晶圆支撑结构及其形成方法技术

本发明专利技术涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆支撑结构及其形成方法。所述晶圆支撑结构包括：刚性基底；类金刚石镀膜层，位于所述刚性基底表面且掺杂有金属元素；所述类金刚石镀膜层背离所述刚性基底的表面用于承载半导体器件的衬底晶圆，且所述刚性基底的热膨胀系数小于所述衬底晶圆。本发明专利技术有效减少、甚至是抑制了衬底晶圆的形变。

Wafer Supporting Structure and Its Formation Method

The invention relates to the field of semiconductor manufacturing technology, in particular to a wafer support structure and its forming method. The wafer support structure includes: a rigid substrate; a diamond-like coating layer located on the rigid substrate surface and doped with metal elements; the diamond-like coating layer deviates from the rigid substrate surface for carrying the substrate wafer of semiconductor devices, and the thermal expansion coefficient of the rigid substrate is less than that of the substrate wafer. The invention effectively reduces or even suppresses the deformation of the substrate wafer.

【技术实现步骤摘要】
晶圆支撑结构及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种晶圆支撑结构及其形成方法。
技术介绍
随着平面型闪存存储器的发展，半导体的生产工艺取得了巨大的进步。但是最近几年，平面型闪存的发展遇到了各种挑战：物理极限、现有显影技术极限以及存储电子密度极限等。在此背景下，为解决平面闪存遇到的困难以及追求更低的单位存储单元的生产成本，各种不同的三维(3D)闪存存储器结构应运而生，例如3DNOR(3D或非)闪存和3DNAND(3D与非)闪存。其中，3DNAND存储器以其小体积、大容量为出发点，将储存单元采用三维模式层层堆叠的高度集成为设计理念，生产出高单位面积存储密度，高效存储单元性能的存储器，已经成为新兴存储器设计和生产的主流工艺。随着集成度的越来越高，3DNAND存储器已经从32层发展到64层、128层，甚至更高的层数。但是，在三维存储器的制造过程中，应力问题越来越凸显。应力的存在会导致形成三维存储器的晶圆或衬底出现形变、破裂、弯曲或者翘曲；而晶圆或衬底的形变、破裂、弯曲或者翘曲又会导致后续制程膜层沉积不均匀、光刻散焦、套刻偏移、未对准、图案失真、卡盘故障灯一系列问题，严重时甚至导致晶圆的滑落、破损、沉积膜层出现裂缝、剥离、污染等。因此，如何减小晶圆在制程过程中的形变，确保半导体器件的质量，是目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种晶圆支撑结构及其形成方法，用于减小晶圆在加工过程中的形变，确保半导体器件的质量。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种晶圆支撑结构，包括：刚性基底；类金刚石镀膜层，位于所述刚性基底表面且掺杂有金属元素；所述类金刚石镀膜层背离所述刚性基底的表面用于承载半导体器件的衬底晶圆，且所述刚性基底的热膨胀系数小于所述衬底晶圆。优选的，还包括：位于所述刚性基底与所述类金刚石镀膜层之间的第一过渡层，所述第一过渡层用于粘合所述刚性基底与所述类金刚石镀膜层。优选的，所述第一过渡层的材料为Ti、TiN、TiC、TiCN、TiAl、TiAlV中的一种或多种的组合。优选的，还包括：位于所述类金刚石镀膜层表面的第二过渡层，所述第二过渡层背离所述类金刚石镀膜层的表面用于承载所述衬底晶圆，以减小所述衬底晶圆与所述类金刚石镀膜层之间的热膨胀系数失配。优选的，所述第二过渡层包括沿所述刚性基底指向所述类金刚石镀膜层的方向依次叠置的非晶碳膜、碳化硅膜和多晶硅膜。优选的，还包括：位于所述第二过渡层表面的连接结构，用于与所述衬底晶圆连接。优选的，所述类金刚石镀膜层的厚度为大于0且小于或等于100μm。优选的，所述金属元素为Ti、W、Cr、Co、Mo、Sn、Zn、Ga、V中的一种或多种的组合。