CN115985745A - 半导体工艺腔室和半导体工艺设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种半导体工艺腔室和半导体工艺设备，涉及半导体工艺技术领域。该半导体工艺腔室包括腔室本体、用于产生等离子体的线圈、用于承载晶圆的基座和金属结构件，所述基座和所述金属结构件均设置于所述腔室本体内，所述金属结构件的至少部分与所述腔室本体的内壁相对设置，且所述金属结构件设置于所述基座用于放置所述晶圆的位置的周围或侧方，所述金属结构件与所述基座电连接，以在受到所述等离子体中的离子轰击后在所述腔室本体的内壁形成金属膜。该方案能够解决目前的半导体工艺腔室的产能较低的问题。

Description

半导体工艺腔室和半导体工艺设备

技术领域

本申请属于半导体工艺技术领域，具体涉及一种半导体工艺腔室和半导体工艺设备。

背景技术

在半导体领域，随着晶圆加工工艺的进行会产生大量的副产物颗粒，尤其在刻蚀工艺过程中，随着对晶圆连续不断的刻蚀，可导致溅镀材料沉积在腔室本体的顶部和侧部及其周围，尤其是刻蚀材质为碳聚合物的晶圆，如PI(Polyimide，聚酰亚胺)或者PBO(poly-benzoxazole，聚对苯撑苯并二噁唑)其被广泛应用于先进封装领域和其他相关的产线中时，较为明显。

然而，当沉积的碳质材料达到一定厚度后，会使颗粒变的松动且在腔室本体中移动，从而落在晶圆上并污染晶圆，造成晶圆因缺陷超标或者对腔室本体的顶部和侧部需频繁维修保养。实际应用中，为了抑制工艺过程中颗粒的滋生与脱落，目前采用的方法是定期使用不合格晶圆或者金属托盘进行刻蚀工艺，在腔室本体的顶部、侧部及其周围溅镀一层薄薄的金属膜，从而达到抑制颗粒的滋生与脱落的目的。但是在目前的工艺制程下，需频繁进行该金属刻蚀工艺，这将导致工艺腔室产能较低。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种半导体工艺腔室和半导体工艺设备，能够解决目前的半导体工艺腔室的产能较低的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种半导体工艺腔室，包括腔室本体、用于产生等离子体的线圈、用于承载晶圆的基座和金属结构件，所述基座和所述金属结构件均设置于所述腔室本体内，所述金属结构件的至少部分与所述腔室本体的内壁相对设置，且所述金属结构件设置于所述基座用于放置所述晶圆的位置的周围或侧方，所述金属结构件与所述基座电连接，以在受到所述等离子体中的离子轰击后在所述腔室本体的内壁形成金属膜。

第二方面，本申请实施例还提供了一种半导体工艺设备，包括上述的半导体工艺腔室。

在本申请实施例中，金属结构件的至少部分与腔室本体的内壁相对设置，且金属结构件设置于基座用于放置晶圆的位置的周围或侧方，线圈产生的等离子体中的离子轰击金属结构件，以使被轰击而溅射出来的金属沉积在腔室本体的内壁上，从而提升腔室本体内壁的副产物颗粒的附着能力，以延长金属刻蚀工艺的间隔周期，进而提升半导体工艺腔室的产能。

附图说明

图1为本申请实施例公开的半导体工艺设备的部分结构示意图；

图2为本申请实施例公开的半导体工艺腔室的部分结构示意图；

图3为本申请实施例公开的金属结构件的结构示意图。

附图标记说明：

110-腔室本体、111-顶部、112-侧部、113-进气口、120-基座、121-晶圆承载面、130-金属结构件、131-晶圆限位部、132-第一溅射部、132a-倾斜面、133-第二溅射部、133a-顶面、134-晶圆支撑部、140-导电形变件、150-接地环、160-绝缘环、170-线圈；

200-上电极射频电源；

300-下电极射频电源；

500-绝缘内衬；

600-法拉第屏蔽件；

700-金属盘。

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、完整的描述，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半导体工艺腔室和半导体工艺设备进行详细地说明。

