[发明专利]一种湿法刻蚀装置

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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(copper interconnect)工艺取代铝互连工艺，另一次是3D铜互连技术的引入，即通过硅片通道(through silicon vias，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。在先进工艺技术领域，铜CMP与超低介电常数(ultra low 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。

发明内容

本发明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。