DE69926127T2

DE69926127T2 - Selektive behandlung der oberfläche eines mikroelektronischen werkstücks

Info

Publication number: DE69926127T2
Application number: DE69926127T
Authority: DE
Inventors: Brian Aegerter; T. Curt DUNDAS; Michael Jolley; L. Tom RITZDORE; L. Gary CURTIS
Original assignee: Semitool Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2019-03-16
Also published as: CN100342487C; EP1085948A4; DE69926127D1; EP1091811B8; JP2002506294A; TW452828B; ATE255962T1; TW471059B; EP1085948A1; EP1085948B1; KR20010052209A; ATE299402T1; JP2003517364A; WO1999046065A1; DE69913521D1; KR100555258B1; JP4189125B2; DE69913521T2; EP1091811B1; WO1999046064A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung betrifft das Bearbeiten eines Siliziumwafers zum Entfernen eines dünnen Films, wie beispielsweise eines Kupferfilms, von Bereichen auf dem Siliziumwafer.
Die Herstellung eines mikroelektronischen Schaltkreises und/oder Bauelements aus einem Substrat erfordert üblicherweise eine beträchtliche Anzahl von Prozessen. Viele dieser Prozesse erfordern das Aufbringen eines dünnen Films auf die Oberfläche des Werkstücks, gefolgt von einem in Kontakt bringen mit einer Bearbeitungs-Flüssigkeit, -Dampf oder -Gas. Bei einem bekannten Verfahren zum Bearbeiten eines mikroelektronischen Werkstücks, wie beispielsweise einem Siliziumwafer, auf welchem mikroelektronische Bauelemente ausgebildet wurden und welches eine vordere, Bauelementseite, eine rückwärtige, Nicht-Bauelementseite und einen Außenumfang aufweist, werden nacheinander Dünnfilmschichten aufgebracht und ätztbearbeitet, so dass beispielsweise eine Metallverbindungsstruktur ausgebildet wird. Bei einem üblichen Metallisierungsprozess wird eine Sperrschicht über einer dielektrischen Schicht auf die Vorderseite des Werkstücks aufgebracht. In Abhängigkeit von dem speziell zum Ausbilden der Verbindungsstrukturen verwendeten Verfahren kann die dielektrische Schicht ein Muster von ausgesparten Mikrostrukturen aufweisen, die die unterschiedlichen Verbindungspfade definieren. Ein dünner Metallfilm, wie beispielsweise ein Kupferfilm, wird außen auf die Sperrschicht aufgebracht. In den meisten Fällen dient der dünne Film als eine initiale, dotierte Schicht für nachfolgendes Aufgalvanisieren einer zusätzlichen Metallschicht, wie beispielsweise einer zusätzlichen Kupferschicht. Infolge der Herstellungsbeschränkungen wird der dünne Film nicht auf einen äußeren, peripheren Seitenrand der Vorderseite aufgebracht.
Bekannte Techniken, wie beispielsweise die physikalische Abscheidung aus der Gasphase (Sputtern) oder die chemische Abscheidung aus der Gasphase, werden üblicherweise zum Aufbringen der Sperrschicht und des dünnen Films verwendet. In Fällen, in denen eine zusätzliche Metallschicht außen auf den dünnen Film aufzugalvanisieren ist, werden zum Bereitstellen von Galvanisierungsstrom ein oder mehrere elektrische Kontakte an einem äußerem Seitenrand des dünnen Films angeschlossen.
Der außerhalb der Innengrenze des äußeren Seitenrandes des dünnen Films befindliche Flächenbereich der Vorderseite ist nicht zum Ausbilden der mikroelektronischen Bauelemente verfügbar, da die derzeitigen Herstellungsverfahren das Ausmaß begrenzen, bis zu welchem Bauelementstrukturen auf dem äußeren Seitenrand ausgebildet werden können. Es wäre höchst wünschenswert und würde in einer erhöhten Ausbeute resultieren, wenn mehr des Flächenbereichs außerhalb der vorhandenen Grenzen des äußeren Seitenrandes des dünnen Films zum Ausbilden von Verbindungsstrukturen verfügbar wäre.
Bei dem oben erörterten, bekannten Verfahren und bei anderen Verfahren kann an der Rückseite des Werkstücks eine Kontamination durch Kupfer, andere Metalle oder andere Kontaminationsstoffe auftreten. Obwohl Kupfer und andere Metalle dazu tendieren, schnell durch Silizium oder Siliziumdioxid hindurch zu diffundieren, ist die Rückseite im Allgemeinen nicht mit Sperrschichten versehen, die in der Lage sind, zu verhindern, dass Kupfer, andere Metalle oder andere Kontaminationsstoffe durch den Siliziumwafer hindurch zur Vorderseite hin diffundieren, an welcher solch eine Kontamination sehr nachteilig für die Bauelementleistung sein kann.
