電化學邊緣和斜面清潔工藝及系統的製作方法

2023-09-22 00:00:20 2

專利名稱：電化學邊緣和斜面清潔工藝及系統的製作方法
技術領域：
本發明一般性地涉及半導體處理技術，並且更具體地說涉及從工件邊緣和/或斜面除去導電層並且使這些區域不含多餘的雜質的系統及工藝。
背景技術：
在半導體工業中，許多工藝可以被用來在晶片上沉積並除去導電層。沉積技術包括例如電化學沉積(ECD)和電化學機械沉積(ECMD)的工藝。在這兩種工藝中，諸如銅的導體被從電解質中沉積到半導體晶片或工件上，電解質與晶片的表面和另一個電極接觸。材料去除技術包括化學蝕刻(CE)、電化學蝕刻(ECE)、電化學機械蝕刻(ECME)和化學機械拋光(CMP)，這些技術被用來從工件表面上除去多餘的額外材料。
使用術語「電化學機械處理(ECMPR)」來包括電化學機械沉積(ECMD)工藝和電化學機械蝕刻(ECME)，它也被稱作電化學機械拋光(ECMP)。應當指出通常ECMD和ECME都被稱作電化學機械處理(ECMPR)，因為兩者在工件的表面上都涉及電化學過程和機械行為。
在ECMPR方法的一個方面中，當工件表面和工件表面影響裝置(WSID)之間存在物理接觸或者緊密接近和相對運動時，在至少一部分電處理處理期間使用例如掩模、襯墊(pad)或清掃器(sweeper)的WSID。在標題為「Method and Apparatus For Electro ChemicalMechanical Deposition」的美國專利第6,176,952號和2001年12月18日提交的標題為「Plating Method and Apparatus that Creates aDifferential Between Additive Disposed on a Top Surface and a CavitySurface of a Workpiece Using an External Influence」的美國申請第09/740,701號中可以發現對許多沉積和蝕刻方法以及裝置的描述，包括平面沉積和平面蝕刻方法，即ECMPR方法，這兩篇專利均由本發明的受讓人共同擁有。
不管所用的沉積或去除工藝如何，通常工件在處理後被轉移至某種清潔和乾燥臺上。在清潔步驟中，從工件中清洗掉處理產生的許多殘留物，隨後通過旋轉，並且如果需要的話通過在其表面上吹氮氣來乾燥工件。
在一種設計中，進行常規鍍敷或去除處理或ECMPR的處理室，以及清洗室可以被垂直堆疊在垂直處理室布置中。在這種布置中，處理在下室中進行，並且清潔和乾燥可以在上室中實施，隔開上室和下室，以至於在每個室中使用的化學試劑不會彼此混合。1999年12月17日提交的標題為「Vertically Configured Chamber Used for MultipleProcesses」的共同待審的美國申請第09/466,014號中公開了這種垂直室的一種類型，該專利由本發明的受讓人共同擁有。
通常，典型地處理順序是首先在工件上進行沉積或鍍敷導電材料，然後從工件的前表面除去一些先前沉積的導電材料，例如不需要的過多導電材料。
銅是用於集成電路(IC)互連和封裝應用的優選導電材料。ECD和ECMD工藝都可以沉積銅。因此，它可以用作一個實施例。
當在晶片的前表面上鍍銅時，除了有ICs的區域，它還會沉積到沒有ICs或電路的晶片邊緣和側面，即斜面上。在某些情況中，邊緣和斜面被保護而不接觸鍍液，因此那裡不會鍍上銅。但是，在邊緣區域和斜面上仍會存在銅的籽層。無論來源是什麼，這種殘留的銅，即邊緣銅會從晶片的側面和邊緣處遷移到鄰近的有源區域，尤其是在退火步驟期間。此外，源於晶片邊緣的銅顆粒可能汙染晶片傳輸系統，以及其它的處理設備，例如退火系統等，並且接下去會汙染其它的晶片。與晶片邊緣粘附不好的銅片在CMP期間也會因變松並且落入存在電路的表面上而引起問題。因此，在每次鍍銅步驟後，從晶片的邊緣和斜面上除去銅是重要的。
美國專利第6,309,981號描述了一種從半導體晶片邊緣和斜面區除去金屬的方法。指定給本發明受讓人的美國臨時申請第60/276,103號描述了在垂直室系統的上部清洗室中除去邊緣銅的方法及裝置，垂直室系統還包括下部處理室。
在上面兩篇文獻中，化學去除途徑使用具有氧化劑的攻擊性蝕刻溶液，例如硫酸和過氧化氫混合物，或者強氧化性酸，例如硝酸。設計這些攻擊性蝕刻溶液，使氧化劑化學氧化銅，並且氧化的銅溶解在酸性溶液中。為了能夠獲得高的處理生產量，攻擊性蝕刻溶液被配製成能實現高的蝕刻速率，例如對於銅來說大於300～400/sec，優選地大於1000/sec。這對應於高於20000/min的蝕刻速率。儘管攻擊性蝕刻溶液及其使用系統目前仍在使用，但是出現了一些與其使用相關的問題。
過氧化氫之類的強氧化劑並不穩定，因此，混合、運輸和儲備這種攻擊性邊緣銅去除蝕刻劑存在挑戰。舉例來說，包含過氧化氫的溶液需要在可通氣的容器中裝運，在這些容器中由於過氧化氫的分解不允許增加壓力。因為氧化劑的分解，這些蝕刻溶液還具有有限的使用壽命。試圖從工件的前面邊緣除去材料，並且維持攻擊性蝕刻溶液與工件除邊緣部分的前面部分分開也是一個挑戰。如前面所述，設計攻擊性蝕刻溶液以非常高的速率蝕刻銅。因此，任何無意中落到晶片表面其它部分上的液滴將會蝕刻這些區域並且引起氧化和IC’s的可能失效。甚至攻擊性蝕刻溶液的蒸汽也會引起部分銅表面的氧化和變色，尤其是在與除去材料的邊緣相鄰的地方。在邊緣銅去除工藝之後，這些氧化的區域典型地需要使用具有非常低化學蝕刻速率的不同酸溶液來清洗。這就需要儲備並向晶片表面上輸送另一種溶液化學，因此增加了成本。具體地說，對於如圖5所示的垂直室結構，使用攻擊性蝕刻溶液還有另一種考慮。在這些系統中，上室和下室通過檔板或者其它的阻擋方式而良好隔離。但是，如果發生任何偶然的洩漏並且邊緣銅去除溶液的液滴進入下室中，它會與電處理溶液混合併引起問題。
美國專利第6,056,869號描述了一種從半導體晶片的側面邊緣和背面中除去金屬鍍層的裝置，它用於使用特定裝置設計的特定電化學蝕刻方法的化學機械拋光。在該專利中，蝕刻溶液輸送到晶片的整個背面，並且它被用來從邊緣和背面中電化學除去金屬鍍層，而晶片的上面通過惰性的流體罩保護，不受蝕刻劑的腐蝕。
因此，半導體工業中需要一種允許更高效的處理，包括從晶片前面除去邊緣銅，以及邊緣銅去除作為其它清潔工藝一部分的系統和工藝。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種除去工件中存在的邊緣導體的方法及設備。
本發明的另一個目的是提供一種使用向工件邊緣提供的溫和蝕刻溶液定向流而除去邊緣導體的方法及設備。
本發明的另一個目的是通過使電流流過該溶液並且對晶片邊緣導體上選擇性地輸送該溶液而增加非常低蝕刻速率的溶液的蝕刻能力。
本發明的另一個目的是提供一種允許用同一種溫和蝕刻溶液來除去邊緣導體並且還清潔工件前表面的系統。
本發明的另一個目的是提供一種允許用同一種溫和蝕刻溶液在工件前表面上沉積導體並且也能除去邊緣導體的系統。
本發明的再另一個目的是提供一種允許在用於工件沉積或去除處理的同一處理室中實行邊緣導體去除、工件前表面清潔，或者兩者的系統。
通過提供一種邊緣清潔系統和方法可以由本發明來實現本發明的上述目的以及其它目的，或者單獨實現或者組合實現，其中，溫和蝕刻溶液的定向流被提供到旋轉工件的邊緣區域，包括前表面邊緣和斜面，同時維持工件與定向流之間的電勢差。
一方面，本發明提供了一種邊緣清潔系統，它被安置在用於工件沉積或去除處理的同一處理室中。
另一方面，用於邊緣去除的溫和蝕刻溶液還被用來清潔晶片的前表面，或者與邊緣去除處理同時進行，或者順序進行。


