TWI770865B - 對半導體工件進行處理的半導體設備及方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種對半導體工件進行處理的半導體設備及方法。 用於對半導體工件進行預潤的半導體設備包括：製程腔室、設置在製程腔室內以固持半導體工件的工件固持器、設置在製程腔室外且容納預潤流體的預潤流體槽、以及耦接到預潤流體槽且延伸到製程腔室中的導管。導管將預潤流體經由導管的出口從預潤流體槽遞送出以潤濕半導體工件的主表面，主表面包括多個凹陷部分。

Description

對半導體工件進行處理的半導體設備及方法
本發明實施例是有關於一種對半導體工件進行處理的半導體設備及方法，且特別是有關於一種用於對半導體工件進行預潤的半導體設備及方法。
在生產先進半導體積體電路(integrated circuit，IC)時，由於銅具有較低的電阻率及較高的電流攜載容量，因此目前使用電鍍銅。然而，銅電鍍製程可能會生產出有缺陷的導電特徵。舉例來說，困在電鍍銅層中的奈米氣泡會限制導電特徵的品質，而降低IC產品的生產良率。因此，為改進IC器件的電氣性能而正在進行的努力之一是形成無缺陷的導電特徵。
根據一些實施例，一種用於對半導體工件進行預潤的半導體設備包括：製程腔室、設置在所述製程腔室內以固持所述半導體工件的工件固持器、設置在所述製程腔室外且容納預潤流體 的預潤流體槽、以及耦接到所述預潤流體槽且延伸到所述製程腔室中的導管。所述導管將所述預潤流體經由所述導管的出口從所述預潤流體槽遞送出，以對所述半導體工件的主表面進行潤濕，所述主表面包括多個凹陷部分。
根據一些實施例，一種對半導體工件進行處理的方法至少包括以下步驟。對半導體工件進行預潤。所述預潤包括：降低製程腔室中的壓力，所述製程腔室容納由工件固持器固持的所述半導體工件、使預潤流體流動到所述半導體工件，以潤濕所述半導體工件的主表面，所述主表面包括多個凹陷部分、以及增加所述製程腔室中的所述壓力。藉由調節所述預潤流體的流體壓力來調節所述主表面上的潤濕速率，並且在增加壓力期間半導體工件的所述凹陷部分充滿所述預潤流體。從所述半導體工件移除所述預潤流體，並且在所述半導體工件上鍍覆導電材料。
根據一些實施例，一種對半導體工件進行處理的方法至少包括以下步驟。對製程腔室施加真空，所述製程腔室容納由工件固持器固持的半導體工件、將預潤蒸汽引入到所述製程腔室中、以及使預潤蒸汽凝結在所述半導體工件的所述主表面上，所述主表面包括多個凹陷部分。
10:半導體結構
11:基底層
11a、12a、WS1:主表面
12:導電特徵
20:預潤製程/製程
30、40A、40B、50A、50B:預潤設備
121:晶種材料層
122:導電材料層
201、202、203、204、205、206、207:步驟
305、505A、505B:製程腔室
305D:排水埠
310、410:工件固持器
310a:內側壁
310b:外側壁
320:移動機構
322、422、422a、522:導管
322a:通道
330、430、530:預潤流體槽
335、435:流量控制器
422o:出口
505t:上部部分
515:溫度控制器
522h:孔洞
531、531’:加熱器
5051:傾斜表面
5052:圓頂形頂板
A1、A2、A3、A4、A5、A6、A61、A7:箭頭
AX:軸線
D1:側向尺寸
DV:預潤蒸汽
DW:預潤流體
H1、H2:最短距離
OP:開口
W:半導體工件
WH1、WH2:垂直距離
WS2:側壁
結合附圖閱讀以下詳細說明，會最佳地理解本發明的各個態樣。應注意，根據行業中的標準慣例，各種特徵並非按比例 繪製。事實上，為論述清晰起見，可任意增大或減小各種特徵的尺寸。
圖1A到圖1D是根據一些實施例的形成半導體結構的導電特徵的各個階段的示意性剖視圖。
圖2是說明根據一些實施例的對半導體結構進行預潤的方法的流程圖。
圖3A是說明根據一些實施例的預潤設備的示意性剖視圖，所述預潤設備包括設置在工件固持器上的半導體工件。
圖3B是說明根據一些實施例的預潤設備的示意性剖視圖，所述預潤設備包括由預潤流體沖洗的半導體工件。
圖4A到圖4B是說明根據一些實施例的設置在工件固持器上的半導體工件的示意性平面圖。
圖5A是說明根據一些實施例的預潤設備的示意性剖視圖，所述預潤設備包括由預潤流體沖洗的半導體工件。
圖5B是說明根據一些實施例的圖5A中所示預潤設備的另一變化形式的示意性剖視圖。
圖6A是說明根據一些實施例的預潤設備的示意性剖視圖，所述預潤設備包括由預潤流體沖洗的半導體工件。
圖6B是說明根據一些實施例的圖6A中所示預潤設備的另一變化形式的示意性剖視圖。
