下电极结构及半导体加工设备的制作方法

本发明涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种下电极结构及半导体加工设备。

背景技术：

随着半导体元器件制造工艺的迅速发展，对元器件性能与集成度要求越来越高，使得等离子体技术得到了极广泛的应用。目前的一种等离子体加工设备包括反应腔室，其顶部使用介质窗(石英或陶瓷)密封，且在该介质窗顶部设置有上电极结构，上电极结构通常包括射频线圈(例如平面线圈)。射频能量通过射频线圈，以感应放电的形式，耦合至反应腔室中，并产生高密度等离子体。等离子体由上至下扩散至晶片表面，进行特定的工艺过程。

而且，在反应腔室内设置有下电极结构，如图1所示，为目前的下电极结构的剖视图。下电极结构包括用于承载晶片1的载片台2，在载片台2内设置有射频电极3，该射频电极3与射频源4电连接，射频源4用于向射频电极3加载射频偏压，以在晶片1的上表面形成负偏压，从而起到控制轰击至晶片表面的离子能量的作用。此外，在载片台2的外周壁上环绕设置有第一介质环5，用以阻挡等离子体接触载片台2的外周壁，从而可以避免射频电极3通过等离子体对地(腔室壁)放电。在第一介质环5上还设置有第二介质环6，其紧贴晶片1的边缘设置，用以限定晶片1的位置。

在进行工艺的过程中，如图1中的箭头所示，对于晶片1的中部区域，电场方向相对于晶片表面垂直向下，在该电场的作用下，等离子体中的离子可垂直轰击至晶片表面。然而，对于晶片1的边缘区域，由于晶片边缘处有尖端，电场将产生畸变，其方向不再垂直于晶片表面，而是与晶片表面形成小于90°的夹角，这将导致离子轰击方向产生倾斜，即，“边缘效应”。在半导体刻蚀领域内，尤其是在先进封装工艺中，对刻蚀孔的角度有极高要求，上述“边缘效应”无法达到工艺要求，从而影响了晶片良率。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种下电极结构及半导体加工设备，其可以调节晶片边缘处的电场强度和方向，从而可以消除因边缘效应导致的工艺形貌畸变，进而可以提高晶片良率。

为实现本发明的目的而提供一种下电极结构，包括用于承载晶片的载片台，在所述载片台内设置有第一电极，通过向所述第一电极加载第一偏压，在所述晶片的上表面形成负偏压；并且，在所述载片台的外周壁上环绕设置有介质组件，用以阻挡等离子体接触所述载片台的外周壁，以及限定所述晶片的位置，还包括第二电极，所述第二电极设置在所述介质组件中，通过向所述第二电极加载第二偏压，在所述介质组件的上表面形成第二负偏压。

优选地，还包括偏压源，用于向所述第二电极加载第二偏压；通过调节所述偏压源输出的电压大小和方向，调节所述第二负偏压的大小和方向。

优选地，所述第二负偏压等于所述第一负偏压。

优选地，所述第二负偏压大于所述第一负偏压。

优选地，所述偏压源包括直流电源或者交流电源。

优选地，所述介质组件包括第一介质环和设置在其上的第二介质环，其中，所述第一介质环用于阻挡等离子体接触所述载片台的外周壁；所述第二介质环用于限定所述晶片的位置。

优选地，所述第二电极设置在所述第二介质环中；或者，所述第二电极设置在所述第一介质环中；或者，所述第二电极为两个，且分别设置在所述第一介质环和所述第二介质环中。

优选地，所述第二电极呈环形平板状。

优选地，所述第二介质环的宽度与所述第二电极的宽度的差值小于或者等于10mm。

优选地，所述第二电极的厚度为1～2mm。

优选地，所述第二电极为两个，且分别设置在所述第一介质环和所述第二介质环中；所述偏压源为两个，且分别与两个所述第二电极电连接；或者，所述偏压源为一个，且同时与两个所述第二电极电连接。

本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，在所述反应腔室内设置有下电极结构，用以支撑晶片，并控制等离子体轰击所述晶片的上表面，所述下电极结构采用本发明上述提供的下电极结构。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的下电极结构，其在介质组件中设置有第二电极，通过向第二电极加载第二偏压，在介质组件的上表面形成第二负偏压，从而不仅可以通过调节第二偏压的大小和方向，来调节晶片边缘处的电场强度和方向，以消除因边缘效应导致的工艺形貌畸变，提高晶片良率，而且还可以根据需求完成某些预期的工艺结果。

本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述下电极结构，不仅可以通过调节第二偏压的大小和方向，来调节晶片边缘处的电场强度和方向，以消除因边缘效应导致的工艺形貌畸变，提高晶片良率，而且还可以根据需求完成某些预期的工艺结果。

