用于半導(dǎo)體晶圓的混合接合系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于半導(dǎo)體晶圓的混合接合系統(tǒng)和方法。在一個實施例中，用于半導(dǎo)體晶圓的混合接合系統(tǒng)包括室和多個設(shè)置在該室內(nèi)的副室。機(jī)械夾持器設(shè)置在該室內(nèi)，適用于在多個副室之間移動室內(nèi)的多個半導(dǎo)體晶圓。多個副室包括：適用于從多個半導(dǎo)體晶圓去除保護(hù)層的第一副室，以及適用于在將多個半導(dǎo)體晶圓混合接合在一起之前激活多個半導(dǎo)體晶圓的頂面的第二副室。多個副室還包括適用于對準(zhǔn)多個半導(dǎo)體晶圓和將多個半導(dǎo)體晶圓混合接合在一起的第三副室。
【專利說明】用于半導(dǎo)體晶圓的混合接合系統(tǒng)及方法
[0001]相關(guān)申請的交叉參考:
[0002]本申請涉及以下共同待決和普通轉(zhuǎn)讓的專利申請，該專利申請的全部公開內(nèi)容通過引用結(jié)合到本文中:該申請序號為13/488,745，于2012年6月5日提交，標(biāo)題為“Three Dimensional Integrated Circuit Structures and Hybrid Bonding Methods forSemiconductor Wafers，，。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體晶圓的接合系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0004]半導(dǎo)體器件被使用在各種電子應(yīng)用中，諸如，個人計算機(jī)、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)，以及其他電子設(shè)備中。通常通過在半導(dǎo)體襯底上方連續(xù)地沉積絕緣或介電層、導(dǎo)電層、以及半導(dǎo)體材料層，并且使用光刻圖案化各種材料層從而形成電路部件及其上的元件來制造半導(dǎo)體器件。通常在單個半導(dǎo)體晶圓上制造有數(shù)十或數(shù)百個集成電路并且通過在兩個集成電路之間沿著切割線進(jìn)行切割來將晶圓上的各個管芯分離成單個的。通常是在例如，多芯片模式下或其他類型的封裝方式下分別封裝各個管芯。
[0005]半導(dǎo)體工業(yè)通過不斷減小最小部件尺寸而持續(xù)改進(jìn)了各種電子部件(例如，晶體管、二極管、電阻器、電容器等)的集成密度，其允許更多的部件集成到給定區(qū)域中。在一些應(yīng)用中，這些更小的電子部件也需要更小的封裝件，該封裝件與過去的封裝件相比利用更少的面積。
[0006]三維集成電路(3DIC)是半導(dǎo)體封裝的最新發(fā)展，在該封裝中多個半導(dǎo)體管芯彼此上下堆疊，諸如封裝件上封裝件(PoP)和封裝件中系統(tǒng)(SiP)封裝技術(shù)。例如，由于堆疊的管芯之間的互連長度得以減小，3DIC提供了改進(jìn)的集成密度和其他優(yōu)勢，諸如更快的速度和更高的帶寬。
[0007]混合接合是一種用于3DIC的接合工序，其中使用混合接合技術(shù)將兩個半導(dǎo)體晶圓接合到一起。在2012年6月5日提交的、序列號為13/488,745，標(biāo)題為“ThreeDimensional Integrated Circuit Structures and Hybrid Bonding Methods forSemiconductor Wafers”的專利申請中描述了一些形成3DIC的方法,該申請以其全部內(nèi)容作為參考結(jié)合到本文中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于半導(dǎo)體晶圓的混合接合系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:室；設(shè)置在所述室內(nèi)的多個副室；以及設(shè)置在所述室內(nèi)的機(jī)械夾持器，適用于在所述多個副室之間移動所述室內(nèi)的多個半導(dǎo)體晶圓，其中所述多個副室包括:適用于從所述多個半導(dǎo)體晶圓去除保護(hù)層的第一副室；適用于在將所述多個半導(dǎo)體晶圓混合接合在一起之前激活所述多個半導(dǎo)體晶圓的頂面的第二副室；以及適用于對準(zhǔn)所述多個半導(dǎo)體晶圓和將所述多個半導(dǎo)體晶圓混合接合在一起的第三副室。
[0009]在上述混合接合系統(tǒng)中，還包括適用于支撐多個第一半導(dǎo)體晶圓的第一加載端口，適用于支撐多個第二半導(dǎo)體晶圓的第二加載端口，以及適用于支撐多個已經(jīng)被所述系統(tǒng)混合接合到一起的第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓的第三加載端口，其中，所述第一加載端口、所述第二加載端口，以及所述第三加載端口設(shè)置在所述機(jī)械夾持器的附近。
[0010]在上述混合接合系統(tǒng)中，其中，所述系統(tǒng)包括單個平臺。
[0011]在上述混合接合系統(tǒng)中，其中，所述多個副室還包括第四副室，適用于在將所述多個半導(dǎo)體晶圓混合接合在一起之前清潔所述多個半導(dǎo)體晶圓。
[0012]在上述混合接合系統(tǒng)中，其中，所述多個副室還包括第四副室，適用于在將所述多個半導(dǎo)體晶圓混合接合在一起之前清潔所述多個半導(dǎo)體晶圓，其中，對于所述系統(tǒng)，在所述第四副室中清潔所述多個半導(dǎo)體晶圓和在所述第三副室中混合接合所述多個半導(dǎo)體晶圓之間的處理時間段包括大約30分鐘或小于30分鐘。
