一種濕法刻蝕裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種濕法刻蝕裝置，具有：半導(dǎo)體加工件襯底、處理腔、襯底承載單元、刻蝕液體、噴淋單元、驅(qū)動裝置、刻蝕液體供應(yīng)單元、刻蝕液體排出單元、生成電極腔和回收電極腔。本發(fā)明提供的濕法刻蝕裝置可以原位再生刻蝕液體中的高價位金屬陽離子與回收銅離子，實現(xiàn)刻蝕液體循環(huán)使用，更為環(huán)保，同時降低了耗材成本。所述濕法刻蝕裝置還可以對所述刻蝕液體施加聲波能量，加快刻蝕速度，提高產(chǎn)出率。
【專利說明】一種濕法刻蝕裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 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?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002] 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（copperinterconnect)工藝取代錯互連工藝，另一次是3D銅互連技術(shù)的引入， 即通過娃片通道（throughsiliconvias，簡稱TSV)技術(shù)。目前這些技術(shù)已經(jīng)廣泛的在計 算機(jī)、通訊、汽車電子和其他消費(fèi)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(jī)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(jìn)工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，銅CMP與超低介電常數(shù)（ultralow 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(jī)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(dá)到多余銅去除的目的。SFP技術(shù)的 實現(xiàn)需要復(fù)雜的機(jī)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體器件生產(chǎn)工藝中難以應(yīng)用。
[0003] 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(yuǎn)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。
[0004] 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】

[0005] 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(yùn)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。
[0006] 本發(fā)明提供的濕法刻蝕裝置以置換化學(xué)原理將銅膜內(nèi)的銅原子置換為銅離子，以 非機(jī)械接觸的方法去除多余銅，所以對超低介電常數(shù)電介質(zhì)與銅線界面不造成破壞。所述 濕法刻蝕裝置不需要復(fù)雜的半導(dǎo)體加工件襯底導(dǎo)電夾具，簡化了硬件。所述濕法刻蝕裝置 還具有生成電極腔與回收電極腔，可以原位再生刻蝕液體中高價位金屬陽離子與回收銅離 子，實現(xiàn)刻蝕液體循環(huán)使用，更為環(huán)保，同時降低了耗材成本。所述濕法刻蝕裝置還可以對 所述刻蝕液體施加聲波能量，加快刻蝕速度，提高產(chǎn)出率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1為本發(fā)明實施例中一種濕法刻蝕裝置的垂直截面示意圖；
