用于處理半導(dǎo)體工件的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了用于處理半導(dǎo)體工件的方法和裝置，半導(dǎo)體工件具有正面和背面。該方法包括：將工件的背面放置在沉積室中的工件支架上，以使得工件的正面面朝沉積室以進(jìn)行處理，沉積室具有相關(guān)的沉積室氣體壓強(qiáng)，并且背面與具有相關(guān)背部氣體壓強(qiáng)的背部區(qū)域流體流通；在第一沉積室壓強(qiáng)Pc1和第一背壓Pb1下執(zhí)行工件處理步驟，其中，Pc1和Pb1引起壓強(qiáng)差Pb1-Pc1，壓強(qiáng)差Pb1-Pc1被維持以避免工件與工件支架之間因壓強(qiáng)致失去接觸；以及，在第二沉積室壓強(qiáng)Pc2和第二背壓Pb2下執(zhí)行工件冷卻步驟，其中，Pc2和Pb2分別高于Pc1和Pb1，至少Pb2高至足以增強(qiáng)工件的冷卻，并且其中，Pc2和Pb2引起壓強(qiáng)差Pb2-Pc2，維持壓強(qiáng)差Pb2-Pc2以避免工件與工件支架之間因壓強(qiáng)致失去接觸。
【專利說(shuō)明】用于處理半導(dǎo)體工件的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及用于處理半導(dǎo)體工件的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬薄膜的濺射沉積廣泛用于半導(dǎo)體和相關(guān)產(chǎn)業(yè)。通常盡量使得濺射的薄膜的沉積速率達(dá)到最大以使得每小時(shí)所處理的晶片(wafer)的數(shù)量盡可能的大。
[0003]然而，高沉積速率物理氣相沉積(PVD)工藝給集成電路(integrated circuit, IC)制造商帶來(lái)了集成問(wèn)題。當(dāng)提供給濺射靶的功率增加時(shí)，熱等離子體和增加的高能件的能力也增加從而加熱晶片。對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，有必要將晶片溫度保持得盡可能低以避免對(duì)之前沉積的材料(例如，聚合物、粘合劑、電介質(zhì)等等可能對(duì)升高的溫度敏感的材料)造成影響。
[0004]一種現(xiàn)存的解決方法涉及在冷靜電吸盤(ESC)上對(duì)晶片進(jìn)行處理。在工藝壓強(qiáng)下，晶片與ESC之間的熱傳遞非常弱(M.Klick，M.Bernt，JVAC24 (2006))。用于提高基質(zhì)與夾具之間的導(dǎo)熱系數(shù)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法使用的是背部氣體壓強(qiáng)。然而，對(duì)于變薄的、高度彎曲的、損壞的、粘合的、或者絕緣的晶片來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生如下的夾持力是很困難的:所述夾持力應(yīng)足以當(dāng)在沉積工藝過(guò)程中使用氣體背壓時(shí)保持晶片被夾持住。此類型的問(wèn)題晶片通常會(huì)在IC封裝工業(yè)中遇到。例如，通常使用厚度小于100微米(典型地，為30到50毫米厚)的薄晶片。此類型的晶片很易碎，并且可能容易地彎曲。當(dāng)在晶片上沉積相對(duì)較厚的金屬層時(shí)會(huì)遇到特別的問(wèn)題。金屬層通常為2到10微米厚，這會(huì)在易碎的晶片上施加附加應(yīng)力。
[0005]本發(fā)明(在它的至少一些實(shí)施例中)提供了一種用于在維持低工藝壓強(qiáng)的過(guò)程中以高沉積速率對(duì)變薄的、彎曲的、絕緣的或者其它問(wèn)題晶片進(jìn)行處理的方法。然而，本發(fā)明并不限于變薄的、彎曲的、絕緣的或者其它問(wèn)題晶片，也不限于使用ESC設(shè)備來(lái)支撐和/或夾持晶片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供了一種用于處理半導(dǎo)體工件的方法，所述半導(dǎo)體工件具有正面和背面，該方法包括步驟:
[0007]i).將所述工件的所述背面放置在沉積室中的工件支架上，以使得所述工件的所述正面面朝所述沉積室以進(jìn)行處理，所述沉積室具有相關(guān)的沉積室氣體壓強(qiáng)，并且所述背面與具有相關(guān)背部氣體壓強(qiáng)的背部區(qū)域流體流通；
[0008]ii).在第一沉積室壓強(qiáng)Pel和第一背壓Pbl下執(zhí)行工件處理步驟，其中，Pca和Pbl引起壓強(qiáng)差Pbl-Pel，所述壓強(qiáng)差Pbl-Pel被維持以避免所述工件與所述工件支架之間因壓強(qiáng)致失去接觸；以及
