阻擋層的去除方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導體制造銅互連的無應(yīng)力電化學拋光工藝、無應(yīng)力拋光過程中形成的鉭或鈦的氧化物薄膜去除工藝和二氟化氙氣相刻蝕阻擋層鉭/氮化鉭或鈦/氮化鈦工藝的整合方法和裝置。首先，至少一部分硅片上鍍的銅被無應(yīng)力電化學拋光去除；其次，去除銅拋光過程中阻擋層表面形成的鉭或鈦的氧化物薄膜；最后，用二氟化氙氣相刻蝕把阻擋層鉭/氮化鉭或鈦/氮化鈦去除。該裝置由三個子系統(tǒng)組成：無應(yīng)力電化學銅拋光系統(tǒng)、用刻蝕劑去除阻擋層表面鉭或鈦的氧化物的系統(tǒng)和去除阻擋層的二氟化氙氣相刻蝕系統(tǒng)。
【專利說明】阻擋層的去除方法和裝置
[0001]本申請是2009年5月8日提交的，申請?zhí)枮?00910050835.7，題為“阻擋層的去
除方法和裝置”的專利申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明是關(guān)于半導體加工方法和裝置的。確切地說，是關(guān)于無應(yīng)力銅拋光和阻擋層的選擇性去除的。更確切地說，本發(fā)明涉及的工藝可以用于集成器件制造中選擇性地拋光銅和鉭/氮化鉭阻擋層的無應(yīng)力去除。
【背景技術(shù)】
[0003]半導體器件是在半導體硅片上經(jīng)過一系列不同的加工步驟形成晶體管和互連線而成的。為了晶體管終端能和硅片連在一起，需要在硅片的介質(zhì)材料上做出導電的(例如金屬)槽、孔及其他類似的東西作為器件的一部分。槽和孔可以在晶體管之間、內(nèi)部電路以及外部電路傳遞電信號和能量。
[0004]在形成互連元素時，半導體硅片可能需要掩膜、刻蝕和沉積等工藝來形成晶體管和連接晶體管終端所需要的回路。特別是多層掩膜、離子注入、退火、等離子刻蝕和物理及化學氣相沉積等工藝可以用于淺槽和晶體管的阱、門還有多晶硅線和互連新結(jié)構(gòu)。
[0005]去除沉積在半導體硅片上電介質(zhì)材料非凹陷區(qū)域的金屬薄膜，傳統(tǒng)的方法包括化學機械拋光(CMP)?；瘜W機械拋光在半導體工業(yè)中應(yīng)用廣泛，可以拋光和平坦化在介質(zhì)材料的非凹陷區(qū)域上形成的槽和孔內(nèi)的金屬層，從而形成互連線。在CMP中被加工的硅片放在平坦的拋光墊上。被加工的娃片的介質(zhì)基層內(nèi)包含一層或多層互連兀素層或者其他功能層，然后用壓力把娃片壓在拋光墊上。在娃片表面由于所施加的壓力進行拋光時拋光墊和硅片進行著相互運動。在拋光墊上加一種常被稱之為磨料的液體使拋光更容易進行。磨料的典型成分包含研磨劑，它可以有選擇的進行化學反應(yīng)，從而把想要拋光的部分去除，t匕如，它可以只把金屬層拋光而對電介質(zhì)層沒有影響。
[0006]由于其中的強機械作用力，CMP方法會對半導體結(jié)構(gòu)帶來一些有害的影響。例如當互連線的尺寸減小到0.13微米及以下時導電材料，由于銅和低k電介質(zhì)材料的機械性能有很大差別。低k電介質(zhì)材料的楊氏模量的值與銅和阻擋層材料的楊氏模量的值相差10倍以上。那么CMP中相對較強的機械作用力可能會對低k電介質(zhì)材料造成永久性的損壞。
