反應腔室及半導體加工設備的製作方法

2023-10-21 04:45:57

本發明涉及半導體製造領域，具體地，涉及一種反應腔室及半導體加工設備。

背景技術：

在集成電路的製造過程中，通常採用物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，以下簡稱PVD)技術進行在晶片上沉積金屬層等材料的沉積工藝。隨著矽通孔(Through Silicon Via，以下簡稱TSV)技術的廣泛應用，PVD技術主要被應用於在矽通孔內沉積阻擋層和銅籽晶層。

目前，PVD技術主要採用靜電卡盤固定晶片，但是在進行矽通孔的沉積工藝時，由於沉積在矽通孔中的薄膜厚度較大，薄膜應力較大，導致靜電卡盤無法對晶片進行靜電吸附；而且，在後續的後道封裝工藝中，晶片的厚度被減薄，且在其底部粘結有玻璃基底，靜電卡盤無法對具有玻璃基底的晶片進行靜電吸附，在這種情況下，就需要採用機械卡盤代替靜電卡盤固定晶片。

圖1為現有的PVD設備的剖視圖。如圖1所示，PVD設備包括反應腔室1，在反應腔室1內的頂部設置有靶材4，其與直流電源(圖中未示出)電連接；在反應腔室1內，且位於靶材4的下方設置有機械卡盤，機械卡盤包括基座9和卡環8，其中，基座9是可升降的，用於承載晶片10，且與射頻電源11連接；卡環8用於在進行工藝時壓住置於基座9上的晶片10的邊緣區域，以將晶片10固定在基座9上；並且，卡環8在基座9下降時由內襯7支撐。此外，上述機械卡盤還連接有負偏壓測量模塊12，用於監控在基座9上形成的負偏壓的大小。在進行PVD工藝的過程中，直流電源向靶材4施加負偏壓，以激發反應腔室1內的工藝氣體形成等離子體，並吸引等離子體中的 高能離子轟擊靶材4，以使靶材4表面的金屬原子逸出並沉積在晶片10上；與此同時，射頻電源11向基座9施加射頻功率，以在晶片10上表面上形成的負偏壓，這可以吸引被濺射出的金屬原子沉積至矽通孔中，從而實現對矽通孔的填充。

在上述機械卡盤中，基座9和卡環8均採用不鏽鋼材質製作。由於基座9帶有射頻功率，其會產生一個負電位。在這種情況下，如果卡環8和基座9的電位不相同，二者之間就會發生打火(Arcing)，導致卡環8和基座9之間的晶片10因被擊穿而碎裂。由於卡環8和晶片10直接接觸，卡環8和基座9之間的豎直間距小於1mm，二者之間的電位差超過100V就非常容易發生打火(通常，打火電壓為300V/mm，而施加600W的射頻功率會在基座上產生300V的負偏壓，因此打火情況非常容易發生)。為此，如圖2所示，在卡環8和基座9之間設計有一個等電位環13，並且在該等電位環13的內部設置有誘電線圈14，該誘電線圈14在卡環8壓住晶片10時與卡環8相接觸、且產生彈性變形，從而可以實現較好的電接觸，進而可以使卡環8和基座9電導通，以達到等電位狀態，減少卡環8和基座9之間打火的風險。但是，這在實際應用中會出現以下問題：

其一，卡環8、誘電線圈14和等電位環13之間均存在接觸電阻，即便在理想狀態下，卡環8和基座9之間的電位差仍然存在。

其二，由於誘電線圈14的直徑只有約0.3mm，而採用不鏽鋼製作的卡環8的硬度較高，且機械組件在設計上往往存在尺寸公差，這些因素都可能會導致卡環8和誘電線圈14之間的接觸不良，從而造成卡環8和基座9之間的電位差在接觸不好的區域依然存在。

其三，誘電線圈14會在長期的工藝過程中因不斷的發生形變而鬆弛，導致產生彈性疲勞、形變能力變差，這同樣會導致卡環8和基座9之間出現電位差。

技術實現要素：

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種反應腔室及半導體加工設備，其可以保證基座的負偏壓與卡環的 電壓一致，從而可以避免出現卡環和基座之間打火的問題。

為實現本發明的目的而提供一種反應腔室，包括基座和卡環，所述基座用於承載晶片，且所述基座在進行工藝時被施加有負偏壓；所述卡環壓住所述晶片上表面的邊緣區域；所述反應腔室還包括檢測裝置和調節裝置，其中，所述檢測裝置用於實時檢測所述基座的負偏壓，並將其發送至所述調節裝置；所述調節裝置用於根據所述基座的負偏壓對所述卡環的電壓進行調節，以使所述基座的負偏壓與所述卡環的電壓一致。