以下揭露內容提供用於實作本發明的不同特徵的諸多不同的實施例或實例。以下闡述組件及排列的具體實例以簡化本揭露內容。當然，該些僅為實例且不旨在進行限制。舉例而言，以下說明中將第一特徵形成於第二特徵「之上」或第二特徵「上」可包括其中第一特徵及第二特徵被形成為直接接觸的實施例，且亦可包括其中第一特徵與第二特徵之間可形成有附加特徵、進而使得所述第一特徵與所述第二特徵可能不直接接觸的實施例。另外，本發明可能在各種實例中重複使用參考標號及/或字母。此種重複使用是出於簡潔及清晰的目的，但自身並不表示所論述的各種實施例及/或配置之間的關係。
另外，為了易於描述圖中所示的一個元件或特徵與另一元件或特徵的關係，本文中可使用例如「在...下」、「在...下方」、「下部」、「上覆」、及「上部」等空間相對用語。除了圖中所繪示的取向之外，所述空間相對用語亦旨在涵蓋裝置在使用或操作時的不同取向。設備可被另外取向(旋轉90度或在其他取向)，而本文所用的空間相對描述語可同樣相應地作出解釋。
圖1A到圖1D是根據一些實施例的形成半導體結構的導電特徵的各個階段的示意性剖視圖。參考圖1A，半導體結構10的基底層11設置有開口OP，並且晶種材料層121可共形地形成在基底層11上。在一些實施例中，基底層11是半導體晶圓(例如矽晶圓)或者是半導體晶圓的一部分。基底層11可以是或可包括可經過摻雜或未經摻雜的半導體基底，例如塊狀半導體等。在 此情況下，隨後形成的導電特徵(例如圖1D中的12)可用作半導體結構10中的基底穿孔(through substrate via，TSV)。在基底層11是形成在半導體基底之上的介電層的一些實施例中，導電特徵可被形成為半導體結構10中的內連線電路系統的一部分。
可藉由可接受的移除技術(例如微影及蝕刻、鑽孔及/或此類技術)來形成開口OP。開口OP的深度可處於次微米到約100微米的範圍內，其中寬深比(寬度/深度)處於約1：1到約1：20的範圍內。但此深度可變化且隨半導體製程縮放。應注意，示出了不穿透過基底層11的開口OP，然而在一些實施例中，可視需要使開口OP穿透過基底層11以暴露出位於基底層11之下的元件。應瞭解，開口的剖面形狀僅是實例，並且根據一些實施例可在基底層中形成包括與溝槽連接的通孔的雙鑲嵌開口。
繼續參考圖1A，開口OP可襯有晶種材料層121。晶種材料層121的材料可包括Cu、Ni、Co、Ru、其組合等。舉例來說，晶種材料層121可包含與在後續的鍍覆製程中使用的導電材料相同的導電材料(例如Cu)。在一些實施例中，開口OP先襯有障壁襯層(未示出)，然後在障壁襯層上沉積晶種材料層121。障壁襯層可將導電材料接合到基底層(例如介電層)或可防止導電材料與基底層(例如矽基底)之間相互作用。舉例來說，障壁襯層的材料包括Ta、TaN、Ti、TiN、其組合等。
參考圖1B，對半導體結構10執行預潤(pre-wetting)製程20。舉例來說，藉由預潤製程20來處理晶種材料層121以增強 潤濕能力(wettability)。晶種材料層的可潤濕性對後續的鍍覆製程來說可至關重要。如果晶種材料層無法潤濕鍍覆流體，則無法將鍍覆材料沉積在晶種材料層的那一區域上，因而形成缺陷。預潤製程可涉及使用流體來將半導體結構10潤濕。在一些情形中，將預潤流體噴射到半導體結構10會導致不期望的氣泡產生。在製程期間，這些氣泡可能會由於壓力差而被擠到開口中。在後續的鍍覆製程期間，開口中的這些氣泡成為阻擋點，而阻礙在這些點處進行鍍覆且導致相關缺陷產生。稍後將在其他實施例中闡述可避免形成氣泡的預潤設備及預潤方法。
參考圖1C，在晶種材料層121上形成導電材料層122。導電材料層122可以是包括金屬或金屬合金在內的金屬材料，例如銅、銀、金、鎢、鈷、鋁或其合金。舉例來說，在預潤製程之後，執行電化學鍍覆(electrochemical plating，ECP)以使用導電材料層122填充開口OP。在一些實施例中，將半導體結構10浸入在電解質浴槽(未示出)中。由於半導體結構10相對於電解質浴槽電偏壓(electrically bias)，因此導電材料以電化學方式沉積在半導體結構10上。但根據一些實施例可使用無電鍍覆形成導電材料層122。
參考圖1D，可移除形成在基底層11的主表面11a之上的多餘材料，以形成具有嵌置在基底層11中的導電特徵12的半導體結構10。在一些實施例中，執行平坦化(例如化學機械拋光、蝕刻、研磨、其組合等)來移除多餘材料。在一些實施例中，在 平坦化之後，導電材料層122的表面與晶種材料層121的表面形成與基底層11的主表面11a實質上齊平的主表面12a。在一些實施例中，亦藉由平坦化移除形成在基底層11與晶種材料層121之間的障壁襯層。在平坦化之後，導電材料層122及晶種材料層121的在側向上被基底層11覆蓋的剩餘部分共同被視為導電特徵12。
