一種半導(dǎo)體預(yù)濕潤(rùn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體生產(chǎn)和制造領(lǐng)域，尤其涉及硅通孔電鍍銅填充前預(yù)濕潤(rùn)工藝中的預(yù)濕潤(rùn)裝置，以及相應(yīng)的預(yù)濕潤(rùn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)和競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)持續(xù)白熱化，基于三維硅通孔(TSV，ThroughSilicon Via)技術(shù)展開(kāi)的半導(dǎo)體工藝是各個(gè)廠家競(jìng)相爭(zhēng)奪的技術(shù)制高點(diǎn)。采用TSV技術(shù)毫無(wú)疑問(wèn)地能夠提供更短的電連通線路、擁有更多的信號(hào)通道、替代效率低下的引線，是提高器件性能的必由之路。
[0003]而電鍍銅工藝作為T(mén)SV技術(shù)的重要一環(huán)，需要在電鍍之前進(jìn)行預(yù)濕潤(rùn)處理，通過(guò)預(yù)濕潤(rùn)可以使液體進(jìn)入孔洞中，有利于下一步電鍍工藝的進(jìn)行。如果預(yù)濕潤(rùn)不充分，TSV電鍍后將在內(nèi)部產(chǎn)生嚴(yán)重的空洞缺陷，尤其是類似深孔的結(jié)構(gòu)，液體無(wú)法完全抵達(dá)深孔，形成夾斷，導(dǎo)致深孔電鍍失效。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)通常采用的就是常壓下完全浸沒(méi)晶圓的預(yù)濕潤(rùn)方法。常壓環(huán)境下無(wú)法有效的置換出位于晶圓通道內(nèi)的空氣，而完全浸沒(méi)晶圓的方式容易造成液體封住通道入口的情況，使?jié)駶?rùn)液無(wú)法抵達(dá)通道的深孔位置。因此，采用現(xiàn)有技術(shù)很難取得理想的濕潤(rùn)效果。
[0005]圖1中即展示了在上述浸沒(méi)方式下，濕潤(rùn)液無(wú)法到達(dá)深孔的情況。圖1中陰影部分為濕潤(rùn)液101，豎直的長(zhǎng)條為硅通道103，硅通道103內(nèi)的空白區(qū)域?yàn)榇A(yù)濕潤(rùn)的深孔102?？梢钥吹?，深孔102內(nèi)被空氣所占據(jù)，導(dǎo)致濕潤(rùn)液101根本無(wú)法抵達(dá)深孔102，而只浸潤(rùn)了晶圓的表面位置以及表面以下的淺層，所以并沒(méi)有達(dá)到期望的預(yù)濕潤(rùn)效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)缺陷，本發(fā)明提出了一種新的預(yù)濕潤(rùn)裝置，并一并提出了相應(yīng)的預(yù)濕潤(rùn)方法，采用真空濕潤(rùn)技術(shù)，傾斜設(shè)置晶圓并使晶圓持續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而在晶圓表面形成一層薄薄的水層，促使位于深孔隧道中的氣體讓位于濕潤(rùn)液，使?jié)駶?rùn)液更容易抵達(dá)晶圓的深孔位置，達(dá)到了更好的預(yù)濕潤(rùn)效果。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案:
[0008]一種半導(dǎo)體預(yù)濕潤(rùn)裝置，包括控壓模塊和密閉室，所述預(yù)濕潤(rùn)裝置具有驅(qū)動(dòng)器，所述密閉室內(nèi)安裝有用于夾持晶圓的晶圓夾盤(pán)，所述晶圓夾盤(pán)的中心通過(guò)一傳動(dòng)桿連接至驅(qū)動(dòng)器，所述傳動(dòng)桿在驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)晶圓夾盤(pán)旋轉(zhuǎn)，所述密閉室開(kāi)設(shè)有排放口 ；
[0009]其中，所述密閉室內(nèi)灌入濕潤(rùn)液，所述濕潤(rùn)液的液面浸沒(méi)所述晶圓夾盤(pán)所夾持的晶圓的部分區(qū)域，所述晶圓夾盤(pán)所夾持的晶圓與所述濕潤(rùn)液的液面所成的夾角為α，所述夾角α的范圍在0°到90°之間，所述排放口通過(guò)流通管道連接至所述控壓模塊，所述控壓模塊調(diào)節(jié)所述密閉室內(nèi)的氣壓以將密閉室內(nèi)的環(huán)境調(diào)節(jié)至真空并保證濕潤(rùn)液處于液相狀態(tài)。
[0010]優(yōu)選地，所述濕潤(rùn)液的液面與所述晶圓夾盤(pán)的中心齊平，所述濕潤(rùn)液浸沒(méi)所述晶圓夾盤(pán)所夾持的晶圓的面積占晶圓總面積的一半，所述晶圓露出所述濕潤(rùn)液液面的部分為半圓開(kāi)多。
