TWI773026B - 控制電路、脈衝電源系統和半導體加工設備 - Google Patents

控制電路、脈衝電源系統和半導體加工設備 Download PDF

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Abstract

本發明實施例提供的控制電路、脈衝電源系統和半導體加工設備，該控制電路包括開關電路，其第一端和第二端作為直流訊號的輸入端，第三端和第四端作為脈衝訊號的輸出端，第一控制端和第二控制端用於接收第一訊號和第二訊號以控制脈衝訊號的輸出，在第一控制端和第二控制端接收第一訊號時，第三端和第四端輸出脈衝訊號；在第一控制端和第二控制端接收第二訊號時，第三端和第四端停止輸出脈衝訊號；還包括儲能模組，其兩端分別與開關電路的第一端和第二端連接，用於在開關電路不輸出脈衝訊號時，存儲開關電路中的剩餘電能。本發明實施例提供的控制電路，減小電壓在每個脈衝結束時產生的震盪，提高對半導體製程中等離子的能量和密度的控制精度。

Description

控制電路、脈衝電源系統和半導體加工設備
本發明涉及半導體技術領域，具體地，涉及一種控制電路、脈衝電源系統和半導體加工設備。
隨著電子技術的高速發展，人們對積體電路的集成度要求越來越高，這就需要不斷提高半導體晶片的加工精度。電漿裝置被廣泛地應用於製造積體電路（IC）或MEMS器件的製造製程中。因此，適用於刻蝕、沉積或離子注入等製程的電漿發生設備的研發對於半導體製造製程和設施的發展來說是至關重要的。
目前，對於半導體製程而言，等離子的能量和密度的控制尤為重要。現有的等離子的能量和密度的控制方式主要藉由控制加載至負載的電壓來實現，但是，由於在電路中通常存在電感元件，在電壓關閉後，這些電感元件中的剩餘電能會在包含有負載的回路中繼續迴圈，從而導致電壓關閉後存在震盪，難以實現對等離子的能量和密度的精確控制。
本發明旨在至少解決先前技術中存在的技術問題之一，提出了一種控制電路、脈衝電源系統和半導體加工設備，其可以存儲電路中的剩餘電能，從而減小電壓在每個脈衝結束時產生的震盪，進而提高對半導體製程中等離子的能量和密度的控制精度。
為實現上述目的，本發明實施例提供了一種控制電路，用於將直流訊號以脈衝訊號方式輸出，該控制電路包括儲能模組和開關電路，其中， 該開關電路具有第一端、第二端、第三端、第四端以及第一控制端和第二控制端，其中該第一端和該第二端作為直流訊號的輸入端，該第三端和該第四端作為該脈衝訊號的輸出端，該第一控制端和該第二控制端用於接收第一訊號和第二訊號以控制該脈衝訊號的輸出，在該第一控制端和第二控制端接收該第一訊號時，該第三端和第四端輸出該脈衝訊號；在該第一控制端和第二控制端接收該第二訊號時，該第三端和第四端停止輸出該脈衝訊號； 該儲能模組的兩端分別與該開關電路的第一端和第二端連接，用於在該開關電路不輸出該脈衝訊號時，存儲該開關電路中的剩餘電能。 可選的，該開關電路包括第一開關單元和第二開關單元；其中， 該第一開關單元的第一端和第二端與該第二開關單元的第一端和第二端用於作為該直流訊號的輸入端，且該第一開關單元的第一端分別與該儲能模組的第一端和該第二開關單元的第一端連接，該第一開關單元的第二端分別與該儲能模組的第二端和該第二開關單元的第二端連接；該第一開關單元的控制端和該第二開關單元的控制端用於接收該第一訊號或該第二訊號；該第一開關單元的第三端和該第二開關單元的第三端用於輸出該脈衝訊號； 該第一開關單元用於在該第一開關單元的控制端接收該第一訊號時，接通該第一開關單元的第一端與該第一開關單元的第三端之間的電路，斷開該儲能模組的第二端和該第一開關單元的第三端之間的電路；在該第一開關單元的控制端接收該第二訊號時，斷開該第一開關單元的第一端和該第一開關單元的第三端之間的電路，接通該儲能模組的第二端和該第一開關單元的第三端之間的電路； 該第二開關單元用於在該第二開關單元的控制端接收該第一訊號時，接通該第二開關單元的第二端與該第二開關單元的第三端之間的電路，斷開該儲能模組的第一端與該第二開關單元的第三端之間的電路；在該第二開關單元的控制端接收該第二訊號時，斷開該第二開關單元的第二端與該第二開關單元的第三端之間的電路，接通該儲能模組的第一端與該第二開關單元的第三端之間的電路。
可選的，該第一開關單元包括第一開關電晶體和第一截止二極體；其中， 該第一開關電晶體的輸入端和該第一截止二極體的輸入端用於作為該直流訊號的輸入端，且該第一開關電晶體的輸入端與該儲能模組的第一端連接；該第一截止二極體的輸入端與該儲能模組的第二端連接；該第一開關電晶體的輸出端用於輸出該脈衝訊號，且與該第一截止二極體的輸出端連接，該第一開關電晶體的控制端用於接收該第一訊號或者該第二訊號； 在該控制端接收該第一訊號時，該第一開關電晶體用於導通該第一開關電晶體的輸入端與輸出端之間的電路，該第一截止二極體用於斷開該儲能模組的第二端與該第一截止二極體的輸出端之間的電路；在該控制端接收該第二訊號時，該第一開關電晶體用於斷開該第一開關電晶體的輸入端與輸出端之間的電路，該第一截止二極體用於導通該儲能模組的第二端與該第一截止二極體的輸出端之間的電路。
