專利名稱：阻擋層的去除方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于半導(dǎo)體加工方法和裝置的。確切地說(shuō)，是關(guān)于無(wú)應(yīng)力銅拋光和阻擋 層的選擇性去除的。更確切地說(shuō)，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(wú)應(yīng)力去除。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件是在半導(dǎo)體硅片上經(jīng)過(guò)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(dǎo)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(hào)和能量。在形成互連元素時(shí)，半導(dǎo)體硅片可能需要掩膜、刻蝕和沉積等工藝來(lái)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(xué)氣相沉積等工藝可以用于淺槽和晶體管的阱、門(mén)還有多晶硅線和互連新結(jié)構(gòu)。去除沉積在半導(dǎo)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(xué)機(jī)械拋光(CMP)?；瘜W(xué)機(jī)械拋光在半導(dǎo)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。被加工的硅片的介質(zhì)基層內(nèi)包含一層或多層互連元素層或者其他功能 層，然后用壓力把硅片壓在拋光墊上。在硅片表面由于所施加的壓力進(jìn)行拋光時(shí)拋光墊和 硅片進(jìn)行著相互運(yùn)動(dòng)。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(jìn)行。磨 料的典型成分包含研磨劑，它可以有選擇的進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而把想要拋光的部分去除，比 如，它可以只把金屬層拋光而對(duì)電介質(zhì)層沒(méi)有影響。由于其中的強(qiáng)機(jī)械作用力，CMP方法會(huì)對(duì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)帶來(lái)一些有害的影響。例如當(dāng) 互連線的尺寸減小到0. 13微米及以下時(shí)導(dǎo)電材料，由于銅和低k電介質(zhì)材料的機(jī)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(duì)較強(qiáng)的機(jī)械作用力可能會(huì)對(duì)低k電介質(zhì)材料造成永久性的損壞。另一種去除半導(dǎo)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(xué)拋光。電 化學(xué)銅拋光系統(tǒng)可以很均勻地實(shí)現(xiàn)銅去除，并且對(duì)阻擋層鉭/氮化鉭材料有很高的選擇 比。這是一種無(wú)機(jī)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。去除鉭和氮化鉭的一個(gè)方法是用氫氟酸濕法刻蝕，但是當(dāng)阻擋層被去除以后氫氟 酸會(huì)損壞電介質(zhì)層。另外，Sood等，《基于NaOH和KOH溶液的鉭濺射層的濕法去除》，2007年，J Mater Sci 揭示Mater Electron 期刊，第 18 卷，535-539 頁(yè)，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(qiáng)堿溶液可以加速鉭的溶解。然而Na0H/H202和KOH/ H2O2都一定程度上會(huì)刻蝕、損壞槽內(nèi)的銅。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(lái)去除阻擋層材料，例如鉭、氮化鉭、鈦和氮化鈦。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是關(guān)于半導(dǎo)體芯片加工方法和裝置的。半導(dǎo)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(shuō)，本發(fā)明是關(guān)于工藝銅 的無(wú)應(yīng)力電化學(xué)拋光工藝、在銅拋光過(guò)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.首先，用無(wú)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(wú)應(yīng)力電化學(xué)拋 光的方法代替了傳統(tǒng)的銅的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法作為半導(dǎo)體制造后段中基本的“金屬 拋光工藝”。這是一個(gè)電化學(xué)工藝過(guò)程半導(dǎo)體硅片上的銅作為陽(yáng)極，電解液噴嘴作為陰極。 當(dāng)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(dāng)覆在上面的銅被去除 后，暴露出來(lái)的鉭或鈦表面會(huì)形成一層化學(xué)穩(wěn)定性很高的氧化物鈍化膜。鉭或鈦的氧化物具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性。在銅的無(wú)應(yīng)力拋光過(guò)程中它作為阻擋層 材料的保護(hù)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(duì)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(gè)刻蝕劑的例子以外，〔&/02等離子和氬氣濺射轟擊也可以 用來(lái)去除阻擋層表面的氧化鉭或氧化鈦。