Solch eine Kontamination kann aus einem Overspray oder anderen Bearbeitungsnebenprodukten oder aus einer Kreuzkontamination über Produktionswerkzeuge resultieren. Solche eine Kontamination kann sowohl am Außenumfang eines Siliziumwafers als auch an dessen Rückseite auftreten. Wenn nicht entfernt, kann solch eine Kontamination über Produktionswerkzeuge zu einer Kreuzkontamination von anderen Wafern führen. Solch eine Kontamination kann sehr schwer zu entfernen sein, insbesondere wenn der Kontaminationsstoff eine stabile Siliziumverbindung gebildet hat. Es wäre höchst wünschenswert, wenn solch eine Kontamination in kontrollierter Weise ohne nachteilige Beeinflussung der Vorderseite des Werkstücks leicht entfernt werden könnte.
US 5 474 807 beschreibt das Aufbringen eines Lösungsmittels auf ein beschichtetes Substrat zum Auflösen der Beschichtung an einem Umfangs-, einem Seiten-, und einem Rückseitenabschnitt des Substrats. Infolge der Oberflächenspannung bewegt sich das Lösungsmittel nicht zu einem Mittenbereich des Substrats hin.
US 4 732 785 bringt während eines Rückwaschschrittes ein Lösungsmittel auf ein rotierendes Substrat auf. Nachfolgende Bearbeitungen bei geringeren Drehzahlen werden verwendet zum Entfernen oder Reduzieren einer Randwulst.
JP 08 279 494 beschreibt ein Verfahren zum Entfernen unerwünschter Substanzen von einem Umfangsbereich eines Substrats. Ein Aktivierungsgas strömt über einen Umfangsbereich und wird mittels eines Entlüfters entfernt, wodurch verhindert wird, dass das Aktivierungsgas zu dem Mittenbereich des Substrats hin entweicht.
DE 4 202 194 , die die Basis für den Oberbegriff des Anspruchs 1 ist, beschreibt ein partielles Entfernen einer dünnen Schicht von einem Substrat mittels Rotieren des Substrats und Aufbringen eines Lösungsmittels oder eines Ätzmittels auf den Randbereich. Die Oberfläche ist teilweise von einer gemusterten Maske abgedeckt, welcher einen Fluss des Lösungsmittels durch Kapillarwirkung verhindert.
EP 1 037 261 beschreibt ein Ätzverfahren und ein Reinigungsverfahren, wobei eine Randdüse eine Flüssigkeit in Richtung zu einem peripheren Flächenbereich des Wafers hin ausgibt, um unnötiges Material zu entfernen. Zusätzlich kann eine Flächendüse vorgesehen sein zum Ausgeben einer Schutzflüssigkeit in Richtung einer Flächenmitte des Wafers zum Schützen der Mitte vor der Ätz/Reinigungs-Flüssigkeit.
EP 0 924 754 beschreibt ein Niedertemperaturverfahren für eine CVD-Kupferentfernung, bei dem empfindliche Bereiche des Wafers, wenn ein Kupferätzmittel aufgebracht wird, mittels eines Wassersprühnebels geschützt werden.
US 4 439 243 beschreibt ein Verfahren zum Entfernen von Material am Außenrand eines Gegenstandes mittels in Kontakt bringen und Bewegen des Lösungsmittels auf dem Rand durch Zentrifugalkraft. Die Zentrifugalkraft bewirkt, dass sich das Lösungsmittel auf dem Rand des Gegenstandes nach außen bewegt.
US 4 439 244 beschreibt ein ähnliches Verfahrens mit einem Aufbringen eines Fluids oder eines Lösungsmittels auf einen Gegenstand bei Bewegen des Lösungsmittels auf dem Rand des Gegenstandes durch Zentrifugalkraft.
US 4 838 289 beschreibt ebenfalls ein ähnliches Verfahren, wobei ein Lösungsmittel auf einen Gegenstand aufgebracht wird bei Bewegen des Lösungsmittels auf dem Rand durch Zentrifugalkraft.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Erfindung stellt ein Verfahren zum besseren Bearbeiten eines Werkstücks bereit, das eine Vorderseite, eine Rückseite und einen Außenumfang aufweist. Werkstück ist als ein Gegenstand definiert, der wenigstens ein Substrat aufweist und der zusätzliche Schichten von Material oder hergestellten Komponenten, wie beispielsweise eine oder mehrere Metallflächen, aufweisen kann, die auf dem Substrat angeordnet sind. Gemäß dem Verfahren wird ein Bearbeitungsfluid selektiv aufgebracht oder von einem äußeren, peripheren Seitenrand von wenigstens einer von der Vorderseite oder der Rückseite des Werkstücks ferngehalten. Ein Fernhalten und/oder ein Aufbringen des Bearbeitungsfluids findet statt durch Aufbringen von einem oder mehreren Bearbeitungsfluiden auf das Werkstück, wenn sich das Werkstück und ein zugehöriger Reaktor um eine Rotationsachse drehen, die im Wesentlichen parallel (oder antiparallel) zu dem Vektor ist, der die bearbeitete Werkstückfläche definiert. Der Volumenstrom des einen oder der mehreren Bearbeitungsfluide, der Fluiddruck und/oder die Drehzahl werden verwendet zum Steuern des Ausmaßes, bis zu welchem das Bearbeitungsfluid selektiv auf den äußeren, peripheren Seitenrand aufgebracht oder davon ferngehalten wird.