[0013]在上述混合接合系統(tǒng)中，其中，所述第一副室或所述第二副室包括用于所述多個半導(dǎo)體晶圓中的一個半導(dǎo)體晶圓的加熱的支撐件、與所述第一副室或所述第二副室連接的泵、清洗管線、和桶；其中，所述第一副室或所述第二副室還包括與所述桶連接的起泡器。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種用于半導(dǎo)體晶圓的混合接合方法，所述方法包括:在第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓的頂面上方形成保護(hù)層；將所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓置入室內(nèi)；從所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓的所述頂面的上方去除所述保護(hù)層；激活所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓的所述頂面；連接所述第二半導(dǎo)體晶圓的頂面與所述第一半導(dǎo)體晶圓的頂面；以及混合接合所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓；其中，在不將所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓從所述室移出的情況下，去除所述保護(hù)層，激活所述頂面，連接所述第二半導(dǎo)體晶圓的頂面和所述第一半導(dǎo)體晶圓的頂面，以及混合接合所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓。
[0015]在上述方法中，其中，去除所述保護(hù)層包括選自于基本上由暴露于酸、暴露于HC00H、暴露于HC1、熱分解、熱解吸、暴露于等離子體去除處理、暴露于紫外(UV)光、以及這些的組合所組成的組的方法。
[0016]在上述方法中，還包括在激活所述頂面之后，清潔所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓的所述頂面。
[0017]在上述方法中，還包括在激活所述頂面之后，清潔所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓的所述頂面，其中，在所述室內(nèi)的不同副室中分別去除所述保護(hù)層、激活所述頂面、以及清潔所述頂面。
[0018]在上述方法中，其中，在所述室內(nèi)的單個副室中連接所述第二半導(dǎo)體晶圓的所述頂面和所述第一半導(dǎo)體晶圓的所述頂面，并且混合接合所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓。
[0019]在上述方法中，其中，形成所述保護(hù)層包括形成選自于基本上由C、S1、H、以及這些的組合所構(gòu)成的組的材料。
[0020]在上述方法中，其中，形成所述保護(hù)層包括形成厚度為大約100?；蛐∮?00埃的材料，或者形成所述保護(hù)層包括形成單層材料。[0021]在上述方法中，其中，去除所述保護(hù)層或激活所述頂面還包括清潔所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓的所述頂面。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種用于半導(dǎo)體晶圓的混合接合方法，所述方法包括:提供第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓，所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓分別具有設(shè)置在晶圓頂面上的絕緣材料內(nèi)的多個導(dǎo)電焊盤；在所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓的頂面上方形成保護(hù)層；將所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓置入室內(nèi)；從所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓的所述頂面的上方去除所述保護(hù)層；激活所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓的所述頂面；清潔所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓的所述頂面；將所述第二半導(dǎo)體晶圓和所述第一半導(dǎo)體晶圓的所述頂面連接在一起；以及混合接合所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓，其中，混合接合所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓包括在所述第一半導(dǎo)體晶圓的絕緣材料和所述第二半導(dǎo)體晶圓的絕緣材料之間形成第一接合，以及在所述第一半導(dǎo)體晶圓的所述多個導(dǎo)電焊盤和所述第二半導(dǎo)體晶圓的所述多個導(dǎo)電焊盤之間形成第二接合；其中，在不將所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓從所述室移出的情況下，去除所述保護(hù)層，激活所述頂面，清潔所述頂面，將所述頂面連接在一起，以及混合接合所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓。
[0023]在上述方法中，其中，所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓的所述頂面包括形成在頂面上的氧化物材料，其中，去除所述保護(hù)層或激活所述頂面包括去除所述氧化物材料的一部分。
[0024]在上述方法中，其中，所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓的所述頂面包括形成在頂面上的氧化物材料，其中，去除所述保護(hù)層或激活所述頂面包括去除所述氧化物材料的一部分，其中，所述多個導(dǎo)電焊盤包括Cu或Cu合金，其中，去除所述氧化物材料的一部分包括去除CuOx。
[0025]在上述方法中，其中，清潔所述頂面包括選自于基本上由暴露于去離子(DI)H20、暴露于ΝΗ40Η、暴露于稀釋的氫氟酸(DHF)、暴露于酸、用刷子清潔、超聲波工序、旋轉(zhuǎn)工藝、暴露于紅外(IR)燈、以及這些的組合所組成的組的方法。
[0026]在上述方法中，其中，在小于大約30MPa的壓力下，或大約100至500攝氏度的溫度下混合接合所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓。
[0027]在上述方法中，其中，包括形成保護(hù)層和將所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓混合接合在一起之間的時間段的儲存(Q)時間大于大約I天。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]為了更全面地理解實施例及其優(yōu)勢，現(xiàn)將結(jié)合附圖所進(jìn)行的描述作為參考，其中:
