CN117995665A - 改善晶圆翘曲的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善晶圆翘曲的方法，包括：步骤一、将待改善晶圆分割成多个第一区域和多个第二区域。根据待改善晶圆的翘曲方向设置各第一区域的分布方向。步骤二、进行图形化激光退火，其中，各第一区域都进行第一激光退火，各第二区域不退火或者进行条件不同的第二激光退火，利用第一和第二区域的退火差异来对待改善晶圆进行翘曲修复，由第一区域的分布方向确定翘曲修复的方向，使翘曲修复的方向和翘曲方向一致。本发明能控制翘曲修复方向，从而实现对具有指向性的晶圆翘曲进行修复。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路的制造方法，特别是涉及一种改善晶圆翘曲的方法。
背景技术
在一些特殊工艺中，会造成晶圆如硅片翘曲，达到一定程度后，超过设备的容许极限，无法继续加工。
造成硅片翘曲原因包括：
经过较大的热过程(高温、长时间)而产生翘曲；
对硅片衬底进行沟槽刻蚀，填充不同介质，因材料、图形不同而产生翘曲；
硅片衬底上沉积的膜层应力不匹配而产生翘曲。
硅片厚度减薄到一定程度也会产生翘曲。
硅片翘曲发生后，通常属于因材料之间热膨胀系数不同、应力不匹配导致的物理变形，而且引起变形的可能性很多，现有技术中，缺乏统一有效的手段对翘曲的硅片进行处理。
硅片翘曲即使可以满足设备加工要求，也会因为热膨胀系数不同，应力不匹配造成内在缺陷，在遭到外力时，非常容易在加工过程引起碎片，导致加工设备及相应承载工具污染，导致设备停产，并需要复杂繁琐且昂贵的设备清洗复机过程。
现有处理硅片翘曲的常用手段是通过一定温度时间的热过程进行退火，使之因热膨胀不同存在的内建应力或材料应力不匹配引起的内建应力释放，但现有的热退火通常采用整体退火，硅片各区域经受的热过程基本一致，即使可以通过调整加热载具的温度分配，也只能实现对类似环形的翘曲进行修复，和某些特定位置的差异，无法实现指向性退火，从而无法解决因图形不同引起的翘曲问题。
功率器件通常采用多个同方向的图形来实现并联分散电流，因此版图设计本身就具有极强的指向性，更容易加重硅片翘曲的问题。如图1A至图1D所示，是现有形成有功率器件的晶圆的图形分布示意图；现说明如下：
如图1A所示，晶圆101上会形成多个芯片102。
图1B是图1A中芯片102的放大图，芯片102中包括多个区域103.
图1C是图1B中的区域103的放大图，区域103中包括多个功率器件104，功率器件104具有多个沟槽105，沟槽105平行排列。所述沟槽105包括栅极沟槽，所述栅极沟槽中会填充栅极导电材料层如多晶硅栅；所述沟槽105还包括硅通孔(TSV)的沟槽，TSV沟槽中填充有金属。
图1D是沿图1C中的虚线AA的剖面图。
可以看出，晶圆101会最终会设置多个沟槽105对应的图形，这些图形都通过版图设计来定义，之后在通过光刻工艺转移到所述晶圆101上，可以看出，图形对应的版图设计本身具有极强的指向性，更容易加重硅片翘曲的问题，但是对于这些具有指向性的翘曲，现有方法进行很好的修复。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种改善晶圆翘曲的方法，能控制翘曲修复方向，从而实现对具有指向性的晶圆翘曲进行修复。
为此解决上述技术问题，本发明提供的改善晶圆翘曲的方法包括：
步骤一、提供存在翘曲的待改善晶圆，将所述待改善晶圆分割成多个第一区域和多个第二区域。
根据所述待改善晶圆的翘曲方向设置各所述第一区域的分布方向。
步骤二、进行图形化激光退火。
所述图形化激光退火中，各所述第一区域都进行第一激光退火，各所述第二区域不退火或者进行第二激光退火，所述第二激光退火的条件不同于所述第一激光退火的条件，利用所述第一区域和所述第二区域的退火差异来对所述待改善晶圆进行翘曲修复，由所述第一区域的分布方向确定所述翘曲修复的方向，使所述翘曲修复的方向和所述待改善晶圆的翘曲方向一致。
进一步的改进是，所述待改善晶圆的材料包括硅。
进一步的改进是，在步骤二之前，还包括在所述待改善晶圆的退火面形成冗余层的步骤。
