[发明专利]清洗用于混合接合的衬底表面的机制

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，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。

背景技术

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。发明内容

根据本发明的一个方面，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（TMAH）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（Al）、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。

根据本发明的另一方面，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℃至约400℃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。