Gemäß einer Ausführungsform des offenbarten Verfahrens wird ein dünner Film auf die Vorderseite und auf wenigstens einen Teil des Außenumfangs aufgebracht. Normalerweise wird eine Sperrschicht auf die Vorderseite und auf wenigstens einen Teil des Außenumfangs aufgebracht, woraufhin ein zusätzlicher dünner Film, wie beispielsweise eine elektrisch leitfähige, dotierte Schicht, auf die Sperrschicht aufgebracht wird.
Nach einem oder mehreren zusätzlichen Zwischenschritten, wie beispielsweise Aufgalvanisieren einer Metallschicht auf die elektrisch leitfähige, dotierte Schicht, wird bewirkt, dass ein Ätzmittel, dass eine oder mehrere der Dünnfilmschichten entfernen kann, über einen äußeren Seitenrand der Vorderseite hinweg fließt, wobei verhindert wird, dass das Ätzmittel über die Vorderseite, abgesehen vom äußeren Seitenrand, hinweg fließt. Folglich kontaktiert das Ätzmittel nur den äußeren Seitenrand der Vorderseite und entfernt dadurch selektiv nur die eine oder die mehreren Dünnfilmschichten vom äußeren Seitenrand der Vorderseite. Wenn außerdem bewirkt wird, dass das Ätzmittel über die Rückseite und über den Außenumfang sowie über den äußeren Seitenrand der Vorderseite hinweg fließt, werden die eine oder die mehreren Dünnfilmschichten vom Außenumfang entfernt und wird jeglicher Kontaminationsstoff, den das Ätzmittel entfernen kann, auch von der Rückseite abgelöst.
Anstatt eines Ätzmittels kann bei einigen Anwendungen eine Reinigungschemikalie verwendet werden zum Entfernen oder Auflösen der wie oben beschriebenen einen oder mehreren Dünnfilmschichten.
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung deutlich.
Kurzbeschreibung der Figuren
1A, 1B, 1C und 1D sind fragmentarische Querschnittsansichten eines mikroelektronischen Werkstücks, wie beispielsweise eines Siliziumwafers, in unterschiedlichen Stufen einer bekannten Abfolge von Bearbeitungsschritten gemäß dem Stand der Technik.
2A, 2B, 2C und 2D sind fragmentarische Querschnittsansichten eines mikroelektronischen Werkstücks, wie beispielsweise eines Siliziumwafers, in unterschiedlichen Stufen einer neuen Abfolge von Bearbeitungsschritten gemäß dieser Erfindung.
3 und 4 zeigen eine Ausführungsform eines Reaktors, der zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann.
Detaillierte Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung
Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren Eignung für jegliches Verfahren aufweist, bei dem ein Bearbeitungsfluid selektiv auf einem äußeren Seitenrand eines Werkstücks aufgebracht wird oder davon ferngehalten wird, wird die Erfindung in Verbindung mit einer Abfolge von Bearbeitungsschritten zum Aufbringen von einer oder mehreren Metallschichten oder Metallstrukturen auf dem Werkstück beschrieben. Die bekannte Abfolge von Bearbeitungsschritten gemäß dem Stand der Technik beginnt mit einem Siliziumwafer 10, auf welchem mikroelektronische Bauelemente (nicht gezeigt) ausgebildet wurden. Wie in 1A gezeigt, weist der Wafer 10 eine vordere, Bauelementseite 12, eine rückwärtige, Nicht-Bauelementseite 14 und einen abgefasten Außenumfang 16 auf. Mittels physikalischer Abscheidung aus der Gasphase (Sputtern) oder chemischer Abscheidung aus der Gasphase wird eine Sperrschicht 20 auf die Vorderseite 12 und auf einen oberen Abschnitt 18 des Außenumfangs 16 aufgebracht. Eine Dünnfilm-Dotierschicht, wie beispielsweise ein Kupferfilm 30, wird auf die Sperrschicht 20 aufgebracht.
Üblicherweise wird die dotierte Schicht 30 nur innerhalb der Grenzen eines äußeren Seitenrandes 22 der Sperrschicht 20 aufgebracht, wie in 1B gezeigt. An einem äußeren Rand 32 des Kupferfilms 30 werden ein oder mehrere elektrische Kontakte 40, die zum Versorgen der dotierten Schicht mit Galvanisierungsstrom verwendet werden, in elektrischen Kontakt mit dem Kupferfilm 30 gebracht, wie in 1C gezeigt.
Nachdem der eine oder die mehreren elektrischen Kontakte 40 an den Dotierschicht-Kupferfilm 30 angeschlossen wurden, wird eine zusätzliche Kupferschicht 50, aus welcher Verbindungsstrukturen und/oder Metallbauelemente hergestellt werden, auf den Wafer 110 aufgalvanisiert, wie in 1C gezeigt. Der/die elektrischen Kontakt(e) 40 werden dann entfernt, so dass die resultierende Mehrfilm-Struktur geschaffen ist, die in 1D allgemein mit 60 gezeigt ist. Hinter der inneren Grenze 34 des äußeren Seitenrandes 32 der Kupferschicht 50 ist ein ringförmiger Bereich 62 der Vorderseite 12 nicht zum Herstellen solcher Verbindungsstrukturen oder Metallbauelemente verfügbar.
