[發明專利]外延片的金屬可調薄膜應力補償

在審

• 申請號: 201780056745.1
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN110235220A
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 杰弗里·貝洛蒂;莫森·舒肯尼
• 申請（專利權）人: II-VI光電子設備有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/28;H01L21/324
• 代理公司: 北京市煒衡律師事務所 11375
• 代理人: 許育輝

在外延片的背面施加金屬應力可調薄膜結構，以補償正面外延層產生的應力。該結構可包含多層，包括金屬應力補償層（“SCL”）、金屬粘合層和/或鈍化（或焊接）層。在其他實施例中，應力補償結構僅包括金屬應力補償層。在第一個應用中，金屬應力補償結構在開始器件制造之前應用于外延片的背面，以糾正現有的已購晶圓中的彎曲。在第二種應用中，金屬應力補償結構在完成正面處理時應用于薄外延片的背面，以防止從剛性支撐結構或載盤上移除時弓形誘導的晶圓破裂。

相關申請的交叉引用

本申請案主張于2016年9月16日申請之美國臨時申請編號62/395830之利益，并以引用方式并入本文中。

發明背景

許多類型的半導體器件是在外延片（工業上也被稱為“EPI”晶圓）上制造的，該外延片包含在所需基板材料的晶圓上沉積的材料復雜的多個外延層。沉積這些外延層的過程以及層本身的微觀結構不可避免地會產生較大的內在拉應力或壓應力，這些拉應力或壓應力會對晶圓的平面度產生較大的物理變形。這些變形通常被稱為弓和曲。根據美國材料試驗協會（ASTM）的具體定義，“弓形”被量化為“自由未夾持圓片中間表面中心點與中間表面基準面之間的偏差”，中間表面基準面由直徑小于名義直徑的圓圈上等距的三個點構成。晶圓的“翹曲”被量化為“自由、未夾持晶圓的中間表面與基準面之間的最大和最小距離之差”。為了方便起見，下面的討論在最一般的意義上稱為“彎曲”是指晶圓平面度的變形。

晶圓彎曲通常涉及以下多種根本原因：相鄰外延層之間的晶體學晶格失配應變；外延微觀結構；外延晶圓生長過程或高溫處理（例如熱退火）產生的熱應力（熱膨脹系數（CTE）失配）；以及在制造過程中對外延層進行的加法或減法處理。

超過數十微米（微米）的晶圓彎曲會對晶圓破碎的晶圓加工產生負面影響。半導體制造中的晶圓破損是昂貴的，因為單個晶圓含有數千或數萬個產品模具。在制造過程中，由于晶圓彎曲過度而導致的晶圓損失可能會導致工具關閉、設備污染、延遲裝運計劃，并使制造商每片成本高達數千美元。

在開始任何設備制造之前，在“已購買”的外延片中存在彎曲會影響各種晶圓制造工具的性能，例如用于光刻的工具，從而導致具有不符合規范的關鍵尺寸的設備不合適。如果不可能的話，幾百微米甚至毫米的晶圓彎曲值會使加工變得非常困難。

隨著外延片尺寸的增大，晶圓彎曲問題越來越嚴重?，F代砷化鎵（GAAS）晶圓制造工廠加工直徑為6英寸（150 mm）的外延片，與之前的3英寸（75 mm）和4英寸（100 mm）晶圓尺寸相比。

在晶圓加工開始時，可以通過在外延片的背面添加一層厚厚的氮化硅或二氧化硅來減少晶圓彎曲。然而，這種類型的介電層的形成需要相對較高的工藝溫度（例如，400℃），這可能導致在預處理的外延片中對表面（或次表面）外延層進行不必要的修改。例如，GaAs的化學計量學可以改變，因為在長期高溫下，表面的一些砷（As）開始蒸發。此外，當晶片與介電沉積工具內的壓盤夾具直接物理接觸時，其正面可能受到污染。因此，可能需要對表面進行進一步處理（例如，濕清潔、濕蝕刻或類似處理），以確保為隨后的設備制造步驟呈現無損傷、雜質和顆粒的原始表面。

在后處理中使用應力控制電介質，由于外延晶圓的背面通常經過金屬化處理，以形成與晶圓正面形成的器件的電接觸，因此變薄的晶圓也具有有限的價值。因此，添加絕緣層（例如氮化硅或氧化硅）將干擾金屬接觸層，使得這種減少晶片彎曲的方法不切實際。此外，絕緣體層是易碎的，往往是相對較厚的（厚度達微米），并且已知會剝落晶圓背面，尤其是晶圓邊緣，從而導致可能污染晶圓正面加工和干擾無缺陷裝置形成的顆粒。

發明摘要