CN112981334A - 半导体加工设备及对半导体加工设备进行清理的工艺 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种半导体加工设备及对半导体加工设备进行清理的工艺，所公开的半导体加工设备包括反应腔室、升降驱动装置、屏蔽件和靶材；升降驱动装置用于驱动反应腔室内承载晶片的托盘在第一位置与第二位置之间移动；屏蔽件设于反应腔室的侧壁；靶材设于反应腔室内，且靶材与托盘相对设置；在托盘位于第一位置的情况下，托盘与靶材之间的距离为第一距离，且屏蔽件的第一区域位于托盘背离靶材的一侧；在托盘位于第二位置的情况下，托盘与靶材之间的距离为第二距离，第一距离小于第二距离。上述方案能够解决半导体加工设备在生产过程中由于溅射电压过高而影响半导体加工设备的产能及其生产的产品的良率问题。

Description

半导体加工设备及对半导体加工设备进行清理的工艺

技术领域

本申请属于半导体加工技术领域，具体涉及一种半导体加工设备及对半导体加工设备进行清理的工艺。

背景技术

通过物理气相沉积(PVD)形成的氮化铝薄膜在LED、HEMT、MEMS等领域均着重要的应用。在具体的工艺过程中，选用的靶材为铝靶材，采用反应溅射的方式，在真空腔室内通入氩气和氮气，氩气在电场的作用下被电离成Ar离子并轰击靶材，最终在晶片的表面形成氮化铝薄膜。

在具体的工艺实施过程中，除了在晶片上形成氮化铝薄膜之外，反应腔室的构件上不可避免地会产生氮化铝薄膜，而氮化铝薄膜属于绝缘材料，随着氮化铝薄膜的厚度的增加，氮化铝薄膜的电阻越大，进而导致反应腔室的导电越来越困难，进而导致溅射电压增高而影响晶片的成膜质量，最终影响半导体加工设备的产能及良率。当然，靶材不局限于铝靶材，在采用其它种类的靶材和工艺气体进行物理气相沉积的过程中形成的绝缘薄膜也存在相同的问题。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种半导体加工设备及对半导体加工设备进行清理的工艺，能够解决半导体加工设备在生产过程中由于溅射电压过高而影响半导体加工设备的产能及其生产的产品的良率问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例公开一种半导体加工设备，包括反应腔室、升降驱动装置、屏蔽件和靶材；其中：

