一种湿法刻蚀装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于提供一种湿法刻蚀装置，具有：半导体加工件衬底、处理腔、衬底承载单元、刻蚀液体、喷淋单元、驱动装置、刻蚀液体供应单元、刻蚀液体排出单元、生成电极腔和回收电极腔。本发明专利技术提供的湿法刻蚀装置可以原位再生刻蚀液体中的高价位金属阳离子与回收铜离子，实现刻蚀液体循环使用，更为环保，同时降低了耗材成本。所述湿法刻蚀装置还可以对所述刻蚀液体施加声波能量，加快刻蚀速度，提高产出率。

【技术实现步骤摘要】
一种湿法刻蚀装置
本专利技术涉及一种湿法刻蚀装置，具体涉及一种湿法刻蚀衬底上金属薄膜的装置。
技术介绍
极大规模集成电路制造技术中的互连技术近十几年来经历了两次技术变革，一次 是铜互连（copperinterconnect)工艺取代错互连工艺，另一次是3D铜互连技术的引入， 即通过娃片通道（throughsiliconvias，简称TSV)技术。目前这些技术已经广泛的在计 算机、通讯、汽车电子和其他消费类产品集成电路芯片制造中应用。无论是传统铜互连技术 或是3D铜互连技术，铜互连的形成都包括以下步骤：（1)在半导体器件衬底上形成孔洞或 沟槽，（2)阻挡层和籽晶层的沉积，（3)铜填充，（4)多余铜去除和形成互连。在逻辑器件生 产中，以上步骤需重复多次。芯片尺寸越来越小,集成度越来越高,重复的次数越多。一般来 说，阻挡层和籽晶层的沉积是用物理气相沉淀（PVD)或原子层沉积（ALD)方法实现，铜填充 由电镀方法实现（ECD)，而多余铜去除由化学机械研磨（CMP)方法实现。相比而言，铜CMP 技术成本高昂，主要是由于铜CMP耗材量巨大，且耗材使用寿命短，容易影响到器件良率， 另外抛光液一旦使用，无法回收。在先进工艺
，铜CMP与超低介电常数（ultralow k)电介质直接集成还存在问题。这是由于CMP是一种接触式技术，处理时抛光垫与半导体 器件衬底加工面紧密接触，所在处理时对半导体器件衬底加工面施加压力与剪切力，而超 低介电常数电介质力学性能极差，容易在抛光过程中形成铜线与电介质间的界面剥离。非 机械接触式的电抛光又有其局限性，在终端效应的作用下无法完全去除铜薄膜。无应力铜 抛光技术（SFP)提出了一种解决方法。SFP技术实际上是一种局部电化学抛光技术，需要将 电流通过半导体器件衬底夹具注入铜的沉积层，然后与之相接触的电极液局部导通，再与 外部电源形成回路。这样铜在局部导通的部分被电解，达到多余铜去除的目的。SFP技术的 实现需要复杂的机械夹具固持半导体器件衬底并形成电流通道，对半导体器件衬底加工面 不同的部位，如被夹具所夹部位和暴露部位，处理工艺不同。该方法难以对抛光液在抛光设 备上进行原位回收。电抛光的另一局限性是抛光速率随半导体器件衬底上图案密度不同而 改变，因此必须通过器件集成工艺流程来设计半导体器件衬底上的图案密度来控制抛光速 率，在标准的半导体器件生产工艺中难以应用。 3D铜互连技术的孔洞尺寸相对传统互连孔洞与沟槽尺寸成倍增大，因此铜填充工 艺步骤中所遗留的多余铜量远大于传统互连工艺中由CMP去除的多余铜，所以CMP耗材成 本增加，CMP设备产出率下降。铜膜也可由湿法刻蚀去除，如用硫酸与双氧水按一定配比的 混合液可以用来刻蚀铜膜，然而这种方法控制精度不够，容易对半导体器件衬底上带孔洞 或沟槽区域形成大面积的破坏，另外此方法刻蚀后的铜膜被一层氧化层覆盖，影响最终器 件性能。 