为了解决上述问题，本专利技术还提供了一种晶圆支撑结构的形成方法，包括如下步骤：提供一刚性基底；形成一掺杂有金属元素的类金刚石镀膜层于所述刚性基底表面，所述类金刚石镀膜层背离所述刚性基底的表面用于承载半导体器件的衬底晶圆，且所述刚性基底的热膨胀系数小于所述衬底晶圆。优选的，形成一掺杂有金属元素的类金刚石镀膜层于所述刚性基底表面的具体步骤包括：形成第一过渡层于所述刚性基底表面；形成一掺杂有金属元素的类金刚石镀膜层于所述第一过渡层表面，通过所述第一过渡层粘合所述刚性基底与所述类金刚石镀膜层。优选的，所述第一过渡层的材料为Ti、TiN、TiC、TiCN、TiAl、TiAlV中的一种或多种的组合。优选的，还包括如下步骤：形成第二过渡层于所述类金刚石镀膜层表面，所述第二过渡层背离所述类金刚石镀膜层的表面用于承载所述衬底晶圆，以减小所述衬底晶圆与所述类金刚石镀膜层之间的热膨胀系数失配。优选的，形成第二过渡层于所述类金刚石镀膜层表面的具体步骤包括：沉积非晶碳膜于所述类金刚石镀膜层表面；沉积碳化硅膜于所述非晶碳膜表面；沉积多晶硅膜于所述碳化硅膜表面。优选的，还包括如下步骤：形成连接结构于所述第二过渡层表面，所述连接结构用于与所述衬底晶圆键合。优选的，所述类金刚石镀膜层的厚度为大于0且小于或等于100μm。优选的，所述金属元素为Ti、W、Cr、Co、Mo、Sn、Zn、Ga、V中的一种或多种的组合。本专利技术提供的晶圆支撑结构及其形成方法，通过采用具有刚性基底的晶圆支撑结构来支撑衬底晶圆，同时控制所述刚性基底的热膨胀系数小于所述衬底晶圆，使得在所述衬底晶圆表面形成器件结构的过程中，有效减少、甚至是抑制衬底晶圆的形变，且不会对衬底晶圆的正面造成损伤，确保了具有所述衬底晶圆的半导体器件的质量，可以广泛应用于三维存储器的制造工艺。附图说明附图1是本专利技术具体实施方式中晶圆支撑结构的结构示意图；附图2是本专利技术具体实施方式中晶圆支撑结构的形成方法流程图；附图3A-3D是本专利技术具体实施方式在形成晶圆支撑结构的过程中主要的工艺截面示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术提供的晶圆支撑结构及其形成方法的具体实施方式做详细说明。半导体器件一般包括衬底晶圆和形成在衬底晶圆正面的器件结构。然而，在半导体器件的形成过程中，由于形成的器件层与衬底晶圆具有显著不同的热膨胀系数(CoefficientofThermalExpansion，CTE)，当对形成有器件层的所述衬底晶圆进行加热或者冷却处理时，器件层与衬底晶圆收缩或膨胀的速率不同，从而导致应力的出现。应力会引起所述衬底晶圆的形变，例如凹碗状形变(衬底晶圆朝向背面弯曲)、拱顶状形变(衬底晶圆朝向正面弯曲)或马鞍状形变。为了减小半导体制程过程中的应力产生，从而减小或者抑制衬底晶圆在半导体制程过程中的形变，当前主要采用两种方式进行处理：第一种方式是，在衬底晶圆的背面形成具有或者不具有图案的应力补偿膜，通过所述应力补偿膜来平衡所述衬底晶圆中的应力分布；第二种方式是，对衬底晶圆背面的特定区域进行离子、原子或者分子注入、激光退火或者加热等特殊处理，从而平衡所述衬底晶圆中的应力分布，在该种方式中所述衬底晶圆的背面可以具有或者不具有应力补偿膜。然而，第一种方式需要进行一系列复杂的工艺流程，例如在衬底晶圆的正面沉积保护膜、翻转晶圆、光刻、刻蚀、化学机械研磨、再次翻转晶圆等，在这些步骤进行过程中，衬底晶圆的正面不可避免的会受到损伤(例如划伤、颗粒物产生、膜层破坏等)；而且，当衬底晶圆背面沉积的应力补偿膜太厚或者太粗糙时，后续还会存在较大的剥离或者卡盘吸附失效的风险。第二种方式的特殊处理过程对工艺要求较高，例如需要准确控制注入元素的种类、剂量等；而且，多次翻转也会造成衬底晶圆正面的损伤；另外，经过特殊处理的衬底晶圆在半导体制程过程中，其应力分布难以持续保持平衡。为了解决上述问题，本具体实施方式提供一种晶圆支撑结构，附图1是本专利技术具体实施方式中晶圆支撑结构的结构示意图。如图1所示，本具体实施方式提供的晶圆支撑结构，包括：刚性基底10；类金刚石镀膜层11，位于所述刚性基底10表面且掺杂有金属元素；所述类金刚石镀膜层11背离所述刚性基底10的表面用于承载半导体器件的衬底晶圆12，且所述刚性基底10的热膨胀系数小于所述衬底晶圆12。具体来说，所述衬底晶圆12可以为用于形成3DNAND存储器的衬底。由于所述衬底晶圆12的材料通常为硅或硅化合物，因此，所述刚性基底10可以选用钢等金属或合金、类金刚石、蓝宝石(α-Al2O3)、6H-SiC、陶瓷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶圆支撑结构，其特征在于，包括：刚性基底；类金刚石镀膜层，位于所述刚性基底表面且掺杂有金属元素；所述类金刚石镀膜层背离所述刚性基底的表面用于承载半导体器件的衬底晶圆，且所述刚性基底的热膨胀系数小于所述衬底晶圆。

