TW544472B - High-temperature high-pressure processing method for semiconductor wafers, and an anti-oxidizing body used for the method - Google Patents

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544472 五、發明說明（1 ) 發明背景： 發明領域： 本發明是關於半導體晶圓之高溫，高鍵_ 々资：fe方法，以 及使用該方法之阻氧化本體。 相關技藝的描述 近來銅已被強調當作半導體裝置之接線材料，且電解 液電渡擔任其膜形成法之主流。 另一方面，較好的接線已快速地進行，也就是，〇工8 //的層次已被實際製作，進一步，〇·15 "或〇·η μ，且進 一步較好的層次已被嚐試。 然而，由於精緻，在接線膜明確地嵌材料深入電洞是 困難的。如大與小空隙之缺點有時在接線內發生。高壓的 利用不需空間當作形成健全的接線膜之方法現在已被注意 〇 高壓的利用被詳細地描述，例如，在”HIP至USLI製造 的應用（對次夸特微米世界之挑戰）”（1 999 ) ，Pr〇c. Int.

Conf On HIP 北足’中文 MRS ， p276-281 ， T.Fujikawa 等 ο 在前述的處理，氬氣體正常地被使用作壓力媒介，且 例如，對由電解液電渡形成之銅膜的健全，3 5 0以上之溫 度與120 Mpa以上之壓力是需要的。 正常地使用99.998%的氬氣體包含大約〇.2ppm的氧與 大約2ppm的水。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------•裝—.——訂---------^9— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 -4 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 544472 A7 B7 五、發明說明（2 ) 壓力爲120Mpa之處，例如，對應於大約0.02%氧之氧 量被包含在大氣壓力之氬氣體中。 所以已發現當以如所述這樣的高壓大氣加熱至3 50 °C 時，由於氬氣體中之氧與水的存在，銅膜的表面被氧化至 工業上致傷的層次。 在半導體晶圓已在高溫高壓下被處理之後，有時，半 導體晶圓的表面變成黑紫而失去光澤。本發明已在前述的 表面之要素中分析且發現變色是由氧化引起。它是由銅接 線膜是如此健全以致於沒空隙被注意到之半導體晶圓的破 損表面的SEM觀察而發現。 當半導體晶圓的表面被氧化時，硬度被改變，導致在 後續步驟之膜厚度的變化，其爲CMP (平化表面之化學機 械磨光chemomechanical polishing )。這在昂貴的半導體晶 片的生產量上影響極大。氧化污染大之處，在電子自己的 特殊特徵上有不利地影響。因此，在高溫高壓製程中，半 導體晶圓的表面不被氧化是極重要的。 避免晶圓的表面在高溫高壓製程中被氧化也被仔細考 慮，例如，99.9999%超高純度的氬氣體被使用。 然而，99.9999%的氬氣體的成本大約是99.998 %的氬氣 體的7倍，在高溫高壓製程中顯著地增加成本。 進一步，甚超高純度的氬氣體，因爲每一高溫高壓製 程一些雜質的量被聚集於氬氣體中，再循環使用該氬氣體 是困難的，其導致浪費的資源的使用與成本之增加。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）· ----------丨^^ 裝·-------訂·-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -5- 544472 A7 B7 五、發明說明（3 ) 發明節要： 本發明的目的是提供能夠避免甚至不依靠超高純度的 氣體之半導體晶圓的表面污染之高溫高壓製程方法，與使 用該方法之阻氧化本體。 根據本發明，提供了半導體晶圓被充電成壓力容器（ vessel)以在高溫高壓的氣體大氣下處理它之高溫高壓製程 方法’其中具氧適於擴散進入內部之特質之材料形成的阻 氧化本體（氧吸收劑成分）在阻氧化本體被建構在壓力容 器內之狀態之高溫高壓製程而提出。在此案例中，因爲阻 氧化本體在壓力容器內接受氧，避免在壓力容器內之氧被 減少以在高溫高壓製程中氧化半導體晶圓的表面是可能的 0 阻氧化本體之材料最好是鈦或鈦合金或锆或锆合金。 