用于处理半导体工件的方法和装置制造方法

用于处理半导体工件的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了用于处理半导体工件的方法和装置，半导体工件具有正面和背面。该方法包括：将工件的背面放置在沉积室中的工件支架上，以使得工件的正面面朝沉积室以进行处理，沉积室具有相关的沉积室气体压强，并且背面与具有相关背部气体压强的背部区域流体流通；在第一沉积室压强Pc1和第一背压Pb1下执行工件处理步骤，其中，Pc1和Pb1引起压强差Pb1-Pc1，压强差Pb1-Pc1被维持以避免工件与工件支架之间因压强致失去接触；以及，在第二沉积室压强Pc2和第二背压Pb2下执行工件冷却步骤，其中，Pc2和Pb2分别高于Pc1和Pb1，至少Pb2高至足以增强工件的冷却，并且其中，Pc2和Pb2引起压强差Pb2-Pc2，维持压强差Pb2-Pc2以避免工件与工件支架之间因压强致失去接触。
【专利说明】用于处理半导体工件的方法和装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及用于处理半导体工件的方法和装置。
【背景技术】
[0002]金属薄膜的溅射沉积广泛用于半导体和相关产业。通常尽量使得溅射的薄膜的沉积速率达到最大以使得每小时所处理的晶片(wafer)的数量尽可能的大。
[0003]然而，高沉积速率物理气相沉积(PVD)工艺给集成电路(integrated circuit, IC)制造商带来了集成问题。当提供给溅射靶的功率增加时，热等离子体和增加的高能件的能力也增加从而加热晶片。对于许多应用来说，有必要将晶片温度保持得尽可能低以避免对之前沉积的材料(例如，聚合物、粘合剂、电介质等等可能对升高的温度敏感的材料)造成影响。
[0004]一种现存的解决方法涉及在冷静电吸盘(ESC)上对晶片进行处理。在工艺压强下，晶片与ESC之间的热传递非常弱(M.Klick，M.Bernt，JVAC24 (2006))。用于提高基质与夹具之间的导热系数的工业标准方法使用的是背部气体压强。然而，对于变薄的、高度弯曲的、损坏的、粘合的、或者绝缘的晶片来说，产生如下的夹持力是很困难的:所述夹持力应足以当在沉积工艺过程中使用气体背压时保持晶片被夹持住。此类型的问题晶片通常会在IC封装工业中遇到。例如，通常使用厚度小于100微米(典型地，为30到50毫米厚)的薄晶片。此类型的晶片很易碎，并且可能容易地弯曲。当在晶片上沉积相对较厚的金属层时会遇到特别的问题。金属层通常为2到10微米厚，这会在易碎的晶片上施加附加应力。
[0005]本发明(在它的至少一些实施例中)提供了一种用于在维持低工艺压强的过程中以高沉积速率对变薄的、弯曲的、绝缘的或者其它问题晶片进行处理的方法。然而，本发明并不限于变薄的、弯曲的、绝缘的或者其它问题晶片，也不限于使用ESC设备来支撑和/或夹持晶片。

【发明内容】

[0006]根据本发明的第一方面提供了一种用于处理半导体工件的方法，所述半导体工件具有正面和背面，该方法包括步骤:
[0007]i).将所述工件的所述背面放置在沉积室中的工件支架上，以使得所述工件的所述正面面朝所述沉积室以进行处理，所述沉积室具有相关的沉积室气体压强，并且所述背面与具有相关背部气体压强的背部区域流体流通；
[0008]ii).在第一沉积室压强Pel和第一背压Pbl下执行工件处理步骤，其中，Pca和Pbl引起压强差Pbl-Pel，所述压强差Pbl-Pel被维持以避免所述工件与所述工件支架之间因压强致失去接触；以及
[0009]iii).在第二沉积室压强Pe2和第二背压Pb2下执行工件冷却步骤，其中，Pc2和Pb2分别高于Pca和pbl，至少Pb2高至足以增强所述工件的冷却，并且其中，Ρ?和Pb2引起压强差Pb2-Pe2，维持所述压强差Pb2-Pe2以避免所述工件与所述工件支架之间因压强致失去接触。[0010]在步骤iii)中，还可以高至足以增强所述工件的冷却。
[0011]根据本发明的第二方面提供了一种用于处理半导体工件的方法，所述半导体工件具有正面和背面，该方法包括步骤:
[0012]i).将所述工件的所述背面放置在沉积室中的工件支架上，以使得所述工件的所述正面面朝所述沉积室以进行处理，所述沉积室具有相关的沉积室气体压强，并且所述背面与具有相关背部气体压强的背部区域流体流通；
[0013]ii).在第一沉积室压强Pcl和第一背压Pbl下执行工件处理步骤，其中，Pca和Pbl引起压强差Pbl-Pca，所述压强差被维持为小于+2托；以及
[0014]iii).在第二沉积室压强Pe2和第二背压Pb2下执行工件冷却步骤，其中，Pc2和Pb2分别高于Pd和pbl，Pb2大于或等于0.5托，并且其中，Pc2和Pb2引起压强差Pb2-Pci2，所述压强差PbfPdi被维持为小于+2托。
[0015]步骤ii)和iii)可以形成重复执行的处理/冷却循环。