[0007]另一種去除半導體介質(zhì)材料非凹陷區(qū)域上沉積的金屬膜的方法是電化學拋光。電化學銅拋光系統(tǒng)可以很均勻地實現(xiàn)銅去除，并且對阻擋層鉭/氮化鉭材料有很高的選擇t匕。這是一種無機械應(yīng)力的拋光方法，但是阻擋層由于其表面形成了氧化物鈍化層而不能用電拋光的方法去除。
[0008]去除鉭和氮化鉭的一個方法是用氫氟酸濕法刻蝕，但是當阻擋層被去除以后氫氟酸會損壞電介質(zhì)層。
[0009]另外，Sood等，《基于NaOH和KOH溶液的鉭濺射層的濕法去除》，2007年，J MaterSci 揭示:Mater Electron 期刊，第 18 卷，535-539 頁，講述了用 Κ0Η/Η202 或 Na0H/H202 溶液去除鉭的方法.類似KOH或者NaOH的強堿溶液可以加速鉭的溶解。然而Na0H/H202和Κ0Η/Η202都一定程度上會刻蝕、損壞槽內(nèi)的銅。
[0010]IBM的專利揭示:一種新的加工技術(shù)即在銅的CMP工藝后用二氟化氙氣相刻蝕法來去除阻擋層材料，例如:鉭、氮化鉭、鈦和氮化鈦。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明是關(guān)于半導體芯片加工方法和裝置的。半導體芯片基底包括襯底、電介質(zhì)層、位于電介質(zhì)層上的阻擋層和阻擋層上的銅金屬層。更具體地說，本發(fā)明是關(guān)于工藝:銅的無應(yīng)力電化學拋光工藝、在銅拋光過程中形成的鉭或鈦的氧化物的去除和阻擋層鉭/氮化鉭或鈦/氮化鈦用二氟化氙氣相刻蝕方法去除工藝.[0012]首先，用無應(yīng)力拋光方法把電鍍銅中多余的銅膜去除。本發(fā)明用無應(yīng)力電化學拋光的方法代替了傳統(tǒng)的銅的化學機械拋光(CMP)方法作為半導體制造后段中基本的“金屬拋光工藝”。這是一個電化學工藝過程:半導體硅片上的銅作為陽極，電解液噴嘴作為陰極。當兩極之間施加一定的電壓，銅就可以被與之接觸的電解液拋光。當覆在上面的銅被去除后，暴露出來的鉭或鈦表面會形成一層化學穩(wěn)定性很高的氧化物鈍化膜。
[0013]鉭或鈦的氧化物具有很高的化學穩(wěn)定性。在銅的無應(yīng)力拋光過程中它作為阻擋層材料的保護層，但是它也使后續(xù)工藝中阻擋層的去除更加困難。二氟化氙氣體可以有效的刻蝕鉭/氮化鉭和鈦/氮化鈦，但是對氧化鉭或氧化鈦的刻蝕速率很慢。為了能更有效地去除阻擋層，避免氧化鉭或氧化鈦引起的阻擋效應(yīng)，本發(fā)明在二氟化氙氣體去除鉭/氮化鉭或鈦/氮化鈦之前，用一種刻蝕劑先把阻擋層表面的氧化鉭或氧化鈦去掉。有多種刻蝕劑可以把氧化鉭或氧化鈦去掉，比如氫氟酸、緩沖氫氟酸、氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液、草酸和檸檬酸等。除了上面的幾個刻蝕劑的例子以外，0匕/02等離子和氬氣濺射轟擊也可以用來去除阻擋層表面的氧化鉭或氧化鈦。
