CN114695051A - 半导体处理设备及方法 - Google Patents

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CN114695051A CN202011642968.6A CN202011642968A CN114695051A CN 114695051 A CN114695051 A CN 114695051A CN 202011642968 A CN202011642968 A CN 202011642968A CN 114695051 A CN114695051 A CN 114695051A
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Abstract

本申请涉及一种半导体处理设备及方法。在本申请的一实施例中，所述半导体处理设备包括：晶圆承载盘体，其中设置有下电极，所述下电极耦接到直流电源；及上电极，其与所述晶圆承载盘体相对设置，所述上电极经由匹配电路耦接到射频发生器，且经由低通滤波器接地。

Description

半导体处理设备及方法
技术领域
本申请大体上涉及半导体制造设备领域，且更具体来说，涉及一种半导体处理设备及方法。
背景技术
半导体处理设备通常包括静电吸盘。静电吸盘是一种适用于真空及等离子体工况环境的超洁净晶圆承载体，它利用静电吸附原理进行晶圆的平整均匀夹持。在半导体制程中，静电吸盘常被用于保持晶圆的温度及翘曲度，是等离子体增强化学气相沉积、离子注入等半导体处理设备的核心部件。
对于单极型静电吸盘，在进行吸附和解吸附时，需要有直流电流经过直流电源、晶圆承载盘盘面、等离子体和地形成直流电流回路。然而，与等离子体接触的工艺腔室的侧壁通常使用的材料为陶瓷，不利于等离子体中的电荷的自由传导，因而无法提供从等离子体到地的稳定、有效的直流通道。并且，与等离子体接触的上电极通常作为射频施加的电极，其与匹配电路耦接，与地之间存在电容隔离，因而会使得直流回路电流受到阻碍并影响直流电流的稳定性，进而影响静电吸附和解吸附效果。静电吸盘的静电吸附和解吸附效果会进一步影响半导体处理设备的工艺稳定性和生产效率。
发明内容
本申请的方案可为半导体处理设备中的静电吸盘提供有效的直流电流回路，增强了直流电流的稳定性，改善了静电吸附及解吸附功能，并改善了半导体处理设备的工艺稳定性和生产效率。
在一方面，本申请提供了一种半导体处理设备，其可包括：晶圆承载盘体，其中设置有下电极，所述下电极耦接到直流电源；及上电极，其与所述晶圆承载盘体相对设置，所述上电极经由匹配电路耦接到射频发生器，且经由低通滤波器接地。
根据本申请的实施例，所述低通滤波器可包括电阻和电感器。
根据本申请的实施例，所述电阻的电阻值是固定的或可调的。
根据本申请的实施例，所述电阻的电阻值或电阻值范围是基于所述晶圆承载盘体表面的漏电流需求而选择的。
根据本申请的实施例，所述低通滤波器可连接在所述上电极和所述匹配电路之间的射频馈入导体上。
根据本申请的实施例，所述低通滤波器可通过屏蔽盖板接地。
根据本申请的实施例，所述低通滤波器可设置于所述匹配电路中。
根据本申请的实施例，所述低通滤波器可包括所述匹配电路中的直流漏电通道。
根据本申请的实施例，所述低通滤波器可包括所述匹配电路中的掺杂金属的陶瓷贴片电容器。
根据本申请的实施例，所述晶圆承载盘体可由绝缘材料制成。
根据本申请的实施例，所述晶圆承载盘体可包括J-R型静电吸盘。
根据本申请的实施例，所述半导体处理设备可包括等离子体增强化学气相沉积设备。
在另一方面，本申请还提供了一种使用本申请的任一实施例所述的半导体处理设备的方法，其可包括：将晶圆放置于晶圆承载盘体上；及通过所述直流电源向晶圆承载盘体中的下电极施加电压，使所述晶圆吸附到所述晶圆承载盘体表面。
根据本申请的实施例，所述方法可进一步包括在向所述下电极施加电压期间，通过射频发生器向上电极施加射频功率以在所述上电极与所述晶圆之间产生等离子体。
根据本申请的实施例，所述方法可进一步包括停止向所述下电极施加电压，使所述晶圆从所述晶圆承载盘体表面解吸附。
根据本申请的实施例，所述方法可进一步包括在停止向所述下电极施加电压期间，通过所述射频发生器向所述上电极施加射频功率以在所述上电极与所述晶圆之间产生等离子体。
在以下附图及描述中阐述本申请的一或多个实例的细节。其他特征、目标及优势将根据所述描述及附图以及权利要求书而显而易见。