Die neue Abfolge von Bearbeitungsschritten gemäß der Erfindung beginnt mit einem Siliziumwafer 110, welcher gleich dem Siliziumwafer 10 vor der Bearbeitung ist und auf welchem mikroelektronische Bauelemente (nicht gezeigt) ausgebildet wurden und welcher eine vordere, Bauelementseite 112, eine rückwärtige, Nicht-Bauelementseite 114 und einen abgefasten Außenumfang 116 aufweist, wie in 2A gezeigt. Mittels Schichtabscheidung aus der Dampfphase (Sputtern) oder Schichtabscheidung aus der Gasphase wird eine Sperrschicht 120 auf die Vorderseite 112 und auf einen oberen Abschnitt 118 des Außenumfangs 116 aufgebracht, und eine dünne, dotierte Schicht, wie beispielsweise ein Kupferfilm 130, wird ohne Ausschließen eines peripheren, äußeren Seitenrandes auf die gesamte Sperrschicht 120 aufgebracht, um die Sperrschicht 120, wo sie auf die Vorderseite 112 und auf den oberen Abschnitt 118 des Außenumfangs 116 aufgebracht ist, abzudecken, wie in 1B gezeigt. An einem äußeren Rand 132 der Kupfer-Dotierschicht 130 werden ein oder mehrere elektrische Kontakte 140, die beim Galvanisieren verwendet werden, angeschlossen, um den Kupferfilm 130 mit Galvanisierungsstrom zu versorgen, wie in 2C gezeigt.
Wie gezeigt, ist der äußere Rand 132, an welchem zum Zuführen von Galvanisierungsstrom Kontakt hergestellt werden kann, dargestellt in 2C, beträchtlich näher am peripheren Rand als beim wie in 1C dargestellten Verfahren.
Ein zusätzlicher Kupferfilm 150, aus welchem Metallverbindungselemente und/oder mikroelektronische Bauelemente hergestellt werden, wird dann unter Verwendung eines elektrochemischen Abscheidungsprozesses aufgebracht. Wie in 2C gezeigt, wird der zusätzliche Kupferfilm 150 innerhalb des äußeren Seitenrandes 132 des Kupferfilms 130 aufgebracht. Der elektrische Kontakt 140 wird dann unter Zurücklassen der resultierenden Mehrschicht-Struktur entfernt, die in 2D allgemein mit 160 gezeigt ist. Metallbauelemente (nicht gezeigt) und/oder Verbindungselemente werden mittels bekannter Techniken aus der resultierenden Struktur 160 ausgebildet. Nachdem die Kupferschicht 150 aufgebracht wurde, können die dotierte Schicht 130, der Film 150 und/oder die Sperrschicht 120 vom äußeren Seitenrand 132 und, wenn gewünscht, vom peripheren Rand 116 des Werkstücks 110 entfernt werden. Ein Entfernen von zumindest der Schicht 130 vom äußeren Seitenrand hilft Filmablöse- und Kreuzkontaminations-Probleme zu verhindern, die während einer nachfolgenden Werkstückbearbeitung auftreten können.
Gemäß dem Verfahren wird das Bearbeitungsfluid selektiv auf den äußeren, peripheren Seitenrand von zumindest der Vorderseite des Werkstücks aufgebracht. Ein Fernhalten und/oder ein Aufbringen des Bearbeitungsfluids findet statt durch Aufbringen von einem oder mehreren Bearbeitungsfluiden auf das Werkstück, wenn sich das Werkstück und ein zugehöriger Reaktor um eine Rotationsachse drehen, die im Wesentlichen parallel (oder antiparallel) zu dem Vektor ist, der die bearbeitete Werkstückfläche definiert. Der Volumenstrom des einen oder der mehreren Bearbeitungsfluide, der Fluiddruck und/oder die Drehzahl werden zum Steuern des Ausmaßes verwendet, bis zu welchem das Bearbeitungsfluid selektiv auf den äußeren, peripheren Seitenrand aufgebracht wird.
Ein zum Ausführen des zuvor genannten Entfernungsverfahrens geeigneter Reaktor kann im Wesentlichen ein oberes Element und ein unteres Element aufweisen, die eine obere Kammer und eine untere Kammer in Bezug auf das darin enthaltene Werkstück definieren. Ein mittig angeordneter Einlass ist an jeder von der oberen Kammer und der unteren Kammer vorgesehen zum Zuführen von einem oder mehreren Bearbeitungsfluiden. Fluidauslässe sind an peripheren Abschnitten der Kammern angeordnet und sind so angepasst, dass sie das Fernhalten eines Bearbeitungsfluids vom äußeren Seitenrand des Werkstücks unterstützen, während sie das Aufbringen eines Ätzmittels darauf ermöglichen. Die obere Kammer und die untere Kammer werden gemeinsam rotiert, um ein Bearbeitungsfluid in der oberen Kammer mittels Zentripetalbeschleunigung über eine Oberseite des Werkstücks hinweg zu verteilen und um ein Bearbeitungsfluid in der unteren Kammer mittels Zentripetalbeschleunigung über eine Unterseite des Werkstücks hinweg zu verteilen. In Abhängigkeit von den durchgeführten Prozessen können jedoch die Bearbeitungsfluide in der oberen Kammer und der unteren Kammer das gleiche Fluid oder unterschiedliche Fluide sein.
