晶圓背面金屬化的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種晶圓背面金屬化的方法，在金屬鈦層表面形成氮化鎳層以改善作為緩沖層的金屬鎳層的熱膨脹系數(shù)，并將現(xiàn)有技術(shù)中通過一次物理氣相沉積的金屬銀層的工藝改為通過循環(huán)多次的沉積、冷卻分步形成金屬銀層，并在每步沉積金屬銀時(shí)保持晶圓的溫度不高于預(yù)定溫度，減小了由于晶圓在沉積過程中溫度過高導(dǎo)致的晶圓背面金屬層受熱膨脹，進(jìn)而導(dǎo)致晶圓翹曲的問題，提高了產(chǎn)品的良率。
【專利說明】晶圓背面金屬化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種晶圓背面金屬化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]功率半導(dǎo)體器件由于其自身具有驅(qū)動(dòng)電路簡單、驅(qū)動(dòng)功率小、高輸入阻抗和開關(guān)速度、良好的熱穩(wěn)定性和高頻特性等一系列優(yōu)點(diǎn)獲得了廣泛的應(yīng)用。作為功率半導(dǎo)體器件的一個(gè)性能指標(biāo)，需要降低器件的導(dǎo)通電阻。為了使功率半導(dǎo)體器件具有較低的導(dǎo)通電阻，在現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用的技術(shù)手段是金屬化晶圓背面，在對晶圓背面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨以平坦化以后，通過真空蒸鍍或離子鍍等物理氣相沉積工藝，在晶圓背面依次形成鈦(Ti)/鎳(Ni)/銀(Ag)的金屬層，如圖1所示結(jié)構(gòu)。然而，隨著半導(dǎo)體器件小型化需求的發(fā)展，晶圓的厚度也越來越薄，因此，對晶圓背面進(jìn)行的金屬化會(huì)使得晶圓發(fā)生大曲率的翹曲，進(jìn)而影響在晶圓背面形成的功率半導(dǎo)體器件的性能，更嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致晶圓發(fā)生破損，使得晶圓破損率提高，導(dǎo)致產(chǎn)品良率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種晶圓背面金屬化的方法，以減小由晶圓背面金屬化而導(dǎo)致晶圓翹曲的問題。
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種晶圓背面金屬化的方法，包括:
[0005]步驟A:對晶圓背面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨以平坦化；
[0006]步驟B:通過物理氣相沉積在所述晶圓背面形成金屬鈦層；
[0007]步驟C:在氮?dú)獾姆諊逻M(jìn)行物理氣相沉積，以在金屬鈦層表面形成氮化鎳層；
[0008]步驟D:在所述氮化鎳層表面通過物理氣相沉積形成金屬銀層，當(dāng)晶圓溫度到達(dá)預(yù)定溫度時(shí)停止沉積，并對晶圓進(jìn)行冷卻；
[0009]步驟E:循環(huán)執(zhí)行步驟D以使金屬銀層的厚度達(dá)到預(yù)定厚度。
[0010]進(jìn)一步，所述步驟B、步驟C以及步驟D中使用離子鍍工藝沉積形成金屬鈦層、氮化鎳層以及金屬銀層。
[0011 ] 進(jìn)一步,執(zhí)彳丁所述步驟A后晶圓的厚度為100 μ m至200 μ m。
[0012]進(jìn)一步,所述步驟C中,氮?dú)饬髁繛?sccm至15sccm。
[0013]進(jìn)一步，所述步驟D中，離子鍍的功率為1000W至3000W。
[0014]進(jìn)一步，所述步驟D中采用通入氬氣對晶圓進(jìn)行冷卻，其中，氬氣流量為IOOsccm至400sccm,通入時(shí)間為IOsec至40sec。
[0015]進(jìn)一步，所述步驟D中，保持沉積金屬銀層后的晶圓溫度低于預(yù)定溫度，且不低于沉積金屬銀層時(shí)晶圓的起始溫度；其中，所述預(yù)定溫度為200攝氏度，起始溫度為100攝氏度。
[0016]采用本發(fā)明提供的晶圓背面金屬化的方法，在金屬鈦層表面形成氮化鎳層以改善作為緩沖層的金屬鎳層的熱膨脹系數(shù)，并將現(xiàn)有技術(shù)中通過一次物理氣相沉積的金屬銀層的工藝改為通過循環(huán)多次的沉積、冷卻分步形成金屬銀層，并在每步沉積金屬銀時(shí)保持晶圓的溫度不高于預(yù)定溫度，減小了由于晶圓在沉積過程中溫度過高導(dǎo)致的晶圓背面金屬層受熱膨脹，進(jìn)而導(dǎo)致晶圓翹曲的問題，提高了產(chǎn)品的良率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為現(xiàn)有典型的功率半導(dǎo)體器件晶圓背面金屬化結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本申請一種晶圓背面金屬化方法的流程圖；
