半导体处理设备的制作方法

本发明涉及半导体处理技术领域，特别涉及一种用于处理待处理衬底的半导体处理设备。

背景技术：

随着半导体处理技术的发展，为完成半导体衬底的处理而需要应用到的不同半导体处理工艺数量越来越多；如在完成LED衬底的Al₂O₃+SiOx钝化膜层沉积的过程中以及在完成太阳能电池背钝化的Al₂O₃+SiNx钝化膜层沉积的过程中，就需要使用原子层沉积(Atomic Layer Deposition,ALD)工艺来完成Al₂O₃层的沉积，以及使用等离子增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)工艺来完成SiOx层或SiNx层的沉积。

现有技术中，为完成上述Al₂O₃+SiOx钝化膜或Al₂O₃+SiNx钝化膜层的沉积，需氧提供一台原子层沉积设备用于在待处理衬底上完成Al₂O₃层的沉积，然后还需要提供一台等离子增强化学沉积设备用于完成SiOx或SiNx层的沉积。

因此，为完成上述Al₂O₃+SiOx钝化膜或Al₂O₃+SiNx钝化膜层的沉积，需要至少两个半导体处理设备，使得完成上述钝化膜沉积工艺的设备投入成本高，且多台设备将占用较大的空间；同时，在一个沉积设备中完成沉积后，需要转运到另一设备再进行沉积处理，转运的过程容易造成对待处理衬底的污染，从而将会降低所述膜层的性能。

事实上，其他需要连续进行原子层沉积工艺和等离子增强化学气相沉积工艺处理的半导体处理过程均将存在上述问题。

因此，有必要提供一种半导体处理设备，以解决现有技术中存在的技术问题。

技术实现要素：

为解决现有技术中，存在半导体处理设备投入成本高，占地空间大的技术问题，本发明提供一可以降低设备成本，且体积较少的半导体处理设备。

为解决上述问题，本发明提供一种半导体处理设备，所述半导体处理设备可以用于进行原子层沉积及等离子增强化学气相沉积；

一种半导体处理设备，其可以用于进行原子层沉积和等离子增强化学气相沉积；所述半导体处理设备包括反应腔和射频发生器；所述反应腔包括腔体和设置在所述腔体内的气体分配装置和衬底托盘；所述衬底托盘与所述气体分配装置相对设置并限定反应空间，反应气体从所述气体分配装置输出到所述反应空间；所述射频发生器用于在所述反应空间形成等离子体；当所述半导体处理设备进行原子层沉积时，第一反应气体和第二反应气体通过所述气体分配装置交替地通入到所述反应空间中，从而对支撑在衬底托盘上的衬底进行原子层沉积处理；当所述半导体处理设备进行等离子增强化学气相沉积时，一种或一种以上反应气体同时通过所述气体分配装置进入所述反应空间，所述射频发生器在所述反应空间形成等离子体，从而对支撑在衬底托盘上的衬底进行等离子增强化学气相沉积处理。

与现有技术相比，本发明的半导体处理设备通过特别的反应腔设计，使得所述反应腔既能用于执行原子层沉积工艺又能用于执行等离子增强化学气相沉积工艺，从而可以减少半导体处理设备的数量，降低成本，减少设备的占用空间；同时，由于两个工艺可以在同一腔室中完成，无需附加的转运过程，从而可以减少待处理衬底被污染的发生。

