CN107026103A

CN107026103A - 接合系统和相关装置及方法

Info

Publication number: CN107026103A
Application number: CN201611092245.7A
Authority: CN
Inventors: 黄信华; 刘丙寅; 梁晋玮; 林勇志; 刘冠良; 蔡嘉雄
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2017-08-08
Also published as: US20170207191A1; TW201736027A

Abstract

本发明实施例公开了一种接合系统，其包括：存储装置，包括腔室，其中，腔室配置为容纳从负载端口转移的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆，并且气体被提供至腔室以将氧气排出腔室；表面处理站，配置为对从存储装置转移的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆执行表面激活；清洗站，配置为从表面处理站转移的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆的表面去除不期望的物质；以及预接合站，配置为将第一半导体晶圆和第二半导体晶圆接合在一起以产生接合的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆对，其中，第一半导体晶圆和第二半导体晶圆从清洗站转移。本发明实施例还公开了相关的装置和方法。

Description

接合系统和相关装置及方法

技术领域

本发明实施例涉及接合系统和相关装置及方法。

背景技术

在半导体晶圆的制造中，制造设备包括用于执行各个工艺的许多装置。每种装置具有相应的操作环境，例如，富氧的、贫氧的、无氧的、以及高度真空环境。如果有操作环境的偏差，将相应地形成一些不期望的缺陷。例如，在薄膜工艺中，由不期望的氧化造成的颗粒可大幅度地损坏半导体晶圆的产量。因此，需要很好地控制工作环境以在一致的基础上确保高质量产品的递送。

发明内容

根据本发明的一些实施例，提供了一种接合系统，包括：存储装置，包括腔室，其中，所述腔室配置为容纳从负载端口转移的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆，并且气体被提供至所述腔室以将氧气排出所述腔室；表面处理站，配置为对从所述存储装置转移的所述第一半导体晶圆和所述第二半导体晶圆执行表面激活；清洗站，配置为从所述表面处理站转移的所述第一半导体晶圆和所述第二半导体晶圆的表面去除不期望的物质；以及预接合站，配置为将所述第一半导体晶圆和所述第二半导体晶圆接合在一起以产生接合的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆对，其中，所述第一半导体晶圆和所述第二半导体晶圆从所述清洗站转移。

根据本发明的另一些实施例，还提供了一种在开始接合操作之前用于临时存储从负载端口转移的半导体晶圆的装置，所述装置包括：腔室，用于容纳半导体晶圆，所述腔室包括：门，配置为允许所述半导体晶圆被传输至所述腔室中和传输出所述腔室；和喷嘴，配置为提供气体至所述腔室；以及气体源，配置为通过所述喷嘴提供气体。

根据本发明的又一些实施例，还提供了一种接合方法，包括：利用存储装置以容纳从负载端口转移的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆；提供气体至所述存储装置以将氧气排出所述存储装置；以及依次循序地转移所述第一半导体晶圆和所述第二半导体晶圆至接合系统的下一站；其中，所述存储装置是无氧的。

附图说明

当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明的实施例。应该强调的是，根据工业中的标准实践，对各种部件没有按比例绘制并且仅仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或缩小。

图1是根据本发明的实施例示出的用于将两个以上的半导体晶圆连接在一起的混合接合系统的示图。

图2A至图2H是根据本发明的实施例示出的在混合接合系统中执行的操作的各个阶段的示图。

图3是根据本发明的示意性实施例的存储装置的截面图。

图4A至图4C是根据本发明的一些实施例的将气体排放至存储装置中的各个阶段。

具体实施方式

以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件形成为直接接触的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可在各个实例中重复参考标号和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。

而且，为便于描述，在此可以使用诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空间相对术语，以便于描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，而在此使用的空间相对描述符可以同样地作相应的解释。

