CN208949405U - 等离子体沉积装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种等离子体沉积装置。所述等离子体沉积装置包括用于容纳晶圆的反应腔室，还包括：射频电源，用于向所述反应腔室传输射频信号，使所述反应腔室中的反应气体发生辉光放电生成等离子体；传感器，用于检测所述反应腔室中的辉光强度；控制器，同时连接所述传感器和所述射频电源，用于判断所述辉光强度是否在预设范围内，若否，则调整所述射频电源传输至所述反应腔室的功率大小。本实用新型确保了所述反应腔室内接收到的射频电源功率的稳定性，改善晶圆表面沉积膜层的质量，提高半导体生产效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种等离子体沉积装置。
背景技术
随着智能手机、平板电脑等移动终端向小型化、智能化、节能化的方向发展，芯片的高性能、集成化趋势明显，促使芯片制造企业积极采用先进工艺，对制造出更快、更省电的芯片的追求愈演愈烈。尤其是许多无线通讯设备的主要元件需用40nm以下先进半导体技术和工艺，因此对先进工艺产能的需求较之以往显著上升，带动集成电路厂商不断提升工艺技术水平，通过缩小晶圆水平和垂直方向上的特征尺寸以提高芯片性能和可靠性，以及通过3D结构改造等非几何工艺技术和新材料的运用来影响晶圆的电性能等方式实现硅集成的提高，以迎合市场需求。然而，这些技术的革新或改进都是以晶圆的生成、制造为基础。
晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆。在硅晶片上可加工、制作成各种电路元件结构，而称为有特定电性功能的集成电路产品。
沉积是半导体制造过程中的一个重要步骤。无论是化学气相沉积还是物理气相沉积，都需要射频电源提供高能量促使反应腔室中的反映气体发生辉光放电，形成等离子体。然而，在实际的制造过程中，由于长的机台运行时间以及保养周期等原因，射频电源的输出功率不稳定，例如因为保养周期或者零部件使用寿命等原因，从而造成产生的等离子体反射功率变大或者无功率输入等现象，最终导致在晶圆表面沉积的膜层在膜厚以及应力方面存在异常。一旦出现这种异常就必须返工或者重复进行程式调整工作，影响半导体产品质量以及半导体生产效率。
因此，如何避免射频电源输出功率的波动对沉积膜层物理性质造成影响，改善晶圆产品的质量，并提高半导体生产效率，是目前亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型提供一种等离子体沉积装置，用于解决现有技术中因射频电源输出功率不稳定导致沉积膜层质量下降的问题。
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种等离子体沉积装置，包括用于容纳晶圆的反应腔室，还包括：
射频电源，用于向所述反应腔室传输射频信号，使所述反应腔室中的反应气体发生辉光放电生成等离子体；
传感器，用于检测所述反应腔室中的辉光强度；
控制器，同时连接所述传感器和所述射频电源，用于判断所述辉光强度是否在预设范围内，若否，则调整所述射频电源传输至所述反应腔室的功率大小。
优选的，所述反应腔室的侧壁具有至少一开口，所述传感器置于所述开口内。
优选的，所述反应腔室的侧壁具有关于所述反应腔室的中心对称分布的多个开口，多个所述传感器一一置于多个所述开口内。
优选的，还包括设置于所述传感器的入光面与所述反应腔室之间的过滤器，用于过滤所述反应腔室中的干扰光信号。
优选的，所述过滤器为仅允许紫外光透过的滤光膜。
优选的，所述过滤器置于所述开口内；所述过滤器的入光面上设置有至少一喷嘴，吹扫气体经所述喷嘴朝向所述过滤器的入光面喷射。
