硅片加工裝置及方法
【專利摘要】本發明揭示了一種硅片加工裝置，包括機臺，該機臺內配置有兩套或兩套以上電化學拋光裝置，每套電化學拋光裝置包括：拋光液槽，拋光液槽儲存拋光液；及拋光腔室，拋光腔室內設置有噴嘴，噴嘴與拋光液槽之間經由拋光液供應管道連接；各套電化學拋光裝置的拋光液槽內儲存相同或不同的拋光液。本發明還揭示了一種硅片加工方法，包括使硅片依次在機臺的各電化學拋光裝置內進行電化學拋光處理，其中各電化學拋光裝置內配置相同或不同的拋光液。本發明根據加工需求，在機臺內配置數套電化學拋光裝置，提高了機臺加工效率。
【專利說明】
硅片加工裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及集成電路制造裝置及方法，尤其涉及一種硅片加工裝置及方法。
【背景技術】
[0002]去除沉積在半導體硅片上電介質材料非凹陷區域的金屬薄膜的傳統方法包括化學機械拋光(CMP )。化學機械拋光雖然廣泛應用于集成電路制造，實現硅片的全局平坦化，但是，化學機械拋光過程中施加在拋光頭上的下壓力可能會對集成電路結構造成損傷，例如，當互連線的尺寸減小至0.13微米及以下時，以及銅和低K電介質材料用于形成互連線時，由于低K電介質材料的楊氏模量值與銅和阻擋層材料的楊氏模量值相差10倍以上,化學機械拋光的相對較強的機械作用力可能會損傷低K電介質材料，降低集成電路的制造良率。
[0003]另一種去除沉積在半導體硅片上電介質材料非凹陷區域的金屬薄膜的方法為電化學拋光，電化學拋光能夠克服傳統的化學機械拋光技術在超微細特征尺寸集成電路制造中的缺陷。電化學拋光過程中，由于只有拋光液與硅片接觸，因此，電化學拋光能夠無機械應力的對金屬互連結構進行平坦化。常見的電化學拋光裝置包括用于夾持硅片的夾盤、用于驅動夾盤轉動和移動的馬達，該馬達受控于運動控制器、用于向夾盤上的硅片噴射拋光液的噴嘴、用于向噴嘴供應拋光液的拋光液供應裝置、及電連接夾盤和噴嘴的電源，其中，電源的陽極與夾盤電連接，通過夾盤向硅片表面的金屬薄膜供電，電源的陰極與噴嘴電連接，通過噴嘴使拋光液帶電荷。
[0004]這種常見的電化學拋光裝置通常集成于一個機臺中，然而，該機臺由于僅具有一套電化學拋光裝置，因此，該機臺每次只能加工一片硅片，且當需要用不同的拋光液拋光硅片時，需要從機臺中取出硅片，然后將硅片放入另一個機臺中加工，由此導致機臺的加工效率較低，難以滿足大批量生產的需求。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種硅片加工裝置，該裝置加工效率高，能夠實現產能最大化。
[0006]為實現上述目的，本發明提出硅片加工裝置，包括機臺，該機臺內配置有兩套或兩套以上電化學拋光裝置，每套電化學拋光裝置包括:拋光液槽，拋光液槽儲存拋光液；及拋光腔室，拋光腔室內設置有噴嘴，噴嘴與拋光液槽之間經由拋光液供應管道連接；各套電化學拋光裝置的拋光液槽內儲存相同或不同的拋光液。
[0007]在一個實施例中，拋光液為羥基乙叉二膦酸拋光液、含磷酸的拋光液或含硫酸的拋光液。
[0008]在一個實施例中，各套電化學拋光裝置具有數個拋光腔室。
[0009]在一個實施例中，每個拋光腔室內設置有兩個或兩個以上噴嘴，噴嘴的大小和形狀不同。
[0010]在一個實施例中，機臺內配置有兩套電化學拋光裝置，其中一套電化學拋光裝置的拋光液槽內儲存羥基乙叉二膦酸拋光液，另一套電化學拋光裝置的拋光液槽內儲存含磷酸的拋光液。
[0011]在一個實施例中，機臺內配置有兩套電化學拋光裝置，其中一套電化學拋光裝置的拋光液槽內儲存含磷酸成分較高而甘油成分較少的拋光液，另一套電化學拋光裝置的拋光液槽內儲存含磷酸成分較少而甘油成分較高的拋光液。