最好是，高溫高壓製程在半導體晶圓與實質上如同半 導體晶圓在平面所視之形狀形成之似盤物阻氧化本體在能 夠支持多個半導體晶圓之晶圓架上被混合與支持之狀態而 實現。 在此案例中，當半導體晶圓被支持在晶圓架上時，沿 著半導體晶圓之阻氧化本體也許被支持在晶圓架上。所以 ，阻氧化本體可以輕易地被建構在壓力容器內。最好是， 半導體晶圓是用銅之形成膜。 根據本發明之阻氧化本體特徵在於具氧適於擴散進入 內部之特性之材料被形成變成實質上具如同半導體晶圓在 平面所見之形狀之似盤物。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) n I ϋ— I— n an I · i t§t I n 教- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π -6- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 544472 A7 B7 五、發明說明（4 ) 阻氧化本體被實質上製成如同半導體晶圓之形狀藉此 阻氧化本體可以類似半導體晶圓而處理。也就是，由運輸 與支持半導體晶圓之單元運輸與支持阻氧化本體是可能的 ，幫助其處理。 最好是，阻氧化本體以鏡磨光製程（ mirror polishing p r o c e s s i n g )被應用，且最好是，盤的兩面之外的整個或部 分的一表面被用以塗層。阻氧化本體被類似於半導體晶圓 處理之處，不可避免的前者到達運輸與支持半導體晶圓之 單元之接觸。在此案例中，當阻氧化本體到達如上述之單 元之接觸，灰塵有時出現。實際上，在如鈦之金屬製成之 阻氧化本體中，半導體晶圓可能被金屬污染。塗層的應用 避免由接觸造成之灰塵的出現。塗層最好是如陶塗層之絕 緣體的塗層。 圖形的簡要描述 圖1是高溫高壓製程設備的部分截面前視圖； 圖2是顯示晶圓架上之阻氧化本體與半導體的疊層狀 態；以及 圖3是阻氧化本體的計劃圖與側面圖。 主要元件對照表 2 壓力容器 4 晶圓處理機 6 管狀體 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------年！tr---------蠢 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -7 - 544472 A7 B7 五、發明說明（5 ) 7 上蓋 8 下蓋 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 10 熱絕緣構造 11 保護阻隔 13 加熱器 1 3a 加熱器元件 1 3b 加熱器元件 15 晶圓 16 阻氧化本體 26 手 30 臂 34 氣體導入孔 35 氣體排出孔 39 架 4 1 促動器 39a 突出部分 16a 阻氧化本體的整個背面 1 製程設備 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 較佳實施例的描述 本發明的較佳實施例將參考圖形於下文描述。圖1與2 顯示半導體晶圓之高溫高壓製程設備1。該製程設備1將退 火半導體晶圓（Si晶圓）於高溫高壓氣體的大氣下，且包括 具在那接收之晶圓之壓力容器2，與晶圓處理機4。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐} -8- 544472 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

AT ___B7 _— 一 五、發明說明（6 ) 壓力容器2包含一具上下開口之管狀體6，一封密上開 口之上蓋7，一封密下開口之下蓋8。雖然未顯示，設有支 持一軸負載作用於上與下蓋7與8之壓力框。 自上蓋7懸掛一熱絕緣構造1 0。該熱絕緣構造1 〇有多 個以間隙（clearance )相疊於其間之金屬製成之反向的似 碗構件。 上蓋7設有高壓氣體導入孔34，與前者無關之高壓排 出孔35。被導入壓力容器2之氣體通過氣體導入孔34自氣 體壓縮機（未顯示）而供應。在壓力容器2內之氣體通過 氣體排出孔35而排出。 通常以氬氣體當作使用壓力媒體之氣體，但氖氣體或 其它鈍化氣體可以根據溫度與壓力條件而使用。 由轉動熱絕緣構造1 0進入氣體導入孔34的容器內側開 口而鎖定，且自導入孔34供應之高壓氣體透過延伸穿過熱 絕緣構造1 0之孔而導入熱絕緣構造的內部空間（處理室） 〇 下蓋8可以由下蓋上升促動器41上下移動，且當下蓋 8被上移時，壓力容器2的下開口可以被關閉，反之當下蓋 8被下移時，，壓力容器2的下開口可以被打開。 