一種雙區加熱的等離子增強化學氣相沉積腔體晶圓基座的製作方法

2023-09-18 05:44:05

本實用新型涉及一種雙區加熱的等離子增強化學氣相沉積腔體晶圓基座，屬於半導體晶片生產設備的技術領域。

背景技術：

隨著半導體晶片製造技術的發展，300mm直徑尺寸晶圓的晶片製造已經成為當今半導體晶片製造業的主流。在晶片製造過程中，等離子增強化學氣相沉積（PECVD）技術被廣泛應用於矽的氧化物、氮化物和多晶矽等薄膜的沉積工藝。300mm的晶圓尺寸較大，在等離子增強化學氣相沉積過程中，晶圓表面中心區域和邊緣區域的薄膜沉積速率會有差異，而造成整片晶圓薄膜厚度的均勻性下降。薄膜厚度的均勻性差會影響後續工藝的生產，嚴重時會造成晶圓報廢。目前傳統的300mm等離子增強化學氣相沉積設備的腔體晶圓基座（Heater）普遍採用單區加熱溫控，無法通過改變晶圓基座不同區域的溫度來調節薄膜沉積速率和改善厚度的均勻性。

技術實現要素：

本實用新型設計的雙區加熱的腔體晶圓基座（Dual Zone Heater）是在傳統的腔體晶圓基座技術的基礎上引入了雙區加熱溫控技術，可以獨立加熱腔體晶圓基座中心區域和邊緣區域。

具體結構為：包括基座主體，所述基座主體上設置晶圓凹槽，其特徵在於：晶圓凹槽分為中心區域和邊緣區域兩部分，中心區域和邊緣區域採用兩套內嵌加熱元件及溫度傳感器來獨立加熱，中心區域位置設置中心區域內嵌加熱元件，中心區域內嵌加熱元件連接中心區域加熱元件電源線和中心區域熱電偶溫度傳感器，邊緣區域位置設置邊緣區域內嵌加熱元件，邊緣區域內嵌加熱元件連接邊緣區域加熱元件電源線和邊緣區域熱電偶溫度傳感器。

以基座主體的中心為圓心，直徑150~250mm的區域為中心區域，以晶圓凹槽的外緣為基準，向內側延伸25~75mm的圓環區域為邊緣區域。

所述基座主體內設置內嵌接地電極，所述基座主體的下方設置接地，所述基座主體的下方設置真空密封。

有益效果：在等離子增強化學氣相沉積工藝過程中，反應氣體通入真空條件下的腔體內，在射頻（RF）的作用下氣體分子電離產生等離子體。等離子體中含有的諸多高活性化學基團擴散並吸附在晶圓表面發生一系列反應，形成固態薄膜。薄膜的沉積速率受晶圓表面沉積溫度的影響。

傳統的晶圓基座（Heater）只含有一套內嵌入的加熱組件，沉積過程中晶圓表面各區域只能控制在同一個溫度。本實用新型設計的雙區加熱的腔體晶圓基座（Dual Zone Heater）採用兩套內嵌入的加熱組件，可以獨立加熱晶圓表面中心區域和邊緣區域。通過對兩個區域溫度的獨立控制，起到減少兩個區域晶圓表面薄膜的沉積速率的差異，從而改善300mm晶圓薄膜沉積厚度的均勻性，達到提高產品良率的作用。

附圖說明

圖1本實用新型設計的一種雙區加熱的等離子增強化學氣相沉積腔體晶圓基座（Dual Zone Heater）的結構示意圖。

圖中0-邊緣區域，01-中心區域，1-基座主體，2-內嵌接地電極，3-晶圓凹槽，4-中心區域內嵌加熱元件，5-邊緣區域內嵌加熱元件，6-真空密封，7-中心區域加熱元件電源線，8-邊緣區域加熱元件電源線，9-中心區域熱電偶溫度傳感器，10-邊緣區域熱電偶溫度傳感器，11-接地。

具體實施方式

本實用新型設計的一種雙區加熱的等離子增強化學氣相沉積腔體晶圓基座（Dual Zone Heater），採用兩套內嵌加熱組件用來獨立加熱晶圓基座中心區域01和邊緣區域0。如圖1所示，腔體晶圓基座分為中心區域01和邊緣區域0，中心區域01的加熱組件由中心區域內嵌加熱元件4、中心區域加熱元件電源線7和中心區域熱電偶溫度傳感器9組成，邊緣區域0的加熱組件由邊緣區域內嵌加熱元件5、邊緣區域加熱元件電源線8和邊緣區域熱電偶溫度傳感器10組成。中心區域01和邊緣區域0的晶圓基座溫度可以由上述兩套加熱組件結合外圍的溫度控制器獨立控制。

本實用新型設計的一種雙區加熱的等離子增強化學氣相沉積腔體晶圓基座（Dual Zone Heater），應用於300mm尺寸晶圓的等離子增強化學氣相沉積（PECVD）設備，以基座主體1中心為圓心，直徑150~250mm的區域定義為中心區域01；加熱組件由中心區域內嵌加熱元件4、中心區域內嵌加熱元件電源線7和中心區域熱電偶溫度傳感器9組成。以晶圓凹槽3外緣為基準，向內側延伸25~75mm的圓環區域定義為邊緣區域0；加熱組件由邊緣區域內嵌加熱元件5、邊緣區域內嵌加熱元件電源線8和邊緣區域熱電偶溫度傳感器10組成。

由上述可知，本實用新型設計的雙區加熱的等離子增強化學氣相沉積腔體晶圓基座（Dual Zone Heater），可以通過獨立調控腔體晶圓基座不同區域的溫度來改善300mm尺寸晶圓在等離子增強化學氣相沉積（PECVD）工藝中薄膜沉積的均勻性，從而提高產品的良率。