[0012]本發明還提出一種硅片加工方法，使用上述的硅片加工裝置，該方法包括:使硅片依次在機臺的各電化學拋光裝置內進行電化學拋光處理，其中各電化學拋光裝置內配置相同或不同拋光液。
[0013]綜上所述，本發明根據加工需求，在機臺內配置數套電化學拋光裝置，以滿足工藝所需，此外，還可以根據各電化學拋光裝置的拋光腔室的產出率配備不同數量的拋光腔室，以達到廣能最大化，提聞機臺的加工效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1揭示了根據本發明一實施例的硅片加工裝置的結構示意圖。
[0015]圖2 Ca)為電化學拋光前半導體器件的剖面結構示意圖。
[0016]圖2 (b)為采用羥基乙叉二膦酸拋光液電化學拋光后半導體器件的剖面結構示意圖。
[0017]圖2 (c)為采用含磷酸的拋光液電化學拋光后半導體器件的剖面結構示意圖。
[0018]圖3為羥基乙叉二膦酸拋光液和含磷酸的拋光液去除率曲線圖。
[0019]圖4揭示了根據本發明又一實施例的硅片加工裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為詳細說明本發明的技術內容、構造特征、所達成目的及功效，下面將結合實施例并配合圖式予以詳細說明。
[0021]參閱圖1，揭示了根據本發明一實施例的硅片加工裝置的結構示意圖。如圖1所示，該硅片加工裝置將至少兩套電化學拋光裝置集成于一臺機臺110內，以提高機臺110的加工效率。在圖1中，以第一電化學拋光裝置120及第二電化學拋光裝置130為例，對本發明進行詳細說明。
[0022]第一電化學拋光裝置120包括第一拋光液槽121和第一拋光腔室122。第一拋光液槽121儲存拋光液。第一拋光腔室122內設置有噴嘴,噴嘴的數量可以為一個或一個以上。在本實施例中，噴嘴的數量為兩個，該兩個噴嘴的大小和形狀可以不同，在其他實施例中，也可以有兩個以上的噴嘴，這些噴嘴的形狀和大小都不相同。可以根據加工需求，選用合適的噴嘴，.例如，當需要提高去除率時，可以選用較大尺寸的噴嘴，而當需要提高拋光速率的控制精度時，可以選用較小尺寸噴嘴。該兩個噴嘴分別定義為第一小噴嘴124和第一大噴嘴125。兩第一拋光液供應管道123分別連接第一小噴嘴124和第一拋光液槽121以及第一大噴嘴125和第一拋光液槽121，經由該兩第一拋光液供應管道123，第一拋光液槽121內的拋光液供應至第一小噴嘴124和第一大噴嘴125，第一小噴嘴124和第一大噴嘴125將拋光液噴射至具有半導體器件的硅片表面，以對硅片進行電化學拋光。
[0023]第二電化學拋光裝置130包括第二拋光液槽131和第二拋光腔室132。第二拋光液槽131儲存拋光液。第二拋光腔室132內設置有噴嘴，噴嘴的數量可以為一個或一個以上。在本實施例中，噴嘴的數量為兩個，該兩個噴嘴的大小和形狀可以不同，在其他實施例中，也可以有兩個以上的噴嘴，這些噴嘴的形狀和大小都不相同。可以根據加工需求，選用合適的噴嘴，例如，當需要提高去除率時，可以選用較大尺寸的噴嘴，而當需要提高拋光速率的控制精度時，可以選用較小尺寸噴嘴。該兩個噴嘴分別定義為第二小噴嘴134和第二大噴嘴135。兩第二拋光液供應管道133分別連接第二小噴嘴134和第二拋光液槽131以及第二大噴嘴135和第二拋光液槽131，經由該兩第二拋光液供應管道133，第二拋光液槽131內的拋光液供應至第二小噴嘴134和第二大噴嘴135，第二小噴嘴134和第二大噴嘴135將拋光液噴射至具有半導體器件的娃片表面，以對娃片進行電化學拋光。第一電化學拋光裝置120和第二電化學拋光裝置130之間可以通過機械手傳輸硅片。