附图说明
本说明书中的公开内容提及且包含以下各图：
图1为根据本申请的一些实施例的半导体处理设备的结构示意图；
图2为根据本申请的一些实施例的另一半导体处理设备的结构示意图；
图3为根据本申请的一些实施例的另一半导体处理设备的结构示意图。
根据惯例，图示中所说明的各种特征可能并非按比例绘制。因此，为了清晰起见，可任意扩大或减小各种特征的尺寸。图示中所说明的各部件的形状仅为示例性形状，并非限定部件的实际形状。另外，为了清楚起见，可简化图示中所说明的实施方案。因此，图示可能并未说明给定设备或装置的全部组件。最后，可贯穿说明书和图示使用相同参考标号来表示相同特征。
具体实施方式
为更好地理解本发明的精神，以下结合本发明的部分实施例对其作进一步说明。
本说明书内使用的词汇“在一实施例”或“根据一实施例”并不必要参照相同具体实施例，且本说明书内使用的“在其他(一些/某些)实施例”或“根据其他(一些/某些)实施例”并不必要参照不同的具体实施例。其目的在于例如主张的主题包括全部或部分范例具体实施例的组合。本文所指“上”和“下”的意义并不限于图式所直接呈现的关系，其应包含具有明确对应关系的描述，例如“左”和“右”，或者是“上”和“下”的相反。本文所称的“连接”应理解为涵盖“直接连接”以及“经由一或多个中间部件连接”。本说明书中所使用的各种部件的名称仅出于说明的目的，并不具备限定作用，不同厂商可使用不同的名称来指代具备相同功能的部件。
以下详细地讨论本发明的各种实施方式。尽管讨论了具体的实施，但是应当理解，这些实施方式仅用于示出的目的。相关领域中的技术人员将认识到，在不偏离本发明的精神和保护范围的情况下，可以使用其他部件和配置。本发明的实施可不必包含说明书所描述的实施例中的所有部件或步骤，也可根据实际应用而调整各步骤的执行顺序。
图1为根据本申请的一些实施例的半导体处理设备10的结构示意图。在一些实施例中，半导体处理设备10包括等离子体增强化学气相沉积设备。半导体处理设备10可以包括晶圆承载盘体101、下电极102、上电极103、低通滤波器104、匹配电路105、射频发生器106和直流电源107。
晶圆承载盘体101设置在由侧壁111限制的工艺腔室中，并固定于支架109上方。下电极102设置在晶圆承载盘体101中，并耦接到直流电源107。在一些实施例中，直流电源107与下电极102之间设置有滤波器108。直流电流可通过滤波器108流向下电极102，而射频电流则通过滤波器108流向地。
上电极103设置在晶圆承载盘体101的上方并与晶圆承载盘体101相对，上电极103经由匹配电路105耦接到射频发生器106。射频发生器106可向上电极103提供射频功率，工艺腔室内的工艺气体在上电极103的射频电场作用下产生辉光放电，形成等离子体113，并最终沉积在放置于晶圆承载盘体101上的晶圆112表面形成固态薄膜。如图1中的虚线箭头所示，射频电流可从射频发生器106流出，经由匹配电路105、上电极103、等离子体113、晶圆112、晶圆承载盘体101和下电极102、滤波器108，最终流向地，形成射频回路114。
上电极103还经由低通滤波器104接地。在一些实施例中，低通滤波器104可包括电阻和电感器等元件。直流电流可通过低通滤波器104流向地，而低通滤波器104对于射频电流则是高阻抗的。
晶圆112通过传输装置(未示出)送入工艺腔室中，并放置于晶圆承载盘体101上后，直流电源107可向下电极102施加电压，使得下电极102相对于晶圆承载盘体101电偏置，晶圆承载盘体101的表面会产生极化电荷(和自由电荷)。在晶圆承载盘体101的表面积聚的电荷会进一步影响晶圆112，使其表面产生极化电荷。晶圆承载盘体101表面的电荷与晶圆112下表面的电荷极性相反，因此二者之间产生静电吸附力，使晶圆112被吸附到晶圆承载盘体101的表面。在图1中，为了显示晶圆承载盘体101和晶圆112表面的电荷极性，晶圆112显示为与晶圆承载盘体101间隔开一段距离，本领域技术人员应能了解，晶圆112可实质上接触晶圆承载盘体101。如图1中的实线箭头所示，直流电流可从直流电源107流出，经由滤波器108、下电极102和晶圆承载盘体101、晶圆112、等离子体113、上电极103、低通滤波器104，最终流向地，形成直流回路115。此直流回路115可提供稳定的直流电流，从而提高静电吸附及静电力的稳定性。