圖2是說明根據一些實施例的對半導體結構進行預潤的方法的流程圖。應瞭解，儘管下文將製程20闡述為一系列步驟，但不應將這些步驟的次序理解為具有限制意義。舉例來說，一些步驟以不同的次序發生及/或與除本文中所說明及/或所述的步驟之外的其他步驟同時發生。另外，實施本文中說明的一個或多個方面或實施例可能不需要進行所說明的所有步驟。此外，可在一個或多個單獨的動作及/或階段中施行本文中所繪示的步驟中的一者或多者。
參考圖2，在步驟201中，將半導體工件放置在製程腔室中的工件固持器上。半導體工件可以是預潤目標物(例如圖1B中所示的半導體結構10)。待被潤濕的半導體工件可以晶圓形式提供，並且所述半導體晶圓可包括界定有積體電路的多個區，每一區可具有一個或多個半導體晶粒。不旨在將半導體工件限制於任何特定類型。在一些實施例中，形成晶種材料層、預潤及後續的鍍覆是在單獨的腔室(或設備)中執行，因此可將半導體工件從前面的腔室轉移到後面的腔室。在一些實施例中，用於對半導體工件進行預潤的製程腔室是鍍覆系統的一部分。工件固持器可包括任 何適合的元件或可以用於承載且限制半導體晶圓的任何形式提供。稍後結合圖3A到圖6B闡述製程腔室的細節。
在步驟202處，可降低製程腔室中的壓力。舉例來說，在放置半導體工件之後，密封製程腔室且降低製程腔室內的壓力。舉例來說，在製程腔室中創造真空環境。在一些實施例中，在此步驟期間，排空半導體工件的開口內的空氣。在一些實施例中，採用泵(例如真空泵)來將製程腔室從大氣壓抽空降壓到次大氣壓(例如低真空壓力)。可利用耦接到製程腔室的泵來將製程腔室內的壓力控制到所期望的壓力，例如在約50托(Torr)到約100Torr的範圍內。
在步驟203處，使用預潤流體沖洗半導體工件的主表面。舉例來說，預潤流體是去離子水。作為另外一種選擇，預潤流體包含去離子水、酸及/或此類流體。在一些實施例中，在預潤流體接觸半導體工件的主表面之前對預潤流體進行脫氣(degassed)。在一些實施例中，當將已脫氣的預潤流體施加到半導體工件時，在製程腔室中維持次大氣壓(例如真空條件)。在此步驟期間，可轉動(或可不轉動)由工件固持器固持的半導體工件。在一些實施例中，使半導體工件以緩慢的速率旋轉。舉例來說，旋轉速度介於約50rpm到約100rpm之間，例如約50rpm。可藉由使用預潤流體輕緩地浸潤主表面來將半導體工件潤濕以避免形成氣泡。下文將結合圖3A到圖6B闡述潤濕的細節。
在步驟204到205處，在潤濕步驟之後，使半導體工件 靜止不動短暫的時間，例如在約10秒到約1分鐘的範圍內。在一些實施例中，跳過步驟204。接下來，可增加製程腔室內的壓力。舉例來說，釋放製程腔室中的真空。在一些實施例中，將製程腔室通向大氣壓(例如約760Torr)。
在步驟206到207處，使半導體工件變乾燥以從主表面移除預潤流體。舉例來說，執行旋乾(spin-drying)製程，其中使半導體工件以在約200rpm到約400rpm範圍內的速率轉動達在約10秒到約30秒範圍內的持續時間。在旋乾完成之後，可將半導體工件靜置短暫的時間。可採用其他適合的乾燥方法。此後，將半導體工件移出製程腔室以進行進一步處理(例如圖1C中所示的鍍覆)。
圖3A是說明包括設置在工件固持器上的半導體工件的預潤設備的示意性剖視圖且圖3B是說明根據一些實施例的預潤設備的示意性剖視圖，所述預潤設備包括由預潤流體沖洗的半導體工件。圖4A到圖4B是說明根據一些實施例的設置在工件固持器上的半導體工件的示意性平面圖。可利用本文中所示的預潤設備來執行圖2中所述的製程20。除非另有說明，否則圖2中所提及的元件與下文所述的相似組件本質上相同。
參考圖3A，提供預潤設備30，並且將半導體工件W放置在預潤設備30的製程腔室305內的工件固持器310上。半導體工件W可以是預潤目標物(例如圖1B中所示的半導體結構10)。半導體工件W的主表面WS1(例如晶種材料層121的頂表面)可 以是親水的且具有待被潤濕及鍍覆的凹陷特徵。工件固持器310可被設置為圓盤形式或可包括用於支撐半導體工件W的數個臂。使用任何適合的固持器具(例如銷、夾具等)將半導體工件W與工件固持器310嚙合，其中固持器具可在處理期間支撐及/或貼附半導體工件W。在一些實施例中，工件固持器310耦接到移動機構320(例如馬達、控制器、軸件、這些結構的組合及/或此類機構)。移動機構320被配置成驅動工件固持器310對半導體工件W執行移動(例如平移、傾斜、旋轉及/或此類移動)。在一些實施例中，製程腔室305的底部用作溢流容器以收集溢流的預潤流體。舉例來說，製程腔室305的底部設置有排水埠305D以排出溢流的預潤流體。