附图说明

图1是本发明半导体处理设备第一实施方式的结构示意图。

图2第一实施方式半导体处理设备使用另外一种射频发生器时的结构示意图。 图3是图1所示气体分配装置出气面的表面结构示意图。

图4是本发明半导体处理设备第二实施方式的出气面的结构示意图。

图5是本发明半导体处理设备第三实施方式的出气面的结构示意图。

图6是本发明半导体处理设备第四实施方式的出气面的结构示意图。

图7是本发明半导体处理设备第四实施方式另一实施例的出气面的结构示意图。

具体实施方式

本发明的发明人发现现有技术中，在同一待处理衬底上完成原子层沉积和等离子增强化学气相沉积工艺过程中，需要使用两台不同的半导体处理设备，从而造成设备投入成本高，且占用空间大等技术问题。为解决现有技术半导体处理设备中的技术问题，本发明提出一种半导体处理设备，其可以用于进行原子层沉积和等离子增强化学气相沉积；所述半导体处理设备包括反应腔和射频发生器；所述反应腔包括腔体和设置在所述腔体内的气体分配装置和衬底托盘；所述衬底托盘与所述气体分配装置相对设置并限定反应空间，反应气体从所述气体分配装置输出到所述反应空间；所述射频发生器用于在所述反应空间形成等离子体；当所述半导体处理设备进行原子层沉积时，第一反应气体和第二反应气体通过所述气体分配装置交替地通入到所述反应空间中，从而对支撑在衬底托盘上的衬底进行原子层沉积处理；当所述半导体处理设备进行等离子增强化学气相沉积时，一种或一种以上反应气体同时通过所述气体分配装置进入所述反应空间，所述射频发生器在所述反应空间形成等离子体，从而对支撑在衬底托盘上的衬底进行等离子增强化学气相沉积处理。

与现有技术相比，本发明的半导体处理设备通过特别的反应腔设计，使得所述反应腔既能用于执行原子层沉积工艺又能用于执行等离子增强化学气 相沉积工艺，从而可以减少半导体处理设备的数量，降低成本，减少设备的占用空间；同时，由于两个工艺可以在同一腔室中完成，无需附加的转运过程，从而可以减少待处理衬底被污染的发生。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图1，图1是本发明半导体处理设备第一实施方式的结构示意图。所述半导体处理设备1可以用于执行原子层沉积工艺，同时，所半导体处理设备1还可以用于执行等离子增强化学沉积工艺以及衬底表面处理工艺。所述半导体处理设备1包括反应腔(未标示)、射频发生器17、驱动装置13、加热装置16和衬底偏压装置18。

所述反应腔包括腔体(未标示)以及设置在所述腔体内的气体分配装置11和衬底托盘15。所述气体分配装置11和所述衬底托盘15相对设置并限定两者之间的反应空间。等离子发生器17用于在所述反应空间中形成等离子体。所述驱动装置13用于驱动所述衬底托盘15相对所述气体分配装置11旋转和/或者改变气体分配装置11到衬底托盘15的距离。所述加热装置16用于加热所述衬底托盘16从而加热支撑在所述衬底托盘15上的衬底14。所述衬底偏压装置18作用于衬底托盘15，用于在衬底托盘15上产生负电压。

所述衬底托盘15包括面向所述气体分配装置11的承载面，衬底14支撑在所述承载面。

所述气体分配装置11包括面向所述衬底托盘15的出气面12；反应气体从所述出气面12喷出至所述反应空间。请同时参阅图3，图3是图1所示气体分配 装置11出气面12的表面结构示意图。所述出气面12上设置有多个出气口，反应气体通过所述多个出气口进入所述反应空间。在本实施方式中，所述多个出气口为在所述出气面12上分布的多个出气孔121。优选的，所述多个出气孔121在所述出气面12上均匀分布。可选的，根据不同的工艺均匀要求，所述多个出气孔121也可以不在所述出气面均匀分布，如在出气面12的中心区域分布较为稀疏，在出气面12边缘区域分布较为紧密。

所述驱动装置13用于驱动所述衬底托盘15旋转，从而使得从所述出气口喷出的反应气体能在所述衬底托盘15上均匀分布。所述驱动装置13包括旋转驱动装置，所述旋转驱动装置用于驱动所述衬底托盘15相对所述气体分配装置11旋转，优选的，所述旋转驱动装置能够调节所述衬底托盘15的转速，其中，所述衬底托盘15的转速范围为为0-1000转。优选的，所述驱动装置13还包括一升降装置，所述升降装置用于推动所述衬底托盘15靠近或远离所述气体分配装置11；从而调节所述衬底托盘15到所述出气面12之间的距离。