可選的，該第一開關電晶體所採用的材料包括Si、SiC、GaN以及AlGaN中的任意一種。
可選的，該第二開關單元包括第二開關電晶體和第二截止二極體；其中，該第二開關電晶體的輸入端用於輸出該脈衝訊號，且與該第二截止二極體的輸入端連接，該第二開關電晶體的輸出端和該第二截止二極體的輸出端用於作為該直流訊號的輸入端，且該第二開關電晶體的輸出端與該儲能模組的第二端連接，該第二截止二極體的輸出端與該儲能模組的第一端連接；該第二開關電晶體的控制端用於接收該第一訊號或者該第二訊號；在該控制端接收該第一訊號時，該第二開關電晶體用於導通該第二開關電晶體的輸出端與輸入端之間的電路，該第二截止二極體用於斷開該儲能模組的第一端與該第二截止二極體的輸出端之間的電路；在該控制端接收該第二訊號時，該第二開關電晶體用於斷開該第二開關電晶體的輸出端與輸入端之間的電路，該第二截止二極體用於導通該儲能模組的第一端與該第二截止二極體的輸出端之間的電路。
可選的，該第二開關電晶體所採用的材料包括Si、SiC、GaN以及AlGaN中的任意一種。
可選的，該儲能模組包括至少一個電容和/或至少一個電感；其中，該電容和/或該電感的一端用作該儲能模組的第一端，與該開關電路的第一端連接，另一端用作該儲能模組的第二端，與該開關電路的第二端連接。
可選的，該控制電路還包括變壓器，該變壓器包括初級電感和次級電感，其中，該初級電感的兩端分別與該開關電路的第三端和第四端連接，該次級電感的兩端用於輸出該脈衝訊號。
可選的，還包括控制模組，用於向該開關電路的第一控制端和第二控制端發送該第一訊號或第二訊號。
作為另一個技術方案，本發明實施例還提供一種脈衝電源系統，包括直流模組和本發明實施例提供的上述控制電路，其中該直流模組用於向該開關電路的該第一端和該第二端加載直流訊號。
可選的，該直流模組包括直流電源。
作為另一個技術方案，本發明實施例還提供一種半導體加工設備，包括上電極組件和下電極組件，還包括本發明實施例提供的脈衝電源系統，該脈衝電源系統的數量為至少一個，用於向該上電極組件以及該下電極組件中的至少一者提供該脈衝訊號。
可選的，該半導體加工設備包括電漿浸沒注入設備、物理氣相沉積設備或者電漿刻蝕設備。 本發明實施例的有益效果： 本發明實施例提供的控制電路，其開關電路在第一控制端和第二控制端接收第一訊號時輸出脈衝訊號；在第一控制端和第二控制端接收第二訊號時停止輸出脈衝訊號，從而可以實現將直流訊號以脈衝訊號方式輸出。同時，藉由利用儲能模組在開關電路不輸出脈衝訊號時，存儲開關電路中的剩餘電能，減少了剩餘電能在開關電路中繼續迴圈的時間，減小了電壓在每個脈衝結束時產生的震盪，從而提高了對半導體製程中等離子的能量和密度的的控制精度。
本發明實施例提供的脈衝電源系統，其藉由採用本發明實施例提供的上述控制電路，可以輸出脈衝訊號並存儲開關電路中的剩餘電能，從而減小電壓在每個脈衝結束時產生的震盪，進而提高半導體製程中等離子的能量和密度的控制精度。
本發明實施例提供的半導體加工設備，其藉由採用本發明實施例提供的上述脈衝電源系統，用於向上下電極組件提供脈衝訊號，並可以存儲開關電路中的剩餘電能，從而減小電壓在每個脈衝結束時產生的震盪，進而提高半導體製程中等離子的能量和密度的控制精度。
為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明實施例提供的控制電路、脈衝電源系統和半導體加工設備進行詳細描述。
作為本申請的第一個方面，本發明實施例提供的控制電路，其可以實現將直流訊號以脈衝訊號方式輸出。下面對本發明實施例提供的控制電路的三個具體實施例進行詳細描述。 第一實施例
控制電路用於將直流訊號以脈衝訊號方式輸出，其中，該直流訊號可以是電壓訊號或者電流訊號。例如將直流電源輸出的直流訊號以脈衝訊號方式輸出，並加載到負載上。但是，由於在電路中通常存在電感元件，例如電路中的導線等，其在每個脈衝結束時會產生剩餘電能，這些剩餘電能會在電路中繼續迴圈，從而導致電壓在每個脈衝結束時產生震盪，如圖1所示，為採用現有的控制電路獲得的脈衝波形圖。其中，Tp 為脈衝電壓訊號達到正常值的時長；Tf 為脈衝電壓訊號自正常值下降至0的時長，即，脈衝波形的下降沿時長；Tinv 為在脈衝結束時產生的電壓震盪的時長；Vmax,inv 為在電壓震盪時長Tinv 的過程中的最大電壓值。因為電壓震盪時長Tinv 的過程的存在，難以保證等離子的能量和密度的精確控制。
為瞭解決該問題，請參閱圖2A，本發明第一實施例提供的控制電路1012，用於將直流訊號以脈衝訊號方式輸出，該直流訊號可以是電壓訊號或者電流訊號。具體地，上述控制電路1012包括開關電路3和儲能模組4，其中，開關電路3具有第一端31、第二端32、第三端33、第四端34以及第一控制端35和第二控制端36，其中，第一端31和第二端32作為直流訊號的輸入端，諸如直流電源等能夠輸出直流訊號的裝置可將直流訊號加載至第一端31和第二端32；第三端33和第四端34用於作為脈衝訊號的輸出端；第一控制端35和第二控制端36用於接收第一訊號和第二訊號，以控制脈衝訊號的輸出。在第一控制端35和第二控制端36接收第一訊號時，第三端33和第四端34輸出脈衝訊號；在第一控制端35和第二控制端36接收第二訊號時，第三端33和第四端34停止輸出脈衝訊號。