[0019]圖3a為現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行金屬層沉積時(shí)晶圓溫度隨時(shí)間變化曲線圖；
[0020]圖3b為本發(fā)明進(jìn)行金屬層沉積時(shí)晶圓溫度隨時(shí)間變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022]本發(fā)明是基于以下構(gòu)思實(shí)現(xiàn)的:
[0023]對于現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)生晶圓翹曲的問題，主要是由于晶圓在進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨后過薄，以及晶圓背面金屬化時(shí)沉積金屬層綜合導(dǎo)致的。對于晶圓進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨導(dǎo)致的翹曲，在保障半導(dǎo)體器件小型化需求的前提下是難以避免的，而在晶圓背面沉積金屬層導(dǎo)致晶圓翹曲的原因如下:
[0024]在使用物理氣相沉積工藝進(jìn)行金屬層沉積的過程中，晶圓的溫度會(huì)變的很高，以離子鍍?yōu)槔?，晶圓受到離子束的撞擊而獲得能量，使自身溫度以及晶圓表面已形成的金屬層溫度均升高，而溫度的升高導(dǎo)致各金屬層根據(jù)每層材料的熱膨脹系數(shù)不同而具有不同程度的延展，即熱膨脹，由于各金屬層不均衡的延展導(dǎo)致晶圓翹曲，而且金屬沉積的過程中在已有各金屬層出現(xiàn)熱膨脹的基礎(chǔ)上繼續(xù)沉積金屬更會(huì)加劇晶圓的翹曲。
[0025]基于上述原因，為了減小在晶圓背面沉積金屬層導(dǎo)致晶圓翹曲的問題，可以通過均衡晶圓背面金屬層與層之間的熱膨脹差異，且降低晶圓在進(jìn)行金屬化過程中出現(xiàn)的高溫兩個(gè)方向上進(jìn)行解決。
[0026]如圖2所示流程圖，本發(fā)明提供了一種晶圓背面金屬化的方法，包括:
[0027]步驟A:對晶圓背面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨以平坦化；
[0028]步驟B:通過物理氣相沉積在所述晶圓背面形成金屬鈦層；
[0029]步驟C:在氮?dú)獾姆諊逻M(jìn)行物理氣相沉積，以在金屬鈦層表面形成氮化鎳層；
[0030]步驟D:在所述氮化鎳層表面通過物理氣相沉積形成金屬銀層，當(dāng)晶圓溫度到達(dá)預(yù)定溫度時(shí)停止沉積，并對晶圓進(jìn)行冷卻；
[0031]步驟E:循環(huán)執(zhí)行步驟D以使金屬銀層的厚度達(dá)到預(yù)定厚度。
[0032]為了對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，提出以下一種晶圓背面金屬化方法的典型實(shí)施例。
[0033]結(jié)合圖1所示的晶圓背面金屬化結(jié)構(gòu)，包括依次形成于晶圓背面的金屬鈦層、金屬鎳層和金屬銀層，作為本領(lǐng)域人員公知的之所以在金屬銀層和金屬鈦層之間形成金屬鎳層是源于金屬鎳的熱膨脹系數(shù)為12.7X10_6 (25攝氏度)，其介于金屬鈦(熱膨脹系數(shù)為8.5X 10_6)和金屬銀(熱膨脹系數(shù)為19.3X10_6)之間，因此以金屬鎳層作為緩沖層，以期望使得金屬層之間的熱膨脹系數(shù)均勻過渡，減少由于各金屬層熱膨脹系數(shù)非均勻過渡導(dǎo)致晶圓翹曲。但是單純使用金屬鎳層作為緩沖層仍需改善才能作為理想的緩沖層，因此，在本發(fā)明中，當(dāng)通過物理氣相沉積在晶圓背面形成金屬鈦層后，在氮?dú)獾姆諊逻M(jìn)行物理氣相沉積，以在金屬鈦層表面形成氮化鎳層，由此改善作為緩沖層的金屬鎳層的熱膨脹系數(shù)。
[0034]在本實(shí)施例中，以八寸晶圓為例，當(dāng)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨以平坦化后，晶圓的厚度為100 μ m至200 μ m,優(yōu)選在氮?dú)獾姆諊逻M(jìn)行離子鍍，以在金屬鈦層表面形成氮化鎳層時(shí)的氮?dú)饬髁繛?sccm至15sccm。
[0035]參照圖1，在現(xiàn)有技術(shù)中，金屬化晶圓背面時(shí)需要將金屬銀層做的最厚，這也就意味著，在進(jìn)行金屬鈦、鎳、銀沉積的過程中沉積銀所需要更高的能量，而沉積銀的過程會(huì)使得晶圓的溫度變化最高。
[0036]如圖3a所示，在一次性物理氣相沉積金屬鈦、鎳、銀的過程中晶圓的溫度隨時(shí)間的變化，可以看出，在沉積金屬銀的過程中，晶圓溫度的最低值與晶圓溫度的最高值之間的差值ΛΤ3明顯高于沉積金屬鈦、金屬鎳時(shí)的溫度差值Λ Tl和Λ Τ2，而溫度差越高就代表了沉積過程中金屬層更多的延展(熱膨脹)，進(jìn)而導(dǎo)致晶圓翹曲的曲率更加嚴(yán)重。
