CN112501591B - 半导体工艺腔室 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种半导体工艺腔室，所公开的半导体工艺腔室包括腔室本体、上电极、下电极、屏蔽罩和阻抗调节机构，其中：屏蔽罩设置于腔室本体上，且两者形成容纳腔，上电极、下电极和阻抗调节机构均设置于容纳腔中，上电极与下电极相对设置，上电极位于下电极和屏蔽罩之间，且电悬浮设置，屏蔽罩和下电极均接地；阻抗调节机构可移动地与屏蔽罩相连，且阻抗调节机构与屏蔽罩电连接，阻抗调节机构可远离或靠近屏蔽罩移动，以调节阻抗调节机构与上电极之间的距离；和/或，阻抗调节机构可平行于屏蔽罩移动，以改变阻抗调节机构与上电极的相对区域。上述方案能够解决晶圆镀膜的均匀性较差的问题。

Description

半导体工艺腔室

技术领域

本申请涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体工艺腔室。

背景技术

在半导体行业中，随着电子器件的几何尺寸不断减小以及器件的密集度不断提高，特征尺寸和高宽比变得越来越有挑战性。原子层沉积(Atomic layer deposition，ALD)就是为了应对这种挑战而提出的一种新的薄膜沉积方法。原子层沉积以其独特的自限制性生长模式，使其具有薄膜生长厚度精确可控、优异的保形性、成分可控等优点，越来越受到全世界科技工作者的关注。

现有技术中，半导体工艺腔室主要采用以下两种放电模式：

(1)射频电极单点馈入的方式，此种方式容易引起电磁场的不均匀。(2)简单的CCP放电模式，导致等离子体的边缘效应增强(电场分布特点决定，边缘强)，进而导致晶圆镀膜的均匀性较差，致使晶圆的工艺结果较差。

发明内容

本申请公开一种半导体工艺腔室，能够解决晶圆镀膜的均匀性较差的问题。

为解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

本申请实施例公开一种半导体工艺腔室，包括腔室本体、上电极、下电极、屏蔽罩和阻抗调节机构，其中：

所述屏蔽罩设置于所述腔室本体上，且两者形成容纳腔，所述上电极、所述下电极和所述阻抗调节机构均设置于所述容纳腔中，所述上电极与所述下电极相对设置，所述上电极位于所述下电极和所述屏蔽罩之间，且电悬浮设置，所述屏蔽罩和所述下电极均接地；

所述阻抗调节机构可移动地与所述屏蔽罩相连，且所述阻抗调节机构与所述屏蔽罩电连接，所述阻抗调节机构可远离或靠近所述屏蔽罩移动，以调节所述阻抗调节机构与所述上电极之间的距离；和/或，

所述阻抗调节机构可平行于所述屏蔽罩移动，以改变所述阻抗调节机构与所述上电极的相对区域。

本申请采用的技术方案能够达到以下有益效果：

本申请公开的半导体工艺腔室中，阻抗调节机构与屏蔽罩相连，且阻抗调节机构与屏蔽罩电连接，阻抗调节机构可平行于屏蔽罩移动，以改变阻抗调节机构与上电极的相对区域，从而调节上电极上不同区域之间的阻抗，当然，阻抗调节机构可远离或靠近屏蔽罩移动，以调节所述阻抗调节机构与上电极之间的距离，从而实现调节上电极上不同区域之间阻抗可调节的目的，进而也能够使得上电极与下电极之间电场强度的分布均匀，避免电场边缘的强度较大，从而防止半导体工艺腔室在加工晶圆时，等离子体的边缘效应较强，进而使得晶圆镀膜的均匀性较好，最终使得晶圆的工艺结果较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或背景技术中的技术方案，下面将对实施例或背景技术中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请第一种实施例公开的半导体工艺腔室的示意图；

图2为本申请第二种实施例公开的半导体工艺腔室的示意图，图中m表示第二距离，n表示第一距离；

图3为本申请实施例公开的半导体工艺腔室的部分结构的俯视图；

图4为晶圆镀膜后各位置处的厚度示意图，图上数据表示该位置处的厚度。

附图标记说明：

100-腔室本体；

200-上电极、210-均流板、220-基壳；

300-下电极；

400-屏蔽罩；

500-阻抗调节机构、510-第一屏蔽件、520-第二屏蔽件、530-第一连接结构、540-第三连接结构；

610-屏蔽罩调节件、620-射频电源、630-射频连接带、631-环状基部、632-电连接柱、640-射频绝缘块、650-加热模组。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请各个实施例公开的技术方案进行详细地说明。

