[發明專利]清洗用于混合接合的襯底表面的機制

有效

• 申請號: 201310471415.2
• 申請日: 2013-10-10
• 公開（公告）號: CN104347349B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 陳升照;黃志輝;杜友倫;吳政達;蔡嘉雄;陳曉萌
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/60;H01L21/67
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司11409
• 代理人: 章社杲,孫征

技術領域

本發明涉及半導體領域，更具體地，涉及清洗用于混合接合的襯底表面的方法以及系統。

背景技術

半導體器件用于各種電子應用中，諸如，個人計算機、移動電話、數碼相機以及其他電子設備。通常通過在半導體襯底上方依次地沉積材料的絕緣層或介電層、導電層以及半導電層，并且使用光刻圖案化各種材料層，以在其上形成電路部件和元件來制造半導體器件。通常在單個半導體晶圓上制造很多集成電路，并且通過沿著劃線在集成電路之間劃片，將晶圓上的管芯單一化為個體管芯。例如通常以多芯片模塊或其他類型的封裝的方式將個體管芯獨立封裝。

半導體產業通過不斷減小最小特征尺寸來不斷提高各種電子部件（例如，晶體管、二極管、電阻器以及電容器等）的集成度，這使得更多的部件集成到給定的區域中。在一些應用中，這些較小電子部件還需要比過去的封裝占用更小面積的較小封裝。

三維集成電路（3DIC）是半導體封裝的最新發展，其中，多個半導體管芯相互堆疊，諸如，疊層封裝（PoP）和系統級封裝（SiP）封裝技術。通過將管芯放置在半導體晶圓級上的管芯上方制備一些3DIC。例如，由于位于堆疊的管芯之間的互連件的長度減小，使得3DIC具有提高的集成度和其他優勢（諸如較快的速度和較高的帶寬）。然而，3DIC存在很多挑戰。發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種清洗用于混合接合的半導體晶圓表面的方法，包括：提供半導體晶圓，半導體晶圓具有嵌入在絕緣層中的導電焊盤和形成在導電焊盤的表面上的金屬氧化物層；對半導體晶圓的表面實施等離子體工藝；在等離子體工藝之后，使用清洗液對半導體晶圓的表面實施清洗工藝，金屬氧化物層被還原，并且在導電焊盤的表面上形成金屬-氫鍵；以及在真空下，將半導體晶圓傳送至接合室以實施混合接合。

優選地，清洗液包括：檸檬酸、氫氟酸（HF）或氫氧化四甲基銨（TMAH）。

優選地，檸檬酸的濃度在約0.25%至約10%的范圍內。

優選地，氫氟酸（HF）的濃度在約0.1%至約0.5%的范圍內。

優選地，氫氧化四甲基銨（TMAH）的濃度在約0.25%至約0.5%的范圍內。

優選地，提供半導體晶圓還包括：在絕緣層中形成開口；形成擴散阻擋層以對開口加襯；以及在擴散阻擋層上形成導電材料以形成導電焊盤。

優選地，擴散阻擋層由鈦（Ti）、鉭（Ta）、氮化鈦（TiN）、氮化鉭（TaN）或氮化鋁（AlN）制成。

優選地，絕緣層由二氧化硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或未摻雜硅玻璃（USG）、摻磷氧化物（PSG）、摻硼氧化物（BSG）或摻硼磷氧化物（BPSG）制成。

優選地，導電焊盤包括由銅（Cu）、鋁（Al）、鎢（W）、鈦（Ti）或鉭（Ta）制成的導電材料。

優選地，實施等離子體工藝包括：將半導體晶圓的表面暴露于氬（Ar）或氮（N₂）中。

優選地，該方法還包括：在實施等離子體工藝之前，對半導體晶圓的表面實施化學機械拋光（CMP）工藝；以及在化學機械拋光工藝之后并且在實施等離子體工藝之前，實施后CMP清洗工藝。

優選地，實施等離子體工藝、實施清洗工藝，并且將半導體晶圓傳送至接合室都在集成系統中實施。

根據本發明的另一方面，提供了一種用于半導體晶圓的混合接合，包括：提供第一半導體晶圓和第二半導體晶圓，第一半導體晶圓和第二半導體晶圓均具有嵌入在絕緣層中的導電焊盤；分別對第一半導體晶圓的表面和第二半導體晶圓的表面實施等離子體工藝；使用清洗液分別對第一半導體晶圓的表面和第二半導體晶圓的表面實施清洗工藝；以及將第一半導體晶圓接合至第二半導體晶圓。

優選地，清洗液包括：檸檬酸、氫氟酸（HF）或氫氧化四甲基銨（TMAH）。

優選地，在約300℃至約400℃范圍內的溫度下，實施將第一半導體晶圓接合至第二半導體晶圓。

優選地，混合接合按照以下順序實施：對第一半導體晶圓實施等離子體工藝；在對第一半導體晶圓實施等離子體工藝之后，對第一半導體晶圓實施清洗工藝；在對第一半導體晶圓實施清洗工藝之后，將第一半導體晶圓傳送至混合接合室；在將第一半導體晶圓傳送至混合接合室之后，對第二半導體晶圓實施等離子體工藝；在對第二半導體晶圓實施等離子體工藝之后，對第二半導體晶圓實施清洗工藝；在對第二半導體晶圓實施清洗工藝之后，將第二半導體晶圓傳送至混合接合室；在將第二半導體晶圓傳送至混合接合室之后，將第一半導體晶圓接合至第二半導體晶圓。