下面將參照附圖，並通過本發明非限制性的示例性實施方案來更詳細地描述本發明的上述和其它目的、特徵，以及優點，其中在多個圖中，類似的參考數字表示本發明相似的部分圖1表示根據本發明實施邊緣去除的晶片。
圖2表示根據本發明實施邊緣去除的晶片的橫截面。
圖3表示根據本發明實施邊緣去除的晶片表面部分更詳細的橫截面。
圖4表示根據本發明實施邊緣去除的晶片邊緣部分更詳細的橫截面。
圖5表示根據本發明實施邊緣去除的垂直室。
圖6和7更詳細地表示本發明的邊緣去除設備。
圖8表示根據本發明已經從中除去了銅的晶片的邊緣部分。
圖9更詳細地表示根據圖6和7中所述本發明實施方案的邊緣去除。
圖10A和10B表示能用於ECMPR和根據本發明的邊緣去除工藝的設備。
圖11更詳細地表示了根據本發明另一個實施方案的邊緣去除。
圖12表示能用於工件清潔和根據本發明的邊緣去除工藝的裝置。
圖13A～13B表示包括本發明邊緣斜面導體去除裝置(EBCR裝置)的ECMPR(電化學機械處理)系統。
圖14表示在工件表面影響裝置中放置的EBCR裝置。
圖15A表示在邊緣斜面導體去除處理期間，位於EBCR裝置開口處的晶片邊緣區域。
圖15B表示在邊緣斜面導體去除處理期間，位於EBCR裝置開口處上方的晶片邊緣區域。
圖16A～16C表示邊緣斜面導體去除處理的各個階段。
圖17是表示EBCR處理電壓隨時間的變化圖。
圖18表示晶片邊緣遠離EBCR裝置時實施的可選EBCR處理。
圖19A～19B表示具有EBCR裝置的電化學沉積系統。
圖20表示包括蝕刻電極的EBCR系統。
圖21A～21B表示EBCR裝置的不同實施方案。
圖22A～22B表示具有EBCR裝置的EBCR系統。
圖23A～23B表示具有電化學沉積和EBCR部分的系統。
圖24表示可以在電鍍或電蝕刻系統中用於EBCR處理的電源轉換系統。
具體實施例方式
本發明提供了上述關心問題的解決方案。本發明的途徑，如下文所述，有利地降低了邊緣銅的除去時間，因此增加了產量，而不會有使用甚至更攻擊性蝕刻溶液時的相關問題。該技術有能力使用不含氧化劑的溫和蝕刻溶液，因此沒有蝕刻劑穩定性的問題。可以除去工件前面邊緣上的導體，而不會有工件其它前面部分被蝕刻或者受蝕刻劑液滴影響的問題，因為對於銅是實施例導體的情況，溫和蝕刻溶液具有低於100/sec，優選地低於50/sec的非常低的化學蝕刻速率。與攻擊性蝕刻溶液高於約20000/min的蝕刻速度相反，這些速率相應於低於約3000/min的蝕刻速率範圍。這是因為本發明中使用的溫和蝕刻溶液不是強氧化劑，或者不包含明顯量的強氧化劑。示例性的溫和蝕刻溶液是5～10％(重量比)硫酸水溶液。如下文中所述，甚至可以使用典型的鍍銅溶液作為本發明的溫和蝕刻溶液。本發明中還可以使用具有降低量氧化劑的攻擊性蝕刻溶液配方。示例性溫和蝕刻溶液的典型組成包含3～10％(重量比)的過氧化氫。通過使用低於約1％的過氧化氫濃度可以降低該溶液的化學蝕刻速率。在該溶液中優選的是使用化學蝕刻速率(未施加電壓)低於50/sec的蝕刻溶液。
本發明溫和蝕刻溶液的蝕刻速率僅在對銅施加電壓使之氧化時才會增加。一旦銅表面通過電化學處理而被氧化時，它可以被溫和蝕刻溶液除去。在施加電壓的存在下，溫和蝕刻溶液的蝕刻速率可以高於500/sec，優選地高於1000/sec。對於這種蝕刻速率，蝕刻電流密度高於100mA/cm2。與鍍敷電解質相容的溶液可以被用作溫和蝕刻溶液，以至於邊緣銅去除溶液可能偶然地洩漏入鍍敷電解質對於垂直室工藝模塊並不是重要的問題。舉例來說，使用5～15％重量的硫酸溶液是非常有吸引力的，因為該溶液與常用的包含硫酸和硫酸銅的鍍銅電解質是化學相容的。
應當指出本發明可以在任何邊緣銅去除系統或室中使用。此處，僅示例性地給出了垂直室結構和ECMD的使用。溫和蝕刻溶液不會引起與實施邊緣銅去除工藝的邊緣區域相鄰的銅表面的氧化。因此，可以完全消除酸洗步驟。即使使用該步驟時，該工藝步驟可以使用在邊緣去除步驟中使用的相同溫和蝕刻溶液，只是沒有施加電壓。這意味著進一步的節約，因為它消除了第二溶液的儲備和對晶片表面的輸送。在邊緣銅去除步驟在結合鍍銅工藝的系統中實施的情況中，可以使用鍍敷電解質作為邊緣銅去除溶液。這更進一步地降低了成本。
當在本發明工藝中使用溫和蝕刻溶液時，蝕刻溶液液滴可能無意地落到晶片上打算除去銅的邊緣區域以外的區域上。在這種情況中，這將不會帶來問題，因為液滴不會物理接觸向溶液施加陰極電壓的電極。在沒有蝕刻電流通過蝕刻溶液和銅時，液滴的蝕刻僅是化學蝕刻，如上所述，這種蝕刻是極微小的。
圖1是電鍍工件100，例如半導體晶片的頂平面視圖。如圖2中側面視圖所示，電鍍晶片100包含具有頂面103的頂層102和具有上表面105a及下表面105b的底層104。頂層102在底層104的上表面105a上形成。底層104上表面105a的頂面邊緣部分106、底層的側表面108以及底層的下表面邊緣部分107定義了圍繞底層104周圍的邊緣區域101。在該實施方案中，鍍敷晶片100的頂層102由例如銅的導電材料層組成，並且底層104包含半導體襯底，例如矽襯底，在襯底上可以具有已經製造好的器件、電路和互連結構。
圖3是如圖2所示晶片100接近頂面區域109的部分放大橫截面圖，它包含在絕緣區114中形成的通路(via)和溝槽特徵110和112，絕緣區事先在晶片表面上形成。如圖3所示，電鍍晶片100的表面區109可以包含多個通路、溝槽和例如雙鑲嵌特徵的其它特徵。特徵110、112和特徵間絕緣體的表面典型地與擴散阻擋/膠粘層116和籽層118，即對於銅沉積的情況是銅籽層，排成一行。在大多數情況下，阻擋層116和/或籽層118延伸到頂面邊緣部分106上，並且有時候延伸到晶片的側面108上。實際上，這些層的一個或兩個表面可以纏繞並且覆蓋下表面邊緣部分107，從而覆蓋邊緣區域101。因為在電鍍期間，銅僅沉積在由阻擋層或銅籽層或者阻擋層/籽層複合層覆蓋的導電區域上，所以反過來，如果邊緣區域101被暴露於鍍敷電解質，這會使銅沉積在邊緣區域101上。電鍍的銅層102填充通路110和溝槽112並且在襯底104上形成銅層102。
如上所述，銅層102還可以延伸到邊緣區域101上，從而形成如圖4所示的邊緣銅120。應當指出阻擋/膠粘層沒有表示在圖4中，而且邊緣銅120可能是在邊緣區域101上具有銅籽層、並且當邊緣區域101在電鍍期間暴露於鍍敷電解質時銅鍍該區域的結果。如果在鍍敷工藝期間，使用公知的密封方法保護邊緣區域不與電鍍電解質接觸，那麼可選地邊緣銅120自身就是覆蓋邊緣區域101的籽層。邊緣銅120可以圍繞著晶片100的整個或部分外圍來形成。如在圖4中例示，邊緣銅120可以具有在邊緣區域101上形成的上面部分122、側面部分124和下面部分126。通過在本發明工藝中施加銅蝕刻溶液，可以從邊緣區域101上除去邊緣銅部分122～126。儘管在該實施方案中使用上面、側面和下面部分來舉例說明邊緣銅120，但是應當理解這是出於舉例說明問題的目的，不需要的銅可以只具有上面部分或者只具有上面和側面部分等。
應當指出在鍍敷步驟期間甚至在銅沒有沉積到圖4的頂面邊緣部分106、側表面108和下表面邊緣部分105上的情況中，那些區域中存在的銅籽層都可以存在並且典型地是不可取的。另外，鍍敷步驟後實施的常規CMP步驟可以除去頂面邊緣部分106上的任何銅，但是並不能有效地從側表面108和下表面邊緣部分107中除去銅。
