CN209119040U - 半导体设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种能够工艺腔室内壁进行清洁的半导体设备，涉及半导体设备设计制造领域。该半导体设备包括：工艺腔室；电极对，被配置为能够在工艺腔室内和工艺腔室外往复运动的机构；电源，电极对与电源电连接，当电极对移动至工艺腔室内时，通电的电极对能够对工艺腔室内的气体进行电离。本实用新型提供的半导体设备通过其腔体内电极对产生的等离子体对工艺腔室的内壁进行清洁，降低了清洁设备的能源消耗，同时能够有效保证对工作腔体内壁的清洁程度。此外，电极对被设置为可伸缩结构，能够在执行工艺过程时将其缩至工艺腔室外部，防止其与工艺过程的互相干扰。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体设备设计制造领域，更详细地说，本实用新型涉及一种具有高效清洁功能的半导体设备。
背景技术
半导体设备的工艺腔室在完成工艺流程后需要予以清洁，传统的干法清洁(DryClean)工艺采用红外灯管将石英制成的腔体加热至1300℃左右，再通入10-100L卤素气体，以使硅完全反应生成气态化合物，再通过真空装置将废气排出，以保持腔室清洁。
然而，在加热过程中技术人员无法判断腔室内的清洁程度，因此通常使用过量的卤素气体并保证充足的加热时间的方法完成，以上方法均会带来资源的严重浪费。例如，增大卤素气体的流量会使得清洁过程浪费大量的卤素气体，使得卤素气体的利用率下降；而升高工艺温度、延长加热时间会使石英软化，设备能量消耗急剧增大。
此外，由于工艺腔室布局紧凑，且需要在该有限的空间内执行工艺步骤，工艺腔室清洁装置的安装位置通常极为受限。若清洁装置设置在腔体内，又会在执行工艺和清洁的过程中产生相互污染，影响产品的良率，干扰设备的正常运行。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于，如何通过更加低能耗的方式有效完成工艺腔室的清洁，同时减少与工艺过程的相互干扰。
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种半导体设备，包括：工艺腔室；电极对，被配置为能够在工艺腔室内和工艺腔室外往复运动的机构；电源，电极对与电源电连接，当电极对移动至工艺腔室内时，通电的电极对能够对工艺腔室内的气体进行电离。
本实用新型提供的半导体设备通过其腔体内电极对产生的等离子体对工艺腔室的内壁进行清洁，降低了清洁设备的能源消耗，同时能够有效保证对工作腔体内壁的清洁程度。此外，电极对被设置为可伸缩结构，能够在执行工艺过程时将其缩至工艺腔室外部，防止其与工艺过程的互相干扰。
在本实用新型的较优技术方案中，工艺腔室的内壁上设置有槽体，槽体内容纳有能够沿垂直于工艺腔室内壁平面的方向滑动的滑块，电极对中的至少一个电极设置在滑块靠近工艺腔室的一侧，滑块还连接有驱动其滑动的驱动装置。滑块形式的伸缩装置能够帮助工艺腔室的密封，且便于加工。
进一步地，在本实用新型的较优技术方案中，滑块通过远离工艺腔室一侧的杆状件与驱动装置连接，在杆状件与滑块的连接处设置有密封圈。当电极进入工艺腔室时，密封圈能够抵靠在槽体边缘；当电极从工艺腔室中完全退出时，密封圈能够被夹于槽体底部和滑块之间，同时包围杆状件，提高工艺腔室的气密性。
进一步地，在本实用新型的较优技术方案中，所述电极对与同一所述滑块固定连接。同侧设置的电极对能够简化装置，降低电极之间的间隔距离。
在本实用新型的较优技术方案中，所述电极对包括相对设置的第一电极和第二电极，分别位于所述工艺腔室相对侧的内壁上。相对设置的电极对能够使两电极的尖端相对，从而提高电极对的放电效率；同时电极对放电位置更加靠近工艺腔室中心，使产生的等离子体在工艺腔室内分布更加均匀，能够对工艺腔室各个位置进行有效清洁。