[0014]最后用二氟化氙氣相刻蝕的方法把阻擋層鉭/氮化鉭或鈦/氮化鈦去除。本發(fā)明用二氟化氙氣相刻蝕來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉭/氮化鉭或鈦/氮化鈦化學機械拋光作為基本的阻擋層去除工藝。以上工藝都是沒有機械作用力的，因此對低k材料和器件結(jié)構(gòu)不會有機械上的損壞。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，提出一種加工半導體結(jié)構(gòu)的方法，其中半導體結(jié)構(gòu)包括基底、電介質(zhì)層、位于電介質(zhì)層上的阻擋層、阻擋層上的金屬層，并且該結(jié)構(gòu)具有圖案，金屬層填充在圖案內(nèi)，該加工方法包括:
[0016]用無應(yīng)力的電化學拋光方法去除阻擋層上面的金屬層；
[0017]去除無應(yīng)力的電化學拋光過程中在阻擋層表面產(chǎn)生的氧化物薄膜層，該氧化物薄膜是鉭或鈦的氧化物薄膜，刻蝕劑是含有F_離子且pH值小于7的溶液；
[0018]用二氟化氙氣相刻蝕法去除阻擋層，把圖案結(jié)構(gòu)徹底分隔開。
[0019]在一個實施例中，至少一部分鉭或鈦的氧化物膜是在半導體硅片上金屬的無應(yīng)力拋光的過程中形成的。
[0020]在一個實施例中，金屬層是銅膜。
[0021]在一個實施例中，電介質(zhì)層材料的介電常數(shù)大于1.2，小于4.2。
[0022]在一個實施例中，刻蝕劑的濃度范圍從0.1 %到30 %，溫度范圍從O°C到50°C，亥Ij蝕劑是含有F_離子和鹽酸(HCl)或硫酸(H2SO4)的溶液。
[0023]在一個實施例中，刻蝕劑的濃度范圍是0.1%到10%，溫度范圍是0°C到80°C，刻蝕劑是含有F—離子和草酸、檸檬酸或者草酸和檸檬酸的混合溶液的溶液。
[0024]在一個實施例中，二氟化氙氣體的壓強范圍是0.1Torr到IOOTorr。
[0025]在一個實施例中，基底的溫度范圍是從0°C到300°C。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，提出一種加工半導體結(jié)構(gòu)的裝置，其中半導體結(jié)構(gòu)包括基底、電介質(zhì)層、位于電介質(zhì)層上的阻擋層、阻擋層上的金屬層，并且該結(jié)構(gòu)具有圖案，金屬層填充在圖案內(nèi)，該裝置包括:
[0027]用來去除阻擋層上面的金屬層的無應(yīng)力電化學拋光系統(tǒng)；
[0028]用來去除無應(yīng)力電化學拋光過程中阻擋層的表面上產(chǎn)生的氧化物薄膜的系統(tǒng)，該氧化物薄膜是鉭或鈦的氧化物薄膜，所述去除系統(tǒng)使用的刻蝕劑是含有F_離子且pH值小于7的溶液；
[0029]用于把圖案結(jié)構(gòu)徹底分隔開，去除阻擋層的二氟化氙氣相刻蝕系統(tǒng)。
[0030]在一個實施例中，刻蝕劑的濃度范圍從0.1 %到30 %，溫度范圍從O°C到50°C，亥Ij蝕劑是含有F_離子和鹽酸(HCl)或硫酸(H2SO4)的溶液。
[0031]在一個實施例中，刻蝕劑的濃度范圍是0.1%到10%，溫度范圍是0°C到80°C，刻蝕劑是含有F—離子和草酸、檸檬酸或者草酸和檸檬酸的混合溶液的溶液。
[0032]在一個實施例中，二氟化氙氣體的壓強范圍是0.1Torr到IOOTorr。
[0033]在一個實施例中，基底的溫度范圍是從0°C到300°C。
