TW202246567A - 半導體製程設備中的承載裝置和半導體製程設備 - Google Patents

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Abstract

一種半導體製程設備中的承載裝置和半導體製程設備，該裝置包括基座和環繞在基座周圍的邊緣環，基座主體的外周面與邊緣環的內周面相對且相互間隔，形成第一環狀氣道，第一環狀氣道用於與供氣系統連通；基座主體承載有晶圓時，邊緣環的上表面和晶圓的下表面相對且互相間隔，形成第二環狀氣道；第一環狀氣道與第二環狀氣道相連通；第一環狀氣道在基座的徑向上的第一寬度以及第二環狀氣道在基座的軸向上的第二寬度均小於等於半導體製程設備執行預設製程時產生的等離子體鞘層的厚度的兩倍。

Description

半導體製程設備中的承載裝置和半導體製程設備
本發明涉及半導體加工技術領域，具體地，涉及一種半導體製程設備中的承載裝置和半導體製程設備。
金屬有機物化學氣相沉積（Metal-organic Chemical Vapor Deposition，以下簡稱MOCVD）方法在形成金屬或金屬氮化物阻擋層和粘附層的製程中表現出優異的臺階覆蓋率和電阻率特性，成為先進阻擋層和粘附層製程的重要實現方法，MOCVD設備也成為集成電路製造的主流設備。
MOCVD方法使用金屬有機物作為金屬或金屬氮化物源，在高溫下源發生熱分解反應，碳、氫、氧等副產物以氣態形式被分離出去，金屬或金屬氮化物沉積形成薄膜。通常熱分解形成的薄膜含有較多雜質，薄膜的電阻率較高，需要使用等離子體對薄膜進行處理，以去除薄膜中的雜質降低電阻率。為了提高生產效率，實現上述薄膜製備方法的MOCVD設備需要在同一個腔室內完成薄膜熱沉積和原位等離子體處理，等離子體通常通過電容耦合射頻放電產生，這要求腔室既要滿足CVD製程的流場和熱場要求，又要滿足射頻系統和防止異常放電的要求。
MOCVD設備進行成膜製程時，需要將晶圓加熱到一定溫度，以使源發生穩定熱分解反應，要求放置晶圓的基座具備加熱功能。此種基座通常包括加熱器，且在該基座周圍環繞設置有邊緣環，並且基座與邊緣環彼此正對的區域設置有環形狹縫以形成邊緣吹掃氣道，晶圓放置在基座上時，其邊緣部分會遮擋上述邊緣吹掃氣道的部分開口。在進行熱沉積過程中，邊緣吹掃氣道通氣，以能夠向晶圓邊緣處吹氣，避免了晶圓背面和側面的薄膜沉積，同時降低了邊緣環的溫度，減少了邊緣環表面的薄膜沉積。在等離子體處理過程中，邊緣吹掃氣道不通氣，但是，該氣道與腔室連通，通常採用絕緣材料製作的晶圓（金屬或金屬氮化物薄膜一般沉積在氧化矽基底上）表面積累電荷形成高電位，基座接地為零電位，這使得晶圓背面易於在處於等離子體環境和恒定電場中的邊緣吹掃氣道中發生放電或打火，從而可能會影響製程穩定性和造成顆粒污染。
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種半導體製程設備中的承載裝置和半導體製程設備，其既能保證位於晶圓邊緣部分下方的氣道通暢，又能抑制晶圓背面在該氣道中發生放電或打火。
為實現上述目的，本發明提供了一種半導體製程設備中的承載裝置，包括用於承載晶圓的基座和環繞在該基座周圍的邊緣環，該基座包括用於承載該晶圓的基座主體，該基座主體的外徑小於該晶圓的直徑，該邊緣環的外徑大於該晶圓的直徑；該基座主體的外周面與該邊緣環的內周面相對且相互間隔，形成第一環狀氣道，該第一環狀氣道用於與供氣系統連通；該基座主體承載有該晶圓時，該邊緣環的上表面和該晶圓的下表面相對且互相間隔，形成第二環狀氣道；其中，該第一環狀氣道與該第二環狀氣道相連通；該第一環狀氣道在該基座的徑向上的第一寬度以及該第二環狀氣道在該基座的軸向上的第二寬度均小於等於該半導體製程設備執行預設製程時產生的等離子體鞘層的厚度的兩倍。
可選的，該邊緣環的表面凸設有第一環狀凸部，該第一環狀凸部的表面與該晶圓的表面齊平，該第一環狀凸部的內周面與該晶圓的側面之間具有徑向距離，且該徑向距離大於該等離子體鞘層的厚度的兩倍。
可選的，該邊緣環包括相互連接的環狀主體和氣道構成部，其中，該基座主體的外周面與該環狀主體的內周面相互間隔，該氣道構成部設置在該基座主體的外周面與該環狀主體的內周面之間，該氣道構成部的外周面與該環狀主體的內周面抵接，該氣道構成部的內周面與該基座主體的外周面相對且相互間隔，形成該第一環狀氣道，該氣道構成部朝向該晶圓的表面與該晶圓朝向該氣道構成部的表面相對且相互間隔，形成該第二環狀氣道；該環狀主體具有相對於該氣道構成部的表面凸出的凸出部，該凸出部即為該第一環狀凸部。