如图1至图3所示，本申请实施例公开一种半导体工艺腔室，包括腔室本体110、用于产生等离子体的线圈170、用于承载晶圆的基座120和金属结构件130，腔室本体110用于为晶圆提供具体工艺所需的条件，以使晶圆处于较优的工艺工况中。线圈170嵌设于腔室本体110。可选地，基座120可以为静电卡盘、晶圆托盘等，这里不作具体限制。基座120和金属结构件130均设置于腔室本体110内，金属结构件130的至少部分与腔室本体110的内壁相对设置，且金属结构件130设置于基座120用于放置晶圆的位置的周围或侧方，金属结构件130与基座120电连接，以在受到等离子体中的离子轰击后在腔室本体110的内壁形成金属膜。换言之，当金属结构件130处于电导通状态时，线圈170产生的等离子体中的离子轰击金属结构件130，以使被轰击而溅射出来的金属沉积在腔室本体110的内壁上，以在腔室本体110的内壁上形成金属膜。需要说明的是，本实施例中，金属结构件130和基座120可以分别与半导体工艺腔室的电源电连接，在半导体工艺腔室处于工艺状态的情况下，金属结构件130和基座120可以单独工作；而金属结构件130与基座120电连接，有利于简化半导体工艺腔室内的导电线路的结构设计，并且，可以减少半导体工艺腔室内的结构件的数量，以节省空间，且方便控制。

在本申请实施例中，金属结构件130的至少部分与腔室本体110的内壁相对设置，且金属结构件130设置于基座120用于放置晶圆的位置的周围或侧方，线圈170产生的等离子体中的离子轰击金属结构件130，以使被轰击而溅射出来的金属沉积在腔室本体110的内壁上，从而提升腔室本体110内壁的副产物颗粒的附着能力，以延长金属刻蚀工艺的间隔周期，进而提升半导体工艺腔室的产能。

可选地，半导体工艺腔室还可以包括晶圆限位环，晶圆限位环设置于基座120，用于在半导体工艺腔室处于工艺状态下，晶圆限位环与晶圆限位配合，此时金属结构件130与晶圆限位环可以采用分体式设置方式，且二者单独工作。另一可选的实施例中，金属结构件130为环形结构，金属结构件130设置于基座120的边缘，金属结构件130具有晶圆限位部131，在半导体工艺腔室处于工艺状态的情况下，晶圆限位部131与晶圆限位配合。也就是说，该方案中，在半导体工艺腔室处于工艺状态的情况下，金属结构件130既可以用于与晶圆限位配合，又可以吸引等离子体中的离子，以使等离子体中的离子轰击金属结构件130，从而使被轰击而溅射出的金属在腔室本体110的内壁上形成金属膜，从而抑制工艺过程中颗粒的滋生与脱落，即该金属结构件130具有一物两用的效果，不仅有利于减少半导体工艺腔室的结构件数量，以便于控制；并且，该金属结构件130的占用空间更小，有利于节省腔室本体110的内部空间。

进一步可选的实施例中，腔室本体110包括相连的顶部111和侧部112，可选地，顶部111可以可拆卸地设置于侧部112，或者顶部111可活动地设置于侧部112，以便于维修保养腔室本体110的内壁及设置于腔室本体110内的结构件。金属结构件130具有第一溅射部132，第一溅射部132具有与顶部111和侧部112相对的表面，当等离子中的离子轰击在第一溅射部132的表面后，以在腔室本体110的顶部111和侧部112均形成金属膜，抑制顶部111和侧部112的颗粒滋生与脱落，从而保护晶圆。需要说明的是，第一溅射部132具有与顶部111和侧部112相对的表面，具体指的是第一溅射部132表面与顶部111和侧部112的位置关系使得第一溅射部132被轰击而溅射出的金属既可以到达顶部111，也可以到达侧部112。当然，第一溅射部132被轰击而溅射出的金属也可以仅在侧部112或顶部111形成金属膜，但该方案中的金属结构件130的利用率较低，金属膜的覆盖面积较小，不如在顶部111和侧部112均形成金属膜的抑制效果好。

可选地，第一溅射部132可以为阶梯结构，第一溅射部132的部分与顶部111相对设置，另一部分与侧部112相对设置，此时第一溅射部132需要接受来自侧部112的等离子体中的离子和顶部111的等离子体中的离子的轰击，以使第一溅射部132被轰击而溅射出的金属分别沉积在顶部111和侧部112，从而在顶部111和侧部112均形成金属膜。另一实施例中，第一溅射部132具有相对于腔室本体110的底面倾斜的倾斜面132a，即，在金属结构件130的中心轴所在的截面内，金属结构件130的中心轴与倾斜面132a之间具有夹角，该夹角可以为锐角。此时第一溅射部132既可以接受来自侧部112的等离子体中的离子的轰击，也可以接受来自顶部111的等离子体中的离子的轰击，即仅需一个微波源发射等离子体即可，以使半导体工艺腔室的结构更加简单；并且，第一溅射部132的侧表面设置为倾斜面132a，便于金属结构件130的加工制作。当然，第一溅射部132可以为倾斜设置的锥面，也可以为倾斜设置的弧形面，这里不作具体限制。