儲能模組4的兩端分別與上述開關電路的第一端31和第二端32連接，用於在開關電路3不輸出脈衝訊號時，存儲開關電路中的剩餘電能。這些剩餘電能包括但不限於是由該回路中的導線等的電感元件產生的。藉由利用儲能模組4在開關電路3不輸出脈衝訊號時，存儲開關電路中的剩餘電能，減少了剩餘電能在開關電路中繼續迴圈的時間，減小了電壓在每個脈衝結束時產生的震盪，從而提高了半導體製程中等離子的能量和密度的控制精度。
如圖2B所示，為採用本發明實施例提供的控制電路1012獲得的脈衝波形圖。與圖1中採用現有的控制電路獲得的脈衝波形圖相比，本發明實施例獲得的脈衝波形的下降沿時長Tf 減少，同時在脈衝結束時產生的電壓震盪時長Tinv 大大縮短，且震盪過程中的最大電壓值Vmax,inv 也得到了有效的降低，藉由實驗發現，採用本發明實施例提供的控制電路1012獲得的脈衝波形，最大電壓值Vmax,inv 小於正常脈衝輸出電壓Vnom 的10%；電壓震盪時長Tinv 小於1微秒；下降沿時長Tf 小於1微秒。由此，獲得了更加理想的脈衝波形，提高了半導體製程中對等離子的能量和密度的控制精度。
具體地，如圖2C所示，控制電路1012還包括控制模組6，該控制模組6的兩端分別與開關電路的第一控制端35和第二控制端36連接，用於向開關電路的第一控制端35和第二控制端36發送第一訊號或第二訊號，以控制脈衝訊號的輸出。
具體地，如圖3A所示，在開關電路3中，開關電路3包括第一開關單元3a和第二開關單元3b，其中，第一開關單元3a的第一端311和第二端312與第二開關單元3b的第一端321和第二端322作為直流訊號的輸入端，例如，圖3A示出了兩個輸入端（11,12），第一開關單元3a的第一端311和第二開關單元3b的第一端321與輸入端11連接，第一開關單元3a的第二端312和第二開關單元3b的第二端322與輸入端12連接，直流訊號可以藉由兩個輸入端（11,12）加載至第一開關單元3a的第一端311和第二端312與第二開關單元3b的第一端321和第二端322。
第一開關單元3a的第一端311分別與儲能模組4的第一端411和第二開關單元3b的第一端321連接，第一開關單元3a的第二端312分別與儲能模組4的第二端412和第二開關單元3b的第二端322連接；第一開關單元3a的控制端315和第二開關單元的控制端316用於接收第一訊號或第二訊號；第一開關單元3a的第三端313和第二開關單元3b的第三端314用於輸出脈衝訊號。
在第一開關單元3a的控制端315接收第一訊號時，第一開關單元3a用於接通第一開關單元3a的第一端311與第一開關單元3a的第三端313之間的電路，斷開儲能模組4的第二端412和第一開關單元3a的第三端313之間的電路；在第二開關單元3b的控制端316接收第一訊號時，第二開關單元3b用於接通第二開關單元3b的第二端322與第二開關單元3b的第三端314之間的電路，斷開儲能模組4的第一端411與第二開關單元3b的第三端314之間的電路，此時藉由兩個輸入端（11,12）分別加載至第一開關單元3a的第一端311和第二開關單元3b的第一端321的直流訊號可以藉由第一開關單元3a的第三端313和第二開關單元3b的第三端314輸出。
在第一開關單元3a的控制端315接收第二訊號時，第一開關單元3a還用於斷開第一開關單元3a的第一端311和第一開關單元3a的第三端313之間的電路，接通儲能模組4的第二端412和第一開關單元3a的第三端313之間的電路；在第二開關單元3b的控制端316輸入第二訊號時，第二開關單元3b還用於斷開第二開關單元3b的第二端322與第二開關單元3b的第三端314之間的電路，接通儲能模組4的第一端411與第二開關單元3b的第三端314之間的電路。此時藉由兩個輸入端（11,12）分別加載至第一開關單元3a的第一端311和第二開關單元3b的第一端321的直流訊號無法藉由第一開關單元3a的第三端313和第二開關單元3b的第三端314輸出，從而實現開關電路3停止輸出脈衝訊號。
第一開關單元3a的具體結構可以有多種，例如，在本實施例中，請參閱圖3B，第一開關單元3a包括第一開關電晶體351和第一截止二極體352；其中，第一開關電晶體351的輸入端用作第一開關單元3a的第一端311，第一截止二極體352的輸入端用作第一開關單元3a的第二端312，以用作直流訊號的輸入端。並且，第一開關電晶體351的輸入端與儲能模組4的第一端411連接；第一截止二極體352的輸入端與儲能模組4的第二端412連接；第一開關電晶體351的輸出端與第一截止二極體352的輸出端連接，二者例如在如圖3B中示出的連接點313a連接，自該連接點313a引出的輸出端用作第一開關單元3a的第三端313，用於輸出脈衝訊號。第一開關電晶體351的控制端用作第一開關單元3a的控制端315，用於接收第一訊號或者第二訊號。 