清洗用于混合接合的衬底表面的机制制造技术

本发明专利技术提供了用于清洗用来混合接合的半导体晶圆表面的机制的实施例。一种用于清洗用来混合接合的半导体晶圆的表面方法包括：提供半导体晶圆，并且半导体晶圆具有嵌入在绝缘层中的导电焊盘。该方法还包括：对半导体晶圆的表面实施等离子体工艺，并且在导电结构的表面上形成金属氧化物。该方法还包括：使用清洗液实施清洗工艺，以与金属氧化物进行还原反应，使得在导电结构的表面上形成金属-氢键。该方法还包括：在真空下将半导体晶圆传送至接合室，以用于混合接合。本发明专利技术还提供了用于混合接合的机制和集成系统的实施例。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了用于清洗用来混合接合的半导体晶圆表面的机制的实施例。一种用于清洗用来混合接合的半导体晶圆的表面方法包括：提供半导体晶圆，并且半导体晶圆具有嵌入在绝缘层中的导电焊盘。该方法还包括：对半导体晶圆的表面实施等离子体工艺，并且在导电结构的表面上形成金属氧化物。该方法还包括：使用清洗液实施清洗工艺，以与金属氧化物进行还原反应，使得在导电结构的表面上形成金属-氢键。该方法还包括：在真空下将半导体晶圆传送至接合室，以用于混合接合。本专利技术还提供了用于混合接合的机制和集成系统的实施例。【专利说明】清洗用于混合接合的衬底表面的机制
本专利技术涉及半导体领域，更具体地，涉及清洗用于混合接合的衬底表面的方法以 及系统。
技术介绍
半导体器件用于各种电子应用中，诸如，个人计算机、移动电话、数码相机以及其 他电子设备。通常通过在半导体衬底上方依次地沉积材料的绝缘层或介电层、导电层以及 半导电层，并且使用光刻图案化各种材料层，以在其上形成电路部件和元件来制造半导体 器件。通常在单个半导体晶圆上制造很多集成电路，并且通过沿着划线在集成电路之间划 片，将晶圆上的管芯单一化为个体管芯。例如通常以多芯片模块或其他类型的封装的方式 将个体管芯独立封装。 半导体产业通过不断减小最小特征尺寸来不断提高各种电子部件(例如，晶体管、 二极管、电阻器以及电容器等）的集成度，这使得更多的部件集成到给定的区域中。在一些 应用中，这些较小电子部件还需要比过去的封装占用更小面积的较小封装。 三维集成电路（3DIC)是半导体封装的最新发展，其中，多个半导体管芯相互堆叠， 诸如，叠层封装（PoP)和系统级封装（SiP)封装技术。通过将管芯放置在半导体晶圆级上的 管芯上方制备一些3DIC。例如，由于位于堆叠的管芯之间的互连件的长度减小，使得3DIC 具有提高的集成度和其他优势(诸如较快的速度和较高的带宽)。然而，3DIC存在很多挑战。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种清洗用于混合接合的半导体晶圆表面的方 法，包括：提供半导体晶圆，半导体晶圆具有嵌入在绝缘层中的导电焊盘和形成在导电焊 盘的表面上的金属氧化物层；对半导体晶圆的表面实施等离子体工艺；在等离子体工艺之 后，使用清洗液对半导体晶圆的表面实施清洗工艺，金属氧化物层被还原，并且在导电焊盘 的表面上形成金属-氢键；以及在真空下，将半导体晶圆传送至接合室以实施混合接合。 优选地，清洗液包括：柠檬酸、氢氟酸（HF)或氢氧化四甲基铵（TMAH)。 优选地，柠檬酸的浓度在约0. 25%至约10%的范围内。 优选地，氢氟酸（HF)的浓度在约0· 1%至约0· 5%的范围内。 优选地，氢氧化四甲基铵（TMH)的浓度在约0. 25%至约0. 5%的范围内。 优选地，提供半导体晶圆还包括：在绝缘层中形成开口；形成扩散阻挡层以对开 口加衬；以及在扩散阻挡层上形成导电材料以形成导电焊盘。 优选地，扩散阻挡层由钛（Ti)、钽（Ta)、氮化钛（TiN)、氮化钽（TaN)或氮化铝 (AlN)制成。 优选地，绝缘层由二氧化硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或未掺杂硅玻璃（USG)、掺 磷氧化物（PSG)、掺硼氧化物（BSG)或掺硼磷氧化物（BPSG)制成。 优选地，导电焊盘包括由铜（Cu)、铝（A1)、钨（W)、钛（Ti)或钽（Ta)制成的导电材 料。 优选地，实施等离子体工艺包括：将半导体晶圆的表面暴露于氩（Ar)或氮（N2)中。 优选地，该方法还包括：在实施等离子体工艺之前，对半导体晶圆的表面实施化学 机械抛光（CMP)工艺；以及在化学机械抛光工艺之后并且在实施等离子体工艺之前，实施 后CMP清洗工艺。 