CN113862645A - 承载装置及半导体工艺腔室 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种承载装置及半导体工艺腔室，涉及半导体装备领域。一种承载装置，应用于半导体工艺设备的工艺腔室，该承载装置包括：承载座本体、导电件和设置于承载座本体内部的第一电极，所述第一电极用于与接地装置连接；所述承载座本体设有承载面，用于承载晶圆，且与所述晶圆绝缘；所述导电件的一端与第一电极电性连接，另一端用于与所述承载座本体承载的所述晶圆接触，以将所述晶圆上产生的电荷通过所述第一电极接地释放。一种半导体工艺腔室，包括上述承载装置。本申请能够解决电荷积聚导致晶圆不易脱离承载座本体以及晶圆上薄膜致密度均匀性差等问题。

Description

承载装置及半导体工艺腔室
技术领域
本申请属于半导体装备技术领域，具体涉及一种承载装置及半导体工艺腔室。
背景技术
随着集成电路向微型化、集成化、高效能的方向发展，原子层沉积(Atomic LayerDeposition，ALD)技术由于薄膜厚度高度可控、均匀性优良、台阶覆盖率高等优点，使其在诸多领域得到了重要应用。其中，等离子体增强原子层沉积(Plasma-enhanced ALD)是一种能量增强的原子层沉积方式，较传统的原子层沉积方式而言，具有降低沉积温度、提高沉积速率及改进薄膜性能等优点。
然而，在进行等离子体增强原子层沉积过程中，电荷积聚在晶圆表面，导致沉积后的晶圆吸附在承载座本体上不易脱离，并且使晶圆边缘电荷密度比中间区域密度高，导致射频场不均匀，从而导致晶圆上薄膜致密度均匀性差，无法满足工艺要求。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种承载装置及半导体工艺腔室，能够解决电荷积聚导致晶圆不易脱离承载座本体以及晶圆上薄膜致密度均匀性差等问题。
为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
本申请实施例提供了一种承载装置，应用于半导体工艺设备的工艺腔室，该承载装置包括：承载座本体、导电件和设置于所述承载座本体内部的第一电极，所述第一电极用于与接地装置连接；
所述承载座本体设有承载面，用于承载晶圆，且与所述晶圆绝缘；
所述导电件的一端与所述第一电极电性连接，另一端用于与所述承载座本体承载的所述晶圆接触，以将所述晶圆上产生的电荷通过所述第一电极接地释放。
本申请实施例还提供了一种半导体工艺腔室，包括腔室本体和承载装置，所述承载装置设置于所述腔室本体内。
本申请实施例中，在承载座本体内设置第一电极，并使第一电极与接地装置连接，以进行接地；通过导电件与承载座本体的承载面上的晶圆接触，且导电件与第一电极电性连接，可以将晶圆上产生的电荷通过导电件传导至第一电极，并通过第一电极接地释放，有效避免了电荷在晶圆上积聚，从而缓解了沉积后的晶圆吸附在承载装置上不易脱离而导致取片时滑片甚至碎片的问题，与此同时，还能够缓解由于电荷积聚在晶圆边缘使得边缘电荷密度比中间区域密度高，导致射频场不均匀，从而导致晶圆上薄膜致密度均匀性差的问题。基于此，本申请实施例中的承载装置可以实现将工艺过程中晶圆上的电荷实时转走，保证了薄膜的致密度均匀性和取片的重复性。
附图说明
图1为本申请实施例公开的承载装置处于第一状态的结构示意图；
图2为本申请实施例公开的承载装置处于第二状态的结构示意图；
图3为本申请实施例公开的承载装置的俯视示意图；
图4为本申请实施例公开的半导体工艺设备的工艺腔室的结构示意图；
图5为本申请实施例公开的承载座本体绝缘和导电两种状态下，薄膜沉积厚度对比的示意图；
图6为本申请实施例公开的承载座本体绝缘和导电两种状态下，薄膜刻蚀掉厚度对比的示意图。
附图标记说明：
100-承载座本体；110-容纳腔体；120-承载面；130-第一通孔；140-第二通孔；150-凹槽；160-贯穿孔；
200-导电件；
300-第一电极；310-螺纹安装孔；
400-接地装置；410-接地电极；
500-升降组件；510-安装架；520-顶针；
600-加热件；
700-喷淋板；
800-工艺腔室；
900-晶圆。
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进行详细地说明。