综上所述，极大规模集成电路制造中多余铜去除步骤需要一种低耗材成本、对多 余铜去除量可精确控制、对超低介电常数电介质与铜线界面不造成破坏、高产出率的设备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种湿法刻蚀装置，所述装置具有：半导体加工件衬底，所 述半导体加工件衬底具有待刻蚀面；处理腔，所述处理腔内具有衬底承载单元，所述衬底承 载单元承载所述半导体加工件衬底；刻蚀液体；喷淋单元，所述喷淋单元具有至少一个刻 蚀液出口，所述喷淋单元与所述待刻蚀面相对而置，所述喷淋单元喷淋所述刻蚀液体至所 述待刻蚀面；驱动装置，所述驱动装置用以实现所述衬底承载单元与所述喷淋单元间的相 对运动；刻蚀液体供应单元，所述刻蚀液体供应单元供应所述刻蚀液体至所述喷淋单元； 刻蚀液体排出单元，所述刻蚀液体排出单元排出离开所述待刻蚀面的刻蚀液体至所述处理 腔外。其特征在于：所述待刻蚀面为金属覆膜面，所述金属覆膜可以为铜膜。且所述装置还 具有：生成电极腔，所述生成电极腔内具有生成电极且与所述刻蚀液体供应单元连接；回 收电极腔，所述回收电极腔内具有回收电极且与所述刻蚀液体排出单元连接；所述生成电 极与所述回收电极与一外接电源连接；所述外电源具有电势控制单元，用以控制所述生成 电极与所述回收电极的电势；所述刻蚀液体具有至少一种金属阳离子，所述金属阳离子与 所述金属覆膜面产生置换反应。所述喷淋单元还可具有声波发射器的喷嘴，使其喷淋出的 刻蚀液具有声波能量。 本专利技术提供的湿法刻蚀装置以置换化学原理将铜膜内的铜原子置换为铜离子，以 非机械接触的方法去除多余铜，所以对超低介电常数电介质与铜线界面不造成破坏。所述 湿法刻蚀装置不需要复杂的半导体加工件衬底导电夹具，简化了硬件。所述湿法刻蚀装置 还具有生成电极腔与回收电极腔，可以原位再生刻蚀液体中高价位金属阳离子与回收铜离 子，实现刻蚀液体循环使用，更为环保，同时降低了耗材成本。所述湿法刻蚀装置还可以对 所述刻蚀液体施加声波能量，加快刻蚀速度，提高产出率。 【附图说明】 图1为本专利技术实施例中一种湿法刻蚀装置的垂直截面示意图； 图2为本专利技术实施例中一种湿法刻蚀装置上喷淋单元的垂直截面示意图； 图3为本专利技术实施例中一种喷淋单元与半导体加工件衬底的相对运动示意图； 图4为本专利技术实施例中另一种喷淋单元与半导体加工件衬底的相对运动示意图； 图5为本专利技术实施例中另一种喷淋单元与半导体加工件衬底的相对运动示意图； 图6为本专利技术实施例中的回收电极与生成电极工作原理的示意图； 图7为本专利技术实施例中多余铜膜去除方法的示意图； 图8为一种利用本专利技术实施例进行湿法刻蚀的方法的示意图。 具体实施方法 下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例 以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。 图1为本专利技术实施例提供的一种湿法刻蚀装置的示意图。所述装置具有一半导体 加工件衬底1003、一处理腔1001、一喷淋单元1004、一驱动装置1007、一刻蚀液体供应单元 1005、一刻蚀液体排出单元1014。所述半导体加工件衬底1003具有待刻蚀面，所述待刻蚀 面为金属覆膜面。所述处理腔1001内具有衬底承载单元1002,所述衬底承载单元1002承 载所述半导体加工件衬底1003。所述喷淋单元1004具有至少一个刻蚀液体出口，所述喷 淋单元1004与所述待刻蚀面相对而置，将刻蚀液体1012传输至所述待刻蚀面上。所述刻 蚀液体1012具有至少一种金属阳离子，所述金属阳离子与所述金属覆膜面产生置换反应。 所述刻蚀液体1012还可以具有硫酸、氯离子和至少一种下列有机添加剂：抑制剂、光亮剂、 整平剂、表面活性剂。所述驱动装置1007用以实现所述衬底承载单元1002与所述喷淋单 元1004间的相对运动。所述刻蚀液体供应单元1005供应所述刻蚀液体1012至所述喷淋 单元1004。