在控制端315接收第一訊號時，上述第一開關電晶體351用於導通上述第一開關電晶體351的輸入端與輸出端之間的電路，即，導通第一開關單元3a的第一端311與第三端313之間的電路；第一截止二極體352用於斷開儲能模組4的第二端412與第一截止二極體352的輸出端之間的電路，即，斷開儲能模組4的第二端412和第一開關單元3a的第三端313之間的電路；相反的，在控制端315接收第二訊號時，上述第一開關電晶體351用於斷開第一開關電晶體351的輸入端與輸出端之間的電路，即，斷開第一開關單元3a的第一端311與第三端313之間的電路；第一截止二極體352用於導通儲能模組4的第二端412與第一截止二極體352的輸出端之間的電路，即，導通儲能模組4的第二端412和第一開關單元3a的第三端313之間的電路。
可選地，第一開關電晶體351所採用的材料包括Si、SiC、GaN以及AlGaN中的任意一種。
第二開關單元3b的具體結構可以有多種，例如，在本實施例中，請參閱圖3B，第二開關單元3b包括第二開關電晶體361和第二截止二極體362；其中，第二開關電晶體361的輸入端與第二截止二極體362的輸入端連接，二者例如在如圖3B中示出的連接點314a連接，自該連接點314a引出的輸出端用作第二開關單元3b的第三端314，用於輸出脈衝訊號。 第二開關電晶體361的輸出端用作第二開關單元3b的第二端322，第二截止二極體362的輸出端用作第二開關單元3b的第一端321，二者用作直流訊號的輸入端，且第二開關電晶體361的輸出端與儲能模組4的第二端412連接，第二截止二極體362的輸出端與儲能模組4的第一端411連接；第二開關電晶體361的控制端用作第二開關單元3b的控制端316，用於接收第一訊號或者第二訊號。
在控制端316接收第一訊號時，第二開關電晶體361用於導通第二開關電晶體361的輸出端與輸入端之間的電路，即，導通第二開關單元3b的第二端322與第三端314之間的電路；第二截止二極體362用於斷開儲能模組4的第一端411與第二截止二極體362的輸出端之間的電路，即，斷開儲能模組4的第一端411與第二開關單元3b的第三端314之間的電路。相反的，在控制端316接收第二訊號時，第二開關電晶體361用於斷開第二開關電晶體361的輸出端與輸入端之間的電路，即，斷開第二開關單元3b的第二端322與第三端314之間的電路；第二截止二極體362用於導通儲能模組4的第一端411與第二截止二極體362的輸出端之間的電路，即，導通儲能模組4的第一端411與第二開關單元3b的第三端314之間的電路。
可選地，第二開關電晶體361所採用的材料包括Si、SiC、GaN以及AlGaN中的任意一種。
可選地，第一開關電晶體351和第二開關電晶體361均可以為諸如三極管等的開關元件。
請參閱圖4，為本發明提供的另一種控制電路，該控制電路用於輸出脈衝訊號（例如脈衝直流電壓VDC ），並藉由變壓器將該脈衝訊號加載至負載（RL ）上。具體地，該控制電路為全橋電路，其包括兩對開關電晶體，分別為第一對開關電晶體（SM1 ，SM4 ）和第二對開關電晶體（SM2 、SM3 ）。理論上，當加載脈衝直流電壓VDC 時，電流可以分別藉由第一對開關電晶體（SM1 ，SM4 ）和第二對開關電晶體（SM2 、SM3 ）所在的兩條支路，以實現將該脈衝訊號加載至負載（RL ）上。
本發明提供的另一控制電路1012，採用第一開關電晶體351、第一截止二極體352、第二開關電晶體361和第二截止二極體362來控制相應電路的導通或斷開，這與圖4示出的控制電路相比，並不是全橋電路，也不依賴於開關電晶體進行加壓，而且由於第一開關電晶體351和第二開關電晶體361均可以為諸如三極管等的開關元件，回應速度較高，從而可以在滿足回應速度的要求的基礎上進一步避免電路過流等現象的發生，進而可以提高可靠性。 在本實施例中，儲能模組4包括電容41，該電容41的兩端形成為儲能模組4的第一端411和第二端412。電容41能夠存儲來自開關電路的剩餘電能。
需要說明的是，在本實施例中，電容41為一個，但是本發明實施例並不局限於此，在實際應用中，儲能模組4也可以包括複數個電容，或者還可以包括至少一個電感，或者包括至少一個電容和至少一個電感，只要能夠實現剩餘電能的存儲即可。具體地，電容和/或電感的一端用作儲能模組4的第一端411，與開關電路的第一端31連接，另一端用作儲能模組4的第二端412，與開關電路的第二端32連接。
本發明實施例提供的控制電路1012，其開關電路3在第一控制端和第二控制端接收第一訊號時輸出脈衝訊號；在第一控制端35和第二控制端36接收第二訊號時停止輸出脈衝訊號，從而可以實現將直流訊號以脈衝訊號方式輸出。同時，藉由利用儲能模組4在開關電路3不輸出脈衝訊號時，存儲開關電路3中的剩餘電能，減少了剩餘電能在開關電路3中繼續迴圈的時間，減小了電壓在每個脈衝結束時產生的震盪，從而提高了半導體製程中等離子的能量和密度的控制精度。 第二實施例