可选地，在金属结构件130的中心轴所在的截面内，金属结构件130的中心轴与倾斜面132a之间的夹角可以大于75°且小于90°，此时倾斜面132a的倾斜度较小，被轰击而溅射出的金属将大部分沉积在腔室本体110的顶部111，导致顶部111的金属膜较厚，而侧部112的金属膜较薄；或者，第一溅射部132与腔室本体110的底部之间的夹角可以小于30°，此时倾斜面132a的倾斜度较大，被轰击而溅射出的金属将大部分沉积在腔室本体110的侧部112，导致顶部111的金属膜较薄，而侧部112的金属膜较厚。基于此，可选的实施例中，在金属结构件130的中心轴所在的截面内，金属结构件130的中心轴与倾斜面132a之间的夹角为30°～75°，此种情况下，第一溅射部132被轰击而溅射出的金属同时均匀地沉积在顶部111和侧部112，以使顶部111和侧部112的金属膜的厚度适中，从而更好地抑制顶部111和侧部112的颗粒滋生与脱落。

又一可选的实施例中，金属结构件130还具有第二溅射部133，第二溅射部133具有与顶部111相对的顶面133a，第一溅射部132环绕第二溅射部133设置，在金属结构件130的中心轴所在的截面内，倾斜面132a和顶面133a之间具有夹角，该夹角可以为钝角。第二溅射部133被轰击而溅射出的金属沉积在顶部111，从而在顶部111形成金属膜，以进一步抑制顶部111的颗粒滋生与脱落。

可选地，顶部111可以包括相连的第一环形区域和第二环形区域，第一环形区域位于顶部111的边缘，第二环形区域位于第一环形区域内，第一溅射部132被轰击而溅射出的部分金属沉积在第一环形区域内，第二溅射部133被轰击而溅射出的金属沉积在第二环形区域内，从而增大金属膜的覆盖面积，以进一步优化金属膜的保护能力。

进一步可选的实施例中，金属结构件130还具有晶圆支撑部134，在半导体工艺腔室处于工艺状态的情况下，晶圆支撑部134与晶圆的边缘接触，该晶圆支撑部134用于支撑晶圆，可选地，基座120具有晶圆承载部，晶圆承载部的晶圆承载面121与晶圆支撑部134的晶圆支撑面相平齐，二者共同支撑晶圆，从而提升晶圆的稳定性。第二溅射部133、晶圆限位部131和晶圆支撑部134依次相连以形成台阶结构，第二溅射部133相对于晶圆支撑部134凸出，也就是说，金属结构件130的阶梯结构用于限位晶圆，避免晶圆在工艺过程中发生偏移，与此同时，该台阶结构不仅可以用于支撑晶圆，而且可以接受线圈170产生的等离子体中的离子轰击，以使被轰击而溅射出的金属沉积在腔室本体110的顶部111，从而形成金属膜。

金属结构件130与基座120电连接，即二者可以直接接触并电导通，但是由于金属结构件130和基座120均为金属结构，二者之间为硬接触，其接触面积较小，并且对接触面的制作工艺要求较高。基于此，可选的实施例中，半导体工艺腔室还包括导电形变件140，基座120具有晶圆承载面121，晶圆承载面121的边缘设有容纳槽，导电形变件140的至少部分设置于容纳槽内，金属结构件130按压于导电形变件140，以使金属结构件130与基座120电导通。导电形变件140受到金属结构件130的按压发生形变，从而增大金属结构件130与基座120之间的接触面积，确保二者之间较好的电接触，并且可以降低金属结构件130和基座120的制作难度。

可选地，容纳槽可以为环形槽，导电形变件140可以为环形结构，以进一步增大金属结构件130与基座120之间的接触面积，提高二者之间的电导通性能。

可选地，导电形变件140可以为电感线圈或导电弹簧，在满足形变的基础上便于导电形变件140的制作。

再一种可选的实施例中，半导体工艺腔室还包括接地环150和绝缘环160，接地环150和绝缘环160均设置于腔室本体110内，接地环150与基座120相连，以使基座120的参考电压为零，从而保护基座120。绝缘环160环绕基座120设置，绝缘环160设置于接地环150与金属结构件130之间，绝缘环160用于防止金属结构件130与接地环150之间发生打火，避免滋生副产物颗粒，进一步延长金属刻蚀工艺的间隔周期。

可选地，绝缘环160可以由陶瓷、石英玻璃制成，本申请实施例对此不作具体限制。

可选地，绝缘环160的厚度可以为2mm～5mm，从而提升绝缘环160的绝缘性能。

一种可选的实施例中，金属结构件130的材质为铝、铝铜合金、钛之一，相对而言，由于铝金属具有良好的导电性、导热性、吸引性及耐辐射性等优良性质，并且具有良好的光电性能，有利于金属结构件130吸引更多的等离子体，从而提升金属结构件130的利用率。可选地，该金属结构件130也可以由其它金属材质制成，本申请实施例对此不作具体限制。