在一些實施例中，預潤流體槽330適於藉由至少一個導管332將預潤流體遞送到半導體工件W。預潤流體槽330可設置在製程腔室外。但預潤流體槽330可有其他配置。在一些實施例中，導管的出口上游設置有流量控制器335。在一些實施例中，預潤流體槽330中的水位低於工件固持器310，並且預潤流體槽330裝備有流量控制器335(例如泵)以用於驅動預潤流體槽330中的預潤流體流動到半導體工件W。作為另外一種選擇，藉由預潤流體槽330與製程腔室305之間的壓力差產生的吸力來遞送預潤流體。
在一些實施例中，導管332耦接到預潤流體槽330且組裝在工件固持器310上。儘管示出兩個導管332，但不旨在對導管 的數目做出限制。舉例來說，導管322的一些部分嵌置在工件固持器310中以在工件固持器310內形成通道322a。在一些實施例中，通道322a是工件固持器310中的中空通路。預潤流體通過通道322a的流動路徑可位於半導體工件W下方且沿著半導體工件W的側壁WS2。在一些實施例中，通道322a與預潤流體槽330是流體連通的，並且預潤流體可通過通道322a的出口流到半導體工件W，所述出口是由工件固持器310的內側壁310a及外側壁310b所界定。工件固持器310的內側壁310a及外側壁310b可實質上平行於半導體工件W的側壁WS2。以主表面WS1為基準，外側壁310b可高於內側壁310a。在一些實施例中，外側壁310b的頂部與主表面WS1所處的參考平面之間的最短距離H1大於內側壁310a的頂部與主表面WS1所處的參考平面之間的最短距離H2。舉例來說，工件固持器310的內側壁310a及外側壁310b可用作溢流堰，並且由於高差，通過通道322a遞送的預潤流體可溢流出內側壁310a再溢流出外側壁310b。
繼續參考圖3A並參考圖4A和圖4B，可以任何適合的方式設置通道322a的出口。舉例來說，當俯視時(例如圖4A)，通道322a的出口分佈在半導體工件W的周邊周圍。預潤流體可從這些出口埠排放且流動到半導體工件W的主表面WS1，如箭頭A1所示。如此一來，可從邊緣到中心將半導體工件W的主表面WS1潤濕。出口可具有任何俯視形狀，例如正方形、矩形、圓形、橢圓形、多邊形等。注意，圖4A中所示的四個出口僅是實例，可通 過單個出口或多個出口排放預潤流體，在本公開中出口的數目不受限制。在一些實施例中，當俯視時(例如圖4B)，通道322a的出口是圍繞半導體工件W的周邊的溝槽。通道322a的出口可以是沿著半導體工件W的周界的連續的環形溝槽或可以是不連續的溝槽。可存在出口的其他適合的配置。預潤流體可從溝槽溢流到半導體工件W，進而從邊緣流向中心，如箭頭A1所示。
參考圖3B，藉由預潤流體DW沖洗半導體工件W。圖3B中所示的情況可對應於圖2中所述的步驟203。在一些實施例中，在潤濕步驟期間，使半導體工件W繞軸線AX旋轉，軸線AX穿過半導體工件W的中心且垂直於主表面WS1。舉例來說，藉由移動機構320驅動半導體工件W在順時針(或逆時針)方向上轉動。作為另外一種選擇，在潤濕步驟期間不轉動半導體工件W。虛線箭頭表示在潤濕期間可執行轉動或可不執行轉動。
在一些實施例中，在將預潤流體DW遞送到半導體工件W之前對預潤流體DW進行脫氣。舉例來說，脫氣器(未示出)被配置成在預潤流體DW進入導管322之前從預潤流體DW移除(或減少)溶解的氣體。在一些實施例中，預潤流體槽330中的水位低於工件固持器310，並且可藉由導管322向上遞送預潤流體槽330中的預潤流體DW，如箭頭A2所示。然後，預潤流體DW可流經工件固持器310中的通道322a，如箭頭A3所示。接下來，預潤流體DW可溢流出工件固持器310的內側壁310a以接觸半導體工件W的主表面WS1，如箭頭A1所示。預潤流體DW的水流 可輕緩溫和地潤濕半導體工件W的主表面WS1而不會產生氣泡。舉例來說，藉由調節預潤流體DW的流體壓力來調節主表面WS1上的潤濕速率。為避免具有較高流體壓力的流體射流衝擊主表面，可將與半導體工件W的主表面WS1接觸的預潤流體DW的水流調節成具有相對低的流體壓力。注意，可採用任何適合的流量控制器(未示出；例如閥、控制器、感測器等)來達到壓力需求及流量需求。舉例來說，將流體壓力控制在約10磅/平方英寸(psi)與約100psi的範圍內。
預潤流體DW可通過通道322a持續地流出以將半導體工件W潤濕。多餘的預潤流體DW可溢流出工件固持器310的外側壁310b且向下流動到製程腔室305的底部，如箭頭A4所示。在一些實施例中，由於壓力差(例如在圖2中所述的步驟205，增大製程腔室中的壓力)，預潤流體DW可充滿半導體工件W的主表面WS1上的凹陷特徵(或開口)。在一些實施例中，在圖2中所述的步驟206期間，從半導體工件W的主表面WS1移除預潤流體DW，並可將預潤流體DW收集在製程腔室305的底部處，並且可藉由排水埠305D排放在製程腔室305的底部的這些預潤流體DW。