[0024]第一拋光液槽121和第二拋光液槽131可以儲存相同的拋光液或不同的拋光液，例如，第一拋光液槽121和第二拋光液槽131可以分別儲存含磷酸的拋光液EPS3000 (含50-90%的磷酸，甘油含量少于10%)、EPS9000 (含30-70%的磷酸，甘油含量大于10%)或者儲存羥基乙叉二膦酸(HEDP)拋光液或者含硫酸的拋光液等。第一拋光液槽121和第二拋光液槽131內拋光液的溫度和粘度可以通過溫度控制系統和粘度控制系統進行獨立控制。拋光液的溫度和粘度控制方法可以參閱本 申請人:于2012年5月22日提出的申請號為201210163151.X，發明名稱為“粘度自動控制系統及自動控制方法”的發明專利申請。
[0025]使用具有第一電化學拋光裝置120和第二電化學拋光裝置130的機臺110加工具有半導體器件的硅片的過程如下:
[0026]方案一
[0027]第一拋光液槽121內儲存HEDP拋光液，第二拋光液槽131內儲存含磷酸的拋光液。先米用HEDP拋光液在第一電化學拋光裝置120的第一拋光腔室122內對娃片進行電化學拋光，然后將硅片傳輸至第二電化學拋光裝置130的第二拋光腔室132內，采用含磷酸的拋光液對硅片進行電化學拋光。如圖2 (a)至2 (c)所示，在硅片上制作半導體器件后，采用HEDP拋光液電化學拋光硅片后，硅片表面平坦化效果較佳，而如果采用含磷酸的拋光液電化學拋光娃片，娃片表面形貌和電化學拋光前幾乎相同，因而，米用含磷酸的拋光液不能獲得平坦化效果。然而，如圖3所示，在相同的實驗條件下，即溫度為室溫，相同的電流密度，相同的拋光時間，含磷酸的拋光液(EPS3000)去除銅的速率可以達到205Ang/s，而HEDP(60%)拋光液去除銅的速率只有30Ang/s，兩者相差將近七倍。由此可知，采用含磷酸的拋光液電化學拋光硅片時，可以獲得較高的去除率。
[0028]在本方案中，先采用HEDP拋光液對硅片進行電化學拋光，可以獲得較佳的平坦化效果，然后，再采用含磷酸的拋光液對硅片進行電化學拋光，可以提高銅的去除效率。采用含磷酸的拋光液對硅片進行電化學拋光時，可以選用大尺寸的噴嘴，從而進一步提高銅的去除效率。
[0029]方案二
[0030]第一拋光液槽121內儲存含磷酸成分較高而甘油成分較少的拋光液，例如EPS3000，第二拋光液槽131內儲存含磷酸成分較少而甘油成分較高的拋光液，例如EPS9000。先采用含磷酸成分較高而甘油成分較少的拋光液在第一電化學拋光裝置120的第一拋光腔室122內對娃片進行電化學拋光,然后將娃片傳輸至第二電化學拋光裝置130的第二拋光腔室132內，采用含磷酸成分較少而甘油成分較高的拋光液對硅片進行電化學拋光。采用含磷酸成分較高而甘油成分較少的拋光液對硅片進行電化學拋光時，可以快速的去除大量的銅膜，提高電化學拋光效率，然而，電化學拋光后，娃片表面的光潔度較差，而采用含磷酸成分較少而甘油成分較高的拋光液對硅片進行電化學拋光后，可以改善硅片表面光潔度。
[0031]本方案適用于快速減薄娃片表面銅膜，例如，在方案一中，米用HEDP拋光液對娃片進行電化學拋光后，可以采用方案二對硅片表面銅膜快速減薄。
[0032]上述方案一和方案二僅是使用機臺110加工硅片的兩個代表性方案。根據不同的工藝需求，可以選用相同或不同拋光液儲存于第一拋光液槽121和第二拋光液槽131,待加工硅片依次在第一電化學拋光裝置120和第二電化學拋光裝置130內進行電化學拋光處理。