尽管提出本发明宽泛范围的数值范围和参数设定是近似值，在特定实例中的数值设定被尽可能精确地报告。任何数值，然而，固有地包含某些必然误差，该误差由各自的测试测量结果中发现的标准偏差产生。同样，正如此处使用的术语“约”一般指在给定值或范围的10％、5％、1％或0.5％内。或者，术语“约”意思是在本领域普通的技术人员可以考虑到的可接受的平均标准误差内。除了在操作/工作实例中，或者除非明确指出，否则应该理解，通过术语“大约”修改所有示例中的所有的数值范围、数量、值和百分比(诸如用于本文所公开的材料的数量、持续时间、温度、操作条件、比率大小等)。因此，除非有相反规定，本发明和所附权利要求所记载的数值参数设定是可以根据要求改变的近似值。至少，每个数值参数应该至少被解释为根据被报告的有效数字的数目，并应用普通的四舍五入技术。此处范围可以表示为从一个端点到另一个端点或在两个端点之间。此处公开的所有范围包括端点，除非另有说明。

当执行接合操作时，例如，混合接合操作，已经采用导电焊盘以提供半导体晶圆之间的电接触。然而，能够影响导电焊盘的电连接的强度的最重要因素之一是当暴露于含氧环境时导电焊盘的氧化。通常地，暴露时间越长，将形成的氧化物越多。由于半导体晶圆通常是被大批量生产的，制造工艺中的延迟通常使晶圆“排队”，等待制造工艺的下一步骤，并且若干小时至若干天的排队时间(Q时间)是很常见的。

本发明的概念是提供了一种具有正压的含惰性气体的存储装置的混合接合系统。存储装置用于半导体晶圆的临时存储，且惰性气体防止或松弛(relaxes)在导电焊盘的顶面上的氧化物材料的形成。在本发明的一些实施例中，例如，导电焊盘是由铜(Cu)或铜合金组成的，并且惰性气体防止或放松在导电焊盘的顶面上的例如CuO、Cu₂O、和CuO₂的氧化铜的形成。在导电焊盘的顶面上的氧化物材料可通过增加接触电阻和促进电迁移导致电性能的退化，因此造成器件产量和可靠性问题。通过公开的混合接合系统，可以减少或防止铜的污染和氧化。这样，混合接合程序中的整个排队时间可能延长。

图1是根据本发明的一个实施例示出的用于将两个以上的半导体晶圆连接在一起的混合接合系统的示图。例如，半导体晶圆可包括由硅或其他半导体材料组成的半导体衬底并且可被绝缘层覆盖。例如，半导体晶圆可包括单晶硅上方的氧化硅。作为实例，可使用GaAs、InP、Si/Ge或SiC的化合物半导体代替硅。在一些实施例中，作为实例，半导体晶圆可以包括绝缘体上硅(SOI)或绝缘体上锗(GOI)衬底。

半导体晶圆可包括接近工件的顶面形成的器件区域。器件区域包括有源组件或电路，诸如导电部件、注入区域、电阻器、电容器和例如晶体管、二极管等的其他半导体元件。例如，在一些实施例中，在前段制程(FEOL)工艺中的半导体晶圆上方形成器件区域。半导体晶圆还可以包括提供从工件的底侧至顶侧的连接的导电材料的衬底通孔(TSV)。

金属结构可形成在半导体晶圆上方，例如，半导体晶圆的器件区域上方。例如，在一些实施例中，在后段制程(BEOL)工艺中，在半导体晶圆上方形成金属结构。金属结构包括在绝缘材料中形成的诸如导电线、导电通孔和导电焊盘的导电部件。作为实例，导电焊盘包括在半导体晶圆的顶面上形成的接触焊盘或接合焊盘。一些通孔将导电焊盘连接至金属结构中的导电线，并且其他通孔将接触焊盘连接至半导体晶圆的器件区域。通孔还可与不同金属层中的导电线连接。导电部件可以包括通常用于BEOL工艺中的导电材料，诸如Cu、Al、W、Ti、TiN、Ta、TaN、或它们的多层或组合。根据一个实施例，例如，接近金属结构的顶面设置的导电焊盘包括Cu或铜合金。示出的金属结构仅仅是为了说明的目的：例如，金属结构可以包括其他配置和可以包括一个或多个导线和通孔层。作为其他实例，一些半导体晶圆可具有三个导电线和通孔层、或四个以上的导电线和通孔层。半导体晶圆包括在俯视图中每一个均成型为方形或矩形图案的管芯。

