CN110890289A - 半导体制造装置及半导体装置的制造方法 - Google Patents

半导体制造装置及半导体装置的制造方法 Download PDF

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Abstract

实施方式提供一种能够适当地去除相互贴合的基板的一部分的半导体制造装置及半导体装置的制造方法。实施方式的半导体制造装置包含安装部，该安装部在包含相互贴合的第1基板与第2基板的被加工基板，以包围所述第1基板的方式安装具有环状的形状的环状部件。所述装置还包含保持安装了所述环状部件的所述被加工基板的保持部。所述装置还包含对利用所述保持部所保持的所述被加工基板的所述第2基板供给第1流体的第1流体供给部。

Description

半导体制造装置及半导体装置的制造方法
[相关申请案]
本申请案享有以日本专利申请2018-169035号(申请日：2018年9月10日)为基础申请案的优先权。本申请案通过参照该基础申请案而包含基础申请案的所有内容。
技术领域
本发明的实施方式涉及一种半导体制造装置及半导体装置的制造方法。
背景技术
在将晶圆彼此贴合，并通过蚀刻等去除其中一晶圆的指定部分(例如硅晶圆部分)的情况下，大多不希望另一晶圆的部分被去除。
发明内容
实施方式提供一种能够适当地去除相互贴合的基板的一部分的半导体制造装置及半导体装置的制造方法。
实施方式的半导体制造装置包含安装部，该安装部在包含相互贴合的第1基板与第2基板的被加工基板，以包围所述第1基板的方式安装具有环状的形状的环状部件。所述装置还包含保持安装了所述环状部件的所述被加工基板的保持部。所述装置还包含对利用所述保持部所保持的所述被加工基板的所述第2基板供给第1流体的第1流体供给部。
附图说明
图1是示意性地表示第1实施方式的半导体制造装置的构造的剖视图。
图2是表示第1实施方式的喷嘴组的构造的俯视图。
图3(a)～(c)是表示第1实施方式的保护环的构造的俯视图及剖视图。
图4是示意性地表示第1实施方式的半导体制造装置的构造的俯视图。
图5是示意性地表示第2实施方式的半导体制造装置的构造的剖视图。
图6是示意性地表示第3实施方式的半导体制造装置的构造的剖视图。
图7(a)及(b)是示意性地表示第4实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在图1～图7中，对同一或类似的构成标注同一符号并省略重复的说明。
(第1实施方式)
图1是示意性地表示第1实施方式的半导体制造装置的构造的剖视图。
本实施方式的半导体制造装置例如是通过湿式蚀刻对被加工晶圆进行处理的蚀刻装置。图1表示包含相互贴合的第1晶圆1与第2晶圆2的被加工晶圆。第1晶圆1为第1基板的一例，第2晶圆2为第2基板的一例，被加工晶圆为被加工基板的一例。
在图1中，将具有环状(圈状)的形状的保护环3以包围第1晶圆1的方式安装在被加工晶圆。保护环3是为了在对第2晶圆2进行蚀刻时抑制第1晶圆1的蚀刻而安装在被加工晶圆的。保护环3为环状部件的一例。
图1表示与第1晶圆1及第2晶圆2的表面平行且相互垂直的X方向及Y方向、以及与第2晶圆1及第2晶圆2的表面垂直的Z方向。在本说明书中，将+Z方向视为上方向，将-Z方向视为下方向。-Z方向可与重力方向一致，也可以与重力方向不一致。