分成兩內部與外部區域之加熱器1 3 (加熱元件1 3a與 1 3 b )透過具在其中接收之熱加熱器1 3的電極或其類似之 金屬製成之保護阻隔1 1安裝於下蓋8上。 在下蓋8上設有支持半導體晶圓15之晶圓架（船）39 。該架3 9由石英製成，其可以垂直地支持多個晶圓1 5於給 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -9 - 544472 A7 ___B7 五、發明說明（7 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 定的空間關係中。架39設有多個自晶圓的下表面（背面） 支持多個晶圓1 5的周邊垂直的突出部分39a，且該晶圓被 置於突出部分39a上以能支持晶圓15。 自架39放置或卸下晶圓1 5之工作由晶圓處理機（運輸 機構）4實現。晶圓處理機4包含一以水平面的方向旋轉與 展開且垂直地移動之手臂，及設在手臂30最遠端之手26。 晶圓處理機4以晶圓1 5被提起以便由手26汲取而挖出運輸 晶圓15。 爲實現使用上述設備1之高溫高壓製程，以接線膜（

Cu接線膜）形成之半導體晶圓1 5和以高的氧活動性與易於 擴散進入內部之材料形成之阻氧化本體1 6首先被製造。阻 氧化本體（吸收劑盤）1 6是環狀盤形成的有與架39支持之 半導體晶圓1 5的盤相同的直徑。晶圓1 5與阻氧化本體1 6 在盤中看起來是相同的形狀。純鈦在此被使用作阻氧化本 體1 6之材料。阻氧化本體1 6用鏡磨光製程以避免粒子的出 現。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制仅 例如，製造十個半導體晶圓1 5，並製造一阻氧化本體 。這些半導體晶圓1 5與阻氧化本體1 6由處理機4被放在架 39 上。 ， 首先，依序以阻氧化本體1 6被放在架3 9的最上層，然 後1 0半導體晶圓被放在阻氧化本體1 6之下。 之後，下蓋8被上移以充氣架39進入製程室。壓力容 器2是真空至l〇Pa程度。之後，在淨化氬釋放它至大氣被 重覆兩次後，99.998 %的氬氣體由IMpa充氣進入製程室。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）’ -10 544472 A7 B7 五、發明說明（8 ) 由這些步驟，殘留在製程室之空氣被減少至大約 1 /1，0 0 0，〇 〇 0。氧的量大約是 0.2 p p m。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 之後，供應且加壓被實行而加壓至最大120MPa，加熱 器Π加熱至350 °C，在350 °C X 120Mpa的條件下此狀態持 續1 5分鐘，而高溫高壓製程被實行。 此時，在製程室內之氧被固化（s ο 1 i d - s ο 1 v e d )變成阻 氧化本體1 6且減少以避免晶圓1 5被氧化。因此，半導體晶 1 圓1 5的表面在製程不改變顏色之後，展現等於製程前之光 澤。阻氧化本體1 6被安裝於架3 9的最上層’但這部分溫度 是最高的，且阻氧化本體1 6有效地讓氧進入。 在高溫高壓後，加熱器1 3之動力被停止至較低溫，氬 氣體被排出且溫度降低’且製程室的內部回至大氣壓力。 之後，下蓋8被下移，且晶圓15自壓力容器2移除，且由 處理機4自架3 9移除。既然阻氧化本體1 6可以被個別地使 用，當它被再使用時，其可以被留下宛如它沒自架39移除 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 既然由於個別的使用，阻氧化本體1 6當氧的吸收者（ 吸收劑）之能力逐漸地降低（被氧化），當預定製程時間 已經過，置換阻氧化本體1 6是需要的。此置換也可以由類 似於晶圓1 5的運輸之晶圓處理機4完成。 因爲在本實施例中’阻氧化本體1 6被建構以實現高溫 高壓製程’半導體晶圓1 5被避免氧化。因爲阻氧化本體i 6 實質上是與經處理的半導體晶圓1 5的尺寸相同，它可以類 似於處理半導體晶圓1 5之晶圓處理機（機器人）而處理。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ' -- -11 - 544472 A7 B7 五、發明說明（9 ) 半導體晶圓1 5的大小是6吋’目前的主流是8吋（ 2〇0mm )，而未來的主流將是12吋（300mm )，等等。如 果經處理的半導體晶圓1 5例如是8吋時’使用的阻氧化本 體1 6也是具8吋直徑之電路板。 