请参考图1至图4，本申请实施例公开一种半导体工艺腔室，所公开的半导体工艺腔室包括腔室本体100、上电极200、下电极300、屏蔽罩400和阻抗调节机构500。

其中，屏蔽罩400设置于腔室本体100上，且两者形成容纳腔，该容纳腔也就是反应腔。上电极200、下电极300和阻抗调节机构500均设置于容纳腔中，上电极200和下电极300均与屏蔽罩400相对设置，也就是说，上电极200与屏蔽罩400相对设置，下电极300与屏蔽罩400也相对设置，上电极200位于下电极300和屏蔽罩400之间，且电悬浮设置。屏蔽罩400和下电极300均接地，以实现对容纳腔的屏蔽作用。

上电极200通常包括均流板210和基壳220，且均流板210和基壳220之间形成气体空间，半导体工艺腔室的进气通道与气体空间连通。在具体的工作过程中，工艺气体或清洗气体通过进气通道进入到气体空间内，气体空间内的气体通过均流板210流向下一级。

阻抗调节机构500可移动地与屏蔽罩400相连，且阻抗调节机构500与屏蔽罩400电连接。需要说明的是，上电极200与阻抗调节机构500相对区域为第二区域，上电极200与阻抗调节机构500之间的距离为第一距离，上电极200与阻抗调节机构500错位的区域为第三区域，上电极200与屏蔽罩400之间的距离为第二距离。

上电极200上不同区域之间阻抗由下式决定，其中，C为电极间的电容，e为电极间介质的介电常数，真空中为8.854187817×10-12F/m，其它介质为相对介电常数乘以真空中的介电常数，S为相对面积，也就是第三区域的面积以及第二区域的面积，h为相对距离，也就是第一距离以及第二距离。

由上式可知，在S和h变化时，C发生变化，从而使得上电极200上不同区域之间阻抗变化，进而实现调节上电极200上不同区域之间阻抗的目的。

阻抗调节机构500可远离或靠近屏蔽罩400移动，以调节所述阻抗调节机构500与上电极200之间的距离，也就是调节第一距离的大小，使得第一距离与第二距离的比值变化，从而实现调节上电极200上不同区域之间阻抗的目的，进而也能够使得上电极200与下电极300之间电场强度的分布更均匀。

当然，阻抗调节机构500可平行于屏蔽罩400移动，以改变阻抗调节机构500与上电极200的相对区域，以调节阻抗调节机构500与上电极200相对区域的面积，也就是调节第二区域的面积和第三区域的面积，从而调节上电极200上不同区域之间的阻抗，进而使得上电极200与下电极300之间电场强度的分布更均匀。

进一步地，本申请实施例中可以同时调节第二区域的面积和第三区域的面积以及调节第一距离的大小，以实现调节上电极200上不同区域之间阻抗的目的。

请再次参考图4，在上电极200与下电极300之间电场强度的分布不均匀，且电场边缘的强度较大时，该半导体工艺腔室加工后的晶圆厚度如图4所示，其晶圆各位置处的厚度不同，也就是晶圆镀膜的均匀性较差。而在本申请实施例中，在第三区域可以位于上电极200的边缘，第二区域位于第三区域之内，也就是第二区域位于上电极200的中间时，在调节上电极200上不同区域之间阻抗时，上电极200与下电极300之间电场强度的分布均匀，避免电场边缘的强度较大，从而防止半导体工艺腔室在加工晶圆时等离子体的边缘效应较强，进而使得晶圆镀膜的均匀性较好。

本申请公开的半导体工艺腔室中，阻抗调节机构500与屏蔽罩400相连，且阻抗调节机构500与屏蔽罩400电连接，阻抗调节机构500可平行于屏蔽罩400移动，以改变阻抗调节机构500与上电极200的相对区域，从而调节上电极200上不同区域之间的阻抗，当然，阻抗调节机构500可远离或靠近屏蔽罩400移动，以调节所述阻抗调节机构500与上电极200之间的距离，从而实现调节上电极200上不同区域之间阻抗可调节的目的，进而也能够使得上电极200与下电极300之间电场强度的分布均匀，避免电场边缘的强度较大，从而防止半导体工艺腔室在加工晶圆时，等离子体的边缘效应较强，进而使得晶圆镀膜的均匀性较好，最终使得晶圆的工艺结果较好。