銅層102可以使用電鍍工藝和圖5中所示的系統200沉積到襯底104上。系統200可以是包含下面部分202和上面部分204的垂直室系統。1999年12月17日提交的標題為「Vertically ConfiguredChamber Used for Multiple Processes」的共同待審的美國申請第09/466,014號中公開了這種垂直室系統的一種類型，該專利由本發明的受讓人共同擁有。儘管本發明使用垂直室系統來描述，但是它是出於舉例說明本發明的目的。可以使用其它的系統來使用本發明的實施方案，例如具有不相鄰的清潔和工藝室，以及在室中實施本發明進一步描述的其它處理的系統。因此，根據該實施方案，邊緣銅去除處理在上室中實施。因此，當下室包含某種處理部分，例如ECMPR、鍍敷或材料去除系統時，上面部分將包含清潔和邊緣銅去除以及乾燥部分。如同本發明進一步所述，上面和下面部分具有在一個具體實施方案中作為保護擋板描述的可移動阻擋層，它阻止上室工藝中使用的各種材料和溶液到達下室中。
在本發明過程的一個實施方案中，工藝首先在下面部分202中的工件前表面上進行，並且在後面的階段中，在上面部分204中實施清洗清潔。在清潔前或後，或者與清潔同時，在上面部分204中實施邊緣銅去除過程，這將在下面更詳細地描述。在可選的實施方案中，當下面部分如此裝備時，邊緣銅去除處理還可以在下面部分中實施，這也將在下面來描述。如果需要，邊緣銅去除處理之後可以進行第二次清潔和乾燥過程。可選地，跳過初始清潔步驟，從而增加產量。在此情況中，邊緣銅去除處理一完成就進行清潔並乾燥。
如圖5所示，當在下面部分202中實施沉積過程時，晶片支架206支持著晶片100。晶片支架優選地可以包含圓形卡盤207，晶片100裝在卡盤上面、第一下表面105(參見圖2)，以及固定部分。保護擋板208藉助連接軸/輥210被垂直定位，使得使用軸211，晶片支架206可以降低進入下面部分202。軸212被進一步適當地左右移動並且繞著軸211的垂直軸旋轉。在清潔、邊緣銅去除和乾燥期間，晶片支架206被垂直升入上面部分204中，並且通過沿箭頭214的方向移動擋板而關閉擋板208。
在ECMPR期間，如上所述，晶片100受作用(也參見圖3)。舉例來說，可以使用ECMD工藝來在特徵上面形成通常平坦的銅層。ECMPR設備215可以包含具有WSID217，例如帶有粗糙面220的襯墊的晶片表面影響裝置(WSID)組件216，以及浸在溶液中的電極218，如果使用ECMD或者ECME，溶液可以是電解質溶液，如果只實施ECME，溶液可以是蝕刻溶液，如果使用其它的沉積或去除方法，溶液可以是其它的溶液。
在ECMD工藝中使用的電解質溶液包含被沉積的金屬，例如銅的離子，並且通過流過WSID217而接觸鍍敷電極(沒有顯示)和晶片100。示例性的銅鍍液可以是工業常用的硫酸銅、硫酸溶液，並且它還可以包含諸如促進劑、抑制劑、氯化物的添加劑，以及在某些情況中可以包含均勻劑(leveler)。在電處理期間，晶片100的頂面103被緊密接近WSID217，它可以輕微地與WSID217分開，或者優選地與之接觸，同時在鍍敷電極和晶片表面之間施加電勢差。
如圖6和7所示，在系統200的下面部分202中完成處理之後，使用軸212升起晶片支架206。然後，擋板208被從它們的垂直位置移動到水平位置，從而將下面部分202與上面部分204分開。一旦擋板208處於關閉狀態，實施清潔。在清洗清潔期間，支架206可以向擋板208降低。
在一個實施方案中，通過位於上面部分的側壁226和/或擋板208上的噴嘴224，提供如箭頭222表示的清潔溶液流。使用出口228，沿著側壁226從204部分排出使用後的清潔溶液，如圖6中示意所示。由於存在處理關閉位置的擋板，該溶液不會與下面部分202中的電解質混合。在清潔步驟期間，旋轉晶片100並且向晶片100上施加清潔溶液。晶片100可以通過高速旋轉晶片來旋轉乾燥。另外，清潔且乾燥的空氣，或者像氮氣的惰性氣體可以吹到晶片上，幫助它乾燥。
在清潔並乾燥過程之後，使用溫和蝕刻劑流在同一個上室204中實施邊緣銅去除處理，這將在下文中描述。可選地，在下室202中完成了工件處理之後，通過軸212上移晶片，使得晶片表面不接觸下室中的溶液。但是，晶片仍保留在下室202中。晶片的高速旋轉(典型地在200～1000rpm)從晶片的表面上除去過量的溶液，例如電解質，並且乾燥表面。然後，晶片被上升到上室204中，用於邊緣銅去除處理。在邊緣銅去除之後，實施清潔及乾燥步驟。
仍另一個可選的過程順序涉及在鍍敷步驟後在上室204中清洗晶片表面。然後，實施邊緣銅去除過程而不進行旋轉乾燥步驟。邊緣銅去除過程之後，進行清洗和乾燥步驟。這些可選的工藝順序目的是降低處理時間並且增加產量。
參照圖6和7，在邊緣銅去除期間，箭頭230表示的溫和蝕刻溶液流被應用到邊緣銅120上，而晶片100在大約20至1000rpm，優選地在50至500rpm下旋轉。此外，更詳細地如圖9所示，在溶液流和工件之間產生電勢差，用(+)和(-)表示，這就允許溫和蝕刻溶液在工件的邊緣和斜面區域實施金屬去除，所需時間遠小於不提供電勢差的情況。電勢被施加在包含銅膜的晶片表面和與溫和蝕刻溶液物理接觸的蝕刻電極之間。通過許多方法，包括通過在晶片旋轉時滑到晶片表面上的靜態接觸，可以對晶片表面進行電接觸。蝕刻電極可以由任何在與之接觸的溫和蝕刻溶液中穩定的導電材料製成。鉑塗敷的金屬和鈦都可以作為蝕刻電極材料。
如前面所指出，溫和蝕刻溶液意指在不提供電勢差時僅提供極微小蝕刻的溶液。這種溫和蝕刻溶液的蝕刻速率可以低於100/sec，優選地低於50/sec。因此，這些溶液不能用於標準的邊緣銅蝕刻應用。為了使用這種溫和蝕刻溶液除去例如2000的邊緣銅層，需要40秒以上的處理時間。為了除去例如1微米厚的厚層，處理時間將會更長。可選地，當在本發明中，在施加電壓的存在下使用這種溶液時，因為蝕刻速率可以高達1000/sec，所以可以實現短得多的處理時間，蝕刻速率取決於施加的電壓、溶液的溫度和溶液精確的化學組成。如果在處理期間，一些溫和蝕刻溶液滴落到遠離邊緣的晶片表面上，它僅在零電壓(化學)蝕刻速度的基礎上蝕刻少量的材料。參照圖7，溫和蝕刻溶液以通過至少一個噴嘴232來調節的液流形式使用，噴嘴優選地安裝在擋板208上，或者位於晶片100的相對位置，使得噴嘴232以下面的方式引導溫和蝕刻溶液流流向晶片100溶液流具有被導向遠離晶片100中央的水平成分，因此幫助保持溶液遠離晶片的中央部分，而只位於邊緣銅120上。
通過與加料泵(未顯示)相連的加料管234，將溫和蝕刻溶液加到噴嘴232中。噴嘴232引導溶液作為嚴格控制的液流流向晶片的邊緣或周圍。對於不同的時間段，可以施加不同量的蝕刻溶液，對於大約5至10秒鐘，優選地其量在每秒1至10毫升的範圍內。由於旋轉晶片產生的離心力和溶液的表面張力，溶液以某個角度到達晶片的邊緣，並且被向外引導到邊緣銅120上面部分122上的溶液流流過邊緣銅120的124和126部分，並且覆蓋了它們(參見圖4)。溫和蝕刻溶液侵襲邊緣銅120的角度也可以變化，這就允許蝕刻區域，即邊緣區域106變窄或變寬。邊緣區106的寬度可以通過橫向或垂直移動晶片和/或噴嘴來改變。如果噴嘴保持一定的角度，通過上下移動晶片，或者橫向移動晶片可以使蝕刻區域變窄或變寬。相似地，如果晶片保持相同的側面位置和相同的仰角(但是旋轉)，通過改變噴嘴相對於晶片的角度可以使蝕刻區域變窄或變寬。只要上面給定的過程以所述的方式進行，噴嘴可以位於壁上或者其它的地方，並且這都在本發明的範圍內。在可選的實施方案中，如圖5所示，當下室如此裝備時，在下室202中可以實施相同的電化學去除過程，這將在下面舉例說明。
因此，如圖8所示，在施加電勢差下，溫和蝕刻溶液從頂面邊緣部分106、側面108和邊緣部分107中蝕刻並除去邊緣銅部分122～126，從而露出邊緣區101。參照圖8，本發明的去除過程在邊緣區101附近留下了銅的端壁250。在蝕刻過程之後，晶片被清潔並乾燥。
