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CN110828272B - 腔室内衬、下电极装置和半导体处理设备 - Google Patents

腔室内衬、下电极装置和半导体处理设备 Download PDF

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CN110828272B CN201810902805.3A CN201810902805A CN110828272B CN 110828272 B CN110828272 B CN 110828272B CN 201810902805 A CN201810902805 A CN 201810902805A CN 110828272 B CN110828272 B CN 110828272B
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Abstract

本发明公开了一种腔室内衬、下电极装置和半导体处理设备。包括：环本体，包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面；导电件，内嵌于第二表面；并且，环本体上设置有至少一个孔结构，孔结构能够将第一表面与导电件连通。在应用该腔室内衬的下电极装置中，腔室内衬可以有效保证电子迁移率不受外界影响，从而可以保证测到的射频自偏压的稳定性。此外，还可以有效避免导电件与腔室侧壁之间的打火现象，避免安全隐患，能够有效保证工艺的可重复性与稳定性。

Description

腔室内衬、下电极装置和半导体处理设备
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种腔室内衬、一种包括该腔室内衬的下电极装置以及一种包括该下电极装置的半导体处理设备。
背景技术
等离子体设备广泛用于当今的半导体芯片制造、封装、发光二极管(LightEmitting Diode，LED)及平板显示等制作工艺中。在目前的制造工艺中，已经使用等离子体设备类型，例如，直流放电类型，电容耦合等离子体(Capacitively Coupled Plasma，CCP)类型、电感耦合等离子体(Inductive Coupled Plasma，ICP)类型以及电子回旋共振等离子体(Electron Cyclotron Resonance，ECR)等类型。目前这些类型的放电被广泛应用于物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)设备、等离子体刻蚀设备以及等离子体化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)设备等。
在等离子体半导体设备中，通常要给晶圆加上一射频电极，以便在晶圆上形成一个射频自偏压，来控制轰击到晶圆表面的离子能量。而射频自偏压是等离子体状态、电源匹配状态,放电腔室结构等各方面因素的综合反映。因此，射频自偏压大小的测量与稳定性的控制，显得尤为重要。
对于射频自偏压的测量与稳定性控制，测量是比较容易实现的，而影响射频自偏压大小的因素则很多，如基座结构与大小、材料的选择、腔室环境、测量方式等，实现对射频自偏压的稳定性控制显得比较苦难。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种腔室内衬、一种包括该腔室内衬的下电极装置以及一种包括该下电极装置的半导体处理设备。
为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种腔室内衬，包括环本体和导电件；
所述环本体包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面；
所述导电件内嵌于所述第二表面；并且，
所述环本体上设置有至少一个孔结构，所述孔结构能够将所述第一表面与所述导电件连通。
可选地，所述第二表面上设置有自所述第二表面向所述第一表面凹陷的安装槽，所述导电件内嵌在所述安装槽中。
可选地，所述导电件的材质包括碳化硅或钨。
可选地，所述导电件的外周壁与所述环本体的外周壁之间具有预定的间隙d。
可选地，所述预定间隙d的取值范围为5mm～20mm。
可选地，所述孔结构包括自所述第一表面向所述第二表面凹陷至暴露出所述导电件的直通孔。
可选地，所述直通孔的直径范围为2mm～6mm。
本发明的第二方面，提供了一种下电极装置，包括基座以及环设在所述基座的周向侧壁的腔室内衬，所述腔室内衬包括前文记载的所述的腔室内衬，所述导电件与所述基座电连接，所述第一表面朝向等离子体的入射方向，以使得所述孔结构能够接收并引导所述等离子体至所述导电件。