可選的，該第一環狀氣道的軸向截面形狀呈彎折線狀。
可選的，該基座主體包括主體部和自該主體部的外周面凸出的第二環狀凸部；該氣道構成部的內周面包括第一子表面、第二子表面和第三子表面，該第一子表面與該主體部的外周面相對且互相間隔，形成第一環狀子氣道，該第二子表面與該第二環狀凸部朝向該主體部的端面相對且互相間隔，形成第二環狀子氣道，該第三子表面與該第二環狀凸部的外周面相對且互相間隔，形成第三環狀子氣道；該第一環狀子氣道、該第二環狀子氣道和該第三環狀子氣道依次連通。
可選的，該第二環狀凸部朝向該晶圓的端面與該第二環狀凸部的外周面之間形成有第一倒角斜面，該第二子表面與該第一子表面之間形成第二倒角斜面，該第二倒角斜面與該第一倒角斜面相對且互相間隔。
可選的，該氣道構成部包括由下而上依次疊置的第一環部和第二環部，其中，該第二環部的內周面為該第一子表面；該第一環部的內周面為該第三子表面；該第二環部具有相對於該第一環部的內周面凸出的凸出部分，該凸出部分朝向該第一環部的端面為該第二子表面。
可選的，該第一環部與該環狀主體呈一體式結構；該第二環部與該第一環部和該環狀主體均呈分體式結構。
可選的，該基座還包括設置在該基座主體的底部，且相對於該基座主體的外周面凸出的第一臺階部；該邊緣環設置在該第一臺階部上，且在該第一臺階部中設置有進氣氣道，該進氣氣道的出氣端與該第一環狀氣道相連通，該進氣氣道的進氣端用於與該供氣系統連通。
可選的，該第一環狀氣道在該基座的徑向上的第一寬度以及該第二環狀氣道在該基座的軸向上的第二寬度均小於或等於1mm。
可選的，該邊緣環暴露在等離子體環境中的表面為經絕緣處理的表面。
可選的，該基座和該邊緣環各自所具有的棱角均為倒圓角。
作為另一個技術方案，本發明實施例還提供一種半導體製程設備，包括製程腔室、上電極機構和下電極機構，其中，該上電極機構包括設置在該製程腔室內的頂部的噴淋頭，和與該噴淋頭電連接的上電極電源；該下電極機構包括用於承載晶圓的承載裝置；該承載裝置接地，且該承載裝置採用本發明實施例提供的上述承載裝置。
本發明的有益效果：
本發明實施例提供的半導體製程設備中的承載裝置，其基座主體的外周面與邊緣環的內周面相對且相互間隔，形成第一環狀氣道，且基座主體承載有晶圓時，邊緣環的上表面和晶圓的下表面相對且互相間隔，形成第二環狀氣道，第一環狀氣道與第二環狀氣道相連通構成了邊緣吹掃氣道，該邊緣吹掃氣道在通氣時，可以對晶圓背面和側面進行吹掃，從而避免了晶圓背面和側面的薄膜沉積，提高了薄膜厚度均勻性，降低了邊緣環的溫度，減少了邊緣環表面的薄膜沉積。在構成了上述邊緣吹掃氣道的基礎上，通過使上述第一環狀氣道在基座的徑向上的第一寬度以及第二環狀氣道在基座的軸向上的第二寬度均小於等於半導體製程設備執行預設製程時產生的等離子體鞘層的厚度的兩倍，可以在保證位於晶圓邊緣部分下方的氣道通暢的基礎上，減小上述邊緣吹掃氣道構成的空間，以能夠抑制晶圓背面在該氣道中發生放電或打火，從而可以提高製程穩定性，減少顆粒污染。
本發明實施例提供的半導體製程設備，其通過採用本發明實施例提供的上述承載裝置，既能保證位於晶圓邊緣部分下方的氣道通暢，又能抑制晶圓背面在該氣道中發生放電或打火，從而可以提高製程穩定性，減少顆粒污染。
以下揭露提供用於實施本揭露之不同構件之許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且非意欲限制。舉例而言，在以下描述中之一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成在該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各個實例中重複參考數字及/或字母。此重複出於簡化及清楚之目的且本身不指示所論述之各個實施例及/或組態之間的關係。
此外，為便於描述，諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及類似者之空間相對術語可在本文中用於描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中圖解說明。空間相對術語意欲涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或按其他定向)且因此可同樣解釋本文中使用之空間相對描述詞。