[0029]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的半導(dǎo)體晶圓的一部分的截面圖；
[0030]圖2至圖5是截面圖，示出根據(jù)處于各個階段的實施例的晶圓與晶圓混合接合方法;
[0031]圖6示出根據(jù)實施例的用于將半導(dǎo)體晶圓混合接合到一起的單個平臺系統(tǒng)；
[0032]圖7示出根據(jù)實施例的圖6所示的系統(tǒng)的額外的部分；以及[0033]圖8是根據(jù)實施例使用混合接合工藝形成3DIC結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。
[0034]除非另有說明，不同附圖中的相應(yīng)標(biāo)號和符號通常指相應(yīng)部件。將附圖繪制成清楚地示出實施例的相關(guān)方面而不必須成比例繪制。
【具體實施方式】
[0035]下面，詳細(xì)討論本發(fā)明各實施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實現(xiàn)的可應(yīng)用的概念。所討論的具體實施例僅僅示出了制造和使用本發(fā)明的具體方式，而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0036]本公開的實施例涉及的是半導(dǎo)體器件的3DIC封裝。在此將描述用于半導(dǎo)體晶圓的新穎的混合接合系統(tǒng)和方法。
[0037]首先參考圖1，示出了根據(jù)本公開的實施例的半導(dǎo)體晶圓100的一部分的截面圖。使用根據(jù)本文的實施例的新穎的混合接合系統(tǒng)和工藝將兩個或多個半導(dǎo)體晶圓(諸如，所示的晶圓100)垂直地連接在一起。
[0038]半導(dǎo)體晶圓100包括工件102。工件102包括半導(dǎo)體襯底，其包括硅或其他半導(dǎo)體材料并且可以被例如絕緣層所覆蓋。工件102可以包括例如，位于單晶硅上方的氧化硅?？梢允褂没衔锇雽?dǎo)體，諸如，GaAs、InP、Si/Ge，或SiC來代替硅。工件102可以包括例如，絕緣體上硅(SOI)或絕緣體上鍺(GOI)襯底。
[0039]工件102可以包括接近工件102的頂面形成的器件區(qū)域104。器件區(qū)域104包括有源部件或電路，諸如，導(dǎo)電部件、注入?yún)^(qū)域、電阻器、電容器，以及其他半導(dǎo)體部件，例如，晶體管、二極管等。在一些實施例中，例如，在前段(FEOL)工藝中，器件區(qū)域104形成在工件102上方。如圖所示，工件102也可以包括具有導(dǎo)電材料的襯底通孔(TSV) 105，其提供從工件102的底面到頂面的連接。
[0040]在工件102上方，例如，在工件102的器件區(qū)域104上方形成金屬化結(jié)構(gòu)106。例如，在一些實施例中，在后段(BEOL)工藝中在工件102上方形成金屬化結(jié)構(gòu)106。金屬化結(jié)構(gòu)106包括導(dǎo)電部件，諸如，導(dǎo)線108、通孔110、以及形成在絕緣材料114中的導(dǎo)電焊盤112。導(dǎo)電焊盤112包括例如，形成在半導(dǎo)體晶圓100的頂面上的接觸焊盤或接合焊盤。一些通孔110將導(dǎo)電焊盤112與金屬化結(jié)構(gòu)106中的導(dǎo)線108相連接，而其他通孔110將接觸焊盤112與工件102的器件區(qū)域104相連接。通孔110也可以將不同金屬化層中的導(dǎo)線108連接在一起，未示出。導(dǎo)電部件可以包括通常使用在BEOL工藝中的導(dǎo)電材料，諸如，Cu、Al、W、T1、TiN、Ta、TaN，或多層或這些的組合。根據(jù)實施例，例如，最接近金屬化結(jié)構(gòu)106的頂面設(shè)置的導(dǎo)電焊盤112包括Cu或銅合金。所示出的金屬化結(jié)構(gòu)106僅僅用于說明目的:金屬化結(jié)構(gòu)106可以包括其他配置并且可以包括例如，一個或多個導(dǎo)線和通孔層。如其他實例那樣，一些半導(dǎo)體晶圓100可以具有三個導(dǎo)線和通孔層，或四個或四個以上導(dǎo)線和通孔層。
[0041]半導(dǎo)體晶圓100包括例如呈網(wǎng)格的多個半導(dǎo)體器件，這些器件包括工件102的部分和橫跨其表面形成的金屬化層106。例如，半導(dǎo)體器件包括管芯，每個管芯均可以在工件102的俯視圖中呈方形或矩形圖案的形狀。
[0042]圖2至圖5是截面圖，示出根據(jù)處于各個階段的實施例使兩個圖1所示的半導(dǎo)體晶圓100混合接合的方法。圖2示出了圖1所示的半導(dǎo)體晶圓100的一部分的更詳細(xì)的視圖，該半導(dǎo)體晶圓包括設(shè)置在金屬化結(jié)構(gòu)106的頂面上的兩個導(dǎo)電焊盤112。一些通孔110與導(dǎo)電焊盤112和導(dǎo)線108相連接。在一些實施例中，絕緣材料114包括SiO2，而導(dǎo)電焊盤112包括Cu?？蛇x地，絕緣材料114和導(dǎo)電焊盤112可以包括其他材料。
[0043]在一些實施例中，使用鑲嵌工藝來形成導(dǎo)電焊盤112，其中，絕緣材料114沉積在工件102上方，并且使用光刻圖案化絕緣材料114。用導(dǎo)電材料填充圖案化的絕緣材料114，并且使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝，蝕刻工藝，或這些的組合從絕緣材料114的頂面上去除導(dǎo)電材料的過量部分。在其他實施例中，可以沉積導(dǎo)電材料并使用光刻對其進(jìn)行圖案化，并可以在導(dǎo)電材料上方形成絕緣材料114，從而使用金屬蝕刻工藝形成導(dǎo)電焊盤112。然后使用CMP工藝、蝕刻工藝，或這些的組合去除導(dǎo)電焊盤112上方的過量絕緣材料114。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，在形成導(dǎo)電焊盤112之后，在半導(dǎo)體晶圓100的制造工藝幾近結(jié)束時實施CMP工藝。
[0045]如圖3所示，在形成和清潔導(dǎo)電焊盤112之后，在半導(dǎo)體晶圓100的頂面上方形成保護(hù)層116。保護(hù)層116包括絕緣材料，并且可以包括C、S1、H，和/或其組合。在一些實施例中，保護(hù)層116包括C、Si和H?？蛇x地，保護(hù)層116可以包括其他材料。保護(hù)層116包括適用于防止氧化物材料形成在第一和第二半導(dǎo)體晶圓的頂面上(例如，在導(dǎo)電焊盤112的頂面上)或緩和第一和第二半導(dǎo)體晶圓的頂面上(例如，在導(dǎo)電焊盤112的頂面上)的氧化物材料的材料。在一些實施例中，在清潔工藝之后，在導(dǎo)電焊盤112的頂面上可能形成小部分的氧化物材料108，而保護(hù)層116緩和氧化物材料108，從而使進(jìn)一步的氧化最小化并防止導(dǎo)電焊盤112受損。
