用于清洁包含凹口的晶片边缘的方法

用于清洁包含凹口的晶片边缘的方法
【专利摘要】在一种用于去除晶片边缘(包括从所述晶片的所述边缘中的凹口)处的金属的方法中，将水滴到或者以其他方式供应到晶片的面朝上的镀金属的前面上，同时旋转晶片。以一流率将金属蚀刻剂(比如硫酸)提供到晶片的背面上，所述流率是水流率的数倍。所述蚀刻剂在晶片的边缘以及凹口之上流动，并且流动到晶片的前面上的环形边缘上，或者所述蚀刻剂在晶片的边缘处扩散到水中。去除镀在凹口中的金属，即使所述凹口具有大于排除区的宽度的径向深度。可调整水和蚀刻剂的流率，以及转速，以提供静态水膜，其中蚀刻剂扩散到所述水膜的外部边缘内。
【专利说明】用于清洁包含凹口的晶片边缘的方法

【技术领域】
[0001]本发明的领域是用于清洁工件或基板(比如半导体材料晶片)的方法。

【背景技术】
[0002]在处理半导体材料晶片或者类似的基板时，晶片上形成微型装置(比如微电子电路)的面或表面被称为前面或者装置面。另一面被称为晶片的背面或底面。一般说来，通常将一或多个金属层或膜或其他导体层或膜施加到晶片的前面上。在这个工艺期间，金属还可到达晶片边缘上。为了避免下游污染，以及出于其他原因，用蚀刻工艺去除边缘上的金属，以在晶片的前面上形成环形的边缘排除区或区域，所述环形的边缘排除区或区域通常从边缘向内延伸
[0003]通常通过旋转晶片同时将一或多种蚀刻剂和/或其他液体或气体施加到晶片上来执行蚀刻工艺。参看图3和图4，许多晶片20在晶片边缘24中具有凹口 22，凹口 22指示晶片材料的特定晶向。根据SEMI (半导体工业标准)设置凹口的尺寸，凹口具有1.25mm的径向深度。在金属施加步骤期间，金属沉积到凹口上或者凹口中。通常，凹口中的金属必须与排除区中的金属一起去除。这存在工程困难。
[0004]本发明的目的是提供用于从晶片或其他工件的边缘(包括从晶片的边缘中的一或多个凹口)去除镀的金属的方法。


