CN111613512A - 半导体设备及其工艺腔室 - Google Patents

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CN111613512A CN202010573086.2A CN202010573086A CN111613512A CN 111613512 A CN111613512 A CN 111613512A CN 202010573086 A CN202010573086 A CN 202010573086A CN 111613512 A CN111613512 A CN 111613512A
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Abstract

本申请实施例提供了一种半导体设备及其工艺腔室。该工艺腔室内设置有可升降的基座，基座用于承载晶圆；基座上沿周向均布有多个导向滑块，导向滑块能沿基座的径向滑动；工艺腔室内壁上设置有盖环支架，盖环支架上搭设有盖环，盖环位于基座的上方且与基座同心设置，盖环底部对应于导向滑块设置有多个导向件；在基座上升至工艺位置的过程中，导向件能带动导向滑块沿基座的径向向基座的中心滑动，使导向滑块推动承载在基座上的晶圆，对晶圆与盖环进行对中，基座上升至工艺位置后，盖环压覆于晶圆的边缘上。本申请实施例使晶圆能够自动对中，从而大幅提高工艺良率。

Description

半导体设备及其工艺腔室
技术领域
本申请涉及半导体加工技术领域，具体而言，本申请涉及一种半导体设备及其工艺腔室。
背景技术
目前，钨塞(W-plug)是在当代半导体行业中广泛应用的一道工艺，它是以独特的方法将金属钨填充于孔洞(Via)或沟槽(Trench)中，利用金属钨的良好导电性和抗电迁移特性，最终实现了前道器件与后道金属互联之间可靠电导通的工艺需求。目前主流的钨塞工艺为原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)或者化学气相沉积(Chemical VaporDeposition，CVD)工艺，具体是先通SiH4(硅烷)或B2H6(乙硼烷)对晶圆进行浸润处理，然后通过ALD工艺生长成核层，再通过CVD工艺沉积一定厚度的钨；再通过后续的化学机械研磨(Chemical Mechanical Polish，CMP)工艺得到器件所需的塞(Plug)结构。但在此过程中，尤其CVD工艺中，若晶圆侧面(Bevel)和背面(Backside)被镀上金属钨，在CMP之后侧面的钨就会形成导电通路，对后续器件造成损害从而降低晶圆的良率，因此依据现有工艺的经验需保证在距离晶圆边缘约1mm(毫米)左右区域内不被镀上钨。而针对上述问题，一般来说需要一个盖环(Cover ring)盖住晶圆边缘，防止反应气体到达晶圆边缘，同时通入氩气作为边缘清洁(Edge Purge)气体将反应气体从晶圆边缘进行清洁，两种方式共同作用才能防止晶圆侧面和背面被镀上钨。
但是针对CVD工艺温度高的特点，基座的各部的热膨胀系数相差较大，会导致其相互定位结构的误差增大；另外由于CVD工艺压力为30～300Torr(托，1托＝133.32帕)，并且压力切换较为频繁，加之通过真空吸盘(Vacuum Chuck)形式吸住晶圆，当拆除工装(Dechuck)时也会导致晶圆轻微移动，这样即便盖环盖住晶圆边缘的面积比较均匀，也会因为晶圆自身的移动导致晶圆相对于盖环被盖住的边缘区域变得不均匀，且误差很容易超出要求的范围。硬件的缺陷直接会导致工艺的结果变差，即晶圆边缘的未镀区域的误差值会变大，直接影响后续的工艺，造成器件良率的下降。
发明内容
本申请针对现有方式的缺点，提出一种半导体设备及其工艺腔室，用以解决现有技术存在晶圆连续的未镀区域误差较大、以及未镀区域面积不均匀的技术问题。