[0046]在一些實施例中，使用與半導(dǎo)體晶圓100的頂面具有大于大約60度的接觸角的蒸汽型沉積工藝或疏水性工藝形成保護(hù)層116?？蛇x地，可以使用其他方法形成保護(hù)層116。保護(hù)層116包括大約100?；蚋〉暮穸?。可選地，保護(hù)層116可以包括其他尺寸。在一些實施例中，保護(hù)層116包括單層材料。
[0047]在一些實施例中，然后將半導(dǎo)體晶圓100儲存一段時間。例如，完成制造工藝之后，可以將半導(dǎo)體晶圓100放置在儲存的制造設(shè)備中或放置在架子上一段時間。由于防止或緩和導(dǎo)電焊盤112的頂面上形成氧化物材料的保護(hù)層116的存在，可以有利地延長半導(dǎo)體晶圓100的儲存時間。例如，在導(dǎo)電焊盤包括Cu或Cu合金的實施例中，保護(hù)層116防止在導(dǎo)電焊盤112的頂面上形成Cu氧化物。
[0048]當(dāng)要使用3DIC工藝將半導(dǎo)體晶圓100與另一個半導(dǎo)體晶圓100封裝在一起時，晶圓100被置入室142內(nèi)(圖3中未示出；見圖6，本文將進(jìn)一步進(jìn)行描述)中。如圖3和圖4所示，使用去除工藝119將保護(hù)層116從晶圓100的頂面上去除。去除工藝119可以包括:例如，將晶圓100暴露給酸，暴露給HC00H，暴露給HCI，熱分解，熱解吸附，暴露給等離子體去除處理，暴露給紫外(UV)光，或其組合?？蛇x地，去除工藝119可以包括其他類型的去除工藝。
[0049]在形成保護(hù)層116之前，根據(jù)制造環(huán)境(例如，由于Cu容易氧化)可以在最終制造步驟之后立即開始在導(dǎo)電焊盤112的頂面上形成氧化物材料118。氧化物材料118可以包括例如，通過將Cu導(dǎo)電焊盤112暴露于空氣中的氧而形成的氧化銅(CuOx)。例如，根據(jù)導(dǎo)電焊盤112的材料的類型，氧化物材料118可以包括其他材料。為了避免晶圓100之間的高電阻連接，將氧化物材料118從導(dǎo)電焊盤112的頂面去除對實現(xiàn)與另一個半導(dǎo)體晶圓100的高質(zhì)量混合接合是至關(guān)重要的。有利地，在一些實施例中，在用于從晶圓100的頂面上去除保護(hù)層116的去除工藝119期間去除部分或所有的氧化物材料118。在一些實施例中，去除工藝119也可以清潔晶圓100的頂面。在不將晶圓100從室142移出的情況下執(zhí)行保護(hù)層116的去除工藝119，從而避免在導(dǎo)電焊盤112的頂面上形成任何額外的氧化物材料 118。
[0050]然后，如圖4所示，使用激活工藝120來激活晶圓100的頂面。例如，在一些實施例中，激活工藝120包括利用等離子體，在小于大約1000瓦特的功率密度下激活晶圓100的頂面?？蛇x地，可以使用其他方法和功率水平。晶圓100的頂面的表面粗糙度基本上不會被激活工藝120改變，并且在一個實施例中可以包括小于大約5埃的均方根(RMS)。在一些實施例中，激活工藝120還可以清潔晶圓100的頂面。在一些實施例中，例如，如果任何氧化物材料118在保護(hù)層116的去除工藝119之后仍殘留在接觸焊盤112的頂面上的話，可以在激活工藝120期間去除部分或所有的殘留的氧化物材料118。為了避免在導(dǎo)電焊盤112的頂面上形成任何額外的氧化物材料118，在去除工藝119之后，在不將晶圓100從室142移出的情況下執(zhí)行激活工藝120。
[0051]在一些實施例中，在激活工藝120之后，可以清潔晶圓100。該清潔工藝可以包括例如，暴露于去離子(DI)H2O,暴露于NH4OH,暴露于稀釋的氫氟酸(DHF)(例如，在小于大約I %的HF酸濃度下)，暴露于其他酸,帶有刷子的清潔工藝,超聲波工序(mega-sonicprocedure),旋轉(zhuǎn)工序,暴露于紅外線(IR)燈,或這些的組合,然而可選地,該清潔工藝可以包括其他類型的清潔工藝。在一些實施例中，該清潔工藝提高了晶圓100的頂面上(例如，導(dǎo)電焊盤112的頂面上)的羥基密度。例如，導(dǎo)電焊盤112上的羥基密度的提高有利地增強(qiáng)了接合強(qiáng)度和降低了混合接合工藝所需的退火溫度。在不將晶圓100從室142移出的情況下再次執(zhí)行清潔工藝，從而避免任何額外的氧化物材料118形成在導(dǎo)電焊盤112的頂面上。
[0052]例如，采用去除工藝119、激活工藝120以及清潔工藝來處理晶圓100的用于與另一個晶圓100混合接合的頂面，從而使得晶圓100盡可能干凈以便在兩個或多個晶圓100之間形成高質(zhì)量的混合接合。去除工藝119、激活工藝120，以及清潔工藝有助于兩個或多個晶圓100的混合接合，有利地允許在后續(xù)的混合接合工藝中使用低壓和低溫。去除工藝119、激活工藝120和/或清潔工藝可以被用于去除部分或所有的氧化物材料118。為了減少包括CuOx的氧化物材料118，選擇化學(xué)反應(yīng)作為去除工藝119、激活工藝120和/或清潔工藝的部分的想法可以包括以下反應(yīng)，例如:
[0053]Cu0+HC00H — Cu (C00H) 2+H20 ；
[0054]Cu (HCOOH) 2 — Cu+C02+H2 ；或
[0055]Cu0+H2 — Cu+H20.[0056]在清潔工藝之后，然后在不將晶圓100從室142移出的情況下，將圖4所示的晶圓100與另一個晶圓100混合接合。圖5示出了兩個半導(dǎo)體晶圓IOOa和100b，使用混合接合工藝通過將一個半導(dǎo)體晶圓IOOb的頂面與另一個半導(dǎo)體晶圓IOOa的頂面相連接而混合來將這兩個半導(dǎo)體晶圓混合接合在一起。這些晶圓包括第一半導(dǎo)體晶圓IOOa和第二半導(dǎo)體晶圓100b，使用本文所述的用于圖1至圖4所示的晶圓100的步驟來處理上述半導(dǎo)體晶圓。第二半導(dǎo)體晶圓IOOb的頂面與第一半導(dǎo)體晶圓IOOa的頂面相連接。第二半導(dǎo)體晶圓IOOb是顛倒的，即，例如，由圖4所示的視圖旋轉(zhuǎn)90度所得。
[0057]如圖5所示，通過將第二半導(dǎo)體IOOb上的導(dǎo)電焊盤112b與第一半導(dǎo)體晶圓IOOa上的導(dǎo)電焊盤112a相對準(zhǔn)來實現(xiàn)第二半導(dǎo)體晶圓IOOb與第一半導(dǎo)體晶圓IOOa的接合?？梢允褂美?，光學(xué)探測來實現(xiàn)晶圓IOOa和IOOb的對準(zhǔn)。第二半導(dǎo)體晶圓IOOb的絕緣材料114b的頂面也可以與第一半導(dǎo)體晶圓IOOa的絕緣材料114a的頂面相對準(zhǔn)。