【发明内容】

[0005]本发明一方面提供一种用于处理具有金属镀膜的晶片的方法，包括:将所述晶片放置到处理器中的转子中或转子上；旋转所述晶片；以第一流率将去离子水施加到所述晶片的面朝上的前面上；以第二流率将蚀刻剂施加到所述晶片的面朝下的背面上，其中所述第二流率至少是所述第一流率的五倍，所述蚀刻剂在具有凹口的所述晶片的边缘处扩散到所述水中，并且所述蚀刻剂从所述凹口去除所述金属镀膜。
[0006]如以上所述的方法，其中所述晶片可包括形成在所述晶片的所述前面上的排除区，所述排除区具有1.5_或更小的宽度。
[0007]如以上所述的方法，其中所述第二流率可至少是所述第一流率的20倍。
[0008]如以上所述的方法，其中所述金属镀膜可包括具有至少0.5微米厚度的铜膜，并且所述蚀刻剂可包括硫酸，所述第二流率可超过450毫升/分钟，以及可以500-1200转/分钟的转速旋转所述晶片。
[0009]如以上所述的方法，其中所述晶片可具有300mm的直径，并且所述去离子水可于所述晶片的所述前面上在所述晶片的所述边缘的0.7毫米内形成水膜边界线，并且所述蚀刻剂可围绕所述晶片的所述边缘流动并且流动到所述晶片的所述前面上，在所述前面处所述蚀刻剂接触所述边界线。
[0010]如以上所述的方法，其中所述边缘排除区可具有比1.25mm小的宽度。
[0011]如以上所述的方法，其中所述金属镀膜可在所述晶片上具有均匀厚度。
[0012]如以上所述的方法，其中所述金属镀膜可包括通过湿式接触环电镀到所述晶片上的铜膜。
[0013]如以上所述的方法，其中所述凹口可具有比所述排除区的宽度大的径向深度。
[0014]如以上所述的方法，其中可选择所述第一流率、所述第二流率以及转速，以于所述晶片的所述前面上在所述蚀刻剂与所述水之间产生静态环形边界。
[0015]本发明另一方面提供一种用于处理在晶片边缘处的凹口中具有金属膜的所述晶片的方法，包括:旋转所述晶片；以第一流率将第一液体施加到所述晶片的面朝上的前面上；以第二流率将第二液体施加到所述晶片的面朝下的背面上，其中所述第二液体包括金属蚀刻剂，并且所述第二液体围绕所述晶片的边缘并且在所述凹口之上流动，并且所述第二液体流动到所述晶片的所述前面上的环形外部边缘上，其中所述蚀刻剂从所述凹口去除金属镀膜；以及控制所述第一流率、所述第二流率以及转速，以于所述晶片的所述前面上在所述蚀刻剂与所述第一液体之间产生静态环形边界。
[0016]如以上所述的方法，其中所述第一液体可包括水，并且所述第二流率可以是所述第一流率的5-15倍。
[0017]如以上所述的方法，其中所述凹口中的所述金属膜可具有0.5微米到3微米的厚度。
[0018]如以上所述的方法，其中所述排除区可具有1-1.5mm的宽度。
[0019]本发明再一方面提供一种用于处理在凹口中具有金属镀膜的晶片的方法，包括:执行凹口清洁步骤，所述凹口清洁步骤包括:旋转所述晶片；以第一流率将水施加到所述晶片的面朝上的前面上；以第二流率将蚀刻剂施加到所述晶片的面朝下的背面上，所述第二流率至少是所述第一流率的五倍，其中所述蚀刻剂在所述凹口之上流动并且流到所述晶片的所述前面上，并且所述蚀刻剂从所述凹口去除金属镀膜；以及执行单独的蚀刻工艺以在所述晶片的所述前面上产生边缘排除区，所述边缘排除区具有小于1.5mm的宽度；且其中所述凹口清洁步骤或者所述单独的蚀刻工艺可在另一工艺之前执行。
[0020]如以上所述的方法，其中所述第二流率可至少是所述第一流率的25倍。

【专利附图】

【附图说明】
[0021]图1是现有技术的用于蚀刻晶片的处理器的透视图。
[0022]图2是在图1中图示的处理器的顶视图。
[0023]图3是现有技术的具有凹口的晶片的不意图。
[0024]图4是在图3中图示的凹口的放大图。