圖5A是說明根據一些實施例的預潤設備的示意性剖視圖，所述預潤設備包括由預潤流體沖洗的半導體工件。圖5A中所示的情況可對應於圖2中所述的步驟203。圖5A所示的預潤設備40A類似於圖3A所示的預潤設備30，因此使用相似的參考標號 來標示相似的元件。
參考圖5A，藉由使預潤流體DW從預潤流體槽430流動到半導體工件W來將半導體工件W潤濕。在潤濕步驟期間，可藉由移動機構320驅動半導體工件W轉動，或可不藉由移動機構320驅動半導體工件W轉動。在一些實施例中，設置在製程腔室305外的預潤流體槽430耦接到導管422，其中延伸到製程腔室305中的導管422定位在半導體工件W上方以將預潤流體DW向下遞送到半導體工件W的主表面WS1。在一些實施例中，出口422o的側向尺寸D1(例如直徑)小於約3mm，例如在約1mm到約3mm的範圍內。應注意，可根據預定流速及製程要求調整側向尺寸D1。
在一些實施例中，導管422可在製程腔室305內移動以位於任何期望的位置。導管422可被設置為起動臂(priming arm)或可以是起動臂的一部分，所述起動臂由控制器(未示出)驅動以執行移動(例如擺動、降低、升高等)。在一些實施例中，導管422的出口422o定位在半導體工件W的主表面WS1的中心上方的垂直距離WH1處。作為另外一種選擇，導管422的出口422o定位在半導體工件W的主表面WS1的邊緣或其他位置上方。
在一些實施例中，預潤流體槽430裝備有流量控制器435，並可藉由流量控制器435將預潤流體槽430中的預潤流體DW饋送到導管422中。流量控制器435可包括至少一個泵(例如注射泵(syringe pump)、壓力泵等)、閥、馬達、管線等。可利用被配 置成進行壓力控制及流速控制的其他適合的器件。藉由調節遞送到半導體工件W的預潤流體DW的流速及壓力，可輕緩地沖洗半導體工件W。舉例來說，流體壓力被控制在約5psi與約50psi的範圍內。
在一些實施例中，先對預潤流體DW進行脫氣並藉由導管422進行遞送。舉例來說，在使用任何適合的技術遞送預潤流體DW的期間，導管422內不存在氣泡。在一些實施例中，導管422的出口422o位於半導體工件W上方且在靠近半導體工件W的主表面WS1的位置處，並且預潤流體DW通過出口422o流出以接觸半導體工件W的主表面WS1，如箭頭A5所示。舉例來說，導管422的出口422o與半導體工件W的主表面WS1之間的垂直距離WH1在約1mm到約3mm的範圍內。可在將預潤流體DW遞送到半導體工件W之前、期間及之後調節垂直距離WH1。
在一些實施例中，隨著預潤流體DW持續地流到半導體工件W，預潤流體DW積聚在半導體工件W的主表面WS1上，並且以主表面WS1為基準保持出口422o的位置低於預潤流體DW的高度(水位)。舉例來說，導管422的出口422o浸沒在主表面WS1之上的預潤流體DW下。在一些實施例中，垂直距離WH1小於環繞導管422的預潤流體DW的流體表面與半導體工件W的主表面WS1之間的垂直距離WH2。在一些實施例中，隨著將預潤流體DW持續地遞送到半導體工件W，預潤流體DW在徑向方向上逐漸且緩慢地漫延到邊緣，如虛線箭頭A6所示。注意，以虛線 表示預潤流體DW在半導體工件W上的流動路徑。舉例來說，預潤流體DW在半導體工件W的主表面WS1之上的流動呈“蠕動(creeping)”流動型態，以防止流體射流衝擊主表面WS1。可藉由調節流體壓力來調節主表面WS1上的潤濕速率。可藉由例如優化出口422o的大小及導管422的長度、藉由流量控制器435調節流體壓力及速度等來達成所述蠕動流動型態。應注意，本文中所使用的用語“蠕動流(creeping flow)”可指流體壓力及速度(或流速)較低的流動。
可調節預潤流體DW在半導體工件W之上的漫延流速以避免湍流及/或形成氣泡。舉例來說，流量控制器435的應用便於控制饋送到導管422中的預潤流體DW的流體壓力及流速。出口422o的側向尺寸D1可被設計成使少量的預潤流體DW通過出口422o流出。如此一來，預潤流體DW可輕緩地潤濕半導體工件W的主表面WS1，以防止流體射流噴到主表面WS1。在一些實施例中，當對半導體工件W進行潤濕時，保持出口422o浸沒在預潤流體DW中可防止氣泡被引入到半導體工件W之上的預潤流體DW中。隨著預潤流體DW持續地浸潤半導體工件W的主表面WS1，半導體工件W之上的多餘預潤流體DW可溢流出工件固持器410的頂表面(如箭頭A4所示)，然後可藉由排水埠305D排放溢流的預潤流體DW。