[0058]在晶圓IOOa和IOOb的對準(zhǔn)工藝之后，如圖5所示，通過施加壓力124和熱126來將晶圓IOOa和IOOb混合接合在一起。例如，施加的壓力124可以包括小于約30Mpa的壓力，施加的熱量126可以包括在大約100至500攝氏度的溫度下的退火工藝，然而可選地可以將其他數(shù)量的壓力124和熱量126用于混合接合工藝。例如，在一些實施例中，在退火工藝之后導(dǎo)電焊盤112的Cu的晶粒尺寸可以包括大約0.1至5 μ m，接合強(qiáng)度為大于約1.0J/m2。可以在N2氛、Ar氛、He氛、(大約4至10% H2) / (大約90至96%惰性氣體或N2)氛、惰性混合氣體氛，這些的組合，或其他類型的氛圍下執(zhí)行該混合接合工藝。例如，在一些實施例中，室142中的周圍環(huán)境包括少量的或不包括O2，從而防止導(dǎo)電焊盤112a和112b在混合接合工藝之前或期間受到氧化。
[0059]混合接合工藝得到了接合132，該接合形成在第一和第二半導(dǎo)體晶圓IOOa和IOOb各自的絕緣材料114a和114b之間。接合134也形成在第一和第二半導(dǎo)體晶圓IOOa和IOOb各自的導(dǎo)電焊盤112a和112b之間。接合132包括非金屬與非金屬接合，而接合134包括金屬與金屬接合。例如，混合接合工藝的部分可以包括形成非金屬與非金屬接合132的熔融工藝，混合接合工藝的部分可以包括形成金屬與金屬接合134的銅與銅接合工藝。術(shù)語“混合”是指使用單次接合工藝形成兩種不同類型的接合132和134，而不是像例如，其他類型的晶圓與晶圓接合工藝中所實踐的那樣僅形成一種類型的接合132或134。
[0060]所得到的、圖5中所示的3DIC結(jié)構(gòu)130包括堆疊的和接合的第一和第二半導(dǎo)體晶圓IOOa和100b。然后，沿著在俯視圖中被布置成網(wǎng)格狀的切割線128切割第一和第二半導(dǎo)體晶圓IOOa和100b，并且將晶圓IOOa和IOOb上的封裝的3DIC半導(dǎo)體器件彼此分開(未示出)。
[0061]圖6示出根據(jù)實施例的用于將半導(dǎo)體晶圓100、IOOa和IOOb混合接合到一起的單個平臺系統(tǒng)140。系統(tǒng)140包括室142，在其中使用本文所述的工藝混合接合半導(dǎo)體晶圓IOOUOOa和100b。機(jī)械夾持器144被設(shè)置在該室內(nèi)用于將半導(dǎo)體晶圓IOOUOOa和IOOb移動到理想位置，從而在室140的內(nèi)部和外部進(jìn)行加工。在室140內(nèi)設(shè)置多個副室146、148、150和152。在機(jī)械夾持器144附近設(shè)置有多個處在室140外部的端口 154、156和158。端口 154、156和158為半導(dǎo)體晶圓100、IOOa和IOOb進(jìn)出室140提供入口和出口。
[0062]端口 154包括適用于支撐多個第一半導(dǎo)體晶圓IOOa的第一加載端口，而端口 156包括用于支撐多個第二半導(dǎo)體晶圓IOOb的第二加載端口，該第二半導(dǎo)體晶圓將與第一半導(dǎo)體晶圓IOOa混合接合。端口 154和156包括在混合接合工藝開始時放置和堆疊一個或多個上面具有保護(hù)層116的晶圓IOOa和IOOb的位置。機(jī)械夾持器144將一個半導(dǎo)體晶圓IOOa從端口 154移動到室142中，并且通過室142進(jìn)入到副室146中。副室146包括適用于將保護(hù)層116從半導(dǎo)體晶圓IOOa上去除的副室；例如，副室146包括端口和與其相連的線，其中，為了進(jìn)行處理，可以使適合的化學(xué)藥品和氣體進(jìn)入到副室146中。在實施例中，副室146包括烘烤室。使用本文所述的去除工藝119來將保護(hù)層116從晶圓IOOa去除，然后機(jī)械夾持器144將晶圓IOOa移動到下一個副室148中，該副室適用于激活晶圓IOOa的頂面。在一個實施例中，副室148包括等離子體室。在副室148中激活晶圓IOOa的頂面，并且機(jī)械夾持器144將晶圓IOOa移動到下一個副室150中，該副室適用于清潔晶圓100a。在一個實施例中，副室150包括清潔晶圓的清潔模塊。在副室150中清潔晶圓100a，并且機(jī)械夾持器144將晶圓IOOa移動到下一個副室152中，該副室用于使第一半導(dǎo)體晶圓IOOa與第二半導(dǎo)體晶圓IOOb對準(zhǔn)和混合接合。在一些實施例中，副室152包括晶圓與晶圓對準(zhǔn)和接合模塊。
[0063]然后，與第一半導(dǎo)體晶圓IOOa的處理同時地或相繼地，在將第二半導(dǎo)體晶圓IOOb之一從端口 156移入到室142中之后，通過機(jī)械夾持器144和各個副室146、148和150如上述處理第一半導(dǎo)體晶圓IOOa那樣處理第二半導(dǎo)體晶圓100b。在副室150中對第二半導(dǎo)體晶圓IOOb進(jìn)行清潔之后，晶圓IOOb也被移入到副室152中，并且將第一和第二晶圓IOOa和IOOb對準(zhǔn)和混合接合在一起。在混合接合工藝之后，混合接合的晶圓130 (見圖5)被機(jī)械夾持器144移至端口 158，該端口包括用于支撐多個已使用系統(tǒng)140接合在一起的第一和第二半導(dǎo)體晶圓IOOa和IOOb的負(fù)載接口。例如，在一個實施例中，負(fù)載接口 158可以包括堆疊組(stacking lot)。
[0064]根據(jù)一些實施例，在獨(dú)立的副室146中去除保護(hù)層116，在獨(dú)立的副室148中激活晶圓100、100a和IOOb的頂面，并且在獨(dú)立的副室150中清潔晶圓100、100a和IOOb的頂面。根據(jù)其他實施例，第二半導(dǎo)體晶圓IOOb的頂面與第一半導(dǎo)體晶圓IOOa連接和對準(zhǔn)，并且在室140內(nèi)的單個副室152內(nèi)執(zhí)行晶圓IOOa和IOOb的混合接合工藝。例如，在一些實施例中，使用光學(xué)系統(tǒng)執(zhí)行晶圓IOOa和IOOb的對準(zhǔn)，該光學(xué)系統(tǒng)包括可在大約300nm至大約750nm操作的可視光范圍系統(tǒng)，可在大約800nm至IOOOnm工作的紅外(IR)光范圍系統(tǒng)，反射(IR)系統(tǒng)，或其組合?？蛇x地也可以使用其他類型的光學(xué)對準(zhǔn)系統(tǒng)對準(zhǔn)晶圓IOOa和IOOb0光學(xué)對準(zhǔn)系統(tǒng)可以設(shè)置在例如，副室152中或副室152附近。
