一种半导体基片的预湿方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体生产和制造领域，尤其涉及TSV制程中对半导体基片进行预湿润处理的预湿工艺。
【背景技术】
[0002]半导体行业发展速度一直都很迅速，近些年尤甚。超大规模集成电路(ULSIC)制造业一直遵循着摩尔定律，实现集成度每1.5年翻一番。随着器件尺寸缩小至60nm左右，半导体基片的制造厂商普遍遇到了一些棘手的技术问题，例如有:太薄的栅氧厚度已接近物理极限，较高的漏电流影响器件性能，不足的载流子迁移率降低器件速度等。随着这些问题的接踵而至,本领域从业人员也都竭心尽智地探索出了一些解决方案,如应变工程、High-KMetal Gate、激光退火等高新技术也都应运而生，这其中也包括积极意义重大的TSV技术。
[0003]基于硅片贯穿孔(TSV)技术的三维方向堆叠的集成电路封装技术(3D 1C)是目前最新的封装技术，具有最小的尺寸和质量，有效的降低寄生效应，改善芯片速度和降低功耗等优点。TSV技术是通过在芯片和芯片之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术，作为引线键合的一种替代技术，形成穿透硅圆片的通孔结构可以大大缩短互连的距离，从而消除了芯片叠层在数量上的限制。使得芯片的三维叠层能在更广的领域中得到应用。
[0004]现有的硅通孔使用金属铜作为金属层，铜金属层正面工艺主要包含以下步骤有铜种子层PVD工艺，铜膜电镀工艺，退火工艺，CMP平坦化工艺。因为TSV技术中的通孔有较大深宽比，一般从5:1到10:1，甚至20:1。大深宽比的小孔直径会造成在镀铜工艺中，预湿润无法将深孔内完全填满，影响之后的电镀工艺中电镀液填充深孔，从而导致基片失效。
【发明内容】
[0005]现有技术存在的缺陷很大程度上限制了行业的进一步发展，厂商在这一环节的卡壳会使竞争形势变得更为严峻，而本发明给出的技术方案能够有效地使预湿润液注满小孔，为后续与电镀液充分亲和提供条件。
[0006]为了达到上述目的，本发明提供了一种预湿方法，其具体特征如下:
[0007]一种半导体基片的预湿方法，所述基片通过预湿腔进行预湿润处理，包括如下步骤:
[0008]步骤一:将待湿润的基片放置于预湿腔内；
[0009]步骤二:对所述预湿腔进行抽真空，以达到真空状态；
[0010]步骤三:在所述真空状态下，向所述预湿腔内通入可溶性气体，同时监控所述预湿腔内的气压变化；
[0011]步骤四:当所述预湿腔内的气压达到一期望阈值区间时，向所述预湿腔内注入填充液；
[0012]步骤五:所述可溶性气体溶解于所述填充液，所述填充液沾湿并浸润所述基片；
[0013]步骤六:使所述预湿腔恢复至常压状态，完成所述预湿处理。
[0014]优选地，在所述步骤五和所述步骤六之间，进一步包括:增大所述预湿腔内的气压，以提高所述可溶性气体的溶解度。
[0015]可选地，通过向所述预湿腔通入难溶性气体的方式或通过机械施压的方式来增大所述预湿腔内的气压。
[0016]进一步地，所述填充液为水或去离子水，且所述填充液以喷淋、雾湿、浸没或浇灌的方式沾湿并浸润所述基片。
[0017]进一步地，所述可溶性气体为在气体标准状态下，在水中的溶解度达到0.lmol/L及以上的气体，所述可溶性气体为稀有气体或二氧化碳。
[0018]可选地，所述难溶性气体包括氮气、氧气或氢气。
[0019]进一步地，所述真空状态为所述预湿腔内的气压在2torr以下的状态。
[0020]进一步地，所述期望阈值区间的范围为气压在5torr及以上。