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(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉭/氮化鉭或鈦/氮化鈦化學(xué)機(jī)械拋光作為基本的阻擋 層去除工藝。以上工藝都是沒(méi)有機(jī)械作用力的，因此對(duì)低k材料和器件結(jié)構(gòu)不會(huì)有機(jī)械上 的損壞。關(guān)于本發(fā)明的更多優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)下面的詳細(xì)說(shuō)明和附帶的示意圖得到體現(xiàn)。


圖1是在銅無(wú)應(yīng)力電化學(xué)拋光之前，半導(dǎo)體硅片上互連結(jié)構(gòu)的橫切面示意圖。圖2是在銅無(wú)應(yīng)力電化學(xué)拋光之后，半導(dǎo)體硅片上互連結(jié)構(gòu)的橫切面示意圖。在 拋光過(guò)程中阻擋層的表面形成了 一層氧化鉭或氧化鈦薄膜。圖3是半導(dǎo)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。圖4是半導(dǎo)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。圖5是本發(fā)明中的一個(gè)工藝流程圖示例。圖6是本發(fā)明中裝置的框架的示例圖。圖7是樣品在無(wú)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(méi)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。圖8是樣品在無(wú)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(qiáng) 的氧化鉭刻蝕劑處理過(guò)，圖8中的箭頭所指為阻擋層(鉭/氮化鉭)的側(cè)壁損傷。
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圖9是樣品在無(wú)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(shí)施例方式本發(fā)明是關(guān)于半導(dǎo)體器件加工方法和裝置的。更確切地說(shuō)，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(dǎo)體器件中的各種應(yīng)用。圖1到圖4所示為半導(dǎo)體加工中一些新工藝的結(jié)合用無(wú)應(yīng)力拋光的方法去除銅， 用刻蝕劑去除銅拋光過(guò)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(wú)論電化學(xué)拋銅，還是氧化鉭的去除，還是二氟化氙刻 蝕阻擋層都是沒(méi)有機(jī)械作用力的過(guò)程。因此這組工藝使半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的機(jī)械損傷最小化、使 氧化鉭的覆蓋效應(yīng)最小化、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的化學(xué)改性最小化，同時(shí)使低k介質(zhì)材料的損失最 小化。圖1所示是銅的大馬士革結(jié)構(gòu)的示意圖。該半導(dǎo)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(dǎo)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(shí)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(jìn)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(kāi)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(guò)填充介質(zhì) 層凹陷區(qū)域而成的。但是填充的凹陷區(qū)域的同時(shí)，非凹陷區(qū)域的介質(zhì)層也會(huì)被覆蓋。采用 以下的方法，這些阻擋層103和介質(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(shí)候采用假結(jié)構(gòu)?；蛘卟捎妹绹?guó)專利 60/738250中介紹的方法，用接觸墊式噴嘴也可以實(shí)現(xiàn)銅或者金屬層表面的平坦化。對(duì)金屬層204進(jìn)行無(wú)應(yīng)力拋光(圖5中的步驟502)，圖2所示的是硅片經(jīng)過(guò)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(kāi)了。該過(guò)程是一種電化學(xué)工藝硅片上的銅作 為陽(yáng)極，電解液噴嘴是陰極。當(dāng)兩極之間加上一定的正電壓之后銅就會(huì)被電解液溶解。該 過(guò)程是一個(gè)具有選擇性的無(wú)應(yīng)力的銅去除過(guò)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(guò)程中可以起到保護(hù)阻擋層的作用，不過(guò)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。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(dāng)鉭位于空氣中時(shí)根據(jù)化合價(jià)的不同可以形成多種化合物，包括TaO， Ta2O, TaO2, Ta2O5和Ta207。