膜控制方法、控制器及系统，机台可以包括喷淋头和多孔部件，其中喷淋头可以向反应腔室中通入反应气体，以在待处理晶圆上形成膜层，多孔部件位于反应气体的通路中，且具有多个通孔，多个通孔分别对应待处理晶圆表面的不同位置，反应气体经过多个通孔达到待处理晶圆表面上与多个通孔对应的位置，多个通孔的开度可调，这样通过调节通孔的开度，从而调节通孔中的反应气体的流量，进而可以控制到达待处理晶圆表面该通孔对应的位置的反应气体的量，控制该位置的膜层的生长速度，从而控制该位置膜层的厚度，因此通过控制多个通孔的开度可以控制待处理晶圆上的不同位置的膜层厚度，以满足不同的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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它的附图。
图1为目前晶圆弯曲的示意图；
图2为本申请实施例提供的一种机台的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种多孔部件的俯视示意图；
图4为本申请实施例提供的一种晶圆的bow值示意图；
图5为本申请实施例提供的一种成膜控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其它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申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
正如背景技术中的描述，可以通过在晶圆背面沉积不同应力特性的薄膜来改变晶圆bow值，例如可以在晶背沉积高拉应力的薄膜以降低正向的bow值，在晶背沉积高压应力的薄膜以降低负向的bow值，且薄膜厚度不同，对bow值的影响程度也不同。
然而发明人经过研究发现，目前对bow值的影响是晶圆级的，即晶背的薄膜厚度往往是同时控制的，是各向同性的，而不能单独控制某一部分区域的薄膜厚度，而实际上，晶圆的bow值在不同方向上可能存在差异，在不同方向上的bow值差异较大时，均匀厚度的薄膜往往不能有效调节bow值，因此现有技术中的薄膜形成方式不能满足实际需求。
为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种机台、成膜控制方法、控制器及系统，机台可以包括喷淋头和多孔部件，其中喷淋头可以向反应腔室中通入反应气体，以在待处理晶圆上形成膜层，多孔部件位于反应气体的通路中，且具有多个通孔，多个通孔分别对应待处理晶圆表面的不同位置，反应气体经过多个通孔达到待处理晶圆表面上与多个通孔对应的位置，多个通孔的开度可调，这样通过调节通孔的开度，从而调节通孔中的反应气体的流量，进而可以控制到达待处理晶圆表面该通孔对应的位置的反应气体的量，控制该位置的膜层的生长速度，从而控制该位置膜层的厚度，因此通过控制多个通孔的开度可以控制待处理晶圆上的不同位置的膜层厚度，以满足不同的需求。
为了更好的理解本申请的技术方案和技术效果，以下将结合附图对具体的实施例进行详细的描述。
参考图2所示，为本申请实施例提供的一种机台的结构示意图，机台可以包括喷淋头(showerped)210和多孔部件220，多孔部件220可以多孔塞(Multi hole Plug)，机台可以设置在反应腔室中，喷淋头210用于向反应腔室中通入反应气体，以在待处理晶圆230上形成膜层。
具体的，喷淋头210通入反应腔室的反应气体，可以附着在待处理晶圆230的表面形成膜层，喷淋头210的不同位置输出的反应气体的流量是均匀的，因此由喷淋头210输出的反应气体直接附着在待处理晶圆230表面形成的膜层的厚度也是较均匀的。在需要调控待处理晶圆230表面的膜层的厚度时，通常改变喷淋头210的反应气体的流速，以改变待处理晶圆230表面的膜层的沉积速率，然而这种厚度的调控是晶圆级的，不能单独调控目标位置的膜层的厚度。