優選的，所述調節裝置包括可調電壓模塊和控制器，其中，所述可調電壓模塊與所述卡環電連接，用以通過改變自身的電阻值來調節所述卡環的電壓；所述控制器用於接收由所述檢測裝置發送而來的所述基座的負偏壓，並計算所述可調電壓模塊的電阻調整量，且向所述可調電壓模塊發送控制信號；所述可調電壓模塊根據該控制信號將自身的電阻值調整所述電阻調整量。

優選的，所述可調電壓模塊包括電壓輸入端、電壓輸出端、第一可調元件、分壓支路、第一電機和直流電源，其中，所述第一可調元件、第一電機和直流電源相互串聯，並與所述分壓支路相互並聯，然後串接在所述電壓輸入端和電壓輸出端之間；所述電壓輸出端與所述卡環電連接；所述第一電機用於根據由所述控制器發送而來的所述控制信號調節所述第一可調元件的電阻大小。

優選的，所述分壓支路為一條或多條，且多條分壓支路相互並聯；所述分壓支路包括相互串聯的第二可調元件和第二電機，所述第二電機用於根據由所述控制器發送而來的所述控制信號調節所述第二可調元件的電阻大小。

優選的，所述調節裝置還包括用於將所述電壓輸出端與所述卡環電連接的連接組件，所述連接組件包括：連接線，所述連接線的一端與所述電壓輸出端電連接，所述連接線的另一端貫穿所述反應腔室的腔室壁，並延伸至所述反應腔室內，且與所述卡環電連接；接線柱，其套設在所述連接線上，且所述接線柱的兩端分別位於所述腔室壁的內、外兩側；第一絕緣件，其採用絕緣材料製作，且套設在所述接線 柱上，並位於所述接線柱與所述反應腔室的腔室壁之間，用以使二者電絕緣。

優選的，所述連接組件還包括：密封法蘭，其與所述反應腔室的腔室壁密封連接，用於對所述接線柱與所述腔室壁之間的間隙進行密封。

優選的，所述反應腔室還包括內襯，所述內襯環繞設置在所述反應腔室的腔室壁內側；所述連接線的另一端貫穿所述內襯，且與所述卡環電連接。

優選的，所述連接組件還包括：第二絕緣件，其採用絕緣材料製作，且套設在所述連接線上，並位於所述連接線與所述內襯之間，用以使二者電絕緣。

優選的，所述控制器接收由所述檢測裝置發送而來的所述基座的負偏壓，並判斷該負偏壓是否與所述卡環的電壓相同；若相同，則重新接收所述基座的負偏壓；若不同，則計算所述可調電壓模塊的電阻調整量，且向所述可調電壓模塊發送控制信號。

作為另一個技術方案，本發明還提供一種半導體加工設備，其包括反應腔室，所述反應腔室採用本發明提供的上述反應腔室。

本發明具有以下有益效果：

本發明提供的反應腔室，其通過利用檢測裝置實時檢測基座的負偏壓，並將其發送至調節裝置，然後調節裝置根據該基座的負偏壓對卡環的電壓進行調節，以使基座的負偏壓與卡環的電壓一致，從而可以代替現有技術中的誘導線圈，避免出現卡環和基座之間打火的問題。

本發明提供的半導體加工設備，其通過採用本發明提供的上述反應腔室，可以代替現有技術中的誘導線圈，避免出現卡環和基座之間打火的問題。

附圖說明

圖1為現有的PVD設備的剖視圖；

圖2為圖1中PVD設備的局部剖視圖；

圖3為本發明實施例提供的反應腔室的剖視圖；

圖4為本發明實施例提供的反應腔室的可調電壓模塊的電路連接圖；

圖5為本發明實施例提供的反應腔室的連接組件的結構示意圖；以及

圖6為本發明實施例提供的反應腔室的控制器的流程框圖。

具體實施方式

為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖來對本發明提供的反應腔室及半導體加工設備進行詳細描述。

圖3為本發明實施例提供的反應腔室的剖視圖。請參閱圖3，反應腔室21包括基座23、卡環25、內襯26、檢測裝置29和調節裝置27。其中，基座23用於承載晶片24，該基座23是可升降的，在進行工藝時，基座23上升至如圖3所示的工藝位置，此時卡環25利用自身重力壓住晶片24的邊緣區域，從而將晶片24固定在基座23上；同時，基座23與射頻電源28連接，該射頻電源28在進行工藝時向基座23施加有負偏壓。此外，內襯26環繞設置在反應腔室21的腔室壁內側，在進行工藝前後，基座23下降至裝卸位置，以進行相應的取放片操作，此時卡環25由該內襯16支撐。

檢測裝置29與基座23電連接，用於實時檢測該基座23的負偏壓，並將其發送至調節裝置27；調節裝置27用於根據基座23的負偏壓對卡環25的電壓進行調節，以使基座23的負偏壓與卡環25的電壓一致，從而可以代替現有技術中的誘導線圈，避免出現卡環和基座之間打火的問題。