但是當(dāng)有水存在的情況下只有Ta2O5是最穩(wěn)定的。另外一部分，也是更重要的一部分是由銅的無(wú)應(yīng)力拋光過(guò)程中陽(yáng)極氧化造成的。 在銅的拋光過(guò)程中鉭被暴露以后，其表面的電極反應(yīng)可以描述如下2Ta+5H20 = Ta205+10H++10e"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(jià)氧化鉭即 五氧化二鉭。五氧化二鉭具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，在銅拋光的過(guò)程中它作為阻擋層的保護(hù) 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(dāng)?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(diǎn)都刻蝕不掉。因此它可以阻止鉭和氮化鉭被去除。很長(zhǎng)時(shí)間的二氟化氙刻蝕可以去除部分鉭和氮化鉭，但是只會(huì)引 起針孔效應(yīng)。如圖7所示，銅無(wú)應(yīng)力拋光以后，在沒(méi)有經(jīng)過(guò)氧化鉭薄膜205去除的情況下， 用二氟化氙氣體長(zhǎng)時(shí)間刻蝕鉭/氮化鉭后的掃描電子顯微鏡的照片?？梢钥闯鲈谝欢ǖ臅r(shí) 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(méi)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。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(shuō)明本 方法而舉的幾個(gè)實(shí)例，本發(fā)明并不局限于此。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(xué)反應(yīng)方程式以五氧 化二鉭為例，可以表示如下Ta2O5+ΗΓ+IOH+ = 2TaF72>5H20HF/BHF的濃度可以從0. 1 %到，而濃度介于0. 5%—4%之間更好。處理時(shí) 溶液的溫度從OoC到50oC，而室溫更好。處理時(shí)間的長(zhǎng)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(duì)銅膜204沒(méi)有任何影響。但 是如果刻蝕時(shí)間太長(zhǎng)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(gè)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。含F(xiàn)-離子的溶液不只局限于HF和BH F.溶液中含有F_，pH值小于7并且對(duì)銅沒(méi) 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?yàn)橛懈偷腜H值。氧化鉭薄膜 205的去除效果可以通過(guò)調(diào)節(jié)F—濃度和pH值來(lái)控制。去除氧化鉭薄膜的第二種方法是使用強(qiáng)堿溶液作為刻蝕劑。氧化鉭薄膜205可 以溶解于強(qiáng)堿溶液，因?yàn)樵趬A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. 到50%，而10% 40%更好。溫度 從0°C到90°C，而40°C到80°C更好。強(qiáng)堿溶液對(duì)氧化鉭薄膜205和銅薄膜204的刻蝕速率 選擇比也很高。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°C到150°C，壓強(qiáng)從 Itorr到1. 5torr。刻蝕氣體跟鉭的氧化層接觸是以等離子的形式進(jìn)行的。等離子可以通 過(guò)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。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(guò)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、氬氣、氪氣和氙氣，其中氬氣更好。濺射用的設(shè)備是目前 商業(yè)上廣泛應(yīng)用的。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. 到10%，而5% 8%更好?？涛g的溫度從0°C到80°C，而20°C 60°C更好。所有以上的示例方法均可以用來(lái)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(shuō)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(lái)了。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(qiáng)下可以和阻 擋層303鉭/氮化鉭自發(fā)地發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。二氟化氙氣體對(duì)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Si-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(gè)工藝過(guò)程中不會(huì)對(duì)阻擋層403或介質(zhì)層402產(chǎn)生任何直接的機(jī)械應(yīng)力， 因而對(duì)銅404和低k電介質(zhì)材料402不會(huì)產(chǎn)生物理?yè)p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(qiáng)從0. ITorr到lOOTorr，而0. 5Torr 20Torr更 好。