儘管陳述本揭露之寬泛範疇之數值範圍及參數係近似值，然儘可能精確地報告特定實例中陳述之數值。然而，任何數值固有地含有必然由於見於各自測試量測中之標準偏差所致之某些誤差。再者，如本文中使用，術語「大約」通常意謂在一給定值或範圍之10%、5%、1%或0.5%內。替代地，術語「大約」意謂在由此項技術之一般技術者考量時處於平均值之一可接受標準誤差內。除在操作/工作實例中以外，或除非以其他方式明確指定，否則諸如針對本文中揭露之材料之數量、時間之持續時間、溫度、操作條件、數量之比率及其類似者之全部數值範圍、數量、值及百分比應被理解為在全部例項中由術語「大約」修飾。相應地，除非相反地指示，否則本揭露及隨附發明申請專利範圍中陳述之數值參數係可根據需要變化之近似值。至少，應至少鑑於所報告有效數位之數目且藉由應用普通捨入技術解釋各數值參數。範圍可在本文中表達為從一個端點至另一端點或在兩個端點之間。本文中揭露之全部範圍包含端點，除非另有指定。
本發明實施例提供一種半導體製程設備，其例如為金屬有機物化學氣相沉積（Metal-organic Chemical Vapor Deposition，以下簡稱MOCVD）設備。
請參閱圖1，以MOCVD設備為例，該設備包括由腔體1構成的反應腔室，用於對晶圓8進行處理，在腔體1的頂部設置有噴淋頭2，該噴淋頭2用於均勻地將製程氣體輸送至反應腔室中，同時用作上電極通過匹配器4與射頻電源5（常用頻率為13.56MHz、2MHz和400kHz等）電連接。腔體1為金屬材質，且接地，並且在腔體1內還設置有絕緣內襯3，該絕緣內襯3環繞在噴淋頭2的周圍，用以將高電壓的噴淋頭2與腔體1隔離，以實現電絕緣。此外，在腔體1上還設置有抽氣口11，其用於與真空系統（圖中未示出）連通，以實現腔室抽氣和壓力控制。
在腔體1內設置有承載裝置，該承載裝置包括基座6和環繞在該基座6周圍的邊緣環7，其中，基座6用於承載晶圓8，該基座6還用作加熱器加熱晶圓8，使其達到薄膜熱沉積的溫度，該基座6採用金屬材質（可為鋁或不銹鋼等）製作，並接地。邊緣環7採用金屬材質（可為鋁或不銹鋼等）製作，用於防止製程過程中薄膜沉積在基座6的表面（包括背面）。
請參閱圖2，上述承載裝置中，基座6包括用於承載晶圓8的基座主體和設置在該基座主體的底部，且相對於基座主體的外周面凸出的第一臺階部6c；邊緣環7設置在上述第一臺階部6c上。其中，上述基座主體的外徑小於晶圓8的直徑，邊緣環7的外徑大於晶圓8的直徑。
在本實施例中，可選的，邊緣環7的表面（例如圖2中邊緣環7的上表面）凸設有第一環狀凸部7a，該第一環狀凸部7a的表面與晶圓8的表面齊平。可選的，第一環狀凸部7a的外周面與邊緣環7的外周面齊平，第一環狀凸部7a的內周面的直徑大於邊緣環7的內周面的直徑。
在本實施例中，可選的，上述基座主體包括主體部6a和自該主體部6a的外周面凸出的第二環狀凸部6b。可選的，如圖2所示，主體部6a與第二環狀凸部6b可以為分體式結構，且主體部6a疊置於第二環狀凸部6b的上表面，並且第二環狀凸部6b的外周面的直徑大於主體部6a的外周面的直徑，以使第二環狀凸部6b的一部分從主體部6a的外周面凸出。但是，本發明實施例並不局限於此，在實際應用中，主體部6a與第二環狀凸部6b也可以為一體式結構。
而且，如圖2所示，主體部6a的外周面與第一環狀凸部7a的內周面之間的徑向距離為W1；第二環狀凸部6b的外周面與邊緣環7的內周面之間的徑向距離為W2；當晶圓8放置於主體部6a的上表面時，晶圓8的邊緣相對於主體部6a的外周面凸出，且晶圓8的側面與第一環狀凸部7a的內周面之間的徑向距離為W3；晶圓8的背面與第二環狀凸部6b的上表面之間的豎直間距為H1；晶圓8的背面與第一臺階部6c的上表面之間的豎直間距為H2。上述基座6、邊緣環7和晶圓8之間圍成一環形狹縫9，該環形狹縫9用作邊緣吹掃氣道與設置在第一臺階部6c中的進氣氣道61連通，該進氣氣道61用於與供氣系統連通，由該供氣系統提供的氣體可依次通過進氣氣道61和上述邊緣吹掃氣道流入反應腔室。