[0016]所述压强差Pbl-Pel和Pb2-Pe2各自都被维持为小于+1托。
[0017]所述压强差Pb「Pel和Pb2-Pe2各自都被维持在-0.5到+0.5托的范围内。
[0018]在步骤iii)期间，所述压强差Pb2-Pe2被维持为大约O托。在某些实施例中，至少在步骤iii)期间，所述沉积室与所述背部区域流体流通以使得Pb2大体上等于Ρ?。
[0019]在步骤ii)期间，所述压强差Pbl-Pca被维持为大约O托。在步骤ii)期间，所述沉积室与所述背部区域流体流通以使得Pbl大体上等于Pd。
[0020]在某些实施例中，Pe2在0.5到20托的范围内，优选地为大约I托。
[0021]所述工件被所述工件支架夹持到位。
[0022]在某些实施例中，所述工件支架包括静电吸盘。典型地，所述工件被所述静电吸盘夹持。这可以导致改进的冷却步骤以及更高的生产力。然而，在其它实施例中，所述工件并非被所述静电吸盘夹持。很可能使用其它种类的工件支架和夹具(诸如机械夹具)之类。
[0023]在某些实施例中，所述处理步骤可以是物理气相沉积PVD处理。在其它实施例中，所述处理步骤是诸如化学气相沉积CVD处理之类的非PVD处理(例如，等离子增强化学气相沉积PECVD、离子注入或者反应离子刻蚀)。
[0024]所述处理步骤是诸如铝溅射处理之类的金属溅射处理。由所述处理步骤生成的所述金属层能够在所述工件(尤其是变薄的晶片)上施加应力。与本发明相关的相对较小的压强差在防止所述工件受到其他有害应力方面尤其有优势。
[0025]所述半导体工件可由至少一种半导体材料构成。作为替代，所述半导体工件可以包括至少一种半导体材料以及一种或多种非半导体材料(例如，电介质和金属)。如上所述，诸如金属之类的非半导体材料能够在所述工件上施加应力。
[0026]典型地，所述半导体工件为半导体晶片。尽管本发明并未在此方面作出限制，但是所述半导体晶片可以是变薄的、弯曲的、损坏的、粘合的或者绝缘的晶片。
[0027]其中所述半导体工件被处理以生产集成电路(1C)。
[0028]根据本发明的第三方面提供了一种半导体处理装置，所述半导体处理装置包括:沉积室；工件支架，放置在所述沉积室中；气体供给和泵浦设备，用于在所述沉积室中提供所需沉积室气体压强并且在背部区域提供所需背部气体压强，所述背部区域在使用时与半导体工件的背面流体流通；以及控制设备，配置为对包括所述气体供给和泵浦设备在内的所述半导体处理装置进行控制以执行根据本发明的第一或第二方面所述的方法。
[0029]当以上对本发明进行描述时，本发明包括由以上所述、或者以下说明、附图或者权利要求中的特征构成的任何发明性的组合。例如，所描述的与本发明的所述第一或第二方面有关的任何特征可以包含在本发明的第三方面中，反之亦然。
【专利附图】

【附图说明】
[0030]本发明可以用各种方式实现，并且在此参考附图以示例的方式对具体实施例进行说明。
[0031]图1为能够与本发明一同使用的装置的部分示意图；
[0032]图2为在铝沉积工艺过程中用于不同的冷却步骤的随时间变化的晶片温度(摄氏度。C)。
【具体实施方式】
[0033]在PVD装置中的沉积周期期间将热量从晶片上去除是一个普遍的问题。理想状况下，在PVD沉积周期期间，晶片温度被维持在预设点处。
[0034]将热量从晶片上去除的常规途径是借助于机械夹具或者静电吸盘将晶片保持在压板上端并且用诸如氦气(He)之类的惰性气体将晶片后部的腔体加压到大约I到15托(Torr)0 He的相对较高的压强有助于将热量从晶片传递到压板。下面的图1示出了具有静电吸盘(ESC) 12的已知类型的PVD沉积室10的简化的横截面。该装置进一步包含具有工艺进气阀I的工艺气体入口、具有高真空阀2和泵(未示出)的工艺气体出口、以及连接到静电吸盘12上的背压入口，所述被压入口包括背压供给阀5和对工艺晶片的背压进行控制的背压控制阀4。装置进一步包含静电吸盘背压泵阀3，所述静电吸盘背压泵阀3使得当阀2和3打开且阀I关闭时背压气体被排出。
[0035]在正常的夹持的处理过程中，阀配置如表1中所示。当PVD工艺在约2毫托(mTorr)下进行时，晶片后面的腔体被维持在大约10托(背压)。此配置将允许晶片与ESC之间的良好的热传递，但是存在有很大的压强差(5X103)，而所述压强差增加了某些晶片类型脱位的倾向。然而，还是存在诸如变薄的晶片以及载体上的晶片之类的日益增多的应用，在这些应用中，静电脱位使得该工艺无法用于生产环境下。尽管能够使用机械夹具，但是机械夹具具有与产生微粒有关的显著问题，因此，通常优选采用替代方案。
[0036]表1:现有技术的带有背压的ESC工艺
[0037]
【权利要求】