基于本申请实施例公开的半导体工艺腔室，本申请实施例还公开了一种半导体工艺设备，包括上述任意实施例所述的半导体工艺腔室。

可选地，该半导体工艺设备还包括上电极射频电源200、下电极射频电源300、绝缘内衬500、法拉第屏蔽件600和金属盘700，上电极射频电源200和下电极射频电源300均设置于腔室本体110之外，绝缘内衬500、法拉第屏蔽件600和金属盘700均设置于腔室本体110内，腔室本体110开设有进气口113，可选地，腔室本体110的侧部112设有进气口113，以便于工艺气体通入腔室本体110内。上电极射频电源200通过匹配器将射频功率施加至线圈170上，电磁射频能量通过法拉第屏蔽件600耦合到腔室本体110中，从而将工艺气体(如氩气)激发为等离子体，法拉第屏蔽件600具有至少一条缝隙，该缝隙使得法拉第屏蔽件600不会连续产生涡流。下电极射频电源300的射频功率通过匹配器施加在基座120上，产生射频自偏压，从而吸引等离子体来轰击，进而去除晶圆或工件上的杂质。当加工晶圆的数量到达预定值时，通过机械手将金属盘700放置于基座120上，以进行刻蚀工艺，从而在腔室本体110的内壁上溅镀一层金属膜，从而进一步抑制颗粒的滋生与脱落。

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)

1.一种半导体工艺腔室，其特征在于，包括腔室本体(110)、用于产生等离子体的线圈(170)、用于承载晶圆的基座(120)和金属结构件(130)，所述基座(120)和所述金属结构件(130)均设置于所述腔室本体(110)内，所述金属结构件(130)的至少部分与所述腔室本体(110)的内壁相对设置，且所述金属结构件(130)设置于所述基座(120)用于放置所述晶圆的位置的周围或侧方，所述金属结构件(130)与所述基座(120)电连接，以在受到所述等离子体中的离子轰击后在所述腔室本体(110)的内壁形成金属膜。

2.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述金属结构件(130)为环形结构，所述金属结构件(130)设置于所述基座(120)的边缘，所述金属结构件(130)具有晶圆限位部(131)，

在所述半导体工艺腔室处于工艺状态的情况下，所述晶圆限位部(131)与所述晶圆限位配合。

3.根据权利要求2所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述腔室本体(110)包括相连的顶部(111)和侧部(112)，所述金属结构件(130)具有第一溅射部(132)，所述第一溅射部(132)具有与所述顶部(111)和所述侧部(112)相对的表面。

4.根据权利要求3所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述第一溅射部(132)具有相对于所述腔室本体(110)的底面倾斜的倾斜面(132a)，在所述金属结构件(130)的中心轴所在的截面内，所述金属结构件(130)的中心轴与所述倾斜面(132a)之间的夹角为30°～75°。

5.根据权利要求4所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述金属结构件(130)还具有第二溅射部(133)，所述第二溅射部(133)具有与所述顶部(111)相对的顶面(133a)，所述第一溅射部(132)环绕所述第二溅射部(133)设置，在所述金属结构件(130)的中心轴所在的截面内，所述倾斜面(132a)和所述顶面(133a)之间具有夹角。

6.根据权利要求5所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述金属结构件(130)还具有晶圆支撑部(134)，所述第二溅射部(133)、所述晶圆限位部(131)和所述晶圆支撑部(134)依次相连以形成台阶结构，所述第二溅射部(133)相对于所述晶圆支撑部(134)凸出。

7.根据权利要求2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导电形变件(140)，所述基座(120)具有晶圆承载面(121)，所述晶圆承载面(121)的边缘设有容纳槽，所述导电形变件(140)的至少部分设置于所述容纳槽内，所述金属结构件(130)按压于所述导电形变件(140)，以使所述金属结构件(130)与所述基座(120)电导通。

8.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述半导体工艺腔室还包括接地环(150)和绝缘环(160)，所述接地环(150)和所述绝缘环(160)均设置于所述腔室本体(110)内，所述接地环(150)与所述基座(120)相连，所述绝缘环(160)环绕所述基座(120)设置，所述绝缘环(160)设置于所述接地环(150)与所述金属结构件(130)之间。

9.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述金属结构件(130)的材质为铝、铝铜合金、钛之一。

10.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的半导体工艺腔室。

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