因此，根據本發明的原理，使用溫和蝕刻溶液電化學除去邊緣銅。與化學去除或蝕刻過程相比，電化學除去邊緣銅更快。電化學邊緣銅去除的另一個優點是該過程使用溫和蝕刻溶液、標準的邊緣銅去除溶液，以及包含氧化劑的標準邊緣銅去除溶液的稀釋液。優選的方法是使用溫和蝕刻溶液。
本發明的特有特徵是它能夠使用鍍液作為邊緣銅去除的溫和蝕刻溶液。為此，可以使用任何種類的鍍液。在該實施方案中，用於邊緣銅去除的示例性溫和蝕刻溶液可以是包含10～200gm/l硫酸和15～50gm/l Cu的銅鍍液。該溶液還可以包含至少一種常用的鍍敷添加劑，包括氯化物、促進劑、抑制劑和均勻劑。如果在圖5系統的上室中實施邊緣銅去除，該溶液偶然洩漏入下室使用的鍍液中將不會影響鍍液的質量，因為它們都是相同的溶液。
圖9更詳細地表示邊緣去除系統和過程。不同組件的編號與圖6和7中相同。溫和蝕刻溶液230接觸邊緣銅120。至少一種接觸元件286被連接到電源282的正極端，並且它可以接觸銅層102上的任何部位。接觸元件286可以由導電刷子或導線製成。電源282的負極端與蝕刻電極290連接，該電極與溫和蝕刻溶液物理接觸。處理期間，從電源282施加電壓，電流通過黑箭頭I指示的電路。應當指出溫和蝕刻溶液284以如箭頭所示的良好調節的液流形式流動，並且在蝕刻溶液流過的電路中用作導體。因此，液流的連續是非常重要的。否則蝕刻不會以增加的速率發生。噴嘴232可以是導電的噴嘴，通過溶液管道284接收溶液230。在此情況下，噴嘴可以是蝕刻電極並且電源282的負極端可以直接連接到噴嘴體上。可選地，如圖9所示，噴嘴232可以由絕緣材料製成。在這種情況中，與溶液230接觸的蝕刻電極290被連接到電源282的負極端上。在另一種方式中，由於蝕刻電極上的負電壓，在多次邊緣銅去除程序之後，在蝕刻電極的表面上可能發生銅的積聚。因此，它們不得不周期性地清潔，從而除去積聚在上面的銅沉積物。這種清潔本質上可以是化學或電化學清潔。舉例來說，噴嘴232可以安置在擋板上或者室的側壁上。電源可以是在垂直室系統中用來電沉積的電源，或者是僅用於邊緣銅去除工藝的電源。但是，如果使用垂直室系統的電源，對於兩個工藝，電源可以以共享的方式來得到，使得當電源不用於鍍敷時，它可以被用於邊緣銅去除過程。
在電化學邊緣銅去除期間，圖9中箭頭表示的溫和蝕刻溶液230被提供到晶片100的邊緣銅上，同時晶片100在大約20至1000rpm，優選地在50至500rpm下旋轉。溫和蝕刻溶液通過噴嘴232以良好調節且連續的液流形式來提供。優選地，溫和蝕刻溶液的液流具有0.5毫米至2毫米，優選地1毫米的直徑。一旦電源施加到接觸元件和蝕刻電極或噴嘴上，邊緣銅120就被電化學除去。如前面所述，在去除期間，由於去除溶液的表面張力以及晶片的高速旋轉，溶液纏繞著邊緣銅並且均勻地蝕刻邊緣銅，這就提供了圖8中所示的晶片100的邊緣區101。此時，應該最優化晶片的轉速，從而提供圖8中所示的邊緣外形。如果晶片的轉速太高，那麼溶液將不會纏繞著邊緣，結果邊緣去除是不成功的。另一方面，如果轉速太低，溶液將向晶片的中央伸展得太多，從而潛在地導致與邊緣區101相鄰的銅層變薄，這是不想要的情況。
如前面所示，溫和蝕刻溶液的使用以及過程的電化學本質提供了幾個優於先前邊緣銅去除過程的優點。除了上述的利益外，與先有技術攻擊性蝕刻溶液相反，在溫和蝕刻溶液偶然濺落到銅層上期間，溫和蝕刻溶液施加的傷害是非常不明顯的。可以理解濺落期間，電化學過程電成分的不連續性簡單地使溶液不具有增加的蝕刻能力。該過程的另一個優點是去除過程可以以電壓控制的方式，或者電流控制方式來實施。這兩種技術使操作者能夠監控去除過程並且在檢測到終點時，也就是說，當除去了邊緣銅時，使之停止。舉例來說，如果選擇電壓控制，去除過程使用的電流急劇下降可以揭示邊緣銅去除的終點並且就此停止該過程。可選地，如果選擇電流控制，該過程使用的電壓急劇下降表明了邊緣銅去除的終點。
在該實施方案中，為了提供更好的溶液纏繞，噴嘴可以安置在晶片100高度之上並且略微斜向邊緣銅120。
因為邊緣斜面去除使用的溶液是特定環境中的溫和溶液，所以邊緣斜面去除可以在進行沉積的同一處理室中進行，從而從工件的前表面上除去材料。圖10A～10B表示在圖5所示的系統200的下面部分202中實施電化學邊緣銅去除的可選實施方案。如前面所述，ECMPR設備215包含具有粗糙面220的WSID、浸在處理溶液219中的電極218。處理溶液219被保留在放有WSID的空腔221中。如上面所述，在ECMPR期間，晶片表面被流過WSID217的處理溶液溼潤，同時在待處理並且臨近WSID217的晶片100的表面以及電極218之間建立電勢。在該實施方案中，處理溶液219是舉例來說可以用於鍍敷過程和隨後電化學邊緣銅去除過程的處理溶液，但是應當理解也可以實施蝕刻過程來代替沉積過程。對於這兩個過程，處理溶液219從處理溶液供應罐(未顯示)中輸送。在處理期間，通過與WSID217相鄰放置的接觸件223，可以建立與晶片表面的電接觸。在晶片相對WSID移動時，接觸件可移動地接觸晶片的暴露表面。接觸件223典型地是導電刷子，舉例來說例如在2001年9月12日提交的標題為「Methodand System to Provide Electrical Contacts for ElectrotreatingProcesses」的美國專利臨時申請中描述的導電刷子。
如圖10A中所示，在該實施方案中，ECMPR設備配備有可以是噴嘴的電化學邊緣銅去除裝置290。噴嘴與上述同一個處理溶液供應罐相連，從而與電極218電接觸。這種與系統200的電極218的電連接在實施電化學邊緣去除過程時消除了對導電噴嘴，或者包含特定蝕刻電極的噴嘴的需要，它們都需要連接到系統200的電源292的負極端上。作為替代，用來鍍敷(或去除)的電極218也可以被用作邊緣銅去除過程的蝕刻電極。當然，使用這種導電噴嘴，或者包含特定蝕刻電極的噴嘴都在本發明的範圍內。
在電化學邊緣銅去除過程期間，使用已經電學連接到ECMPR設備215接觸件223上的接觸元件，可以建立與晶片表面的所需正電接觸。在這種情況中，降低空腔221內處理溶液219的液位，以至於通過空腔內部的溶液219而從溶液219到晶片100前表面間電路徑並不存在，因而確保了存在的從溶液219到晶片100的導電路徑是唯一通過邊緣銅去除裝置290的路徑。可選地，接觸件293可以被隔開，並且通過開關(未顯示)來實現它與電源292的電連接。在可選地配置下，參照圖10A和10B，接觸元件293可以是位於噴嘴290附近的導電刷子。刷子293和噴嘴290都可以放置在WSID周圍的適當位置上，以至於在進行電鍍(去除)期間，它們不會與晶片物理接觸。刷子293具有比接觸件更長的線。對於邊緣銅去除過程，當晶片被升高到WSID上方並且在噴嘴和刷子293所在區域移動時，這種更長的線能夠建立與晶片表面的接觸。在這種邊緣銅去除過程期間，只有存在的從溶液219到晶片100的路徑通過邊緣銅去除裝置290。
如圖10B所示，當在先前的ECMPR過程期間鍍了銅的晶片移動到邊緣銅去除裝置290附近時，刷子293接觸其表面。按照上面所述的方式，在邊緣銅上施加溫和蝕刻溶液219。在銅沉積(去除)過程之後，最好從WSID和鍍液中移開晶片並且使之旋轉，從而從其表面上除去過量的溶液。然後，晶片被移動到新的位置來實施邊緣銅去除步驟。使用鍍液作為邊緣銅去除溶液是非常吸引人的，因為它不需要儲備並輸送用於多個目的(鍍敷或邊緣銅去除)的多種溶液。
