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，并且背面與具有相關(guān)背部氣體壓強的背部區(qū)域流體流通；在第一沉積室壓強Pc1和第一背壓Pb1下執(zhí)行工件處理步驟，其中，Pc1和Pb1引起壓強差Pb1-Pc1，壓強差Pb1-Pc1被維持以避免工件與工件支架之間因壓強致失去接觸；以及，在第二沉積室壓強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高至足以增強工件的冷卻，并且其中，Pc2和Pb2引起壓強差Pb2-Pc2，維持壓強差Pb2-Pc2以避免工件與工件支架之間因壓強致失去接觸。
【專利說明】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)制造商帶來了集成問題。當(dāng)提供給濺射靶的功率增加時，熱等離子體和增加的高能件的能力也增加從而加熱晶片。對于許多應(yīng)用來說，有必要將晶片溫度保持得盡可能低以避免對之前沉積的材料(例如，聚合物、粘合劑、電介質(zhì)等等可能對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)上對晶片進(jìn)行處理。在工藝壓強下，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。然而，對于變薄的、高度彎曲的、損壞的、粘合的、或者絕緣的晶片來說，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)在沉積工藝過程中使用氣體背壓時保持晶片被夾持住。此類型的問題晶片通常會在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)在晶片上沉積相對較厚的金屬層時會遇到特別的問題。金屬層通常為2到10微米厚，這會在易碎的晶片上施加附加應(yīng)力。
[0005]本發(fā)明(在它的至少一些實施例中)提供了一種用于在維持低工藝壓強的過程中以高沉積速率對變薄的、彎曲的、絕緣的或者其它問題晶片進(jìn)行處理的方法。然而，本發(fā)明并不限于變薄的、彎曲的、絕緣的或者其它問題晶片，也不限于使用ESC設(shè)備來支撐和/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，并且所述背面與具有相關(guān)背部氣體壓強的背部區(qū)域流體流通；
[0008]ii).在第一沉積室壓強Pel和第一背壓Pbl下執(zhí)行工件處理步驟，其中，Pca和Pbl引起壓強差Pbl-Pel，所述壓強差Pbl-Pel被維持以避免所述工件與所述工件支架之間因壓強致失去接觸；以及
[0009]iii).在第二沉積室壓強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高至足以增強所述工件的冷卻，并且其中，Ρ?和Pb2引起壓強差Pb2-Pe2，維持所述壓強差Pb2-Pe2以避免所述工件與所述工件支架之間因壓強致失去接觸。[0010]在步驟iii)中，還可以高至足以增強所述工件的冷卻。
[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，并且所述背面與具有相關(guān)背部氣體壓強的背部區(qū)域流體流通；
[0013]ii).在第一沉積室壓強Pcl和第一背壓Pbl下執(zhí)行工件處理步驟，其中，Pca和Pbl引起壓強差Pbl-Pca，所述壓強差被維持為小于+2托；以及
[0014]iii).在第二沉積室壓強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引起壓強差Pb2-Pci2，所述壓強差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]所述壓強差Pbl-Pel和Pb2-Pe2各自都被維持為小于+1托。
[0017]所述壓強差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，所述壓強差Pb2-Pe2被維持為大約O托。在某些實施例中，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(諸如機械夾具)之類。
[0023]在某些實施例中，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)的相對較小的壓強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。
[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并且在背部區(qū)域提供所需背部氣體壓強，所述背部區(qū)域在使用時與半導(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)以上對本發(fā)明進(jìn)行描述時，本發(fā)明包括由以上所述、或者以下說明、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】

【附圖說明】
[0030]本發(fā)明可以用各種方式實現(xiàn)，并且在此參考附圖以示例的方式對具體實施例進(jìn)行說明。
[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為在鋁沉積工藝過程中用于不同的冷卻步驟的隨時間變化的晶片溫度(攝氏度。C)。
【具體實施方式】
[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普遍的問題。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)點處。
[0034]將熱量從晶片上去除的常規(guī)途徑是借助于機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的相對較高的壓強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打開且閥I關(guān)閉時背壓氣體被排出。
[0035]在正常的夾持的處理過程中，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，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差(5X103)，而所述壓強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法用于生產(chǎn)環(huán)境下。盡管能夠使用機械夾具，但是機械夾具具有與產(chǎn)生微粒有關(guān)的顯著問題，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，并且所述背面與具有相關(guān)背部氣體壓強的背部區(qū)域流體流通； ii).在第一沉積室壓強Pcl和第一背壓Pbl下執(zhí)行工件處理步驟，其中，匕和？^引起壓強差Pbl-Pca，所述壓強差Pbl-Pca被維持以避免所述工件與所述工件支架之間因壓強致失去接觸；以及 iii).在第二沉積室壓強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高至足以增強所述工件的冷卻，并且其中，Pci2和Pb2引起壓強差Pb2-Pe2，維持所述壓強差Pb2-Pe2以避免所述工件與所述工件支架之間因壓強致失去接觸。
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，并且所述背面與具有相關(guān)背部氣體壓強的背部區(qū)域流體流通； ?).在第一沉積室壓強Pcl和第一背壓Pbl下執(zhí)行工件處理步驟，其中，匕和？^引起壓強差Pbl-Pca，所述壓強差被維持為小于+2托；以及 iii).在第二沉積室壓強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引起壓強差Pb2-Pci2，所述壓強差Pb2_PC2被維持為小于+2托。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其中，所述壓強差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中任一項所述的方法，其中，所述壓強差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中任一項所述的方法，其中，在步驟iii)期間，所述壓強差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中任一項所述的方法，其中，在步驟ii)期間，所述壓強差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并且在背部區(qū)域提供所需背部氣體壓強，所述背部區(qū)域在使用時與半導(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中任一項所述的方法。
【文檔編號】H01L21/203GK103762161SQ201310351599
【公開日】2014年4月30日 申請日期: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 申請人:Spts科技有限公司