圖5B是說明根據一些實施例的圖5A中所示預潤設備的另一變化形式的示意性剖視圖，因此為簡潔起見，裝置的細節不 再重複。參考圖5B並參考圖5A，預潤設備40B與圖5A中的預潤設備40A之間的差異包括預潤設備40B被配置多個導管422a來輸送預潤流體DW。儘管示出兩個導管，但應理解，可配置多於兩個導管。在一些實施例中，導管422a定位在半導體工件W上方，以從預潤流體槽430朝向半導體工件W遞送預潤流體DW，如箭頭A5所示。導管422a可沿著半導體工件W的周界分佈，並且流動到半導體工件W的預潤流體DW可從半導體工件W的主表面WS1的邊緣漫延到中心，如虛線箭頭A61所示。在一些實施例中，導管中的一者定位在半導體工件W的中心處且導管中的另一者定位在半導體工件W的邊緣處。此外，導管可有其他的配置。
圖6A是說明根據一些實施例的預潤設備的示意性剖視圖，所述預潤設備包括由預潤流體沖洗的半導體工件。圖6A所示的預潤設備50A類似於圖3A和圖3B中所述的預潤設備30，使用相似的參考標號來標示相似的元件，為簡潔起見，類似元件的細節不再重複。圖6A所示的情況可對應於圖2中所述的步驟203。虛線箭頭代表在潤濕期間可執行轉動或可不執行轉動。
參考圖6A，導管522耦接到預潤流體槽530且延伸到製程腔室505A中，以將預潤流體從預潤流體槽530以蒸汽形式遞送到製程腔室505A中。在一些實施例中，預潤流體是可凝結的流體蒸汽，在將可凝結的流體蒸汽引入到製程腔室505A中之前，可對可凝結的流體蒸汽進行脫氣(或可不進行脫氣)。如本文中所使用的，呈蒸汽形式的預潤流體被稱為預潤蒸汽DV。在一些實施例中， 藉由將去離子水汽化來形成預潤蒸汽DV。預潤蒸汽DV可根據製程要求而包含其他物質。預潤流體槽530可含有高水分含量(例如約100%的相對濕度)。舉例來說，預潤流體槽530裝備有被配置成對預潤流體進行加熱並使預潤流體汽化的加熱器531(例如加熱器、熱板、蒸汽產生器及/或此類器件)。在一些實施例中，維持預潤流體槽530中的溫度高於約攝氏90度。但預潤流體槽中的溫度可根據預潤流體的含量及壓力而變化。
在一些實施例中，為確保預潤蒸汽DV流到製程腔室505A中而不會在導管內凝結，如使用例加熱器531’將導管522保持在加熱條件下。與導管522裝備在一起的加熱器531’可和與預潤流體槽530裝備在一起的加熱器531相同或類似。應理解，在本文中導管及加熱器的數目及配置不受限制。舉例來說，導管522的延伸到製程腔室505A中的部分在製程腔室505A的上部部分505t處且定位在半導體工件W上方，並且導管522的所述部分可包括分佈在導管522的側壁上的多個孔洞(或出口)522h。預潤蒸汽DV可通過孔洞522h進入製程腔室505A，如虛線箭頭A7所示。在一些實施例中，以半導體工件W的主表面WS1為基準，垂直地(或傾斜地)設置導管522的所述部分，以避免流體液滴直接落到半導體工件W的主表面WS1上。應理解，孔洞的數目、大小及配置僅出於說明目的示出且可根據製程要求變化。
在一些實施例中，製程腔室505A包括連接到腔室側壁及頂板的傾斜表面5051。傾斜表面5051可被配置成防止預潤蒸汽 DV在製程腔室的頂部上凝結，凝結的預潤蒸汽DV會駐留在半導體工件W上方且可能滴落到半導體工件W上。舉例來說，藉由傾斜表面5051將凝結在製程腔室505A的頂板上的預潤蒸汽DV引導到溢流容器(例如製程腔室的底部)，然後通過排水埠305D排出。注意，傾斜表面5051相對於製程腔室505A的側壁的傾斜角可根據腔室設計來決定且在本公開中不受限制。傾斜表面5051可由任何適合的導流板或其他配置取代。
繼續參考圖6A，預潤設備50A的工件固持器410可裝備有溫度控制器515(例如熱電冷卻器、熱交換器、冷卻板及/或此類器件)。在一些實施例中，溫度控制器515被配置成降低設置在工件固持器410上的半導體工件W的溫度。舉例來說，在潤濕步驟期間，使用溫度控制器515將半導體工件W的溫度降低到低於預潤蒸汽DV的凝結溫度(例如露點溫度)的溫度。如此一來，可使引入到製程腔室505A中的預潤蒸汽DV凝結，以在半導體工件W的主表面WS1上形成預潤流體DW。凝結溫度可根據參數(例如預潤流體的含量、製程腔室中的操作壓力等)而變化。
在一些實施例中，為便於在半導體工件W的主表面WS1上執行凝結過程，將製程腔室505A中的操作溫度設定為高於預潤蒸汽DV的凝結溫度(例如露點溫度)以避免預潤蒸汽DV在腔室側壁及/或頂板上凝結。隨著通過導管522的孔洞522h持續地遞送預潤蒸汽DV，在半導體工件W的主表面WS1之上凝結的預潤蒸汽DV可逐漸形成潤濕主表面WS1的預潤流體DW的水流。在半 導體工件W上執行的凝結過程可在主表面WS1上緩慢地形成預潤流體DW但不會形成氣泡。在一些實施例中，在潤濕步驟期間且當製程腔室505A中的壓力改變時(例如步驟205)，半導體工件W的主表面WS1的凹陷部分充滿凝結的預潤流體DW。半導體工件W上多餘的預潤流體DW可溢流出工件固持器410的頂表面(如箭頭A4所示)，然後可通過排水埠305D排放溢流的預潤流體。