本申请实施例中，在喷淋头210和待处理晶圆230之间设置多孔部件220，即多孔部件220设置在反应气体的通路中，且多孔部件220具有多个通孔221，多个通孔221用于通过反应气体，多个通孔221可以分别对应待处理晶圆230表面的不同位置，这样在反应气体经过多个通孔221后可以到达待处理晶圆230表面的与多个通孔221对应的位置，多个通孔221的开度可调，通过控制各个通孔221的开度，从而控制通过各个通孔221的流量，进而可以控制到达待处理晶圆230表面该通孔221对应的位置的反应气体的量，控制该位置的膜层的生长速度，从而控制该位置膜层的厚度，因此通过控制多个通孔221的开度可以控制待处理晶圆230上的不同位置的膜层厚度，以满足不同的需求。
多个通孔221可以具有多个控制阀，每个控制阀可以控制至少一个通孔221的开度，这样通过多个控制阀可以调整多个通孔221的开度。例如，每个通孔221可以具有一一对应的控制阀，或者，多个通孔221可以在远离待处理晶圆230的一侧汇聚为一个通道，在该通道中设置控制阀，从而通过一个控制阀控制多个通孔221的开度，多个通孔221可以为相邻的通孔，也可以为不相邻的通孔。
具体的，多个通孔221可以为圆孔或多边形孔，多个通孔221可以形成阵列排布，参考图3所示，为本申请实施例提供的一种多孔部件的俯视示意图，可以理解的是，通孔221的数量越多，对待处理晶圆230表面的膜层的厚度调控越精细，当然调控难度也随之增大。
本申请实施例中，可以在待处理晶圆230的背面形成膜层，形成的膜层可以改变待处理晶圆230的bow值，例如可以为高拉应力的氧化硅(SiO2)膜层，或高压应力的氮化硅(SiN)膜层，反应气体可以包括SiH4。当然，也可以在待处理晶圆230的正面形成膜层，该膜层可以为待处理晶圆230上的功能层。
此外，本申请实施例提供的机台还包括晶圆固定装置240，用于固定待处理晶圆230，在膜层形成于待处理晶圆230的背面时，晶圆固定装置240使待处理晶圆230位于多孔部件220上方，多孔部件220位于喷淋头210的上方，多个通孔221纵向贯穿多孔部件220，从而使反应气体向上经过多孔部件220的通孔221而通向待处理晶圆230的背面，反应气体的流通方向为箭头所示方向。
具体的，晶圆固定装置240可以具有圆环结构(图2中示出了圆环结构的部分)，圆环结构与待处理晶圆230的外围表面接触，多孔部件220位于圆环结构中，且多孔部件220可以固定在圆环结构的内壁，喷淋头210设置于圆环结构内或者圆环结构下。多孔部件220可以为圆盘结构，圆盘结构的侧壁与晶圆固定装置的圆环结构的内壁可以具有相同结构和尺寸，以填满圆环结构，从而使喷淋头210输出的反应气体都经过多孔部件220的通孔221而通向待处理晶圆230。
具体实施时，可以对出气口位于多孔部件的某一区域中的多个通孔221的开度进行控制，也可以对所有的通孔221的开度进行控制。在对出气口位于多孔部件的某一区域中的多个通孔221的开度进行控制时，可以控制位于该区域中的通孔221具有相同的开度，也可以控制位于该区域中的通孔221具有不完全相同的开度。例如，可以控制出气口位于多孔部件的某一区域中的通孔221关闭，还可以控制出气口位于多孔部件的某一区域中的通孔221为第一开度，控制出气口位于多孔部件的另一区域中的通孔221为第二开度。
其中，某一区域可以作为目标区域，目标区域可以为条状区域，也可以为圆形区域或其他不规则区域。条状区域可以在多孔部件朝向待处理晶圆的表面内沿横向(X轴方向)或纵向(Y轴方向)延伸，从而实现在待处理晶圆230的横向或纵向单独调控膜层厚度。条状区域可以为互相平行的多个区域。目标区域对应的待处理晶圆230的位置可以包括晶圆中心，也可以与晶圆中心的距离小于预设距离。参考图4所示，目标区域为虚线框内的区域，实际操作中可以控制虚线框内的通孔221的开度。
发明人经过研究发现，通常晶圆在X轴方向和Y轴方向的初始bow值不同，参考图4所示，为本申请实施例中一种晶圆的bow值示意图。因此，仅仅在晶圆背面形成厚度均匀的膜层只能各向同性的调节bow值，不能单独调节X轴方向与Y轴方向的bow值，当晶圆X轴方向与Y轴方向bow的差值过大时，在晶背均匀沉积薄膜的技术不能起到调节bow值的作用。
