CN111033682B - 一种半导体真空处理设备及处理半导体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体真空处理设备及处理半导体的方法，所述设备包括工作腔体、设置在工作腔体上的气体输入部、设置在工作腔体内部的等离子产生部、设置在等离子产生部下方，位于工作腔体内部的载台、设置在所述载台下方，设置在工作腔体表面上的多个真空抽气孔，以及位于多个真空抽气孔上的多个运动挡板。通过多个运动挡板控制所述多个真空抽气孔的开合大小，以调节流入到所述待处理的半导体元件表面上的等离子体的流速，实现针对半导体上局部蚀刻或沉积不均匀的位置可调节相应位置的运动挡板的开合大小以改变半导体上局部的等离子体的流速变化，从而调整对半导体上局部的蚀刻或沉积的变化，最终获得半导体的蚀刻率或沉积率的局部均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及的是一种半导体真空处理设备及处理半导体的方法。
背景技术
随着真空技术的不断发展，在半导体的制造领域也相应有半导体的真空处理设备，例如在用于半导体的蚀刻或沉积的方面，而控制蚀刻率或是沉积率的均匀性是一个问题，真空处理设备不论是蚀刻或是沉积,靠的是腔体内解离后的分子或是离子于腔壁内的流动再藉由流场的设计来达到制程均匀性的控制，而现有技术中控制蚀刻或沉积的均匀性的方式众多，但是都是整体上均匀性，对于局部蚀刻或沉积的均匀性达不到好的处理效果，并且由于真空处理设备应客户均匀性需求,蚀刻率等高线图需求(Etch Rate Mapping),沉积率等高线图(Deposition Rate Mapping)等等需求，将设备设计出厂后规格大致已设定,因此，造成在后续使用中要再根据需求做调整的机率很低。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种半导体真空处理设备及处理半导体的方法，旨在解决现有半导体的真空处理设备在出厂后无法调整工作腔体内气体流场的变化，而造成的半导体的蚀刻或沉积局部不均匀的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种半导体真空处理设备，其中，包括：
工作腔体；
设置在所述工作腔体上，用于将反应气体输入到工作腔体内部的气体输入部；
设置在所述工作腔体内部，用于将接触到的反应气体转换成等离子体的等离子产生部；
设置在等离子产生部下方，位于所述工作腔体内部，用于放置待处理的半导体元件的载台；
设置在所述载台下方，设置在所述工作腔体表面上，用于向外流通工作腔体内等离子体的多个真空抽气孔；
以及位于所述多个真空抽气孔上的多个运动挡板，所述多个运动挡板用于控制所述多个真空抽气孔的开合大小，以调节流入到所述待处理的半导体元件表面上的等离子体的流速。
进一步的，所述的半导体真空处理设备，其中，所述多个真空抽气孔对称分布在所述载台四周。
进一步的，所述的半导体真空处理设备，其中，所述多个运动挡板的尺寸大于所述多个真空抽气孔的尺寸。
进一步的，所述的半导体真空处理设备，其中，所述多个运动挡板还连接有驱动部件，所述驱动部件用于驱动所述多个运动挡板围绕所述多个真空抽气孔进行直线运动或是圆周运动。
进一步的，所述的半导体真空处理设备，其中，所述驱动部件包括伺服马达或步进马达。
进一步的，所述的半导体真空处理设备，其中，所述多个运动挡板呈圆形或椭圆形。
进一步的，所述的半导体真空处理设备，其中，所述多个运动挡板通过304不锈钢为基底制成，并镀有阳极保护膜。
进一步的，所述的半导体真空处理设备，其中，所述多个运动挡板通过锻造或铸造方式加工。