在本实用新型的较优技术方案中，所述气体为氮气、氦气、氩气、氟气、氯气、氟化氢、氯化氢、溴化氢中的一种或几种。优选地，所述气体为氟气、氯气、氟化氢、氯化氢或溴化氢中的一种或几种。采用卤素气体能够与工艺腔室表面的硅基粉末有效集合为硅的卤化物气体，从而通过真空设备有效除去。
在本实用新型的较优技术方案中，所述电极对采用石墨电极。石墨具有较好的化学惰性，较难与卤素气体进行反应，且耐高温、导电性能好，是适用于本实用新型技术方案的良好的电极材料。
在本实用新型的较优技术方案中，所述工艺腔室的腔体采用非金属材料制得。采用非金属材料制得工艺腔室，例如陶瓷材料，其腔体难以作为电极，因此，本实用新型实施例中采用独立的电极对，在工艺腔室内部对气体进行电离，通过简单的装置解决了非金属工艺腔室无法作为电极的问题。
在本实用新型的较优技术方案中，所述半导体设备还包括反馈控制电路，包括串联在所述电极对与所述电源连通的电路中的电流计，所述反馈控制电路能够根据所述电流计测量的电流大小，控制所述电源的输出功率。
在本实用新型的较优技术方案中，所述半导体设备为化学气相沉积设备、物理气相沉积设备或干法刻蚀设备。优选地，所述半导体设备为气相外延设备、离子束刻蚀设备、反应离子刻蚀设备。
附图说明
图1是本实用新型一个实施例中气相外延设备的工艺腔室的清洁装置结构示意图；
图2是图1实施例中清洁装置的可伸缩电极结构示意图；
图3是本实用新型另一个实施例中反应离子刻蚀的工艺腔室的清洁装置结构示意图。
附图说明：工艺腔室100，腔体100’，承载晶圆的工位102，进气口104，出气口106，真空设备108，等离子体110，电极对112(第一电极112a、第二电极112b)、交流电源114、槽体116、驱动杆118、密封圈120、滑块122、中空部124。
具体实施方式
下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其做出调整，以便适应具体的应用场合。
需要说明的是，在本实用新型的优选实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或组成部分必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
实施例一
本实施例提供了一种气相外延设备1，参考图1，该气相外延设备的工艺腔室100由腔体100’限定而成，工艺腔室100内设置有承载晶圆的工位102。工艺腔室100一侧设置有进气口104，用于在执行气相外延工艺时通入反应气体、保护气体，同时在执行清洁程序时通入清洁气体；工艺腔室100另一侧设置有出气口106，与真空设备108连通，真空设备108能够在执行气相外延程序时维持工艺腔室100内部气压稳定，同时在执行清洁程序时，将工艺腔室100内由清洁气体与腔室内污染物反应产生的废气导出。
现有技术中，气相外延设备为了对其内壁残留的污染物进行清理，通常在腔体100’外围区域布置红外灯管，对腔体100’进行加热。然而，正如背景技术中所述的，这种方式会造成资源的巨大浪费。本实施例中，采用电极放电，使气体电离产生等离子体110的方式，对工艺腔室100的腔体100’内壁进行清理。具体地，该气相外延设备1配置有伸入工艺腔室100的电极对112,包括相对设置的第一电极112a和第二电极112b，第一电极112a、第二电极112b与交流电源114电连接。交流电源114的电压范围可以为0.1-10kV；第一电极112a与第二电极112b之间的距离可以为1-20cm。
本实施例中，电极对112所采用的电极(第一电极112a和第二电极112b)均采用可伸缩结构。参见图2，以第一电极112a的伸缩机构为例对本实施例的电极结构进行描述，第一电极112a的伸缩机构设置在工艺腔室100的腔体100’内壁处。