因此，可以设置目标区域为条状区域，该条状区域可以沿X轴方向延伸，也可以沿Y轴方向延伸，从而实现各向异性的膜层厚度调整，以在特定方向调节bow值，降低生产中薄膜沉积异常的概率，有利于提升产品良率，降低设备硬件维护成本。
当然，本申请实施例中，也可以通过调节每个通孔221的开度调整膜层的整体厚度分布，以得到均匀性更好的膜层。
本申请实施例提供了一种机台，可以包括喷淋头和多孔部件，其中喷淋头可以向反应腔室中通入反应气体，以在待处理晶圆上形成膜层，多孔部件位于反应气体的通路中，且具有多个通孔，多个通孔分别对应待处理晶圆表面的不同位置，反应气体经过多个通孔达到待处理晶圆表面上与多个通孔对应的位置，多个通孔的开度可调，这样通过调节通孔的开度，从而调节通孔中的反应气体的流量，进而可以控制到达待处理晶圆表面该通孔对应的位置的反应气体的量，控制该位置的膜层的生长速度，从而控制该位置膜层的厚度，因此通过控制多个通孔的开度可以控制待处理晶圆上的不同位置的膜层厚度，以满足不同的需求。
本申请实施例还提供了一种成膜控制方法，该方法应用于前述的机台，具体的，参考图5所示，为本申请实施例提供的一种成膜控制方法的流程示意图，该方法可以包括：
S101，根据待处理晶圆230的膜层在目标位置的目标厚度，确定目标位置对应的至少一个通孔221的开度。
本申请实施例中，可以根据待处理晶圆230的膜层在目标位置的目标厚度，确定目标位置对应的至少一个通孔221的开度，这是因为目标位置对应的至少一个通孔221的开度影响反应气体在目标位置的附着量，进而影响目标位置的成膜速率，目标位置对应的至少一个通孔221的开度越小，目标位置的膜层越薄。
具体的，待处理晶圆230的膜层在目标位置的目标厚度，可以根据待处理晶圆230的初始弯曲信息、目标弯曲信息和膜层的应力特征计算得到，其中初始弯曲信息是指待处理晶圆230在未形成有膜层之前的弯曲信息，目标弯曲信息是指待处理晶圆230在成膜后需要实现的弯曲信息，弯曲信息例如可以为bow值，膜层的应力特征包括膜层能够实现拉应力还是压应力，以及实现的拉应力和压应力强度系数。初始弯曲信息可以通过量测机台检测得到，目标弯曲信息可以根据实际需要设置，膜层的应力特征与膜层的材料相关。
形成的膜层可以改变待处理晶圆的bow值，例如可以为高拉应力的氧化硅(SiO2)膜层，或高压应力的氮化硅(SiN)膜层，反应气体可以包括SiH4。
具体实施时，目标位置可以为一个，也可以为多个，目标位置对应的至少一个通孔可以是属于同一区域的通孔221，也可以是属于多个区域的通孔221。
S102，根据至少一个通孔221的开度，控制目标位置对应的至少一个通孔221的开度。
本申请实施例中，根据至少一个通孔221的开度，可以控制目标位置对应的至少一个通孔221的开度，以控制目标位置的膜层的厚度。具体的，多个通孔具有多个控制阀，每个控制阀用于调整至少一个所述通孔的开度，则可以控制目标位置对应的至少一个通孔221对应的控制阀，以控制这些通孔221的开度。
具体实施时，目标位置对应的至少一个通孔可以为出气孔位于多孔部件的某一区域中的多个通孔，也可以为所有通孔，在对出气孔位于多孔部件的某一区域中的多个通孔221的开度进行控制时，可以控制位于该区域中的通孔221具有相同的开度，也可以控制位于该区域中的通孔221具有不完全相同的开度。例如，可以控制某一区域中的通孔221关闭，还可以控制出气孔位于多孔部件的某一区域中的通孔221为第一开度，控制出气孔位于多孔部件的另一区域中的通孔221为第二开度。
其中，某一区域可以作为目标区域，目标区域可以为条状区域，也可以为圆形区域或其他不规则区域。条状区域可以在多孔部件朝向待处理晶圆的表面内沿横向或纵向延伸，从而实现在待处理晶圆230的横向或纵向单独调控膜层厚度。参考图4所示，目标区域为虚线框内的区域，实际操作中可以控制虚线框内的通孔221的开度。