进一步的，所述的半导体真空处理设备，其中，还包括用于监测所述多个运动挡板运动的运动传感器。
一种处理半导体的方法，其中，所述方法包括：
气体输入部将反应气体输入到工作腔体内部；
等离子产生部将接触到的反应气体转换成等离子体；
等离子体对载台上的待处理的半导体元件进行相应处理；
通过调节设置在多个真空抽气孔上的多个运动挡板的开合大小，以调节流入到所述待处理的半导体元件表面上的等离子体的流速。
进一步的，处理半导体的方法，其中，气体输入部将反应气体输入到工作腔体内部之前还包括：
将所述待处理的半导体放置在载台上；
对所述工作腔体进行真空抽气处理，使所述工作腔体达到目标真空度。
进一步的，处理半导体的方法，其中，所述等离子体包括惰性气体或惰性气体与反应气体的混合物。
进一步的，处理半导体的方法，其中，等离子体对载台上的待处理的半导体元件进行相应处理具体包括：
对放置在载台上待处理的半导体元件进行蚀刻或沉积处理。
进一步的，处理半导体的方法，其中，对放置在载台上待处理的半导体元件进行蚀刻处理包括：
通过采用惰性气体或惰性气体与反应气体的混合物的等离子体作为载气通过碰撞清除掉半导体表层上的薄膜以进行蚀刻处理；
通过采用惰性气体或惰性气体与反应气体的混合物的等离子体作为载气通过在半导体表层上沉积薄膜以进行沉积处理。
进一步的，处理半导体的方法，其中，所述通过调节设置在多个真空抽气孔上的多个运动挡板的开合大小，以调节流入到所述待处理的半导体元件表面上的等离子体的流速具体包括：
控制所述多个运动挡板围绕所述多个真空抽气孔进行直线运动或是圆周运动，以控制所述多个真空抽气孔的开合大小；
通过所述真空抽气孔开合的大小控制气体流出工作腔体的运动速度，以调节流入到所述待处理的半导体元件表面上的等离子体的流速。
有益效果：本发明提供一种半导体真空处理设备及处理半导体的方法，所述设备包括工作腔体；设置在所述工作腔体上，用于将反应气体输入到工作腔体内部的气体输入部；设置在所述工作腔体内部，用于将接触到的反应气体转换成等离子体的等离子产生部；设置在等离子产生部下方，位于所述工作腔体内部，用于放置待处理的半导体元件的载台；设置在所述载台下方，设置在所述工作腔体表面上，用于向外流通工作腔体内等离子体的多个真空抽气孔，以及位于所述多个真空抽气孔上的多个运动挡板；通过多个运动挡板控制所述多个真空抽气孔的开合大小，以调节流入到所述待处理的半导体元件表面上的等离子体的流速，实现针对半导体上局部蚀刻或沉积不均匀的位置可调节相应位置的运动挡板的开合大小以改变半导体上局部的等离子体的流速变化，从而调整对半导体上局部的蚀刻或沉积的变化，最终获得半导体的蚀刻率或沉积率的局部均匀性。
附图说明
图1是本发明中一种半导体真空处理设备的结构示意图；
图2是本发明中一种半导体真空处理设备的工作示意图；
图3是本发明中一种半导体真空处理设备中的运动挡板与真空抽气孔的位置关系示意图；
图4是本发明中一种半导体真空处理设备中的运动挡板的工作示意图；
图5是本发明的一种处理半导体的方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明改进后的半导体真空处理设备与现有的半导体处理设备不同。现有技术中的半导体处理设备，也可用于半导体的蚀刻或沉积，其原理是，反应气体通过气体输入通道进入工作腔体，经过等离子产生部后将转换成等离子；真空抽气孔通过抽真空的方式产生工作腔体的气体流场，从而使得等离子落入载台上的半导体元件，对半导体元件进行蚀刻或沉积，但是由于工作腔体内气流均匀性不好控制，所以不易控制蚀刻或沉积的均匀性，从而造成局部不均匀，而本发明中半导体真空处理设备通过活动设置于真空抽气孔上的运动挡板的不同的开合位置以控制气体流场的运动速度，来达到使用者想要的局部蚀刻率或是沉积率的控制，使设备更为优化。
