专利名称：半导体真空金属烧结装置及其制程的制作方法
技术领域：
本发明有关一种真空高温金属烧结技术，尤指一种藉由真空抽气设备与可移动式炉膛，所进行的半导体真空金属烧结装置及其制程。
背景技术：
半导体制程中普遍使用各种金属层以做为晶圆上各个元件间互相连接的导线，或者提供后续封装制程使用的连接窗口，此金属化制程中，一般先于半导体晶圆表面形成一金属层，再使用微影及蚀刻制程，使金属层成为所需的形状及尺寸，接着需要进行金属烧结制程(或称为合金化制程)，其目的为使金属与半导体晶圆间形成低电阻接触，增加金属对半导体的附着力及提高金属层的机械强度。
如图1所示，公知半导体金属烧结装置包括一石英管11，可容置待烧结的半导体晶圆14；一炉膛12固定于该石英管11外侧作为金属烧结加热的来源；一石英舟13载送待烧结晶圆14至该石英管11中的装置及一半导体晶圆14。公知半导体金属烧结制程是于常压下该石英管11装置于一固定式高温炉膛12内，再将排好该晶圆14的该石英舟13推入至该石英管11内的恒温区定点进行高温金属烧结，并在烧结时通入氮气(N2)或者氮气与氢气(H2)的混合气体，用以避免该晶圆14上金属层产生氧化而影响金属烧结的品质。但实际烧结制程中，于进炉及拉出晶圆14操作时，因炉口处于开启状态下，空气容易回流进入炉内，造成高温状态下的晶圆14会与空气中的氧气反应形成金属氧化物。
是以，由上可知，上述公知的半导体金属烧结装置及其制程，在实际使用上，显然具有不便与缺失存在，而可待加以改善。
缘是，本发明人有感上述缺失的可改善，且依据多年来从事此方面的相关经验，悉心观察且研究，并配合学理的运用，而提出一种设计合理且有效改善上述缺失的本发明。
发明内容
本发明的要解决的技术问题是提供一种半导体真空金属烧结装置及其制程，主要利用真空抽气设备使金属在真空环境下进行烧结而不易产生金属氧化现象，而于烧结完成后藉由一可移动式的炉膛，可立即离开石英管降低烧结后的冷却时间。
为此，本发明提供一半导体真空金属烧结装置，于真空环境中进行高温金属烧结，其装置包括有一石英管，其可以容置一待烧结晶圆；一真空抽气设备(真空泵)透过一真空管路连结于该石英管内部，用以对该石英管内部进行抽真空；一气体注入管连结于该石英管内部，用以输送氮气或者氮气与氢气的混合气；一炉膛可移动容置该石英管并移动至该待烧结晶圆的相对位置，作为金属烧结时的加热。
利用上述装置，本发明提供一半导体真空金属烧结制程，包括下列步骤置入该待烧结晶圆于石英管中，藉由该真空抽气设备(包括真空泵)进行该石英管抽真空使石英管内部氧气含量降到最低。再经由气压推动或马达带动移动该炉膛使其容置该石英管，并移动至该待烧结晶圆的相对位置，加热进行烧结。在烧结时藉由连结于该石英管的该气体注入管注入一固定流量的氮气或氮气与氢气的混合气至该石英管内，待烧结完成后即可退出该炉膛使其离开该石英管。亦在真空环境下冷却，待冷却结束后始关闭真空泵进行破真空，再将该烧结完成的晶圆取出。
本发明的该可移动式炉膛，在其烧结结束后即可退出该石英管，故能减少其冷却时间。而该待烧结晶圆在室温下藉由该真空抽气设备先抽真空，并在真空环境下加热至所需烧结温度，待烧结完成后亦在真空环境下冷却，故可完全避免金属在高温下与氧气作用形成金属的氧化物。而当于炉门口加装一该气体注入管至该石英管内部，并在烧结时注入一固定流量的氮气或氮气与氢气的混合气，使炉管内充满高纯度氮气或氮气与氢气的混合气，此时若因外界氧气泄漏进入该石英管内，会因为内部氮气的稀释作用及氢气对氧化物的还原作用而更加有效的确保金属不会与氧气作用而氧化。故此设计能有效减少及预防因系统泄漏时，外界氧气与金属产生氧化作用。
图1为公知半导体金属烧结装置的示意图；图2为本发明半导体真空金属烧结装置的示意图；及图3为本发明半导体真空金属烧结制程的流程图。
附图标号说明(公知)11、石英管 12、炉膛13、石英舟 14、待烧结晶圆(本发明)21、炉门盖 22、O型环23、炉门 24、真空泵25、真空阀门 26、真空传感器
27、石英管 28、炉膛29、气体注入管 30、真空管路31、待烧结晶圆 32、石英舟具体实施方式
为了更进一步了解本发明所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
