后側沉積裝置和應用
【技術領域】 本發(fā)明總體上涉及半導體處理領域，更具體地涉及后側沉積裝置和應用。
【背景技術】
[0001] 半導體設備制造經(jīng)常涉及層堆疊在下伏的晶片襯底上的沉積。典型地，待形成的 大多數(shù)沉積和其他處理發(fā)生在晶片的前表面上。在創(chuàng)建沉積層時，它們可能會在晶片中引 入應力。這種應力能夠?qū)е戮瑥澢?，這是不期望的。當彎曲顯著時，其可能有害地影響后 續(xù)的處理步驟。
[0002] 在半導體設備制造器件出現(xiàn)的另一問題是在后沉積處理期間在晶片的后側上顆 粒的產(chǎn)生。這些顆?？赡茉诰性斐删植繎Ψ磻?，這在光刻操作中尤其成為問題。
[0003] 因此，需要改進的方法和裝置，以克服與晶片應力和在晶片后側上出現(xiàn)顆粒相關 的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的某些實施方式涉及用于在襯底的后側沉積膜的方法和裝置。這樣的后側 沉積可以在不接觸襯底前側上的活性區(qū)域的情況下發(fā)生，由此防止對于襯底前側的損害。 后側沉積在克服歸因于在晶片前側上沉積材料所造成的應力的情況下是有用的。進一步 地，后側沉積對于在襯底后側上形成犧牲層是有用的，這將有益于減少后側顆粒效應。否則 這樣的后側顆?？赡茉诶绻饪滩僮鞯让舾刑幚碇袔韱栴}。
[0005] 在本發(fā)明的實施方式的一個方面，提供了用于在襯底的后側上沉積膜的方法，該 方法包括提供包含前側和后側的襯底給沉積反應器，所述襯底的所述前側包含活性區(qū)域， 所述活性區(qū)域包含前側沉積材料；將所述襯底固定在所述沉積反應器內(nèi)，使得位于所述襯 底的所述前側的所述活性區(qū)域不會接觸到所述沉積反應器的任意部分；以及將所述膜沉積 在所述襯底的所述后側上而不在所述襯底的所述前側上沉積膜。
[0006] 在一些實施方式中，將所述襯底固定在所述沉積反應器內(nèi)包括將所述襯底加載到 所述沉積反應器內(nèi)的支撐結構之內(nèi)或者之上，其中加載所述襯底以使得在所述晶片的所述 前側上的所述活性區(qū)域暴露于前側間隔并且所述晶片的所述后側基本暴露于沉積區(qū)域。該 方法還包括使惰性氣體流過所述前側間隔。這樣的惰性氣體有助于將沉積化學物質(zhì)保持在 前側間隔之外，由此防止在所述晶片的前側上沉積。在多種情況下，沉積在所述襯底的后側 上的所述膜為電介質(zhì)膜?？沙练e的所述電介質(zhì)膜的實施例包括但不限于硅氧化物和硅氮化 物。
[0007] 在某些情況下，所述前側沉積材料會使得所述襯底彎曲。在所述襯底的所述后側 上沉積所述膜可以包括將所述膜沉積到足以使所述晶片的所述彎曲減小到約150ym或者 更小的彎曲高度的厚度。在這些或其他情況下，在襯底的后側上沉積膜還可以包括使所述 膜沉積到一厚度，該厚度足以將晶片中的應力大小減小到約150MPa或以下。例如，沉積在 所述晶片的所述后側上的所述膜的厚度可以小于約2ym，并且該厚度可以小于所述前側沉 積材料的厚度。
[0008] 在某些實施方式中，沉積在所述襯底的所述后側上的膜為犧牲層。該犧牲層可以 在后續(xù)的處理步驟中去除。在一個實施方式中，該方法進一步包括在所述襯底的所述后側 上沉積所述膜之后，通過由蝕刻、沉積、離子注入、等離子體清潔以及濕式清潔所構成的組 中的一個或者多個處理對所述襯底的所述前側進一步處理；以及去除所述膜，其中，進一步 處理所述襯底的所述前側致使在所述膜上形成顆粒；以及去除所述膜，其中去除所述膜也 去除所述膜上的所述顆粒。該方法可以進一步包括在去除所述膜之后在所述襯底上執(zhí)行光 刻。