如上文所述，上电极200与屏蔽罩400之间的距离为第二距离，在调节阻抗调节机构500与上电极200之间的距离，也就是调节第一距离的大小时，第二距离可以不变。当然，第二距离也可以变化，具体地，半导体工艺腔室还可以包括与屏蔽罩400垂直设置的屏蔽罩调节件610，且屏蔽罩400可以通过屏蔽罩调节件610设置于腔室本体100上，通过调节屏蔽罩调节件610的长度，以调节屏蔽罩400与上电极200之间的距离。在工作人员不方便调节第一距离时，工作人员也可以通过调节第二距离，使得第一距离与第二距离的比值变化，从而实现调节上电极200上不同区域之间阻抗的目的，进而也能够使得上电极200与下电极300之间电场强度的分布均匀。

在本申请实施例中，阻抗调节机构500可平行于屏蔽罩400移动，以改变阻抗调节机构500与上电极200的相对区域，具体地，阻抗调节机构500可以包括平行于上电极200的第一屏蔽件510和垂直于上电极200的第二屏蔽件520，第二屏蔽件520的一端可移动地设置于屏蔽罩400上，第一屏蔽件510设置于第二屏蔽件520的另一端上；在第二屏蔽件520的一端相对于屏蔽罩400移动的情况下，也就是阻抗调节机构500平行于屏蔽罩400移动时，第二屏蔽件520带动第一屏蔽件510平行于屏蔽罩400移动，以调节第一屏蔽件510与上电极200的相对区域。第一屏蔽件510与上电极200的相对区域为上文中的第二区域，在第一屏蔽件510平行于屏蔽罩400移动时，第一屏蔽件510的朝向上电极200表面的相对区域面积会增大或减小，从而使得第二区域的面积增大或减小，进而实现调节阻抗调节机构500与上电极200相对区域面积的目的，最终调节上电极200上不同区域之间的阻抗，以使上电极200与下电极300之间电场强度的分布均匀。此种调节方式简单可靠，便于设置，能够简化阻抗调节机构500的结构，减低设计人员的设计难度。

第二屏蔽件520的一端可移动地设置于屏蔽罩400上，可选地，第二屏蔽件520的一端可以设置有第一连接结构530，屏蔽罩400可以设置有多个第二连接结构，第一连接结构530可切换地与多个第二连接结构中的一者连接。此种切换过程便于工作人员操作，从而使得工作人员能够便捷地操控阻抗调节机构500平行于屏蔽罩400移动。具体地，第一连接结构530可以为螺钉，第二连接结构可以为螺纹孔，当然，第一连接结构530也可以为第一磁性件，第二连接结构可以为第二磁性件，本申请实施例中对第一连接结构530和第二连接结构的具体形式不做限制。

在本申请实施例中，阻抗调节机构500可远离或靠近屏蔽罩400移动，以调节所述阻抗调节机构500与上电极200之间的距离，也就是调节第一距离的大小，具体地，阻抗调节机构500可以包括平行于上电极200的第一屏蔽件510和垂直于上电极200的第二屏蔽件520，第二屏蔽件520的一端设置于屏蔽罩400上，第一屏蔽件510可移动地设置于第二屏蔽件520的另一端；在第一屏蔽件510相对于第二屏蔽件520移动的情况下，也就是阻抗调节机构500远离或靠近屏蔽罩400移动时，第一屏蔽件510远离或靠近上电极200，以调节第一屏蔽件510与上电极200之间的距离。在第一屏蔽件510与上电极200之间的距离为上文中的第一距离，在第一屏蔽件510远离或靠近上电极200时，第一屏蔽件510与上电极200之间的距离增大或减小，使得第一距离与第二距离的比值变化，从而实现调节上电极200上不同区域之间阻抗的目的，进而也能够使得上电极200与下电极300之间电场强度的分布均匀。相似地，此种调节方式简单可靠，便于设置，能够简化阻抗调节机构500的结构，降低设计人员的设计难度。

第一屏蔽件510可移动地设置于第二屏蔽件520的另一端，可选地，第一屏蔽件510可以设置有第三连接结构540，第二屏蔽件520的另一端可以设置有多个第四连接结构，第三连接结构540可切换地与多个第四连接结构中的一者连接。此种切换过程便于工作人员操作，从而使得工作人员能够便捷地操控阻抗调节机构500远离或靠近屏蔽罩400移动。具体地，第三连接结构540可以为螺钉，第四连接结构可以为螺纹孔，当然，第三连接结构540也可以为第一磁性件，第四连接结构可以为第二磁性件，本申请实施例中对第三连接结构540和第四连接结构的具体形式不做限制。