[0009]iii).在第二沉積室壓強(qiáng)Pe2和第二背壓Pb2下執(zhí)行工件冷卻步驟，其中，Pc2和Pb2分別高于Pca和pbl，至少Pb2高至足以增強(qiáng)所述工件的冷卻，并且其中，Ρ?和Pb2引起壓強(qiáng)差Pb2-Pe2，維持所述壓強(qiáng)差Pb2-Pe2以避免所述工件與所述工件支架之間因壓強(qiáng)致失去接觸。[0010]在步驟iii)中，還可以高至足以增強(qiáng)所述工件的冷卻。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第二方面提供了一種用于處理半導(dǎo)體工件的方法，所述半導(dǎo)體工件具有正面和背面，該方法包括步驟:
[0012]i).將所述工件的所述背面放置在沉積室中的工件支架上，以使得所述工件的所述正面面朝所述沉積室以進(jìn)行處理，所述沉積室具有相關(guān)的沉積室氣體壓強(qiáng)，并且所述背面與具有相關(guān)背部氣體壓強(qiáng)的背部區(qū)域流體流通；
[0013]ii).在第一沉積室壓強(qiáng)Pcl和第一背壓Pbl下執(zhí)行工件處理步驟，其中，Pca和Pbl引起壓強(qiáng)差Pbl-Pca，所述壓強(qiáng)差被維持為小于+2托；以及
[0014]iii).在第二沉積室壓強(qiáng)Pe2和第二背壓Pb2下執(zhí)行工件冷卻步驟，其中，Pc2和Pb2分別高于Pd和pbl，Pb2大于或等于0.5托，并且其中，Pc2和Pb2引起壓強(qiáng)差Pb2-Pci2，所述壓強(qiáng)差PbfPdi被維持為小于+2托。
[0015]步驟ii)和iii)可以形成重復(fù)執(zhí)行的處理/冷卻循環(huán)。
[0016]所述壓強(qiáng)差Pbl-Pel和Pb2-Pe2各自都被維持為小于+1托。
[0017]所述壓強(qiáng)差Pb「Pel和Pb2-Pe2各自都被維持在-0.5到+0.5托的范圍內(nèi)。
[0018]在步驟iii)期間，所述壓強(qiáng)差Pb2-Pe2被維持為大約O托。在某些實(shí)施例中，至少在步驟iii)期間，所述沉積室與所述背部區(qū)域流體流通以使得Pb2大體上等于Ρ?。
[0019]在步驟ii)期間，所述壓強(qiáng)差Pbl-Pca被維持為大約O托。在步驟ii)期間，所述沉積室與所述背部區(qū)域流體流通以使得Pbl大體上等于Pd。
[0020]在某些實(shí)施例中，Pe2在0.5到20托的范圍內(nèi)，優(yōu)選地為大約I托。
[0021]所述工件被所述工件支架夾持到位。
[0022]在某些實(shí)施例中，所述工件支架包括靜電吸盤。典型地，所述工件被所述靜電吸盤夾持。這可以導(dǎo)致改進(jìn)的冷卻步驟以及更高的生產(chǎn)力。然而，在其它實(shí)施例中，所述工件并非被所述靜電吸盤夾持。很可能使用其它種類的工件支架和夾具(諸如機(jī)械夾具)之類。
[0023]在某些實(shí)施例中，所述處理步驟可以是物理氣相沉積PVD處理。在其它實(shí)施例中，所述處理步驟是諸如化學(xué)氣相沉積CVD處理之類的非PVD處理(例如，等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積PECVD、離子注入或者反應(yīng)離子刻蝕)。
[0024]所述處理步驟是諸如鋁濺射處理之類的金屬濺射處理。由所述處理步驟生成的所述金屬層能夠在所述工件(尤其是變薄的晶片)上施加應(yīng)力。與本發(fā)明相關(guān)的相對(duì)較小的壓強(qiáng)差在防止所述工件受到其他有害應(yīng)力方面尤其有優(yōu)勢(shì)。
[0025]所述半導(dǎo)體工件可由至少一種半導(dǎo)體材料構(gòu)成。作為替代，所述半導(dǎo)體工件可以包括至少一種半導(dǎo)體材料以及一種或多種非半導(dǎo)體材料(例如，電介質(zhì)和金屬)。如上所述，諸如金屬之類的非半導(dǎo)體材料能夠在所述工件上施加應(yīng)力。
[0026]典型地，所述半導(dǎo)體工件為半導(dǎo)體晶片。盡管本發(fā)明并未在此方面作出限制，但是所述半導(dǎo)體晶片可以是變薄的、彎曲的、損壞的、粘合的或者絕緣的晶片。
[0027]其中所述半導(dǎo)體工件被處理以生產(chǎn)集成電路(1C)。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的第三方面提供了一種半導(dǎo)體處理裝置，所述半導(dǎo)體處理裝置包括:沉積室；工件支架，放置在所述沉積室中；氣體供給和泵浦設(shè)備，用于在所述沉積室中提供所需沉積室氣體壓強(qiáng)并且在背部區(qū)域提供所需背部氣體壓強(qiáng)，所述背部區(qū)域在使用時(shí)與半導(dǎo)體工件的背面流體流通；以及控制設(shè)備，配置為對(duì)包括所述氣體供給和泵浦設(shè)備在內(nèi)的所述半導(dǎo)體處理裝置進(jìn)行控制以執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的第一或第二方面所述的方法。