[0008] 圖2為本發(fā)明實施例中一種濕法刻蝕裝置上噴淋單元的垂直截面示意圖；
[0009] 圖3為本發(fā)明實施例中一種噴淋單元與半導(dǎo)體加工件襯底的相對運(yùn)動示意圖；
[0010] 圖4為本發(fā)明實施例中另一種噴淋單元與半導(dǎo)體加工件襯底的相對運(yùn)動示意圖；
[0011] 圖5為本發(fā)明實施例中另一種噴淋單元與半導(dǎo)體加工件襯底的相對運(yùn)動示意圖；
[0012] 圖6為本發(fā)明實施例中的回收電極與生成電極工作原理的示意圖；
[0013] 圖7為本發(fā)明實施例中多余銅膜去除方法的示意圖；
[0014] 圖8為一種利用本發(fā)明實施例進(jìn)行濕法刻蝕的方法的示意圖。
[0015] 具體實施方法
[0016] 下面將結(jié)合附圖以及具體實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實施例 以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0017] 圖1為本發(fā)明實施例提供的一種濕法刻蝕裝置的示意圖。所述裝置具有一半導(dǎo)體 加工件襯底1003、一處理腔1001、一噴淋單元1004、一驅(qū)動裝置1007、一刻蝕液體供應(yīng)單元 1005、一刻蝕液體排出單元1014。所述半導(dǎo)體加工件襯底1003具有待刻蝕面，所述待刻蝕 面為金屬覆膜面。所述處理腔1001內(nèi)具有襯底承載單元1002,所述襯底承載單元1002承 載所述半導(dǎo)體加工件襯底1003。所述噴淋單元1004具有至少一個刻蝕液體出口，所述噴 淋單元1004與所述待刻蝕面相對而置，將刻蝕液體1012傳輸至所述待刻蝕面上。所述刻 蝕液體1012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)。 所述刻蝕液體1012還可以具有硫酸、氯離子和至少一種下列有機(jī)添加劑：抑制劑、光亮劑、 整平劑、表面活性劑。所述驅(qū)動裝置1007用以實現(xiàn)所述襯底承載單元1002與所述噴淋單 元1004間的相對運(yùn)動。所述刻蝕液體供應(yīng)單元1005供應(yīng)所述刻蝕液體1012至所述噴淋 單元1004。所述刻蝕液體排出單元1014排出離開所述待刻蝕面的所述刻蝕液體1012至 所述處理腔1001外。所述裝置還具有一生成電極腔1015、一回收電極腔1016、一收容容器 1011和一液體泵1013。所述生成電極腔1015內(nèi)具有生成電極1008,且與所述刻蝕液體供 應(yīng)單元1005連接。所述回收電極腔1016內(nèi)具有回收電極1009,且與所述刻蝕液體排出單 元1014連接。所述生成電極1008與所述回收電極1009與一外電源1010連接。所述外電 源1010有電勢控制單元，用以控制所述生成電極1008與所述回收電極1009的電勢。
[0018] 圖2為所述裝置具有的噴淋單元1004的示意圖。所述噴淋單元1004具有一液體 進(jìn)口 2006、一液體出口 2005、一噴淋室2002、一聲波發(fā)生器2003、一線纜2004和一固持單 元2001。所述聲波發(fā)生器2003放置于所述固持單元2001上，并處于噴淋室2002中。所 述線纜2004為所述聲波發(fā)生器2003供電及提供通訊信號。所述液體進(jìn)口 2006與所述刻 蝕液體供應(yīng)單元1005連接，將所述刻蝕液體1012傳輸入所述噴淋室2002,使所述刻蝕液 體1012與所述聲波發(fā)生器2003接觸。