本實施例提供的控制電路1012，其是在上述第一實施例的基礎上的具體實施方式，具體地，如圖5A所示，本實施例提供的控制電路1012，其用於將直流模組1011輸出的直流訊號以脈衝訊號方式輸出，並加載至負載5。該負載5例如為諸如半導體加工設備尤其是電漿半導體加工設備中的用於承載基片的基座，當然，在實際應用中，負載5還可以是其他半導體加工設備中的需要以脈衝方式加載直流訊號的裝置，例如物理氣相沉積設備中的靶材和基座。當然，在實際應用中，能夠輸出直流訊號的裝置並不局限於直流電源，還可以是其他任意能夠輸出直流訊號的裝置。
具體來說，如圖5A所示，開關電路3的第一端31和第二端32分別與直流模組1011的兩端連接，用於加載直流模組1011輸出的直流訊號，其中該直流模組可為直流電源；開關電路3的第三端33和第四端34分別與負載5的兩端電連接，用於輸出脈衝訊號，並加載至負載5的兩端；開關電路3的第一控制端35和第二控制端36均用於接收第一訊號或第二訊號。儲能模組4的兩端分別與開關電路3的第一端31和第二端32連接。
在第一控制端35和第二控制端36接收第一訊號時，開關電路3的第三端33和第四端34輸出脈衝訊號，並加載至負載5；在第一控制端35和第二控制端36接收第二訊號時，開關電路3的第三端33和第四端34停止輸出脈衝訊號，此時直流模組1011輸出的直流訊號無法加載至負載5，同時儲能模組4能夠存儲開關電路3中的剩餘電能。這些剩餘電能包括但不限於是由該開關電路3中電感元件產生的。藉由利用存儲模組4存儲包含電路中的剩餘電能，減少了剩餘電能在電路中繼續迴圈的時間，減小了電壓在每個脈衝結束時產生的震盪，進而提高了半導體製程中等離子的能量和密度的控制精度。 作為本實施例的一個變型實施例，請參閱圖5B，本變型實施例提供的控制電路1012，其是與上述第二實施例相比，增設了變壓器2。該變壓器2包括初級電感和次級電感，其中，初級電感的兩端分別與開關電路的第三端33和第四端34連接，次級電感的兩端分別與負載5的兩端連接，用於輸出脈衝訊號。該變壓器2用於將開關電路的第三端33和第四端34輸出的脈衝訊號增大，並加載至負載5。由於本申請實施例提供的控制電路1012中包括儲能模組4，該儲能模組4可以在開關電路3不輸出脈衝訊號時，進一步存儲開關電路3中的由於變壓器2中初、次級電感所產生的剩餘電能。
此外，為瞭解決變壓器2的磁芯在接收第一訊號時存在的磁飽和截止的問題，可選的，在接收第二訊號時，向變壓器2的磁芯加載反向直流訊號（反向直流電壓或反向直流電流），以對磁芯進行磁複位，從而保證變壓器2的磁芯能夠在脈衝開啟時正常使用。該反向直流訊號的大小可以根據脈衝關閉時間的長短進行設定，通常脈衝關閉時間較短時，反向直流訊號可相對較小。在實際應用中，可以將變壓器2與能夠提供反向直流訊號的外接直流電源電連接。
示例性地，上述變壓器2為升壓變壓器。當然，在實際應用中，可以根據具體需要選擇相應類型的變壓器。 第三實施例
本實施例提供的控制電路1012，其是在上述第二實施例的基礎上的具體實施方式，具體地，在本實施例中，如圖6A所示，在開關電路3中，開關電路包括第一開關單元3a和第二開關單元3b，其中，第一開關單元3a的第一端311和第二端312與第二開關單元3b的第一端321和第二端322用於作為直流訊號的輸入端；例如，圖6A示出了兩個輸入端（11,12），第一開關單元3a的第一端311和第二開關單元3b的第一端321與輸入端11連接，第一開關單元3a的第二端312和第二開關單元3b的第二端322與輸入端12連接，直流模組1011的兩端分別與兩個輸入端（11,12）連接，以能夠將直流訊號加載至第一開關單元3a的第一端311和第二端312與第二開關單元3b的第一端321和第二端322。
第一開關單元3a的第三端313和第二開關單元3b的第三端314用於作為脈衝訊號的輸出端，具體地，第一開關單元3a的第三端313與變壓器2的初級電感21的第二端連接；第二開關單元3b的第三端314與變壓器2的初級電感21的第一端連接。變壓器2的次級電感的兩端分別與負載5的兩端連接。變壓器2用於將第一開關單元3a的第三端313和第二開關單元3b的第三端314輸出的脈衝訊號加載至負載5。
如圖6B所示，第一開關單元3a包括第一開關電晶體351和第一截止二極體352；其中，第一開關電晶體351的輸入端用作第一開關單元3a的第一端311，第一截止二極體352的輸入端用作第一開關單元3a的第二端312，以作為直流訊號的輸入端。並且，第一開關電晶體351的輸入端與儲能模組4的第一端411連接；第一截止二極體352的輸入端與儲能模組4的第二端412連接；第一開關電晶體351的輸出端與第一截止二極體352的輸出端連接，二者例如在如圖6B中示出的連接點313a連接，自該連接點313a引出的輸出端用作第一開關單元3a的第三端313，用於輸出脈衝訊號。第一開關電晶體351的控制端用作第一開關單元3a的控制端315，用於接收第一訊號或者第二訊號。