在所述第一激光退火的条件下，所述冗余层的热膨胀量或形变量大于所述待改善晶圆的热膨胀量或形变量。
进一步的改进是，所述冗余层的材料包括金属、Si、O、N或C元素的混合物。
进一步的改进是，在步骤二之前，还包括从退火面对所述待改善晶圆进行掺杂，掺杂材料包括Ge、P、B、As或In。
进一步的改进是，所述第一区域的分布方向和所述翘曲方向一致或者成一角度。
进一步的改进是，所述第一区域的分布方向和所述翘曲方向之间的夹角通过退火测试得到，所述退火测试在步骤一之前进行。
进一步的改进是，所述翘曲方向通过测量得到。
进一步的改进是，所述翘曲方向的测量包括：
测量得到所述待改善晶圆的翘曲分布曲线。
根据所述翘曲分布曲线的等高线图得到所述翘曲方向。
进一步的改进是，步骤二中，所述待改善晶圆的退火面为背面。
在所述待改善晶圆的正面形成有正面图形；所述正面图形按顺序排列，正面图形分布方向由所述正面图形的排列顺序确定。
所述待改善晶圆的翘曲由所述正面图形决定，所述翘曲方向由所述正面图形分布方向确定。
步骤一中，根据所述正面图形分布方向设置各所述第一区域的分布方向。
进一步的改进是，所述第一区域的分布方向和所述正面图形分布方向之间的夹角通过退火测试得到，所述退火测试在步骤一之前进行。
进一步的改进是，所述正面图形包括多种。
所述正面图形分布方向采用正面图形主分布方向，所述正面图形主分布方向为各种所述正面图形中面积最大或周长最大的所述正面图形的分布方向。
进一步的改进是，所述第一激光退火和所述第二激光退火的条件不同包括：激光波长、功率或延时的不同。
进一步的改进是，所述第一激光退火采用具有时间间隔的多光束激光进行，所述第一激光退火的各束激光之间的时间间隔确保前序激光使所述待改善晶圆的表面处于退火状态的同时，后续激光继续穿过处于退火状态的区域并进入到所述待改善晶圆的更深区域，使处于退火状态的区域的深度增加并使所述处于退火状态的区域的晶格状态和物理形态在非退火区域的基础上产生变化。
进一步的改进是，步骤二完成后，还包括：
去除退火层。
进一步的改进是，采用化学或物理的研磨方法去除退火层。
本发明利用激光退火能进行区域控制的特点，在进行激光退火之前，根据待改善晶圆的翘曲方向预先设定第一区域的分布方向，在激光退火时根据第一区域的设置实现图形化激光退火，图形化激光退火中，对第一区域进行第一激光退火，第二区域保持为不退火或者进行退火条件和第一激光退火不同的第二激光退火，利用第一区域和第二区域的退火差异就能实现翘曲修复，而且利用第一区域的分布方向，就能实现对翘曲修复的方向的调节和设定，从而能控制翘曲修复方向，当将翘曲修复方向设置为和翘曲方向一致时，就能实现对具有指向性的晶圆翘曲进行修复，最后改善晶圆翘曲。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1A-图1D是现有形成有功率器件的晶圆的图形分布示意图；
图2是本发明实施例改善晶圆翘曲的方法的流程图；
图3A是本发明实施例改善晶圆翘曲的方法中的一种第一区域的分布图；
图3B是本发明实施例改善晶圆翘曲的方法中的另一种第一区域的分布图。
具体实施方式
如图2所示，是本发明实施例改善晶圆翘曲的方法的流程图；本发明实施例改善晶圆翘曲的方法包括：
步骤一、提供存在翘曲的待改善晶圆201，将所述待改善晶圆201分割成多个第一区域202和多个第二区域203。
根据所述待改善晶圆201的翘曲方向设置各所述第一区域202的分布方向。
本发明实施例中，所述第一区域202的分布图完全根据实际的所述待改善晶圆201的翘曲方向进行设置，所述待改善晶圆201的翘曲方向不同时，所述第一区域202的分布图也会变化。例如，图3A中，显示了一种第一区域202的分布图；图3B中则显示了另一种第一区域202的分布图。
本发明实施例中，所述待改善晶圆201的材料包括硅，也即所述待改善晶圆201为硅片即硅晶圆。在其他实施例中，所述待改善晶圆201的材料也能包括其他半导体材料。
在一些较佳实施例中，在后续步骤二之前还包括在所述待改善晶圆201的退火面形成冗余层的步骤。
在后续第一激光退火的条件下，所述冗余层的热膨胀量或形变量大于所述待改善晶圆201的热膨胀量或形变量。例如，所述冗余层的材料包括金属、Si、O、N或C元素等的混合物。