所述聲波發(fā)生器2003將聲波能量傳輸?shù)剿隹涛g 液體1012中，具有聲波能量的所述刻蝕液體1012從所述液體出口 2005排出，到達(dá)所述半 導(dǎo)體加工件襯底1003待刻蝕面上。所述聲波發(fā)生器2003的工作頻率為20KHz至IOMHz。 所述半導(dǎo)體加工件襯底1003表面金屬覆膜被刻蝕的速率由兩個因素決定。一個因素是所 述刻蝕液體1012中的有效刻蝕成份與金屬覆膜發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的速率，另一個因素是所述 刻蝕液體1012中的有效刻蝕成份向金屬覆膜表面擴(kuò)散的速率。所述刻蝕液體1012中的有 效刻蝕成份，例如高價位金屬陽離子，向金屬覆膜表面擴(kuò)散的速率由金屬覆膜表面的擴(kuò)散 邊界層厚度決定。邊界層厚度越薄，所述刻蝕液體1012中的有效刻蝕成份向金屬覆膜表面 擴(kuò)散越快，所述半導(dǎo)體加工件襯底1003表面金屬覆膜被刻蝕的速率就越快。通過具有聲波 能量的所述刻蝕液體1012與所述半導(dǎo)體加工件襯底1003表面金屬覆膜接觸，在金屬覆膜 表面施加聲波能量時，由于聲波造成金屬覆膜表面的流體快速流動，可以得到非常薄的擴(kuò) 散邊界層。在聲波能量作用下，表面邊界層厚度為聲波頻率f和液體黏度u的函數(shù)，可以 一、(2v T3 表不為=^^(TheRemovalofDeformedSubmicronParticlesfromSilicon WafersbySpinRinseandMegasonics，F(xiàn)anZhang，AhmedA.Busnaina，MichaelA.Fury andShi-QingWang，JournalofElectronicMaterials，Volume29Issue2，Pagesl99_204， 2000)。邊界層厚度隨著聲波頻率的增大迅速降低，當(dāng)聲波頻率為1000千赫茲時，表面的邊 界層厚度小于1微米。在金屬覆膜表面施加聲波能量可以使刻蝕速率提高10倍以上，極大 的提高了濕法刻蝕的生產(chǎn)速率。
[0019] 所述裝置還具有另一驅(qū)動裝置1006,如圖1所示。所述驅(qū)動裝置1006通過一連接 裝置1017控制所述噴淋單元1004相對所述襯底承載裝置1002運(yùn)動。圖3為本發(fā)明實施 例中一種所述噴淋單元1004與所述半導(dǎo)體加工件襯底1003的相對運(yùn)動的示意圖。所述驅(qū) 動裝置1007控制所述襯底承載單元1002,并帶動所述半導(dǎo)體加工件襯底1003以一角速度 ω2轉(zhuǎn)動。所述另一驅(qū)動裝置1006通過所述連接裝置1017帶動所述噴淋單元1004以另 一角速度ω1在所述半導(dǎo)體加工件襯底1003上方做往復(fù)掃描。ω1和ω2在1至2000rpm 之間。圖4為本發(fā)明實施例中另一種所述噴淋單元1004與所述半導(dǎo)體加工件襯底1003的 相對運(yùn)動的示意圖。所述驅(qū)動裝置1007控制所述襯底承載單元1002,并帶動所述半導(dǎo)體加 工件襯底1003以一角速度ω2轉(zhuǎn)動。所述另一驅(qū)動裝置1006通過所述連接裝置1017帶 動所述噴淋單元1004以一線速度vl在所述半導(dǎo)體加工件襯底1003上方做線性掃描。ω2 在1至2000rpm之間。vl在0. 01至3米每秒之間。所述驅(qū)動裝置1007為步進(jìn)馬達(dá)或伺服 馬達(dá)中的一種。所述另一驅(qū)動裝置1006為氣缸、步進(jìn)馬達(dá)或伺服馬達(dá)中的一種。