[0011]可選地，所述濕潤(rùn)液的液面位于不高于所述晶圓夾盤(pán)的中心0.2英寸處或不低于所述晶圓夾盤(pán)的中心0.2英寸處。
[0012]優(yōu)選地，所述晶圓夾盤(pán)的中心為該晶圓夾盤(pán)所夾持的晶圓的中心，所述晶圓的正面朝上。
[0013]可選地，所述濕潤(rùn)液為脫氣處理過(guò)的去離子水。
[0014]優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)器位于所述密閉室的內(nèi)部或外部，所述驅(qū)動(dòng)器為旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
[0015]優(yōu)選地，所述預(yù)濕潤(rùn)裝置設(shè)置有控溫模塊，所述控溫模塊包括溫度傳感器和溫度控制器，所述溫度傳感器安裝在所述密閉室內(nèi)部，用于監(jiān)測(cè)密閉室內(nèi)的溫度，并反饋調(diào)節(jié)所述溫度控制器；所述溫度控制器具有制冷和/或加熱功能，所述溫度控制器通過(guò)溫度調(diào)節(jié)以保證所述密閉室內(nèi)的濕潤(rùn)液維持在液相狀態(tài)。
[0016]進(jìn)一步地，所述控壓模塊包括壓力傳感器、蝶閥和抽氣泵，所述壓力傳感器安裝在所述密閉室內(nèi)部，用于監(jiān)測(cè)密閉室內(nèi)的氣壓，并反饋調(diào)節(jié)所述蝶閥和抽氣泵的開(kāi)關(guān)以及所述抽氣泵的功率，所述排放口通過(guò)所述流通管道與所述蝶閥和抽氣泵相連通。
[0017]進(jìn)一步地，所述抽氣泵為真空泵，所述真空泵通過(guò)抽氣方式將所述密閉室內(nèi)的環(huán)境調(diào)節(jié)至真空。
[0018]一種半導(dǎo)體預(yù)濕潤(rùn)方法，包括下述步驟:
[0019]將晶圓放置于密閉室內(nèi)，通過(guò)晶圓夾盤(pán)夾持固定，所述晶圓與水平面所成的夾角范圍在0°到90。之間；
[0020]向密閉室內(nèi)注入濕潤(rùn)液，至濕潤(rùn)液的液面浸沒(méi)所述晶圓夾盤(pán)夾持的晶圓的部分區(qū)域；
[0021 ] 調(diào)節(jié)密閉室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，將密閉室抽真空并保證濕潤(rùn)液處于液相狀態(tài)；
[0022]驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)傳動(dòng)桿旋轉(zhuǎn),所述傳動(dòng)桿連接至晶圓夾盤(pán)的中心，從而帶動(dòng)所述晶圓夾盤(pán)旋轉(zhuǎn)；
[0023]恢復(fù)密閉室內(nèi)的正常狀態(tài)，取出晶圓，預(yù)濕潤(rùn)過(guò)程結(jié)束。
[0024]本發(fā)明所提供的新的預(yù)濕潤(rùn)裝置及方法，利用理想氣體狀態(tài)方程的原理，在真空條件下使晶圓深孔內(nèi)的氣體充分溢出，從而極大的降低了濕潤(rùn)液填充深孔的難度；而晶圓表面形成的薄的水膜，相比于晶圓完全浸入濕潤(rùn)液的方式，更有利于濕潤(rùn)液抵達(dá)深孔，帶來(lái)了良好的濕潤(rùn)效果。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是使用現(xiàn)有技術(shù)在常壓下完全浸沒(méi)晶圓進(jìn)行預(yù)濕潤(rùn)后的效果展示圖；
[0026]圖2是本發(fā)明所述預(yù)濕潤(rùn)裝置第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3是本發(fā)明所述預(yù)濕潤(rùn)裝置第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4是本發(fā)明所述預(yù)濕潤(rùn)方法【具體實(shí)施方式】步驟框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以結(jié)合下述實(shí)施例及實(shí)施方案并參閱附圖對(duì)本發(fā)明所述技術(shù)方案進(jìn)行無(wú)限次的重現(xiàn)。具體如下:
[0030]圖2展示了本發(fā)明的第一實(shí)施例。該實(shí)施例公開(kāi)了一種預(yù)濕潤(rùn)裝置，包括密閉室201和控壓模塊。密閉室201的封閉性良好，構(gòu)成整個(gè)濕潤(rùn)過(guò)程的工藝環(huán)境，與外界環(huán)境隔絕。一臺(tái)具有防水性能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)206作為驅(qū)動(dòng)器安裝在密閉室201的底部，當(dāng)密閉室201內(nèi)灌入濕潤(rùn)液時(shí)，將在完全浸沒(méi)的環(huán)境下工作?？梢酝ㄟ^(guò)加裝密封外殼的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)206的防水效果，以免其在潮濕的環(huán)境下漏電損毀或造成事故。密閉室201內(nèi)還設(shè)置有安放晶圓203的晶圓夾盤(pán)204，該晶圓夾盤(pán)204由一根傳動(dòng)桿205支撐，晶圓夾盤(pán)204垂直于傳動(dòng)桿201。該傳動(dòng)桿205傾斜設(shè)置，其一端插接在晶圓夾盤(pán)204的中心O點(diǎn)處，晶圓夾盤(pán)204的中心同時(shí)也是晶圓203被準(zhǔn)確安放后，其所夾持的晶圓203的中心；傳動(dòng)桿205的另一端連接旋轉(zhuǎn)電機(jī)206，當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)206旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳動(dòng)桿205發(fā)生傳動(dòng)，使晶圓夾盤(pán)204以傳動(dòng)桿205為軸作圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)所夾持的晶圓203旋轉(zhuǎn)，保證整個(gè)晶圓203的每一部分都有機(jī)會(huì)被濕潤(rùn)液所沾濕。實(shí)施例中所使用的濕潤(rùn)液是半導(dǎo)體行業(yè)通常在預(yù)濕潤(rùn)工藝中均會(huì)使用的脫氣處理的去離子水，即去離子水202。整個(gè)濕潤(rùn)過(guò)程，有必要將密閉室201抽真空，這樣能夠使位于晶圓203通道內(nèi)的氣體由于壓強(qiáng)減小而體積膨脹，從而由通道排出，將空間讓位于濕潤(rùn)液。所以，抽真空對(duì)濕潤(rùn)液202進(jìn)入晶圓203通道的深孔位置有著重要的積極意義。為此，該預(yù)濕潤(rùn)裝置還設(shè)置了控壓模塊以及排放口 211。排放口主要為抽真空所用，其具體位置可以視情況而定，而在本實(shí)施例中排放口 211開(kāi)設(shè)在密閉室201的頂部。排放口 211和控壓模塊經(jīng)由流通管道207連通。其中，控壓模塊更具體地說(shuō)，包括控制流通管道207開(kāi)放或關(guān)閉的蝶閥208、用于抽氣的真空泵209以及安裝在密閉室201內(nèi)用于監(jiān)測(cè)并反饋調(diào)節(jié)密閉室201內(nèi)氣壓值的壓力傳感器。壓力傳感器微小而靈敏，在圖中并未標(biāo)出。
[0031]在本發(fā)明中，抽真空使氣體體積膨脹溢出的原理主要是基于PV = nRT的理想氣體狀態(tài)方程，在密閉室201的絕熱效果良好或外界環(huán)境對(duì)溫度有所控制的情況下，僅調(diào)節(jié)壓強(qiáng)P的值即可使氣體排出通道。但考慮到溫度變化的敏感性，在設(shè)計(jì)該預(yù)濕潤(rùn)裝置還是自帶了一組控溫模塊，包括溫度傳感器和溫度控制器210。溫度控制器210分布在密閉室201的兩側(cè)，對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)該預(yù)濕潤(rùn)裝置使用環(huán)境的不同，溫度控制器210可以同時(shí)具有加熱和制冷兩種功能，也可以是單純的加熱器或制冷器，只要能夠通過(guò)壓強(qiáng)和溫度兩個(gè)環(huán)境參數(shù)的調(diào)節(jié)保證整個(gè)預(yù)濕潤(rùn)過(guò)程中DIW能夠始終處于液相狀態(tài)，而不要由于過(guò)低氣壓下沸騰汽化即可。而溫度傳感器安裝在密閉室201的內(nèi)部，用于監(jiān)測(cè)和反饋內(nèi)部環(huán)境的溫度狀況，由于個(gè)體較小，圖中同樣未予標(biāo)示。在溫度模塊控制了密閉室201內(nèi)的溫度T恒定不變的情況下，根據(jù)PV = nRT的公式，真空泵209抽氣使P下降，會(huì)導(dǎo)致氣體的體積V膨脹，從而使深孔中的氣體被濕潤(rùn)液置換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)預(yù)濕潤(rùn)目的。
[0032]在預(yù)濕潤(rùn)過(guò)程中，對(duì)注入密閉室201內(nèi)的濕潤(rùn)液202的液位高度有所要求，并且需要使晶圓203相對(duì)于濕潤(rùn)液202的液面，也即水平面傾斜一定角度，該實(shí)例中的晶圓203相對(duì)于水平面傾斜了 45°。這樣做有助于濕潤(rùn)液202在整個(gè)晶圓203的表面形成一層比較均勻的、薄的水膜，在抽真空的作用下使?jié)駶?rùn)液202深入到通道的深