在另一些较佳实施例中，也能为：在后续步骤二之前，还包括从退火面对所述待改善晶圆201进行掺杂，掺杂材料包括Ge、P、B、As或In等。对所述待改善晶圆201进行掺杂后，也有利于在后续退火中进行翘曲修复，掺杂材料也能采用其他合适的对所述待改善晶圆201的Si进行掺杂的材料。
本发明实施例中，所述第一区域202的分布方向和所述翘曲方向一致或者成一角度。
所述第一区域202的分布方向和所述翘曲方向之间的夹角通过退火测试得到，所述退火测试在步骤一之前进行。所述退火测试能采用测试晶圆进行，所述测试晶圆具有已知的翘曲方向，改变所述第一区域202的分布方向进行和后续的第一激光退火条件的激光退火，之后测量翘曲修复结果，对翘曲修复的结果进行比较确定最佳的所述第一区域202的分布方向并由此得到所需要的所述第一区域202的分布方向和所述翘曲方向之间的夹角。
在一些实施例中，所述翘曲方向通过测量得到。所述翘曲方向的测量包括：
测量得到所述待改善晶圆201的翘曲分布曲线。
根据所述翘曲分布曲线的等高线图得到所述翘曲方向。
在一些实施例中也能为：所述待改善晶圆201的退火面为背面。
在所述待改善晶圆201的正面形成有正面图形；所述正面图形按顺序排列，正面图形分布方向由所述正面图形的排列顺序确定。
所述待改善晶圆201的翘曲由所述正面图形决定，所述翘曲方向由所述正面图形分布方向确定。
根据所述正面图形分布方向设置各所述第一区域202的分布方向。也即，此时，不再需要直接测试所述翘曲方向，而是所述正面图形分布方向和所述翘曲方向的相关性，直接根据正面图形的分布得到所述正面图形分布方向，并从而设置各所述第一区域202的分布方向。
所述第一区域202的分布方向和所述正面图形分布方向之间的夹角通过退火测试得到。
所述正面图形包括多种。在一些实施例中，所述正面图形包括沟槽，所述沟槽包括栅极沟槽，所述栅极沟槽中会填充栅极导电材料层如多晶硅栅；所述沟槽还包括TSV的沟槽，TSV沟槽中填充有金属。
所述正面图形分布方向采用正面图形主分布方向，所述正面图形主分布方向为各种所述正面图形中面积最大或周长最大的所述正面图形的分布方向。
步骤二、进行图形化激光退火。
本发明实施例中，所述图形化激光退火中，各所述第一区域202都进行第一激光退火，各所述第二区域203不退火，利用所述第一区域202和所述第二区域203的退火差异来对所述待改善晶圆201进行翘曲修复，由所述第一区域202的分布方向确定所述翘曲修复的方向，使所述翘曲修复的方向和所述待改善晶圆201的翘曲方向一致。
在其他实施例中也能为：各所述第二区域203都进行第二激光退火，所述第二激光退火的条件不同于所述第一激光退火的条件，这时所述第一区域202和所述第二区域203也存在退火差异，从而也能同样能实现翘曲修复。在实际工艺中，可以根据需要设置所述第二区域203为不退火或者对所述第二区域203进行第二激光退火。所述第一激光退火和所述第二激光退火的条件不同包括：激光波长、功率或延时等参数的不同。
在一些实施例中，所述第一激光退火采用具有时间间隔的多光束激光进行，所述第一激光退火的各束激光之间的时间间隔确保前序激光使所述待改善晶圆201的表面处于退火状态的同时，后续激光继续穿过处于退火状态的区域并进入到所述待改善晶圆201的更深区域，使处于退火状态的区域的深度增加并使所述处于退火状态的区域的晶格状态和物理形态在非退火区域的基础上产生变化。
本发明实施例中，步骤二完成后，还包括：
去除退火层。
在一些较佳实施例中，待所述待改善晶圆201完成全部或部分全流程的加工工艺后，采用化学或物理的研磨方法去除退火层。
当采用了所述冗余层时，所述冗余层会位于所述退火层中并会在去除所述退火层时被去除。
当从退火面对所述待改善晶圆201进行了掺杂时，掺杂区位于所述退火层中并会在去除所述退火层时被去除。