所述升降驱动装置的部分设于所述反应腔室之内，所述升降驱动装置用于驱动所述反应腔室内承载晶片的托盘在第一位置与第二位置之间移动；

所述屏蔽件设于所述反应腔室的侧壁；

所述靶材设于所述反应腔室内，且所述靶材与所述托盘相对设置；

在所述托盘位于所述第一位置的情况下，所述托盘与所述靶材之间的距离为第一距离，且所述屏蔽件的第一区域位于所述托盘背离所述靶材的一侧；

在所述托盘位于所述第二位置的情况下，所述托盘与所述靶材之间的距离为第二距离，所述第一距离小于所述第二距离。

第二方面，本申请实施例公开一种对半导体加工设备进行清理的工艺，所述半导体加工设备为上文所述的半导体加工设备，所述工艺包括：

控制所述升降驱动装置驱动所述托盘移动至所述第二位置；

向所述反应腔室内通入惰性气体；

控制所述反应腔室内的电场，以使所述惰性气体在所述反应腔室内电离成离子并轰击所述靶材以在所述第一区域形成金属层；

控制所述升降驱动装置驱动所述托盘移动至所述第一位置。

本申请采用上述技术方案能够达到以下有益效果：

本申请实施例公开的半导体加工设备，通过对背景技术中的半导体加工设备的结构进行改进，使得升降驱动装置驱动承载晶片的托盘在第一位置与第二位置之间移动，靶材能够在溅射过程中提供金属元素。在靶材清理时，托盘下降到第二位置，靶材向第二位置以上的屏蔽件溅射一层金属元素，在需要进行溅射工艺时，托盘上升到第一位置，进而在镀膜生产时，屏蔽件上的绝缘层无法溅射到第一位置与第二位置之间的金属层上，第一位置与第二位置之间的金属层直接与屏蔽件接触，进而避免溅射工艺的电流穿过屏蔽件上较厚的绝缘薄膜，减小串联电阻的大小，使得溅射电压的上升较缓，进而能够解决半导体加工设备在生产过程中由于溅射电压过高而影响半导体加工设备产能及其生产的产品的良率的问题。

附图说明

图1为本申请实施例公开的一种半导体加工设备的结构示意图；

图2为本申请实施例公开的一种半导体加工设备进行溅射工艺时的金属离子运行轨迹示意图；

图3为常规清理(pasting)工艺与新pasting工艺的溅射电压的对比图。

附图标记说明：

100-反应腔室、

200-托盘、

300-升降驱动装置、310-升降电机、311-驱动轴、320-连接机构、321-底板、322-支撑部件、

400-屏蔽件、500-靶材、600-压环、700-隔热环。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，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作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实施例提供的一种半导体加工设备进行详细地说明。

如图1-图2所示，本申请实施例公开一种半导体加工设备及对半导体加工设备进行清理的工艺，所公开的半导体加工设备包括反应腔室100、升降驱动装置300、屏蔽件400和靶材500；其中：

反应腔室100用于容纳半导体加工设备中的一些相关部件以及为半导体加工提供真空环境。半导体加工的一些操作均在反应腔室100中进行，此外，反应腔室100能够对半导体加工设备中的一些相关部件提供防护，还能避免空气中的异物进入反应腔室100，影响半导体加工设备加工出的产品的良率。

升降驱动装置300的部分设于反应腔室100之内，升降驱动装置300用于驱动反应腔室100内承载晶片的托盘200在第一位置与第二位置之间移动。通过升降驱动装置300的工作，晶片能在反应腔室100中得到充分反应的同时，托盘200也能够随意地在第一位置与第二位置切换，并实现在不同位置时半导体加工设备的不同工艺。

屏蔽件400设于反应腔室100的侧壁，在半导体加工设备工作时，屏蔽件400用于保护反应腔室100的腔室壁，为了使半导体加工设备的工作效率更高，屏蔽件400可以采用导电性能较好的金属件，同时，为了避免屏蔽件400在半导体反应过程中受到过大的损伤，屏蔽件400可以选用强度较好的结构件，进而屏蔽件400可以选择强度和导电性能均较好的材质，可以是不锈钢材质、铝质材质，当然，屏蔽件400也可以为其它材质，本申请实施例对此不作具体限制。

作为在反应过程中提供金属元素的靶材500，靶材500设于反应腔室100内，且靶材500与托盘200相对设置。在具体的反应过程中，靶材500与托盘200相对设置，靶材500中提供的金属元素可以和反应腔室100内的工艺气体产生反应，进而使得反应后的产物在晶片上沉积，从而实现对晶片的镀膜。

在升降驱动装置300的作用下，托盘200可以在第一位置与第二位置之间切换位置，具体的，在托盘200位于第一位置的情况下，托盘200与靶材500之间的距离为第一距离，且屏蔽件400的第一区域位于托盘200背离靶材500的一侧，此时，半导体加工设备可以实现溅射工艺。

在托盘200位于第二位置的情况下，托盘200与靶材500之间的距离为第二距离，第一距离小于第二距离，在此种情况下，能够对半导体加工设备进行清洗工艺，在进行清洗工艺的过程中，靶材500会在屏蔽件400上位于第二位置以上的区域溅射一层金属元素(与靶材500的材质相同)，从而完成清洗，之后再将托盘200的位置上升到第一位置，进行正常的溅射工艺。

