[发明专利]一种预制背面薄膜的应力控制方法及结构

说明书

本发明涉及一种预制背面薄膜的应力控制方法及结构，所述方法包括如下步骤：在晶圆的背面形成一层或者多层应力薄膜；在晶圆正面形成半导体器件层；通过间歇性去除或打薄晶圆背面的所述一层或者多层应力薄膜的全部或者一部分使得所述晶圆的弯曲平衡至水平。采用本发明的预制背面薄膜的应力控制方法及结构能够更好的管控应力变化，使得晶圆在工艺过程中始终处于较小的形变状态，提高工艺能力和质量。

技术领域

本发明涉及一种预制背面薄膜的应力控制方法及结构，涉及3D NAND存储器制造技术领域。

背景技术

晶圆的翘曲(warpage)程度具有重要的影响。在对晶圆进行烘烤步骤的过程中，晶圆的翘曲将导致覆盖在晶圆上的光刻胶受热不均，因而将最终对CD产生影响。有数据表明，晶圆翘曲将对栅极CD造成31％的偏差，而对接触孔层CD更会造成62％的偏差。除此之外，对于一些特殊的产品，例如背照式CIS(CMOS Image Sensor)芯片，在对晶圆背面进行减薄之前，需要将晶圆正面与支撑片键合，因此也对晶圆的翘曲度具有严格的要求。

一般的，晶圆发生翘曲时，将在整体上呈现出一种碗状翘曲的状态，即翘曲将导致晶圆的边缘高于其中心，形成碗状，使得晶圆的边缘与水平面之间产生了间隙。通常，我们可通过应力薄膜的沉积来调整晶圆的翘曲度。例如，我们可以在碗状翘曲的晶圆上沉积一层具有压应力的薄膜，例如氮化硅薄膜，利用应力膜产生的应力作用来降低晶圆的翘曲程度。晶圆翘曲的改善程度与沉积的应力膜产生的应力大小正相关。

当使用较大压应力的氮化硅薄膜时，晶圆在X轴方向上翘曲的改善程度得到明显提高。

但是，我们发现，晶圆在X、Y不同方向上的翘曲程度具有明显的差异。通过检测数据表明，即使是裸晶圆(barewafer)，其在X、Y方向上的翘曲程度也有明显的差异，例如在一次实测中，裸晶圆在X、Y方向上的翘曲程度差异达到了38μm)；而在针对图形晶圆(structurewafer)的一次实测中，其X方向上的翘曲程度为184μm、Y方向上的翘曲程度为214μm，也有30μm的差异。

从上述实验数据可以看出，通过应力薄膜的沉积，可以改善晶圆整体方向上的翘曲程度，但是却无法控制其X、Y方向上在翘曲程度改善后存在的明显差异性。由于通常的翘曲规格是要求晶圆产品整体的翘曲绝对值小于20μm，因此，上述单纯依靠应力薄膜的沉积方式，难以保证晶圆在各个方向上的翘曲度都能保持在限定的规格范围之内。

随着3D NAND技术的发展，晶圆的应力控制越来越重要。传统的工艺过程中，主要通过主工艺流程中各种薄膜的生长和去除来平衡过程中的应力。

例如图1所示，中国发明专利申请号201610186873.5公开了一种改善晶圆翘曲度的方法，通过先在晶圆20上沉积应力薄膜21，然后通过光刻工艺对晶圆进行图形化，用光刻胶22将特定区域的应力薄膜保护起来，再对晶圆20进行离子注入工艺，使得特定方向上的应力得以释放，从而能够对晶圆特定方向上的翘曲度进行针对性调整，将晶圆的整体翘曲度控制在合理的范围内。

但是受工艺目标结构例如台阶厚度、器件密度的影响，上述专利的薄膜的厚度生长方式选择受到很大限制，导致过程应力控制的效果有限，还是经常会引起应力弯曲等问题。另外，上述专利需要借助光刻胶、离子注入等步骤，过程复杂。

发明内容

本发明披露一种新的控制工艺过程中应力的方法,可以预先定制需要的应力变化的背面应力薄膜，在中间过程中进行选择性的去除或打薄，来达到平衡工艺中间应力的目的。

具体的，本发明提供了一种预制背面薄膜的应力控制方法，所述方法包括如下步骤：

在晶圆的背面形成一层或者多层应力薄膜；

在晶圆正面形成半导体器件层；

通过间歇性去除或打薄晶圆背面的所述一层或者多层应力薄膜的全部或者一部分使得所述晶圆的弯曲平衡至水平。