优选地，实施等离子体工艺、实施清洗工艺，并且将半导体晶圆传送至接合室都在 集成系统中实施。 根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于半导体晶圆的混合接合，包括：提供第一 半导体晶圆和第二半导体晶圆，第一半导体晶圆和第二半导体晶圆均具有嵌入在绝缘层中 的导电焊盘；分别对第一半导体晶圆的表面和第二半导体晶圆的表面实施等离子体工艺； 使用清洗液分别对第一半导体晶圆的表面和第二半导体晶圆的表面实施清洗工艺；以及将 第一半导体晶圆接合至第二半导体晶圆。 优选地，清洗液包括：柠檬酸、氢氟酸（HF)或氢氧化四甲基铵（TMAH)。 优选地，在约300°C至约400°C范围内的温度下，实施将第一半导体晶圆接合至第 二半导体晶圆。 优选地，混合接合按照以下顺序实施：对第一半导体晶圆实施等离子体工艺；在 对第一半导体晶圆实施等离子体工艺之后，对第一半导体晶圆实施清洗工艺；在对第一半 导体晶圆实施清洗工艺之后，将第一半导体晶圆传送至混合接合室；在将第一半导体晶圆 传送至混合接合室之后，对第二半导体晶圆实施等离子体工艺；在对第二半导体晶圆实施 等离子体工艺之后，对第二半导体晶圆实施清洗工艺；在对第二半导体晶圆实施清洗工艺 之后，将第二半导体晶圆传送至混合接合室；在将第二半导体晶圆传送至混合接合室之后， 将第一半导体晶圆接合至第二半导体晶圆。 根据本专利技术的又一方面，提供了一种用于混合接合的集成系统，包括：等离子体 室，连接至传送室；清洗室，连接至传送室；以及混合接合室，连接至传送室，混合接合室被 配置为接合两个半导体晶圆以形成金属-金属接合和非金属-非金属接合。 优选地，该集成系统还包括：机械手，设置在传送室中，机械手被配置为将半导体 晶圆从等离子体室传送至清洗室，然后传送至混合接合室。 优选地，该集成系统还包括：清洗供应器，设置在清洗室中，清洗供应器被配置为 供给清洗液，以还原半导体晶圆的导电焊盘上的金属氧化物层并且在半导体晶圆的导电焊 盘上形成金属 -氢键。 优选地，在真空下实施将半导体晶圆从等离子体室传送至清洗室，然后传送至混 合接合室。 【专利附图】【附图说明】 为了更完整地理解本专利技术及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中 ： 图1示出了根据一些实施例的部分半导体晶圆的截面图； 图2示出了根据一些实施例的表示接合结构的截面图； 图3A至图3F示出了根据一些实施例的表示清洗用于混合接合的半导体晶圆表面 的多个阶段的截面图； 图4示出了根据一些实施例的用于混合接合的集成系统。 【具体实施方式】 应当理解，以下公开内容提供了用于实施本公开的不同特征的不同实施例或实 例。以下描述了部件和布置的具体实例，以简化本公开。当然，这些仅是实例，并不旨在限 制本专利技术。此外，在说明书中，在第二工艺之前实施第一工艺可以包括在第一工艺之后立即 实施第二工艺的实施例，还可以包括在第一和第二工艺之间实施额外工艺的实施例。为了 简单和清楚起见，可以按不同比例任意绘制各种部件。而且，在说明书中，在第二部件上方 或之上形成第一部件可以包括第一和第二部件以直接或间接接触的方式形成的实施例。相 同的参考数字代表类似的元件，并且为了简洁起见，不被重复。 混合接合是一种接合工艺，用于接合衬底以形成3DIC的。混合接合包括至少两种 类型的接合，诸如，金属-金属接合和非金属-非金属接合。 图1示出了根据一些本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种清洗用于混合接合的半导体晶圆表面的方法，包括：提供半导体晶圆，所述半导体晶圆具有嵌入在绝缘层中的导电焊盘和形成在所述导电焊盘的表面上的金属氧化物层；对所述半导体晶圆的表面实施等离子体工艺；在所述等离子体工艺之后，使用清洗液对所述半导体晶圆的表面实施清洗工艺，所述金属氧化物层被还原，并且在所述导电焊盘的表面上形成金属‑氢键；以及在真空下，将所述半导体晶圆传送至接合室以实施混合接合。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈升照，黄志辉，杜友伦，吴政达，蔡嘉雄，陈晓萌，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71