图1的半导体制造装置包含作为保持部的一例的真空吸盘11、蚀刻液槽12、蚀刻液泵13、作为第1流体供给部的一例的喷嘴组14、晶圆收容部15、作为第2流体供给部的一例的保护液喷嘴16、气体喷嘴17、及控制部18。晶圆收容部15包含包围壁15a、排水部15b、及排气部15c。
真空吸盘11保持被加工晶圆并使其旋转。本实施方式的真空吸盘11以第1晶圆1位于上部、第2晶圆2位于下部的方式保持被加工晶圆。另外，真空吸盘11以仅与第1晶圆1与第2晶圆2中的第1晶圆1接触的方式保持被加工晶圆，从而真空吸盘11不会妨碍第2晶圆2的蚀刻。具体来说，真空吸盘11与第1晶圆1的上表面接触而保持被加工晶圆。如箭头A1所示，真空吸盘11以第1晶圆1及第2晶圆2的中心轴为中心使被加工晶圆旋转。
如下所述，本实施方式的半导体装置包含环装卸部，该环装卸部将保护环3安装到被加工晶圆，或使保护环3从被加工晶圆脱离。在本实施方式中，安装了保护环3的被加工晶圆从环装卸部被搬送到真空吸盘11，如图1所示，利用真空吸盘11而被保持。
蚀刻液槽12贮存用来对第2晶圆2进行蚀刻的蚀刻液。蚀刻液为第1流体的一例。蚀刻液泵13将蚀刻液槽12内的蚀刻液移送到喷嘴组14。喷嘴组14对利用真空吸盘11所保持的被加工晶圆的第2晶圆2供给蚀刻液。其结果，利用蚀刻液将第2晶圆2的至少一部分去除，例如，将第2晶圆2所包含的硅晶圆部分去除。在本实施方式中，对第2晶圆2的下表面喷出蚀刻液，从下表面对第2晶圆2进行蚀刻。
晶圆收容部15收容利用真空吸盘11所保持的被加工晶圆。本实施方式的蚀刻液是对利用真空吸盘11而正在旋转的被加工晶圆喷出，因此靠离心力从被加工晶圆向横向飞散，碰撞包围壁15a。碰撞到包围壁15a的蚀刻液向下方下落，如箭头A2所示，从排水部15b排出至外部。本实施方式的半导体制造装置内所使用的其他液体也是从排水部15b排出至外部。另一方面，如箭头A3所示，本实施方式的半导体制造装置内所使用的气体是从排气部15c排出至外部。
保护液喷嘴16对第1晶圆1与第2晶圆2的边界喷出用来抑制第1晶圆1被所述蚀刻液蚀刻的保护液。由此，能够利用保护环3及保护液来保护被加工晶圆中不希望蚀刻的部分。保护液为第2流体的一例。保护液例如为纯水，在该情况下，也可以将该纯水用于冲洗第1晶圆1与第2晶圆2的边界。
气体喷嘴17对第1晶圆1与第2晶圆2的边界喷出气体。该气体例如用于边界的冷却或干燥。该气体的例为氮气。
控制部18控制半导体制造装置的各种动作。控制部18的例为处理器、电路、PC(Personal Computer，个人电脑)等。例如，控制部14控制真空吸盘11的旋转、蚀刻液泵13的动作、以及来自喷嘴组14、保护液喷嘴16、气体喷嘴17的喷出等。
图2是表示第1实施方式的喷嘴组14的构造的俯视图。
如图2所示，喷嘴组14包含多个蚀刻液喷嘴14a、多个冲洗液喷嘴14b、多个气体喷嘴14c、及作为检测部的一例的厚度监控器14d。
蚀刻液喷嘴14a对第2晶圆2的下表面喷出所述蚀刻液，从而利用蚀刻液对第2晶圆2进行蚀刻。蚀刻液例如为氢氟酸水溶液、硝酸水溶液、碱水溶液等。在本实施方式中，通过从配置为列状的蚀刻液喷嘴14a对旋转中的被加工晶圆喷出蚀刻液，而能够对第2晶圆2的下表面整面供给蚀刻液。
冲洗液喷嘴14b对第2晶圆2的下表面喷出冲洗液，从而利用该冲洗液来对第2晶圆2进行冲洗。冲洗液例如为纯水。在本实施方式中，通过从配置为列状的冲洗液喷嘴14b对旋转中的被加工晶圆喷出冲洗液，而能够对第2晶圆2的下表面整面供给冲洗液。