在進行沉積製程時，進氣氣道61向邊緣吹掃氣道中吹氣，氣流經過邊緣吹掃氣道從晶圓8邊緣吹出，防止了晶圓8背面和邊緣沉積薄膜。在進行等離子體處理製程時，進氣氣道61不吹氣，但是，由於邊緣吹掃氣道與反應腔室連通，絕緣的晶圓8在等離子體環境中被充電形成高電位，邊緣環7和基座6均接地為零電位，二者與晶圓8之間存在電壓差，這就需要防止邊緣環7與晶圓8底面及側面發生打火。但是，上述基座6、邊緣環7和晶圓8的上述尺寸中，H1、H2、W1和W2均大於1.3mm，其中H2和W1接近於4mm，導致整個邊緣吹掃氣道的內部空間較大，在半導體製程設備執行諸如等離子體處理製程等的預設製程時，隨著施加到反應腔室內的射頻功率越來越大，製程氣壓越來越高，晶圓表面的電壓越來越高，製程產生的等離子體鞘層的厚度越來越小（可降至500微米以下），在這種情況下，空間較大的邊緣吹掃氣道內極易發生放電，從而可能會影響製程穩定性和造成顆粒污染。此外，由於W3小於1mm，導致晶圓8的邊緣與第一環狀凸部7a之間的距離較近，從而可能導致二者之間的電場強度較高，易發生電弧放電。
為了解決上述問題，本發明實施例提供一種半導體製程設備中的承載裝置，該承載裝置例如應用於MOCVD設備。具體地，請一併參閱圖3A和圖3B，承載裝置包括基座6和環繞在該基座6周圍的邊緣環11，其中，基座6用於承載晶圓8，該基座6還用作加熱器加熱晶圓8，使其達到薄膜熱沉積的溫度，該基座6採用金屬材質（可為鋁或不銹鋼等）製作，並接地。邊緣環11採用金屬材質（可為鋁或不銹鋼等）製作，用於防止製程過程中薄膜沉積在基座6的表面（包括背面）。
該基座6包括基座主體和設置在該基座主體的底部，且相對於基座主體的外周面凸出的第一臺階部6c。在本實施例中，可選的，上述基座主體包括主體部6a和自該主體部6a的外周面凸出的第二環狀凸部6b。當然，在實際應用中，基座主體的結構並不局限於此，在實際應用中，基座主體還可以不設置上述第二環狀凸部6b，本發明實施例對此沒有特別的限制。
上述邊緣環11設置在第一臺階部6c上，且上述基座主體（包括主體部6a和第二環狀凸部6b）的外徑小於晶圓8的直徑，邊緣環11的外徑大於晶圓8的直徑。並且，上述基座主體的外周面與邊緣環11的內周面相對且相互間隔，形成第一環狀氣道13a；基座主體承載有晶圓8時，邊緣環11的上表面和晶圓8的背面（即下表面）相對且間隔，形成第二環狀氣道13b；其中，第一環狀氣道13a與第二環狀氣道13b相連通，且在上述第一臺階部6c中設置有進氣氣道61，該進氣氣道61的出氣端與第一環狀氣道13a相連通。上述第一環狀氣道13a與第二環狀氣道13b構成邊緣吹掃氣道。在進行沉積製程時，進氣氣道61向上述邊緣吹掃氣道中吹氣，氣流經過邊緣吹掃氣道從晶圓8邊緣吹出，防止了晶圓8背面和邊緣沉積薄膜。在進行等離子體處理製程時，進氣氣道61不吹氣。
需要說明的是，在實際應用中，也可以省去上述第一臺階部6c，在這種情況下，邊緣環11可以採用其他任意方式與基座6相對固定，並且第一環狀氣道13a可以直接或者利用其他管路結構與上述供氣系統連通。
等離子體中，由於電子質量遠小於離子質量，而電子的運動速度比離子的運動速度快，電子會率先附著在電極表面形成負電勢，帶負電的電極排斥電子吸引離子，在電極附近形成一個電子密度遠小於離子密度的區域，該區域稱為等離子體鞘層，其厚度稱為等離子體鞘層厚度。有限區域的等離子體通常形成鞘層-電中性等離子體-鞘層的“三明治”結構，當電極（或壁面）間的距離小於兩倍的等離子體鞘層厚度時，電極間僅能容納重疊的等離子體鞘層，電中性等離子體區域耗盡，自由電子急劇減少，導致缺乏碰撞電離，無法維持放電。因此，在等離子體環境中，槽的寬度及管的直徑均需要小於兩倍的等離子體鞘層厚度，以防止放電現象發生。兩個具有顯著電位差的部件，距離越近，它們之間的電場越強，越容易發生打火，故而需要保持足夠的絕緣距離。
基於上述原理，為了防止邊緣環11與晶圓8底面及側面發生打火，上述第一環狀氣道13a在基座6的徑向上的第一寬度以及第二環狀氣道13b在基座6的軸向上的第二寬度均小於等於半導體製程設備執行預設製程（例如等離子體處理製程）時產生的等離子體鞘層的厚度的兩倍。這樣，可以在保證位於晶圓邊緣部分下方的氣道通暢的基礎上，減小上述邊緣吹掃氣道構成的空間，以能夠抑制晶圓背面在該氣道中發生放電或打火，從而可以提高製程穩定性，減少顆粒污染，進而可以使製程腔室滿足在高功率、高氣壓條件下的使用，擴大了製程窗口。