如圖6B所示，第二開關單元3b包括第二開關電晶體361和第二截止二極體362；其中，第二開關電晶體361的輸入端與第二截止二極體362的輸入端連接，二者例如在如圖6B中示出的連接點314a連接，自該連接點314a引出的輸出端用作第二開關單元3b的第三端314，用於輸出脈衝訊號。 第二開關電晶體361的輸出端用作第二開關單元3b的第二端322，第二截止二極體362的輸出端用作第二開關單元3b的第一端321，二者用於作為直流訊號的輸入端，且第二開關電晶體361的輸出端與儲能模組4的第二端412連接，第二截止二極體362的輸出端與儲能模組4的第一端411連接；第二開關電晶體361的控制端用作第二開關單元3b的控制端316，用於接收第一訊號或者第二訊號。
如圖7所示，第一開關電晶體351的控制端和第二開關電晶體362的控制端接收第一訊號時，開關電路3中的電流方向如圖7中示出的箭頭A所示，電流在沿該方向流動時，無法藉由第一截止二極體352和第二截止二極體362，即，利用第一截止二極體352和第二截止二極體362，斷開儲能模組4的第二端412與第一開關單元3a的第三端313之間的電路，而電流可以藉由第一開關電晶體351的輸入端與輸出端之間的電路，以及第二開關電晶體361的輸出端與輸入端之間的電路，此時，儲能模組4的第二端412和變壓器2的初級電感21的第二端之間的電路斷開，直流模組1011輸出的直流訊號藉由變壓器2加載至負載5。
如圖8所示，第一開關電晶體351的控制端和第二開關電晶體362的控制端接收第二訊號時，開關電路3中的電流方向如圖8中示出的箭頭B所示，電流在沿該方向流動時，可以藉由第一截止二極體352和第二截止二極體362，即，利用第一截止二極體352和第二截止二極體362，導通儲能模組4的第二端412與第一開關單元3a的第三端313之間的電路，而電流無法藉由第一開關電晶體351的輸入端與輸出端之間的電路，以及第二開關電晶體361的輸出端與輸入端之間的電路，此時直流模組1011輸出的直流訊號無法藉由變壓器2加載至負載5，同時儲能模組4存儲開關電路中的剩餘電能。 本實施例提供的控制電路1012的其他結構與上述第一實施例相同，由於在上述第一實施例中已有了詳細描述，在此不再重複描述。
需要說明的是，開關電路並不局限於本發明上述各個實施例採用的結構在實際應用中，開關電路還可以採用其他任意結構，只要能夠實現將直流訊號以脈衝訊號方式輸出即可。
本發明實施例提供的控制電路，其可以應用於電漿浸沒注入設備、物理氣相沉積設備或者電漿刻蝕設備等等。尤其對於電漿浸沒注入設備，該設備例如在14nm或10nm以下技術節點進行超淺結的製作製程時，要求實現較低能量、較高劑量的離子注入，該要求更加需要保證離子注入的精確控制，本發明實施例提供的控制電路，由於其可以減小電壓在每個脈衝結束時產生的震盪，獲得了更加理想的脈衝波形，從而可以滿足在實現較低能量、較高劑量的離子注入的基礎上，提高半導體製程中等離子的能量和密度的控制精確度。
綜上所述，本發明實施例提供的控制電路，其開關電路在第一控制端和第二控制端接收第一訊號時輸出脈衝訊號；在第一控制端和第二控制端接收第二訊號時停止輸出脈衝訊號，從而可以實現將直流訊號以脈衝訊號方式輸出。同時，藉由利用儲能模組在開關電路不輸出脈衝訊號時，存儲開關電路中的剩餘電能，減少了剩餘電能在開關電路中繼續迴圈的時間，減小了電壓在每個脈衝結束時產生的震盪，從而提高了半導體製程中等離子的能量和密度的控制精度。
作為本申請的第二個方面，請參閱圖9，本發明實施例還提供一種脈衝電源系統101，其包括直流模組1011和本發明實施例提供的上述控制電路1012，其中，該直流模組1011用於向開關電路3的第一端31和第二端32加載直流訊號。其中，上述控制電路1012與前述控制電路具體實施方式相同，在此不再贅述。
在一些實施例中，上述直流模組1011包括直流電源，用於輸出直流訊號，例如直流電壓訊號或者直流電流訊號。
本發明實施例提供的脈衝電源系統，其藉由採用本發明實施例提供的上述控制電路，可以存儲回路中的剩餘電能，從而減小電壓在每個脈衝結束時產生的震盪，進而提高半導體製程中等離子的能量和密度的控制精度。 作為本申請的第三個方面，本發明還提供一種半導體加工設備，其包括上電極組件、下電極組件和本發明提供的上述脈衝電源系統，該脈衝電源系統的數量為至少一個，用於向上電極組件以及下電極組件中的至少一者提供脈衝訊號。其中，上電極組件包括但不限於上電極板、噴淋板以及電感線圈等，下電極組件包括但不限於靜電卡盤等。
本發明提供的半導體加工設備，其藉由採用本發明提供的上述脈衝電源系統，可以實現將直流訊號以脈衝訊號方式輸出並存儲回路中的剩餘電能，從而減小電壓在每個脈衝結束時產生的震盪，進而提高半導體製程中等離子的能量和密度的控制精度。
在實際應用中，上述半導體加工設備可以包括電漿浸沒注入設備、物理氣相沉積設備或者電漿刻蝕設備等。 下面對本發明提供的半導體加工設備的三個具體實施例進行詳細描述。 第一實施例
請參閱圖10A，本實施例提供的半導體加工設備，其包括反應腔室100，上電極組件102、下電極組件103和本發明實施例提供的上述脈衝電源系統101，該脈衝電源系統101為一個，與上電極組件102連接，用於向該上電極102組件提供脈衝訊號。