进一步地，本申请实施例中可以同时包括上述两个方案，也就是：第二屏蔽件520的一端可移动地设置于屏蔽罩400上，同时，第一屏蔽件510可移动地设置于第二屏蔽件520的另一端，以使阻抗调节机构500既可以平行于屏蔽罩400移动，还可以远离或靠近屏蔽罩400移动，可以同时调节第二区域的面积和第三区域的面积以及调节调节第一距离的大小。

可选地，根据计算及实验可以确定，第二距离与第一距离的比例可以大于2:1。在第二距离与第一距离的比例满足大于2:1时，上电极200与下电极300之间电场强度的分布较为均匀。

可选地，屏蔽罩400与上电极200相对的圆形区域可以为第一区域，且第一区域的直径可以为第一直径，阻抗调节机构500与上电极200相对的圆形区域可以为第二区域，且第二区域的直径可以为第二直径，根据计算及实验还可以确定，第一直径与第二直径的比例可以大于3:1。相似地，在第一直径与第二直径的比例满足大于3:1时，上电极200与下电极300之间电场强度的分布较为均匀。

为了进一步使得上电极200与下电极300之间电场强度分布的均匀性，可选地，半导体工艺腔室还可以包括射频模组，射频模组可以包括射频电源620和射频连接带630，射频电源620可以与射频连接带630电连接，射频连接带630可以与上电极200电连接，且两者之间可以设置有多个电连接部，多个电连接部可以呈环形排布。多个电连接部能够使得射频电源620与上电极200之间的射频馈入点较多，相较于单点馈入的方式，多点馈入的方式能够使得上电极200与下电极300之间电场强度的分布更为均匀。可选地，电连接部的数量为至少4个。

具体地，射频连接带630可以包括环状基部631和多个电连接柱632，多个电连接柱632可以等间隔设置于环状基部631，射频电源620与环状基部631电连接，多个电连接柱632均与上电极200电连接，且多个电连接柱632形成多个电连接部。此种情况下，等间隔设置的多个电连接柱632分布均匀，从而保证射频馈入的均匀性，进而使得上电极200与下电极300之间电场强度的分布更为均匀。

进一步地，半导体工艺腔室还可以包括射频绝缘块640，射频绝缘块640环绕半导体工艺腔室的进气通道设置，环状基部631和多个电连接柱632均环绕射频绝缘块640设置。射频绝缘块640通常与反应腔同心设置，也就是环绕半导体工艺腔室的进气通道设置，环状基部631环绕射频绝缘块640设置也就意味着多个电连接柱632对称设置，从而保证射频馈入的对称性，进而使得上电极200与下电极300之间电场强度的分布更为均匀。

当然，阻抗调节机构500可以环绕射频绝缘块640设置。阻抗调节机构500环绕射频绝缘块640设置也就意味着第二区域位于上电极200的中间区域，第三区域位于上电极200的边缘区域，在调节上电极200上不同区域之间阻抗时，上电极200与下电极300之间电场强度的分布均匀，避免边缘区域的电场强度较大，从而降低半导体工艺腔室在加工晶圆时等离子体的边缘效应，进而使得晶圆镀膜的均匀性较好。

在一种可选的实施例中，半导体工艺腔室还可以包括加热模组650，加热模组650设置于上电极200上；在加热模组650的数量为一个的情况下，加热模组650开设有多个通孔，多个电连接柱632一一对应地穿过多个通孔与上电极200电连接；在加热模组650的数量为多个的情况下，多个加热模组650间隔设置，且任意相邻的两个加热模组650之间设置有一个电连接柱632。此方案能够避免加热模组650影响多个电连接柱632的均匀性以及对称性分布，从而使得上电极200与下电极300之间电场强度的分布均匀。

本申请上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种半导体工艺腔室，其特征在于，包括腔室本体（100）、上电极（200）、下电极（300）、屏蔽罩（400）和阻抗调节机构（500），其中：

所述屏蔽罩（400）设置于所述腔室本体（100）上，且两者形成容纳腔，所述上电极（200）、所述下电极（300）和所述阻抗调节机构（500）均设置于所述容纳腔中，所述上电极（200）与所述下电极（300）相对设置，所述上电极（200）位于所述下电极（300）和所述屏蔽罩（400）之间，且电悬浮设置，所述屏蔽罩（400）和所述下电极（300）均接地；