[0034]關(guān)于本發(fā)明的更多優(yōu)點可以通過下面的詳細說明和附帶的示意圖得到體現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1是在銅無應(yīng)力電化學拋光之前，半導體硅片上互連結(jié)構(gòu)的橫切面示意圖。
[0036]圖2是在銅無應(yīng)力電化學拋光之后，半導體硅片上互連結(jié)構(gòu)的橫切面示意圖。在拋光過程中阻擋層的表面形成了 一層氧化鉭或氧化鈦薄膜。
[0037]圖3是半導體硅片上氧化鉭或氧化鈦薄膜被去除以后互連結(jié)構(gòu)的橫切面示意圖。
[0038]圖4是半導體硅片阻擋層鉭/氮化鉭或鈦/氮化鈦用二氟化氙氣相刻蝕掉之后的橫切面示意圖。
[0039]圖5是本發(fā)明中的一個工藝流程圖示例。
[0040]圖6是本發(fā)明中裝置的框架的示例圖。
[0041]圖7是樣品在無應(yīng)力拋光之后掃描電子顯微鏡(SEM)的俯視圖片，該樣品用二氟化氙直接刻蝕而沒有把阻擋層表面的氧化鉭提前去除，圖7中的箭頭所指為針孔的位置。
[0042]圖8是樣品在無應(yīng)力拋光之后掃描電子顯微鏡(SEM)的俯視圖片。該樣品用較強的氧化鉭刻蝕劑處理過，圖8中的箭頭所指為阻擋層(鉭/氮化鉭)的側(cè)壁損傷。
[0043]圖9是樣品在無應(yīng)力拋光之后掃描電子顯微鏡(SEM)的俯視圖片，該樣品是先把氧化鉭去除然后用二氟化氙氣體把阻擋層去除。
【具體實施方式】
[0044]本發(fā)明是關(guān)于半導體器件加工方法和裝置的。更確切地說，本發(fā)明是關(guān)于去除或者刻蝕阻擋層例如鉭/氮化鉭的，該阻擋層適合于低k電介質(zhì)材料。這樣有利于低k材料在半導體器件中的各種應(yīng)用。
[0045]圖1到圖4所示為半導體加工中一些新工藝的結(jié)合:用無應(yīng)力拋光的方法去除銅，用刻蝕劑去除銅拋光過程中阻擋層表面形成的鉭的氧化物，用具有選擇性的二氟化氙氣體刻蝕法去除阻擋層鉭/氮化鉭。其中無論電化學拋銅，還是氧化鉭的去除，還是二氟化氙刻蝕阻擋層都是沒有機械作用力的過程。因此這組工藝使半導體結(jié)構(gòu)的機械損傷最小化、使氧化鉭的覆蓋效應(yīng)最小化、半導體結(jié)構(gòu)的化學改性最小化，同時使低k介質(zhì)材料的損失最小化。
[0046]圖1所示是銅的大馬士革結(jié)構(gòu)的示意圖。該半導體結(jié)構(gòu)包含了電介質(zhì)層，通常是在硅片基底或者前面的已加工的半導體器件結(jié)構(gòu)101上形成的低k電介質(zhì)層102。根據(jù)具體實例，低k電介質(zhì)的介電常數(shù)一般大于1.2，小于4.2。該結(jié)構(gòu)還進一步包含有在低k電介質(zhì)層102上面的阻擋層103，通常是鉭/氮化鉭或者其他材料。該結(jié)構(gòu)包含被電介質(zhì)層102分割開的槽和孔的圖案。在阻擋層103上的金屬或者銅膜104結(jié)構(gòu)是通過填充電介質(zhì)層凹陷區(qū)域而成的。但是填充的凹陷區(qū)域的同時，非凹陷區(qū)域的電介質(zhì)層也會被覆蓋。采用以下的方法，這些阻擋層103和電介質(zhì)層102結(jié)構(gòu)上所鍍銅或者金屬層104的形貌可以很平坦。專利PCT/US03/11417描述了一種方法，在電鍍的時候采用假結(jié)構(gòu)。或者采用美國專利60/738250中介紹的方法，用接觸墊式噴嘴也可以實現(xiàn)銅或者金屬層表面的平坦化。