Ferner könnte das Bearbeitungsfluid anstatt auf der Rotation des Werkstücks basierend auch selektiv mittels Pumpen befördert werden.
Mittels Steuerns der jeweiligen Drücke der in die jeweiligen Kammern eindringenden Bearbeitungsfluide und der Drehzahl der rotierenden Kammern ist es möglich, den Reaktor so zu steuern, dass bewirkt wird, dass das Bearbeitungsfluid in den Einlass der unteren Kammer eindringt und über die in der Nähe befindliche Seite des Wafers, über den Außenumfang des Werkstücks und über einen äußeren Seitenrand der entfernten Seite des Werkstücks fließt und dass verhindert wird, dass dasselbe Bearbeitungsfluid über die entfernte Seite hinweg, abgesehen vom äußeren Seitenrand, fließt. Das Steuern der Fluiddrücke kann beispielsweise durch Verwenden einer Flüssigkeitspumpe oder eines Druckreglers für eine Druckgasquelle erreicht werden.
Das durch diese Erfindung bereitgestellte Verfahren kann vorteilhaft in einem Reaktor durchgeführt werden, der in einer Patentanmeldung dargestellt und beschrieben ist, die die Semitool, Inc. als Gesamtrechtsnachfolger hat (Anwaltsakte Nr. SEM4492P0043US). Diese Anmeldung hat den Titel „Reaktor zum Bearbeiten eines Siliziumwafers in einer Mikro-Umgebung".
Wie in den 3 und 4 gezeigt, stellt ein Reaktor 1100 zum Bearbeiten eines mikroelektronischen Werkstücks, wie beispielsweise eines Siliziumwafers 1010 mit einer Oberseite 1012, einer Unterseite 1014 und einem kreisförmigen Außenumfang 1016, in einer Mikro-Umgebung eine bevorzugte Plattform zum Durchführen des Verfahrens dieser Erfindung dar. Für bestimmte Anwendungen ist die Oberseite 1012 die Vorderseite, welche ansonsten die Bauelementsseite genannt werden kann, und ist die Unterseite 1014 die Rückseite, welche ansonsten die Nicht-Bauelementseite genannt werden kann. Jedoch ist der Siliziumwafer 1010 für andere Anwendungen umgedreht.
Außer wie hierin offenbart, ist der Reaktor 1100 im Wesentlichen gleich den Reaktoren, die in der US-Amerikanischen Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 09/113,435 dargestellt und beschrieben sind. Jedoch ist, wie in den Figuren gezeigt und hierin beschrieben, der Reaktor 1100 so verbessert, dass er vielseitiger beim Durchführen ausgewählter, mikroelektronischer Herstellungsverfahren ist.
Der Reaktor 1100 hat ein oberes Kammerelement, das eine obere Kammerwand 1120 aufweist, und ein unteres Kammerelement, das eine untere Kammerwand 1140 aufweist. Diese Wände 1120, 1140 sind so angeordnet, dass sie sich so öffnen, dass ein Wafer 1010 zur Bearbeitung mittels eines Lade- und Entlademechanismus (nicht gezeigt), der beispielsweise in Form eines Roboters mit einem Wirkorgan sein kann, in den Reaktor 1100 geladen werden kann. Diese Wände 1120, 1140 sind so angeordnet, dass sie sich so schließen, dass zwischen diesen Wänden 1120, 1140 eine Kapsel 1160 definiert wird, die einen Wafer in einer Bearbeitungsposition abstützt.
Der Reaktor 1010, welcher eine Vertikalachse A definiert, weist einen Kopf 1200 auf, der einen Rotor 1210 enthält, welcher die obere Kammerwand 1120 hält, und der einen Motor 1220 hält zum Drehen des Rotors 1210 und, wenn geschlossen, der oberen Kammerwand 1120 und der unteren Kammerwand 1140 um die Vertikalachse A gemeinsam mit einem in der Bearbeitungsposition abgestützten Wafer 1010. Der Kopf 1200 ist so eingerichtet, dass er zum Öffnen dieser Wände 1120, 1140 anhebbar und zum Schließen dieser Wände 1120, 1140 absenkbar ist.
Die obere Kammerwand 1120 weist einen Einlass 1122 für Bearbeitungsfluide auf, welche flüssig, dampfförmig oder gasförmig sein können, und die untere Kammerwand 1140 weist einen Einlass 1142 für solche Fluide auf, welche für eine vorgegebene Anwendung gleiche Fluide oder unterschiedliche Fluide sein können. Der Kopf 1200 hält eine obere Düse 1210, welche sich axial durch die Hülse 1222 hindurch erstreckt, so dass sie nicht die Rotation der Hülse 1222 beeinträchtigt. Die obere Düse 1210 leitet Ströme von Bearbeitungsfluiden durch den Einlass 1122 der oberen Kammerwand 1120 hindurch nach unten.
Die obere Kammerwand 1120 weist eine Anordnung von ähnlichen Auslässen 1124 auf, welche in ähnlicher Weise mit gleichmäßigen Winkelabständen um die Vertikalachse A herum angeordnet sind. In der offenbarten Ausführungsform sind sechsunddreißig solcher Auslässe 1124 vorgesehen. Jeder Auslass 1124 ist von der Vertikalachse A nach außen hin in einem relativ größeren Radialabstand angeordnet und ist vom Außenumfang 1016 des Wafers 1010, der in der Bearbeitungsposition abgestützt ist, nach innen hin in einem relativ kleineren Radialabstand angeordnet, wie beispielsweise einem Abstand von annähernd 1,5 Millimeter.