1.一种用于处理半导体工件的方法，所述半导体工件具有正面和背面，该方法包括步骤: i).将所述工件的所述背面放置在沉积室中的工件支架上，以使得所述工件的所述正面面朝所述沉积室以进行处理，所述沉积室具有相关的沉积室气体压强，并且所述背面与具有相关背部气体压强的背部区域流体流通； ii).在第一沉积室压强Pcl和第一背压Pbl下执行工件处理步骤，其中，匕和？^引起压强差Pbl-Pca，所述压强差Pbl-Pca被维持以避免所述工件与所述工件支架之间因压强致失去接触；以及 iii).在第二沉积室压强Ρ?和第二背压Pb2下执行工件冷却步骤，其中，？。2和匕2分别高于L和Pbl，至少Pb2高至足以增强所述工件的冷却，并且其中，Pci2和Pb2引起压强差Pb2-Pe2，维持所述压强差Pb2-Pe2以避免所述工件与所述工件支架之间因压强致失去接触。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤iii)中，Pe2高至足以增强所述工件的冷却。
3.一种用于处理半导体工件的方法，所述半导体工件具有正面和背面，该方法包括步骤: i).将所述工件的所述背面放置在沉积室中的工件支架上，以使得所述工件的所述正面面朝所述沉积室以进行处理，所述沉积室具有相关的沉积室气体压强，并且所述背面与具有相关背部气体压强的背部区域流体流通； ?).在第一沉积室压强Pcl和第一背压Pbl下执行工件处理步骤，其中，匕和？^引起压强差Pbl-Pca，所述压强差被维持为小于+2托；以及 iii).在第二沉积室压强Pe2和第二背压Pb2下执行工件冷却步骤，其中，Pe2和Pb2分别高于L和Pm，Pb2大于或等于0.5托，并且其中，Ρ?和Pb2引起压强差Pb2-Pci2，所述压强差Pb2_PC2被维持为小于+2托。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述压强差Pbl-P。JPPb2-Pe2各自都被维持为小于+1托。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述压强差Pbl-UPPb2-Pe2各自都被维持在-0.5到+0.5托的范围内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在步骤iii)期间，所述压强差Pb2-Pc2被维持为大约O托。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在步骤iii)期间，所述沉积室与所述背部区域流体流通以使得Pb2大体上等于Ρ?。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，在步骤ii)期间，所述压强差Pbl-Pca被维持为大约O托。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在步骤ii)期间，所述沉积室与所述背部区域流体流通以使得Pbl大体上等于Ρε1。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，Pc2在0.5到20托的范围内，优选地为大约I托。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述工件被所述工件支架夹持到位。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述工件支架包括静电吸盘。
13.根据引用权利要求11的权利要求12所述的方法，所述工件被所述静电吸盘夹持。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，所述处理步骤是物理气相沉积PVD处理。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中，所述处理步骤是金属溅射处理。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中，所述半导体工件是半导体晶片。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述半导体晶片是变薄的、弯曲的、损坏的、粘合的或者绝缘的晶片。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中所述半导体工件被处理以生产集成电路。
19.一种半导体处理装置，包括: 沉积室； 工件支架，放置在所述沉积室中； 气体供给和泵浦设备，用于在所述沉积室中提供所需沉积室气体压强并且在背部区域提供所需背部气体压强，所述背部区域在使用时与半导体工件的背面流体流通；以及 控制设备，配置为对包括所述气体供给和泵浦设备在内的所述半导体处理装置进行控制以执行根据权利要求1至1 8中任一项所述的方法。
【文档编号】H01L21/203GK103762161SQ201310351599
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年8月13日 优先权日:2012年8月13日
【发明者】斯蒂芬·R·伯吉斯, 安东尼·P·威尔比 申请人:Spts科技有限公司