[0020] 圖5為本發(fā)明實施例中另一種所述噴淋單元1004與所述半導(dǎo)體加工件襯底1003 的相對運(yùn)動的示意圖。所述驅(qū)動裝置1007控制所述襯底承載單元1002,并帶動所述半導(dǎo) 體加工件襯底1003以一角速度ω2轉(zhuǎn)動。所述連接裝置1017和所述噴淋單元1004保持 靜止,并且所述噴淋單元1004位于所述半導(dǎo)體加工件襯底1003邊緣上方。所述刻蝕液體 1012從所述噴淋單元1004流出后只與所述半導(dǎo)體加工件襯底1003的邊緣部分接觸。隨著 所述半導(dǎo)體加工件襯底1003的轉(zhuǎn)動，所述刻蝕液體1012與所述半導(dǎo)體加工件襯底1003的 邊緣一周接觸，將所述半導(dǎo)體加工件襯底1003的邊緣一周的金屬覆膜去除掉。所述刻蝕液 體1012與所述半導(dǎo)體加工件襯底1003邊緣接觸的部分控制在距離邊緣2. 5mm以內(nèi)。遠(yuǎn)離 半導(dǎo)體加工件襯底1003邊緣2. 5mm以上的中心區(qū)域中的金屬覆膜不與所述刻蝕液體1012 接觸，不被去除。圖5所示的裝置可用于半導(dǎo)體后端銅制程、封裝工藝中銅柱凸塊和硅通孔 的電鍍銅步驟之后的銅膜邊緣去除工藝。傳統(tǒng)的電鍍銅步驟之后的銅膜邊緣去除工藝是用 硫酸和雙氧水的混合物去除半導(dǎo)體加工件襯底邊緣的銅膜，防止半導(dǎo)體加工件襯底邊緣的 銅在后續(xù)工藝步驟中向硅中擴(kuò)散，進(jìn)而影響良率。用硫酸和雙氧水的混合物去除半導(dǎo)體加 工件襯底邊緣銅膜的工藝控制精度不夠，容易對半導(dǎo)體器件襯底上帶孔洞或溝槽的區(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。利用本 發(fā)明提供的濕法刻蝕裝置進(jìn)行銅膜邊緣去除工藝，相比傳統(tǒng)的邊緣去處工藝，可以精確控 制邊緣銅膜的去除，并且可以回收刻蝕液體重復(fù)利用，降低了耗材成本。
[0021] 圖6為本發(fā)明實施例中的回收電極與生成電極工作原理的示意圖。所述半導(dǎo)體加 工件襯底1003待刻蝕面上的覆膜為金屬銅膜。所述刻蝕液體1012含有三價鐵離子和二 價鐵離子，所述三價鐵離子和二價鐵離子在所述刻蝕液體內(nèi)濃度均小于1摩爾每公斤。在 濕法刻蝕過程中，所述刻蝕液體1012被所述噴淋單元1004傳輸?shù)剿霭雽?dǎo)體加工件襯底 1003待刻蝕面上。通過驅(qū)動裝置1007,所述襯底承載單元1002帶動所述半導(dǎo)體加工件襯 底1003轉(zhuǎn)動。所述刻蝕液體1012中含有的三價鐵離子與所述半導(dǎo)體加工件襯底1003待 刻蝕面上的金屬銅發(fā)生置換反應(yīng)，生成二價銅離子和二價鐵離子。未反應(yīng)的所述刻蝕液體 1012和反應(yīng)生成的二價銅離子及二價鐵離子通過離心力的作用進(jìn)入到所述刻蝕液體排出 單元1014中。所述刻蝕液體排出單元1014將所述刻蝕液體1012和反應(yīng)生成的二價銅離 子傳輸?shù)剿龌厥针姌O腔1016中，與所述回收電極1009接觸。在外電源1010的控制下， 所述回收電極1009的電勢在-0. 447V至0. 342V間，更具體的，所述回收電極1009的電勢 在OV至0. 342V間。部分或者全部二價銅離子在所述回收電極1009上被還原成金屬銅，并 且二價鐵離子不會被還原成鐵。所述刻蝕液體1012經(jīng)過所述回收電極腔1016,進(jìn)入所述 收容容器1011。所述收容容器1011中的所述刻蝕液體1012被所述液體泵1013傳輸?shù)剿?述生成電極腔1015中，并與所述生成電極1008接觸。在外電源1010的控制下，所述生成 電極1008的電勢大于等于0. 771V，所述刻蝕液體1012中的二價鐵離子被部分或者全部氧 化為三價鐵離子。然后含有三價鐵離子的所述刻蝕液體1012經(jīng)過所述刻蝕液體供應(yīng)單元 1005,被傳送到所述噴淋單元1004中，然后被所述噴淋單元1004傳輸?shù)剿霭雽?dǎo)體加工件 襯底1003的待刻蝕面上。