阅读说明：本技术 应力调整膜层的形成方法以及应力调整膜层 (Method for forming stress adjustment film layer and stress adjustment film layer ) 是由 徐文浩 宋月 陈松超 马春龙 张高升 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了一种应力调整膜层的形成方法以及应力调整膜层,其中,所述方法包括：在晶圆上沉积应力调整子膜层,所述应力调整子膜层为部分厚度的所述应力调整膜层；采用紫外光照射沉积的所述应力调整子膜层,以提高所述应力调整子膜层的张应力。(The embodiment of the invention discloses a forming method of a stress adjusting film layer and the stress adjusting film layer, wherein the method comprises the following steps: depositing a stress adjustment sub-film layer on the wafer, wherein the stress adjustment sub-film layer is the stress adjustment film layer with partial thickness; and irradiating the deposited stress adjusting sub-film layer by adopting ultraviolet light so as to improve the tensile stress of the stress adjusting sub-film layer.)

应力调整膜层的形成方法以及应力调整膜层

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种应力调整膜层的形成方法以及应力调整膜层。

背景技术

在半导体制备工艺中，晶圆衬底的平整度对于沉积、光刻等制程工艺有着至关重要的影响。为了控制晶圆的翘曲量(bow值)，目前在实际生产和工艺研发中通常在晶圆背面(晶背)沉积一层氮化硅(SiN)薄膜，以平衡晶圆的翘曲。相关技术中，高应力SiN薄膜往往通过相对较低温度制备得到，SiN薄膜存在沉积形成后应力偏低的问题，从而无法有效地改善晶圆的bow值。而目前提高晶圆背面SiN薄膜应力的主要方法，是通过沉积后进行高温热处理，让SiN薄膜中的反应残留物氢元素逸出，从而提升SiN薄膜的致密性以及硅氮的成键量，提高SiN薄膜的应力。

但是，高温热处理工序是在SiN薄膜沉积在晶圆背面后执行的，热处理过程中SiN薄膜应力的巨大变化容易造成SiN薄膜从晶圆背面剥离与脱落。因此，如何在提高SiN薄膜应力的同时，避免剥离与脱落问题成为本领域现阶段亟需解决的技术问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种应力调整膜层的形成方法以及应力调整膜层。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种应力调整膜层的形成方法，所述方法包括：

在晶圆上沉积应力调整子膜层，所述应力调整子膜层为部分厚度的所述应力调整膜层；

采用紫外光照射沉积的所述应力调整子膜层，以提高所述应力调整子膜层的张应力。

上述方案中，重复交替执行所述沉积应力调整子膜层的步骤以及所述采用紫外光照射的步骤，以在晶圆上形成所述应力调整膜层。

上述方案中，所述沉积应力调整子膜层的步骤以及所述采用紫外光照射的步骤的重复次数为2-20次。

上述方案中，所述采用紫外光照射的时长范围为0.5-2min。

上述方案中，所述采用紫外光照射的辐射强度范围为0.07-50mW/cm²。

上述方案中，所述采用紫外光照射沉积的所述应力调整子膜层，具体包括：

当在晶圆上沉积的所述应力调整子膜层的厚度为时，采用紫外光照射沉积的所述应力调整子膜层。

上述方案中，所述应力调整子膜层包括氮化硅层。

上述方案中，所述应力调整膜层形成在所述晶圆的背面。

本发明实施例还提供了一种应力调整膜层，所述应力调整膜层通过上述方案中任意一项所述的方法制备形成。

本发明实施例所提供的应力调整膜层的形成方法以及应力调整膜层，其中，所述方法包括：在晶圆上沉积应力调整子膜层，所述应力调整子膜层为部分厚度的所述应力调整膜层；采用紫外光照射沉积的所述应力调整子膜层，以提高所述应力调整子膜层的张应力。如此，通过紫外光照射在晶圆上沉积形成的应力调整子膜层，提高了所述应力调整子膜层的应力，有效地改善晶圆的bow值；由于紫外光照射方法可以实现在应力调整膜层的形成过程中提高膜层应力，因此在沉积部分厚度的应力调整膜层(即形成所述应力调整子膜层)时，就可以执行紫外光照射的工序，减小了膜层制成后再经受高温热处理时，温度条件对应力调整膜层的影响，从而降低了应力调整膜层剥离与脱落风险。

附图说明

图1为本发明实施例提供的应力调整膜层的形成方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的应力调整膜层的形成过程中装置结构剖面示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。

在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本发明必然存在第一元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明实施例提供了一种应力调整膜层的形成方法；具体请参见图1。如图所示，所述方法包括以下步骤：

步骤101、在晶圆上沉积应力调整子膜层，所述应力调整子膜层为部分厚度的所述应力调整膜层；

步骤102、采用紫外光照射沉积的所述应力调整子膜层，以提高所述应力调整子膜层的张应力。

可以理解地，本发明实施例提供的方法，通过紫外光照射在晶圆上沉积形成的应力调整子膜层，提高了所述应力调整子膜层的应力，有效地改善晶圆的bow值；由于紫外光照射方法可以实现在应力调整膜层的形成过程中提高膜层应力，因此在沉积部分厚度的应力调整膜层(即形成所述应力调整子膜层)时，就可以执行紫外光照射的工序，避免了膜层制成后再经受高温热处理时，温度条件对应力调整膜层的影响，从而降低了应力调整膜层剥离与脱落风险。