如圖11所示，在另一個實施方案中，邊緣銅去除設備300可以包含具有上臂部分302和下臂部分304的矩形「U」型體，它們由基底部分306彼此連接。溶液入口部分307與上和下臂連接，從而將溫和蝕刻溶液輸送到放在U型體中的溶液保持元件308中。裝置300的基底部分306包含電極310，它與電源312的正端相連。保持元件308優選地是軟海綿材料，它可以用通過埠輸送的溫和溶液來飽和。當保持元件對著邊緣銅120擠壓時，它纏繞著邊緣銅並且將溫和溶液傳輸給邊緣銅120。至少一個與電源310正極端連接的接觸元件314可以接觸銅層102上的任何部位。當晶片100旋轉時，溫和蝕刻溶液被提供到邊緣銅120上。結果，從晶片的邊緣上蝕刻掉邊緣銅。
圖12說明另一個實施方案，其中對於邊緣斜面去除和晶片前表面的清潔使用相同的溶液。圖12作為前面描述的圖6的修改方案來描述。但是，應當指出此處描述的系統不需要在垂直室處理系統的上室中使用，儘管在該位置使用是有利的，結果它被如此描述。因為相同的溶液適用於邊緣斜面去除，使用該溶液加料到噴嘴232，以及來自單一供應源的噴嘴224中，如箭頭236所示。當使用相同的供應源時，對於不向的噴嘴可以使用不同的泵，或者使一個泵和不同類型的噴嘴，例如提供連續流的噴嘴232和提供霧(mist)的噴嘴224。但是，如上所述，當為了實施如上所述的邊緣斜面去除而使用從噴嘴232釋放出溶液流時，從噴嘴224中釋放的溶液被作為帶液滴的噴射，但避免作為液流來釋放。對於邊緣斜面去除，通過使用溶液流，包括前面邊緣，以及在工件剩餘前面上的液滴，由於溶液流維持的電學路徑，蝕刻在邊緣斜面區進行得快得多，這種電路徑並不能由液滴來維持。
圖13A～13B說明包括邊緣斜面導體去除裝置1102(下文中稱EBCR裝置)的ECMPR(電化學機械處理)系統1100。本發明的ECMPR系統可以被用作電化學機械沉積(ECMD)系統、電化學機械蝕刻(ECME)系統，或者兩者。如下面所述，使用EBCR裝置1102以及用於在ECMPR系統1100中實施的沉積或蝕刻過程的相同電解質或處理溶液，ECMPR系統1100能夠原位地實施邊緣斜面導體去除過程。應當理解在其它更常規的導體沉積及去除系統中，例如在標準電鍍系統和電拋光系統中可以使用本發明的EBCR來從晶片上除去邊緣銅。
ECMPR系統1100還包含許多組件，例如承載頭(carrierhead)1104、工件表面影響裝置(WSID)1106，以及浸在處理溶液1110中的電極1108，處理溶液被包含在處理溶液容器1112中。ECMPR系統1100可以實施平面或非平面鍍敷，以及平面或非平面電刻蝕。舉例來說，如果選擇非平面工藝途徑，晶片的前表面接近WSID，但是在晶片表面和WSIF之間有縫隙，以至於可以實施非平面的金屬沉積。此外，如果選擇平面工藝途徑，晶片的前表面或側面接觸WSID，同時在WSID和晶片表面之間建立相對運動。當電解質溶液通過WSID輸送時，晶片移動，同時前表面接觸WSID。在晶片和電極間施加電勢並且處理溶液1110流過WSID的情況下，例如銅的導體被鍍敷在晶片的前表面上，或者從前表面上蝕刻掉。
在第一個實施方案中的處理溶液1110可以是用於ECMD過程的鍍液。WSID包括許多允許處理溶液1110流過WSID1106並且溼潤晶片1118正面1116的路徑，晶片由承載頭1104固定。承載頭能夠旋轉並且橫向和垂直移動晶片，同時使晶片的正面1116，即整個正面暴露於鍍液中，而沒有任何邊緣例外。在該實施方案中，使用系統1100中的電化學沉積(ECD)或ECMD工藝，使晶片1118的正面1116鍍有導體層，優選地是銅層。在鍍敷過程期間，電極1108用作陽極並且連接到電源1119的正極端上。晶片1118的正面1116通過接觸件1120連接到電源的負極端上(圖13B)。在鍍敷過程期間，因為隨著晶片的移動和旋轉，整個晶片的前表面暴露於鍍液中，所以晶片的邊緣區1122可能鍍有導體。邊緣區由晶片的側表面和與該側表面相鄰的正面狹窄邊緣帶組成。甚至有一些纏繞的導體在其邊緣處向晶片的背面延伸。鍍在所有這些區域上的導體應該使用EBCR工藝步驟來除去。下面將描述怎樣使用本發明的EBCR裝置1102來原位除去鍍在晶片邊緣區1122上的導體。在這種實施方案中，選擇銅(Cu)作為示例性的導體。
如圖13A～13B所示，系統的EBCR裝置1102位於系統1100的WSID1106中。操作時，一旦在晶片上實施的工藝結束，晶片載體1104移動晶片1118到EBCR裝置，並且使邊緣區1122定位在EBCR裝置1102的上部開孔1124的上方。EBCR的上部開孔1124在WSID1106的頂面1126中，因而允許通過路徑1114流動的電解質1110連續在EBCR裝置中流入並流出。可選地，電解質可以直接來自EBCR裝置的底部。EBCR裝置中的溶液是電解質1110的一部分，電解質1110在WSID和晶片1118正面的鍍銅之間流動，因而與兩者接觸。在這一階段，EBCR裝置1102通過在EBCR裝置和電源1119的負極端之間建立連接來開關(參見圖13B)。晶片1118的正面1116通過接觸件1120與電源的正極端相連。在這種方式下，邊緣銅去除可以通過在晶片邊緣處電蝕刻邊緣斜面銅來實施。
如圖14所示，EBCR裝置包含固定EBCR電極1128的外殼1127。外殼1127可以是WSID中的一個開孔。填充EBCR裝置的電解質1110溼潤了電極1128和晶片1118正面1116及邊緣區1122上的銅。因此，一旦在EBCR電極1128和銅層或晶片表面之間施加電壓，使晶片電勢更正，電蝕刻電流從晶片(陽極性)的邊緣區1122流向EBCR電極1128(陰極)。電蝕刻電流基本上限制在外殼1127的體積中，因此電流是相當局部的。當電解質1110流過WSID時，通過旋轉晶片1118，邊緣區1122在開孔1124的上方移動，從而隨著邊緣區1122通過開孔1124，邊緣區1122上的銅被除去。但是，一旦邊緣區被帶到EBCR裝置1102的開孔1124上方，從邊緣區除去銅的程度取決於某些變量，例如開孔和邊緣區1122間的距離，以及處理溶液的電阻。
如圖15A舉例說明，如果晶片被帶到接觸WSID1106的EBCR裝置1102的上方，晶片邊緣區或正面1116與WSID1106表面之間的距離是最小的，或者為零。因此，邊緣區1122上銅的電蝕刻沿著位於開孔1124上的邊緣區部分進行。因為晶片正與WSID1106接觸，所以蝕刻並不會明顯地向內延伸到正面。距離dE1大約表示在晶片與WSID1106接觸時通過EBCR裝置除去銅的程度。
但是，如圖15B所示，如果晶片處於非接觸的位置，EBCR裝置的作用會進一步向內延伸並且從邊緣的除去程度變得更大。如果被蝕刻的距離用距離dE2(dE2＞dE1)來表示，那麼隨著晶片和WSID之間的垂直距離增加，距離dE2增長。這是由於更大的晶片面積暴露於EBCR裝置的電流下。但是，如果ECMPR系統中使用的處理溶液是高電阻率的溶液，例如具有低酸性但具有高銅濃度的溶液，蝕刻的範圍可以基本上限制在穿過EBCR裝置1102開孔1124的區域。
通常，通過監測電蝕刻電壓和電流可以檢測EBCR過程的完成。參照圖15A和15B，當從晶片的邊緣區1122中除去銅時，如果與銅層電接觸(例如通過如圖13B中所示的接觸件1120)，對於給定的電流，電壓增加，並且對於給定的電壓，電流增加，這表明銅從邊緣除去。