在本實施例中，可選的，如圖3A所示，邊緣環11的表面（例如圖3A中邊緣環11的上表面）凸設有第一環狀凸部12，該第一環狀凸部12的表面與晶圓8的表面齊平，以保證晶圓上方的電場分佈的均勻性。第一環狀凸部12的內周面與晶圓8的側面之間具有徑向距離，該徑向距離大於上述等離子體鞘層的厚度的兩倍。這樣，既可以使等離子體能夠穩定地在晶圓8的邊緣與第一環狀凸部12的內周面之間形成的凹槽中放電，又可以使上述距離足夠大，從而可以降低晶圓8和邊緣環11這兩個電位不相等的部件之間的空間電場，進而避免了電弧放電的發生。可選的，上述距離大於1mm。另外可選的，第一環狀凸部12的 外周面與邊緣環11的外周面齊平。
在本實施例中，可選的，如圖3B所示，邊緣環11包括相互連接的環狀主體11a和氣道構成部11b，其中，基座主體的外周面與環狀主體11a的內周面相互間隔，上述氣道構成部11b設置在二者之間，氣道構成部11b的外周面與環狀主體11a的內周面抵接，氣道構成部11b的內周面與上述基座主體的外周面相對且相互間隔，形成上述第一環狀氣道13a，氣道構成部11b的朝向晶圓8的表面與晶圓8朝向氣道構成部11b的表面相對且相互間隔，形成上述第二環狀氣道13b；並且，環狀主體11a具有相對於氣道構成部11b的表面凸出的凸出部，該凸出部即為上述第一環狀凸部12。通過將上述氣道構成部11b設置在基座主體的外周面與環狀主體11a的內周面之間的間隔中，不僅可以減小該間隔中的空餘空間，以使上述第一環狀氣道13a在基座6的徑向上的第一寬度以及第二環狀氣道13b在基座6的軸向上的第二寬度均小於等於上述等離子體鞘層的厚度的兩倍；而且，上述氣道構成部11b與環狀主體11a的內周面抵接，可以在基座主體和環狀主體11a的結構確定的基礎上，靈活設計氣道構成部11b的結構，以滿足抑制晶圓背面在該氣道中發生放電或打火的要求，而且可以提高安裝的便捷性。
在本實施例中，可選的，上述第一環狀氣道3a的軸向截面形狀呈彎折線狀。這樣，可以形成“迷宮狀”邊緣吹掃氣道，從而可以在一定程度上阻擋等離子體進入，進而可以進一步抑制晶圓背面在該氣道中發生放電或打火。
上述呈彎折線狀的第一環狀氣道3a的結構可以有多種，例如，在本實施例中，如圖3C所示，上述基座主體包括主體部6a和自該主體部6a的外周面凸出的第二環狀凸部6b，可選的，第二環狀凸部6b的外周面位於主體部6a的外周面的下方，第二環狀凸部6b的上端面連接在第二環狀凸部6b的外周面和主體部6a的外周面之間。進一步可選的，主體部6a與第二環狀凸部6b可以為分體式結構，且主體部6a疊置於第二環狀凸部6b的上表面，並且第二環狀凸部6b的外周面的直徑大於主體部6a的外周面的直徑，以使第二環狀凸部6b的一部分從主體部6a的外周面凸出。但是，本發明實施例並不局限於此，在實際應用中，主體部6a與第二環狀凸部6b也可以為一體式結構。
並且，上述氣道構成部11b的內周面包括第一子表面111、第二子表面112和第三子表面113，其中，第一子表面111與主體部6a的外周面相對且相互間隔，形成第一環狀子氣道131；第二子表面112與第二環狀凸部6b朝向主體部6a的端面（即，圖3C中第二環狀凸部6b的上端面）相對且相互間隔，形成第二環狀子氣道132；第三子表面113與第二環狀凸部6b的外周面相對且相互間隔，形成第三環狀子氣道133。上述第一環狀子氣道131、第二環狀子氣道132和第三環狀子氣道133沿靠近上述進氣氣道61的出氣端的方向依次連通。這樣，上述第一環狀子氣道131、第二環狀子氣道132和第三環狀子氣道133與上述第二環狀氣道13b構成四段式“迷宮狀”邊緣吹掃氣道，這種“迷宮狀”氣道可以在一定程度上阻擋等離子體進入，進而可以進一步抑制晶圓背面在該氣道中發生放電或打火。
可選的，如圖3C所示，上述第二環狀凸部6b朝向晶圓8的端面與第二環狀凸部6b的外周面之間形成有第一倒角斜面621，第二子表面112與第一子表面111之間形成第二倒角斜面114，該第二倒角斜面114與第一倒角斜面621相對且相互間隔。借助第一倒角斜面621和第二倒角斜面114，既可以避免邊緣吹掃通道形成直角彎度，保證氣流通暢，又可以降低尖端放電發生的幾率。當然，在實際應用中，還可以採用其他任意倒角結構，本發明實施例對此沒有特別的限制。