请参考图2所示，本发明的一半导体真空金属烧结装置包括有一石英管27、一真空抽气设备(包括真空泵24)、一气体注入管29及一可移动式的炉膛28。其中该石英管27，可以容置一待烧结晶圆31，其载送工具为石英舟32；该真空抽气设备(包括真空泵24)，透过真空管路30连结于该石英管27中，用以对该石英管27进行抽真空，使整个烧结过程都处于真空环境下，能避免金属与氧气作用形成金属的氧化物。而该真空抽气设备(包括真空泵24)更进一步包括真空阀门25与真空传感器26；该气体注入管29，安装于炉门盖21旁的炉门23口处并连结于该石英管27内，作为制程中气体输送的路径；而其中该炉门23上设置有O型环22；该炉膛28可移动容置该石英管27，并移动至与该待烧结晶圆31的相对位置，作为金属烧结时的加热来源。
请参考图3所示，本发明的半导体真空金属烧结制程流程图，为将待烧结晶圆31置入于该石英管27中(S100)，接着在该石英管27中借着一真空抽气设备(包括真空泵24)抽气到所设定的真空压力下(S102)，再移动该炉膛28使其容置该石英管27，并移动至与该待烧结晶圆31的相对位置(S104)，藉由该炉膛28加热进行烧结(S106)。在烧结时，由安装于炉门23口处的一气体注入管29注入一固定流量的氮气或氮气与氢气的混合气至该石英管内27(S108)，使本半导体金属烧结制程有较佳的稳定性。然后在所需烧结时间结束后，移动该炉膛28使其离开该石英管27，用以进行对该烧结晶圆的冷却(S110)。待该烧结的晶圆在真空状态下冷却以后，进行破真空即可取出该烧结的晶圆，完成烧结程序(S112)。
同时本发明在该石英管27中藉由该真空抽气设备(包括真空泵24)抽气到所设定的真空压力下，使其在烧结过程及最后冷却过程皆于真空环境下进行，可避免金属与氧气作用形成金属的氧化物。故此，能改善公知烧结制程于晶圆进炉及晶圆出炉操作时，因炉口处于开启状态下，空气回流进入炉内造成的金属氧化问题。并且可移动式炉膛28，在其加热烧结结束后即可退出该石英管27使该烧结晶圆冷却，故能减少该烧结晶圆冷却的时间。故此，能改善公知固定式炉膛12冷却时间较长的缺陷。
而藉由安装于炉门23口处的该气体注入管29，注入一固定流量的氮气或氮气与氢气的混合气至该石英管27内，使炉管内充满高纯度氮气或氮氢混合气，此时若因外界氧气泄漏进入该石英管27内，会因为内部氮气的稀释作用及氢气对氧化物的还原作用而有效的确保金属不会与氧气作用而氧化。
虽然本发明已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖之范畴。
权利要求
1.一种半导体真空金属烧结装置，其特征在于，包括一石英管，用以容置一待烧结晶圆；一真空抽气设备，设有一真空管路，其连结于该石英管，用以对该石英管内部进行抽真空；一气体注入管，连通于该石英管内部，用以输送制程气体；及一炉膛，可移动地容置该石英管，用以进行金属烧结时的加热；藉此，令该待烧结晶圆于真空环境中进行烧结，以避免产生金属氧化现象。
2.如权利要求1所述的半导体真空金属烧结装置，其特征在于，该炉膛可藉由气压推动或马达带动方式，用以移动去容置该石英管。
3.一种半导体真空金属烧结制程，包括下列步骤置入一待烧结晶圆于一石英管内部；对该石英管内部进行抽真空；移动一炉膛去容置该石英管，并对应于该待烧结晶圆的位置；加热该待烧结晶圆，令该待烧结晶圆于真空环境中进行烧结；以及注入一固定流量的制程气体至该石英管内部，用以确保避免产生金属氧化现象。
4.如权利要求3所述的半导体真空金属烧结制程，其特征在于，该炉膛其移动可藉由气压推动或马达带动，用以移动去容置该石英管。
5.如权利要求3所述的半导体真空金属烧结制程，其特征在于，更包括在烧结制程完成后，移动该炉膛以离开该石英管，以及对该石英管内部的烧结晶圆进行冷却。
6.如权利要求3所述的半导体真空金属烧结制程，其特征在于，于用以进行对该烧结晶圆的冷却步骤后，更有一破真空并取出该烧结晶圆的步骤。
全文摘要
本发明公开了一种半导体真空金属烧结装置及其制程，该半导体真空金属烧结装置包括有一石英管、一真空抽气设备、一炉膛及一气体注入管。该半导体真空金属烧结制程是于真空状态下，进行高温金属烧结。藉此，由于真空状态下的低氧气含量能减少金属氧化情形，进而促进高良率制程进行。而于烧结完成后藉由一可移动式的炉膛，可立即离开该石英管降低烧结后的冷却时间。
文档编号H01L21/324GK1779928SQ20041009160
公开日2006年5月31日 申请日期2004年11月23日 优先权日2004年11月23日
发明者郑鸿龙, 吴回忠, 李基城 申请人:敦南科技股份有限公司