附图说明

图1为目前的下电极结构的剖视图；

图2为本发明实施例提供的下电极结构的剖视图；

图3为本发明实施例提供的下电极结构的局部剖视图；

图4为本发明实施例提供的下电极结构的局部放大图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的下电极结构及半导体加工设备进行详细描述。

图2为本发明实施例提供的下电极结构的剖视图。图3为本发明实施例提供的下电极结构的局部剖视图。图4为本发明实施例提供的下电极结构的局部放大图。请一并参阅图2～图4，下电极结构包括用于承载晶片10的载片台12，在载片台12内设置有第一电极13，通过向第一电极13加载第一偏压，在晶片10的上表面形成负偏压。第一电极13与射频源14电连接，射频源14用于向第一电极13加载射频偏压，以在晶片10的上表面形成负偏压，从而起到控制轰击至晶片表面的离子能量的作用。

并且，在载片台12的外周壁上环绕设置有介质组件，用以阻挡等离子体接触载片台12的外周壁，以及限定晶片10的位置。具体地，介质组件包括第一介质环15和设置在其上的第二介质环16，其中，在载片台12上设置有凸台，第一介质环15环绕在该凸台的外周壁上，且第一介质环15的内环壁紧贴凸台的外周壁，以在工艺时阻挡等离子体接触载片台12的外周壁，从而可以避免第一电极13通过等离子体对地(腔室壁)放电。第二介质环16用于限定晶片10的位置。上述第一介质环15和第二介质环16可以采用诸如陶瓷或石英等的绝缘材料制作。

上电极结构还包括第二电极11，该第二电极11设置在上述介质组件的第二介质环16中，通过向第二电极11加载第二偏压，在第二介质环16的上表面形成第二负偏压。通过调节该第二偏压的大小和方向，不仅可以调节晶片边缘处的电场强度和方向，以消除因边缘效应导致的工艺形貌畸变，提高晶片良率，而且还可以根据需求完成某些预期的工艺结果。

在本实施例中，下电极结构还包括偏压源17，用于向第二电极11加载第二偏压。偏压源17可以包括直流电源或者交流电源。通过调节偏压源17输出的电压大小和方向，调节第二负偏压的大小和方向。优选的，第二负偏压等于第一负偏压，如图3所示，在进行工艺时，借助偏压源17向第二电极11加载第二偏压，可以在第二介质环16的上表面积累负电荷，从而形成负偏压，该负偏压与晶片10的上表面形成的负偏压相等，形成等势面，进而消除了电场畸变，使晶片边缘上方的电场垂直向下分布，从而消除因边缘效应导致的工艺形貌畸变。

或者，为了完成某些预期的加工目的，还可以通过调节偏压源17输出的电压大小和方向，使第二介质环16的上表面产生任意大小和方向的第二负偏压，例如，使第二负偏压大于第一负偏压，这可以在晶片边缘的加工速率过快时，吸引晶片边缘上方的部分等离子体轰击第二介质环16，以减少本应轰击晶片边缘的等离子体数量，从而可以降低晶片边缘的加工速率，使之与晶片中心的加工速率趋于一致，进而可以提高加工均匀性。例如，若第一负偏压为200v，则第二负偏压可以为250～300v，且第二负偏压和第一负偏压的方向一致。

在本实施例中，如图4所示，第二电极11呈环形平板状，该结构可以使积累在第二介质环16的上表面的负电荷分布更均匀。在实际应用中，为了达到改善边缘效应的目的，第二电极11的宽度d2应尽可能地与第二介质环16的宽度d1趋于一致，优选的，考虑到加工难度，第二介质环16的宽度d1与第二电极11的宽度d2的差值小于或者等于10mm。第二电极11的厚度可以为1～2mm。

在实际应用中，可以采用在第二电极11的表面进行介质沉积的方式使第二电极11自然地内置于第二介质环16中。而且，可以采用机械开孔等方式在第二介质环16中设置走线通道，传输电缆的一端通过该走线通道与第二电极11连接，另一端通过开设在第二介质环16的外周壁上的开孔引出，并与偏压源17连接。

需要说明的是，在本实施例中，第二电极11设置在第二介质环16中。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，第二电极还可以设置在第一介质环15中。

或者，第二电极为两个，且分别设置在第一介质环15和第二介质环16中。在这种情况下，偏压源为两个，且分别与两个第二电极电连接；或者，偏压源为一个，且同时与两个第二电极电连接。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，在该反应腔室内设置有下电极结构，用以支撑晶片，并控制等离子体轰击晶片的上表面。下电极结构采用了本发明实施例提供的上述下电极结构。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述下电极结构，不仅可以通过调节第二偏压的大小和方向，来调节晶片边缘处的电场强度和方向，以消除因边缘效应导致的工艺形貌畸变，提高晶片良率，而且还可以根据需求完成某些预期的工艺结果。

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。