气体喷嘴14c对第2晶圆2的下表面喷出气体。该气体例如用于第2晶圆2的下表面的冷却或干燥。该气体的例为氮气。在本实施方式中，通过从配置为列状的气体喷嘴14c对旋转中的被加工晶圆喷出气体，而能够对第2晶圆2的下表面整面供给气体。
厚度监控器14d检测第2晶圆2所包含的硅晶圆的厚度，并将厚度的检测结果输出到控制部18。控制部18基于利用厚度监控器14d所检测的厚度，从蚀刻液喷嘴14a对该硅晶圆喷出蚀刻液。由此，例如能够进行蚀刻直到将硅晶圆完全去除，或将硅晶圆薄膜化至指定厚度。
图3是表示第1实施方式的保护环3的构造的俯视图及剖视图。图3(a)及图3(b)相当于俯视图，图3(c)相当于剖视图。
如图3(a)所示，保护环3包含第1部分3a及第2部分3b，第1部分3a包含圆弧部21、设置在圆弧部21的一端的凸部22、及设置在圆弧部21的另一端的凸部23，第2部分3b包含圆弧部31、设置在圆弧部31的一端的凸部32、及设置在圆弧部31的另一端的凸部33。
第1部分3a在圆弧部21的两端包含凸部22、23，并且在圆弧部21的两端包含用来插入第2部分3b的凸部32、33的凹部。同样地，第2部分3b在圆弧部31的两端包含凸部32、33，并且在圆弧部31的两端包含用来插入第1部分3a的凸部22、23的凹部。于是，通过将这些凸部22、23、32、33插入到这些凹部，而能够在被加工晶圆的第1晶圆1周围安装保护环3(图3(b))。反之，通过将这些凸部22、23、32、33从这些凹部拔出，而能够使保护环3从被加工晶圆的第1晶圆1周围脱离。
图3(c)表示保护环3的截面，具体来说，表示第1部分3a的圆弧部21的一端、设置在圆弧部21的一端的凸部22、及插入圆弧部21的一端的凹部的凸部32。图3(c)还表示以包围这些凸部22及凹部的方式设置在圆弧部21的一端的密封部件。本实施方式的保护环3在圆弧部21的两端及圆弧部31的两端包含这样的密封部件。由此，能够将第1部分3a与第2部分3b之间的间隙密闭，从而能够抑制蚀刻液从间隙进入被加工晶圆。
此外，本实施方式的第1部分3a与第2部分3b也可以利用多个弹簧来相互连接而代替如上所述的凸部及凹部。例如可以将圆弧部21的一端与圆弧部31的一端利用弹簧连接，也可以将圆弧部21的另一端与圆弧部31的另一端利用弹簧连接。在该情况下，通过使弹簧拉伸或收缩，而能够在被加工晶圆安装保护环3，或使保护环3从被加工晶圆脱离。
图4是示意性地表示第1实施方式的半导体制造装置的构造的俯视图。
本实施方式的半导体制造装置除了包含图1所示的构成要素以外，还包含装载部41a～41d、接口部42、第1臂43、反转部44、缓冲部45、搬送轨道46、第2臂47、作为安装部的例的环装卸部48a～48d、及湿式处理部49a～49d。
装载部41a～41d是载置搬入半导体制造装置的被加工晶圆、及从半导体制造装置搬出的被加工晶圆的平台。在装载部41a～41d能载置4个被加工晶圆。搬入半导体制造装置的被加工晶圆是以第1晶圆1位于下部、第2晶圆2位于上部的状态载置在装载部41a～41d的任一个。
接口部42相当于被加工晶圆相对于半导体制造装置的出入口。将载置在装载部41a～41d的任一个的被加工晶圆利用第1臂43从接口部42搬入，并移送到反转部44。