请参阅图1，图1是本发明中一种半导体真空处理设备的结构示意图，所述半导体真空处理设备包括工作腔体10；设置在所述工作腔体上，用于将反应气体输入到工作腔体内部的气体输入部20；设置在所述工作腔体10内部，用于将接触到的反应气体转换成等离子体的等离子产生部30；设置在等离子产生部30下方，位于所述工作腔体10内部，用于放置待处理的半导体元件的载台40；设置在所述载台40下方，设置在所述工作腔体10表面上，用于向外流通工作腔体内等离子体的多个真空抽气孔50；以及位于所述多个真空抽气孔50上的多个运动挡板60，所述多个运动挡板60用于控制所述多个真空抽气孔50的开合大小，以调节流入到所述待处理的半导体元件表面上的等离子体的流速。
值得一提的是，图1所示载台40所处位置仅为示例，当然载台40也可放置于其他位置，例如当载台40上的待处理半导体需求等离子体浓度较大时，可将载台40设置在靠近等离子产生部30的下方的位置；同理，当需求等离子体浓度较小时，则可将载台40设置为腔体底部以远离等离子产生部30。
在本实施例中，所述工作腔体10连接外部的气体输入部20，并且所述工作腔体10内设置有等离子产生部30、载台40、多个真空抽气孔50，以及与所述多个真空抽气孔50活动连接的多个运动挡板60，气体输入部20将外部的反应气体输入到工作腔体10内，等离子产生部30将接触到这些反应气体后将其转换成等离子体，在等离子产生部30和工作腔体10底部之间设置有载台40，所述载台40上放置有待处理的半导体元件，等离子体在工作腔体内的流动实现半导体的蚀刻或是沉积，通过多个运动挡板60在多个真空抽气孔50上的开合运动来改变多个真空抽气孔50的开合大小，通过多个运动挡板60不同的开合位置或是开合大小使得流入多个真空抽气孔50的等离子体的气体体量不同，即是加快工作腔体10内的等离子体气体的置换速度，从而实现了控制工作腔体内的流场变化，而针对半导体需要不同的蚀刻或沉积位置，可以通过多个运动挡板60中相对于载台不同位置的运动挡板的开合运动实现。
需要说明的是，蚀刻或沉积为现有技术中半导体加工的工艺流程，例如半导体的薄膜沉积技术，是连串涉及原子的吸附、吸附原子在表面的扩散及在适当的位置下聚结，以渐渐形成薄膜生长的过程，而蚀刻是指通过曝光制版、显影后，将要蚀刻区域的保护膜去掉，在蚀刻接触化学溶液，达到溶解腐蚀的作用，形成凹凸或者镂空成型的效果。针对具体的处理过程本发明在此不做赘述。
作为进一步的方案，请参阅图2和图3，图2是本发明中一种半导体真空处理设备的工作示意图，图3是本发明中一种半导体真空处理设备中的运动挡板与真空抽气孔的位置关系示意图，所述多个真空抽气孔50对称分布在所述载台40四周，其中，作为比较优选的实现方式，所述载台40可以是圆形的，可以将所述载台40的四周分别设置四个真空抽气孔，并且所述四个真空抽气孔呈对称分布在所述载台的四周，以达到在抽取气体时，气体均匀的流过放置在载台上的半导体，当然可以想到的是，对于所述真空抽气孔的具体数量本发明不做限定，对于载台40的具体形状，本发明不做限定，上述仅用于举例说明。
需要说明的是，所述多个运动挡板60的尺寸大于所述多个真空抽气孔50的尺寸，举例说明，在需求真空抽气孔50全闭合时只要能覆盖住真空抽气孔即可，关于运动挡板的尺寸不需过大,运动挡板的尺寸略大于真空抽气孔即可，过大会造成空间的浪费与增加制作的成本，当然可以视具体需求在实际生产中对运动挡板的尺寸做出更改。