圖6B是說明根據一些實施例的圖6A中所示預潤設備的另一變化形式的示意性剖視圖。使用相似的參考標號來標示相似的元件，為簡潔起見，類似元件的細節不再重複。參考圖6B並參考圖6A，預潤設備50B與圖6A中的預潤設備50A之間的差異在於，製程腔室505A包括圓頂形頂板5052。舉例來說，視需要使圓頂形頂板5052與腔室側壁嚙合以形成真空密封。在潤濕步驟期間，可將形成在製程腔室505B的頂部上的凝結的預潤流體DW(若有的話)引導到溢流容器(例如製程腔室的底部)，然後通過排水埠305D排出。藉由配置圓頂形頂板5052，可防止在製程腔室的頂部上凝結的預潤蒸汽DV駐留在半導體工件W上方並可能滴落到半導體工件W上。
根據一些實施例，一種用於對半導體工件進行預潤的半導體設備包括：製程腔室、設置在所述製程腔室內以固持所述半導體工件的工件固持器、設置在所述製程腔室外且容納預潤流體的預潤流體槽、以及耦接到所述預潤流體槽且延伸到所述製程腔室中的導管。所述導管將所述預潤流體經由所述導管的出口從所 述預潤流體槽遞送出，以對所述半導體工件的主表面進行潤濕，所述主表面包括多個凹陷部分。
在一些實施例中，所述導管的一部分位於所述工件固持器中，並且所述導管的所述出口設置在所述半導體工件的邊緣旁。在一些實施例中，所述工件固持器包括與所述半導體工件的所述邊緣接觸的內側壁，並且流經所述導管的所述預潤流體從所述工件固持器的所述內側壁溢流到所述半導體工件的所述主表面。在一些實施例中，所述工件固持器包括以所述半導體工件的所述主表面為基準高於所述內側壁的外側壁，並且所述預潤流體的多餘部分從所述工件固持器的所述外側壁溢流。在一些實施例中，所述導管的所述出口定位在所述半導體工件的所述主表面上方一垂直距離處，並且隨著所述預潤流體持續地流動到所述半導體工件，所述導管的所述出口浸沒在所述半導體工件之上的所述預潤流體中。在一些實施例中，半導體設備還包括流量控制器，流量控制器耦接到所述預潤流體槽，以將流動到所述半導體工件的所述預潤流體的流體壓力調節到約5磅/平方英寸與約50磅/平方英寸的範圍內。在一些實施例中，半導體設備還包括第一溫度控制器，第一溫度控制器耦接到所述預潤流體槽，以使所述預潤流體蒸發。在一些實施例中，所述導管設置在所述製程腔室的上部部分處，所述導管的所述出口包括分佈在所述導管的側壁上的多個孔洞，並且呈蒸汽形式的所述預潤流體通過所述孔洞進入所述製程腔室。在一些實施例中，所述導管耦接到所述第一溫度控制器，以維持 在用於以蒸汽形式遞送所述預潤流體的溫度。在一些實施例中，半導體設備還包括第二溫度控制器，第二溫度控制器耦接到所述工件固持器，以將所述半導體工件的溫度降低到低於所述預潤流體的露點溫度。
根據一些實施例，一種對半導體工件進行處理的方法至少包括以下步驟。對半導體工件進行預潤。所述預潤包括：降低製程腔室中的壓力，所述製程腔室容納由工件固持器固持的所述半導體工件、使預潤流體流動到所述半導體工件，以潤濕所述半導體工件的主表面，所述主表面包括多個凹陷部分、以及增加所述製程腔室中的所述壓力。藉由調節所述預潤流體的流體壓力來調節所述主表面上的潤濕速率，並且在增加壓力期間半導體工件的所述凹陷部分充滿所述預潤流體。從所述半導體工件移除所述預潤流體，並且在所述半導體工件上鍍覆導電材料。
在一些實施例中，使所述預潤流體流動到所述半導體工件包括使所述預潤流體在所述工件固持器內流動以及使所述預潤流體從所述工件固持器的內側壁溢流到所述半導體工件的所述主表面。在一些實施例中，流動到所述半導體工件的所述預潤流體的流體壓力被調節到10磅/平方英寸與約100磅/平方英寸的範圍內。在一些實施例中，藉由導管遞送所述預潤流體，所述導管包括定位在所述半導體工件的所述主表面上方的出口，並且使所述預潤流體流動到所述半導體工件包括使所述預潤流體在所述半導體工件的所述主表面上積聚以及保持所述導管的所述出口浸沒在 所述半導體工件的所述主表面上的所述預潤流體中。在一些實施例中，使所述預潤流體流動到所述半導體工件包括使在所述導管中流動的所述預潤流體保持無氣泡。
根據一些實施例，一種對半導體工件進行處理的方法至少包括以下步驟。對製程腔室施加真空，所述製程腔室容納由工件固持器固持的半導體工件、將預潤蒸汽引入到所述製程腔室中、以及使預潤蒸汽凝結在所述半導體工件的所述主表面上，所述主表面包括多個凹陷部分。