所述刻蝕液體1012中含有的三價鐵離子與所述半導(dǎo)體加工件襯 底1003待刻蝕面上的金屬銅發(fā)生置換反應(yīng)，生成二價銅離子和二價鐵離子。以上過程持續(xù) 進(jìn)行直至刻蝕步驟完成。如圖6所示，所述裝置還具有一電荷計算單元1020。所述電荷計 算單元1020通過測定所述外電源1010輸出的電流來確定所述回收電極1009上還原的金 屬銅的量，進(jìn)而確定已刻蝕的銅膜的厚度。當(dāng)已刻蝕的銅膜的厚度達(dá)到一設(shè)定值時，刻蝕步 驟結(jié)束。
[0022] 進(jìn)一步的，所述噴淋單元1004傳輸?shù)剿霭雽?dǎo)體加工件襯底1003待刻蝕面上的 所述刻蝕液體1012種含有三價鐵離子和二價鐵離子。所述刻蝕液體1012中含有的三價鐵 離子與所述半導(dǎo)體加工件襯底1003待刻蝕面上的金屬銅膜發(fā)生置換反應(yīng)，全部被轉(zhuǎn)換成 二價鐵離子，同時生成二價銅離子。所述刻蝕液體1012和反應(yīng)生成的二價銅離子通過離心 力的作用進(jìn)入到所述刻蝕液體排出單元1014中。所述刻蝕液體排出單元1014將所述刻蝕 液體1012和反應(yīng)生成的二價銅離子傳輸?shù)剿龌厥针姌O腔1016中，與所述回收電極1009 接觸。在外電源1010的控制下，所述回收電極1009的電勢在0至0. 342V間。二價銅離子 在所述回收電極1009上被全部還原成金屬銅，并且二價鐵離子不會被還原成鐵。所述刻蝕 液體1012經(jīng)過所述回收電極腔1016,進(jìn)入所述收容容器1011。所述收容容器1011中的所 述刻蝕液體1012被所述液體泵1013傳輸?shù)剿錾呻姌O腔1015中，并與所述生成電極 1008接觸。在外電源1010的控制下，所述生成電極1008的電勢大于等于0. 771V，所述刻 蝕液體1012中的全部或者部分的二價鐵離子被氧化為三價鐵離子。然后含有三價鐵離子 的所述刻蝕液體1012經(jīng)過所述刻蝕液體供應(yīng)單元1005,被傳送到所述噴淋單元1004中， 然后被所述噴淋單元1004傳輸?shù)剿霭雽?dǎo)體加工件襯底1003的待刻蝕面上。所述刻蝕液 體1012中含有的三價鐵離子與所述半導(dǎo)體加工件襯底1003待刻蝕面上的金屬銅發(fā)生置換 反應(yīng)，全部被還原為二價鐵離子，同時生成二價銅離子。以上過程持續(xù)進(jìn)行直至刻蝕步驟完 成。如圖6所示，所述裝置還具有一電荷計算單元1020。所述電荷計算單元通過測定所述 外電源1010輸出的電流來確定所述回收電極1009上還原的金屬銅的量，進(jìn)而確定已刻蝕 的銅膜的厚度。當(dāng)已刻蝕的銅膜的厚度達(dá)到一設(shè)定值時，刻蝕步驟結(jié)束。
[0023] 圖7為本發(fā)明實施例中多余銅膜去除方法的示意圖。通過向所述刻蝕液體1012中 添加化學(xué)添加劑，例如抑制劑、光亮劑、整平劑、表面活性劑中的一種或多種的混合物，進(jìn)一 步的，此類添加劑包括：聚二硫二丙烷磺酸鈉、醇硫基丙烷磺酸鈉、二甲基甲酰胺基磺酸鈉、 噻咪啉基二硫代丙烷磺酸、四氫噻唑硫酮、聚乙烯亞胺烷基化合物、脂肪胺乙氧基磺化物、 巰基咪唑丙磺酸鈉、偶氮嗪染料、離子型與非離子型表面活性劑、劑聚乙二醇、琥珀酸酯鈉 鹽、聚乙烯亞胺烷基鹽等。所述刻蝕液體1012可以均勻的刻蝕所述半導(dǎo)體加工件襯底1003 待刻蝕面上的金屬銅膜，在刻蝕完成后形成平整的表面，如圖7中左邊箭頭所示。但是由于 銅膜本身的不均勻性，通常在刻蝕完成后，所述半導(dǎo)體加工件襯底1003待刻蝕面上會殘留 一些未被去除的金屬，或者深孔和溝槽中的銅也被過度去除，形成孔洞，如圖7中右邊箭頭 所示。不過在硅通孔技術(shù)中，通常需要在銅膜刻蝕后對襯底進(jìn)行減薄。在襯底減薄過程中 同時也可以去除少量殘留的未被刻蝕的金屬或者濕法刻蝕產(chǎn)生的孔洞，對產(chǎn)品良率沒有影 響。