参照回图1，混合接合系统包括负载端口200、存储装置104、表面处理站106、清洗站108、对准和预接合站110、以及退火站112。混合接合系统可以位于例如填充有洁净空气或氮气的控制环境中。可选地，混合集合系统位于开放空气中。

在该实施例中，负载端口102是用于在处理步骤之间便携地存储多个半导体晶圆的容器。负载端口102可以放置在混合接合系统的界面处且通常提供有配置为自动打开或关闭的可移动门。取决于因素的数量，诸如生产运行规模、周期等，多个半导体晶圆可被容纳在负载端口102中并持续处理步骤之间相当长的时间。在一些实施例中，半导体晶圆在堆叠件中保持间隔且由负载端口102中的狭槽支撑。

负载端口102包括第一前开式统集盒(FOUP)102a、第二FOUP 102b以及第三FOUP102c。第一FOUP 102a配置为接收和容纳至少一个第一半导体晶圆；第二FOUP 102b配置为接收和容纳至少一个第二半导体晶圆，其中，第一半导体晶圆和第二半导体晶圆通过图1的混合接合系统的装置104和站106至112接合在一起。接合的半导体晶圆可以存储回至负载端口102且包含在第三FOUP 102c中。第一半导体晶圆、第二半导体晶圆和接合的半导体晶圆可通过机械臂转移。

存储装置104是配置为临时容纳需要通过稍后执行的混合接合操作接合在一起的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆的容器或腔室。存储装置104是含有惰性气体的存储装置。在该实施例中，存储装置104配置为具有正压力。然而，这并不是本发明的限定。如本发明中之前所述，惰性气体防止或放松在导电焊盘的顶面上的氧化物材料的形成。

表面处理站106配置为执行表面处理，即，包括激活半导体晶圆的顶面的激活操作。在一些实施例中，表面处理包括等离子体处理。例如，可以在为表面处理站的一部分的真空环境(真空腔室)中执行等离子体处理。用于生成等离子体的工艺气体可以是含氢气体，该含氢气体包括氢气(H₂)和氩气(Ar)的第一组合气体、H₂和氮气(N₂)的第二组合气体、或H₂和氦气(He)的第三组合气体。通过处理，在表面介电层处的OH基团的数量增加，这有利于形成较强的熔融键合。还可使用纯或基本上纯的H₂、Ar或N₂作为工艺气体执行等离子体处理，其通过还原和/或轰击来处理金属焊盘和表面介电层的表面。

用于处理的等离子体可以是低功率等离子体，例如，具有介于约10瓦特和约2,000瓦特之间的用于生成等离子体的功率。然而，这并不是本发明的限定。在一些实施例中，等离子体处于小于约1,000瓦特的功率密度。在表面处理中，激活介电材料的暴露表面。在一些实施例中，激活操作还可清洗半导体晶圆的顶面。例如，如果任何氧化物材料留在接触焊盘的顶面上，在激活操作期间可以去除剩余氧化物材料的一部分或全部。

清洗站108配置为执行清洗操作以去除半导体晶圆上的金属氧化物、化学物质、颗粒、或其他不期望的物质。作为实例，清洗操作可以包括金属氧化物去除、暴露于去离子(DI)H₂O、暴露于NH₄OH、暴露于稀释氢氟酸(DHF)(例如，小于约1％HF酸的浓度)、暴露于其他酸、利用刷子的清洗工艺、兆声波程序、旋涂工艺、暴露于红外(IR)灯、或它们的组合的，但是可选地，清洗工艺可以包括其他类型的清洗工艺。清洗站108可包括可被密封以限制化学蒸气的腔室。化学蒸气从在腔室内部执行的清洗工艺中使用的的化学物质蒸发。

在一些实施例中，清洗操作提高在半导体晶圆的顶面上(例如，在导电焊盘的顶面上)设置的羟基的密度。例如，提高在导电焊盘上的羟基的密度有利地增加接合强度和减小混合接合工艺所需的退火温度。