第一个方面，本申请实施例提供了一种半导体设备的工艺腔室，所述工艺腔室内设置有可升降的基座，所述基座用于承载晶圆；所述基座上沿周向均布有多个导向滑块，所述导向滑块能沿所述基座的径向滑动；所述工艺腔室内壁上设置有盖环支架，所述盖环支架上搭设有盖环，所述盖环位于所述基座的上方且与所述基座同心设置，所述盖环底部对应于所述导向滑块设置有多个导向件；在所述基座上升至工艺位置的过程中，所述导向件能带动所述导向滑块沿所述基座的径向向所述基座的中心滑动，使所述导向滑块推动承载在所述基座上的晶圆，对所述晶圆与所述盖环进行对中，所述基座上升至所述工艺位置后，所述盖环压覆于所述晶圆的边缘上。
于本申请的一实施例中，所述导向件包括设置在所述盖环底部朝远离所述基座的方向斜向延伸设置的导向柱，所述导向柱的轴线与所述盖环的轴线呈一预设夹角。
于本申请的一实施例中，所述基座包括有基座本体、适配环，所述适配环套设于所述基座本体上，所述适配环上开设有多个安装槽，所述多个导向滑块一一对应地设置在所述多个安装槽中，所述导向滑块能在所述安装槽中沿所述基座的径向滑动。
于本申请的一实施例中，所述安装槽为楔形槽，所述导向滑块与所述安装槽相适配。
于本申请的一实施例中，所述导向滑块上开设有与所述导向柱配合的导向孔，所述导向孔与所述导向柱间隙配合；在所述基座上升至所述工艺位置的过程中，所述导向柱顶抵所述导向孔靠近所述基座的侧壁，使所述导向滑块沿所述基座的径向向所述基座的中心滑动。
于本申请的一实施例中，所述安装槽的底部对应于所述导向孔的位置处开设有容置槽，用于容置所述导向柱。
于本申请的一实施例中，所述导向柱呈圆柱状或者棱柱状，并且所述导向柱的端部为半球形。
于本申请的一实施例中，所述导向孔靠近所述基座的侧壁与所述适配环的轴线之间呈所述预设夹角。
于本申请的一实施例中，所述预设夹角小于90度且大于15度。
第二个方面，本申请实施例提供了一种半导体设备，包括如第一个方面提供的工艺腔室。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：
本申请实施例通过导向件与导向滑块配合，导向滑块相对于基座沿径向滑动以推动晶圆与盖环对中，由此可以实现晶圆在工艺过程中能够自动对中，令盖环准确盖合于晶圆的边缘上，使得晶圆边缘的未镀区域面积均匀，而且使得未镀区域的误差满足要求范围，从而大幅提高工艺良率，进而大幅提升经济效益。进一步的，由于本申请仅通过导向件与导向滑块配合即可实现晶圆对中，其无需复杂的机械结构，因此使得本申请实施例的结构简单，并且累计误差较小、对中精度高以及更加可靠易用。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例提供的一种半导体设备的工艺腔室的局部结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种适配环与导向滑块配合的俯视示意图；
图3A为本申请实施例提供的一种适配环与导向滑块配合的局部立体示意图；
图3B为本申请实施例提供的一种适配环与导向滑块配合的局部侧视示意图；
图4为本申请实施例提供的一种导向滑块的结构示意图；
图5A-图5C为本申请实施例提供的一种半导体设备的工艺腔室的变化状态示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
本申请实施例提供了一种半导体设备的工艺腔室100，该工艺腔室100的结构示意图如图1所示，工艺腔室100内设置有可升降的基座1，基座1用于承载晶圆200；基座1上沿周向均布有多个导向滑块3，导向滑块3能沿基座1的径向滑动；工艺腔室100内壁上设置有盖环支架101，盖环支架101上搭设有盖环2，盖环2位于基座1的上方且与基座1同心设置，盖环2底部对应于导向滑块3设置有多个导向件21；在基座1上升至工艺位置的过程中，导向件21能带动导向滑块3沿基座1的径向向基座1的中心滑动，使导向滑块3推动承载在基座1上的晶圆200，对晶圆200与盖环2进行对中，基座1上升至工艺位置后，盖环2压覆于晶圆200的边缘上。