反转部44接收第1晶圆1位于下部、第2晶圆2位于上部的状态的被加工晶圆，并以第1晶圆1位于上部、第2晶圆2位于下部的方式使被加工晶圆的朝向反转。将朝向被反转的被加工晶圆利用第1臂43从反转部44移送到缓冲部45。
缓冲部45将半导体制造装置内的空间分离为包含搬送轨道46、第2臂47、环装卸部48a～48d、湿式处理部49a～49d的第1空间、及包含接口部42、第1臂43、反转部44的第2空间。缓冲部45例如是为了防止湿式处理部49a～49d等被灰尘等污染而设置的。请注意环装卸部48a～48d与湿式处理部49a～49d同样设置在第1空间内。
搬送轨道46是用来供第2臂47移动的轨道。将搬入缓冲部45的被加工晶圆利用第2臂47移送到环装卸部48a～48d的任一个。环装卸部48a～48d分别包含顶起销P1～P4。环装卸部48a～48d各自中预先收容着保护环3。
例如，将被加工晶圆以第1晶圆1位于上部、第2晶圆2位于下部的状态搬入环装卸部48a，并载置到顶起销P1上。环装卸部48a在该被加工晶圆的第1晶圆1周围安装保护环3。这时，利用顶起销P1来实施第1晶圆1的高度与保护环3的高度的对位。以上说明也同样适用于环装卸部48b～48d。
将安装了保护环3的被加工晶圆从环装卸部48a～48d的任一个移送到湿式处理部49a～49d的任一个。湿式处理部49a～49d各自具有图1所示的构造。
例如，安装了保护环3的被加工晶圆是以第1晶圆1位于上部、第2晶圆2位于下部的状态从环装卸部48a被搬入湿式处理部49a，并以该状态被图1的真空吸盘11保持。参照图1说明，湿式处理部49a进行被加工晶圆的蚀刻、冲洗、冷却、干燥等。
其后，将该被加工晶圆从湿式处理部49a搬出到环装卸部48a。环装卸部48a使保护环3从该被加工晶圆的第1晶圆1周围脱离。这时，利用顶起销P1来实施第1晶圆1的高度与保护环3的高度的对位。然后，将该被加工晶圆从环装卸部48a经由缓冲部45而搬出到反转部44。以上说明也同样适用于环装卸部48b～48d及湿式处理部49b～49d。
反转部44从缓冲部45接收第1晶圆1位于上部的状态的被加工晶圆，以第1晶圆1位于下部的方式使被加工晶圆的朝向反转。利用第1臂43将朝向反转的被加工晶圆从反转部44移送到装载部41a～41d的任一个。这样一来，利用本实施方式的半导体制造装置进行的被加工晶圆的处理结束。
如上所述，本实施方式的半导体制造装置于在第1晶圆1周围安装了保护环3的状态下利用蚀刻液对第2晶圆2进行蚀刻。因此，在本实施方式中，能够一边抑制第1晶圆1的蚀刻，一边对第2晶圆2进行蚀刻。这样一来，根据本实施方式，能够对包含相互贴合的第1晶圆1与第2晶圆2的被加工晶圆的一部分适当地进行蚀刻。
另外，在本实施方式中，利用真空吸盘11吸附第1晶圆1的上表面，对第2晶圆2的下表面喷出蚀刻液。在该情况下，接触第2晶圆2后的蚀刻液容易因重力的作用而下落，不易向第1晶圆1的方向移动。由此，容易抑制第1晶圆1被蚀刻液蚀刻。但，第1晶圆1及第2晶圆2的朝向并不限定于此，例如也可以成为如下述第3实施方式的朝向。
此外，本实施方式的蚀刻也可以使用蚀刻液以外的流体(例如蚀刻气体)进行。另外，本实施方式的第1晶圆1与第2晶圆2的边界也可以使用保护液以外的流体(例如保护气体)来保护第1晶圆1免于蚀刻。另外，本实施方式的被加工晶圆的一部分也可以通过蚀刻以外的方法去除。
(第2实施方式)
图5是示意性地表示第2实施方式的半导体制造装置的构造的剖视图。