对准和预接合站110配置为对第一半导体晶圆和第二半导体晶圆执行预接合操作。通过将第二半导体晶圆上的导电焊盘与第一半导体晶圆上的导电焊盘对准来实现第二半导体晶圆至第一半导体晶圆的接合。作为一个实例，可使用光学感测来实现第一半导体晶圆和第二半导体晶圆的对准。第二半导体晶圆的绝缘材料的顶面还与第一半导体晶圆的绝缘材料的顶面对准。

在对准之后，第一半导体晶圆和第二半导体晶圆通过施加压力和热量混合接合在一起。作为实例，施加的压力可以包括小于约30MPa的压力，且施加的热可以包括在约100℃至约500℃的温度下的退火工艺，尽管可选地，其他数量的压力和热量可用于混合接合工艺。可在N₂环境、Ar环境、He环境、混合惰性气体环境、它们的组合、或其他类型的环境中执行混合接合工艺。

接合的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆的组合在下文中称为接合的半导体晶圆对。例如，接合的半导体晶圆对在退火站112中退火且在约300℃和约400℃之间的温度下退火。然而，这并不是本发明的限定。在一些实施例中，接合的半导体晶圆对在约100℃和约500℃之间的温度下退火。在一些示意性实施例中，可执行退火持续约1小时和2小时之间的时间。当温度升高时，在氧化物层中的OH键断裂以形成较强的Si—O—Si键，并且因此，第一半导体晶圆和第二半导体晶圆通过熔融键合彼此接合。此外，在退火期间，金属焊盘中的铜彼此互相扩散，从而还形成金属与金属的接合。因此，第一半导体晶圆和第二半导体晶圆之间产生出的接合是混合接合。

图2A至图2H是根据本发明的一个实施例示出的混合接合系统中的操作的各个阶段的示图。在图2A中，多个第一半导体管芯W1_1、W1_2、...和W1_n以及多个第二半导体管芯W2_1、W2_2、...和W2_n分别存储在负载端口102的第一FOUP 102a和第二FOUP 102b中，其中，n是正整数。第一半导体晶圆和第二半导体晶圆W1_1、...、W2_n存储在负载端口102中且等待由装置104和站106至112执行的随后的混合接合操作。

在图2B中，第一半导体晶圆和第二半导体晶圆W1_1、...、W2_n被转移至存储装置104。在该实施例中，第一半导体晶圆和第二半导体晶圆W1_1、...、W2_n可以以交错的方式被转移至存储装置104。因此，交错在一起的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆W1_1、...、W2_n可以放置在存储装置104中以帮助随后的操作程序。然而，这并不是本发明的限定。在一些实施例中，第一半导体晶圆和第二半导体晶圆W1_1、...、W2_n可不以交错的方式被转移至存储装置104。

如图2C所示，一个第一半导体晶圆W1_1被转移至表面处理站106以用于表面处理/激活操作。在图2D中，然后，第一半导体晶圆W1_1被转移至清洗站108以从第一半导体晶圆的表面去除金属氧化物、化学物质、颗粒、或其他不期望的物质，并且一个第二半导体管芯W2_1被转移至表面处理站106。

在图2E和图2F中，第一半导体晶圆W1_1和第二半导体管芯W2_1接连地到达预接合站110。然后，执行预接合以将第一半导体晶圆W1_1和第二半导体管芯W2_1接合在一起。站106和站108的半导体晶圆被转移至下一站，并且接下来的第二半导体晶圆被输送至图2F中的表面处理站106。在预接合之后，第一半导体晶圆W1_1和第二半导体管芯W2_1彼此接合。然后，如图2G所示，接合的半导体晶圆对可以从预接合站110卸载且被转移至退火站112。然后，通过在热退火站112中发生热退火提升接合强度。参照图2H，被退火的接合的半导体晶圆对可被移回至负载端口102的第三FOUP 102c。