需要說明的是，在本實施例中，如圖3B和圖3C所示，氣道構成部11b呈一體式結構，且與環形主體11a構成分體式結構，但是，本發明實施例並不局限於此，例如，如圖4A所示，上述氣道構成部11b可以包括由下而上依次疊置的第一環部11b1和第二環部11b2，其中，第二環部11b2的內周面即為圖3C中示出的第一子表面111；第一環部11b1的內周面即為圖3C中示出的第三子表面113；第二環部11b2具有相對於第一環部11b1的內周面凸出的凸出部分，該第二環部11b2的凸出部分朝向第一環部11b1的端面即為圖3C中示出的第二子表面112。也就是說，上述氣道構成部11b由構成分體式結構的第一環部11b1和第二環部11b2組成，這樣既可以提高加工便捷性，又可以提高邊緣吹掃氣道的設計的靈活性。
可選的，上述第一環部11b1與環形主體11a呈一體式結構；第二環部11b2與述第一環部11b1和環形主體11a均呈分體式結構。通過使上述第一環部11b1與環形主體11a呈一體式結構，可以提高結構穩定性，而通過使第二環部11b2與第一環部11b1和環形主體11a均呈分體式結構，既可以提高加工便捷性，又可以提高邊緣吹掃氣道的設計的靈活性。
圖4B為圖3A至圖4A中承載裝置的尺寸標識示意圖。結合圖3C和圖4B所示，上述第一環狀氣道13a在基座6的徑向上的第一寬度以及第二環狀氣道13b在基座6的軸向上的第二寬度均小於等於半導體製程設備執行預設製程（例如等離子體處理製程）時產生的等離子體鞘層的厚度的兩倍。具體地，第一子表面111與主體部6a的外周面之間的徑向間距，即，第一環狀子氣道131的徑向間距B1小於等於上述等離子體鞘層的厚度的兩倍；第一倒角斜面621和第二倒角斜面114之間的間距，即，第二環狀子氣道132的間距B3小於等於上述等離子體鞘層的厚度的兩倍；第三子表面113與第二環狀凸部6b的外周面之間的徑向間距，即，第三環狀子氣道133的徑向間距B2小於等於上述等離子體鞘層的厚度的兩倍。此外，基座主體承載有晶圓8時，氣道構成部11b的上表面與晶圓8的背面（即下表面）之間的豎直間距，即，第二環狀氣道13b在基座6的軸向上的第二寬度C3小於等於上述等離子體鞘層的厚度的兩倍。由此，可以抑制晶圓背面在該氣道中發生放電或打火，從而可以提高製程穩定性，減少顆粒污染。
可選的，第一環狀凸部12的內周面與晶圓8的側面之間的徑向間距B4大於上述等離子體鞘層的厚度的兩倍。這樣，既可以使等離子體能夠穩定地在晶圓8的邊緣與第一環狀凸部12的內周面之間形成的凹槽中放電，又可以使上述徑向間距B4足夠大，從而可以降低晶圓8和邊緣環11這兩個電位不相等的部件之間的空間電場，進而避免了電弧放電的發生。可選的，上述徑向間距B4大於1mm。
此外，上述基座主體中的主體部6a的豎直高度C1和第二環狀凸部6b的豎直高度C2可以根據具體需要自由設定。
可選的，上述邊緣環11的暴露在等離子體環境中的表面為經絕緣處理的表面。這樣，可以使邊緣環的上表面在等離子體環境中被充電形成負電位，從而可以使邊緣環的上表面的電位與晶圓的上表面的電位一致或電壓差較小，從而可以進一步降低放電發生的可能性。上述絕緣處理的方式有多種，例如表面氧化或噴塗陶瓷等等。
可選的，上述基座6和邊緣環11各自所具有的棱角均為倒圓角。這樣可以降低尖端放電發生的幾率，而且倒圓角的處理與上述表面絕緣處理這兩種處理方式共同作用，可以抑制晶圓8與邊緣環11之間的電弧放電。
可選的，上述進氣氣道61的出氣端為多個，且沿上述第一環狀氣道13a的周向均勻分佈。這樣，可以氣體能夠均勻地進入第一環狀氣道13a中，從而可以提高製程均勻性。具體地，上述進氣氣道61例如包括多個豎直氣孔和多個水平氣道，其中，多個豎直氣孔的出氣端用作上述進氣氣道61的出氣端與上述第一環狀氣道13a，且沿上述第一環狀氣道13a的周向均勻分佈。各個豎直氣孔的進氣端一一對應地與各個水平氣道的出氣端連通；各個水平氣道的進氣端彙聚至基座6的中心位置處，並與供氣系統連通。
可選的，基座6採用金屬材料或者絕緣材料製作；絕緣環11採用金屬材料或者絕緣材料製作。對於均採用金屬材料製作的基座6和絕緣環11，二者的裝配需要考慮熱膨脹量，在這種情況下，上述邊緣吹掃氣道的寬度不僅要滿足小於兩倍的等離子體鞘層厚度，而且還要為基座6和絕緣環11的熱膨脹量預留出一定的空間。此外，若沉積的薄膜是金屬材料，則採用金屬材料製作的基座6和絕緣環11；若沉積的薄膜是絕緣材料（如氧化矽），則採用絕緣材料（如陶瓷）製作的基座6和絕緣環11。