[0037]鑒于此，本發(fā)明在進(jìn)行金屬銀的沉積時(shí)將現(xiàn)有技術(shù)中一次物理氣相沉積形成金屬銀層的工藝修改為通過循環(huán)多次的沉積、冷卻分步形成金屬銀層。具體的，在形成氮化鎳層后，在氮化鎳層表面通過離子鍍形成金屬銀層，當(dāng)晶圓溫度到達(dá)預(yù)定溫度時(shí)停止沉積，并對晶圓進(jìn)行冷卻；循環(huán)執(zhí)行上述步驟以使金屬銀層的厚度達(dá)到預(yù)定厚度。通過上述手段，使晶圓在沉積金屬銀層的過程中處于一個(gè)非高溫的范圍，進(jìn)而減小由于晶圓溫度高時(shí)繼續(xù)沉積金屬層對晶圓翹曲的影響。
[0038]仍以上述的八寸晶圓為例，當(dāng)形成氮化鎳層后，使用離子鍍在1000W至3000W的功率下進(jìn)行離子鍍，當(dāng)晶圓溫度達(dá)到200攝氏度時(shí)，停止沉積，并通入流量為lOOsccm至400sccm的IS氣,通入時(shí)間為IOsec至40sec,使晶圓溫度下降,然后循環(huán)執(zhí)行,直至沉積的金屬銀層厚度達(dá)到預(yù)定厚度。如圖3b所示，上述步驟可保持晶圓溫度始終處于非高溫的范圍內(nèi)，作為優(yōu)選的，為了保證每次循環(huán)的一致性，使用氬氣冷卻的晶圓溫度不低于沉積金屬銀層時(shí)晶圓的起始溫度，在本實(shí)施例中，所述起始溫度為100攝氏度。
[0039]需要說明的是，由于半導(dǎo)體器件具體結(jié)構(gòu)的不同，制造過程中工藝、設(shè)備等存在差異，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整工藝參數(shù)。
[0040]綜上所述，本發(fā)明在金屬鈦層表面形成氮化鎳層以改善作為緩沖層的金屬鎳層的熱膨脹系數(shù)，并將現(xiàn)有技術(shù)中通過一次物理氣相沉積的金屬銀層的工藝改為通過循環(huán)多次的沉積、冷卻分步形成金屬銀層，并在每步沉積金屬銀時(shí)保持晶圓的溫度不高于預(yù)定溫度，減小了由于晶圓在沉積過程中溫度過高導(dǎo)致的晶圓背面金屬層受熱膨脹，進(jìn)而導(dǎo)致晶圓翹曲的問題，提聞了廣品的良率。
[0041]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種晶圓背面金屬化的方法，包括: 步驟A:對晶圓背面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨以平坦化； 步驟B:通過物理氣相沉積在所述晶圓背面形成金屬鈦層； 步驟C:在氮?dú)獾姆諊逻M(jìn)行物理氣相沉積，以在金屬鈦層表面形成氮化鎳層； 步驟D:在所述氮化鎳層表面通過物理氣相沉積形成金屬銀層，當(dāng)晶圓溫度到達(dá)預(yù)定溫度時(shí)停止沉積，并對晶圓進(jìn)行冷卻； 步驟E:循環(huán)執(zhí)行步驟D以使金屬銀層的厚度達(dá)到預(yù)定厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B、步驟C以及步驟D中使用離子鍍工藝沉積形成金屬鈦層、氮化鎳層以及金屬銀層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，執(zhí)行所述步驟A后晶圓的厚度為ΙΟΟμπι至 200 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟C中，氮?dú)饬髁繛?sCCm至15sccm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟D中，離子鍍的功率為1000W至3000W。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟D中采用通入氬氣對晶圓進(jìn)行冷卻，其中，気氣流量為IOOsccm至400sccm,通入時(shí)間為IOsec至40sec。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟D中，保持沉積金屬銀層后的晶圓溫度低于預(yù)定溫度，且不低于沉積金屬銀層時(shí)晶圓的起始溫度；其中，所述預(yù)定溫度為200攝氏度，起始溫度為100攝氏度。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK103811293SQ201210442362
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月7日
【發(fā)明者】張偉, 閆曉多, 麻冰欣, 劉杰, 歐陽東 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司