电化学边缘和斜面清洁工艺及系统技术方案

公开了一种边缘清洁系统和方法，其中，温和的蚀刻溶液（２３０）的定向流被提供到旋转工件（１００）的边缘区域，包括前表面边缘和斜面，同时维持工件与定向流之间的电势差。一方面，本发明专利技术提供了一种边缘清洁系统，它被安置在用于工件沉积或去除处理的同一处理室中。另一方面，用于边缘去除的温和蚀刻溶液还被用来清洁晶片的前表面，或者与边缘去除工艺同时进行，或者顺序进行。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般性地涉及半导体处理技术，并且更具体地说涉及从工件边缘和/或斜面除去导电层并且使这些区域不含多余的杂质的系统及工艺。
技术介绍
在半导体工业中，许多工艺可以被用来在晶片上沉积并除去导电层。沉积技术包括例如电化学沉积(ECD)和电化学机械沉积(ECMD)的工艺。在这两种工艺中，诸如铜的导体被从电解质中沉积到半导体晶片或工件上，电解质与晶片的表面和另一个电极接触。材料去除技术包括化学蚀刻(CE)、电化学蚀刻(ECE)、电化学机械蚀刻(ECME)和化学机械抛光(CMP)，这些技术被用来从工件表面上除去多余的额外材料。使用术语“电化学机械处理(ECMPR)”来包括电化学机械沉积(ECMD)工艺和电化学机械蚀刻(ECME)，它也被称作电化学机械抛光(ECMP)。应当指出通常ECMD和ECME都被称作电化学机械处理(ECMPR)，因为两者在工件的表面上都涉及电化学过程和机械行为。在ECMPR方法的一个方面中，当工件表面和工件表面影响装置(WSID)之间存在物理接触或者紧密接近和相对运动时，在至少一部分电处理处理期间使用例如掩模、衬垫(pad)或清扫器(sweeper)的WSID。在标题为“Method and Apparatus For Electro ChemicalMechanical Deposition”的美国专利第6,176,952号和2001年12月18日提交的标题为“Plating Method and Apparatus that Creates aDifferential Between Additive Disposed on a Top Surface and a CavitySurface of a Workpiece Using an External Influence”的美国申请第09/740,701号中可以发现对许多沉积和蚀刻方法以及装置的描述，包括平面沉积和平面蚀刻方法，即ECMPR方法，这两篇专利均由本专利技术的受让人共同拥有。不管所用的沉积或去除工艺如何，通常工件在处理后被转移至某种清洁和干燥台上。在清洁步骤中，从工件中清洗掉处理产生的许多残留物，随后通过旋转，并且如果需要的话通过在其表面上吹氮气来干燥工件。在一种设计中，进行常规镀敷或去除处理或ECMPR的处理室，以及清洗室可以被垂直堆叠在垂直处理室布置中。在这种布置中，处理在下室中进行，并且清洁和干燥可以在上室中实施，隔开上室和下室，以至于在每个室中使用的化学试剂不会彼此混合。1999年12月17日提交的标题为“Vertically Configured Chamber Used for MultipleProcesses”的共同待审的美国申请第09/466,014号中公开了这种垂直室的一种类型，该专利由本专利技术的受让人共同拥有。通常，典型地处理顺序是首先在工件上进行沉积或镀敷导电材料，然后从工件的前表面除去一些先前沉积的导电材料，例如不需要的过多导电材料。铜是用于集成电路(IC)互连和封装应用的优选导电材料。ECD和ECMD工艺都可以沉积铜。因此，它可以用作一个实施例。当在晶片的前表面上镀铜时，除了有ICs的区域，它还会沉积到没有ICs或电路的晶片边缘和侧面，即斜面上。在某些情况中，边缘和斜面被保护而不接触镀液，因此那里不会镀上铜。但是，在边缘区域和斜面上仍会存在铜的籽层。无论来源是什么，这种残留的铜，即边缘铜会从晶片的侧面和边缘处迁移到邻近的有源区域，尤其是在退火步骤期间。此外，源于晶片边缘的铜颗粒可能污染晶片传输系统，以及其它的处理设备，例如退火系统等，并且接下去会污染其它的晶片。