【技术特征摘要】
1.一种晶圆支撑结构，其特征在于，包括：刚性基底；类金刚石镀膜层，位于所述刚性基底表面且掺杂有金属元素；所述类金刚石镀膜层背离所述刚性基底的表面用于承载半导体器件的衬底晶圆，且所述刚性基底的热膨胀系数小于所述衬底晶圆。2.根据权利要求1所述的晶圆支撑结构，其特征在于，还包括：位于所述刚性基底与所述类金刚石镀膜层之间的第一过渡层，所述第一过渡层用于粘合所述刚性基底与所述类金刚石镀膜层。3.根据权利要求2所述的晶圆支撑结构，其特征在于，所述第一过渡层的材料为Ti、TiN、TiC、TiCN、TiAl、TiAlV中的一种或多种的组合。4.根据权利要求1所述的晶圆支撑结构，其特征在于，还包括：位于所述类金刚石镀膜层表面的第二过渡层，所述第二过渡层背离所述类金刚石镀膜层的表面用于承载所述衬底晶圆，以减小所述衬底晶圆与所述类金刚石镀膜层之间的热膨胀系数失配。5.根据权利要求4所述的晶圆支撑结构，其特征在于，所述第二过渡层包括沿所述刚性基底指向所述类金刚石镀膜层的方向依次叠置的非晶碳膜、碳化硅膜和多晶硅膜。6.根据权利要求4所述的晶圆支撑结构，其特征在于，还包括：位于所述第二过渡层表面的连接结构，用于与所述衬底晶圆连接。7.根据权利要求1所述的晶圆支撑结构，其特征在于，所述类金刚石镀膜层的厚度为大于0且小于或等于100μm。8.根据权利要求1所述的晶圆支撑结构，其特征在于，所述金属元素为Ti、W、Cr、Co、Mo、Sn、Zn、Ga、V中的一种或多种的组合。9.一种晶圆支撑结构的形成方法，其特征在于，包括如下步骤：提供一刚性基底；形成一掺杂有金属元素的类金刚石镀膜层于所述刚性基底表面，所述类金刚石镀膜层背...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖莉红，
申请(专利权)人：长江存储科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42