[發(fā)明專利]一種濕法刻蝕裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310326653.4
• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN104347394A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬悅;何川;施廣濤;黃允文;顧巖;陽詩友
• 申請（專利權(quán)）人: 馬悅;何川;施廣濤;黃允文;顧巖;陽詩友
• 主分類號: H01L21/3213
• 分類號: H01L21/3213
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11319
• 代理人: 蘇培華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種濕法刻蝕裝置，具體涉及一種濕法刻蝕襯底上金屬薄膜的裝置。

背景技術(shù)

極大規(guī)模集成電路制造技術(shù)中的互連技術(shù)近十幾年來經(jīng)歷了兩次技術(shù)變革，一次是銅互連(copper?interconnect)工藝取代鋁互連工藝，另一次是3D銅互連技術(shù)的引入，即通過硅片通道(through?silicon?vias，簡稱TSV)技術(shù)。目前這些技術(shù)已經(jīng)廣泛的在計算機、通訊、汽車電子和其他消費類產(chǎn)品集成電路芯片制造中應(yīng)用。無論是傳統(tǒng)銅互連技術(shù)或是3D銅互連技術(shù)，銅互連的形成都包括以下步驟：(1)在半導(dǎo)體器件襯底上形成孔洞或溝槽，(2)阻擋層和籽晶層的沉積，(3)銅填充，(4)多余銅去除和形成互連。在邏輯器件生產(chǎn)中，以上步驟需重復(fù)多次。芯片尺寸越來越小，集成度越來越高，重復(fù)的次數(shù)越多。一般來說，阻擋層和籽晶層的沉積是用物理氣相沉淀(PVD)或原子層沉積(ALD)方法實現(xiàn)，銅填充由電鍍方法實現(xiàn)(ECD)，而多余銅去除由化學(xué)機械研磨(CMP)方法實現(xiàn)。相比而言，銅CMP技術(shù)成本高昂，主要是由于銅CMP耗材量巨大，且耗材使用壽命短，容易影響到器件良率，另外拋光液一旦使用，無法回收。在先進工藝技術(shù)領(lǐng)域，銅CMP與超低介電常數(shù)(ultra?low?k)電介質(zhì)直接集成還存在問題。這是由于CMP是一種接觸式技術(shù)，處理時拋光墊與半導(dǎo)體器件襯底加工面緊密接觸，所在處理時對半導(dǎo)體器件襯底加工面施加壓力與剪切力，而超低介電常數(shù)電介質(zhì)力學(xué)性能極差，容易在拋光過程中形成銅線與電介質(zhì)間的界面剝離。非機械接觸式的電拋光又有其局限性，在終端效應(yīng)的作用下無法完全去除銅薄膜。無應(yīng)力銅拋光技術(shù)(SFP)提出了一種解決方法。SFP技術(shù)實際上是一種局部電化學(xué)拋光技術(shù)，需要將電流通過半導(dǎo)體器件襯底夾具注入銅的沉積層，然后與之相接觸的電極液局部導(dǎo)通，再與外部電源形成回路。這樣銅在局部導(dǎo)通的部分被電解，達到多余銅去除的目的。SFP技術(shù)的實現(xiàn)需要復(fù)雜的機械夾具固持半導(dǎo)體器件襯底并形成電流通道，對半導(dǎo)體器件襯底加工面不同的部位，如被夾具所夾部位和暴露部位，處理工藝不同。該方法難以對拋光液在拋光設(shè)備上進行原位回收。電拋光的另一局限性是拋光速率隨半導(dǎo)體器件襯底上圖案密度不同而改變，因此必須通過器件集成工藝流程來設(shè)計半導(dǎo)體器件襯底上的圖案密度來控制拋光速率，在標準的半導(dǎo)體器件生產(chǎn)工藝中難以應(yīng)用。

3D銅互連技術(shù)的孔洞尺寸相對傳統(tǒng)互連孔洞與溝槽尺寸成倍增大，因此銅填充工藝步驟中所遺留的多余銅量遠大于傳統(tǒng)互連工藝中由CMP去除的多余銅，所以CMP耗材成本增加，CMP設(shè)備產(chǎn)出率下降。銅膜也可由濕法刻蝕去除，如用硫酸與雙氧水按一定配比的混合液可以用來刻蝕銅膜，然而這種方法控制精度不夠，容易對半導(dǎo)體器件襯底上帶孔洞或溝槽區(qū)域形成大面積的破壞，另外此方法刻蝕后的銅膜被一層氧化層覆蓋，影響最終器件性能。

綜上所述，極大規(guī)模集成電路制造中多余銅去除步驟需要一種低耗材成本、對多余銅去除量可精確控制、對超低介電常數(shù)電介質(zhì)與銅線界面不造成破壞、高產(chǎn)出率的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種濕法刻蝕裝置，所述裝置具有：半導(dǎo)體加工件襯底，所述半導(dǎo)體加工件襯底具有待刻蝕面；處理腔，所述處理腔內(nèi)具有襯底承載單元，所述襯底承載單元承載所述半導(dǎo)體加工件襯底；刻蝕液體；噴淋單元，所述噴淋單元具有至少一個刻蝕液出口，所述噴淋單元與所述待刻蝕面相對而置，所述噴淋單元噴淋所述刻蝕液體至所述待刻蝕面；驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置用以實現(xiàn)所述襯底承載單元與所述噴淋單元間的相對運動；刻蝕液體供應(yīng)單元，所述刻蝕液體供應(yīng)單元供應(yīng)所述刻蝕液體至所述噴淋單元；刻蝕液體排出單元，所述刻蝕液體排出單元排出離開所述待刻蝕面的刻蝕液體至所述處理腔外。其特征在于：所述待刻蝕面為金屬覆膜面，所述金屬覆膜可以為銅膜。且所述裝置還具有：生成電極腔，所述生成電極腔內(nèi)具有生成電極且與所述刻蝕液體供應(yīng)單元連接；回收電極腔，所述回收電極腔內(nèi)具有回收電極且與所述刻蝕液體排出單元連接；所述生成電極與所述回收電極與一外接電源連接；所述外電源具有電勢控制單元，用以控制所述生成電極與所述回收電極的電勢；所述刻蝕液體具有至少一種金屬陽離子，所述金屬陽離子與所述金屬覆膜面產(chǎn)生置換反應(yīng)。所述噴淋單元還可具有聲波發(fā)射器的噴嘴，使其噴淋出的刻蝕液具有聲波能量。