需指出的是，直流回路115中的直流电流通常在几十mA的范围内，而射频回路114中的射频电流在几A至几十A的范围内。因此直流电流对等离子体的影响很小，能够起到隔离射频的作用。
在直流电源107停止向下电极102施加电压后，晶圆承载盘体101表面和晶圆112表面会存在残留电荷。这些残留电荷可以经由低通滤波器104导出，从而将晶圆112从晶圆承载盘体101表面解吸附。在停止向下电极102施加电压期间，为形成完整的直流回路以导出残留电荷，可继续通过射频发生器106向上电极103施加射频功率以在上电极103与晶圆112之间产生等离子体113，但去除工艺气体，停止沉积。例如，可以在工艺结束后关闭射频发生器106之后再次打开射频发生器106，或者工艺结束后不关闭射频发生器106。此处提供的射频功率可以比正常工艺时低，以避免因等离子体自偏压较高而影响电荷的去除。在解吸附过程中，低通滤波器104提供了稳定、良好的直流回路，提高了解吸附的重复性和稳定性。
在一些实施例中，晶圆承载盘体101可为J-R型静电吸盘，在直流电源107向下电极102施加电压期间，晶圆承载盘体101的表面有极化电荷和自由电荷。与库伦型静电吸盘相比，J-R型静电吸盘的吸附力更大(例如，可比库伦型静电吸盘吸附力大几个数量级)，因此静电吸附效果更优。
在一些实施例中，晶圆承载盘体101可由绝缘材料制成。在一些实施例中，所述绝缘材料包括陶瓷材料。
在一些实施例中，晶圆承载盘体101还包括加热器以对晶圆112进行热处理。
在一些实施例中，下电极102烧结在晶圆承载盘体101中。
在一些实施例中，射频发生器106产生的射频电流是低频电流，例如，频率为400kHz电流。在一些实施例中，射频发生器106产生的射频电流是高频电流，例如，频率为13.56MHz的电流。在一些实施例中，射频发生器106产生的射频电流是其他频率的电流。在一些实施例中，射频发生器106可同时提供低频电流和高频电流。低通滤波器104对于这些射频电流都是高阻抗的。
在一些实施例中，匹配电路105可包括电感器和电容器。在一些实施例中，匹配电路105可包括一个电感器和两个电容器，其中一个电容器接地。在一些实施例中，匹配电路105可包括陶瓷贴片电容器。
在一些实施例中，低通滤波器104中的电阻的电阻值是固定的。在另一些实施例中，低通滤波器104中的电阻的电阻值是可调的，即，所述电阻具有一定的电阻值范围。
在一些实施例中，低通滤波器104中的电阻的电阻值或电阻值范围可以基于晶圆承载盘体101表面的漏电流需求而选择，以提供合适的直流电流，控制静电吸附力的大小和稳定性。例如，当工艺腔室温度在400℃左右，晶圆承载盘体101表面的漏电流小于1mA，因此提供1mA级别的电流通道可保证静电吸盘的稳定工作。根据直流电源107提供的直流电压以及需要提供的电流大小，利用公式R(电阻)＝U(电压)/I(电流)可以计算直流回路115所需的总电阻值，进而可以估算低通滤波器104中的电阻的电阻值。可通过增大低通滤波器104中的电阻的电阻值来限制静电电流。
图2为根据本申请的一些实施例的另一半导体处理设备20的结构示意图。半导体处理设备20可包括射频发生器206、匹配电路205、上电极203、晶圆承载盘体201。如图2所示，上电极203上方还覆盖有屏蔽盖板218，为半导体处理设备20提供接地。匹配电路205经由射频馈入导体217连接到上电极203，为上电极203提供经匹配的射频信号。在一些实施例中，射频馈入导体217包括铜带或铜柱。低通滤波器204连接在射频馈入导体217上，并通过屏蔽盖板218接地，从而为静电吸附和解吸附提供稳定的直流回路。在图2中，低通滤波器204示例性地显示为串联的电阻2041和电感器2042。本领域技术人员应理解，低通滤波器204也可实施为其它形式。
图3为根据本申请的一些实施例的另一半导体处理设备30的结构示意图。半导体处理设备30与半导体处理设备20的结构基本相同，区别仅在于半导体处理设备30中的低通滤波器304设置在匹配电路305中。图3给出的低通滤波器304以及匹配电路305的结构仅出于示例性说明的目的，应了解，其它具有类似功能的电路结构都不脱离本发明的精神和范围。