[0033]參閱圖4，揭示了根據本發明又一實施例的硅片加工裝置的結構示意圖。在本實施例中，機臺210內配置有第一電化學拋光裝置220和第二電化學拋光裝置230。機臺210內配置的電化學拋光裝置的數量不限于兩套。第一電化學拋光裝置220具有第一拋光液槽221，第一拋光液槽221儲存拋光液。為了提高第一電化學拋光裝置220的加工效率，第一電化學拋光裝置220具有數個第一拋光腔室222，該數個第一拋光腔室222分別通過第一拋光液供應管道223與第一拋光液槽221連接，以將第一拋光液槽221內的拋光液供應至各第一拋光腔室222。
[0034]第二電化學拋光裝置230具有第二拋光液槽231，第二拋光液槽231儲存拋光液。為了提高第二電化學拋光裝置230的加工效率，第二電化學拋光裝置230具有數個第二拋光腔室232，該數個第二拋光腔室232分別通過第二拋光液供應管道233與第二拋光液槽231連接，以將第二拋光液槽231內的拋光液供應至各第二拋光腔室232。
[0035]由上述可知，本發明可以根據加工需求，在機臺110、210內配置數套電化學拋光裝置，以滿足工藝所需，此外，還可以根據各電化學拋光裝置的拋光腔室的產出率配備不同數量的拋光腔室，以達到產能最大化，提高機臺110、210的加工效率。
[0036]本發明還提出了硅片加工方法，該方法包括:使硅片依次在機臺的各電化學拋光裝置內進行電化學拋光處理。各電化學拋光裝置內配置相同或不同拋光液，例如HEDP拋光液、含磷酸的拋光液或含硫酸的拋光液等。
[0037]綜上所述，本發明通過上述實施方式及相關圖式說明，己具體、詳實的揭露了相關技術，使本領域的技術人員可以據以實施。而以上所述實施例只是用來說明本發明，而不是用來限制本發明的，本發明的權利范圍，應由本發明的權利要求來界定。至于本文中所述元件數目的改變或等效元件的代替等仍都應屬于本發明的權利范圍。
【權利要求】
1.一種硅片加工裝置，其特征在于，包括: 機臺，該機臺內配置有兩套或兩套以上電化學拋光裝置，每套電化學拋光裝置包括: 拋光液槽，所述拋光液槽儲存拋光液 '及 拋光腔室，所述拋光腔室內設置有噴嘴，噴嘴與拋光液槽之間經由拋光液供應管道連接; 各套電化學拋光裝置的拋光液槽內儲存相同或不同的拋光液。
2.根據權利要求1所述的硅片加工裝置，其特征在于，所述拋光液為羥基乙叉二膦酸拋光液、含磷酸的拋光液或含硫酸的拋光液。
3.根據權利要求1所述的硅片加工裝置，其特征在于，所述各套電化學拋光裝置具有數個拋光腔室。
4.根據權利要求1所述的硅片加工裝置，其特征在于，所述每個拋光腔室內設置有兩個或兩個以上噴嘴，所述噴嘴的大小和形狀不同。
5.根據權利要求1所述的硅片加工裝置，其特征在于，所述機臺內配置有兩套電化學拋光裝置，其中一套電化學拋光裝置的拋光液槽內儲存羥基乙叉二膦酸拋光液，另一套電化學拋光裝置的拋光液槽內儲存含磷酸的拋光液。
6.根據權利要求1所述的硅片加工裝置，其特征在于，所述機臺內配置有兩套電化學拋光裝置，其中一套電化學拋光裝置的拋光液槽內儲存含磷酸成分較高而甘油成分較少的拋光液，另一套電化學拋光裝置的拋光液槽內儲存含磷酸成分較少而甘油成分較高的拋光液。
7.—種娃片加工方法,其特征在于,使用如權利要求1?6中任一項所述的娃片加工裝置，該方法包括:使硅片依次在機臺的各電化學拋光裝置內進行電化學拋光處理，其中各電化學拋光裝置內配置相同或不同的拋光液。
【文檔編號】H01L21/67GK104440513SQ201310432624
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月22日 優先權日:2013年9月22日
【發明者】王堅, 賈照偉, 王暉 申請人:盛美半導體設備（上海）有限公司