[0047]對金屬層204進行無應(yīng)力拋光(圖5中的步驟502)，圖2所示的是硅片經(jīng)過電拋光之后的結(jié)構(gòu)的橫切面圖。金屬或者銅層204被拋光到了非凹陷區(qū)域的表面。因此凹陷區(qū)域里填充的金屬、槽還有孔等相互之間就分開了。該過程是一種電化學工藝:硅片上的銅作為陽極，電解液噴嘴是陰極。當兩極之間加上一定的正電壓之后銅就會被電解液溶解。該過程是一個具有選擇性的無應(yīng)力的銅去除過程。阻擋層鉭/氮化鉭203表面形成了 一層氧化物薄膜205而被鈍化。該鈍化膜在銅的拋光過程中可以起到保護阻擋層的作用，不過阻擋層203上形成的氧化鉭薄膜205使得后續(xù)的阻擋層去除變得更加困難。
[0048]在阻擋層的表面形成的氧化鉭薄膜205由兩部分組成:一部分是由于鉭在空氣中自然氧化造成的。當鉭位于空氣中時根據(jù)化合價的不同可以形成多種化合物，包括TaO, Ta2O, TaO2, Ta2O5和Ta207。但是當有水存在的情況下只有Ta2O5是最穩(wěn)定的。
[0049]另外一部分，也是更重要的一部分是由銅的無應(yīng)力拋光過程中陽極氧化造成的。在銅的拋光過程中鉭被暴露以后，其表面的電極反應(yīng)可以描述如下:
[0050]2Ta+5H20 = Ta205+10H++10e_
[0051]由于電解液中有水的存在，銅拋光完成以后鉭表面的氧化物主要是五價氧化鉭即五氧化二鉭。五氧化二鉭具有很高的化學穩(wěn)定性，在銅拋光的過程中它作為阻擋層的保護層。但它卻使后續(xù)的阻擋層去除更加困難。二氟化氙氣體可以用適當?shù)乃俾士涛g掉鉭和氮化鉭203，但是幾乎刻蝕不了氧化鉭205，在某些條件下甚至一點都刻蝕不掉。因此它可以阻止鉭和氮化鉭被去除。很長時間的二氟化氙刻蝕可以去除部分鉭和氮化鉭，但是只會引起針孔效應(yīng)。如圖7所示，銅無應(yīng)力拋光以后，在沒有經(jīng)過氧化鉭薄膜205去除的情況下，用二氟化氙氣體長時間刻蝕鉭/氮化鉭后的掃描電子顯微鏡的照片。可以看出在一定的時間以后除了針孔周圍的鉭/氮化鉭部分被去除，其余的阻擋層203根本沒有被刻蝕。為了更有效的去除阻擋層必須首先去除鉭的氧化層205。[0052]因而，在圖5中的第二步就是把鉭的氧化層去除(步驟504)。下面是為了說明本方法而舉的幾個實例，本發(fā)明并不局限于此。
[0053]去除鉭氧化層的第一種方法是用含有F_離子的溶液處理硅片的表面，其中氫氟酸(HF)和氫氟酸的緩沖溶液(BHF)更好。HF/BHF可以跟氧化鉭反應(yīng)，化學反應(yīng)方程式以五氧化二鉭為例，可以表示如下:
[0054]Ta2O5+14F-+1OH+ = 2TaF27+5H20