如图1所示,工艺腔室100内设置有可升降的基座1，并且基座1可以通过一升降机构(图中未示出)设置于工艺腔室100内，基座1能在工艺腔室100内升降。基座1的上表面用于承载晶圆200，基座1对晶圆200加热并且带动晶圆200升降。基座1上沿周向均布有多个导向滑块3，导向滑块3具体可以为采用金属材质制成的板状结构，多个导向滑块3沿基座1的周向均匀布置，并且导向滑块3能相对于基座1的径向滑动配合，导向滑块3能顶抵晶圆200的边缘推动晶圆200移动。工艺腔室100内壁上设置有盖环支架101，盖环支架101上搭设有盖环2，盖环2具体可以为采用陶瓷材质制成圆环结构，盖环2位于基座1的上方且与基座1同心设置。盖环2的底部设置有多个导向件21，导向件21的位置与导向滑块3的位置对应设置。
在实际应用时，基座1带动晶圆200由上升至工艺位置的过程中，导向件21与导向滑块3配合以使基座1的升降运动转化为导向滑块3的沿基座1的径向向基座1的中心滑动，以使得导向滑块3顶抵晶圆200的边缘推动其移动以与盖环2对中。基座1上升至工艺位置后，盖环2的内缘盖合于晶圆200的边缘上，由此实现晶圆200边缘的未镀区域面积均匀且误差较小，从而提高了工艺良率。当完成工艺时，基座1由工艺位置下降后，由于导向件21与导向滑块3的配合作用，使得导向滑块3向基座1外侧移动，以避免对晶圆200造成污染，从而进一步提高了工艺的良率。
本申请实施例通过导向件与导向滑块配合，导向滑块相对于基座沿径向滑动以推动晶圆与盖环对中，由此可以实现晶圆在工艺过程中能够自动对中，令盖环准确盖合于晶圆的边缘上，使得晶圆边缘的未镀区域面积均匀，而且使得未镀区域的误差满足要求范围，从而大幅提高工艺良率，进而大幅提升经济效益。进一步的，由于本申请仅通过导向件与导向滑块配合即可实现晶圆对中，其无需复杂的机械结构，因此使得本申请实施例的结构简单，并且累计误差较小、对中精度高以及更加可靠易用。
需要说明的是，本申请实施例并不限定导向滑块3的具体数量，其具体数量可以与晶圆200的规格对应设置，例如导向滑块3为三个或者三个以上。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，如图1所示，导向件21包括设置在盖环2底部朝远离基座1的方向斜向延伸设置的导向柱211，导向柱211的轴线与盖环2的轴线呈一预设夹角。具体来说，导向柱211具体可以采用陶瓷材料制成，其可以与盖环2采用一体成型结构，但是本申请实施例并不以此为限。导向柱211设置在盖环2底部朝远离基座1的方向斜向延伸，并且导向柱211与盖环2的轴线呈一预设夹角。导向柱211采用斜向设计，可以将基座1的升降运动转换为导向滑块3的沿基座的径向运动。需要说明的是，本申请实施例并不定导向柱211的具体结构，例如导向柱211与盖环2之间也可以采用分体式结构。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，基座1包括有基座本体11、适配环12，适配环12套设于基座本体11上，适配环12上开设有多个安装槽13，多个导向滑块3一一对应地设置在多个安装槽13中，导向滑块3能在安装槽13中沿基座1的径向滑动。
如图1及图2所示，适配环12具体可以为采用金属材质制成的圆环形结构。适配环12套设于基座1的外周，并且与基座1同心设置，适配环12与基座1之间设置有定位结构(图中未示出)以将适配环12定位于基座1上，该定位结构具体可以采用销孔配合结构，用于保证两者无相对位移，但是本申请实施例对于定位结构并不以此为限。适配环12的上表面可以开设有三个安装槽13，安装槽13沿适配环12的径向延伸设置。三个导向滑块3滑动设置于各安装槽13内，并且导向滑块3的上表面与适配环12的上表面平齐，导向滑块3的两个侧面紧贴于安装槽13的侧壁，由此可限制导向滑块3只能在安装槽13内沿径向移动。导向滑块3与适配环12共面设置，使得盖环2能与适配环12贴合，从而避免工艺杂质进入基座1内。采用上述设计，使得本申请实施例便于加工制造及拆装维护，从而有效降低应用及维护成本。