参考图1至图4，本申请实施例公开了一种承载装置，应用于半导体工艺设备的工艺腔室800，所公开的承载装置包括承载座本体100、导电件200和第一电极300。
承载座本体100为半导体工艺设备中的基础承载构件，其用于承载晶圆900。一些实施例中，承载座本体100设有承载面120，该承载面120用于承载晶圆900。可以理解的是，承载座本体100的上表面可以看作是承载面120。本申请实施例中以硅片衬底作为待加工的晶圆900。在进行工艺之前，可以将晶圆900放置在承载座本体100的承载面120上，通过承载面120承载晶圆900，以使晶圆900能够在工艺腔室800中进行沉积工艺。
考虑到承载装置及其承载的晶圆900处于高频变化的电场中，在工艺过程中大量电荷源源不断地打在晶圆900的表面，并吸附在晶圆900表面，使晶圆900的表面积聚较多的电荷，从而影响晶圆900上薄膜的电荷边缘效应以及取片。基于此，本申请实施例中，通过导电件200和第一电极300可以将晶圆900上的电荷传导走，以防止电荷在晶圆900表面积聚。
为了传导电荷，将导电件200的一端与第一电极300电性连接，另一端与承载座本体100所承载的晶圆900接触，与此同时，将第一电极300与接地装置400连接。如此，晶圆900上的电荷可以传导至导电件200，并通过导电件200传导至第一电极300，并通过第一电极300实现电荷的释放。
可选地，导电件200可以设置在承载座本体100上，其中，承载座本体100上可以设置一个导电件200，还可以设置多个导电件200，具体可以根据电荷的积聚情况而选定。另外，导电件200可以是金属材质，或者非金属导电材质，以实现电荷的传导。
一些实施例中，第一电极300可以设置于承载座本体100内部，一方面与导电件200连接，另一方面还与接地装置400连接，从而可以通过导电件200将晶圆900上的电荷传导至第一电极300，并使电荷进一步传导至接地装置400，从而有效缓解电荷在第一电极300上积聚而影响晶圆900上电荷的传导的问题。可选地，第一电极300可以由镍、钼或其他金属材质制成。
基于上述设置，在将晶圆900放置到承载座本体100的承载面120上时，晶圆900的下表面与导电件200的上表面接触，由于导电件200具有导电功能，可以通过导电件200将工艺过程中积聚在晶圆900表面的电荷传导至第一电极300，并通过第一电极300将电荷传导至接地装置400，进而实现了晶圆900上的电荷的传导和转移，以使晶圆900上不再出现电荷积聚的现象。如此，使得工艺完成后的晶圆900表面不再积聚电荷，从而使晶圆900不再吸附在承载座本体100的表面，使晶圆900更容易与承载座本体100的表面分离，进而不会在取片时出现滑片甚至碎片的问题。
另外，由于工艺过程中晶圆900的边缘不再积聚电荷，也即，避免了电荷积聚在晶圆900而产生边缘效应，使得晶圆900的中心区域和边缘区域的电荷密度基本相同，保障了晶圆900上所生长的薄膜的致密度一致性，因此，不再出现晶圆900的边缘区域射频场密度高，中心区域射频场密度低的问题，进而改善了射频场，使射频场更加均匀，有效改善了晶圆900表面沉积的薄膜致密度的均匀性，使晶圆900的性能得以保证。
本申请实施例中，设置导电件200和第一电极300进行电荷传导，也即，采用承载座本体100导电的方式，相比于承载座本体100绝缘的方式具有如下区别：
工艺后的薄膜厚度均匀性基本一致，均小于0.5％，具体如图5所示。然而，当对薄膜进行刻蚀时，承载座本体100导电的方式与承载座本体100绝缘的方式存在明显区别，具体为，承载座本体100绝缘时，薄膜刻蚀掉的厚度均匀性为1.49％，无法满足薄膜作为掩膜的刻蚀均匀性要求，也即，无法满足小于0.7％的要求；而承载座本体100导电时，薄膜刻蚀掉厚度的均匀性为0.44％，小于0.7％，满足作为掩膜的刻蚀一致性要求，具体如图6所示。
在一些实施例中，承载座本体100具有容纳晶圆900的凹槽150，在该凹槽150的底面形成承载面120，通过承载面120可以承载晶圆900。可选地，凹槽150可以是圆形凹槽，其深度可以根据晶圆900的厚度而设定。通过凹槽150可以对晶圆900起到一定的限位作用，以提高晶圆900的位置精度。
为了在承载座本体100上安装导电件200，本申请实施例中，在承载座本体100上第一通孔130，第一通孔130从承载面120延伸至第一电极300，导电件200设置于第一通孔130中。