圖16A至16C結合圖17舉例說明了對晶片1118使用電接觸，例如圖13B中使用的電學接觸的EBCR終點檢測過程。圖16A至16C中表示的階段(I)、(II)和(III)說明使用結合圖15A～15B描述的EBCR裝置，隨著EBCR過程的進行，在特定的示例性時間間隔下鍍在晶片前表面1116的銅。圖17表示EBCR過程中電壓隨時間的變化。圖16A的階段(I)表示在第一個時間段下銅除去的程度。在晶片1118旋轉時，電接觸的位置用邊緣區1122上路徑A來表示。在對於第一個示例性時間段t1(圖17)應用電壓的情況下，在非常周邊的地方銅被除去有至第一個除去線1130，從而暴露出底部阻擋層。此外，在圖16B的階段(II)中，在第二個示例性時間段t2中，銅層被除去有至第二個除去線1132。參照圖17，在t1和t2的示例性時間段中，電壓保持相對不變，這表明仍然有銅從邊緣區除去。參照圖16C，在階段(III)中，在第三個時間段中，銅被除去直至路徑A或終點，完成EBCR過程。如圖17所示，隨著銅的除去更接近電接觸的路徑A，電壓增加，這表明邊緣銅沿著接觸路徑A除去。當銅沿著接觸路徑A除去時，電接觸到達比銅更不導電的阻擋層。這就導致電壓的增加。一旦檢測到電壓增加，就停止EBCR處理。
如圖18所示，與上面的方法不同，在EBCR過程期間，當接觸或者接近WSID1103的表面時，使晶片遠離EBCR裝置1102。在這種方法中，因為邊緣區1122和EBCR電極1128之間的距離最短，所以當施加電源時，電蝕刻在邊緣區開始，並且作為時間的函數，向內延伸到旋轉晶片的中央。在EBCR處理期間，電流動基本上通過流過WSID的電解質1110來進行。電流的方向由箭頭A表示。另外，如箭頭B所示，漏電流通過WSID的孔洞1114流向另一個路線。這種漏電將會引起從晶片表面上邊緣區1122以外的區域蝕刻銅。因此，這種漏電流需要通過降低電流通過路徑A的電阻並且增加通過路徑B的電阻來最小化。應當指出此處描述的EBCR方法從晶片的所有邊緣區除去了所有不需要的Cu，包括正面邊緣區、背面邊緣區和斜面。原因是在EBCR期間，處理溶液與所有這些區域物理接觸並且電蝕刻電流到達所有區域。
在多次重複EBCR處理後，或者在每次EBCR處理後，預期EBCR電極1128上具有會有一些積聚的銅。積聚在EBCR電極1128上的銅可以通過在EBCR電極1128和另一個接觸溶液的電極，例如電極1108之間施加電勢來清潔。參照圖13A，在清潔期間，EBCR電極1128與電源1119』(以點線表示)的正極端相連，而電極1108與電源1119』的負極端相連，直至電極1128上積聚的銅被電蝕刻掉。應當理解儘管在本實施例中使用電源1119來實施EBCR處理，並且EBCR電極的清潔使用電源1119』來進行，但是使用後面所述的適當連接和開關，可以只使用電源1119來給ECMPR系統1100實施的所有處理供應電能。此外，EBCR電極清潔步驟可以在EBCR過程後晶片通過清洗處理清潔的時間期間來進行。在這種方式下，EBCR電極清潔時間不會影響ECMPR過程的總產量。
圖19A～19B說明包括邊緣斜面去除裝置1202(下文中稱EBCR裝置)的ECD(電化學沉積)系統1200。使用EBCR裝置，結合沉積系統中使用的相同電解質溶液，系統1200可以實施全面的電沉積和原位的邊緣斜面去除處理。系統1200包含許多系統組件，例如承載頭1204、浸在處理溶液1210中的電極1208，處理溶液被包含在處理溶液容器1212中。容器1212可以是帶有上部開孔1213的矩形外殼。容器1212充滿電解質，達到上部開孔的1213的水平，並且電解質被連續地從開孔1213中流出。如果晶片被帶到上部開孔1213附近，流出的電解質溼潤晶片1218的正面1216，晶片由承載頭1204固定。承載頭能夠在開孔1213上方旋轉並且橫向和垂直移動晶片，同時使晶片的正面1216暴露於電解質中。在EBCR處理之前，在晶片和電極間施加電勢的情況下，晶片1218的正面1216被鍍上導體層，例如銅層。該過程期間，電極(陽極)與電源(未顯示)的正極端連接。晶片的正面1216通過接觸件與電源的負極端相連，接觸件可以是如圖19B所示的沿著容器1212延伸的接觸件1220。應當指出接觸件1220可以具有不同的形狀和形式，包括彎曲的(沿著晶片的周邊)。本實施例使用靜態的線型接觸件。
如同上面的情況，在鍍敷期間，銅也鍍在晶片的邊緣區1222。這是不需要的情況，並且應該使用本發明的EBCR工藝步驟除去鍍在晶片邊緣區上的銅。參照圖19A～19B，系統的EBCR裝置1202被浸泡在處理溶液1210中。操作時，一旦ECD過程結束，晶片載體1204橫向移動晶片1218到EBCR裝置1202，並且使邊緣區1222定位在EBCR裝置1202的上方。可選地，EBCR裝置可以移向邊緣區。在銅沉積期間，EBCR裝置可以保持在處理溶液之外。當實施EBCR時，將其浸入處理溶液中。
同樣，使用適當的允許處理溶液溼潤晶片後面的晶片載體設計，電極可以放置在晶片的背面，並且實施EBCR過程，除去邊緣區上的銅。圖20說明包含浸在處理溶液1604中的電極1602的EBCR系統，處理溶液包含在處理溶液容器1606中。正面1610鍍有銅的工件1608，例如半導體晶片的背面1607被定位在穿過電極1602的位置。電極1602(假定它是圓的)的中央和晶片1608的中央優選地沿著z-軸近似對齊。
晶片載體(未顯示)保持晶片更接近於處理溶液的表面1614。為了避免蝕刻晶片邊緣區1616以外的地方，晶片的正面1610接近處理溶液表面1614，使得處理溶液的表面1614和晶片1608的正面1610之間的距離d優選地小於引起溶液電阻的量，該電阻遠大於襯底上銅膜的電阻。距離d可以是幾個毫米。在EBCR處理期間，晶片的正面1608與電源1618的正極端相連，而電極1602與電源1618的負極端相連。當施加電能時，電蝕刻在邊緣區1616處開始，並且作為時間的函數，向內延伸至正面1610的中央。正面1610上狹窄溶液體的較高電阻限制了正面1608上電蝕刻的程度。正面上電蝕刻的程度可以通過增加距離d來增加。應當指出該方法中使用的溶液應該是不會明顯化學蝕刻膜表面1608的溶液。但是，在施加電壓時，它應該具有電化學蝕刻薄膜的能力。溶液的化學蝕刻速率低於1100/min。作為電蝕刻溶液，這種溫和的化學溶液工作良好，而當實施EBCR過程時，它們溫和地化學蝕刻並清潔表面。與晶片表面的電接觸表示在圖20中的晶片中間。優選地，這種接觸可以在晶片附近或邊緣的任何地方，使得當邊緣被除去銅薄膜時，來自電蝕刻過程的電流和電壓信號能表明過程的結束，如前面所述。在這方面，接觸件可以放在晶片前面邊緣等於或接近EBCR後晶片上所需邊緣除去值的位置上。一旦Cu的去除開始，晶片背面的任何Cu被除去。然後，斜面上的Cu被去除。去除繼續在上表面1608上向晶片的中央進行。當邊緣去除到達電接觸的地方時，電壓上升，指示終點，此時通過終止電蝕刻來停止該過程。
圖21A詳細地描述了圖15A和15B中表示EBCR裝置1202，它包含固定EBCR電極1228的外殼1227。EBCR裝置1202允許處理溶液1210通過裝置上面的開孔1224以及可選地通過裝置周圍的許多開孔或孔洞1225而流入EBCR裝置中。在這一階段，EBCR裝置1202通過在EBCR裝置和電源的負極端之間建立連接來開關。晶片正面的銅連接到電源的正極端。填充EBCR裝置的處理溶液1210使與電源負極端相連的EBCR裝置的EBCR電極1228和晶片1218的正面1216及邊緣區1222處的銅通過處理溶液而電接觸。隨著處理溶液1210的流動，通過旋轉晶片1218，邊緣區1222被移到開孔1224的上方，從而當邊緣區通過開孔1224時邊緣區1222上的銅被電化學除去。
如前面所述，從邊緣區1122除去銅的程度取決於邊緣區和EBCR裝置1202開孔1224之間的距離。當邊緣區和晶片的開孔1122之間的垂直距離增加時，銅除去的程度也增加。但是如前面所解釋的一樣，這也受到處理溶液電阻率的限制。