在一些實施例中，藉由導管遞送所述預潤蒸汽，所述導管在所述製程腔室中延伸到高於所述半導體工件且包括多個孔洞，並且將所述預潤蒸汽引入到所述製程腔室中包括將所述導管保持在使所述預潤蒸汽在所述導管中流動並通過所述孔洞排出到所述製程腔室的溫度。在一些實施例中，所述工件固持器裝有溫度控制器，並且使所述預潤蒸汽在所述半導體工件上凝結包括使用所述溫度控制器對所述半導體工件進行冷卻。在一些實施例中，方法還包括釋放所述真空，其中所述半導體工件的所述凹陷部分充滿因使所述預潤蒸汽凝結而形成的預潤流體、從所述半導體工件移除所述預潤流體以及在所述半導體工件上鍍覆導電材料。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以界定本發明的實施例，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明實施例的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
30:預潤設備
305:製程腔室
305D:排水埠
310:工件固持器
310a:內側壁
310b:外側壁
320:移動機構
322:導管
322a:通道
330:預潤流體槽
335:流量控制器
A1、A2、A3、A4:箭頭
AX:軸線
DW:預潤流體
W:半導體工件
WS1:主表面
WS2:側壁

Claims (10)

  1. 一種用於對半導體工件進行預潤的半導體設備，包括：製程腔室；工件固持器，設置在所述製程腔室內以固持所述半導體工件；預潤流體槽，設置在所述製程腔室外且容納預潤流體；以及至少一導管，耦接到所述預潤流體槽且延伸到所述製程腔室中，所述至少一導管將所述預潤流體經由所述至少一導管的出口從所述預潤流體槽遞送出，以對所述半導體工件的主表面進行潤濕，所述主表面包括多個凹陷部分，其中所述至少一導管的所述出口定位在所述半導體工件的所述主表面上方第一垂直距離處，並且隨著所述預潤流體持續地流動到所述半導體工件，所述至少一導管的所述出口浸沒在所述半導體工件之上的所述預潤流體中。
  2. 如請求項1所述的半導體設備，其中所述第一垂直距離小於環繞所述至少一導管的所述預潤流體的流體表面與所述半導體工件的所述主表面之間的第二垂直距離。
  3. 如請求項1所述的半導體設備，其中所述至少一導管包括多個導管，且所述多個導管沿著所述半導體工件的周界分佈。
  4. 如請求項1所述的半導體設備，還包括：流量控制器，耦接到所述預潤流體槽以將流動到所述半導體 工件的所述預潤流體的流體壓力調節到約5磅/平方英寸與約50磅/平方英寸的範圍內。
  5. 如請求項4所述的半導體設備，其中所述流量控制器包括注射泵。
  6. 一種對半導體工件進行處理的方法，包括：對半導體工件進行預潤，包括：降低製程腔室中的壓力，所述製程腔室容納由工件固持器固持的所述半導體工件；使預潤流體流動到所述半導體工件，以潤濕所述半導體工件的主表面，所述主表面包括多個凹陷部分，其中藉由調節所述預潤流體的流體壓力來調節所述主表面上的潤濕速率，使所述預潤流體在所述半導體工件的所述主表面之上的流動呈蠕動流動型態；以及增加所述製程腔室中的所述壓力，其中所述半導體工件的所述凹陷部分充滿所述預潤流體；從所述半導體工件移除所述預潤流體；以及在所述半導體工件上鍍覆導電材料。
  7. 如請求項6所述的對半導體工件進行處理的方法，其中使所述預潤流體流動到所述半導體工件包括：使遞送所述預潤流體的導管的出口定位在所述半導體工件的主表面上方的第一垂直距離處；以及持續遞送所述預潤流體，使所述第一垂直距離小於環繞所述 導管的所述預潤流體的流體表面與所述半導體工件的所述主表面之間的第二垂直距離。
  8. 如請求項6所述的對半導體工件進行處理的方法，其中藉由導管遞送所述預潤流體，所述導管包括定位在所述半導體工件的所述主表面上方的出口，並且使所述預潤流體流動到所述半導體工件包括：使所述預潤流體在所述半導體工件的所述主表面上積聚；以及保持所述導管的所述出口浸沒在所述半導體工件的所述主表面上的所述預潤流體中。
  9. 一種對半導體工件進行處理的方法，包括：對製程腔室施加真空，所述製程腔室容納由工件固持器固持的半導體工件；使預潤流體經由導管而流動到所述半導體工件，以潤濕所述半導體工件的主表面，其中所述主表面包括多個凹陷部分，所述導管的出口定位在所述半導體工件的所述主表面上方一垂直距離處，並且隨著所述預潤流體持續地流動到所述半導體工件，所述導管的所述出口浸沒在所述半導體工件之上的所述預潤流體中。
  10. 如請求項9所述的對半導體工件進行處理的方法，其中藉由調節所述預潤流體的流體壓力使所述預潤流體在所述半導體工件的所述主表面之上的流動呈蠕動流動型態。
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