可选地，承载座本体100还具有容纳腔体110，将第一电极300设置在容纳腔体110中，由于晶圆900位于凹槽150中，第一通孔130可以从凹槽150底部的承载面120延伸至容纳腔体110，从而通过第一通孔130可以将凹槽150和容纳腔体110连通，此时，位于第一通孔130中的导电件200可以将晶圆900和第一电极300连接，以实现电荷传导。
可选地，容纳腔体110可以开设在承载座本体100的中部，从而可以通过容纳腔体110将第一电极300包裹在承载座本体100内。此处需要说明的是，容纳腔体110可以具有可启闭的盖板，在装配第一电极300时，可以将盖板打开，在装配完成后，可以将盖板关闭。
为了实现导电件200与晶圆900之间相互接触，本申请实施例中，导电件200与晶圆900相对的表面与承载面120齐平或者凸出于承载面120。基于此，可以保证导电件200与晶圆900之间相互接触，从而实现电荷的稳定传导。
为了实现导电件200与第一电极300之间的连接，本申请实施例中，在第一电极300上设置螺纹安装孔310，该螺纹安装孔310与第一通孔130相对设置，以使位于第一通孔130中的导电件200能够与第一电极300连接。
相应地，导电件200为耐腐蚀的螺纹件，且导电件200与螺纹安装孔310螺纹连接。通过螺纹连接，可以方便导电件200的拆装或调节。需要说明的是，由于工艺过程中，晶圆900周围的承载装置上也会沉积有薄膜，为了防止承载装置上的薄膜脱落悬浮在工艺腔室800中形成的颗粒落在晶圆900表面而影响晶圆900的工艺过程，需要定期对承载装置进行远程等离子体清洗，如，CF4或C2F6或NF3等，用以除去承载装置上多余的膜层。为了抵抗腐蚀，需要对承载装置进行耐腐蚀设计。基于此，本申请实施例中的导电件200采用耐腐蚀的螺纹件，从而可以有效防止导电件200受到腐蚀而影响工艺精度。
上述耐腐蚀的螺纹件可以是由耐腐蚀材料制成的螺纹件，还可以是在普通螺纹件的表面设置耐腐蚀层。本申请实施例中不限制耐腐蚀的螺纹件的具体形式，只要能够达到耐腐蚀效果即可。
为了使导电件200与晶圆900能够良好接触，本申请实施例中将导电件200设计为可调节构件，通过调节导电件200相对于第一电极300的相对位置，可以实现导电件200的端面与晶圆900之间接触情况的调节。一些实施例中，螺纹安装孔310的深度大于导电件200的长度，通过调节导电件200旋入螺纹安装孔310的深度，以改变导电件200的顶面和承载面120之间的距离，进而可以保证导电件200的端面能够与晶圆900的表面接触良好，以满足电荷传导的要求。
为了提高电荷的传导效率，本申请实施例中，承载装置包括多个导电件200，在晶圆900放置于承载座本体100上时，晶圆900可以同时与多个导电件200接触，从而可以在工艺过程中通过多个导电件200同时向第一电极300传导电荷，进而提高了电荷的传导效率，有效缓解了电荷在晶圆900表面积聚的问题。
参考图3，在一些实施例中，多个导电件200相对于承载面120的中心对称分布，且多个导电件200所在的圆的面积小于承载面120的面积。基于此，可以保证多个导电件200与承载面120上承载的晶圆900分别接触良好，以使多个导电件200可以同时实现电荷的传导，与此同时，还可以保证每个导电件200上传导电荷的均匀性，有利于电荷的传导，有效避免了电荷在晶圆900上积聚的问题。
此处需要说明的是，导电件200在承载座本体100的数量、尺寸以及分布情况，可以根据不同的工艺类型及晶圆900的大小进行调整。
参考图1和图2，在一些实施中，接地装置400包括接地电极410，承载座本体100设有延伸至第一电极300的第二通孔140，接地电极410穿过第二通孔140与第一电极300电性连接。基于此，通过接地电极410可以将第一电极300上的电荷传导走。可选地，第二通孔140可以从承载座本体100的背离承载面120的一侧延伸至容纳腔体110，并使接地电极410穿过第二通孔140，以实现接地电极410与第一电极300电性连接。
可选地，接地装置400还可以包括接地座，接地座可以接地，接地电极410的一端与接地座连接，另一端与第一电极300连接，从而可以通过接地电极410将第一电极300上的电荷传导至接地座，以实现电荷的释放。
可选地，接地电极410可以是导线，还可以是其他具有导电功能的结构件，本申请实施例中不限制接地电极410的具体具体形式。