对图1与图5进行比较可知，本实施方式的半导体制造装置包含与第1实施方式的半导体制造装置同样的构成要素。然而，在本实施方式中，对被加工晶圆进行蚀刻时不在被加工晶圆安装保护环3。这样的蚀刻较理想为在例如仅利用来自保护喷嘴16的保护液便能够充分保护被加工晶圆免于蚀刻的情况下进行。
根据本实施方式，例如无须在半导体制造装置设置环装卸部48a～48d，能够使半导体制造装置小型化，以及降低半导体制造装置的制造成本。
反之，在第1实施方式中，在仅利用保护环3便能够充分保护被加工晶圆免于蚀刻的情况下，也可以不在半导体制造装置设置保护喷嘴16。
(第3实施方式)
图6是示意性地表示第3实施方式的半导体制造装置的构造的剖视图。
对图5与图6进行比较可知，本实施方式的半导体制造装置包含与第2实施方式的半导体制造装置同样的构成要素。然而，本实施方式的多个机器的朝向与第2实施方式的对应的机器的朝向大致相差90度，纵向与横向互为相反。其结果，真空吸盘11是以使第1晶圆1及第2晶圆2成为横向的方式保持被加工晶圆。
此外，此处第1晶圆1及第2晶圆2的表面与Z方向平行，但也可以相对于Z方向倾斜。也就是说，真空吸盘11可以使第1晶圆1及第2晶圆2朝向正横向的方式保持被加工晶圆，也可以使第1晶圆1及第2晶圆2朝向斜横向的方式保持被加工晶圆。另外，在本实施方式中，也可以与第1实施方式同样地在被加工晶圆安装保护环3后对被加工晶圆进行蚀刻。
(第4实施方式)
图7是示意性地表示第4实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
如图7(a)所示，本实施方式的第1晶圆1包含第1半导体晶圆1a、第1膜1b、及多个第1垫1c，本实施方式的第2晶圆2包含第2半导体晶圆2a、第2膜2b、及多个第2垫2c。
第1半导体晶圆1a例如为硅晶圆。第1膜1b例如为包含各种层间绝缘膜及配线层的积层膜。第1垫1c例如为Cu(铜)层等导电金属层。第2半导体晶圆2a、第2膜2b、及多个第2垫2c也相同。
本实施方式的被加工晶圆包含相互贴合的第1晶圆1与第2晶圆2。被加工晶圆例如是以如下方式制作。首先，通过机械压力将第1晶圆1与第2晶圆2贴合。由此，将第1膜1a的表面的绝缘膜与第2膜2a的表面的绝缘膜接着。然后，对第1晶圆1与第2晶圆2进行退火。由此，将第1垫1c与第2垫2c接合。
然后，在本实施方式中，使用第1至第3实施方式的任一个的半导体制造装置来对被加工晶圆进行蚀刻(图7(b))。图7(b)表示通过该蚀刻而将第2晶圆2的半导体晶圆2a去除后的被加工晶圆。
其后，将被加工晶圆切断为多个芯片而成为多个半导体装置。这样一来，制造本实施方式的半导体装置。此外，第1晶圆1的例为包含各种晶体管的电路晶圆，第2晶圆2的例为包含三维存储阵列的阵列晶圆。
根据本实施方式，能够对包含相互贴合的第1晶圆1与第2晶圆2的被加工晶圆适当地进行蚀刻而制造半导体装置。
以上，对若干实施方式进行了说明，这些实施方式是仅作为示例而提出的，并非意在限定发明的范围。本说明书中所说明的新颖的装置及方法能够以其他各种方式来实施。另外，对于本说明书中所说明的装置及方法的形态，能够在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、置换、变更。添附的权利要求书及与其均等的范围意在包含发明的范围及主旨中所包含的此种形态及变化例。
[符号的说明]
1 第1晶圆
1a 第1半导体晶圆