[0021]进一步地，所述预湿腔内设置有温度传感器和气压传感器，用于量化感应并传输所述工艺环境内的温度数据和气压数据。
[0022]进一步地，所述预湿腔的外部或内部设置有温度控制装置和气压控制装置，所述温度控制装置连接所述温度传感器，对所述预湿腔内的温度进行反馈调节；所述气压控制装置连接所述气压传感器，对所述预湿腔内的气压进行反馈调节；所述反馈调节维持所述填充液在预湿处理过程中处于液相状态，并提高所述可溶性气体的溶解度。
[0023]本发明的优点在于，能够在不大幅度改变现有预湿润设备的情况下，采用充填可溶性气体的技术方案，以较为简化的工艺步骤对半导体基片进行预湿润处理，且达到了突出地进步效果。
【附图说明】
[0024]图1是本发明所述方法第一【具体实施方式】涉及到的预湿装置的简明示意图；
[0025]图2是本发明所述方法第一【具体实施方式】的步骤框图；
[0026]图3是本发明所述方法第一【具体实施方式】中待湿润基片的结构示意图；
[0027]图4是本发明所述方法第一【具体实施方式】中所述基片的深孔被可溶性气体填充的微观意图；
[0028]图5是本发明所述方法第一【具体实施方式】中所述基片被所述填充液不完全浸润的微观意图；
[0029]图6是本发明所述方法第一【具体实施方式】中所述预湿腔内充入难溶性气体的微观示意图；
[0030]图7是本发明所述方法第一【具体实施方式】中所述基片被完全润湿的微观示意图；
[0031]图8是本发明所述方法第二【具体实施方式】涉及到的预湿装置的简明示意图；
[0032]图9是本发明所述方法第二【具体实施方式】中基片被湿润的微观示意图。
【具体实施方式】
[0033]以下结合附图和【具体实施方式】对本发明提供的技术方案作进一步地详细说明。根据上述权利要求书，并结合如下列举的【具体实施方式】，本发明的优点和特征将更加清晰明朗。需说明的是，附图均采用比较简化的形式，部分非关键性要素在附图中有所省略，但不影响对本发明的认知和理解:
[0034]如图1所示，是本发明具体实施时涉及到的装置的简明示意图，也是行业内通常所使用的预湿润装置。该装置包括一个预湿腔101，预湿腔101内设置有放置并固定基片102的夹具103，该夹具103优选设计为可以旋转的，这样有利于更快、更均匀地润湿基片102。不过夹具103的旋转速度不用太高，控制在100RPM以下为宜，以免水都被甩落而导致预湿润不完全。同时为了能够使填充液进入预湿腔101，该预湿润装置还会设置输液头104。根据预湿工艺的不同，输液头104的工作方式也会有所区别，例如，如果是浸没式预湿润，输液头104可能只需要是一个普通的类似水龙头的装置，将填充液输进预湿腔101内直至基片102完全浸没；而如果采用喷淋的方式对基片102进行预湿润，则输液头104需要设计为类似淋浴喷头的装置，且各处出液宜均匀以达到良好的预湿润效果。总之，填充液沾湿并浸润基片102的方式可以包括喷淋、雾湿、浸没或浇灌等。为了控制预湿腔101内的气压和温度，该预湿腔101还应配备有温度控制装置106和气压控制装置108，其中气压控制装置108连接在预湿腔101的排放口 107上，向预湿腔101抽真空或充气。气压控制装置108和温度控制装置106能够对预湿腔101内的工艺环境做出反馈调节，且二者分别连接有气压传感器和温度传感器，为反馈调节传输数据并下达调节指令，传感器在图中未标出。所述温度传感器和气压传感器可以精确的监测预湿腔101内的气压和温度参数，并给出相应的具体数值，量化地反映预湿腔101内的工艺环境。预湿腔101还应留有取放基片102的进出口 105。
[0035]图2是本发明第一实施方式的步骤框图。下面结合图1和图2，给出下述的第一【