图3是根据本发明的示意性实施例的存储装置104的截面图。存储装置104包括腔室304。腔室304包括可以被打开以允许半导体晶圆W被传输至腔室304中和传输出腔室304的可移动门302。半导体晶圆W可以放置在拥有用于容纳多个半导体晶圆的多个狭槽的半导体晶圆载体324中。连接至半导体晶圆载体324的可伸缩晶圆支撑件306可以用于调节半导体晶圆载体324的高度至适合于将半导体晶圆W放置到半导体晶圆载体324的空的狭槽的水平面。然而，这并不是本发明的限定。

在一些实施例中，根据本发明，存储装置104具有在腔室304的侧壁上的喷嘴308和通风孔318或通气口。在一些实施例中，喷嘴308和通风孔318可以设置在腔室304的底部或顶部上。喷嘴308配置为提供从气体源314经气体管道312输出至腔室304中的气体。此外，通风孔318配置为将气体从腔室304引出。

在一些实施例中，提供至腔室304内的气体是惰性气体。惰性气体用于降低在容纳于腔室304中的半导体晶体W上产生的不期望的缺陷的可能性。在特定的实施例中，提供的气体是氮气。在气体由喷嘴308提供至腔室304中之前，腔室304内的氧气浓度在特定的水平处。在由喷嘴308提供气体之后，腔室304中的空气和/或气体被排出或被提供至或流入腔室304中的气体替换，并且在腔室304中生成基本上无氧环境。在本发明中使用的术语“基本上无氧环境”是限定具有氧浓度在约5.0％至约10.0％以下的环境。在特定的环境中，在本发明中使用的术语“基本上无氧环境”是限定具有氧浓度在约3.0％以下的环境。在一些实施例中，术语“贫氧”是替换本发明中的“基本上无氧环境”的另一可选定义。

在一些实施例中，根据本发明，喷嘴308通过气体管道312连接至气体源314。气体源314在存储装置104内。在特定的实施例中，气体源314位于存储装置104之外或外部，并且配置为通过气体管道312连接至喷嘴308。

在根据本发明的一些实施例中，气体源314配置为通过喷嘴308持续提供气体至腔室304中。在特定的实施例中，存储装置104包括用于操控提供至腔室304中的气体的控制阀310。例如，控制阀310配置为控制提供的气体的流速或流量。

在一些实施例中，根据本发明，存储装置104包括连接至控制阀310的控制器316。控制器316配置为控制控制阀310以操控喷嘴308的输出。例如，无论何时通过门302接收半导体晶圆W，控制器316被编程以允许气体输出并持续预定的时间。在特定实施例中，手动地调节控制器316以操控来自喷嘴308的不同类型的气体输出。

在一些实施例中，根据本发明，存储装置104包括连接至控制器316的传感器320。接近通风孔318设置传感器320以监控腔室304中的环境条件。在一些实施例中，传感器320连接至排气管322以引导气体从腔室304排出，排气管322连接通风孔318。相应地，传感器320配置为检测从腔室304排出的气体的环境条件。在特定的环境中，传感器320连接至延伸至腔室304的内部空间中的检测管。在特定的实施例中，传感器320接近喷嘴308设置以检测由喷嘴308输出的气体的环境条件。

在一些实施例中，根据本发明，控制器316接收由传感器320检测的环境条件。然后，控制器316基于环境条件调节控制阀310以操控由喷嘴308提供的输出。换言之，在接收来自传感器320的环境条件之后，控制器316将环境条件与在存储器中存储的预定值比较。当环境条件达到、超过或减小至特定值以下时，控制器316配置为反应和调节控制阀310以操控喷嘴308的输出。

在一些实施例中，根据本发明，传感器320包括接近通风孔318的氧传感器。在一些实施例中，传感器320位于气体流经通风孔的方向上的通风孔318的下游。氧传感器配置为监控腔室304中的氧浓度。氧传感器可以是化学氧传感器或光学氧传感器。在特定实施例中，当腔室304中的氧浓度在约2％以上时，控制器316配置为调节控制阀310以提供气体输出以清洗腔室304。