于本申请的一实施例中，如图3A及图3B所示，安装槽13为楔形槽，导向滑块3与安装槽13相适配。具体来说，在适配环12的侧视图中，安装槽13的具体形状可以是楔形槽，即安装槽13的开口处内径小于根部内径。导向滑块3的形状对应设置，使得导向滑块3与安装槽13之间采用楔形结构配合，从而确保导向滑块3横向运动，而且能避免导向滑块3与适配环12脱落，从而有效降低本申请实施例故障率。但是本申请实施例并不限定安装槽13与导向滑块3的具体形状，只要安装槽13的开口处内径小于根部内径即可。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，导向滑块3上开设有与导向柱211配合的导向孔31，导向孔31与导向柱211间隙配合；在基座1上升至工艺位置的过程中，导向柱211顶抵导向孔31靠近基座1的侧壁，使导向滑块3沿基座1的径向向基座1的中心滑动。
如图1及图4所示，导向滑块3的中部位置开设导向孔31，导向孔31的形状与导向柱211的形状对应设置，但尺寸要比导向柱211尺寸略大，以使导向柱211顺利的插入导向孔31内，在基座1上升至工艺位置的过程中，导向柱211顶抵导向孔31靠近基座1的侧壁，使导向滑块3沿基座1的径向向基座1的中心滑动。采用上述设计，使得导向滑块3不仅能推动晶圆200与盖环2对中，而且在离开工艺位置过程中，由于导向柱211与导向滑块3配合，使得导向滑块3远离晶圆200，从而便于对晶圆200进行传输。
于本申请的一实施例中，安装槽13的底部对应于导向孔31的位置处开设有容置槽14，用于容置导向柱211。
如图1至图5C所示，为了避免导向件21在插入导向孔31时与下方的适配环12有干涉，因此适配环12上在导向柱211的对应位置开设有避让导向柱211的容置槽14，从而防止导向件21与适配环12发生干涉。另外设置有容置槽14，使得本申请实施例结构设计合理，在降低故障率的同时还能有效延长使用寿命。可选地，导向滑块3的顶端还设置有用于顶抵晶圆200边缘的凸块，采用凸块能有效减少导向滑块3与晶圆200的接触面积，从而避免污染晶圆200。
需要说明的是，本申请实施例并不限定导向孔31的具体位置，例如导向孔31也可以设置于远离导向滑块3顶端位置。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，如图1所示，导向柱211呈圆柱状或者棱柱状，并且导向柱211的端部为半球形。导向柱211的形状一般为圆柱状或者棱柱状，倾斜的导向柱211设计可以把竖直方向的运动转化为沿基座的径向运动，而且导向柱211的端部采用半球形设计，能使导向柱211顺利进入导向孔31内。
于本申请的一实施例中，如图1所示，导向孔31靠近基座1的侧壁与适配环12的轴线之间呈预设夹角。可选地，预设夹角小于90度且大于15度。具体来说，导向孔31位于适配环12的径向上的两个侧壁均与适配环12的轴线之间呈预设夹角，或者导向孔31靠近基座1的侧壁与适配环12的轴线之间呈一预设夹角，并且导向孔31的预设夹角与导向柱211的预设夹角相同。例如该预设夹角可以为85度、70度、60度、55度、40度、25度、20度等数值。需要说明的是，导向柱211的预设夹角与导向柱211的长度，共同决定了推动导向滑块3的移动距离，在导向柱211角度固定时，导向柱211横向的长度越长，导向滑块3在导向柱211导向作用下横向移动的距离越长；同样的，在导向柱211长度固定时，导向柱211倾斜角度越大，其横向的长度越长，导向滑块3在导向柱211导向作用下横向移动的距离也越长。因此本申请实施例并不限定导向柱211的具体长度及预设夹角的具体数值，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