[0009] 在另一實施方式中，該方法進一步包括：在所述襯底的所述后側上沉積所述膜之 前，通過由蝕刻、沉積、離子注入、等離子體清潔以及濕式清潔所構成的組中的一個或者多 個處理對所述襯底的所述前側進一步處理，其中，處理所述襯底的所述前側致使在所述襯 底的所述后側上形成顆粒；其中，執(zhí)行在所述襯底的所述后側上沉積所述膜，使得在所述襯 底的所述后側上的所述顆粒由所述膜覆蓋；當所述膜出現(xiàn)在所述襯底的所述后側上時執(zhí)行 光刻；以及在執(zhí)行光刻之后從所述襯底的所述后側去除所述膜。
[0010] 在所公開的實施方式的另一方面，提供了一種用于在襯底的后側上沉積膜的裝 置，該裝置包括：反應室；反應室內(nèi)的襯底支撐機構，其配置成將所述襯底支撐在其周邊或 者在其周邊附近，使得所述襯底的所述前側上的活性區(qū)域不會接觸到所述沉積反應器的任 意部分，并且使得所述襯底的所述后側基本暴露；沉積區(qū)域，其通過現(xiàn)有的所述襯底的底側 被限定在一側；前側間隔，其通過現(xiàn)有的所述襯底的前側被限定在一側；頂側進口，其用于 提供氣體到所述前側間隔；以及沉積區(qū)域進口，其用于提供氣體到所述沉積區(qū)域。
[0011] 該裝置可以進一步包括控制器，該控制器包括用于在所述襯底的所述后側上沉積 所述膜而不在所述襯底的前側上沉積膜的指令。例如，該控制器可以具有使一種或者多種 反應物氣體流動通過沉積區(qū)域進口并且使惰性氣體流動通過頂側進口的指令。該控制器還 可以具有通過移動襯底支撐機構和/或襯底支撐機構之上的表面來控制前側間隔的高度 的指令。在這些或其他情況下，反應器的一個或者多個部分可以是可移動的，從而使得所述 前側間隔的高度和/或所述沉積區(qū)域的高度可以改變。
[0012] 在一些情況下，所述襯底支撐機構可以包括支撐環(huán)。在其他情況下，多個銷狀物可 以用作襯底支撐機構。
[0013] 在所公開的實施方式的另一方面，提供了一種多工具式半導體處理裝置，其包括： 前側模塊，其用于在襯底的前側上沉積材料；后側模塊，其用于在所述襯底的后側上沉積材 料而基本不會接觸到所述襯底的所述前側上的活性區(qū)域，其中所述后側模塊配置成輸送氣 相反應物；以及控制器，其包括用于在所述前側模塊內(nèi)在所述襯底的所述前側上沉積材料 的指令、用于輸送所述襯底到所述后側模塊的指令、以及在所述襯底的所述后側上沉積材 料而不會同時在所述襯底的所述前側上沉積膜的指令。所述多工具式裝置還進一步包括用 于蝕刻襯底的蝕刻模塊。
[0014] 這些和其他特征將參考相關附圖在下面進行敘述。
【附圖說明】
[0015] 圖IA示出了用于在晶片后側上沉積膜的方法的流程圖。
[0016] 圖IB描述了根據(jù)某些實施方式的具有前側應力補償層的襯底的剖視圖。
[0017] 圖2A示意了在其上具有沉積材料堆疊的彎曲的晶片。
[0018] 圖2B不意了在晶片后側上沉積材料層之后的圖2A中所不晶片。
[0019] 圖3A和3B描述了根據(jù)使用犧牲后側層的某些實施方式在制造期間位于不同時點 的半導體襯底的一部分的剖視圖。
[0020] 圖4A示出了可用于根據(jù)某些實施方式在晶片后側上沉積材料的反應室的簡單視 圖。
[0021] 圖4B示出了圖4A中所示的后側沉積裝置的一部分的封閉視圖。
[0022] 圖5描述了可用于根據(jù)某些實施方式在晶片的前側上沉積材料的反應室的簡化 剖視圖。
[0023] 圖6示意了可用于某些實施方式中的蝕刻室的簡化剖視圖。
[0024] 圖7描繪了可用于某些實施方式中的剝離/去除室的簡化剖視圖。