藉由本發明實施例提供的半導體加工設備，藉由採用本發明實施例提供的上述脈衝電源系統101，可以實現將直流訊號以脈衝訊號方式輸出至上電極組件102，並存儲包含上電極組件102在內的回路中的剩餘電能，從而減小施加到上電極組件102上的電壓在每個脈衝結束時產生的震盪，進而提高半導體製程中等離子的能量和密度的控制精度。 在實際應用中，上述半導體加工設備可以包括電漿浸沒注入設備、物理氣相沉積設備或者電漿刻蝕設備等。 第二實施例
請參閱圖10B，本實施例提供的半導體加工設備，其包括反應腔室100、上電極組件102組件、下電極組件103和本發明實施例提供的上述脈衝電源系統101，該脈衝電源系統101為一個，與下電極組件103連接，用於向該下電極組件103提供脈衝訊號。
藉由本發明實施例提供的半導體加工設備，藉由採用本發明實施例提供的上述脈衝電源系統101，可以實現將直流訊號以脈衝訊號方式輸出至下電極組件103，並儲存包含下電極組件103在內的回路中的剩餘電能，從而減小施加到下電極組件103上的電壓在每個脈衝結束時產生的震盪，進而提高半導體製程中等離子的能量和密度的控制精度。 在實際應用中，上述半導體加工設備可以包括電漿浸沒注入設備、物理氣相沉積設備或者電漿刻蝕設備等。 第三實施例
請參閱圖10C，本實施例提供的半導體加工設備100，其包括上電極組件102、下電極組件103和本發明實施例提供的上述脈衝電源系統101，該脈衝電源系統101為兩個，分別與上電極102組件和下電極組件103連接，用於向上電極組件102和下電極103組件提供脈衝訊號。
藉由本發明實施例提供的半導體加工設備，藉由採用本發明實施例提供的上述脈衝電源系統101，用於分別將直流訊號以脈衝訊號方式輸出至上電極組件102和下電極組件103，並存儲分別包含上電極組件102以及下電極組件103在內的回路中的剩餘電能，從而減小分別施加到上電極組件102以及下電極組件103上的電壓在每個脈衝結束時產生的震盪，進而提高半導體製程中等離子的能量和密度的控制精度。
在實際應用中，上述半導體加工設備可以包括電漿浸沒注入設備、物理氣相沉積設備或者電漿刻蝕設備等。
可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不侷限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。
1012:控制電路 3:開關電路 4:儲能模組 5:負載 6:控制模組 31、311、321、411:第一端 32、312、322、412:第二端 33、313:第三端 34、314:第四端 35:第一控制端 36:第二控制端 315、316:控制端 3a:第一開關單元 3b:第二開關單元 351:第一開關電晶體 352:第一截止二極體 313a、314a:連接點 362:第二截止二極體 361:第二開關電晶體 41:電容 11、12:輸入端 1011:直流模組 100:反應腔室 102:上電極組件 103:下電極組件
圖1為採用現有的控制電路獲得的脈衝波形圖； 圖2A為本發明第一實施例提供的控制電路的一種原理框圖； 圖2B為採用本發明第一實施例提供的控制電路獲得的脈衝波形圖； 圖2C為本發明第一實施例提供的控制電路的另一種原理框圖； 圖3A為本發明第一實施例提供的控制電路的一種電路圖； 圖3B為本發明第一實施例提供的控制電路的另一種電路圖； 圖4為一種用於與圖3B中的控制電路進行對比的控制電路圖； 圖5A為本發明第二實施例提供的控制電路的一種原理框圖； 圖5B為本發明第二實施例提供的控制電路的另一種原理框圖； 圖6A為本發明第三實施例提供的控制電路的一種電路圖； 圖6B為本發明第三實施例提供的控制電路的另一種電路圖； 圖7為本發明第三實施例提供的控制電路在脈衝開啟時的狀態圖； 圖8為本發明第三實施例提供的控制電路在脈衝關閉時的狀態圖； 圖9為本發明實施例提供的脈衝電源系統的原理框圖； 圖10A為本發明第一實施例提供的半導體加工設備的原理框圖； 圖10B為本發明第二實施例提供的半導體加工設備的原理框圖； 圖10C為本發明第三實施例提供的半導體加工設備的原理框圖。
1012:控制電路
3:開關電路
4:儲能模組
31:第一端
32:第二端
33:第三端
34:第四端
35:第一控制端
36:第二控制端

Claims (13)

  1. 一種控制電路，用於將一直流訊號以一脈衝訊號方式輸出，其特徵在於，該控制電路包括一儲能模組和一開關電路，其中， 該開關電路具有一第一端、一第二端、一第三端、一第四端以及一第一控制端和一第二控制端，其中該第一端和該第二端作為直流訊號的輸入端，該第三端和該第四端作為該脈衝訊號的輸出端，該第一控制端和該第二控制端用於接收第一訊號和第二訊號以控制該脈衝訊號的輸出，在該第一控制端和第二控制端接收該第一訊號時，該第三端和第四端輸出該脈衝訊號；在該第一控制端和第二控制端接收該第二訊號時，該第三端和第四端停止輸出該脈衝訊號； 該儲能模組的兩端分別與該開關電路的第一端和第二端連接，用於在該開關電路不輸出該脈衝訊號時，存儲該開關電路中的剩餘電能。