在與結合圖19A～19B和圖20描述的方法相似的方法中，可以開始EBCR過程，而最終不用移動晶片1218。但是，EBCR裝置可以更加接近電解質1110的表面。在這種方法中，處理溶液1210被施加到晶片1218的表面1216和邊緣區1222上。當施加電能時，電蝕刻在邊緣區處開始，並且作為時間的函數，向內向旋轉晶片的中央延伸。在這種特定的方法中，可以用相對小的電極來代替EBCR裝置。
如前面實施方案中所述，積聚在EBCR電極1228上的銅可以通過在EBCR處理完成後在EBCR電極1228和電極1208之間施加適當的電勢來清潔。可選地，可以使用另一個與溶液接觸的電極(未顯示)來轉移積聚的銅。然後，通過間歇地取出電極並在蝕刻溶液中蝕刻電極的方法來清潔該電極。
圖21B表示在另一個實施方案中本發明的EBCR裝置1230。在該實施方案中，裝置1230由具有內部導電芯1232和外部絕緣殼1234的固體實體組成。按照在前面實施方案中對裝置1202描述來使用本實施方案的EBCR裝置1230。
圖22A～22B說明包括EBCR裝置1302的EBCR系統1300。使用具有EBCR溶液1303的EBCR裝置，系統1300能夠實施邊緣斜面去除處理。該系統中待處理的晶片可以是使用任何已知沉積方法，包括ECMD、ECD、CVD、MOCVD和PVD等鍍銅的預處理晶片。
系統1300包含承載頭1304、包含在容器1308中的EBCR溶液1306。容器1308可以是帶有上部開孔1310的矩形外殼。圖22A表示容器1308沿著較長方向的視圖。容器1308充滿電解質，達到上部開孔的1213的水平，並且溶液被連續地從開孔1310中流出。該工藝期間，承載頭1304固定的晶片被帶到上部開孔1310附近，並且邊緣區1311被放置在浸於EBCR溶液1303中的EBCR裝置1302的上方。EBCR裝置1302包含固定電極1318的外殼1316。EBCR裝置1302允許處理溶液1303通過裝置上面的開孔1320以及可選地通過裝置周圍的許多孔洞1322而流入EBCR裝置中。承載頭能夠在開孔1310的上方旋轉，同時完全將晶片的正面1314暴露於弱溶液1303中。弱溶液不會蝕刻晶片正面1314上的銅。
圖22B表示容器沿著較短方向的視圖。如圖22B所示，晶片的正面1314通過沿著容器1308延伸的接觸件1317與電源的正極端相連。在該階段，EBCR裝置1302通過在EBCR裝置和電源負極端之間建立連接來開關。填充EBCR裝置的溶液1303使與電源負極端相連的EBCR裝置的電極1318和晶片1312的正面1314及邊緣區1311處的銅接觸。隨著溶液的流動，通過旋轉晶片1312，邊緣區1311被移到EBCR裝置1302的開孔1320的上方，從而當邊緣區通過開孔1320時邊緣區1311上的銅被電化學除去。
如前面情況中一樣，從邊緣區1311除去銅的程度取決於邊緣區和EBCR裝置1302開孔1320之間的距離。當晶片的開孔和邊緣區1311之間的垂直距離增加時，銅除去的程度也增加。但是如前面所解釋的一樣，這也受到處理溶液電阻率的限制。
圖23A～24B闡述了包括具有電極1401的邊緣斜面去除裝置1402(下文中稱EBCR裝置)的ECD(電化學沉積)系統1400。使用EBCR裝置，結合沉積系統中使用的相同電解質溶液，系統1400可以實施原位的邊緣斜面去除處理。
系統1400包含許多系統組件，例如承載頭1404、浸在處理溶液1410中的電極1408，處理溶液被包含在處理溶液容器1412中。容器1412可以是帶有上部開孔1413的矩形外殼。壁1414將容器的第一部分1415a與第二部分1415b分開。在該實施方案中，第一部分1415a是保持EBCR裝置1402並實施EBCR處理的EBCR部分。第二部分1415b是ECD部分。EBCR和ECD部分1415a、1415b通過壁1414上的開孔1416來連接。這就除了頂部的液體交換外，還在1415a和1415b部分之間添加了另一個液體交換的開孔。容器1412充滿電解質，達到上部開孔的1413的水平，並且電解質被連續地從開孔1413中流出。當晶片1417被帶到ECD部分1415b的上部開孔1413附近，流出的電解質溼潤晶片1417的正面1418，晶片由承載頭1404固定。承載頭能夠在開孔1413上旋轉並且橫向和垂直移動晶片，同時使晶片的正面1418完全暴露於電解質中。在ECD部分1415b中，在EBCR處理之前，在晶片和電極間施加電勢的情況下，晶片1416的正面1418被鍍上導體層，優選地是銅層。電極(陽極)與電源(未顯示)的正極端連接。晶片的正面1418通過沿著容器1412延伸的接觸件與電源1419的負極端相連。
如圖23A～23B所示，鍍在邊緣區1422上的銅在系統1400的EBCR部分1415a中通過在EBCR部分1415a的上方移動晶片1416，並且將邊緣區1422定位在EBCR裝置1402的上方或者附近來除去。一旦電極1401與電源1419的負極端相連，電流優選地經由孔洞1416通過『路徑A』而不是『路徑B』，因為電流通過『路徑B』的電阻更高。在該實施方案中，EBCR處理如同在前面的實施方案中來實施。這種設計還可以在使用EBCR電解質的獨立EBCR系統中使用。
圖24舉例說明了用於EBCR處理和任何鍍敷或電蝕刻處理，例如ECMPR、ECD或ECMD的電源開關系統1500的可能示意圖。電源開關系統1500包含電源1502。通過第一開關1504和第二開關1506，電源1502連接到可以是ECMPR或ECD系統的電處理系統1600上。為了簡化，圖24示意性地表示了系統1600的晶片11602、EBCR電極1604和電極1606。下表表示當系統1500中的節點A的極性以及開關1504及1506的位置改變時，可以在系統1600中實施的處理類型。

儘管上述某些實施例使用鍍液作為處理溶液，從而表明本發明能夠在導體沉積之後原位地實現邊緣導體去除，但是應當理解所述系統可以是電蝕刻系統，並且處理溶液可以是電蝕刻溶液，例如對於銅去除過程是磷酸溶液。在這種情況下，實施電蝕刻處理，從工件的表面上除去銅，然後使用本發明的EBCR裝置實施原位去除邊緣銅。可選地，可以使用上述具有EBCR裝置的系統來除去先前在其它模塊中處理的工件的邊緣銅膜。舉例來說，可以使用這些系統從已經通過CMP、蝕刻或電蝕刻技術拋光的晶片上除去邊緣銅，從而從它們除了邊緣之外的整個表面上除去過量導體。
儘管許多優選的實施方案已經在上面詳細地描述，但是本領域的技術人員將很容易理解示例性實施方案的許多修改是可能的，而沒有背離本發明的新教授和優點。
權利要求
1.一種使用蝕刻溶液和與蝕刻溶液接觸的蝕刻電極，從工件導電層的斜面邊緣，包括導電層的前面邊緣表面除去導電材料的方法，該方法包括下面步驟旋轉工件；引導蝕刻溶液的連續流流向工件的斜面邊緣，包括導電層的前面邊緣表面，同時旋轉工件；以及在引導步驟進行時，在電極和工件導電層之間施加電勢差。
2.根據權利要求1的方法，其中引導步驟引導溫和蝕刻溶液流向斜面邊緣。
3.根據權利要求2的方法，其中與不施加電勢差時相比，溫和蝕刻溶液用於施加電勢差而蝕刻斜面邊緣更多。
4.根據權利要求2的方法，其中溫和蝕刻溶液是鍍液。
5.根據權利要求4的方法進一步包括在引導步驟之前，使用鍍液在工件導電層的頂面上沉積導體。
6.根據權利要求5的方法，其中在工件位於垂直室組件的下室中時進行沉積步驟，並且在工件位於垂直室組件的上室中時進行引導和施加步驟，並且進一步包括在沉積步驟之後和引導步驟之前，將工件從下室移動到上室中的步驟。
7.根據權利要求6的方法，其中沉積步驟使用電化學機械沉積工藝。
8.根據權利要求5的方法，其中在工件位於單個室中時進行沉積和引導步驟。
9.根據權利要求5的方法，其中在工件位於各自不同的室中時進行沉積和引導步驟。