本申请实施例公开的半导体加工设备，通过对背景技术中的半导体加工设备的结构进行改进，使得升降驱动装置300驱动承载晶片的托盘200在第一位置与第二位置之间移动，靶材500能够在溅射过程中提供金属元素。在对半导体加工设备进行清理工艺时，托盘200下降到第二位置，靶材500向屏蔽件400上位于第二位置以上的区域溅射一层金属元素，在需要进行常规的溅射工艺时，托盘200上升到第一位置，进而在镀膜生产时，屏蔽件400上的绝缘层无法溅射到第一位置与第二位置之间的金属层上，第一位置与第二位置之间的金属层直接与屏蔽件400接触，进而避免溅射工艺的电流穿过较厚的绝缘层，减小串联电阻的大小，使得溅射电压的上升较缓，进而能够解决半导体加工设备在生产过程中由于溅射电压过高而影响半导体加工设备产能及其生产的产品的良率的问题。

在本申请实施例中，半导体加工设备还可以包括热电偶件。热电偶件用于检测反应腔室100内的温度。热电偶件可以直接测量半导体加工设备在工作时的反应腔室100内的温度，可以将反应腔室100内的温度信号通过半导体加工设备外的电气仪表呈现。在温度测量中，热电偶件具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度小等优点。此外，热电偶件的种类有多种，例如，可拆卸式热电偶件、隔爆式热电偶件、压弹簧固定式热电偶件等，本申请实施例对此不作具体限制。

如上文所述，升降驱动装置300可以驱动托盘200在第一位置和第二位置之间切换位置，升降驱动装置300的种类可以有多种，一种可选的方案中，升降驱动装置300可以包括升降电机310、驱动轴311和连接机构320。升降电机310可以设于反应腔室100的外部，驱动轴311伸入反应腔室100之内，且与连接机构320相连，连接机构320与托盘200支撑配合，升降电机310可驱动连接机构320升降，也就是说，连接机构320用于连接托盘200与驱动轴311，在升降电机310的作用下，升降电机310可以驱使驱动轴311运动，进而带动托盘200在第一位置与第二位置之间移动。

上述结构的升降驱动装置300中，作为动力源的升降电机310的体积较大，而且容易受到反应腔室100内的高温环境的影响，因此升降电机310位于反应腔室100的外部，进而能够更好地确保升降电机310的稳定工作，同时能够避免升降电机310对反应腔室100内空间的占用。当然，升降电机310的此种布设方式能够方便维护人员对升降电机310的维修或更换。

在进一步的技术方案中，连接机构320可以包括底板321和多个支撑部件322，托盘200通过多个支撑部件322支撑于底板321上，多个支撑部件322间隔设置于托盘200与底板321之间。通过这种结构设计，托盘200可以稳定地支撑在底板321上。为了使结构更加稳定，底板321的长度可以大于托盘200的长度，进而托盘200可以承载较多的晶片进行反应。当然，多个支撑部件322间隔设置于托盘200与底板321之间，可以为托盘200提供一个均匀的支撑力，确保托盘200在第一位置与第二位置之间移动时的更加稳定。

在本申请实施例中，半导体加工设备可以还可以包括压环600，压环600可以环绕托盘200设置，压环600用于压住托盘200的承载面的边缘区域，防止半导体加工设备在启辉时的辉光外泄，而影响半导体加工设备的产能。

此外，半导体加工设备还可以包括隔热环700，隔热环700固定在屏蔽件400上，隔热环700用于在升降驱动装置300驱动托盘200下降至托盘200与压环600分离时，支撑压环600，在此种情况下，隔热环700能够避免压环600的位置随意移动而导致半导体加工设备中的辉光外泄的情况发生，同时还能够对压环600发挥稳定的支撑作用，使得压环600能够较好地放置在反应腔室100内。