綜上所述，本發明實施例提供的半導體製程設備中的承載裝置，其基座主體的外周面與邊緣環的內周面相對且相互間隔，形成第一環狀氣道，且基座主體承載有晶圓時，邊緣環的上表面和晶圓的下表面相對且互相間隔，形成第二環狀氣道，第一環狀氣道與第二環狀氣道相連通，並與第一臺階部中的進氣氣道構成了邊緣吹掃氣道，該邊緣吹掃氣道在通氣時，可以對晶圓背面和側面進行吹掃，從而避免了晶圓背面和側面的薄膜沉積，提高了薄膜厚度均勻性，降低了邊緣環的溫度，減少了邊緣環表面的薄膜沉積。在構成了上述邊緣吹掃氣道的基礎上，通過使上述第一環狀氣道在基座的徑向上的第一寬度以及第二環狀氣道在基座的軸向上的第二寬度均小於等於半導體製程設備執行預設製程時產生的等離子體鞘層的厚度的兩倍，可以在保證位於晶圓邊緣部分下方的氣道通暢的基礎上，減小上述邊緣吹掃氣道構成的空間，以能夠抑制晶圓背面在該氣道中發生放電或打火，從而可以提高製程穩定性，減少顆粒污染。
作為另一個技術方案，本發明實施例提供一種半導體製程設備，該半導體製程設備與圖1示出的半導體製程設備類似，同樣包括由腔體1構成的製程腔室、上電極機構和下電極機構，其中，上電極機構例如包括設置在製程腔室內的頂部的噴淋頭2，和與該噴淋頭2電連接的上電極電源（例如射頻電源5）；下電極機構例如包括用於承載晶圓8的承載裝置，該承載裝置採用本發明實施例提供的上述承載裝置。以圖3A所示的承載裝置為例，該承載裝置包括基座6和環繞在該基座6周圍的邊緣環11，其中，基座6接地，且基座6還用作加熱器加熱晶圓8，使其達到薄膜熱沉積的溫度，該基座6採用金屬材質（可為鋁或不銹鋼等）製作，並接地。邊緣環11採用金屬材質（可為鋁或不銹鋼等）製作，用於防止製程過程中薄膜沉積在基座6的表面（包括背面）。
可選的，半導體製程設備為金屬有機物化學氣相沉積設備。
本發明實施例提供的半導體製程設備，其通過採用本發明實施例提供的上述承載裝置，既能保證位於晶圓邊緣部分下方的氣道通暢，又能抑制晶圓背面在該氣道中發生放電或打火，從而可以提高製程穩定性，減少顆粒污染。
前述內容概括數項實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可容易地使用本揭露作為用於設計或修改用於實行本文中介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點之其他製程及結構之一基礎。熟習此項技術者亦應瞭解，此等等效構造不背離本揭露之精神及範疇，且其等可在不背離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中作出各種改變、置換及更改。
1:腔體 2:噴淋頭 3:絕緣內襯 4:匹配器 5:射頻電源 6:基座 6a:主體部 6b:第二環狀凸部 6c:第一台階部 7:邊緣環 7a:第一環狀凸部 8:晶圓 9:環形狹縫 11:抽氣孔 11a:環狀主體 11b:氣道構成部 11b1:第一環部 11b2:第二環部 12:第一環狀凸部 13a:第一環狀氣道 13b:第二環狀氣道 61:進氣氣道 111:第一子表面 112:第二子表面 113:第三子表面 114:第二倒角斜面 131:第一環狀子氣道 132:第二環狀子氣道 133:第三環狀子氣道 621:第一倒角斜面 B1:徑向間距 B2:徑向間距 B3:間距 B4:徑向間距 C1:豎直高度 C2:豎直高度 C3:第二寬度
當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據產業中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上，為了論述的清楚起見可任意增大或減小各種構件之尺寸。 圖1為本發明實施例提供的一種半導體製程設備的結構示意圖； 圖2為圖1中I區域的放大圖； 圖3A為本發明實施例提供的半導體製程設備中的承載裝置的一種局部剖視圖； 圖3B為本發明實施例提供的半導體製程設備中的承載裝置的另一種局部剖視圖； 圖3C為本發明實施例提供的半導體製程設備中的承載裝置的又一種局部剖視圖； 圖4A為本發明實施例的一個變型實施例提供的半導體製程設備中的承載裝置的局部剖視圖； 圖4B為圖3A至圖4A中承載裝置的尺寸標識示意圖。
6:基座
6a:主體部
6b:第二環狀凸部
6c:第一臺階部
8:晶圓
11b2:第二環部
11a:環狀主體