[0025] 圖8示出了根據(jù)特定實施例可用于在晶片的前側和后側上沉積材料以及蝕刻晶 片的多工具式裝置的俯視圖。
【具體實施方式】
[0026] 在本申請中，術語"半導體晶片"，"晶片"，"襯底"，"晶片襯底"以及"部分制造的集 成電路"是可交換地使用的。本領域的技術人員將理解，術語"部分制造的集成電路"可以 指在其上的集成電路制造的多個階段中的任意一個階段期間的硅晶片。在半導體設備行業(yè) 中使用的晶片或者襯底典型地具有200mm或者300mm的直徑，但本行業(yè)正在逐漸采納450mm 的直徑的襯底。這里的說明使用術語"前"和"后"來描述晶片襯底的不同側。要理解，前 側是絕大多數(shù)沉積和處理發(fā)生的一側，并且是制作半導體設備本身的一側。后側是晶體的 相對側，其在制造期間通常經(jīng)歷最少處理或者無處理。
[0027] 除非有其他限定，本公開中提到的流率和功率電平是適用于在300mm襯底上進行 處理。本領域的普通技術人員將理解，這些流率和功率電平可以根據(jù)其他尺寸的襯底需要 進行調(diào)整。下文的詳細說明假設本發(fā)明是在晶片上實現(xiàn)的。然而，本發(fā)明并不限于此。工 件可以是各種形狀，各種尺寸和材料的。除了半導體晶片之外，可以利用本發(fā)明的其他工件 還包括各種物件，例如印刷電路板等。
[0028] 在下面的敘述中，將敘述多個具體細節(jié)以提供對所公開實施方式的全面理解。所 公開的實施方式可以在沒有這些具體細節(jié)的一些或者全部的情況下實施。在其他實施例 中，已知的處理操作沒有詳細敘述以免不必要地模糊所公開的實施方式。在所公開的實施 方式結合【具體實施方式】進行敘述時，要理解，這并非意圖限制所公開的實施方式。 方法
[0029] 如上所述，在晶片襯底前側上的材料沉積可以導致晶片中的應力和彎曲問題。這 些問題特別可能出現(xiàn)在大量材料堆疊沉積的地方，例如在3D-NAND設備的背景下。晶片彎 曲可以引起后續(xù)處理步驟中的復雜情況。例如，如果彎曲過大則晶片不能被正確地夾持。此 外，特定處理步驟（例如光刻）是非常精確的，如果晶片在處理時不是相當平坦的，則會造 成不良結果。
[0030] 克服應力和彎曲問題的一種技術是在晶片的后側沉積膜。該后側膜對來自前側沉 積的應力產(chǎn)生反作用以產(chǎn)生中性應力（或者大致中性的壓力，例如小于約+/-150MPa)晶 片，該晶片顯示無彎曲（或者大致無彎曲，例如小于約150ym的彎曲）。如果在前側所沉 積的膜是拉伸的，那么后側膜應當也是拉伸的，以平衡總的應力。同樣地，如果前側膜是壓 縮的，那么后側膜應當也是壓縮的。后側膜可以通過多種反應機制（例如，化學氣相沉積 (CVD)，等離子體增強化學氣相沉積（PECVD)，原子層沉積（ALD)，等離子體增強原子層沉積 (PEALD)，低壓化學氣相沉積（LPCVD)等等）進行沉積。在各種情況下，使用等離子體增強 化學氣相沉積，因為在這種反應類型下實現(xiàn)高沉積率。
[0031] 特定沉積參數(shù)可以調(diào)節(jié)以生成具有理想應力水平的后側膜。這些沉積參數(shù)之一是 所沉積的后側膜的厚度。較厚的膜在晶片中引入較大的應力，而較薄的膜（相同組成并且 在相同條件下沉積）在晶片中引入較小的應力。因此，為了最小化在形成后側層上所消耗 的材料量，該層可以在促進形成高應力膜的條件下相對薄地沉積。