[0065]混合接合系統(tǒng)140有利地包括單個平臺，其中，多個晶圓IOOa和IOOb在未暴露于氧或最小限度地暴露于氧的情況下，在一個室142中進(jìn)行混合接合，從而避免了隨著晶圓IOOa和IOOb在各個副室146、148、150和152之間的運(yùn)動在導(dǎo)電焊盤112上形成氧化物材料118，從而得到具有高質(zhì)量混合接合的混合接合的晶圓130，例如之前本文關(guān)于圖5所述的晶圓IOOa和IOOb的絕緣材料114a和Ilb之間的接合132，以及其導(dǎo)電焊盤112a和112b之間的接合134。在一些實施例中，系統(tǒng)140在副室150中清潔多個半導(dǎo)體晶圓與在副室152中混合接合多個半導(dǎo)體晶圓之間的處理時間段約為，例如，30分鐘或更少，從而進(jìn)一步降低了形成氧化物材料118的風(fēng)險。
[0066]圖7不出根據(jù)一個實施例的圖6所不系統(tǒng)140的額外部分。不出了具有多個部件的實例，這些部件能夠與副室146、148、150或152連接，從而使用副室146、148、150或152在晶圓100、IOOa和IOOb上執(zhí)行所需的處理。示出了可以與用于去除保護(hù)層116的副室146相連接或與用于激活晶圓100的頂面的副室148相連接的部件的實例。副室146或148包括加熱的支撐件170，該支撐件用于支撐和加熱半導(dǎo)體晶圓100。清洗管線172與副室146或148相連接，而包括適用于存儲處理晶圓100所需的酸162或其他化學(xué)藥劑的容器或器皿的桶160通過管線168與副室146或148相連接。酸162通過管線164進(jìn)入到桶160中。泵176通過管線174與副室146或148相連接。泵176被用于使用管線178在晶圓100的處理過程中去除殘留物。管線172、164、168、174和178可以包括例如，管道或軟管。在一些實施例中，根據(jù)所使用的化學(xué)藥品和工藝，桶160可以具有與其相連接的起泡器166。
[0067]圖8示出了根據(jù)一個實施例使用混合接合工藝形成3DIC結(jié)構(gòu)130的方法的流程圖180。在步驟182中，在第一半導(dǎo)體晶圓IOOa和第二半導(dǎo)體晶圓IOOb的頂面上方形成了保護(hù)層116。然后，在混合接合工藝之前將晶圓IOOa和IOOb儲存一段時間。在步驟184中，將第一和第二半導(dǎo)體晶圓IOOa和IOOb放置到室142中。在步驟186中，在室142中的副室146中將保護(hù)層116從第一和第二半導(dǎo)體晶圓IOOa和IOOb的頂面上去除。在步驟188中，在室142中的副室148中，在不將第一和第二半導(dǎo)體晶圓IOOa和IOOb從室142移出的情況下激活第一和第二半導(dǎo)體晶圓IOOa和IOOb的頂面。也可以在室142中的副室150中清潔第一和第二半導(dǎo)體晶圓IOOa和IOOb (未示出)。在一些實施例中，可以不需要清潔步驟和清潔副室150 ;例如，可以使用用于保護(hù)層116的去除工藝119和激活工藝120來充分地清潔晶圓IOOa和100b。在步驟190中，在副室152中，在不將第一和第二半導(dǎo)體晶圓IOOa和IOOb從室142移出的情況下將第二半導(dǎo)體晶圓IOOb的頂面與第一半導(dǎo)體晶圓IOOa的頂面相連接。在步驟192中，在副室152中，在不將第一和第二半導(dǎo)體晶圓IOOa和IOOb從室142移出的情況下將第一和第二半導(dǎo)體IOOa和IOOb混合接合在一起。
[0068]使用本文所描述的方法可以將三個或三個以上半導(dǎo)體晶圓100、IOOa和IOOb垂直地堆疊和混合接合在一起。工件102的TSV 105的暴露的端部(見圖1)可以與例如，另一個半導(dǎo)體晶圓IOOUOOa和IOOb上的導(dǎo)電焊盤112相連接?？蛇x地，作為另一個實施例，可以在TSV 105的暴露的端部上方形成額外的包括導(dǎo)電焊盤112的連接層，其可以被用于混合接合另一個晶圓IOOUOOa和100b。
[0069]使用本文所述的混合接合工藝將第二半導(dǎo)體晶圓IOOb上的一個或多個半導(dǎo)體器件與第一半導(dǎo)體晶圓IOOa上的每個半導(dǎo)體器件混合接合。半導(dǎo)體晶圓100、IOOa和IOOb上的半導(dǎo)體器件可以包括以下器件類型，諸如，半導(dǎo)體管芯、電路、光電二極管、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件、生物傳感器件、互補(bǔ)金屬氧化物(CMOS)器件、數(shù)字圖像傳感器、專用集成電路(ASIC)器件，或這些組合。如一個實例，一個半導(dǎo)體晶圓IOOa可以包括多個管芯，每個管芯均包括處理器，而其他的半導(dǎo)體晶圓IOOb則可以包括與處在其他半導(dǎo)體晶圓IOOa上的每個處理器相連接或封裝在一起的一個或多個存儲器件。在其他實施例中，一個半導(dǎo)體晶圓IOOb可以包括數(shù)字圖像傳感器，其包括多個形成在其上的光電二極管，作為另一個實例，其他的半導(dǎo)體晶圓IOOa可以包括其上具有支撐電路用于數(shù)字圖像傳感器的管芯。支撐電路可以包括例如，ASIC器件。在其他實施例中，可以使用一個晶圓IOOb來增強(qiáng)另一個晶圓IOOa中的光敏性。根據(jù)本文的實施例，取決于應(yīng)用，使用本文所描述的新穎的混合接合方法將半導(dǎo)體晶圓100、IOOa和IOOb的其他類型組合以及半導(dǎo)體器件一起封裝在3DIC結(jié)構(gòu)中。
[0070]本發(fā)明的實施例包括混合接合半導(dǎo)體晶圓從而形成3DIC結(jié)構(gòu)130的方法，還包括用于執(zhí)行本文所描述的混合接合方法的系統(tǒng)140。在一些實施例中，第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓的多個導(dǎo)電焊盤包括Cu，而第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓的絕緣材料包括SiO2，其中，本文所描述的混合接合方法包括Cu/Si02晶圓級混合接合工藝。
[0071]本發(fā)明的實施例的優(yōu)勢包括提供了新穎的混合接合方法和系統(tǒng)140，其為3DIC提供高質(zhì)量混合接合。該新穎的方法和系統(tǒng)140能夠去除保護(hù)層116并在單個平臺中的混合接合工序中減少氧化物材料118在導(dǎo)電焊盤112上的形成。將混合接合工藝集成到單個平臺中降低了經(jīng)營成本(CoO)。保護(hù)層116使導(dǎo)電焊盤112表面絕緣并且還防止或緩和氧化物材料118的形成。保護(hù)層116能夠延長儲存時間(Q)，該儲存時間包括形成保護(hù)層116和將晶圓100混合接合在一起之間的時間段。通過本發(fā)明的實施例可有利地實現(xiàn)例如，大于大約I天(例如，幾周或幾個月或更長時間)的Q ;因此在混合接合工序中消除了 Q時間縮短的憂慮。新穎的混合接合方法和系統(tǒng)140通過減少或消除導(dǎo)電焊盤112a和112b之間的氧化物層118來降低導(dǎo)電焊盤112a和112b的接合的接觸電阻。