在一些实施例中，承载座本体100的材质可以是陶瓷材质，该陶瓷材质至少包括AlN和Al2O3，如此，可以保证承载座本体100的耐腐蚀性。
在另一些实施例中，还可以在承载座本体100的用于承载晶圆900的承载面120设置钝化层，该钝化层至少包括Al2O3绝缘层，基于此，同样可以保证承载座本体100的耐腐蚀性。当然，钝化层还可以采用其他材质的层结构，只要能够满足实际需求即可。
在一些实施例中，导电件200可以是镍锌合金螺钉或导电陶瓷螺钉等。当然，本申请实施例不限制导电件200的具体形式和结构，只要能够满足实际需求即可。
为了将晶圆900与承载座本体100分离，本申请实施例中的承载装置还包括用于升降晶圆900的升降组件500，通过升降组件500可以将晶圆900托起或放下，以使晶圆900脱离或放置于承载座本体100的承载面120。
参考图1和图2，在一些实施例中，升降组件500包括安装架510和多个顶针520，其中，顶针520固定安装在安装架510上，并对应设置于承载座本体100的贯穿孔160内，用以支撑晶圆900。基于此，顶针520可以沿着贯穿孔160移动，以实现升降，从而可以带动晶圆900上升或下降，以将晶圆900从承载面120上顶起，或放置于承载面120上。
可选地，多个顶针520呈中心对称均匀分布，且多个顶针520所在的圆的面积小于晶圆900的面积，以保证多个顶针520能够同时支撑晶圆900，从而保证晶圆900在升降过程的稳定性。
一些实施例中，升降组件500还可以包括驱动源，驱动源与安装架510连接。可选地，驱动源可以是气缸、电动缸、液压缸等直线伸缩件。基于上述设置，在驱动源的驱动作用下，安装架510可以沿竖直方向作升降运动，与此同时，由安装架510带动多个顶针520同步升降，从而在顶针520上升时，可以将位于承载座本体100的承载面120上的晶圆900顶起，以使晶圆900脱离承载面120，进而为后续机械手传输晶圆900奠定基础。
本申请实施例中，依次通过导电件200和第一电极300将晶圆900上的电荷传导至接地装置400，从而使晶圆900与承载座本体100之间的静电吸附作用相对较小，有效缓解了晶圆900吸附在承载座本体100表面。如此，工艺完成后，可以通过顶针520将晶圆900顶起，此时，主要使顶针520的顶升力克服晶圆900的重力即可，因此，使取片重复性和安全性得到提高，有效防止取片过程中出现滑片、碎片的问题。
为了对晶圆900进行加热，本申请实施例中的承载装置具有加热功能。在一些实施例中，承载装置还包括用于加热承载座本体100的加热件600，该加热件600设置于承载座本体100内，其位于第一电极300背离承载面120的一侧。可选地，加热件600可以为加热丝、加热片等结构。在通电时，可以对承载座本体100进行加热，以使承载座本体100的承载面120升温，从而可以对承载面120上的晶圆900进行加热，以满足工艺过程对于热量的需求。
参考图4，本申请实施例还公开了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和承载装置，其中，承载装置设置于腔室本体内。
一些实施例中，腔室本体内还设有工艺气体的喷淋板700，通过喷淋板700可以向腔室本体内喷射作为反应源的工艺反应气体，以将工艺反应气体喷射至晶圆900表面而形成薄膜。可选地，工艺反应气体可以是TEOS和O2的混合气体。
喷淋板700可以设置在承载装置的上方，将射频电压及功率施加到喷淋板700上，使喷淋板700喷射工艺反应气体，从而在喷淋板700与承载座本体100之间形成等离子体反应区域，晶圆900在位于等离子反应区域形成薄膜。此处需要说明的是，喷淋板700的具体结构及工作原理可参考相关技术，此处不作详细阐述。
本申请实施例中，喷淋板700作为第二电极(图中未示出)，该第二电极用于接射频信号；承载座本体100中设置第一电极300，第一电极300与接地装置400连接，等离子体产生于第一电极300和第二电极之间。待晶圆900放置于承载装置上，等离子体在沉积表面附近产生，在保障沉积表面的等离子体自由基与离子的浓度很高，反应活性较高的同时，使得较短的等离子体脉冲时间可以使沉积表面具有抑制的活性离子氛围，从而可以得到较为均匀的薄膜。
综上所述，本申请实施例改变了承载装置表面的导电状态，可以实时将晶圆900表面积聚的电荷传导走，有效避免了电荷积累导致晶圆900吸附在承载装置表面；与此同时，有效缓解了晶圆900表面电荷积累的边缘效应，保证了薄膜致密度一致性，保证了产品质量。