所述阻抗调节机构（500）可移动地与所述屏蔽罩（400）相连，且所述阻抗调节机构（500）与所述屏蔽罩（400）电连接，所述阻抗调节机构（500）可远离或靠近所述屏蔽罩（400）移动，以调节所述阻抗调节机构（500）与所述上电极（200）之间的距离；和/或，

所述阻抗调节机构（500）可平行于所述屏蔽罩（400）移动，以改变所述阻抗调节机构（500）与所述上电极（200）的相对区域；

所述阻抗调节机构（500）包括平行于所述上电极（200）的第一屏蔽件（510）和垂直于所述上电极（200）的第二屏蔽件（520），所述第二屏蔽件（520）的一端设置于所述屏蔽罩（400）上，所述第一屏蔽件（510）设置于所述第二屏蔽件（520）的另一端上。

2.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述半导体工艺腔室还包括与所述屏蔽罩（400）垂直设置的屏蔽罩调节件（610），且所述屏蔽罩（400）通过所述屏蔽罩调节件（610）设置于所述腔室本体（100）上，通过调节所述屏蔽罩调节件（610）的长度，以调节所述屏蔽罩（400）与所述上电极（200）之间的距离。

3.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述第二屏蔽件（520）的一端可移动地设置于所述屏蔽罩（400）上，在所述第二屏蔽件（520）的一端相对于所述屏蔽罩（400）移动的情况下，所述第二屏蔽件（520）带动所述第一屏蔽件（510）平行于所述屏蔽罩（400）移动，以调节所述第一屏蔽件（510）与所述上电极（200）的相对区域。

4.根据权利要求3所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述第二屏蔽件（520）的一端设置有第一连接结构（530），所述屏蔽罩（400）设置有多个第二连接结构，所述第一连接结构（530）可切换地与多个所述第二连接结构中的一者连接。

5.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述第一屏蔽件（510）可移动地设置于所述第二屏蔽件（520）的另一端；在所述第一屏蔽件（510）相对于所述第二屏蔽件（520）移动的情况下，所述第一屏蔽件（510）远离或靠近所述上电极（200），以调节所述第一屏蔽件（510）与所述上电极（200）之间的距离。

6.根据权利要求5所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述第一屏蔽件（510）设置有第三连接结构（540），所述第二屏蔽件（520）的另一端设置有多个第四连接结构，所述第三连接结构（540）可切换地与多个所述第四连接结构中的一者连接。

7.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述上电极（200）与所述阻抗调节机构（500）之间的距离为第一距离，所述屏蔽罩（400）与所述上电极（200）之间的距离为第二距离，所述第二距离与所述第一距离的比例大于2:1。

8.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述屏蔽罩（400）与所述上电极（200）相对的圆形区域为第一区域，且所述第一区域的直径为第一直径，所述阻抗调节机构（500）与所述上电极（200）相对的圆形区域为第二区域，且所述第二区域的直径为第二直径，所述第一直径与所述第二直径的比例大于3:1。

9.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述半导体工艺腔室还包括射频模组，所述射频模组包括射频电源（620）和射频连接带（630），所述射频电源（620）与所述射频连接带（630）电连接，所述射频连接带（630）与所述上电极（200）电连接，且两者之间设置有多个电连接部，多个所述电连接部呈环形排布。

10.根据权利要求9所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述射频连接带（630）包括环状基部（631）和多个电连接柱（632），多个所述电连接柱（632）等间隔设置于所述环状基部（631），所述射频电源（620）与所述环状基部（631）电连接，多个所述电连接柱（632）均与所述上电极（200）电连接，且多个所述电连接柱（632）形成多个所述电连接部；

所述半导体工艺腔室还包括射频绝缘块（640），所述射频绝缘块（640）环绕所述半导体工艺腔室的进气通道设置，所述环状基部（631）环绕所述射频绝缘块（640）设置。

11.根据权利要求10所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述半导体工艺腔室还包括加热模组（650），所述加热模组（650）设置于所述上电极（200）上；

在所述加热模组（650）的数量为一个的情况下，所述加热模组（650）开设有多个通孔，所述多个电连接柱（632）一一对应地穿过多个所述通孔与所述上电极（200）电连接；

在所述加热模组（650）的数量为多个的情况下，多个所述加热模组（650）间隔设置，且任意相邻的两个所述加热模组（650）之间设置有一个所述电连接柱（632）。

12.根据权利要求10所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述阻抗调节机构（500）环绕所述射频绝缘块（640）设置。

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