[0072]在混合接合工藝中實現(xiàn)了高精度地對準(zhǔn)晶圓IOOa和100b。由于氧化物材料118的量的減少以及晶圓IOOa和IOOb的被高度激活和清潔的頂面，可以使用更小的力、壓力124和熱量126來混合接合晶圓IOOa和100b，從而防止對晶圓IOOa和IOOb上的半導(dǎo)體器件施加機(jī)械和熱應(yīng)力并防止其變形。本文所描述的混合接合方法有利地與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝和材料兼容。可以輕易地在半導(dǎo)體制造和封裝工藝流程和加工設(shè)備中實施該新穎的混合接合方法和系統(tǒng)140。
[0073]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一種半導(dǎo)體晶圓的混合接合系統(tǒng)包括室和多個設(shè)置在該室內(nèi)的副室。機(jī)械夾持器設(shè)置在室內(nèi)，適用于在該室內(nèi)，在多個副室之間移動多個半導(dǎo)體晶圓。多個副室包括:適用于從多個半導(dǎo)體晶圓去除保護(hù)層的第一副室，以及適用于將多個半導(dǎo)體晶圓混合接合在一起之前激活多個半導(dǎo)體晶圓的頂面的第二副室。多個副室還包括適用于對準(zhǔn)多個半導(dǎo)體晶圓和將多個半導(dǎo)體晶圓混合接合在一起的第三副室。
[0074]根據(jù)另一個實施例，一種用于半導(dǎo)體晶圓的混合接合方法包括:在第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓的頂面上方形成保護(hù)層，以及將第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓置入室內(nèi)。從第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓的頂面上方去除保護(hù)層，以及激活第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓的頂面。該方法包括將第二半導(dǎo)體晶圓的頂面與第一半導(dǎo)體晶圓的頂面相接合，以及混合接合第一半導(dǎo)體晶圓與第二半導(dǎo)體晶圓。在不將第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓從室移出的情況下，去除保護(hù)層，激活頂面，連接第二半導(dǎo)體晶圓的頂面和第一半導(dǎo)體晶圓的頂面，以及混合接合第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓。
[0075]根據(jù)又一個實施例，一種用于半導(dǎo)體晶圓的混合接合方法包括:提供第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓，第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓各自具有多個設(shè)置在其頂面上的絕緣材料內(nèi)的導(dǎo)電焊盤。在第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓的頂面上方形成保護(hù)層，并且將第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓置入室內(nèi)。從第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓的頂面上方去除保護(hù)層，以及激活第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓的頂面。清潔第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓的頂面，以及將第二半導(dǎo)體晶圓和第一半導(dǎo)體晶圓的頂面連接在一起。將第一半導(dǎo)體晶圓與第二半導(dǎo)體晶圓混合接合。混合接合第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓包括在第一半導(dǎo)體晶圓的絕緣材料和第二半導(dǎo)體晶圓的絕緣材料之間形成第一接合，以及在第一半導(dǎo)體晶圓的多個導(dǎo)電焊盤和第二半導(dǎo)體晶圓的多個導(dǎo)電焊盤之間形成第二接合。在不將第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓從室移出的情況下，去除保護(hù)層，激活頂面，清潔頂面，將頂面連接在一起，以及混合接合第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓。
[0076]盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明及其優(yōu)勢，但應(yīng)該理解，可以在不背離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明主旨和范圍的情況下，做各種不同的改變，替換和更改。例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易理解，處在本公開的范圍內(nèi)可以對在此所描述的多種部件、功能、工藝、以及材料進(jìn)行改變。而且，本申請的范圍并不僅限于本說明書中描述的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，通過本發(fā)明，現(xiàn)有的或今后開發(fā)的用于執(zhí)行與根據(jù)本發(fā)明所采用的所述相應(yīng)實施例基本相同的功能或獲得基本相同結(jié)果的工藝、機(jī)器、制造，材料組分、裝置、方法或步驟根據(jù)本發(fā)明可以被使用。