[0024] 圖8為一種利用本發(fā)明實施例進(jìn)行濕法刻蝕的方法的示意圖。所述方法包括：
[0025] 步驟1，設(shè)置一預(yù)期刻蝕厚度；
[0026] 步驟2,相對放置所述帶有銅膜覆膜的待刻蝕面與所述噴淋單元；
[0027] 步驟3,所述驅(qū)動裝置驅(qū)動所述襯底承載單元帶動所述半導(dǎo)體加工件襯底轉(zhuǎn)動；
[0028] 步驟4,含有所述三價鐵離子的所述刻蝕液體通過噴淋頭噴淋至所述待刻蝕面 上；
[0029] 步驟5,所述刻蝕液體接觸所述銅膜時生成二價銅離子與二價鐵離子；
[0030] 步驟6,所述刻蝕液體在離心力作用下離開所述待刻蝕面；
[0031] 步驟7,從所述處理腔排放出所述刻蝕液體；
[0032] 步驟8,收集所述刻蝕液體至所述回收電極腔；
[0033] 步驟9,所述回收電極電勢在-0. 447V至0. 342V間，所述二價銅離子被還原為銅；
[0034] 步驟10,從所述回收電極腔將所述刻蝕液體收集至所述收容容器；
[0035] 步驟11，從所述收容容器將所述刻蝕液體傳傳輸至所述生成電極腔；
[0036] 步驟12,所述生成電極電勢大于等于0. 771V，所述二價鐵離子被氧化為三價鐵離 子；
[0037] 步驟13,通過所述電荷計算單元計算電荷，并將其轉(zhuǎn)換為即時刻蝕厚度；
[0038] 步驟14,從所述生成電極腔將所述刻蝕液供給制所述噴淋單元并重復(fù)步驟3至步 驟13,直到所述即時刻蝕厚度達(dá)到所述預(yù)期刻蝕厚度。
[0039] 在所述刻蝕步驟完成后，可以通過另一噴嘴向所述半導(dǎo)體加工件襯底1003表面 提供高純水，清洗刻蝕完成后的所述半導(dǎo)體加工件襯底1003表面。在所述刻蝕步驟完成 后，可以對所述半導(dǎo)體加工件襯底1003進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，去除銅膜下的阻擋層或者進(jìn)行 襯底減薄。
[0040] 本發(fā)明提供的濕法刻蝕裝置以置換反應(yīng)化學(xué)原理將銅膜內(nèi)的銅原子置換為銅離 子，以非機(jī)械接觸的方法去除多余銅，所以對超低介電常數(shù)電介質(zhì)與銅線界面不造成破壞。 所述濕法刻蝕裝置不需要復(fù)雜的半導(dǎo)體加工件襯底導(dǎo)電夾具，簡化了硬件。所述濕法刻蝕 裝置還具有生成電極腔與回收電極腔，可以原位再生刻蝕液體中高價位金屬陽離子與回收 銅離子，實現(xiàn)刻蝕液體循環(huán)使用，更為環(huán)保，同時降低了耗材成本。所述濕法刻蝕裝置還可 以對所述刻蝕液施加聲波能量，加快刻蝕速度，提高產(chǎn)出率。
[0041] 以上對本發(fā)明實施例所提供的方案進(jìn)行了詳細(xì)解釋，本發(fā)明中應(yīng)用了具體個例對 本發(fā)明的原理和實施方式進(jìn)行了闡述，以上的實施例說明只適用于幫助理解本發(fā)明實施例 的原理。對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實施例，在【具體實施方式】及應(yīng)用范圍上均 會有所改變，在不偏離本發(fā)明宗旨的基礎(chǔ)上，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1. 一種濕法刻蝕裝置，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體出口，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W實現(xiàn)所述襯底承載單元與所述噴淋單元間的相對運(yùn)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； 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W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)。