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(huì)有殘留物。如圖4所示，當(dāng)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(xué)上完全分開(kāi)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(kāi) 了。圖6是本發(fā)明中裝置的示意框架圖。該裝置包括無(wú)應(yīng)力的電化學(xué)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(duì)應(yīng)著圖5中的502-506工藝步驟。—個(gè)典型的例子，電拋光系統(tǒng)包含一個(gè)電解液噴嘴，電解液就是通過(guò)該噴嘴噴到 硅片不同半徑的地方。一個(gè)電源負(fù)極接到噴嘴上，通過(guò)噴嘴為電解液供負(fù)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(xué)拋光過(guò)程中噴嘴作為陰極，而硅片作為陽(yáng) 極。當(dāng)電解液不斷地流到硅片上的金屬層時(shí)，由于兩者之間的電勢(shì)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(shuō)是與硅片上的金屬層相連。關(guān)于更詳細(xì)的電化學(xué)拋光系統(tǒng)的描述可以參考美國(guó) 專利號(hào)為09/497，894專利標(biāo)題是《半導(dǎo)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(gè)專利作為參考文獻(xiàn)。一個(gè)典型例子，阻擋層氧化物薄膜去除系統(tǒng)包括一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的硅片夾來(lái)固定硅 片，其中旋轉(zhuǎn)是指驅(qū)動(dòng)該硅片夾圍繞著一個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；一個(gè)把刻蝕劑噴到硅片表面的噴嘴； 一個(gè)腔體和刻蝕劑輸送系統(tǒng)。在銅的無(wú)應(yīng)力拋光之后，硅片就被放到上述的硅片夾內(nèi)。當(dāng) 硅片夾開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)后，刻蝕劑均勻地噴灑到硅片的表面。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間以后阻擋層的氧化物 薄膜就被去除干凈。一個(gè)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(gè)真空泵，一個(gè)刻蝕腔，一個(gè)擴(kuò)散腔，個(gè)固體二氟化 氙源腔、溫度控制系統(tǒng)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)。每個(gè)腔之間都用氣動(dòng)節(jié)流閥控制。并且在擴(kuò)散腔和刻蝕腔內(nèi)還有真空計(jì)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(kuò)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(gè)腔首先用高純氮?dú)鈨艋?，然后抽成真空。把二氟化氙瓶子的開(kāi)關(guān)打開(kāi)，氣體就可以 填充到擴(kuò)散腔。然后把二氟化氙瓶子開(kāi)關(guān)關(guān)閉，把擴(kuò)散腔和刻蝕腔之間的節(jié)流閥打開(kāi)，當(dāng)刻 蝕腔內(nèi)的壓強(qiáng)達(dá)到一定數(shù)值后就可以把節(jié)流閥關(guān)閉。當(dāng)硅片跟二氟化氙氣體接觸一定時(shí)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(gè)“循環(huán)”。并且可以根據(jù)需要重復(fù)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(méi)有應(yīng)力的。
盡管本發(fā)明的描述中提到了大量的具體的實(shí)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
一種加工半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，其中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括基底、電介質(zhì)層、位于介質(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(wú)應(yīng)力的電化學(xué)拋光方法去除阻擋層上面的金屬層；去除金屬電化學(xué)拋光過(guò)程中阻擋層表面產(chǎn)生的氧化物薄膜層；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(kāi)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所所述阻擋層是從由下列材料中的一種或幾種組成 的鉭、鈦單質(zhì)和它們跟氮或者硅的化合物。
3.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(dǎo)體硅片 上金屬的無(wú)應(yīng)力拋光的過(guò)程中形成的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬層是銅膜。