在一些实施例中，根据本发明，传感器320包括压力传感器。压力传感器配置为监控腔室304中的压力水平或腔室304的内部空间和外部大气之间的压力差。在该实施例中，腔室304的内部空间和外面大气之间的压力差是正压力值。

在根据本发明的一些实施例中，喷嘴308包括配置为提供至腔室304内的更均匀的气体输出的扩散器。扩散器还提供调节由喷嘴308输出的气体的流向、流速或速率的另一功能。在一些实施例中，根据本发明，喷嘴308包括配置为减小气体输出中的颗粒或污染物的过滤器。在特定实施例中，过滤器是配置为去除包含在从气体源314引入的气体中的化学污染物的化学过滤器。在一些实施例中，过滤器包括活性碳过滤器。在一些实施例中，过滤器设置在气体流经喷嘴308的方向上的喷嘴308的上游。

在一些实施例中，根据本发明，通风孔318包括配置为通过提供吸力以从腔室304抽出气体以对腔室304抽真空的抽吸单元。在特定的实施例中，抽吸单元是泵。在一些实施例中，抽吸单元是风扇。

图4A至图4C是根据本发明的一些实施例的将气体排出至存储装置104中的各个阶段。在图4A中，半导体晶圆存储在腔室304中且关闭可移动门302。气体源314中的惰性气体尚未供应至腔室304中。在特定的实施例中，传感器320检测腔室304中的环境条件并且发送检测的环境条件至控制器316。

在图4B中，控制器316调节控制阀310以操控喷嘴308以提供惰性气体至腔室304中。由于供应惰性气体，通过通风孔318排出或去除腔室304中的氧气。在一些实施例中，无论何时最近地关闭可移动门，控制器316配置为使惰性气体流动或排放至腔室304中并持续预定的时间段。在特定的实施例中，控制器316配置为接收由传感器320检测的环境条件。控制器316将环境条件与预定值比较且确定具体事件是否发生。例如，具体事件是2％以上的氧浓度。响应具体事件的发生，控制器316调节通过操控控制阀310由气体源314提供的惰性气体。

在图4C中，惰性气体继续被提供至腔室304中。腔室304中的氧气通过通风孔318被提供的气体排出或去除。包括氧气的排出气体通过排气管322被导出腔室304。结果，在腔室304中生成基本上无氧的环境。在一些实施例中，基本上无氧的环境具有低于约3％的氧浓度。在特定的实施例中，基本上无氧的环境的氧浓度接近约0.0％。

本发明的一些实施例提供了一种接合系统，包括：存储装置，包括腔室，其中，腔室配置为容纳从负载端口转移的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆，并且气体被提供至腔室以将氧气排出腔室；表面处理站，配置为对从存储装置转移的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆执行表面激活；清洗站，配置为从表面处理站转移的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆的表面去除不期望的物质；以及预接合站，配置为将第一半导体晶圆和第二半导体晶圆接合在一起以产生接合的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆对，其中，第一半导体晶圆和第二半导体晶圆从清洗站转移。

在本发明的一些实施例中，接合系统还包括退火站，配置为对接合的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆对执行热退火以增强其间的接合强度。

在本发明的一些实施例中，在热退火之后，接合的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆对被转移回至负载端口。

在本发明的一些实施例中，接合系统是混合接合系统。

在本发明的一些实施例中，接合系统位于开放空气中。

在本发明的一些实施例中，提供至存储装置的腔室的气体是氮气。

在本发明的一些实施例中，提供至存储装置的腔室的气体是惰性气体。

在本发明的一些实施例中，存储装置还配置为容纳以交错的形式从负载端口转移的多个第一半导体晶圆和多个第二半导体晶圆。

在本发明的一些实施例中，气体被提供至存储装置的腔室并持续特定的时间以允许腔室变成基本上无氧。

本发明的一些实施例提供一种用于在开始接合操作之前临时存储从负载端口转移的半导体晶圆的装置，该装置包括：用于容纳半导体晶圆的腔室，该腔室包括：配置为允许半导体晶圆传输至腔室中和从腔室传输出的门；以及配置为向腔室提供气体的喷嘴；以及配置为通过喷嘴提供气体的气体源。