为了进一步说明本申请实施例，以下将结合图5A至图5C对本申请实施的具体实施方式说明如下。在基座本体11上升至工艺位置的过程中，盖环2的导向柱211与导向滑块3实现接触，导向柱211采用半球形设计，可以使导向柱211顺利的穿入导向滑块3的导向孔31中；基座本体11继续升起，导向柱211的斜向设计使导向滑块3在导向柱211与导向孔31的相互作用下，实现沿基座本体11的径向运动，以推动被偏心放置的晶圆200向基座的中心运动；基座本体11继续升起至工艺位置，此时盖环2与导向滑块3上表面接触，同时均布的多处导向滑块3的向内移动均停止，共同完成晶圆200与盖环2及基座1的对中。在工艺过程中导向滑块3及盖环2将晶圆限制在合理的范围内，防止晶圆在工艺过程中移动，保证盖环2覆盖在晶圆边缘的面积均匀。此处需要说明的是，工艺位置是执行工艺时基座本体11所处于的位置，但是本申请实施例并不以此为限。
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种半导体设备，包括如上述各实施例提供的工艺腔室。
应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：
本申请实施例通过导向件与导向滑块配合，导向滑块相对于基座沿径向滑动以推动晶圆与盖环对中，由此可以实现晶圆在工艺过程中能够自动对中，令盖环准确盖合于晶圆的边缘上，使得晶圆边缘的未镀区域面积均匀，而且使得未镀区域的误差满足要求范围，从而大幅提高工艺良率，进而大幅提升经济效益。进一步的，由于本申请仅通过导向件与导向滑块配合即可实现晶圆对中，其无需复杂的机械结构，因此使得本申请实施例的结构简单，并且累计误差较小、对中精度高以及更加可靠易用。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体设备的工艺腔室，其特征在于，所述工艺腔室内设置有可升降的基座，所述基座用于承载晶圆；
所述基座上沿周向均布有多个导向滑块，所述导向滑块能沿所述基座的径向滑动；
所述工艺腔室内壁上设置有盖环支架，所述盖环支架上搭设有盖环，所述盖环位于所述基座的上方且与所述基座同心设置，所述盖环底部对应于所述导向滑块设置有多个导向件；
在所述基座上升至工艺位置的过程中，所述导向件能带动所述导向滑块沿所述基座的径向向所述基座的中心滑动，使所述导向滑块推动承载在所述基座上的晶圆，对所述晶圆与所述盖环进行对中，所述基座上升至所述工艺位置后，所述盖环压覆于所述晶圆的边缘上。
2.如权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述导向件包括设置在所述盖环底部朝远离所述基座的方向斜向延伸设置的导向柱，所述导向柱的轴线与所述盖环的轴线呈一预设夹角。
3.如权利要求2所述的工艺腔室，其特征在于，所述基座包括有基座本体、适配环，所述适配环套设于所述基座本体上，所述适配环上开设有多个安装槽，所述多个导向滑块一一对应地设置在所述多个安装槽中，所述导向滑块能在所述安装槽中沿所述基座的径向滑动。
4.如权利要求3所述的工艺腔室，其特征在于，所述安装槽为楔形槽，所述导向滑块与所述安装槽相适配。
5.如权利要求2所述的工艺腔室，其特征在于，所述导向滑块上开设有与所述导向柱配合的导向孔，所述导向孔与所述导向柱间隙配合；在所述基座上升至所述工艺位置的过程中，所述导向柱顶抵所述导向孔靠近所述基座的侧壁，使所述导向滑块沿所述基座的径向向所述基座的中心滑动。
6.如权利要求5所述的工艺腔室，其特征在于，所述安装槽的底部对应于所述导向孔的位置处开设有容置槽，用于容置所述导向柱。
7.如权利要求2所述的工艺腔室，其特征在于，所述导向柱呈圆柱状或者棱柱状，并且所述导向柱的端部为半球形。
8.如权利要求5所述的工艺腔室，其特征在于，所述导向孔靠近所述基座的侧壁与所述适配环的轴线之间呈所述预设夹角。
9.如权利要求2所述的工艺腔室，其特征在于，所述预设夹角小于90度且大于15度。
10.一种半导体设备，其特征在于，包括如权利要求1至9的任一所述的半导体设备的工艺腔室。
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