Wenn die obere Kammerwand 1120 und die untere Kammerwand 1140 geschlossen sind, bilden sie einen Mikro-Umgebungs-Reaktor 1160 mit einer oberen Bearbeitungskammer 1126, die von der oberen Kammerwand 1120 und von einer ersten, im Wesentlichen ebenen Fläche des abgestützten Wafers 1010 definiert ist, und einer unteren Bearbeitungskammer 1146, die von der unteren Kammerwand 1140 und einer zweiten, im Wesentlichen ebenen Fläche des abgestützten Wafers definiert ist, die der ersten Seite abgewandt ist. Die obere Bearbeitungskammer 1126 und die untere Bearbeitungskammer 1146 stehen in einem außerhalb des Außenumfangs des abgestützten Wafers 1010 befindlichen, ringförmigen Bereich 1130 miteinander in Fluidverbindung und sind mittels einer zusammendrückbaren Ringdichtung (z.B. eines O-Rings) 1132 abgedichtet, die einen unteren Abschnitt des ringförmigen Bereichs 1130 begrenzt. Die Dichtung 1132 ermöglicht, dass in den unteren Einlass 1142 eindringende Bearbeitungsfluide unter so ausreichendem Druck verbleiben, dass sie in Richtung zu den Auslässen 1124 fließen.
Wenn mit den Reaktoren des Typs verglichen, die in der oben erwähnten Patentanmeldung offenbart sind, ist der Reaktor 1100 insbesondere zum Durchführen einer Reihe von spezifischen Mikroherstellungsverfahren geeignet. Beispielsweise ist der Reaktor 1100 insbesondere geeignet zum Durchführen eines Verfahrens, wie beispielsweise dem hierin erläuterten, das einen vollständigen Kontakt eines Bearbeitungsfluids an einer ersten Seite eines Werkstücks und an lediglich einem peripheren Seitenrandabschnitt von dessen zweiter Seite erfordert. Solche Verfahren können realisiert werden, da in den Einlass 1142 der unteren Kammerwand 1140 eindringende Bearbeitungsfluide an der Unterseite 1114 eines abgestützten Wafers 1010, am Außenumfang 1016 des abgestützten Wafers 1010 und an einem äußeren Seitenrand 1018 der Oberseite 1012 des abgestützten Wafers 10 wirken können, bevor sie die Auslässe 1124 erreichen, und da in den Einlass 1122 der oberen Kammerwand 1120 eindringende Bearbeitungsfluide an der Oberseite 1012 des abgestützten Wafers 1010, abgesehen vom äußeren Seitenrand 1018 der Oberseite 1012, wirken können, bevor sie die Auslässe 1124 erreichen.
Wenn der im obigen erläuterte und beschriebene Reaktor eingesetzt wird zum Durchführen des von dieser Erfindung bereitgestellten Verfahrens zum Bearbeiten eines Siliziumwafers mit einer vorderen, Bauelementseite, einer rückwärtigen, Nicht-Bauelementseite und einem Außenumfang, um einen dünnen Film, wie beispielsweise einem Kupferfilm, zu entfernen, wird der Siliziumwafer mit seiner Rückseite die Unterseite bildend in dem Reaktor platziert. Ein Ätzmittel, das das Kupfer entfernen kann, wird als das Bearbeitungsfluid verwendet. Das Ätzmittel wird mittels einer Pumpe der unteren Kammer zugeführt, und Inertgas wird als das in die untere Kammer eindringende Bearbeitungsfluid verwendet. Es wird bewirkt, dass das Ätzmittel über die Rückseite, über einen Außenumfang des Siliziumwafers und über einen äußeren Seitenrand der Vorderseite fließt, jedoch wird verhindert, dass es über die Vorderseite hinweg, abgesehen vom äußeren Seitenrand, fließt. Danach entfernt das Ätzmittel den dünnen Film und jegliches restliches Ätzmittel wird weggespült, wie mit deionisiertem Wasser.
Das Bearbeitungsfluid kann eine Mischung aus einer Säure und einem Oxidationsmittel sein.
Wenn der dünne Film ein Metallfilm ist, wie beispielsweise ein Kupferfilm, ist ein bevorzugtes Ätzmittel eine Mischung aus Fluorwasserstoffsäure und Wasserstoffperoxid als einen Oxidationsmittel, und am besten 0,5% Fluorwasserstoffsäure und 10% Wasserstoffperoxid des Volumens, wobei der Rest deionisiertes Wasser ist. Eine alternative Reagenz ist annähernd 10% Schwefelsäure, obwohl stattdessen andere Konzentrationen von Schwefelsäure von annähernd 5% bis annähernd 98% zusammen mit annähernd 0% bis 20% eines Oxidationsmittels verwendet werden können zum Entfernen eines Metallfilms, wie beispielsweise eines Kupferfilms.
Das Bearbeitungsfluid kann auch eine Mischung aus Schwefelsäure und Ammoniumpersulfat sein.