优选的，至少一喷嘴包括位于所述过滤器边缘的多个喷嘴，且多个喷嘴关于所述过滤器的入光面均匀分布。
优选的，所述控制器连接所述喷嘴，用于调整所述喷嘴喷射所述吹扫气体的流速。
优选的，所述吹扫气体为氮气或者惰性气体。
本实用新型提供的等离子体沉积装置，根据不同的射频功率产生的辉光强度不同的原理，通过设置传感器实时检测所述反应腔室内的辉光强度，并利用控制器根据所述传感器检测到的辉光强度对所述射频电源传输至所述反应腔室的功率大小进行调整，以确保所述反应腔室内接收到的射频电源功率的稳定性，改善晶圆表面沉积膜层的质量，提高半导体生产效率。
附图说明
附图1是本实用新型具体实施方式中等离子体沉积装置的整体结构示意图；
附图2是本实用新型具体实施方式中反应腔室内部及侧壁的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型提供的等离子体沉积装置的具体实施方式做详细说明。
本具体实施方式提供了一种等离子体沉积装置，附图1是本实用新型具体实施方式中等离子体沉积装置的整体结构示意图。
如图1所示，本具体实施方式提供的等离子体沉积装置包括用于容纳晶圆17的反应腔室12、射频电源10、传感器13和控制器11。所述射频电源10，用于向所述反应腔室12传输射频信号，使所述反应腔室12中的反应气体发生辉光放电生成等离子体；所述传感器13，用于检测所述反应腔室12中的辉光强度；所述控制器11，同时连接所述传感器13和所述射频电源10，用于判断所述辉光强度是否在预设范围内，若否，则调整所述射频电源10传输至所述反应腔室12的功率大小。其中，所述预设范围可以根据所述反应气体的种类、所述等离子体沉积装置的具体沉积方式进行选择，本具体实施方式对此不作限定。
具体来说，由外壳121围绕而成的所述反应腔室12内具有用于对所述晶圆17加热的加热台16，所述射频电源10施加射频电信号至所述反应腔室12，以在所述反应腔室12内形成电场。反应气体自气体注入部14注入喷淋结构15，经喷淋结构15分散后均匀进入所述反应腔室12，并在所述反应腔室12内部发生辉光放电，生成等离子体。然后，等离子体沉积于所述晶圆17表面，形成覆盖所述晶圆17表面的膜层。
所述射频电源10输出至所述反应腔室12的功率不同，在所述反应腔室12内发生辉光放电的反应气体的量不同，则相应产生的辉光强度不同。通过所述传感器13检测所述反应腔室12内产生的辉光强度，即可间接获取所述射频电源10实际传输至所述反应腔室12的功率大小：举例来说，当所述辉光强度低于所述预设范围时，则说明所述射频电源10实际传输至所述反应腔室12的功率偏小，此时，所述控制器11则增大所述射频电源10的输出；当所述辉光强度高于所述预设范围时，则说明所述射频电源10实际传输至所述反应腔室12的功率偏大，此时，所述控制器11则相应减小所述射频电源10的输出。这样，通过所述传感器13与所述控制器11的相互配合，可以实时对所述射频电源10实际输出至所述反应腔室12的功率大小进行调整，确保了所述反应腔室12内接收到的射频电源功率的稳定性，改善晶圆表面沉积膜层的质量，提高半导体生产效率。
同时，还可以根据所述传感器13多次检测到的辉光强度数据绘制得到所述反应腔室12内的辉光强度波动曲线，通过对所述波动曲线进行分析，来判断所述反应腔室12内是否发生电弧放电现象，从而能够及时停机避免元器件的烧毁以及对晶圆产品质量的影响。
为了避免所述反应腔室12内的等离子体环境对所述传感器13的检测精度造成影响，优选的，所述反应腔室12的侧壁具有至少一开口20，所述传感器13置于所述开口20内。为了实现对所述反应腔室12内各个角度的辉光强度检测，进一步提高所述射频电源10传输至所述反应腔室的功率的稳定性，更优选的，所述反应腔室12的侧壁具有关于所述反应腔室12的中心对称分布的多个开口20，多个所述传感器13一一置于多个所述开口20内。