具体地，工艺腔室100的腔体100’内壁的一侧设置有开口朝向工艺腔室100的槽体116。槽体116内容置有能够在槽体116内沿倾斜于或基本垂直于工艺腔室100的腔体100’内壁平面的方向滑动的滑块122，滑块122能够带动连接在滑块122顶端的第一电极112a通过滑动的方式进入或离开工艺腔室100。用于驱动滑块122在槽体116内滑动的装置包括与滑块122机械连接的驱动杆118以及与驱动杆118连接的驱动装置(图中未示出)，驱动装置通过驱动杆118将滑块122推入(或部分推入)或拉出工艺腔室100，进而带动第一电极112a进入或离开工艺腔室100。
为了保证交流电源114与第一电极112a之间的电连接，同时防止两者间的接线干扰到滑块122的正常滑动，本实施例中，滑块122底部(图中左侧部分)与驱动杆118整体具有中空部124，其中空部124布置有与第一电极112a连接的电源线，该中空部124的设置能够在保证装置气密性的情况下，确保滑块122的正常滑动不会受到电源线的干扰。
为了确保滑块122在滑动过程中工艺腔室100的气密性，滑块122与槽体116之间选择采用固态润滑的滑动配合方式。此外，驱动杆118与滑块122的连接部位还设置有密封圈120，密封圈120采用橡胶材料制得，内圈包围驱动杆118设置，外圈抵靠槽体116的内壁，以进一步提高装置的密封性能。具体地，当滑块122运动至槽体116底部，即图中槽体116最左侧位置时，密封圈120能够抵靠在槽体116底部的限位卡口处，以保证气相外延工艺时工艺腔室100的气密性；同时，由于密封圈120外围抵靠槽体116的内壁设置，槽体116的内壁将对密封圈120的外围施加一方向朝向密封圈中心的应力，该应力同时将保证密封圈120的内圈与驱动杆118之间的紧配，进一步保障工艺腔室100的气密性。
当执行清洁工艺时，滑块122带动第一电极112a滑入工艺腔室100，相应地，另一侧的第二电极112b也与之同步滑入工艺腔室100，使第一电极112a与第二电极112b之间的距离逐渐缩小，直至运动至预设位置(本实施例中，运动至预设位置的电极对112之间的距离为两者之间能够达到的最小距离)；同时沿进气口104通入氩气，同时启动真空设备108控制工艺腔室100内的气压大小在合适范围(优选为50-500mTorr，进一步优选为100mTorr)；接着，开启交流电源114对电极对112进行通电，造成电极对112之间的辉光放电，进而对氩气进行电离，形成等离子体；之后再通入一定量的卤素单质或卤化氢气体，所述卤素单质或卤化氢气体可以是氮气、氦气、氩气、氟气、氯气、氟化氢、氯化氢、溴化氢中的一种或几种，本实施例中为氯化氢气体。氩气电离后形成的等离子体轰击氯化氢气体，将其能量和电荷传递给氯化氢气体，使之电离为H+和Cl-，H+和Cl-再与硅基材料进行反应，生成气态硅化物；生成的气态硅化物不断经由真空设备108抽离工艺腔室100，进而保证工艺腔室100内壁的洁净。
为了防止气相外延工艺对电极对112表面的污染，需要保证在执行气相外延工艺时，电极对112能够保持一定程度地远离工艺腔室100，并尽可能地减少其与工艺腔室100的接触面积。为了实现以上目的，本实施例中，在执行气相外延工艺时，滑块122将由驱动装置、驱动杆118驱动，运动至槽体116的底部，由于槽体116的总长度大于滑块122的长度加上第一电极112a或第二电极112b的长度，滑块122顶端的第一电极112a或第二电极112b均完全缩入槽体116内，防止其直接裸露在工艺腔室100内部，造成污染。在本实用新型的其他实施例中，为了进一步减少工艺处理过程对于电极对112的污染，还可以在槽体116的槽口加设可自动开合的保护罩。
本实施例中，电极对112的材料选用石墨材料。石墨材料具有较好的化学惰性，不与卤素单质或卤化氢气体进行反应，且耐热、导电性能较好。此外，本实施例中，工艺腔室100的腔体100’材料为陶瓷，陶瓷为介电材料，绝缘性能好，难以作为单独的电极。因此，本实施例中使用独立的可伸缩的电极对112执行气体的电离。
在本实用新型的另一些实施例中，电源的输出电路上还串联有电流计以监测电源的输出电流，为了控制电源的输出功率以调节对污染物的刻蚀速率，电流计还与反馈控制电路耦合，反馈控制电路能够根据电流计测量的电流大小，控制电源的输出功率，以调节刻蚀速度。