在本申请实施例中，隔热环700的材质可以有多种，例如，玻璃纤维、石棉、岩棉等，本申请实施例对于隔热环700的材质不作具体限制。

为了方便装卸与维修，屏蔽件400可以可拆卸地固定在反应腔室100的侧壁。通过这种方式，有助于操作人员对半导体加工设备的安装与拆卸，在屏蔽件400出现问题的情况下，屏蔽件400可以通过操作人员的拆卸实现更换或维修。

在半导体加工设备的具体工作过程中，为了实现更好的导电作用，屏蔽件400可以采用强度和导电性能均较好的结构件，可选的方案中，屏蔽件400可以为不锈钢结构件，当然也可以为其它结构件，只要满足较好的导电性能和强度即可，本申请实施例对此不作具体限制。

基于上文所述的半导体加工设备，本申请实施例公开一种对半导体加工设备进行清理的工艺，所涉及的半导体加工设备为上文实施例所述的半导体加工设备，该工艺包括：

步骤101、控制升降驱动装置300驱动托盘200移动至第二位置。

在半导体加工设备正常工作一段时间后，屏蔽件400上会交替镀上一层金属层(即第一金属层)与绝缘薄膜层混合的混合膜层，在启辉后，金属离子会从靶材500出发穿过绝缘层，到达屏蔽件400并与屏蔽件400形成回路，进而导致混合膜层中的绝缘层越来越厚，形成的回路的串联电阻越来越大，溅射电压也越来越高，为了解决上述问题，在溅射时，控制升降驱动装置300驱动托盘200移动至第二位置。

步骤102、向反应腔室100内通入惰性气体。

惰性气体可以是氩气，当然也可以是其它种类惰性气体，本申请实施例对此不作具体限制。

步骤103、控制反应腔室100内的电场，以使惰性气体在反应腔室100内电离成离子并轰击靶材500以在上文所述的第一区域形成金属层。

步骤104、控制升降驱动装置300驱动托盘200移动至第一位置。

在进一步可选的方案中，本申请实施例公开的工艺在步骤104之后，还可以包括：

步骤105、在控制升降驱动装置300驱动托盘200移动至第一位置之后，启动溅射工艺。通过这种方式，绝缘薄膜(例如氮化铝薄膜)不会溅射到第一位置与第二位置之间，进而第一位置与第二位置之间的金属层(即第二金属层)可以直接与屏蔽件400接触，在此种情况下，溅射到混合膜层上的金属离子会通过绝缘薄膜中的金属层(第一金属层)而传导至第一位置与第二位置之间的金属层(即第二金属层)，从而进入屏蔽件400，避免金属离子穿过较厚的混合膜层，进而减小了串联电阻，溅射电压的上升速度也逐渐放缓。如图3所示，通过检测，相比于传统的清理工艺(即常规pasting工艺)，本申请实施例公开的清理工艺(即新pasting工艺)能够较好地降低溅射电压。

一种可选的方案中，向反应腔室100内通入惰性气体的工艺参数为：惰性气体的流量为100～200sccm，半导体加工设备的功率为4500W～6000W，反应腔室100内的压力为4～8Torr。当然，常规情况下，半导体加工设备的功率为3000～4500w，在此功率范围内也能够实现清理工艺。上述可选方案中，通过加大半导体加工设备的功率，使其功率达到4500～6000W，能够使得溅射电压的下降效果更好，如图3所示，在此工艺条件下，与常规的pasting工艺相比，初始溅射电压由272v下降到268v，每个循环下，溅射电压的涨幅由23v下降到12v，并且并没有出现初始溅射电压随盘(run)数增加而出现上升的情况。

与此同时，由于溅射电压升降较小，因此能够减少半导体加工设备的清理次数，从而能够有效减小对靶材500的消耗，使得靶材500更多地被利用于溅射工艺，从而能够提高靶材500的利用率。