  2. 如請求項1所述的控制電路，其特徵在於，該開關電路包括一第一開關單元和一第二開關單元；其中， 該第一開關單元的第一端和第二端與該第二開關單元的第一端和第二端用於作為該直流訊號的輸入端，且該第一開關單元的第一端分別與該儲能模組的第一端和該第二開關單元的第一端連接，該第一開關單元的第二端分別與該儲能模組的第二端和該第二開關單元的第二端連接；該第一開關單元的控制端和該第二開關單元的控制端用於接收該第一訊號或該第二訊號；該第一開關單元的第三端和該第二開關單元的第三端用於輸出該脈衝訊號； 該第一開關單元用於在該第一開關單元的控制端接收該第一訊號時，接通該第一開關單元的第一端與該第一開關單元的第三端之間的電路，斷開該儲能模組的第二端和該第一開關單元的第三端之間的電路；在該第一開關單元的控制端接收該第二訊號時，斷開該第一開關單元的第一端和該第一開關單元的第三端之間的電路，接通該儲能模組的第二端和該第一開關單元的第三端之間的電路； 該第二開關單元用於在該第二開關單元的控制端接收該第一訊號時，接通該第二開關單元的第二端與該第二開關單元的第三端之間的電路，斷開該儲能模組的第一端與該第二開關單元的第三端之間的電路；在該第二開關單元的控制端接收該第二訊號時，斷開該第二開關單元的第二端與該第二開關單元的第三端之間的電路，接通該儲能模組的第一端與該第二開關單元的第三端之間的電路。
  3. 如請求項2所述的控制電路，其特徵在於，該第一開關單元包括一第一開關電晶體和一第一截止二極體；其中， 該第一開關電晶體的輸入端和該第一截止二極體的輸入端用於作為該直流訊號的輸入端，且該第一開關電晶體的輸入端與該儲能模組的第一端連接；該第一截止二極體的輸入端與該儲能模組的第二端連接；該第一開關電晶體的輸出端用於輸出該脈衝訊號，且與該第一截止二極體的輸出端連接，該第一開關電晶體的控制端用於接收該第一訊號或該第二訊號； 在該控制端接收該第一訊號時，該第一開關電晶體用於導通該第一開關電晶體的輸入端與輸出端之間的電路，該第一截止二極體用於斷開該儲能模組的第二端與該第一截止二極體的輸出端之間的電路；在該控制端接收該第二訊號時，該第一開關電晶體用於斷開該第一開關電晶體的輸入端與輸出端之間的電路，該第一截止二極體用於導通該儲能模組的第二端與該第一截止二極體的輸出端之間的電路。
  4. 如請求項3所述的控制電路，其特徵在於，該第一開關電晶體所採用的材料包括Si、SiC、GaN以及AlGaN中的任意一種。
  5. 如請求項2所述的控制電路，其特徵在於，該第二開關單元包括一第二開關電晶體和一第二截止二極體；其中，該第二開關電晶體的輸入端用於輸出該脈衝訊號，且與該第二截止二極體的輸入端連接，該第二開關電晶體的輸出端和該第二截止二極體的輸出端用於作為該直流訊號的輸入端，且該第二開關電晶體的輸出端與該儲能模組的第二端連接，該第二截止二極體的輸出端與該儲能模組的第一端連接；該第二開關電晶體的控制端用於接收該第一訊號或該第二訊號；在該控制端接收該第一訊號時，該第二開關電晶體用於導通該第二開關電晶體的輸出端與輸入端之間的電路，該第二截止二極體用於斷開該儲能模組的第一端與該第二截止二極體的輸出端之間的電路；在該控制端接收該第二訊號時，該第二開關電晶體用於斷開該第二開關電晶體的輸出端與輸入端之間的電路，該第二截止二極體用於導通該儲能模組的第一端與該第二截止二極體的輸出端之間的電路。
  6. 如請求項5所述的控制電路，其特徵在於，該第二開關電晶體所採用的材料包括Si、SiC、GaN以及AlGaN中的任意一種。
  7. 如請求項1所述的控制電路，其特徵在於，該儲能模組包括至少一個電容和/或至少一個電感；其中， 該電容和/或該電感的一端用作該儲能模組的第一端，與該開關電路的第一端連接，另一端用作該儲能模組的第二端，與該開關電路的第二端連接。
  8. 如請求項1所述的控制電路，其特徵在於，該控制電路還包括變壓器，該變壓器包括一初級電感和一次級電感，其中，該初級電感的兩端分別與該開關電路的第三端和第四端連接，該次級電感的兩端用於輸出該脈衝訊號。
  9. 如請求項1所述的控制電路，其特徵在於，還包括控制模組，用於向該開關電路的第一控制端和第二控制端發送該第一訊號或第二訊號。
  10. 一種脈衝電源系統，其特徵在於，包括直流模組和請求項1至請求項9任意一項所述的控制電路，其中該直流模組用於向該開關電路的該第一端和該第二端加載直流訊號。
  11. 如請求項10所述的脈衝電源系統，其特徵在於，該直流模組包括一直流電源。
  12. 一種半導體加工設備，包括一上電極組件和一下電極組件，其特徵在於，該半導體加工設備還包括請求項10至請求項11任意一項所述的脈衝電源系統，該脈衝電源系統的數量為至少一個，用於向該上電極組件以及該下電極組件中的至少一者提供該脈衝訊號。
  13. 如請求項12所述的半導體加工設備，其特徵在於，該半導體加工設備包括電漿浸沒注入設備、物理氣相沉積設備或者電漿刻蝕設備。
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