在本實施例中，如圖4所示，為本發明實施例提供的反應腔室的可調電壓模塊的電路連接圖。調節裝置27包括可調電壓模塊和控制器30，其中，該可調電壓模塊與卡環25電連接，用以通過改變自身的電阻值來調節卡環25的電壓。具體地，可調電壓模塊包括電壓輸入端、電壓輸出端276、第一可調元件271、分壓支路、第一電機273和直流電源275，其中，第一可調元件271、第一電機273和直 流電源275相互串聯，並與該分壓支路相互並聯，然後串接在電壓輸入端和電壓輸出端276之間；電壓輸出端276與卡環25電連接；第一電機273用於根據由控制器30發送而來的控制信號調節第一可調元件271的電阻大小。分壓支路包括相互串聯的第二可調元件272和第二電機274，第二電機274用於根據由控制器30發送而來的控制信號調節第二可調元件272的電阻大小。通過分別調節第一可調元件271和第二可調元件272的電阻大小，可以調節自電壓輸出端276向卡環25輸出的電壓大小，從而實現對卡環25的電壓的調節。在實際應用中，第一可調元件271和第二可調元件272可以為阻值可調的諸如電阻、電容等元件，例如可調電阻等。另外，分壓支路的數量並不局限於本實施例中的一條，其還可以為兩條或三條以上，且相互並聯。

下面對本實施例中調節裝置27與卡環25電連接的具體方式進行詳細描述。具體地，圖5為本發明實施例提供的反應腔室的連接組件的結構示意圖。請參閱圖5，調節裝置27還包括用於將電壓輸出端276與卡環25電連接的連接組件，該連接組件包括連接線32、接線柱33、第一絕緣件34、密封法蘭35和第二絕緣件31。其中，連接線32的一端與電壓輸出端276電連接，連接線32的另一端貫穿反應腔室21的腔室壁211，並延伸至反應腔室21內，然後再貫穿內襯26，且與卡環25電連接。

在實際應用中，由於卡環在基座上升至工藝位置時，會被基座頂起一段距離，並在基座離開工藝位置時，重新回落至由內襯支撐的位置，因此，在安裝上述連接線時，應在反應腔室中預留一段長度的連接線，以保證連接線不會干擾卡環的升降。優選的，連接線應儘量選擇柔軟的材料，以進一步減少對卡環的影響。

由於腔室壁211和內襯27均為接地電位，這就需要保證連接線32分別與腔室壁211和內襯27電絕緣，即，確保連接線32在依次穿過腔室壁211和內襯27時，不發生電接觸。為此，本實施例中是藉助第一絕緣件34和第二絕緣件31將連接線32分別與腔室壁211和內襯27電絕緣。具體來說，接線柱33用於將第一絕緣件34安裝 在連接線32上，其套設在連接線32上，且接線柱33的兩端分別位於腔室壁211的內、外兩側；第一絕緣件34採用例如陶瓷等絕緣材料製作，且套設在接線柱33上，並位於接線柱33與腔室壁211之間，用以使二者電絕緣。第二絕緣件31採用例如陶瓷等絕緣材料製作，且套設在連接線32上，並位於連接線32與內襯26之間，用以使二者電絕緣。

此外，為了保證反應腔室21處於真空狀態，密封法蘭35位於腔室壁211的外側，且與腔室壁211密封連接，用於對接線柱33與腔室壁211之間的間隙進行密封。在實際應用中，可以通過在密封法蘭與腔室壁之間設置密封件來實現二者的密封連接。

在本實施例中，控制器30與上述閉合迴路電連接，用於接收由檢測裝置29發送而來的基座23的負偏壓，並計算可調電壓模塊的電阻調整量，且向可調電壓模塊發送控制信號；該可調電壓模塊根據該控制信號將自身的電阻值調整電阻調整量，即，可調電壓模塊自身的電阻值增大或減少電阻調整量。

優選的，圖6為本發明實施例提供的反應腔室的控制器的流程框圖。請參閱圖6，上述控制器30的具體工作流程包括以下步驟：

S100，控制器30接收由檢測裝置29發送而來的基座23的負偏壓；

S200，判斷該負偏壓是否與卡環25的電壓相同；若相同，則返回步驟S100，重新接收基座23的負偏壓；若不同，則進入步驟S300；

S300，控制器30計算可調電壓模塊的電阻調整量；

S400，控制器30根據該電阻調整量向可調電壓模塊發送控制信號。

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，其包括反應腔室，該反應腔室採用了本發明實施例提供的上述反應腔室。

本發明實施例提供的半導體加工設備，其通過採用本發明實施例提供的上述反應腔室，可以代替現有技術中的誘導線圈，避免出現卡環和基座之間打火的問題。

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，然而本發明並不局限於此。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。