作为更进一步的方案，请参阅图4，图4是本发明中一种半导体真空处理设备中的多个运动挡板60的工作示意图，所述多个运动挡板60还连接有驱动部件(图中未标出)，所述驱动部件用于驱动所述多个运动挡板60围绕所述多个真空抽气孔50进行直线运动或是圆周运动，具体的，当所述运动挡板覆盖在真空抽气孔上时，工作腔体10内需要对载台40上的半导体某局部做蚀刻或是沉积处理时，就可调整相应半导体周围的所处的运动挡板，通过开合运动挡板来控制真空抽气孔的大小，真空抽气孔的大小决定了工作腔体内的流场产生相应变化，流场不同区域的变化从而对半导体局部的蚀刻或是沉积处理，而具体控制运动挡板是直线运动还是圆周运动可以根据半导体所要蚀刻或是沉积的位置的不同来控制。
举例说明，请继续参阅图2和图3，假设我们认为载台40上半导体左边区域的蚀刻率或沉积率过快或需要将左边区域的蚀刻率或沉积率慢一点,用户可以调整左边区域的运动挡板的开合程度，使左边区域的真空抽气孔变小一些，进而降低附近区域的气体置换率,使半导体左边区域附近的蚀刻率或沉积率变慢,同理，当载台40上半导体右边区域的蚀刻率或沉积率过慢，则可以控制右边区域的运动挡板运动，使右边区域的真空抽气孔开得更大一些，使得高等离子体的流出速度变快，增加工作腔体内的气体置换率，当然也可通过调整其他区域的运动挡板的运动来达到用户需求的目的。
作为更进一步的方案，所述驱动部件包括伺服马达或步进马达。在本实施例中，所述运动挡板的驱动方式有多种，例如伺服马达或步进马达方式驱动，在具体的生产过程中，对于具体的驱动方式可以由使用者依据不同实验设计来调整运动挡板不同的开合程度，直至最佳的驱动方式成立。
作为更进一步的方案，所述多个运动挡板60呈圆形或椭圆形，在具体的生产中，视各类不同设备机台的真空抽气管路位置而定，所以任何不同设备厂商的抽吸真空管路设计可能都略有不同，一般真空管路都是设计为圆形,运动挡板的目的在于调解真空管路抽气时的抽气效率(利用真空管路截面积的变化来改变抽气效率与改变气体置换率)，因此，在实际生产中可配合真空管路的形状制作不同形状的运动档板，上述只是举例说明，对于运动挡板的形状本发明不做具体限定。
作为更进一步的方案，所述多个运动挡板60通过304不锈钢为基底制成，并镀有阳极保护膜，具体可以采用为牌号304不锈钢，当然也可采用其他耐磨的材料，只要符合相应的机械性能即可，同时，为了再增加材料的表面硬度和耐磨损性还对运动挡板进行了表面处理，通过阳极氧化技术扩大了运动挡板的应用范围，延长了其使用寿命。
作为更进一步的方案，所述多个运动挡板60通过锻造或铸造方式加工，对于多个运动挡板60的加工方式，可以视其所要应用的场合，视各不同设备厂商的抽吸真空管路的设计，为了适应不同的管路可以采取不同的加工方式，例如，在真空抽气孔管路复杂的情况下，可以将多个运动挡板采用铸造的方式以获得形状复杂的运动挡板，当然在运动挡板需求具有一定机械性能且形状较为简单的情况下可采用锻造处理方式，应该理解的是上述加工方式只是用于举例说明，并不能限定本发明。
作为更进一步的方案，还包括用于监测所述多个运动挡板60运动的运动传感器，在实际生产中，对于运动挡板相对真空抽气孔的开合程度可以通过运动传感器来监测，以控制真空抽气孔的大小变化，从而准确控制工作腔体内的流场变化，来达到使用者想要的局部蚀刻率或是沉积率的控制,使设备更为优化。
基于上述的半导体真空处理设备，本发明还提供了一种处理半导体的方法，如图5所示，为本发明的一种处理半导体的方法的流程图。所述方法包括：
S1、气体输入部将反应气体输入到工作腔体内部；
S2、等离子产生部将接触到的反应气体转换成等离子体；
S3、等离子体对载台上的待处理的半导体元件进行相应处理；
S4、通过调节设置在多个真空抽气孔上的多个运动挡板的开合大小，以调节流入到所述待处理的半导体元件表面上的等离子体的流速。
作为进一步的方案，在气体输入部将反应气体输入到工作腔体内部之前还包括：