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)

1.一种承载装置，应用于半导体工艺设备的工艺腔室(800)，其特征在于，包括：承载座本体(100)、导电件(200)和设置于所述承载座本体(100)内部的第一电极(300)，所述第一电极(300)用于与接地装置(400)连接；
所述承载座本体(100)设有承载面(120)，用于承载晶圆(900)，且与所述晶圆(900)绝缘；
所述导电件(200)的一端与所述第一电极(300)电性连接，另一端用于与所述承载座本体(100)承载的所述晶圆(900)接触，以将所述晶圆(900)上产生的电荷通过所述第一电极(300)接地释放。
2.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述承载座本体(100)具有容纳所述晶圆(900)的凹槽(150)，在所述凹槽(150)的底面形成所述承载面(120)；
所述承载座本体(100)还具有容纳腔体(110)，所述第一电极(300)设置于所述容纳腔体(110)中；
所述承载座本体(100)上设有从所述承载面(120)延伸至所述容纳腔体(110)的第一通孔(130)，所述导电件(200)设置于所述第一通孔(130)，且所述导电件(200)与所述晶圆(900)相对的表面与所述承载面(120)齐平或者凸出于所述承载面(120)。
3.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，所述第一电极(300)设有螺纹安装孔(310)，所述螺纹安装孔(310)与所述第一通孔(130)相对设置；
所述导电件(200)为耐腐蚀的螺纹件，所述导电件(200)与所述螺纹安装孔(310)螺纹连接。
4.根据权利要求3所述的承载装置，其特征在于，所述螺纹安装孔(310)的深度大于所述导电件(200)的长度，通过调节所述导电件(200)旋入所述螺纹安装孔(310)的深度，以改变所述导电件(200)的顶面和所述承载面(120)之间的距离。
5.根据权利要求2至4中任意一项所述的承载装置，其特征在于，所述承载装置包括多个所述导电件(200)，多个所述导电件(200)相对于所述承载面(120)的中心对称分布，且多个所述导电件(200)所在的圆的面积小于所述承载面(120)的面积。
6.根据权利要求1或2所述的承载装置，其特征在于，所述接地装置(400)包括接地电极(410)；
所述承载座本体(100)设有延伸至所述第一电极(300)的第二通孔(140)，所述接地电极(410)穿过所述第二通孔(140)与所述第一电极(300)电性连接。
7.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述承载座本体(100)的材质为陶瓷材质，所述陶瓷材质至少包括AlN和Al2O3；
或者，所述承载座本体(100)用于承载所述晶圆(900)的承载面(120)设有钝化层，所述钝化层至少包括Al2O3绝缘层；
和/或，所述导电件(200)为镍锌合金螺钉或导电陶瓷螺钉。
8.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述承载装置还包括用以升降所述晶圆(900)的升降组件(500)，所述升降组件(500)包括安装架(510)和多个顶针(520)，其中：
所述顶针(520)固定安装在所述安装架(510)上，并对应设置于所述承载座本体(100)的贯穿孔(160)内，用以支撑所述晶圆(900)；
所述安装架(510)用于与驱动源连接。
9.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述承载装置还包括用于加热所述承载座本体(100)的加热件(600)，所述加热件(600)设置于所述承载座本体(100)内，且位于所述第一电极(300)背离所述承载面(120)的一侧。
10.一种半导体工艺腔室，包括腔室本体和承载装置，所述承载装置设置于所述腔室本体内，其特征在于，所述承载装置为权利要求1至9中任意一项所述的承载装置。
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