实施例二
本实施例提供了一种反应离子刻蚀设备3，参考图3，本实施例提供的反应离子刻蚀设备3与实施例一中提供的气相外延设备1的清洁装置有些近似但也有所区别，区别之处在于：本实施例中的反应离子刻蚀设备3的清洁装置的电极对112设置于工艺腔室100的同侧，具体地，第一电极112a与第二电极112b固定在同一滑块122上，电极对112跟随滑块122同步地进入或离开工艺腔室100。该设置方式能够简化驱动装置，降低电极之间的间隔距离。
需要说明的是，虽然本实用新型以气相外延设备与反应离子刻蚀设备为例，介绍了本实用新型提供的半导体设备的清洁机构，但该清洁机构还能够被用在其他各种类型的半导体设备当中，包括但不限于以下种类：常压化学气相沉积设备、低压化学气相沉积设备、等离子增强化学气相沉积设备、金属有机化学气相沉积设备、流体化学气相沉积设备、真空蒸镀设备、磁控溅射设备、等离子体镀膜设备、离子镀设备、分子束外延设别、原子层沉积设备、电化学镀膜设备、涂胶设备、光刻设备、显影设备、离子刻蚀设备、反应离子刻蚀设备、增强反应离子刻蚀设备、反应离子束刻蚀设备、离子束刻蚀设备、化学机械研磨设备、离子注入设备等。
至此，已经结合附图描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种半导体设备，其特征在于，包括：
工艺腔室；
电极对，安装在活动机构上，能够进入和离开所述工艺腔室；
电源，所述电极对与所述电源电连接，进入所述工艺腔室内的通电状态的所述电极对能够对所述工艺腔室内的气体进行电离。
2.如权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述工艺腔室的腔体内壁设置有开口朝向所述工艺腔室的槽体，所述槽体内容纳有能够在进入和离开所述工艺腔室的方向上来回滑动的滑块，所述电极对中的至少一个电极设置在所述滑块靠近所述工艺腔室的一侧，所述滑块还连接有驱动其滑动的驱动装置。
3.如权利要求2所述的半导体设备，其特征在于，所述滑块通过远离所述工艺腔室一侧的杆状件与所述驱动装置连接，在所述杆状件与所述滑块的连接处设置有密封圈。
4.如权利要求2所述的半导体设备，其特征在于，所述电极对与同一所述滑块固定连接。
5.如权利要求1或2所述的半导体设备，其特征在于，所述电极对包括相对设置的第一电极和第二电极，分别位于所述工艺腔室两侧的内壁上。
6.如权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述气体为氮气、氦气、氩气、氟气、氯气、氟化氢、氯化氢、溴化氢中的一种或几种。
7.如权利要求1或6所述的半导体设备，其特征在于，所述电极对采用石墨电极。
8.如权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述工艺腔室的腔体采用非金属材料制得。
9.如权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，还包括反馈控制电路，包括串联在所述电极对与所述电源连通电路中的电流计，所述反馈控制电路能够根据所述电流计测量的电流大小，控制所述电源的输出功率。
10.如权利要求1-4、6、8、9中任一项所述的半导体设备，其特征在于，所述半导体设备为化学气相沉积设备、物理气相沉积设备或干法刻蚀设备。
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|---|---|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112820619A (zh) * | 2021-03-06 | 2021-05-18 | 东莞市峰谷纳米科技有限公司 | 一种等离子表面清洁装置 |
-
2019
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