5.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。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中鉭或鈦的氧化物薄膜的去除劑是含有氫氟酸(HF)或 者氫氟酸的緩沖溶液(BHF)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中刻蝕劑的濃度范圍從0.到30%， 溫度范圍從0°c到50°C，并且刻蝕劑可以是含有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，其中所述鉭或鈦的氧化物薄膜的去除劑是含有氫氧化鉀 (KOH)或者氫氧化鈉(NaOH)或者兩者都有的強(qiáng)堿溶液，以及溶液的濃度范圍從0. 到50% ； 溫度從0°C到90°C。
9 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述鉭或鈦的氧化物薄膜的去除方法是用CF4/02等 離子刻蝕。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述鉭或鈦的氧化物薄膜的去除方法是用氣體濺 射剝離法。濺射用氣體有下列氣體中的一種或幾種氬氣、氦氣、氖氣、氙氣和氪氣。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述鉭的氧化物薄膜的去除方法是用草酸或檸檬 酸或兩者的混合溶液作為刻蝕劑，還有溶液的濃度范圍是0. 到10% ； 溫度范圍是0°c到80°C。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中二氟化氙氣體的壓強(qiáng)范圍是0.ITorr到lOOTorr。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中基底的溫度范圍是從0°C到300°C。
14.一種加工半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的裝置，其中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括基底、電介質(zhì)層、位于介質(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(lái)去除阻擋層上面的金屬層的無(wú)應(yīng)力電化學(xué)拋光系統(tǒng)；用來(lái)去除金屬電化學(xué)拋光過(guò)程中阻擋層的表面上產(chǎn)生的氧化物薄膜的系統(tǒng)；用于把圖案結(jié)構(gòu)徹底分隔開(kāi)，去除阻擋層的二氟化氙氣相刻蝕系統(tǒng)。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中所所述阻擋層是從下列材料中選出來(lái)的鉭、鈦單 質(zhì)和他們跟氮或者硅的化合物。
16.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中鉭或鈦的氧化物薄膜的去除系統(tǒng)所用的鉭的氧化物薄膜的刻蝕劑是含有氫氟酸(HF)或者氫氟酸的緩沖溶液(BHF)。
17.如權(quán)利要求16所述裝置，其中刻蝕劑的濃度范圍從0. 到30%，溫度范圍從0°C到50°C，并且刻蝕劑可以是含有F—離子和鹽酸(HCl)或硫酸(H2SO4)的溶液。
18.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中鉭或鈦的氧化物薄膜的去除系統(tǒng)所用的鉭或鈦的 氧化物薄膜的刻蝕劑是含有氫氧化鉀(KOH)或者氫氧化鈉(NaOH)或者兩者都有的強(qiáng)堿溶 液，以及溶液的濃度范圍從0. 到50% ；溫度從0°C到90°C。
19.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中鉭或鈦的氧化物薄膜的去除系統(tǒng)是用CF4/02等離 子刻蝕去除鉭或鈦的氧化物薄膜的。
20.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中鉭或鈦的氧化物薄膜的去除系統(tǒng)是用濺射剝離的 方法來(lái)去除鉭或鈦的氧化物層的，濺射用氣體有下列氣體中的一種或幾種氬氣、氦氣、氖氣、氙氣和氪氣。
21.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中鉭或鈦的氧化物薄膜的去除系統(tǒng)是用草酸或檸檬 酸或兩者的混合溶液作為刻蝕劑去除鉭或鈦的氧化物，以及溶液的濃度范圍是0. 到10% ；溫度范圍是0°C到80°C。
22.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中阻擋層去除系統(tǒng)使用二氟化氙氣體去除鉭/氮化 鉭或鈦/氮化鈦，以及二氟化氙氣體的壓強(qiáng)從0. ITorr到lOOTorr。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其中基底的溫度范圍是0°C到300°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造銅互連的無(wú)應(yīng)力電化學(xué)拋光工藝、無(wú)應(yīng)力拋光過(guò)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(wú)應(yīng)力電化學(xué)拋光去除；其次，去除銅拋光過(guò)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(gè)子系統(tǒng)組成無(wú)應(yīng)力電化學(xué)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)。
文檔編號(hào)H01L21/768GK101882595SQ20091005083
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者武俊萍, 王堅(jiān), 王暉, 謝良智, 賈照偉 申請(qǐng)人:盛美半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司