通过这种方式，溅射电压的初始电压和加工过程中的循环电压均有所下降，半导体加工设备的产能也有所提升，举例来说，如果采用常规的pasting工艺(即清理工艺)，一个正常的生产过程以2.5h为一个周期，清理工艺大约耗时1h，每个周期可以产生16盘(run)，而每天可以正常产出153盘，而采用新的清理工艺后，每个循环可以产生30盘，每个周期耗时3.8h，清理工艺大约耗时1h，每天可以产出189盘，进而使得半导体加工设备的产能有23％的提升。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种半导体加工设备，其特征在于，包括反应腔室(100)、升降驱动装置(300)、屏蔽件(400)和靶材(500)；其中：

所述升降驱动装置(300)的部分设于所述反应腔室(100)之内，所述升降驱动装置(300)用于驱动所述反应腔室(100)内承载晶片的托盘(200)在第一位置与第二位置之间移动；

所述屏蔽件(400)设于所述反应腔室(100)的侧壁；

所述靶材(500)设于所述反应腔室(100)内，且所述靶材(500)与所述托盘(200)相对设置；

在所述托盘(200)位于所述第一位置的情况下，所述托盘(200)与所述靶材(500)之间的距离为第一距离，且所述屏蔽件(400)的第一区域位于所述托盘(200)背离所述靶材(500)的一侧；

在所述托盘(200)位于所述第二位置的情况下，所述托盘(200)与所述靶材(500)之间的距离为第二距离，所述第一距离小于所述第二距离。

2.根据权利要求1所述的半导体加工设备，其特征在于，所述升降驱动装置(300)包括升降电机(310)、驱动轴(311)和连接机构(320)，所述升降电机(310)设于所述反应腔室(100)的外部，所述驱动轴(311)伸入所述反应腔室(100)之内，且与所述连接机构(320)相连，所述连接机构(320)与所述托盘(200)支撑配合，所述升降电机(310)可驱动所述连接机构(320)带动所述托盘(200)升降。

3.根据权利要求2所述的半导体加工设备，其特征在于，所述连接机构(320)包括底板(321)和多个支撑部件(322)，所述托盘(200)通过所述多个支撑部件(322)支撑于所述底板(321)上，所述多个支撑部件(322)间隔设置于所述托盘(200)与所述底板(321)之间。

4.根据权利要求1所述的半导体加工设备，其特征在于，所述半导体加工设备还包括压环(600)，所述压环(600)环绕所述托盘(200)设置，所述压环(600)用于压住所述托盘(200)的承载面的边缘区域。

5.根据权利要求4所述的半导体加工设备，其特征在于，所述半导体加工设备还包括隔热环(700)，所述隔热环(700)固定在所述屏蔽件(400)上，所述隔热环(700)用于在所述升降驱动装置(300)驱动所述托盘(200)下降至所述托盘(200)与所述压环(600)分离时，支撑所述压环(600)。

6.根据权利要求1所述的半导体加工设备，其特征在于，所述屏蔽件(400)可拆卸地固定在所述反应腔室(100)的侧壁。

7.根据权利要求1或6所述的半导体加工设备，其特征在于，所述屏蔽件(400)为不锈钢结构件。

8.一种对半导体加工设备进行清理的工艺，其特征在于，所述半导体加工设备为权利要求1所述的半导体加工设备，所述工艺包括：

控制所述升降驱动装置(300)驱动所述托盘(200)移动至所述第二位置；

向所述反应腔室(100)内通入惰性气体；

控制所述反应腔室(100)内的电场，以使所述惰性气体在所述反应腔室(100)内电离成离子并轰击所述靶材(500)以在所述第一区域形成金属层；

控制所述升降驱动装置(300)驱动所述托盘(200)移动至所述第一位置。

9.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于，在控制所述升降驱动装置(300)驱动所述托盘(200)移动至所述第一位置之后，启动溅射工艺。

10.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于，所述向所述反应腔室(100)内通入惰性气体的工艺参数为：所述惰性气体的流量为100～200sccm，所述半导体加工设备的功率为4500W～6000W，所述反应腔室(100)内的压力为4～8Torr。

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