Andere alternative Ätzmittel, die stattdessen zum Entfernen eines Metallfilms, wie beispielsweise eines Kupfersfilms, verwendet werden können, weisen Mischungen von Fluorwasserstoffsäure und einem Tensid, Mischungen von Fluorwasserstoffsäure und Chlorwasserstoffsäure, Mischungen von Stickstoffsäure und Fluorwasserstoffsäure sowie EKC 5000 auf, welche eine proprietäre Chemikalie ist, die kommerziell von EKC aus Hayward, Kalifornien verfügbar ist.
Wenn die in 2D dargestellte, resultierende Struktur 160 mit der in 1D dargestellten, resultierenden Struktur 60 verglichen wird, ist deutlich, dass der ringförmige Bereich 62, der nicht zum Herstellen solcher Verbindungsstrukturen und/oder Metallkomponenten aus der resultierenden Struktur 160 verfügbar ist, kleiner ist, als der ringförmige Bereich 62, der nicht zum Herstellen solcher Verbindungsstrukturen und/oder Metallkomponenten an der resultierenden Struktur 60 zur Verfügung steht, wobei alle andere Abmessungen ähnlich sind. Daraus folgt, dass diese Erfindung eine größere Ausbeute von mikroelektronischen Bauelementen aus einem Siliziumwafer mit einer vorgegebenen Größe ermöglicht. Vorteilhafterweise entfernt das durch diese Erfindung bereitgestellte Verfahren nicht nur einen dünnen Film, wie beispielsweise einen Kupferfilm, sondern entfernt auch jeglichen Kontaminationsstoff, wie beispielsweise jegliches Kupfer oder anderes Metall, welchen die Reagenz von der Rückseite des Siliziumwafers ablösen kann.
Der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens entfernte, dünne Film könnte auch im Wesentlichen Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Polysilizium oder Fotolack aufweisen.
Unterschiedliche Modifikationen können bei der wie dargestellten und beschriebenen Ausführungsform durchgeführt werden, ohne vom Umfang dieser Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Bearbeiten eines mikroelektronischen Werkstücks mittels Aufbringens eines Bearbeitungsfluids auf das Werkstück, wobei das Werkstück eine erste Seite und eine zweite Seite, wobei sich auf der zweiten Seite eine Metallschicht befindet, und einen Außenumfang aufweist, der die erste Seite mit der zweiten Seite verbindet, und wobei das Werkstück rotiert wird, gekennzeichnet durch: selektives Bereitstellen eines Bearbeitungsfluids auf der ersten Seite und Ermöglichen, dass sich das Fluid von der ersten Seite aus um den Außenumfang herum und auf lediglich einen äußeren Seitenrand der zweiten Seite bewegt, mittels Steuerns von einem oder mehreren des Fluid-Volumenstroms, des Fluiddrucks und/oder der Drehzahl, und Entfernen jeden Kontaminationsstoffs mittels des Bearbeitungsfluids, welchen das Bearbeitungsfluid durch Ätzen oder anderweitig von der ersten Seite entfernen kann, und wobei das Bearbeitungsfluid ferner die Metallschicht von dem äußeren Seitenrand der zweiten Seite entfernt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch Bearbeiten des Werkstücks in einem Reaktor (1100) und durch Verhindern mittels einer aus dem Rotieren des Werkstücks resultierenden Zentrifugalkraft, dass das Bearbeitungsfluid über die zweite Seite hinweg, abgesehen vom äußeren Seitenrand, fließt, und durch Entfernen des Bearbeitungsfluids aus dem Reaktor (1100) durch Auslässe (1124) hindurch, die vom Rand des Werkstücks aus nach innen hin positioniert sind, so dass das Bearbeitungsfluid, abgesehen vom äußeren Seitenrand, nicht über die zweite Seite hinweg fließt, und so dass die Metallschicht im Wesentlichen vom äußeren Seitenrand entfernt wird, ohne vom Rest der zweiten Seite entfernt zu werden.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Auslässe (1124) ferner vertikal über dem äußeren Seitenrand positioniert sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch den Schritt des Zuführens eines Inertfluids auf die zweite Seite des Werkstücks.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 4, wobei das Bearbeitungsfluid ein Oxidationsmittel oder Fluorwasserstoffsäure aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück eine Sperrschicht und eine dotierte Schicht aufweist, die sich außen auf der Sperrschicht befindet, und mit einer Metallschicht auf der dotierten Schicht, wobei das Bearbeitungsfluid zumindest die dotierte Schicht und die Metallschicht so Ätzbearbeiten kann, dass die dotierte Schicht und die Metallschicht im Wesentlichen vom äußeren Seitenrand der zweiten Seite entfernt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Metallschicht auf die dotierte Schicht aufgalvanisiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch: Aufbringen des Bearbeitungsfluids und eines zusätzlichen Bearbeitungsfluids auf die erste Seite bzw. auf die zweite Seite des mikroelektronischen Werkstücks, selektives Schaffen eines Kontaktes zwischen dem Bearbeitungsfluid und der ersten Seite des mikroelektronischen Werkstücks sowie einem äußeren Seitenrand der zweiten Seite des mikroelektronischen Werkstücks bei gleichzeitigem, selektiven Schaffen eines Kontaktes zwischen dem zusätzlichen Bearbeitungsfluid und der zweiten Seite des mikroelektronischen Werkstücks unter substantiellem Ausschluss des äußeren Seitenrandes der zweiten Seite.
Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch: Aufbringen des Bearbeitungsfluids und eines zusätzlichen Bearbeitungsfluids auf die erste Seite bzw. auf die zweite Seite des mikroelektronischen Werkstücks, Verhindern eines Kontaktes zwischen dem zusätzlichen Bearbeitungsfluid und dem äußeren Seitenrand der zweiten Seite des mikroelektronischen Werkstücks bei gleichzeitigem Schaffen eines Kontaktes des Bearbeitungsfluids mit der ersten Seite des mikroelektronischen Werkstücks und dem äußeren Seitenrand der zweiten Seite des mikroelektronischen Werkstücks.
Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch: Einbringen des Bearbeitungsfluids auf der ersten Seite des mikroelektronischen Werkstücks, Einbringen eines zusätzlichen Bearbeitungsfluids auf der zweiten Seite des mikroelektronischen Werkstücks, Treiben des Bearbeitungsfluids, so dass es die erste Seite des mikroelektronischen Werkstücks, den Außenumfang und einen peripheren Seitenrand der zweiten Seite des mikroelektronischen Werkstücks kontaktiert, Treiben des zusätzlichen Bearbeitungsfluids, so dass es die zweite Seite des mikroelektronischen Werkstücks im Wesentlichen nur an jenen Abschnitten der zweiten Seite kontaktiert, die sich einwärts des peripheren Seitenrandes der zweiten Seite befinden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 6, ferner gekennzeichnet durch Steuern des Ausmaßes, bis zu welchem das Bearbeitungsfluid selektiv auf den äußeren, peripheren Seitenrand aufgebracht wird, indem der Volumenstrom des Bearbeitungsfluids und/oder die Drehzahl gesteuert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 6, ferner gekennzeichnet durch: Platzieren des Werkstücks in einem Reaktor (1100) zwischen einer oberen Kammerwand (1120) und einer unteren Kammerwand (1140) des Reaktors, wobei die obere Kammerwand (1120) Auslässe (1124) aufweist, die von der Rotationsachse des Reaktors nach außen hin in einem relativ größeren Radialabstand angeordnet sind und die vom Außenumfang (1016) des Werkstücks nach innen hin in einem relativ kleineren Radialabstand angeordnet sind, Rotieren der oberen Kammerwand und der unteren Kammerwand gemeinsam mit dem Werkstück um die Rotationsachse, Bereitstellen des Bearbeitungsfluids auf der ersten Seite (114) des Werkstücks und auf einem äußeren Seitenrand der zweiten Seite durch einen Einlass (1142) in dem unteren Kammerteil hindurch, und Verhindern, dass das Bearbeitungsfluid über die zweite Seite, abgesehen vom äußeren Seitenrand, hinweg fließt, indem der Strom von Bearbeitungsfluid an der ersten Seite des Werkstücks radial nach außen, um den Umfang des Werkstücks herum, auf den äußeren Seitenrand der zweiten Seite und dann nach außen durch die Auslässe (1124) hindurch stattfindet, so dass die Metallschicht vom äußeren Seitenrand der zweiten Seite im Wesentlichen entfernt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Sperrschicht (120) auf der zweiten Seite (112) und auf einem oberen Abschnitt (118) des Außenumfangs (116) aufgebracht wird, und wobei die dotierte Schicht (130) ohne Ausschließen eines peripheren, äußeren Seitenrandes auf die gesamte Sperrschicht (120) aufgebracht wird, um die Sperrschicht (120), wo sie auf der zweiten Seite (112) und auf dem oberen Abschnitt (118) des Außenumfangs (116) aufgebracht ist, abzudecken, und wobei die Metallisierungsschicht (150) hergestellt wird durch Anschließen von einem oder mehreren elektrischen Kontakten (140) auf der dotierten Schicht (130), um die dotierte Schicht mit Galvanisierungsstrom zu versorgen, wobei die Kontakte (140) sich nahe des Umfangsrandes des Werkstücks (110) befinden, so dass auf der zweiten Seite mehr Fläche zum Herstellen mikroelektronischer Bauelemente verfügbar bleibt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Seite (112) eine nach oben weisende Oberseite ist, dass die sich auf der zweiten Seite befindende Metallschicht Kupfer aufweist, und dass das Fluid Kupfer vom äußeren Seitenrand (132) der zweiten Seite und vom Außenumfang (116) des Werkstücks abätzt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine Metallkontamination an einem oder an beiden von der ersten Seite des Werkstücks und dem Außenumfang (116) des Werkstücks, die aus der physikalischen Abscheidung aus der Gasphase oder der chemischen Abscheidung aus der Gasphase oder einem Abscheiden von Metall oder einem Overspray auf die zweite Seite oder aus einer Kreuzkontamination von Produktionswerkzeugen resultiert, und ferner gekennzeichnet durch Entfernen der Metallkontamination von einem oder von beiden von der ersten Seite und dem Außenumfang des Werkstücks durch Vorsehen von Bearbeitungsfluid auf diesen.