S01、将所述待处理的半导体放置在载台上；
S02、对所述工作腔体进行真空抽气处理，使所述工作腔体达到目标真空度。
需要说明的是，关于所述工作腔体的目标真空度可根据实际生产中的需求来制定，本发明在此不做限定；其中所述等离子体包括惰性气体或惰性气体与反应气体的混合物，举例来说，惰性气体包括氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氡(Rn，放射性)和气奥(Og，放射性，人造元素)七个气体，具体使用可视实际生产中的需求来选择。
其中，等离子体对载台上的待处理的半导体元件进行相应处理具体包括：
S31、对放置在载台上待处理的半导体元件进行蚀刻或沉积处理。
作为更进一步的方案，对放置在载台上待处理的半导体元件进行蚀刻处理包括：
S331、通过采用惰性气体或惰性气体与反应气体的混合物的等离子体作为载气通过碰撞清除掉半导体表层上的薄膜以进行蚀刻处理；
S332、通过采用惰性气体或惰性气体与反应气体的混合物的等离子体作为载气通过在半导体表层上沉积薄膜以进行沉积处理。
需要说明的是，对于半导体蚀刻或沉积的具体加工的工艺流程为现有技术，本发明在此不做赘述。
作为更进一步的方案，所述通过调节设置在多个真空抽气孔上的多个运动挡板的开合大小，以调节流入到所述待处理的半导体元件表面上的等离子体的流速具体包括：
S41、控制所述多个运动挡板围绕所述多个真空抽气孔进行直线运动或是圆周运动，以控制所述多个真空抽气孔的开合大小；
S42、通过所述真空抽气孔开合的大小控制气体流出工作腔体的运动速度，以调节流入到所述待处理的半导体元件表面上的等离子体的流速。
在本实施例中，工作腔体连接外部的气体输入部，并且所述工作腔体内设置有等离子产生部、载台、多个真空抽气孔，以及与所述多个真空抽气孔活动连接的多个运动挡板，气体输入部将外部的反应气体输入到工作腔体内，等离子产生部将接触到这些反应气体后将其转换成等离子体，在等离子产生部和工作腔体底部之间设置有载台，所述载台上放置有待处理的半导体元件，等离子体在工作腔体内的流动实现半导体的蚀刻或是沉积，通过多个运动挡板在多个真空抽气孔上的开合运动来改变多个真空抽气孔的开合大小，通过多个运动挡板不同的开合位置或是开合大小使得流入多个真空抽气孔的等离子体的气体体量不同，加快工作腔体内的等离子体气体的置换速度，从而实现了控制腔体内的流场变化，而针对半导体需要不同的蚀刻或沉积位置，可以通过多个不同位置的运动挡板的开合运动实现，由于上述已经对控制运动挡板运动做了详细说明，故在此不做赘述了。
综上所述，本发明提供一种半导体真空处理设备及处理半导体的方法，所述设备包括工作腔体；设置在所述工作腔体上，用于将反应气体输入到工作腔体内部的气体输入部；设置在所述工作腔体内部，用于将接触到的反应气体转换成等离子体的等离子产生部；设置在等离子产生部下方，位于所述工作腔体内部，用于放置待处理的半导体元件的载台；设置在所述载台下方，设置在所述工作腔体表面上，用于向外流通工作腔体内等离子体的多个真空抽气孔，以及位于所述多个真空抽气孔上的多个运动挡板；通过多个运动挡板控制所述多个真空抽气孔的开合大小，以调节流入到所述待处理的半导体元件表面上的等离子体的流速，实现针对半导体上局部蚀刻或沉积不均匀的位置可调节相应位置的运动挡板的开合大小以改变半导体上局部的等离子体的流速变化，从而调整对半导体上局部的蚀刻或沉积的变化，最终获得半导体的蚀刻率或沉积率的局部均匀性。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求所指出。
Claims (14)
1.一种半导体真空处理设备，其特征在于，包括：