与晶片边缘粘附不好的铜片在CMP期间也会因变松并且落入存在电路的表面上而引起问题。因此，在每次镀铜步骤后，从晶片的边缘和斜面上除去铜是重要的。美国专利第6,309,981号描述了一种从半导体晶片边缘和斜面区除去金属的方法。指定给本专利技术受让人的美国临时申请第60/276,103号描述了在垂直室系统的上部清洗室中除去边缘铜的方法及装置，垂直室系统还包括下部处理室。在上面两篇文献中，化学去除途径使用具有氧化剂的攻击性蚀刻溶液，例如硫酸和过氧化氢混合物，或者强氧化性酸，例如硝酸。设计这些攻击性蚀刻溶液，使氧化剂化学氧化铜，并且氧化的铜溶解在酸性溶液中。为了能够获得高的处理生产量，攻击性蚀刻溶液被配制成能实现高的蚀刻速率，例如对于铜来说大于300～400/sec，优选地大于1000/sec。这对应于高于20000/min的蚀刻速率。尽管攻击性蚀刻溶液及其使用系统目前仍在使用，但是出现了一些与其使用相关的问题。过氧化氢之类的强氧化剂并不稳定，因此，混合、运输和储备这种攻击性边缘铜去除蚀刻剂存在挑战。举例来说，包含过氧化氢的溶液需要在可通气的容器中装运，在这些容器中由于过氧化氢的分解不允许增加压力。因为氧化剂的分解，这些蚀刻溶液还具有有限的使用寿命。试图从工件的前面边缘除去材料，并且维持攻击性蚀刻溶液与工件除边缘部分的前面部分分开也是一个挑战。如前面所述，设计攻击性蚀刻溶液以非常高的速率蚀刻铜。因此，任何无意中落到晶片表面其它部分上的液滴将会蚀刻这些区域并且引起氧化和IC’s的可能失效。甚至攻击性蚀刻溶液的蒸汽也会引起部分铜表面的氧化和变色，尤其是在与除去材料的边缘相邻的地方。在边缘铜去除工艺之后，这些氧化的区域典型地需要使用具有非常低化学蚀刻速率的不同酸溶液来清洗。这就需要储备并向晶片表面上输送另一种溶液化学，因此增加了成本。具体地说，对于如图5所示的垂直室结构，使用攻击性蚀刻溶液还有另一种考虑。在这些系统中，上室和下室通过档板或者其它的阻挡方式而良好隔离。但是，如果发生任何偶然的泄漏并且边缘铜去除溶液的液滴进入下室中，它会与电处理溶液混合并引起问题。美国专利第6,056,869号描述了一种从半导体晶片的侧面边缘和背面中除去金属镀层的装置，它用于使用特定装置设计的特定电化学蚀刻方法的化学机械抛光。在该专利中，蚀刻溶液输送到晶片的整个背面，并且它被用来从边缘和背面中电化学除去金属镀层，而晶片的上面通过惰性的流体罩保护，不受蚀刻剂的腐蚀。因此，半导体工业中需要一种允许更高效的处理，包括从晶片前面除去边缘铜，以及边缘铜去除作为其它清洁工艺一部分的系统和工艺。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种除去工件中存在的边缘导体的方法及设备。本专利技术的另一个目的是提供一种使用向工件边缘提供的温和蚀刻溶液定向流而除去边缘导体的方法及设备。本专利技术的另一个目的是通过使电流流过该溶液并且对晶片边缘导体上选择性地输送该溶液而增加非常低蚀刻速率的溶液的蚀刻能力。本专利技术的另一个目的是提供一种允许用同一种温和蚀刻溶液来除去边缘导体并且还清洁工件前表面的系统。本专利技术的另一个目的是提供一种允许用同一种温和蚀刻溶液在工件前表面上沉积导体并且也能除去边缘导体的系统。本专利技术的再另一个目的是提供一种允许在用于工件沉积或去除处理的同一处理室中实行边缘导体去除、工件前表面清洁，或者两者的系统。通过提供一种边缘清洁系统和方法可以由本专利技术来实现本专利技术的上述目的以及其它目的，或者单独实现或者组合实现，其中，温和蚀刻溶液的定向流被提供到旋转工件的边缘区域，包括前表面边缘和斜面，同时维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用蚀刻溶液和与蚀刻溶液接触的蚀刻电极，从工件导电层的斜面边缘，包括导电层的前面边缘表面除去导电材料的方法，该方法包括下面步骤：旋转工件；引导蚀刻溶液的连续流流向工件的斜面边缘，包括导电层的前面边缘表面，同时旋转工件；以 及在引导步骤进行时，在电极和工件导电层之间施加电势差。

【技术特征摘要】