10.根據權利要求4的方法進一步包括在引導步驟之前使用鍍液在工件導電層的頂面上沉積導體的步驟。
11.根據權利要求10的方法，其中沉積步驟使用電化學機械沉積工藝。
12.根據權利要求10的方法，其中在工件位於垂直室組件的下室中時進行沉積步驟，並且在工件位於垂直室組件的上室中時進行引導和施加步驟，並且進一步包括在沉積步驟之後和引導步驟之前，將工件從下室移動到上室中的步驟。
13.根據權利要求10的方法，其中沉積步驟使用電化學機械沉積工藝。
14.根據權利要求4的方法進一步包括在引導步驟之前在工件導電層的頂面上實施電化學機械處理的步驟。
15.根據權利要求14的方法，其中在工件位於垂直室組件的下室中時實施電化學機械處理步驟，並且在工件位於垂直室組件的上室中時進行引導和施加步驟，並且進一步包括在實施電化學機械處理步驟之後和引導步驟之前，將工件從下室移動到上室中的步驟。
16.根據權利要求14的方法，其中在工件位於單個室中時實施電化學機械處理和引導步驟。
17.根據權利要求14的方法，其中在工件位於各自不同的室中時實施電化學機械處理和引導步驟。
18.根據權利要求2的方法，進一步包括將溫和蝕刻溶液噴射至導電層的頂面上。
19.根據權利要求18的方法，其中在工件位於單個室中時進行噴射和引導步驟。
20.根據權利要求19的方法，其中同時進行噴射和引導步驟。
21.根據權利要求19的方法，其中順序進行噴射和引導步驟。
22.一種在工件前面導電錶面邊緣上實施邊緣斜面去除工藝的設備，包含室；固定並旋轉工件的可移動並可旋轉的工件支架；以及邊緣斜面去除系統，邊緣斜面去除系統包括用於向至少工件的前面導電錶面邊緣供應蝕刻溶液連續流的至少一個邊緣導體材料去除裝置；適於與連續流物理接觸並且用來在連續流和工件前面導電錶面之間提供電勢差的電極。
23.根據權利要求22的設備，其中邊緣銅去除裝置包含安裝在工件相對位置內的至少一個噴嘴，以至於蝕刻溶液連續流被向外引導流向工件的前面導電錶面邊緣。
24.根據權利要求22的設備，進一步包括安裝在室內用於引導溫和蝕刻溶液流向工件前表面的至少一個清潔噴嘴。
25.根據權利要求24的設備，其中溫和蝕刻溶液和蝕刻溶液是同一種溶液。
26.根據權利要求22的設備，進一步包括設置在室下面的另一個室；當工件位於室中並且使用至少一個邊緣銅去除裝置時，適於分隔該室與另一個室的可移動保護擋板；以及用於處理設置在另一個室中的工件前表面的系統。
27.根據權利要求26的設備，其中系統是電化學機械處理系統。
28.根據權利要求27的設備，其中電化學機械處理系統是電化學機械沉積系統。
29.根據權利要求22的設備，進一步包括設置在室內用於在工件前表面上提供機械處理的電化學機械處理系統。
30.根據權利要求22的設備，其中通過至少一個邊緣導體材料去除裝置使用的蝕刻溶液也通過電化學機械處理系統來使用，並且其中，電化學機械處理系統包括空腔、位於空腔內的電極、位於空腔內用來提供從電極到工件前表面的電學路徑的蝕刻溶液、位於工件附近的工件表面影響裝置，蝕刻溶液通過它流動，以及在電化學機械處理期間給工件提供電學接觸的接線端，以至於可以維持在位於空腔內的蝕刻溶液和工件之間的電勢差。
31.根據權利要求30的設備，進一步包括用於從空腔到至少一個邊緣導體材料去除裝置提供蝕刻溶液連續流的管道。
32.根據權利要求31的設備，進一步包括在邊緣導體材料去除期間給工件提供電學接觸的另一個接線端。
33.根據權利要求32的設備，其中另一個接線端與原接線端相同。
34.根據權利要求32的設備，其中另一個接線端與原接線端不同。
35.根據權利要求30的設備，其中邊緣銅去除裝置至少包含一個安裝在工件相對位置內的噴嘴，以至於蝕刻溶液連續流被向外引導流向工件的前面導電錶面邊緣。
36.根據權利要求30的設備，其中電化學機械處理系統是電化學機械沉積系統。
37.根據權利要求30的設備，進一步包括用於控制空腔內蝕刻液位的液體控制器，以至於蝕刻溶液在電化學機械處理發生時具有第一液位並且當邊緣斜面去除發生時在空腔內具有另一個較低的液位。
38.一種在工件上實施邊緣斜面去除並且使用溶液清潔工件正面的方法，該方法包括下面步驟旋轉工件；引導所得溶液連續流從來源流向工件導電層的斜面邊緣，同時旋轉工件，從而以第一速率從斜面邊緣除去導電材料；引導所得溶液噴霧從來源流向工件導電層的正面，同時旋轉工件，從而清潔工件的正面。
39.根據權利要求38的方法，其中引導溶液流和引導噴霧的步驟被順序實施。
40.根據權利要求38的方法，其中引導溶液流和引導噴霧的步驟被同時實施。
41.根據權利要求38的方法，其中當引導連續流的步驟進行時，在溶液連續流和工件導電層之間施加電勢差，並且其中噴霧不能夠給導電層提供電學路徑，從而確保以小於第一速率的第二速率從工件的正面除去任何導電材料。
42.根據權利要求41的方法，其中溶液是溫和蝕刻溶液。
43.根據權利要求41的方法，其中引導溶液流和引導噴霧的步驟被順序實施。
44.根據權利要求41的方法，其中引導溶液流和引導噴射的步驟被同時實施。
45.一種使用處理溶液和與處理溶液接觸的電極，從工件導電錶面的邊緣區除去導電材料的方法，該方法包括下面步驟旋轉工件；使工件的導電錶面與處理溶液接觸；定位與電極相鄰的工件的邊緣區；以及在旋轉工件時，在電極和工件導電層之間施加電勢差。
46.根據權利要求45的方法，其中處理溶液是鍍液。
47.根據權利要求46的方法，其中作為施加電勢差的結果，鍍液蝕刻邊緣區。
48.根據權利要求46的方法，進一步包括在定位步驟之前，使用鍍液在工件導電錶面上沉積導體的步驟。
49.根據權利要求48的方法，其中在工件位於單個室中時進行沉積、定位及施加步驟。
50.根據權利要求49的方法，其中沉積步驟使用電化學機械沉積工藝。
51.根據權利要求50的方法，其中在工件位於工件表面影響裝置上時進行沉積步驟，並且在工件邊緣位於工件表面影響裝置中保持電極的開孔的上方時進行定位及施加步驟。
52.根據權利要求50的方法，其中在工件位於工件表面影響裝置上時進行沉積步驟，並且在工件邊緣與工件表面影響裝置中保持電極的開孔相鄰時進行定位及施加步驟。
53.根據權利要求49的方法，其中沉積步驟使用電化學機械沉積工藝。
54.根據權利要求53的方法，其中在工件導電錶面浸在鍍液中時進行沉積步驟，並且在工件邊緣與電極相鄰放置時進行定位及施加步驟。
55.根據權利要求45的方法，其中處理溶液是蝕刻溶液。
56.根據權利要求55的方法，進一步包括將導電錶面浸入蝕刻溶液。
57.根據權利要求55的方法，其中在工件邊緣與電極相鄰放置時進行定位及施加步驟。
58.一種在工件前面導電錶面邊緣上實施邊緣斜面去除處理的設備，包含包含處理溶液的室；在處理溶液中把持並旋轉工件的可移動並可旋轉的工件支架；邊緣斜面去除結構，包括適於與處理溶液物理接觸並且相對工件的前面導電錶面提供電勢差的電極。
59.根據權利要求58的設備，進一步包括在邊緣導體材料去除期間給工件的導電錶面提供電學接觸的電學接觸。
全文摘要
公開了一種邊緣清潔系統和方法，其中，溫和的蝕刻溶液(230)的定向流被提供到旋轉工件(100)的邊緣區域，包括前表面邊緣和斜面，同時維持工件與定向流之間的電勢差。一方面，本發明提供了一種邊緣清潔系統，它被安置在用於工件沉積或去除處理的同一處理室中。另一方面，用於邊緣去除的溫和蝕刻溶液還被用來清潔晶片的前表面，或者與邊緣去除工藝同時進行，或者順序進行。
文檔編號H01L21/3063GK1636267SQ02827672
公開日2005年7月6日 申請日期2002年12月23日 優先權日2001年12月21日
發明者布林特·M·巴索 申請人:納託爾公司