[0029]當(dāng)以上對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述時(shí)，本發(fā)明包括由以上所述、或者以下說(shuō)明、附圖或者權(quán)利要求中的特征構(gòu)成的任何發(fā)明性的組合。例如，所描述的與本發(fā)明的所述第一或第二方面有關(guān)的任何特征可以包含在本發(fā)明的第三方面中，反之亦然。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]本發(fā)明可以用各種方式實(shí)現(xiàn)，并且在此參考附圖以示例的方式對(duì)具體實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
[0031]圖1為能夠與本發(fā)明一同使用的裝置的部分示意圖；
[0032]圖2為在鋁沉積工藝過(guò)程中用于不同的冷卻步驟的隨時(shí)間變化的晶片溫度(攝氏度。C)。
【具體實(shí)施方式】
[0033]在PVD裝置中的沉積周期期間將熱量從晶片上去除是一個(gè)普遍的問(wèn)題。理想狀況下，在PVD沉積周期期間，晶片溫度被維持在預(yù)設(shè)點(diǎn)處。
[0034]將熱量從晶片上去除的常規(guī)途徑是借助于機(jī)械夾具或者靜電吸盤將晶片保持在壓板上端并且用諸如氦氣(He)之類的惰性氣體將晶片后部的腔體加壓到大約I到15托(Torr)0 He的相對(duì)較高的壓強(qiáng)有助于將熱量從晶片傳遞到壓板。下面的圖1示出了具有靜電吸盤(ESC) 12的已知類型的PVD沉積室10的簡(jiǎn)化的橫截面。該裝置進(jìn)一步包含具有工藝進(jìn)氣閥I的工藝氣體入口、具有高真空閥2和泵(未示出)的工藝氣體出口、以及連接到靜電吸盤12上的背壓入口，所述被壓入口包括背壓供給閥5和對(duì)工藝晶片的背壓進(jìn)行控制的背壓控制閥4。裝置進(jìn)一步包含靜電吸盤背壓泵閥3，所述靜電吸盤背壓泵閥3使得當(dāng)閥2和3打開(kāi)且閥I關(guān)閉時(shí)背壓氣體被排出。
[0035]在正常的夾持的處理過(guò)程中，閥配置如表1中所示。當(dāng)PVD工藝在約2毫托(mTorr)下進(jìn)行時(shí)，晶片后面的腔體被維持在大約10托(背壓)。此配置將允許晶片與ESC之間的良好的熱傳遞，但是存在有很大的壓強(qiáng)差(5X103)，而所述壓強(qiáng)差增加了某些晶片類型脫位的傾向。然而，還是存在諸如變薄的晶片以及載體上的晶片之類的日益增多的應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，靜電脫位使得該工藝無(wú)法用于生產(chǎn)環(huán)境下。盡管能夠使用機(jī)械夾具，但是機(jī)械夾具具有與產(chǎn)生微粒有關(guān)的顯著問(wèn)題，因此，通常優(yōu)選采用替代方案。
[0036]表1:現(xiàn)有技術(shù)的帶有背壓的ESC工藝
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種用于處理半導(dǎo)體工件的方法，所述半導(dǎo)體工件具有正面和背面，該方法包括步驟: i).將所述工件的所述背面放置在沉積室中的工件支架上，以使得所述工件的所述正面面朝所述沉積室以進(jìn)行處理，所述沉積室具有相關(guān)的沉積室氣體壓強(qiáng)，并且所述背面與具有相關(guān)背部氣體壓強(qiáng)的背部區(qū)域流體流通； ii).在第一沉積室壓強(qiáng)Pcl和第一背壓Pbl下執(zhí)行工件處理步驟，其中，匕和？^引起壓強(qiáng)差Pbl-Pca，所述壓強(qiáng)差Pbl-Pca被維持以避免所述工件與所述工件支架之間因壓強(qiáng)致失去接觸；以及 iii).在第二沉積室壓強(qiáng)Ρ?和第二背壓Pb2下執(zhí)行工件冷卻步驟，其中，？。2和匕2分別高于L和Pbl，至少Pb2高至足以增強(qiáng)所述工件的冷卻，并且其中，Pci2和Pb2引起壓強(qiáng)差Pb2-Pe2，維持所述壓強(qiáng)差Pb2-Pe2以避免所述工件與所述工件支架之間因壓強(qiáng)致失去接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟iii)中，Pe2高至足以增強(qiáng)所述工件的冷卻。