【具体实施方式】
[0025]为了最大化来自晶片的产量，在图4中AA处显示的排除区的宽度日益最小化。在过去常常使用2mm的边缘排除区。因为根据工业标准图4中的凹口深度BB是1.25mm,所以随着2_的排除区轻易地实现了从凹口清洁金属，因为在蚀刻工艺期间蚀刻剂将会完全地移动到凹口中和凹口之上。
[0026]目前，排除区AA的宽度可以是仅1.5mm、1.25mm或甚至更小。这表明凹口深度如今可能超过排除区AA的宽度，如图4中所图示的。测试显示当排除区AA的宽度减小时，在蚀刻期间在凹口处去除金属变得更困难。随着1.25mm或更小的特定的排除区AA，当使用已知的蚀刻技术时，可能无法从凹口 22充分地去除或者清洁金属镀膜或金属种晶层。因为金属镀膜比金属种晶层更厚，所以从凹口去除金属镀膜比从凹口去除种晶层难得多。
[0027]如今已经开发出用于从凹口去除或者清洁掉金属的新方法，其中甚至具有1.50mm、1.25mm、1.0mm或更小的排除区。可以通过下列步骤执行所述方法:
[0028]A.将晶片20放置到蚀刻处理器(比如在图1和图2中图示的处理器10)中，其中晶片的装置面或前面26面朝上。
[0029]B.在前面26上形成液体薄膜。可通过将处理器10的去离子(DI)水摆臂18安置在晶片的中心位置之上并将DI水滴到晶片上，同时还旋转晶片20来执行这个步骤。
[0030]C.将蚀刻剂施加到旋转的晶片的(面朝下的)背面。可根据待蚀刻的金属或者其他材料来选择蚀刻剂。例如，包括硫酸、过氧化氢和水的蚀刻剂可用于蚀刻铜。蚀刻剂径向向外移动，以便使蚀刻剂接触晶片的整个周边，包括凹口 22。蚀刻剂还在边缘24之上或者围绕边缘24移动到晶片的顶面26的外部0.3mm到0.7mm周边上，在周边处蚀刻剂接触在步骤B中形成的前面的DI水膜。蚀刻剂扩散到前面的水膜中并蚀刻凹口中的金属膜。这使得能够在蚀刻顶面上的排除区AA之前局部地去除凹口 22处的金属，而不管所述排除区的宽度。通常在单独的蚀刻工艺中产生排除区，可在凹口清洁步骤之前或之后执行所述单独的蚀刻工艺。因此，随着用于形成排除区的单独的排除区形成蚀刻工艺，可特定地设计凹口清洁工艺以用于清洁凹口。
[0031]讨论
[0032]下面的论述是针对300mm直径的晶片。在所描述的方法中，将蚀刻剂仅施加到晶片的面朝下的背面，将DI水施加到前面26。可调整的变量是背侧蚀刻剂流率、晶片转速(RPM)以及前面DI水滴流率。
[0033]滴在前面上的DI水的体积流量可以足够低，以使得DI水膜实质上是静态膜。例如，随着300mm直径的晶片和26毫升/分钟的DI水前面流率，在前面上形成水膜的水的体积(JI X150X150X膜厚度)比每分钟流动的液体体积(在本实例中是26mL)大。因此，水膜可以是实质上静态的，同时蚀刻剂围绕边缘24移动并且移动到顶面上，所述蚀刻剂在顶面上接触水膜的外部边缘。在蚀刻剂与水膜之间的静态边界处，蚀刻剂扩散到水膜的外部圆周边缘内。
[0034]正面DI水流率可在从10-60毫升/分钟或者20_40毫升/分钟的范围内。施加到背面(通常在晶片背面的中心处)的蚀刻剂的流率是前面DI水的流率的至少五倍、十倍、二十倍或四十倍。
[0035]可调整或平衡DI水和蚀刻剂的流率，以及转速，以于晶片的前面上在蚀刻剂与水之间提供静态环形边界。也就是说，在工艺期间蚀刻剂与水邻接的圆周可以是固定的并且不会径向地向内或者向外移动。
[0036]在以上描述的工艺的改良方案中，可通过蚀刻从凹口去除金属，并且可从形成在晶片的前面26上的排除区AA去除金属，而无需使用任何前面DI水滴。然而，这可能会导致凹口处过度的和不规则的向内蚀刻出口(etch egress)。如果这个蚀刻出口在特定应用中是容许的，那么可在没有前面DI水滴的情况下执行所述工艺，例如使用450-850毫升/分钟或者550-750毫升/分钟的硫酸标准稀释液的背侧蚀刻剂流率，以及900-1300转/分钟或者1000-1200转/分钟的晶片转速。或者，蚀刻剂流率可被减小到300毫升/分钟或者350毫升/分钟，并且转速可被减小到400-600转/分钟，同样不需要向前面26上施加DI水或者其他流体。
[0037]在使用前面DI水滴的情况中，可使用10-60毫升/分钟或者20_30毫升/分钟或者24-28毫升/分钟的DI水流率，背面蚀刻剂流率按比例地增大到至少5倍或者10倍，以及更典型地增大到20倍、30倍或者40倍，并且晶片旋转速度为300-1100转/分钟或者400-1000转/分钟。使用下列参数的测试结果已表明从凹口完全地去除金属:
[0038]1.650毫升/分钟的背面蚀刻剂流率；零的前面DI水滴速率，以及1100转/分钟的转速。
[0039]2.650晕升/分钟的背面蚀刻剂流率；26晕升/分钟的前面DI水滴速率，以及500
转/分钟的转速。
[0040]3.525毫升/分钟的背面蚀刻剂流率；26毫升/分钟的前面DI水滴速率，以及500转/分钟的转速。
[0041]4.350毫升/分钟的背面蚀刻剂流率；零的前面DI水滴速率，以及500转/分钟的转速。在这些测试中，已通过小于60秒(通常是约5-10秒或者5-20秒内)的蚀刻从凹口去除镀的铜。