工作腔体；
设置在所述工作腔体上，用于将反应气体输入到工作腔体内部的气体输入部；
设置在所述工作腔体内部，用于将接触到的反应气体转换成等离子体的等离子产生部；
设置在等离子产生部下方，位于所述工作腔体内部，用于放置待处理的半导体元件的载台；
设置在所述载台下方，设置在所述工作腔体表面上，用于向外流通工作腔体内等离子体的多个真空抽气孔；所述多个真空抽气孔对称分布在所述载台四周；
以及位于所述多个真空抽气孔上的多个运动挡板，所述多个运动挡板用于控制所述多个真空抽气孔的开合大小，以调节流入到所述待处理的半导体元件表面上的等离子体的流速；所述多个运动挡板的尺寸大于所述多个真空抽气孔的尺寸。
2.根据权利要求1所述的半导体真空处理设备，其特征在于，所述多个运动挡板的尺寸大于所述多个真空抽气孔的尺寸。
3.根据权利要求1所述的半导体真空处理设备，其特征在于，所述多个运动挡板还连接有驱动部件，所述驱动部件用于驱动所述多个运动挡板围绕所述多个真空抽气孔进行直线运动或是圆周运动。
4.根据权利要求3所述的半导体真空处理设备，其特征在于，所述驱动部件包括伺服马达或步进马达。
5.根据权利要求4所述的半导体真空处理设备，其特征在于，所述多个运动挡板呈圆形或椭圆形。
6.根据权利要求5所述的半导体真空处理设备，其特征在于，所述多个运动挡板通过304不锈钢为基底制成，并镀有阳极保护膜。
7.根据权利要求6所述的半导体真空处理设备，其特征在于，所述多个运动挡板通过锻造或铸造方式加工。
8.根据权利要求1所述的半导体真空处理设备，其特征在于，还包括用于监测所述多个运动挡板运动的运动传感器。
9.一种处理半导体的方法，其特征在于，所述方法包括：
气体输入部将反应气体输入到工作腔体内部；
等离子产生部将接触到的反应气体转换成等离子体；
等离子体对载台上的待处理的半导体元件进行相应处理；
通过调节设置在多个真空抽气孔上的多个运动挡板的开合大小，以调节流入到所述待处理的半导体元件表面上的等离子体的流速；
所述多个真空抽气孔对称分布在所述载台四周；
所述多个运动挡板的尺寸大于所述多个真空抽气孔的尺寸。
10.根据权利要求9所述的处理半导体的方法，其特征在于，气体输入部将反应气体输入到工作腔体内部之前还包括：
将所述待处理的半导体放置在载台上；
对所述工作腔体进行真空抽气处理，使所述工作腔体达到目标真空度。
11.根据权利要求9所述的处理半导体的方法，其特征在于，所述等离子体包括惰性气体或惰性气体与反应气体的混合物。
12.根据权利要求9所述的处理半导体的方法，其特征在于，等离子体对载台上的待处理的半导体元件进行相应处理具体包括：
对放置在载台上待处理的半导体元件进行蚀刻或沉积处理。
13.根据权利要求12所述的处理半导体的方法，其特征在于，对放置在载台上待处理的半导体元件进行蚀刻处理包括：
通过采用惰性气体或惰性气体与反应气体的混合物的等离子体作为载气通过碰撞清除掉半导体表层上的薄膜以进行蚀刻处理；
通过采用惰性气体或惰性气体与反应气体的混合物的等离子体作为载气通过在半导体表层上沉积薄膜以进行沉积处理。
14.根据权利要求9所述的处理半导体的方法，其特征在于，所述通过调节设置在多个真空抽气孔上的多个运动挡板的开合大小，以调节流入到所述待处理的半导体元件表面上的等离子体的流速具体包括：
控制所述多个运动挡板围绕所述多个真空抽气孔进行直线运动或是圆周运动，以控制所述多个真空抽气孔的开合大小；
通过所述真空抽气孔开合的大小控制气体流出工作腔体的运动速度，以调节流入到所述待处理的半导体元件表面上的等离子体的流速。
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