本发明实施例利用激光退火能进行区域控制的特点，在进行激光退火之前，根据待改善晶圆201的翘曲方向预先设定第一区域202的分布方向，在激光退火时根据第一区域202的设置实现图形化激光退火，图形化激光退火中，对第一区域202进行第一激光退火，第二区域203保持为不退火或者进行退火条件和第一激光退火不同的第二激光退火，利用第一区域202和第二区域203的退火差异就能实现翘曲修复，而且利用第一区域202的分布方向，就能实现对翘曲修复的方向的调节和设定，从而能控制翘曲修复方向，当将翘曲修复方向设置为和翘曲方向一致时，就能实现对具有指向性的晶圆翘曲进行修复，最后改善晶圆翘曲。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (16)
1.一种改善晶圆翘曲的方法，其特征在于，包括：
步骤一、提供存在翘曲的待改善晶圆，将所述待改善晶圆分割成多个第一区域和多个第二区域；
根据所述待改善晶圆的翘曲方向设置各所述第一区域的分布方向；
步骤二、进行图形化激光退火；
所述图形化激光退火中，各所述第一区域都进行第一激光退火，各所述第二区域不退火或者进行第二激光退火，所述第二激光退火的条件不同于所述第一激光退火的条件，利用所述第一区域和所述第二区域的退火差异来对所述待改善晶圆进行翘曲修复，由所述第一区域的分布方向确定所述翘曲修复的方向，使所述翘曲修复的方向和所述待改善晶圆的翘曲方向一致。
2.如权利要求1所述的改善晶圆翘曲的方法，其特征在于：所述待改善晶圆的材料包括硅。
3.如权利要求1或2所述的改善晶圆翘曲的方法，其特征在于：在步骤二之前，还包括在所述待改善晶圆的退火面形成冗余层的步骤；
在所述第一激光退火的条件下，所述冗余层的热膨胀量或形变量大于所述待改善晶圆的热膨胀量或形变量。
4.如权利要求3所述的改善晶圆翘曲的方法，其特征在于：所述冗余层的材料包括金属、Si、O、N或C元素的混合物。
5.如权利要求2所述的改善晶圆翘曲的方法，其特征在于：在步骤二之前，还包括从退火面对所述待改善晶圆进行掺杂，掺杂材料包括Ge、P、B、As或In。
6.如权利要求1所述的改善晶圆翘曲的方法，其特征在于：所述第一区域的分布方向和所述翘曲方向一致或者成一角度。
7.如权利要求6所述的改善晶圆翘曲的方法，其特征在于：所述第一区域的分布方向和所述翘曲方向之间的夹角通过退火测试得到，所述退火测试在步骤一之前进行。
8.如权利要求1或6所述的改善晶圆翘曲的方法，其特征在于：所述翘曲方向通过测量得到。
9.如权利要求8所述的改善晶圆翘曲的方法，其特征在于：所述翘曲方向的测量包括：
测量得到所述待改善晶圆的翘曲分布曲线；
根据所述翘曲分布曲线的等高线图得到所述翘曲方向。
10.如权利要求1或6所述的改善晶圆翘曲的方法，其特征在于：步骤二中，所述待改善晶圆的退火面为背面；
在所述待改善晶圆的正面形成有正面图形；所述正面图形按顺序排列，正面图形分布方向由所述正面图形的排列顺序确定；
所述待改善晶圆的翘曲由所述正面图形决定，所述翘曲方向由所述正面图形分布方向确定；
步骤一中，根据所述正面图形分布方向设置各所述第一区域的分布方向。
11.如权利要求10所述的改善晶圆翘曲的方法，其特征在于：所述第一区域的分布方向和所述正面图形分布方向之间的夹角通过退火测试得到，所述退火测试在步骤一之前进行。
12.如权利要求10所述的改善晶圆翘曲的方法，其特征在于：所述正面图形包括多种；
所述正面图形分布方向采用正面图形主分布方向，所述正面图形主分布方向为各种所述正面图形中面积最大或周长最大的所述正面图形的分布方向。
13.如权利要求1所述的改善晶圆翘曲的方法，其特征在于：所述第一激光退火和所述第二激光退火的条件不同包括：激光波长、功率或延时的不同。
14.如权利要求1所述的改善晶圆翘曲的方法，其特征在于：所述第一激光退火采用具有时间间隔的多光束激光进行，所述第一激光退火的各束激光之间的时间间隔确保前序激光使所述待改善晶圆的表面处于退火状态的同时，后续激光继续穿过处于退火状态的区域并进入到所述待改善晶圆的更深区域，使处于退火状态的区域的深度增加并使所述处于退火状态的区域的晶格状态和物理形态在非退火区域的基础上产生变化。
15.如权利要求1所述的改善晶圆翘曲的方法，其特征在于：步骤二完成后，还包括：
去除退火层。
16.如权利要求15所述的改善晶圆翘曲的方法，其特征在于：采用化学或物理的研磨方法去除退火层。
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