可选地，所述基座与所述导电件相对应的位置处设置有贴合槽，所述贴合槽用于安装诱电线圈或导电弹簧。
本发明的第三方面，提供了一种半导体处理设备，包括下电极装置，所述下电极装置包括前文记载的所述的下电极装置。
本发明的腔室内衬、下电极装置和半导体处理设备。腔室内衬包括导电件，环本体上设置有至少一个孔结构，该孔结构能够将第一表面与导电件连通。在应用该腔室内衬的下电极装置中，腔室内衬可以有效保证电子迁移率不受外界影响，从而可以保证测到的射频自偏压的稳定性，实现对射频自偏压的稳定性控制。此外，导电件内嵌于第二表面，这样，可以有效避免导电件与腔室侧壁之间的打火现象，避免安全隐患，能够有效保证工艺的可重复性与稳定性。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明第一实施例中下电极装置的结构示意图；
图2为本发明第二实施例中下电极装置的等效电路图。
附图标记说明
100：腔室内衬；
110：环本体；
111：第一表面；
112：第二表面；
112a：安装槽；
113：孔结构；
120：导电件；
200：下电极装置；
210：基座；
211：贴合槽；
220：射频自偏压测量模块；
300：晶圆。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1所示，本发明的第一方面，涉及一种腔室内衬100，该腔室内衬100包括环本体110和导电件120。环本体110包括沿其厚度方向相对设置的第一表面111和第二表面112。导电件120内嵌于第二表面112。其中，环本体110上设置有至少一个孔结构113，该孔结构113能够将第一表面111与导电件120连通。
为了便于说明，以将上述结构的腔室内衬100应用于下述的下电极装置200为例进行说明，至于下电极装置200的具体结构，在此先不作详细描述。
具体地，如图1所示，腔室内衬100可以环设在基座210的周向侧壁处，基座210上放置有晶圆300。导电件120与基座210保持良好地电性接触，并且，在工艺时，射频功率激发工艺气体形成等离子体，所产生的等离子体可以沉积在第一表面111上，并且，在对应孔结构113位置处的等离子体可以经由孔结构113附着在导电件120的表面。如图2所示，由于导电件120的电阻R导电件远小于晶圆300的电阻Rwafer，因此，等离子体中的绝大部分电子可以经由导电件120与射频自偏压测量模块220电连接，这样，能够大大提升电子的迁移率，并且对外界扰动不敏感。在线圈功率一定的情况下，所产生的等离子体(Plasma)密度是恒定的，在恒定的等离子体密度下，所激发产生的电子密度也是是恒定的，因此，本实施例结构的腔室内衬100能够有效保证电子迁移率不受外界影响，从而可以保证测到的射频自偏压也是稳定的。
此外，导电件120内嵌于第二表面112，这样，可以有效避免导电件120与腔室侧壁之间的打火现象，避免安全隐患，能够有效保证工艺的可重复性与稳定性。
需要说明的是，对于孔结构113的具体形状并没有作出限定，在实际应用时，本领域技术人员可以根据实际需要确定所需要的孔结构113的具体形状。例如，作为最简单的一个示例，如图1所示，孔结构113可以是直通孔的形状，此外，孔结构113的纵截面可以呈梯形、倒梯形等规则形状以及一些不规则形状等等，其只要能够将环本体110的第一表面111与导电件120连通即可，以便等离子体可以通过该孔结构113附着在导电件120上。
此外，对于孔结构113的具体数量并没有作出限定，当然，为了提高射频自偏压的测量稳定性，可以在环本体110上设置有多个孔结构113，以便让更多地等离子体可以通过多个孔结构113附着在导电件120上，从而可以提高测量射频自偏压的稳定性。
此外，对于孔结构113的具体尺寸并没有作出限定，优选地，如图1所示，在孔结构113为直通孔时，该孔结构113的直径D的范围可以为2mm～6mm。这样，可以进一步有效保证电子迁移率不受外界影响，从而可以保证测到的射频自偏压的稳定性。
如图1所示，第二表面112上设置有自第二表面112向第一表面111凹陷的安装槽112a，导电件120内嵌在安装槽112a中，利用所设置的安装槽112a，可以有效容置导电件120，不仅可以简化腔室内衬100的结构，而且还可以有效保护导电件120，避免其暴露在大量的等离子体环境中，从而可以防止其被大量等离子体轰击而产生新的金属颗粒杂质，进而可以有效避免污染晶圆和下电极装置等，提高工艺制作良率，降低工艺制作成本。
需要说明的是，对于安装槽112a与导电件120的具体地装配关系并没有作出限定，例如，导电件120可以采取过盈配合或过渡配合的方式容置在安装槽112a内。或者，导电件120也可以通过卡扣连接的方式固定在安装槽112a内。或者，还可以通过粘接的方式固定在安装槽112a内等等。