所述刻蚀液体排出单元1014排出离开所述待刻蚀面的所述刻蚀液体1012至 所述处理腔1001外。所述装置还具有一生成电极腔1015、一回收电极腔1016、一收容容器 1011和一液体泵1013。所述生成电极腔1015内具有生成电极1008,且与所述刻蚀液体供 应单元10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种湿法刻蚀装置，具有：半导体加工件衬底，所述半导体加工件衬底具有待刻蚀面；处理腔，所述处理腔内具有衬底承载单元，所述衬底承载单元承载所述半导体加工件衬底；刻蚀液体；喷淋单元，所述喷淋单元具有至少一个刻蚀液体出口，所述喷淋单元与所述待刻蚀面相对而置，所述喷淋单元喷淋所述刻蚀液体至所述待刻蚀面；驱动装置，所述驱动装置用以实现所述衬底承载单元与所述喷淋单元间的相对运动；刻蚀液体供应单元，所述刻蚀液体供应单元供应所述刻蚀液体至所述喷淋单元；刻蚀液体排出单元，所述刻蚀液体排出单元排出离开所述待刻蚀面的刻蚀液体至所述处理腔外；其特征在于：所述待刻蚀面为金属覆膜面；且所述装置还具有：生成电极腔，所述生成电极腔内具有生成电极且与所述刻蚀液体供应单元连接；回收电极腔，所述回收电极腔内具有回收电极且与所述刻蚀液体排出单元连接；所述生成电极与所述回收电极与一外接电源连接；所述外电源具有电势控制单元，用以控制所述生成电极与所述回收电极的电势；所述刻蚀液体具有至少一种金属阳离子，所述金属阳离子与所述金属覆膜面产生置换反应。

【技术特征摘要】
1. 一种湿法刻蚀装置，具有： 半导体加工件衬底，所述半导体加工件衬底具有待刻蚀面； 处理腔，所述处理腔内具有衬底承载单元，所述衬底承载单元承载所述半导体加工件 衬底； 刻蚀液体； 喷淋单元，所述喷淋单元具有至少一个刻蚀液体出口，所述喷淋单元与所述待刻蚀面 相对而置，所述喷淋单元喷淋所述刻蚀液体至所述待刻蚀面； 驱动装置，所述驱动装置用W实现所述衬底承载单元与所述喷淋单元间的相对运动； 刻蚀液体供应单元，所述刻蚀液体供应单元供应所述刻蚀液体至所述喷淋单元； 刻蚀液体排出单元，所述刻蚀液体排出单元排出离开所述待刻蚀面的刻蚀液体至所述 处理腔外； 其特征在于： 所述待刻蚀面为金属覆膜面； 且所述装置还具有： 生成电极腔，所述生成电极腔内具有生成电极且与所述刻蚀液体供应单元连接； 回收电极腔，所述回收电极腔内具有回收电极且与所述刻蚀液体排出单元连接； 所述生成电极与所述回收电极与一外接电源连接； 所述外电源具有电势控制单元，用W控制所述生成电极与所述回收电极的电势； 所述刻蚀液体具有至少一种金属阳离子，所述金属阳离子与所述金属覆膜面产生置换 反应。2. 权力要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还具有电荷计算单元，用W计算所述 生成电极及所述回收电极上单位时间内通过的电荷。3. 权力要求1所述的装置，其特征在于，所述喷淋单元是具有声波发射器的喷嘴，所述 声波发射器频率在20KHZ至lOMHz之间。4. 权力要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动装置带动所述衬底承载单元转动或 移动。5. 权力要求1所述的装置，其特征在于，所述生成电极腔与所述回收电极腔间还具有 一收容容器，用W收容所述刻蚀液体，所述收容容器连有一液体粟。6. 权力要求1所述的装置，其特征在于，待刻蚀面上金属覆膜为铜膜，所述金属阳离子 为H价铁离子。所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马悦，何川，施广涛，黄允文，顾岩，阳诗友，
申请(专利权)人：马悦，何川，施广涛，黄允文，顾岩，阳诗友，
类型：发明
国别省市：美国;US