2. 權(quán)力要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還具有電荷計算單元，用W計算所述 生成電極及所述回收電極上單位時間內(nèi)通過的電荷。
3. 權(quán)力要求1所述的裝置，其特征在于，所述噴淋單元是具有聲波發(fā)射器的噴嘴，所述 聲波發(fā)射器頻率在20KHZ至lOMHz之間。
4. 權(quán)力要求1所述的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動裝置帶動所述襯底承載單元轉(zhuǎn)動或 移動。
5. 權(quán)力要求1所述的裝置，其特征在于，所述生成電極腔與所述回收電極腔間還具有 一收容容器，用W收容所述刻蝕液體，所述收容容器連有一液體粟。
6. 權(quán)力要求1所述的裝置，其特征在于，待刻蝕面上金屬覆膜為銅膜，所述金屬陽離子 為H價鐵離子。所述H價鐵離子在所述刻蝕液體內(nèi)濃度小于1摩爾每公斤，所述H價鐵離 子與銅膜接觸時產(chǎn)生二價鐵離子與二價銅離子。
7. 權(quán)力要求6所述的刻蝕液體，其特征在于，所述刻蝕液體具有酸銅電解液、氯離子、 還具有下列有機(jī)添加劑中的至少一種；抑制劑、光亮劑、整平劑、表面活性劑。
8. 權(quán)利要求6所述的二價銅離子與二價鐵離子，其特征在于，所述二價鐵離子在所述 生成腔內(nèi)轉(zhuǎn)化為H價鐵離子，所述二價銅離子在所述回收電極腔內(nèi)轉(zhuǎn)化為銅。
9. 一種利用權(quán)利要求1至8中任一項所述的濕法刻蝕裝置對所述半導(dǎo)體加工件襯底進(jìn) 行處理的方法，包括： 步驟1，設(shè)置一預(yù)期刻蝕厚度； 步驟2,相對放置所述帶有銅膜覆膜的待刻蝕面與所述噴淋單元； 步驟3,所述驅(qū)動裝置驅(qū)動所述襯底承載單元帶動所述半導(dǎo)體加工件襯底轉(zhuǎn)動； 步驟4,含有所述H價鐵離子的所述刻蝕液體通過噴淋頭噴淋至所述待刻蝕面； 步驟5,所述刻蝕液體接觸所述銅膜時生成二價銅離子與二價鐵離子； 步驟6,所述刻蝕液體在離也力作用下離開所述待刻蝕面； 步驟7,從所述處理腔排放出所述刻蝕液體； 步驟8,收集所述刻蝕液體至所述回收電極腔； 步驟9,所述回收電極電勢在-0. 447V至0. 342V間，所述二價銅離子被還原為銅； 步驟10,從所述回收電極腔將所述刻蝕液體收集至所述收容容器； 步驟11，從所述收容容器將所述刻蝕液體傳傳輸至所述生成電極腔； 步驟12,所述生成電極電勢大于等于0. 771V，所述二價鐵離子被氧化為H價鐵離子； 步驟13,通過所述電荷計算單元計算電荷，并將其轉(zhuǎn)換為即時刻蝕厚度； 步驟14,從所述生成電極腔將所述刻蝕液供給制所述噴淋單元并重復(fù)步驟3至步驟 13,直到所述即時刻蝕厚度達(dá)到所述預(yù)期刻蝕厚度。
10.權(quán)利要求9所述的方法還包括步驟15,所述步驟15為對所述半導(dǎo)體加工件襯底進(jìn) 行化學(xué)機(jī)械研磨。
【文檔編號】H01L21/3213GK104347394SQ201310326653
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月30日
【發(fā)明者】馬悅, 何川, 施廣濤, 黃允文, 顧巖, 陽詩友 申請人:馬悅, 何川, 施廣濤, 黃允文, 顧巖, 陽詩友