[0055]HF/BHF的濃度可以從0.lw%到30w%,而濃度介于0.5%—4%之間更好。處理時溶液的溫度從(TC到50°C，而室溫更好。處理時間的長短跟溫度和溶液的濃度都有關(guān)系。該溶液可以刻蝕氧化鉭薄膜205以及部分鉭阻擋層203并且對銅膜204沒有任何影響。但是如果刻蝕時間太長或者溶液的濃度太高，阻擋層鉭/氮化鉭也將被去除。如圖8所示，在方塊結(jié)構(gòu)周圍的鉭/氮化鉭側(cè)壁已經(jīng)至少部分地被破壞。從而低k電介質(zhì)層202也將被該溶液損壞。圖9所示是一個銅204拋光之后鉭氧化層205正確處理的例子。與圖7和8比較可以看出阻擋層鉭/氮化鉭去除效果非常好。
[0056]含F(xiàn)-離子的溶液不只局限于HF和BHF.溶液中含有F_，pH值小于7并且對銅沒有損壞都可以用作鉭氧化物薄膜205的刻蝕劑。例如含有硫酸或者鹽酸的NH4F溶液。并且在溶液中加入其他的酸可以使氧化鉭的去除更加有效，因為有更低的PH值。氧化鉭薄膜205的去除效果可以通過調(diào)節(jié)F—濃度和pH值來控制。
[0057]去除氧化鉭薄膜的第二種方法是使用強堿溶液作為刻蝕劑。氧化鉭薄膜205可以溶解于強堿溶液，因為在堿溶液中可以形成鉭的礦物酸。在本發(fā)明所述的情況下是鉭酸(H2Ta2O6)。五氧化二鉭在高pH值的溶液或者高溫度的溶液中可以加快溶解。例如氫氧化鉀溶液在室溫下飽和溶液的pH值大于10,濃度從0.1%到50%,而10%~40%更好。溫度從(TC到90°C，而40°C到80°C更好。強堿溶液對氧化鉭薄膜205和銅薄膜204的刻蝕速率選擇比也很高。
[0058]第三種去除氧化鉭薄膜205的方法是用一種刻蝕氣體混合物,包括大約300sccm到400sccm的CF4和大約200sccm到600sccm的氧氣，溫度從大約100。。到150°C，壓強從Itorr到1.5torr?？涛g氣體跟鉭的氧化層接觸是以等離子的形式進行的。等離子可以通過反應(yīng)離子刻蝕裝置(RIE)或者電子回旋共振(ECR)等離子發(fā)生器，RIE和ECR都是廣泛商業(yè)應(yīng)用的，而平行板RIE更好。用刻蝕氣體去除鉭的氧化層是各向同性的，具有很好的均勻性。
[0059]去除氧化鉭薄膜205的第四種方法是用氣體濺射轟擊法。比如氬氣濺射轟擊就像薄膜沉積的反過程，靠高速的粒子把表面的氧化鉭逐步剝離。濺射用的稀有氣體是從下面氣體中的一種或幾種:氦氣、氖氣、気氣、氪氣和氣氣，其中IS氣更好。派射用的設(shè)備是目前商業(yè)上廣泛應(yīng)用的。
[0060]去除氧化鉭薄膜205的第五種方法是用草酸或者檸檬酸做刻蝕劑。草酸或者檸檬酸溶液至少可以去除部分氧化鉭薄膜層205，使阻擋層203的去除更有效。酸的濃度從
0.1%到10%，而5%~8%更好。刻蝕的溫度從0°C到80°C，而20°C~60°C更好。
[0061]所有以上的示例方法均可以用來去除鉭的氧化物層但是HF/BHF更好。前面也曾提到，這里列舉的例子是為了說明步驟504去除鉭氧化物薄膜205甚至部分阻擋層鉭203的工藝。如圖3所示，在鉭的氧化物薄膜205去除之后，阻擋層303鉭/氮化鉭和銅層304就露出來了。
[0062]在表面的氧化鉭薄膜205被去除以后，二氟化氙氣體把在硅片表面剩余的阻擋層303鉭/氮化鉭去除(圖5中的步驟506)。二氟化氙氣體在一定的溫度和壓強下可以和阻擋層303鉭/氮化鉭自發(fā)地發(fā)生化學反應(yīng)。二氟化氙氣體對銅404和電介質(zhì)材料402都有很好的選擇性，比如SiO2, SiLK,和基于S1-C-O-H的低k材料，k值從1.2到4.2，而1.3?