1b 第1膜
1c 第1垫
2 第2晶圆
2a 第2半导体晶圆
2b 第2膜
2c 第2垫
3 保护环
3a 第1部分
3b 第2部分
11 真空吸盘
12 蚀刻液槽
13 蚀刻液泵
14 喷嘴组
14a 蚀刻液喷嘴
14b 冲洗液喷嘴
14c 气体喷嘴
14d 厚度监控器
15 晶圆收容部
15a 包围壁
15b 排水部
15c 排气部
16 保护液喷嘴
17 气体喷嘴
18 控制部
21 圆弧部
22 凸部
23 凸部
31 圆弧部
32 凸部
33 凸部
41a～41d 装载部
42 接口部
43 第1臂
44 反转部
45 缓冲部
46 搬送轨道
47 第2臂
48a～48d 环装卸部
49a～49d 湿式处理部

Claims (11)

1.一种半导体制造装置，其包含：
安装部，在包含相互贴合的第1基板与第2基板的被加工基板，以包围所述第1基板的方式安装具有环状的形状的环状部件；
保持部，保持安装了所述环状部件的所述被加工基板；及
第1流体供给部，对利用所述保持部所保持的所述被加工基板的所述第2基板供给第1流体。
2.一种半导体制造装置，其包含：
保持部，保持包含相互贴合的第1基板与第2基板的被加工基板；及
第1流体供给部，对利用所述保持部所保持的所述被加工基板的所述第2基板供给第1流体；及
第2流体供给部，对所述第1基板与所述第2基板的边界供给第2流体。
3.根据权利要求1或2所述的半导体制造装置，其中所述保持部以使所述第1及第2基板成为横向的方式保持所述被加工基板。
4.根据权利要求1或2所述的半导体制造装置，其中所述保持部以仅与所述第1及第2基板中的所述第1基板接触的方式保持所述被加工基板。
5.根据权利要求1或2所述的半导体制造装置，其中所述第1流体为对所述第2基板进行蚀刻的蚀刻液。
6.根据权利要求1或2所述的半导体制造装置，其中所述第1流体供给部包含对所述第2基板喷出所述第1流体的多个喷嘴。
7.根据权利要求1或2所述的半导体制造装置，其中所述第1流体供给部包含检测所述第2基板所包含的半导体基板的厚度的检测部，且基于利用所述检测部所检测的所述厚度来对所述半导体基板供给所述第1流体，从而利用所述第1流体去除所述半导体基板的至少一部分。
8.根据权利要求1所述的半导体制造装置，其还包含第2流体供给部，所述第2流体供给部对所述第1基板与所述第2基板的边界供给抑制所述第1基板被所述第1流体去除的第2流体。
9.根据权利要求1所述的半导体制造装置，其还包含反转部，所述反转部以所述第1基板位于下部、所述第2基板位于上部的方式接收所述被加工基板，且以所述第1基板位于上部、所述第2基板位于下部的方式使所述被加工基板的朝向反转，并将反转的所述被加工基板提供至所述安装部。
10.根据权利要求1所述的半导体制造装置，其还包含缓冲部，上述缓冲部将所述半导体制造装置内的空间分离为包含所述安装部、保持部、及所述第1流体供给部的第1空间、以及设置着所述被加工基板相对于所述半导体制造装置的出入口的第2空间。
11.一种半导体装置的制造方法，其包含：
在包含相互贴合的第1基板与第2基板的被加工基板，以包围所述第1基板的方式安装具有环状的形状的环状部件，
保持安装了所述环状部件的所述被加工基板，及
对所保持的所述被加工基板的所述第2基板供给第1流体。
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