这里，所述应力调整膜层例如形成在所述晶圆的背面。晶圆背面是相对晶圆正面而言；一般地，晶圆具有正面和背面，所述正面用于形成半导体器件(例如，3D NAND存储器)；而在执行本实施例提供的方法中的步骤时，所述晶圆可以是未进行任何制程处理的晶圆，也可以是经过多道半导体处理工艺(例如镀膜、光刻、沉积、研磨等)处理后的半成品晶圆；所述背面是晶圆上与所述正面相对的表面。应当理解，所述应力调整膜层的形成位置不限于此，在本申请的其他实施例中，所述应力调整膜层也可以形成在所述晶圆的正面，以调整晶圆正面预设位置处的应力。

所述晶圆的材料可以包括以下至少一种：硅(Si)、锗(Ge)、锗硅(SiGe)、绝缘体上硅(Silicon On Insulator，SOI)、绝缘体上锗(Germanium On Insulator)等；在一具体实施方式中，所述晶圆为单晶硅晶圆。

在一具体实施例中，重复交替执行所述沉积应力调整子膜层的步骤以及所述采用紫外光照射的步骤，以在晶圆上形成所述应力调整膜层。图2为本发明实施例提供的应力调整膜层的形成过程中装置结构剖面示意图；如图所示，通过沉积和紫外光照射循环来实现制备高张应力的应力调整膜层。

当然，本申请实施例并不局限于此，本申请实施例中所述应力调整膜层可以至少通过两次沉积步骤形成，换言之，所述应力调整膜层至少包括两层应力调整子膜层；而所述应力调整膜层的形成过程中，包括至少一次在沉积步骤后，采用紫外光照射沉积的所述应力调整子膜层的步骤即可。

采用紫外光照射的所述应力调整子膜层可以为所述应力调整膜层中的任意一部分。例如，在一实施例中，所述方法包括：在晶圆上沉积第一应力调整子膜层；采用紫外光照射沉积的所述第一应力调整子膜层；在所述第一应力调整子膜层上沉积第二应力调整子膜层；对所述第二应力调整子膜层执行以下任意之一：不做任何处理、采用紫外光照射以提高其张应力、采用热处理以提高其张应力、采用紫外光照射及热处理以提高其张应力；在另一实施例中，所述方法可包括：在晶圆上沉积第一应力调整子膜层；采用热处理提高所述第一应力调整子膜层的张应力；在所述第一应力调整子膜层上沉积第二应力调整子膜层；采用紫外光照射沉积的所述第二应力调整子膜层。其中，所述第一应力调整子膜层及所述第二应力调整子膜层仅为举例说明，在沉积所述第一应力调整子膜层之前，可以已在所述晶圆上沉积其他应力调整子膜层，在沉积所述第二应力调整子膜层之后，还可以包括沉积其他应力调整子膜层的步骤。

所述应力调整膜层或所述应力调整子膜层的沉积工艺可以为化学气相沉积工艺；在一具体实施例中，通过等离子体增强化学气相沉积工艺(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition，PECVD)在晶圆背面沉积所述应力调整子膜层。具体地，如图2所示，将待形成应力调整膜层的晶圆放置在反应腔室内；所述沉积应力调整子膜层的步骤如左图所示，将含有膜层组成原子的气体形成为等离子体(Plasma)，利用等离子体的活性在晶圆背面沉积形成应力调整子膜层；所述采用紫外光照射的步骤如右图所示，将沉积部分应力调整膜层(即应力调整子膜层)的晶圆背面进行紫外光(UV)照射，以提高所述应力调整子膜层的张应力。

应当理解，所述沉积应力调整子膜层的步骤和所述采用紫外光照射的步骤可以在不同的装置内进行；但是，在本申请的优选实施例中，所述沉积应力调整子膜层的步骤和所述采用紫外光照射的步骤在同一装置的不同腔室内进行，或者在同一装置的不同位置上进行。

所述沉积应力调整子膜层的步骤以及所述采用紫外光照射的步骤的重复次数为2-20次。换言之，将相关技术中一次沉积形成晶圆背面应力调整膜层的工艺拆分为2-20次进行，沉积部分应力调整膜层后，执行一次紫外光照射，直至完全形成所需的应力调整膜层。

所述采用紫外光照射的时长范围为0.5-2min。在应力调整膜层的完整形成工艺中，紫外光照射的总时长在1-40min的范围内。

所述采用紫外光照射的辐射强度范围为0.07-50mW/cm²；功率范围例如为1000W-20000W。

所述采用紫外光照射沉积的所述应力调整子膜层，具体包括：当在晶圆上沉积的所述应力调整子膜层的厚度为

(埃)时，采用紫外光照射沉积的所述应力调整子膜层。

所述应力调整子膜层的材料可以选自本领域中常用的具有平衡、调整晶圆应力功能的材料。在一具体实施例中，所述应力调整子膜层包括氮化硅层。在其他实施例中，所述应力调整子膜层也可以包括氮氧化硅层等。

在此基础上，本发明实施例还提供了一种应力调整膜层，所述应力调整膜层通过上述方案中任意一项所述的方法制备形成。

在一具体实施例中，采用紫外光照射形成的所述应力调整子膜层的张应力可达1200MPa，远高于相关技术中沉积形成的应力调整膜层的张应力(约600MPa)；相关技术中，采用高温热处理工序提高沉积形成的应力调整膜层的张应力，虽然也可以使得其张应力提高到预设要求(比如1200MPa)，但是，应力的巨大变化极易造成应力调整膜层从晶圆背面剥离或脱落；而通过本申请实施例提供的所述方法形成的应力调整膜层，其张应力提高后膜层性质趋于稳定，应力不会再产生较大变化，因此，可以减小膜层制成后再经受高温热处理时，温度条件对应力调整膜层的影响，从而降低剥离与脱落风险。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。