具体来说，所述开口20背离所述反应腔室12的端部设置有一固定环23，所述固定环23通过连接结构24固定于所述外壳121外表面，所述传感器13自外界穿过所述固定环23并伸入所述开口20内，使得所述传感器13的入光面朝向所述反应腔室12设置。
为了避免其他干扰光线影响辉光强度检测的准确性，优选的，所述等离子体沉积装置还包括设置于所述传感器13的入光面与所述反应腔室12之间的过滤器21，用于过滤所述反应腔室12中的干扰光信号。更优选的，所述过滤器21为仅允许紫外光透过的滤光膜。由于辉光放电产生的光线主要为紫外光，通过在所述传感器13的入光面与所述反应腔室12之间设置过滤器21，能够更加准确的检测辉光强度。
优选的，所述过滤器21置于所述开口20内；所述过滤器21的入光面(即朝向所述反应腔室12的表面)设置有至少一喷嘴22，吹扫气体经所述喷嘴22朝向所述过滤器21的入光面喷射。更优选的，至少一喷嘴22包括位于所述过滤器21边缘的多个喷嘴22，且多个喷嘴22关于所述过滤器21的入光面均匀分布。优选的，所述控制器11连接所述喷嘴22，用于调整所述喷嘴22喷射所述吹扫气体的流速。
具体来说，所述过滤器21可以通过密封圈固定于所述开口20内，隔绝所述反应腔室12与传感器13，避免漏光。通过设置所述喷嘴22朝向所述过滤器21的入光面喷射吹扫气体，可以有效的避免等离子体在所述过滤器21的入光面沉积、影响所述过滤器的透光率。所述吹扫气体优选为氮气或者惰性气体(例如氩气)。
本具体实施方式提供的等离子体沉积装置，根据不同的射频功率产生的辉光强度不同的原理，通过设置传感器实时检测所述反应腔室内的辉光强度，并利用控制器根据所述传感器检测到的辉光强度对所述射频电源传输至所述反应腔室的功率大小进行调整，以确保所述反应腔室内接收到的射频电源功率的稳定性，改善晶圆表面沉积膜层的质量，提高半导体生产效率。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种等离子体沉积装置，包括用于容纳晶圆的反应腔室，其特征在于，还包括：
射频电源，用于向所述反应腔室传输射频信号，使所述反应腔室中的反应气体发生辉光放电生成等离子体；
传感器，用于检测所述反应腔室中的辉光强度；
控制器，同时连接所述传感器和所述射频电源，用于判断所述辉光强度是否在预设范围内，若否，则调整所述射频电源传输至所述反应腔室的功率大小。
2.根据权利要求1所述的等离子体沉积装置，其特征在于，所述反应腔室的侧壁具有至少一开口，所述传感器置于所述开口内。
3.根据权利要求2所述的等离子体沉积装置，其特征在于，所述反应腔室的侧壁具有关于所述反应腔室的中心对称分布的多个开口，多个所述传感器一一置于多个所述开口内。
4.根据权利要求2所述的等离子体沉积装置，其特征在于，还包括设置于所述传感器的入光面与所述反应腔室之间的过滤器，用于过滤所述反应腔室中的干扰光信号。
5.根据权利要求4所述的等离子体沉积装置，其特征在于，所述过滤器为仅允许紫外光透过的滤光膜。
6.根据权利要求4所述的等离子体沉积装置，其特征在于，所述过滤器置于所述开口内；所述过滤器的入光面上设置有至少一喷嘴，吹扫气体经所述喷嘴朝向所述过滤器的入光面喷射。
7.根据权利要求6所述的等离子体沉积装置，其特征在于，至少一喷嘴包括位于所述过滤器边缘的多个喷嘴，且多个喷嘴关于所述过滤器的入光面均匀分布。
8.根据权利要求6所述的等离子体沉积装置，其特征在于，所述控制器连接所述喷嘴，用于调整所述喷嘴喷射所述吹扫气体的流速。
9.根据权利要求6所述的等离子体沉积装置，其特征在于，所述吹扫气体为氮气或者惰性气体。
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