阻氧化本體1 6的厚度最好也是大約與晶圓1 5相同’但 如果本體1 6較晶圓1 5薄時’可以與晶圓1 5不同’沒有特 殊的問題發生。在此，晶圓1 5的厚度是0·75mm然而阻氧化 本體16的厚度是0.5mm。 在本實施例中，半導體晶圓1 5與阻氧化本體1 6由單晶 圓處理機4處理且被放在單架3 9 (船）上。半導體裝置偵 測金屬污染。所以，晶圓處理機4的手26與突出部分（糟 零件）39a避免與阻氧化本體16接觸之處，阻氧化本體16 的整個背面（較低表面）1 6 a用陶塗層。而且，背面1 6 a也 許是部分地塗層。該部分的塗層也被應用至手26手26或突 出部分（糟部分）3 9 a接觸（阻氧化本體的外部周邊的部分 )及其隔壁（看圖3 )。 本發明不限於上述實施例。例如，當在上述實施例中 ，阻氧化本體1 6被建構在架39的上層，它也許被放在半導 體晶圓1 5的垂直中央位置。如果需要，它們也許被建構在 兩上及下部分，或也許如該案例，半導體晶圓1 5與阻氧化 本體1 6也許被垂直交替地建構。也就是，阻氧化本體1 6也 許被混合在半導體晶圓1 5內。任何建構也許由處理機4輕 易地實現。 在本發明使用之阻氧化本體1 6中，其形狀並沒限制。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---- #. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -12- 544472 A7 _B7_ 五、發明說明（1〇) 特別地，阻氧化本體1 6被建構在不同於架39之位置，其它 形狀也許被使用。甚至如果該形狀與阻氧化本體1 6的建構 不同時，阻氧化效果類似實施例的。 -----------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -13-

Claims (1)

1. 544472 第90103949號專利申請案 Afi 「〜_ . Ao · 中文申請專利範圍修正本 骂 丨民國91年11貞22旧，修正 D8 1 々、申請專利範圍 ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 · 一種使半導體晶圓充滿於壓力容器且製程在高溫 高壓的大氣下實現之半導體晶圓之高溫高壓製程方法，該 方法包含下列步驟： 將一阻氧化本體建置於該壓力容器中，而該阻氧化本 體係由使氧氣易於擴散至該阻氧化本體之內部的材質所製 ;以及 實現高溫高壓製程。 2 ·根據申請專利範圍第1項之半導體晶圓之高溫高 壓製程方法，其中高溫高壓製程係在半導體晶圓與賓質上 於平面所視時與該半導體晶圓相同形狀所形成之似盤的阻 氧化本體，一起被混合在能夠支持多個半導體晶圓之晶圓 架中之狀態中。 3 .根據申請專利範圍第1項之半導體晶圓之高溫高 壓製程方法，其中該半導體晶圓是用銅形成的膜。 4 .據申請專利範圍第2項之半導體晶圓之高溫高壓 製程方法，其中該半導體晶圓是用銅形成的膜。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 . —種爲半導體晶圓之高溫高壓製程方法使用之阻 氧化本體，其特徵在於具有使氧氣易於擴散至內部之特性 的材質，係被形成於平面而視時與半導體晶圓實質相同形 狀的盤之中。 6 .根據申請專利範圍第5項之阻氧化本體，其中鏡 磨光製程被應用至該本體。 7 ·根據申請專利範圍第5項之阻氧化本體，其中塗 層被應用至盤的兩面之外之整個或部分的一面。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 544472 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 8 ·根據申請專利範圍第6項之阻氧化本體，其中塗 層被應用至盤的兩面之外之整個或部分的一面。 9 ·根據申請專利範圍第5項之阻氧化本體，其中該 本體是由鈦或鈦合金或鉻或銷合金形成的。 1 0 ·根據申請專利範圍第6項之阻氧化本體，其中 該本體是由鈦或鈦合金或銷或鍩合金形成的。 1 1 ·根據申請專利範圍第7項之阻氧化本體，其中 該本體是由鈦或鈦合金或銷或鍩合金形成的。 1 2 .根據申請專利範圍第8項之阻氧化本體·，其中 該本體是由鈦或鈦合金或鍩或銷合金形成的。 ϋ Β~ ϋ·1 II (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂ϋ.. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -2 -