因此，所附權(quán)利要求應(yīng)該包括在這樣的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于半導(dǎo)體晶圓的混合接合系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 室; 設(shè)置在所述室內(nèi)的多個副室；以及 設(shè)置在所述室內(nèi)的機(jī)械夾持器，適用于在所述多個副室之間移動所述室內(nèi)的多個半導(dǎo)體晶圓，其中所述多個副室包括:適用于從所述多個半導(dǎo)體晶圓去除保護(hù)層的第一副室；適用于在將所述多個半導(dǎo)體晶圓混合接合在一起之前激活所述多個半導(dǎo)體晶圓的頂面的第二副室；以及適用于對準(zhǔn)所述多個半導(dǎo)體晶圓和將所述多個半導(dǎo)體晶圓混合接合在一起的第三副室。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合接合系統(tǒng)，還包括適用于支撐多個第一半導(dǎo)體晶圓的第一加載端口，適用于支撐多個第二半導(dǎo)體晶圓的第二加載端口，以及適用于支撐多個已經(jīng)被所述系統(tǒng)混合接合到一起的第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓的第三加載端口，其中，所述第一加載端口、所述第二加載端口，以及所述第三加載端口設(shè)置在所述機(jī)械夾持器的附近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合接合系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括單個平臺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合接合系統(tǒng)，其中，所述多個副室還包括第四副室，適用于在將所述多個半導(dǎo)體晶圓混合接合在一起之前清潔所述多個半導(dǎo)體晶圓。
5.一種用于半導(dǎo)體晶圓的混合接合方法，所述方法包括: 在第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓的頂面上方形成保護(hù)層； 將所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓置入室內(nèi)； 從所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓的所述頂面的上方去除所述保護(hù)層； 激活所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓的所述頂面； 連接所述第二半導(dǎo)體晶圓的頂面與所述第一半導(dǎo)體晶圓的頂面；以及 混合接合所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓； 其中，在不將所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓從所述室移出的情況下，去除所述保護(hù)層，激活所述頂面，連接所述第二半導(dǎo)體晶圓的頂面和所述第一半導(dǎo)體晶圓的頂面，以及混合接合所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，去除所述保護(hù)層包括選自于基本上由暴露于酸、暴露于HCOOH、暴露于HC1、熱分解、熱解吸、暴露于等離子體去除處理、暴露于紫外(UV)光、以及這些的組合所組成的組的方法。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括在激活所述頂面之后，清潔所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓的所述頂面。
8.一種用于半導(dǎo)體晶圓的混合接合方法，所述方法包括: 提供第一半導(dǎo)體晶圓和第二半導(dǎo)體晶圓，所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓分別具有設(shè)置在晶圓頂面上的絕緣材料內(nèi)的多個導(dǎo)電焊盤； 在所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓的頂面上方形成保護(hù)層； 將所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓置入室內(nèi)； 從所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓的所述頂面的上方去除所述保護(hù)層； 激活所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓的所述頂面； 清潔所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓的所述頂面；將所述第二半導(dǎo)體晶圓和所述第一半導(dǎo)體晶圓的所述頂面連接在一起；以及 混合接合所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓，其中，混合接合所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓包括在所述第一半導(dǎo)體晶圓的絕緣材料和所述第二半導(dǎo)體晶圓的絕緣材料之間形成第一接合，以及在所述第一半導(dǎo)體晶圓的所述多個導(dǎo)電焊盤和所述第二半導(dǎo)體晶圓的所述多個導(dǎo)電焊盤之間形成第二接合；其中，在不將所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓從所述室移出的情況下，去除所述保護(hù)層，激活所述頂面，清潔所述頂面，將所述頂面連接在一起，以及混合接合所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第一半導(dǎo)體晶圓和所述第二半導(dǎo)體晶圓的所述頂面包括形成在頂面上的氧化物材料，其中，去除所述保護(hù)層或激活所述頂面包括去除所述氧化物材料的一部分。
10.根據(jù) 權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述多個導(dǎo)電焊盤包括Cu或Cu合金，其中，去除所述氧化物材料的一部分包括去除CuOx。
【文檔編號】H01L21/60GK103531492SQ201210382930
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月5日
【發(fā)明者】劉丙寅, 林詩瑋, 黃信華, 趙蘭璘, 蔡嘉雄 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司