在本发明的一些实施例中，接合操作是混合接合操作。

在本发明的一些实施例中，提供至腔室的气体是氮气。

在本发明的一些实施例中，提供至腔室的气体是惰性气体。

在本发明的一些实施例中，腔室还包括配置为将氧气导出腔室的通风孔。

在本发明的一些实施例中，该腔室还包括：半导体晶圆载体；配置为调节半导体晶圆载体的高度的可伸缩晶圆支撑件。

在本发明的一些实施例中，该装置还包括：在喷嘴和气体源之间连接的控制阀，其中，控制阀配置为操控提供至腔室中的气体；以及连接至控制阀的控制器，其中，控制器配置为控制控制阀。

在本发明的一些实施例中，该装置还包括配置为监控腔室内的环境条件的传感器。

在本发明的一些实施例中，气体被提供至腔室并持续特定的时间以允许腔室变成基本上无氧。

本发明的一些实施例提供一种接合方法，包括：利用存储装置以容纳从负载端口转移的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆；提供气体至存储装置以将氧气排出存储装置；以及依次循序地转移第一半导体晶圆和第二半导体晶圆至接合系统的下一站；其中，存储装置基本上无氧。

在本发明的一些实施例中，接合系统的站包括表面处理站、清洗站、预接合站和退火站。

在上述接合系统中，还包括退火站，配置为对所述接合的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆对执行热退火以增强所述接合的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆对之间的接合强度。

在上述接合系统中，在所述热退火之后，所述接合的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆对被转移回至所述负载端口。

在上述接合系统中，所述接合系统是混合接合系统。

在上述接合系统中，所述接合系统位于开放空气中。

在上述接合系统中，提供至所述存储装置的所述腔室的气体是惰性气体。

在上述接合系统中，提供至所述存储装置的所述腔室的气体是氮气。

在上述接合系统中，所述存储装置还配置为容纳以交错的形式从所述负载端口转移的多个第一半导体晶圆和多个第二半导体晶圆。

在上述接合系统中，所述气体被提供至所述存储装置的所述腔室持续特定的时间以允许所述腔室变成基本上无氧。

在上述装置中，所述接合操作是混合接合操作。

在上述装置中，提供至所述腔室的气体是惰性气体。

在上述装置中，提供至所述腔室的气体是氮气。

在上述装置中，所述腔室还包括配置为将氧气导出所述腔室的通风孔。

在上述装置中，所述腔室还包括：半导体晶圆载体；以及可伸缩晶圆支撑件，配置为调节所述半导体晶圆载体的高度。

在上述装置中，还包括：控制阀，在所述喷嘴和所述气体源之间连接，其中，所述控制阀配置为操控提供至所述腔室的气体；以及控制器，连接至所述控制阀，其中，所述控制器配置为控制所述控制阀。

在上述装置中，还包括配置为监控所述腔室内的环境条件的传感器。

在上述装置中，所述气体被提供至所述腔室并持续特定的时间以允许所述腔室变成无氧。

在上述接合方法中，所述接合系统的所述站包括表面处理站、清洗站、预接合站和退火站。

上面概述了若干实施例的部件、使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的方面。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实现与在此所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其他工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围、并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，在此他们可以做出多种变化、替换以及改变。

Claims

1.一种接合系统，包括：

存储装置，包括腔室，其中，所述腔室配置为容纳从负载端口转移的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆，并且气体被提供至所述腔室以将氧气排出所述腔室；

表面处理站，配置为对从所述存储装置转移的所述第一半导体晶圆和所述第二半导体晶圆执行表面激活；

清洗站，配置为从所述表面处理站转移的所述第一半导体晶圆和所述第二半导体晶圆的表面去除不期望的物质；以及

预接合站，配置为将所述第一半导体晶圆和所述第二半导体晶圆接合在一起以产生接合的第一半导体晶圆和第二半导体晶圆对，其中，所述第一半导体晶圆和所述第二半导体晶圆从所述清洗站转移。