3.一種用于處理半導(dǎo)體工件的方法，所述半導(dǎo)體工件具有正面和背面，該方法包括步驟: i).將所述工件的所述背面放置在沉積室中的工件支架上，以使得所述工件的所述正面面朝所述沉積室以進(jìn)行處理，所述沉積室具有相關(guān)的沉積室氣體壓強(qiáng)，并且所述背面與具有相關(guān)背部氣體壓強(qiáng)的背部區(qū)域流體流通； ?).在第一沉積室壓強(qiáng)Pcl和第一背壓Pbl下執(zhí)行工件處理步驟，其中，匕和？^引起壓強(qiáng)差Pbl-Pca，所述壓強(qiáng)差被維持為小于+2托；以及 iii).在第二沉積室壓強(qiáng)Pe2和第二背壓Pb2下執(zhí)行工件冷卻步驟，其中，Pe2和Pb2分別高于L和Pm，Pb2大于或等于0.5托，并且其中，Ρ?和Pb2引起壓強(qiáng)差Pb2-Pci2，所述壓強(qiáng)差Pb2_PC2被維持為小于+2托。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述壓強(qiáng)差Pbl-P。JPPb2-Pe2各自都被維持為小于+1托。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述壓強(qiáng)差Pbl-UPPb2-Pe2各自都被維持在-0.5到+0.5托的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在步驟iii)期間，所述壓強(qiáng)差Pb2-Pc2被維持為大約O托。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，在步驟iii)期間，所述沉積室與所述背部區(qū)域流體流通以使得Pb2大體上等于Ρ?。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在步驟ii)期間，所述壓強(qiáng)差Pbl-Pca被維持為大約O托。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在步驟ii)期間，所述沉積室與所述背部區(qū)域流體流通以使得Pbl大體上等于Ρε1。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其中，Pc2在0.5到20托的范圍內(nèi)，優(yōu)選地為大約I托。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述工件被所述工件支架夾持到位。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述工件支架包括靜電吸盤。
13.根據(jù)引用權(quán)利要求11的權(quán)利要求12所述的方法，所述工件被所述靜電吸盤夾持。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述處理步驟是物理氣相沉積PVD處理。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述處理步驟是金屬濺射處理。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體工件是半導(dǎo)體晶片。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體晶片是變薄的、彎曲的、損壞的、粘合的或者絕緣的晶片。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述半導(dǎo)體工件被處理以生產(chǎn)集成電路。
19.一種半導(dǎo)體處理裝置，包括: 沉積室； 工件支架，放置在所述沉積室中； 氣體供給和泵浦設(shè)備，用于在所述沉積室中提供所需沉積室氣體壓強(qiáng)并且在背部區(qū)域提供所需背部氣體壓強(qiáng)，所述背部區(qū)域在使用時(shí)與半導(dǎo)體工件的背面流體流通；以及 控制設(shè)備，配置為對(duì)包括所述氣體供給和泵浦設(shè)備在內(nèi)的所述半導(dǎo)體處理裝置進(jìn)行控制以執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至1 8中任一項(xiàng)所述的方法。
【文檔編號(hào)】H01L21/203GK103762161SQ201310351599
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月13日
【發(fā)明者】斯蒂芬·R·伯吉斯, 安東尼·P·威爾比 申請(qǐng)人:Spts科技有限公司