2.4更好。在整個工藝過程中不會對阻擋層403或電介質(zhì)層402產(chǎn)生任何直接的機械應(yīng)力，因而對銅404和低k電介質(zhì)材料402不會產(chǎn)生物理損壞。襯底的溫度從0°C到300°C，而25°C?200°C更好。二氟化氙氣體的壓強從0.1Torr到lOOTorr，而0.5Torr?20Torr更好。
[0063]二氟化氙與阻擋層303鉭/氮化鉭反應(yīng)的產(chǎn)物是氣相的(氙氣和氧氣)或者在該工藝條件下是可以升華的(氟化鉭)。因此在硅片表面上不會有殘留物。
[0064]如圖4所示，當表面上的阻擋層用二氟化氙氣相刻蝕法506完全去除干凈以后，槽和孔在電學上完全分開了。金屬層或銅層404、阻擋層403徹底被電介質(zhì)材料402隔離開了。
[0065]圖6是本發(fā)明中裝置的示意框架圖。該裝置包括:無應(yīng)力的電化學銅拋光系統(tǒng)(SFP) 602，鉭的氧化物層去除系統(tǒng)604和二氟化氙氣相刻蝕系統(tǒng)606。上述子系統(tǒng)602-606分別對應(yīng)著圖5中的502-506工藝步驟。
[0066]—個典型的例子，電拋光系統(tǒng)包含一個電解液噴嘴，電解液就是通過該噴嘴噴到硅片不同半徑的地方。一個電源負極接到噴嘴上，通過噴嘴為電解液供負電壓。電源的正極與硅片相連接為硅片提供正電壓。因而在電化學拋光過程中噴嘴作為陰極，而硅片作為陽極。當電解液不斷地流到硅片上的金屬層時，由于兩者之間的電勢差硅片表面的金屬層被拋光。雖然這里提到硅片是直接與電源的正極相連的，但需要注意的是電源的正極和硅片之間可以插入任意數(shù)量的連接件。例如，電源可以跟硅片夾相連，而硅片夾再與硅片相連，更確切地說是與硅片上的金屬層相連。關(guān)于更詳細的電化學拋光系統(tǒng)的描述可以參考美國專利號為09/497，894專利標題是《半導體器件互連金屬的拋光方法和裝置》，發(fā)表于2000年2月4日。這里把整個專利作為參考文獻。
[0067]一個典型例子，阻擋層氧化物薄膜去除系統(tǒng)包括一個可以旋轉(zhuǎn)的硅片夾來固定硅片，其中旋轉(zhuǎn)是指驅(qū)動該娃片夾圍繞著一個軸轉(zhuǎn)動；一個把刻蝕劑噴到娃片表面的噴嘴；一個腔體和刻蝕劑輸送系統(tǒng)。在銅的無應(yīng)力拋光之后，硅片就被放到上述的硅片夾內(nèi)。當硅片夾開始轉(zhuǎn)動后，刻蝕劑均勻地噴灑到硅片的表面。經(jīng)過一定時間以后阻擋層的氧化物薄膜就被去除干凈。
[0068]一個典型的例子，本發(fā)明的二氟化氙刻蝕系統(tǒng)與現(xiàn)在商業(yè)上應(yīng)用的硅的微系統(tǒng)加工(MEMS)系統(tǒng)較為相似，包括:至少一個真空泵，一個刻蝕腔，一個擴散腔，個固體二氟化氙源腔、溫度控制系統(tǒng)和自動化控制系統(tǒng)。每個腔之間都用氣動節(jié)流閥控制。并且在擴散腔和刻蝕腔內(nèi)還有真空計或壓力表。該系統(tǒng)既可以工作在脈沖模式下也可以在恒流模式下工作。在恒流模式下，刻蝕腔和擴散腔內(nèi)的壓力保持恒定以便控制刻蝕速率。在脈沖模式下，兩個腔首先用高純氮氣凈化，然后抽成真空。把二氟化氙瓶子的開關(guān)打開，氣體就可以填充到擴散腔。然后把二氟化氙瓶子開關(guān)關(guān)閉，把擴散腔和刻蝕腔之間的節(jié)流閥打開，當刻蝕腔內(nèi)的壓強達到一定數(shù)值后就可以把節(jié)流閥關(guān)閉。當硅片跟二氟化氙氣體接觸一定時間后，比如3 — 30秒，把刻蝕腔抽成真空，反應(yīng)的副產(chǎn)物被排出腔體。到此便完成了脈沖模式下的一個“循環(huán)”。并且可以根據(jù)需要重復若干次該循環(huán)，直到硅片表面的阻擋層的鉭/氮化鉭被去除干凈露出電介質(zhì)層。本發(fā)明中的二氟化氙刻蝕系統(tǒng)也是沒有應(yīng)力的。
[0069]盡管本發(fā)明的描述中提到了大量的具體的實物、方法和應(yīng)用的例子，但是本發(fā)明并不局限于此。
【權(quán)利要求】