11b:氣道構成部
11b1:第一環部
12:第二子表面
13a:第一環狀氣道
13b:第二環狀氣道
61:進氣氣道

Claims (13)

  1. 一種半導體製程設備中的承載裝置，包括用於承載一晶圓的一基座和環繞在該基座周圍的一邊緣環，其中該基座包括用於承載該晶圓的一基座主體，該基座主體的外徑小於該晶圓的直徑，該邊緣環的外徑大於該晶圓的直徑； 該基座主體的外周面與該邊緣環的內周面相對且相互間隔，形成一第一環狀氣道，該第一環狀氣道用於與一供氣系統連通；該基座主體承載有該晶圓時，該邊緣環的上表面和該晶圓的下表面相對且互相間隔，形成一第二環狀氣道；其中，該第一環狀氣道與該第二環狀氣道相連通； 該第一環狀氣道在該基座的徑向上的第一寬度以及該第二環狀氣道在該基座的軸向上的第二寬度均小於等於該半導體製程設備執行預設製程時產生的等離子體鞘層的厚度的兩倍。
  2. 如請求項1所述的承載裝置，其中該邊緣環的表面凸設有一第一環狀凸部，該第一環狀凸部的表面與該晶圓的表面齊平，該第一環狀凸部的內周面與該晶圓的側面之間具有一徑向距離，且該徑向距離大於該等離子體鞘層的厚度的兩倍。
  3. 如請求項2所述的承載裝置，其中該邊緣環包括相互連接的一環狀主體和一氣道構成部，其中， 該基座主體的外周面與該環狀主體的內周面相互間隔，該氣道構成部設置在該基座主體的外周面與該環狀主體的內周面之間，該氣道構成部的外周面與該環狀主體的內周面抵接，該氣道構成部的內周面與該基座主體的外周面相對且相互間隔，形成該第一環狀氣道，該氣道構成部朝向該晶圓的表面與該晶圓朝向該氣道構成部的表面相對且相互間隔，形成該第二環狀氣道；該環狀主體具有相對於該氣道構成部的表面凸出的一凸出部，該凸出部即為該第一環狀凸部。
  4. 如請求項3所述的承載裝置，其中該第一環狀氣道的軸向截面形狀呈彎折線狀。
  5. 如請求項4所述的承載裝置，其中該基座主體包括一主體部和自該主體部的外周面凸出的一第二環狀凸部； 該氣道構成部的內周面包括一第一子表面、一第二子表面和一第三子表面，該第一子表面與該主體部的外周面相對且互相間隔，形成一第一環狀子氣道，該第二子表面與該第二環狀凸部朝向該主體部的端面相對且互相間隔，形成一第二環狀子氣道，該第三子表面與該第二環狀凸部的外周面相對且互相間隔，形成一第三環狀子氣道； 該第一環狀子氣道、該第二環狀子氣道和該第三環狀子氣道依次連通。
  6. 如請求項5所述的承載裝置，其中該第二環狀凸部朝向該晶圓的端面與該第二環狀凸部的外周面之間形成有一第一倒角斜面，該第二子表面與該第一子表面之間形成一第二倒角斜面，該第二倒角斜面與該第一倒角斜面相對且互相間隔。
  7. 如請求項5所述的承載裝置，其中該氣道構成部包括由下而上依次疊置的一第一環部和一第二環部，其中，該第二環部的內周面為該第一子表面；該第一環部的內周面為該第三子表面； 該第二環部具有相對於該第一環部的內周面凸出的一凸出部分，該凸出部分朝向該第一環部的端面為該第二子表面。
  8. 如請求項7所述的承載裝置，其中該第一環部與該環狀主體呈一體式結構；該第二環部與該第一環部和該環狀主體均呈分體式結構。
  9. 如請求項1至8任意一項所述的承載裝置，其中該基座還包括設置在該基座主體的底部，且相對於該基座主體的外周面凸出的一第一臺階部；該邊緣環設置在該第一臺階部上，且在該第一臺階部中設置有一進氣氣道，該進氣氣道的出氣端與該第一環狀氣道相連通，該進氣氣道的進氣端用於與該供氣系統連通。
  10. 如請求項1至8任意一項所述的承載裝置，其中該第一環狀氣道在該基座的徑向上的第一寬度以及該第二環狀氣道在該基座的軸向上的第二寬度均小於或等於1mm。
  11. 如請求項1至8任意一項所述的承載裝置，其中該邊緣環暴露在等離子體環境中的表面為經絕緣處理的表面。
  12. 如請求項1至8任意一項所述的承載裝置，其中該基座和該邊緣環各自所具有的棱角均為倒圓角。
  13. 一種半導體製程設備，包括一製程腔室、一上電極機構和一下電極機構，其中，該上電極機構包括設置在該製程腔室內的頂部的一噴淋頭，和與該噴淋頭電連接的一上電極電源；該下電極機構包括用於承載晶圓的承載裝置；其中該承載裝置接地，且該承載裝置採用請求項1至12任意一項所述的承載裝置。
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