US 2001-12-21 10/032,318;US 2002-11-8 60/424,9361.一种使用蚀刻溶液和与蚀刻溶液接触的蚀刻电极，从工件导电层的斜面边缘，包括导电层的前面边缘表面除去导电材料的方法，该方法包括下面步骤旋转工件；引导蚀刻溶液的连续流流向工件的斜面边缘，包括导电层的前面边缘表面，同时旋转工件；以及在引导步骤进行时，在电极和工件导电层之间施加电势差。2.根据权利要求1的方法，其中引导步骤引导温和蚀刻溶液流向斜面边缘。3.根据权利要求2的方法，其中与不施加电势差时相比，温和蚀刻溶液用于施加电势差而蚀刻斜面边缘更多。4.根据权利要求2的方法，其中温和蚀刻溶液是镀液。5.根据权利要求4的方法进一步包括在引导步骤之前，使用镀液在工件导电层的顶面上沉积导体。6.根据权利要求5的方法，其中在工件位于垂直室组件的下室中时进行沉积步骤，并且在工件位于垂直室组件的上室中时进行引导和施加步骤，并且进一步包括在沉积步骤之后和引导步骤之前，将工件从下室移动到上室中的步骤。7.根据权利要求6的方法，其中沉积步骤使用电化学机械沉积工艺。8.根据权利要求5的方法，其中在工件位于单个室中时进行沉积和引导步骤。9.根据权利要求5的方法，其中在工件位于各自不同的室中时进行沉积和引导步骤。10.根据权利要求4的方法进一步包括在引导步骤之前使用镀液在工件导电层的顶面上沉积导体的步骤。11.根据权利要求10的方法，其中沉积步骤使用电化学机械沉积工艺。12.根据权利要求10的方法，其中在工件位于垂直室组件的下室中时进行沉积步骤，并且在工件位于垂直室组件的上室中时进行引导和施加步骤，并且进一步包括在沉积步骤之后和引导步骤之前，将工件从下室移动到上室中的步骤。13.根据权利要求10的方法，其中沉积步骤使用电化学机械沉积工艺。14.根据权利要求4的方法进一步包括在引导步骤之前在工件导电层的顶面上实施电化学机械处理的步骤。15.根据权利要求14的方法，其中在工件位于垂直室组件的下室中时实施电化学机械处理步骤，并且在工件位于垂直室组件的上室中时进行引导和施加步骤，并且进一步包括在实施电化学机械处理步骤之后和引导步骤之前，将工件从下室移动到上室中的步骤。16.根据权利要求14的方法，其中在工件位于单个室中时实施电化学机械处理和引导步骤。17.根据权利要求14的方法，其中在工件位于各自不同的室中时实施电化学机械处理和引导步骤。18.根据权利要求2的方法，进一步包括将温和蚀刻溶液喷射至导电层的顶面上。19.根据权利要求18的方法，其中在工件位于单个室中时进行喷射和引导步骤。20.根据权利要求19的方法，其中同时进行喷射和引导步骤。21.根据权利要求19的方法，其中顺序进行喷射和引导步骤。22.一种在工件前面导电表面边缘上实施边缘斜面去除工艺的设备，包含室；固定并旋转工件的可移动并可旋转的工件支架；以及边缘斜面去除系统，边缘斜面去除系统包括用于向至少工件的前面导电表面边缘供应蚀刻溶液连续流的至少一个边缘导体材料去除装置；适于与连续流物理接触并且用来在连续流和工件前面导电表面之间提供电势差的电极。23.根据权利要求22的设备，其中边缘铜去除装置包含安装在工件相对位置内的至少一个喷嘴，以至于蚀刻溶液连续流被向外引导流向工件的前面导电表面边缘。24.根据权利要求22的设备，进一步包括安装在室内用于引导温和蚀刻溶液流向工件前表面的至少一个清洁喷嘴。25.根据权利要求24的设备，其中温和蚀刻溶液和蚀刻溶液是同一种溶液。26.根据权利要求22的设备，进一步包括设置在室下面的另一个室；当工件位于室中并且使用至少一个边缘铜去除装置时，适于分隔该室与另一个室的可移动保护挡板；以及用于处理设置在另一个室中的工件前表面的系统。27.根据权利要求26的设备，其中系统是电化学机械处理系统。28.根据权利要求27的设备，其中电化学机械处理系统是电化学机械沉积系统。29.根据权利要求22的设备，进一步包括设置在室内用于在工件前表面上提供机械处理的电化学机械处理系统。30.根据权利要求22的设备，其中通过至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：布林特M巴索，
申请(专利权)人：纳托尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]