[0032] 可調(diào)整以影響由后側（或者前側）膜所引入應力的其他參數(shù)包括生成等離子體的 功率（例如，RF功率）、等離子體的RF頻率、等離子體的暴露時間、襯底和反應室的溫度、反 應室內(nèi)的壓強、惰性氣體的流動、反應物的組成等等。本段內(nèi)容涉及在不同沉積條件下在硅 氮化物膜中可見的改變。當用于生成等離子體的RF功率的高頻（HF，例如約13. 5MHz)分量 增大時，膜的拉伸應力響應增強，并且壓縮應力響應顯示大致無變化。HFRF頻率示例可以 介于約13. 56-60MHZ之間。HFRF功率示例可以介于每站約0-2500瓦特之間。當用于生成 等離子體的RF功率的低頻（LF，例如約356kHz)分量增加時，膜的拉伸應力響應減小，并且 膜的壓縮應力響應增大。LFRF頻率示例可以介于約200KHz-4MHz之間。LF功率示例可以 介于每站約0-2500瓦特之間。在不同情況下，LF+HF功率一起可以介于每站約0-2500瓦 特之間。當?shù)入x子體暴露時間和/或占空比增加時，應力響應可以如上所示地改變，具體取 決于所使用的頻率以及所涉及的膜應力類型。示例性的暴露時間取決于所進行的頻率沉積 的類型。例如，等離子體增強化學氣相沉積涉及以相對長的時間周期暴露于等離子體，而等 離子體增強原子層沉積涉及以短得多的時間周期反復暴露于等離子體。當襯底的溫度在沉 積期間升高時，膜的拉伸應力響應和壓縮應力響應增強。襯底和室的溫度示例也取決于襯 底處理，但可以是介于約20-400°C之間。當反應室內(nèi)的壓強在沉積期間增大時，膜的拉伸應 力響應增大，并且膜的壓縮應力響應減小。室壓強的示例介于約1-4托之間。當在沉積期 間輸送到反應室的惰性氣體流增加時，拉伸應力響應顯示無變化，并且壓縮應力響應增強。 針對惰性氣體的流率示例可以介于約l〇〇-5〇〇〇sCCm之間?？捎绊懩Φ牧硪粎?shù)是電 極間隔。由于電極間隔影響可對膜上密度產(chǎn)生影響的晶片上的E區(qū)，因此電極間隔是重要 的。當電極間隔增大時，在拉伸應力響應方面無響應，而壓縮應力響應減小。電極間隔示例 可以是介于約5-30mmm。與后側沉積管理的其他反應參數(shù)將會進一步在以下進行討論。
[0033] 可能影響膜中的應力程度的另一變量是膜的含氫量，其能夠由NH3或者其他含氫 反應物的流量控制。以上討論的一個或者多個變量也可以直接地或者間接地影響膜的含氫 量。具有較低含氫量的膜顯示更中性的應力水平。用于改變由前側沉積所誘發(fā)的應力的一 種技術手段是形成具有較低含氫量的膜（在晶片前側）。然而，膜的含氫量還對膜的介電常 數(shù)具有顯著影響。因此，只存在一個窄窗，在該窄窗中，含氫量可以改變而維持理想的介電 常數(shù)。后側沉積克服了與可用于沉積前側材料的小的處理窗相關的問題。
[0034] 如所提到的，沉積材料的堆疊尤其可能導致晶片應力和彎曲?？稍斐蛇@些問題的 一個堆疊示例是具有氧化物和氮化物的交替層（例如，硅氧化物/硅氮化物/硅氧化物/ 硅氮化物，等等）?？赡軐е聫澢牧硪欢询B示例包括氧化物和多晶硅的交替層（例如，硅 氧化物/多晶硅/硅氧化物/多晶硅，等等）?？赡艹蔀閱栴}的堆疊材料的其他示例包括 (但不限于）鎢和氮化鈦。堆疊中的材料可以是通過化學氣相沉積技術（例如，等離子體增 強化學氣相沉積（PECVD)，低壓化學氣相沉積（LPCVD)，金屬有機化學氣相沉積（MOCVD)，原 子層沉積（ALD)，等離子體增強原子層沉積（PEALD))沉積，或者通過直接的金屬沉積（DMD) 等沉積。這些示例并非意指是限制性的。無論何時，當由于在晶片前側上出現(xiàn)的材料而誘 發(fā)晶片應力和/或彎曲時，特定的所公開實施方式可能是適用的。
[0035] 前側堆疊可以被沉積成任意數(shù)量的層以及任意厚度。在一個典型的實施例中，堆 疊包括介于約32-72層之間，并且具有介于