[0042]测试结果还表明使用350毫升/分钟的背面蚀刻剂流率；26毫升/分钟的前面DI水滴速率以及1100转/分钟的转速无法从凹口去除金属。
[0043]前面的DI水滴帮助防止不慎向排除区AA的内侧蚀刻金属膜。
[0044]所描述的方法用于使用湿式-接触环技术镀的晶片，其中相对厚的金属膜被镀在晶片的整个顶表面26之上以及凹口中。这些类型的晶片可在凹口上具有厚度为0.5微米到3微米或更厚的金属膜，因为在晶片边缘处镀层厚度没有减小(与用密封接触环镀的晶片相反——在使用密封接触环的情况中在凹口中仅有具有例如0.1微米或更小厚度的种晶层)。
[0045]如在这里所使用的，金属镀膜表示通过电化学方法或者无电(electro less)方法镀到晶片上的金属膜，而非使用其他技术施加到晶片上的种晶层。
【权利要求】
1.一种用于处理具有金属镀膜的晶片的方法，包括: 将所述晶片放置到处理器中的转子中或转子上； 旋转所述晶片； 以第一流率将去离子水施加到所述晶片的面朝上的前面上； 以第二流率将蚀刻剂施加到所述晶片的面朝下的背面上，其中所述第二流率至少是所述第一流率的五倍，所述蚀刻剂在具有凹口的所述晶片的边缘处扩散到所述水中，并且所述蚀刻剂从所述凹口去除所述金属镀膜。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述晶片包括形成在所述晶片的所述前面上的排除区，所述排除区具有1.5_或更小的宽度。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第二流率至少是所述第一流率的20倍。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述金属镀膜包括具有至少0.5微米厚度的铜膜，并且所述蚀刻剂包括硫酸，所述第二流率超过450毫升/分钟，以及以500-1200转/分钟的转速旋转所述晶片。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述晶片具有300mm的直径，并且所述去离子水于所述晶片的所述前面上在所述晶片的所述边缘的0.7毫米内形成水膜边界线，并且所述蚀刻剂围绕所述晶片的所述边缘流动并且流动到所述晶片的所述前面上，在所述前面处所述蚀刻剂接触所述边界线。
6.如权利要求2所述的方法，其中所述边缘排除区具有比1.25mm小的宽度。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述金属镀膜在所述晶片上具有均匀厚度。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述金属镀膜包括通过湿式接触环电镀到所述晶片上的铜膜。
9.如权利要求2所述的方法，其中所述凹口具有比所述排除区的宽度大的径向深度。
10.如权利要求1所述的方法，其中选择所述第一流率、所述第二流率以及转速，以于所述晶片的所述前面上在所述蚀刻剂与所述水之间产生静态环形边界。
11.一种用于处理在晶片边缘处的凹口中具有金属膜的所述晶片的方法，包括: 旋转所述晶片； 以第一流率将第一液体施加到所述晶片的面朝上的前面上； 以第二流率将第二液体施加到所述晶片的面朝下的背面上，其中所述第二液体包括金属蚀刻剂，并且所述第二液体围绕所述晶片的边缘并且在所述凹口之上流动，并且所述第二液体流动到所述晶片的所述前面上的环形外部边缘上，其中所述蚀刻剂从所述凹口去除金属镀膜；以及 控制所述第一流率、所述第二流率以及转速，以于所述晶片的所述前面上在所述蚀刻剂与所述第一液体之间产生静态环形边界。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述第一液体包括水，并且所述第二流率是所述第一流率的5-15倍。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述凹口中的所述金属膜具有0.5微米到3微米的厚度。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述排除区具有1-1.5mm的宽度。
15.一种用于处理在凹口中具有金属镀膜的晶片的方法，包括: 执行凹口清洁步骤，所述凹口清洁步骤包括:旋转所述晶片；以第一流率将水施加到所述晶片的面朝上的前面上；以第二流率将蚀刻剂施加到所述晶片的面朝下的背面上，所述第二流率至少是所述第一流率的五倍，其中所述蚀刻剂在所述凹口之上流动并且流到所述晶片的所述前面上，并且所述蚀刻剂从所述凹口去除金属镀膜；以及 执行单独的蚀刻工艺以在所述晶片的所述前面上产生边缘排除区，所述边缘排除区具有小于1.5mm的宽度；且其中所述凹口清洁步骤或者所述单独的蚀刻工艺可在另一工艺之前执行。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述第二流率至少是所述第一流率的25倍。
【文档编号】H01L21/02GK104377115SQ201410400325
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2013年8月14日
【发明者】凯尔·M·汉森, 乔·E·彼得森 申请人:应用材料公司