当然，本申请实施例中，也可以通过调节每个通孔221的开度调整膜层的整体厚度分布，以得到均匀性更好的膜层。例如初始膜层厚度较小的位置对应的通孔221设置较大的开度，以提高该位置的膜层厚度。
本申请实施例提供了一种成膜控制方法，根据待处理晶圆的膜层在目标位置的目标厚度，确定目标位置对应的至少一个通孔的开度，而后根据至少一个通孔的开度，控制目标位置对应的至少一个通孔的开度，这样通过调节通孔的开度，从而调节通孔中的反应气体的流量，进而可以控制到达待处理晶圆表面该通孔对应的位置的反应气体的量，控制该位置的膜层的生长速度，从而控制该位置膜层的厚度，因此通过控制多个通孔的开度可以控制待处理晶圆上的不同位置的膜层厚度，以满足不同的需求。
本申请实施例还提供了一种控制器，用于实现前述的成膜控制方法。
本申请实施例还提供了一种系统，包括前述的机台和控制器，其中在多个通孔具有多个控制阀，每个控制阀用于调整至少一个通孔的开度时，控制器和多孔部件的控制阀连接。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，虽然本申请已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (12)

1.一种机台，其特征在于，包括：
喷淋头，用于向反应腔室中通入反应气体，以在待处理晶圆上形成膜层；
多孔部件，位于所述反应气体的通路中，且具有多个通孔，所述多个通孔分别对应所述待处理晶圆表面的不同位置，所述反应气体经过所述多个通孔到达所述待处理晶圆表面上与所述多个通孔对应的位置；所述多个通孔的开度可调。
2.根据权利要求1所述的机台，其特征在于，所述多个通孔具有多个控制阀，每个控制阀用于调整至少一个所述通孔的开度。
3.根据权利要求1或2所述的机台，其特征在于，还包括：
晶圆固定装置，用于固定所述待处理晶圆，以使所述待处理晶圆位于所述多孔部件上方，则所述多孔部件位于所述喷淋头的上方，所述多个通孔纵向贯穿所述多孔部件，所述膜层形成于所述待处理晶圆的背面。
4.根据权利要求1或2所述的机台，其特征在于，所述多个通孔为圆孔或多边形孔。
5.一种膜层控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-4任意一项所述的机台，包括：
根据所述待处理晶圆的膜层在目标位置的目标厚度，确定所述目标位置对应的至少一个通孔的开度；
根据所述至少一个通孔的开度，控制所述至少一个通孔的开度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述多个通孔具有多个控制阀，每个控制阀用于调整至少一个所述通孔的开度，则所述根据所述至少一个通孔的开度，控制所述至少一个通孔的开度，包括：
根据所述至少一个通孔的开度，控制所述至少一个通孔对应的控制阀，以控制所述至少一个通孔的开度。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述待处理晶圆的膜层在目标位置的目标厚度，根据所述待处理晶圆的初始弯曲信息、目标弯曲信息和所述膜层的应力特征计算得到。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述膜层的材料为氧化硅或氮化硅。
9.根据权利要求5-8任意一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个通孔的出气口位于所述多孔部件的条状区域中，所述条状区域在所述多孔部件朝向所述待处理晶圆的表面内沿横向或纵向延伸。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述条状区域为互相平行的多个区域。
11.一种控制器，其特征在于，用于实现如权利要求5-10任意一项所述的成膜控制方法。
12.一种系统，其特征在于，包括如权利要求1-4任意一项所述的机台和所述权利要求11所述的控制器。
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