优选地，为了进一步降低导电件120的电阻，构成导电件120的材质可以选择碳化硅或钨等导电性能良好的材质。
如图1所示，导电件120的外周壁与环本体110的外周壁之间具有预定的间隙d。也就是说，如图1所示，导电件120的右边缘距离内侧本体110的右边缘具有预定间隙d。该预定间隙d可以根据实际需要确定，例如，该预定间隙d的取值范围可以为5mm～20mm。这样，在应用该结构的半导体处理设备中，可以使得导电件120与腔室侧壁之间具有足够的安全距离，从而可以避免导电件120与腔室侧壁之间出现打火的现象发生，避免安全隐患，能够有效保证工艺的可重复性与稳定性。
本发明的第二方面，如图1所示，提供了一种下电极装置200，该下电极装置200包括基座210、射频自偏压测量模块220以及环设在基座210的周向侧壁的腔室内衬100。射频自偏压测量模块220与基座210电连接。腔室内衬100包括前文记载的腔室内衬100，导电件120与基座210电连接，第一表面111朝向等离子体的入射方向，在工艺时，所产生的等离子体可以附着在第一表面111上，并且，在对应孔结构113位置处的等离子体可以经由该孔结构113附着到导电件120上，使得等离子体与导电件120接触。由于导电件120的电阻远小于晶圆300的电阻，等离子体中的绝大部分电子可以经由导电件120与射频自偏压测量模块220电连接，能够大大提升电子的迁移率，有效保证电子迁移率不受外界影响，从而可以保证测到的射频自偏压稳定。
此外，导电件120内嵌于第二表面112，这样，可以有效避免导电件120与腔室侧壁之间的打火现象，避免安全隐患，能够有效保证工艺的可重复性与稳定性。
至于如何可以保证测到的射频自偏压的稳定性可以参考前文相关记载，在此不作赘述。
如图1所示，基座210与导电件120相对应的位置处设置有贴合槽211，该贴合槽211用于安装诱电线圈或导电弹簧。这样，通过在贴合槽211内所设置的诱电线圈或导电弹簧，可以有效保证导电件120与基座210电性接触，可以有效保证电子迁移率不受外界影响，从而可以保证测到的射频自偏压的稳定性。
本发明的第三方面，提供了一种半导体处理设备(图中并未示出)，包括下电极装置200，该下电极装置200包括前文记载的下电极装置200。
本实施例结构的半导体处理设备，具有前文记载的下电极装置200，该下电极装置200又具有前文记载的腔室内衬100的结构，该腔室内衬100可以有效保证电子迁移率不受外界影响，从而可以保证测到的射频自偏压的稳定性，实现对射频自偏压的稳定性控制。此外，导电件120内嵌于第二表面112，可以有效避免导电件120与腔室侧壁之间的打火现象，避免安全隐患，能够有效保证工艺的可重复性与稳定性。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种腔室内衬，其特征在于，包括环本体和导电件；
所述环本体包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面；
所述导电件内嵌于所述第二表面；并且，
所述环本体上设置有至少一个孔结构，所述孔结构能够将所述第一表面与所述导电件连通；其中，
所述腔室内衬环设在基座的周向侧壁处，所述导电件与所述基座电性接触，以使等离子体中的电子经由所述导电件与射频自偏压测量模块电连接。
2.根据权利要求1所述的腔室内衬，其特征在于，所述第二表面上设置有自所述第二表面向所述第一表面凹陷的安装槽，所述导电件内嵌在所述安装槽中。
3.根据权利要求1所述的腔室内衬，其特征在于，所述导电件的材质包括碳化硅或钨。
4.根据权利要求1所述的腔室内衬，其特征在于，所述导电件的外周壁与所述环本体的外周壁之间具有预定的间隙d。
5.根据权利要求4所述的腔室内衬，其特征在于，所述预定的间隙d的取值范围为5mm～20mm。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的腔室内衬，其特征在于，所述孔结构包括自所述第一表面向所述第二表面凹陷至暴露出所述导电件的直通孔。
7.根据权利要求6所述的腔室内衬，其特征在于，所述直通孔的直径范围为2mm～6mm。
8.一种下电极装置，包括基座以及环设在所述基座的周向侧壁的腔室内衬，其特征在于，所述腔室内衬包括权利要求1至7中任意一项所述的腔室内衬，所述导电件与所述基座电连接，所述第一表面朝向等离子体的入射方向，以使得所述孔结构能够接收并引导所述等离子体至所述导电件。
9.根据权利要求8所述的下电极装置，其特征在于，所述基座与所述导电件相对应的位置处设置有贴合槽，所述贴合槽用于安装诱电线圈或导电弹簧。
10.一种半导体处理设备，包括下电极装置，其特征在于，所述下电极装置包括权利要求8或9所述的下电极装置。
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