在一些实施例中，低通滤波器304可为匹配电路305中额外增加的低通滤波电路。如图3所示，低通滤波器304可为匹配电路305中在匹配网络3051外增加的低通滤波电路，匹配网络3051可包括由电容器3052和3054以及电感器3053组成的网络，低通滤波电路可包括串联的电阻和电感器。在另一些实施例中，低通滤波器304可包括匹配电路305中的直流漏电通道。例如，匹配电路305中的匹配网络组件可包括陶瓷贴片电容器。通过对陶瓷贴片电容器掺杂金属，可以形成mA级的漏电流，从而形成直流漏电通道，为静电吸附和解吸附提供直流回路。匹配电路305中的mA级漏电流不会影响其射频应用和工艺性能。
在一些实施例中，一种使用本申请的半导体处理设备(例如，半导体处理设备10、20或30)的方法可以包括：将晶圆放置于晶圆承载盘体上；及通过直流电源向下电极施加电压，使晶圆吸附到晶圆承载盘体表面。
在一些实施例中，所述方法可进一步包括在向下电极施加电压期间，通过射频发生器向上电极施加射频功率以在上电极与晶圆之间产生等离子体。
在一些实施例中，所述方法可进一步包括停止向下电极施加电压，使晶圆从晶圆承载盘体表面解吸附。
在一些实施例中，所述方法可进一步包括在停止向下电极施加电压期间，通过射频发生器向上电极施加射频功率以在上电极与晶圆之间产生等离子体。
相较于现有的半导体处理设备，本申请的半导体处理设备可以通过接地的低通滤波器形成稳定的直流电流回路，解决了传统半导体处理设备因电荷无法从陶瓷侧壁导出而不能形成稳定直流回路的技术难题，并且增强了工艺腔室内直流回路的稳定性，改善了静电吸附和解吸附功能，提高了沉积工艺的稳定性和效率。
本文中的描述经提供以使所述领域的技术人员能够进行或使用本发明。所属领域的技术人员将易于显而易见对本发明的各种修改，且本文中所定义的一般原理可应用于其它变化形式而不会脱离本发明的精神或范围。因此，本发明不限于本文所述的实例和设计，而是被赋予与本文所揭示的原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims (16)

1.一种半导体处理设备，其包括：
晶圆承载盘体，其中设置有下电极，所述下电极耦接到直流电源；及
上电极，其与所述晶圆承载盘体相对设置，所述上电极经由匹配电路耦接到射频发生器，且经由低通滤波器接地。
2.根据权利要求1所述的半导体处理设备，其中所述低通滤波器包括电阻和电感器。
3.根据权利要求2所述的半导体处理设备，其中所述电阻的电阻值是固定的或可调的。
4.根据权利要求3所述的半导体处理设备，其中所述电阻的电阻值或电阻值范围是基于所述晶圆承载盘体表面的漏电流需求而选择的。
5.根据权利要求1所述的半导体处理设备，其中所述低通滤波器连接在所述上电极和所述匹配电路之间的射频馈入导体上。
6.根据权利要求1所述的半导体处理设备，其中所述低通滤波器通过屏蔽盖板接地。
7.根据权利要求1所述的半导体处理设备，其中所述低通滤波器设置于所述匹配电路中。
8.根据权利要求7所述的半导体处理设备，其中所述低通滤波器包括所述匹配电路中的直流漏电通道。
9.根据权利要求8所述的半导体处理设备，其中所述低通滤波器包括所述匹配电路中的掺杂金属的陶瓷贴片电容器。
10.根据权利要求1所述的半导体处理设备，其中所述晶圆承载盘体由绝缘材料制成。
11.根据权利要求1所述的半导体处理设备，其中所述晶圆承载盘体包括J-R型静电吸盘。
12.根据权利要求1所述的半导体处理设备，其中所述半导体处理设备包括等离子体增强化学气相沉积设备。
13.一种使用根据权利要求1至12中任一权利要求所述的半导体处理设备的方法，其包括：
将晶圆放置于所述晶圆承载盘体上；及
通过所述直流电源向所述下电极施加电压，使所述晶圆吸附到所述晶圆承载盘体表面。
14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括在向所述下电极施加电压期间，通过所述射频发生器向所述上电极施加射频功率以在所述上电极与所述晶圆之间产生等离子体。
15.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括停止向所述下电极施加电压，使所述晶圆从所述晶圆承载盘体表面解吸附。
16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括在停止向所述下电极施加电压期间，通过所述射频发生器向所述上电极施加射频功率以在所述上电极与所述晶圆之间产生等离子体。
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