1.一種加工半導體結(jié)構(gòu)的方法，其中半導體結(jié)構(gòu)包括基底、電介質(zhì)層、位于電介質(zhì)層上的阻擋層、阻擋層上的金屬層，并且該結(jié)構(gòu)具有圖案，金屬層填充在圖案內(nèi)，該加工方法包括: 用無應(yīng)力的電化學拋光方法去除阻擋層上面的金屬層； 去除無應(yīng)力的電化學拋光過程中在阻擋層表面產(chǎn)生的氧化物薄膜層，該氧化物薄膜是鉭或鈦的氧化物薄膜，刻蝕劑是含有F_離子且pH值小于7的溶液； 用二氟化氙氣相刻蝕法去除阻擋層，把圖案結(jié)構(gòu)徹底分隔開。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一部分鉭或鈦的氧化物膜是在半導體硅片上金屬的無應(yīng)力拋光的過程中形成的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬層是銅膜。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電介質(zhì)層材料的介電常數(shù)大于1.2，小于4.2。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中刻蝕劑的濃度范圍從0.1%到30%。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中刻蝕劑的溫度范圍從0°C到50°C。
7.如權(quán)利要求6或7所述的方法， 其中刻蝕劑是含有F—離子和鹽酸(HCl)或硫酸(H2SO4)的溶液。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中刻蝕劑的濃度范圍是0.1%到10%。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中刻蝕劑的溫度范圍是0°C到80°C。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其中刻蝕劑是含有F-離子和草酸、檸檬酸或者草酸和檸檬酸的混合溶液的溶液。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中二氟化氙氣體的壓強范圍是0.1Torr到IOOTorr。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中基底的溫度范圍是從0°C到300°C。
13.—種加工半導體結(jié)構(gòu)的裝置，其中半導體結(jié)構(gòu)包括基底、電介質(zhì)層、位于電介質(zhì)層上的阻擋層、阻擋層上的金屬層，并且該結(jié)構(gòu)具有圖案，金屬層填充在圖案內(nèi)，該裝置包括: 用來去除阻擋層上面的金屬層的無應(yīng)力電化學拋光系統(tǒng)； 用來去除無應(yīng)力電化學拋光過程中阻擋層的表面上產(chǎn)生的氧化物薄膜的系統(tǒng)，該氧化物薄膜是鉭或鈦的氧化物薄膜，所述去除系統(tǒng)使用的刻蝕劑是含有F—離子且pH值小于7的溶液； 用于把圖案結(jié)構(gòu)徹底分隔開，去除阻擋層的二氟化氙氣相刻蝕系統(tǒng)。
14.如權(quán)利要求13所述的加工半導體結(jié)構(gòu)的裝置，其中刻蝕劑的濃度范圍從0.1%到30%。
15.如權(quán)利要求13所述的加工半導體結(jié)構(gòu)的裝置，其中刻蝕劑的溫度范圍從0°C到50。。。
16.如權(quán)利要求14或15所述的加工半導體結(jié)構(gòu)的裝置，其中刻蝕劑是含有F—離子和鹽酸(HCl)或硫酸(H2SO4)的溶液。
17.如權(quán)利要求13所述的加工半導體結(jié)構(gòu)的裝置，其中刻蝕劑的濃度范圍是0.1%到10%。
18.如權(quán)利要求13所述的加工半導體結(jié)構(gòu)的裝置，其中刻蝕劑的溫度范圍是0°C到80。。。
19.如權(quán)利要求17或18所述的加工半導體結(jié)構(gòu)的裝置，其中刻蝕劑是含有F—離子和草酸、檸檬酸或者草酸和檸檬酸的混合溶液的溶液。
20.如權(quán)利要求13所述的加工半導體結(jié)構(gòu)的裝置，其中二氟化氙氣體的壓強范圍是`0.1Torr 到 IOOTorr0
21.如權(quán)利要求13所述的加工半導體結(jié)構(gòu)的裝置，其中基底的溫度范圍是從0°C到`300。。。
【文檔編號】H01L21/768GK103985670SQ201410257649
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2009年5月8日
【發(fā)明者】王堅, 賈照偉, 武俊萍, 謝良智, 王暉 申請人:盛美半導體設(shè)備（上海）有限公司