所述加热装置16用于加热所述衬底托盘15。本实施方式中，所述加热装置16设置在所述衬底托盘15背离所述气体分配装置11的一侧。所述加热装置16通过热辐射的方式对所述衬底托盘15进行加热。所述加热装置16还可以镶嵌在所述衬底托盘15中；如，所述加热装置16为镶嵌在所述衬底托盘15中的电热丝。所述加热装置16还可以是设置在反应腔腔体外的电磁加热线圈。其通过电磁辐射的方式对所述衬底托盘16进行加热。

所述射频发生器17用于在气体分配装置11与所述衬底托盘15之间形成等离子体。在本实施方式中，所述射频发生器17包括设置在气体分配装置11上方的射频线圈。其中所述射频线圈可以设置在所述反应腔的腔体内或设置在腔体外。请参阅图2，图2显示本实施方式半导体处理设备使用另外一种射频发生器时的结构示意图，所述射频发生器17还可以是包括分别设置在所述气 体分配装置11和衬底托盘15上的一对电极和向所述一对电极输出射频电压的射频源。

衬底偏压装置18使衬底托盘15产生负的电压，所述衬底偏压装置18放置在反应腔体的外部并与所述衬底托盘15连接。其可以是产生射频电压的射频源，或者是产生脉冲电压的脉冲电源。

应用本实施方式的半导体处理设备1进行衬底在位表面处理工艺时：

所述衬底偏压装置18工作并使所述衬底托盘15产生负电压；衬底在位表面处理的反应气体通过所述气体分配装置11进入所述反应空间，所述射频发生器17在所述反应空间形成等离子体，从而对支撑在衬底托盘15上的衬14底进行在位表面处理。

应用本实施方式的半导体处理设备1进行原子层沉积工艺时：

所述驱动装置13可以驱动所述衬底托盘15旋转，也可以不驱动所述衬底托盘15旋转，优选的，为使得反应气体在所述托盘15尽快地分布均匀，所述驱动装置13可以驱动所述衬底托盘15旋转。所述加热装置16将所述衬底托盘15进行加热，优选的，将所述衬底托盘15加热到大于等于50℃小于等于1000℃，如在进行AL2O3层沉积过程中，将所述衬底托盘加热到200℃。原子层沉积工艺中的第一反应气体和第二反应气体交替地通过所述气体分配装置11进入所述反应空间，从而在对所述衬底14进行原子层沉积处理。具体的，原子层沉积工艺中的第一反应气体通过所述气体分配装置11出气面12上的多个出气孔121流入到所述反应腔中的反应空间中，从而在待处理衬底14的表面形成第一反应气体原子膜；然后将第一反应气体从所述反应空间中抽走，原子层沉积工艺中的第二反应气体通过所述气体分配装置11的出气面12上的多个出气孔121流入到所述反应腔中的反应空间中，从而与附着在待处理衬底14的表面的第一反应气体原子膜反应并形成材料层；然后，抽走第二反应气体， 通入第一反应气体，如此循环，直至完成原子层沉积工艺。优选的，为保证所述第一反应气体能够充分附着在所述衬底14的表面，同时为使的所述第二反应气体与所述第一反应气体充分反应，向所述反应空间通入第一反应气体的时间应该大于等于0.1秒，向所述反应空间通入第二反应气体的时间也应该大于等于0.1秒。优选的，在通入第一反应气体和通入第二反应气体之间和在通入第二反应气体和通入第一反应气体之间还可以包括通入不与所述第一反应气体和第二反应气体反应的第三气体。所述第三气体可以对反应空间中残留气体进行吹扫，从而保证第一和第二反应气体之间的反应只在所述衬底14的表面发生；进一步优选的，为保证所述第三气体的吹扫效果；通入所述第三气体的时间时间也应该大于等于0.1秒。具体的，在通过原子层沉积工艺进行进行Al₂O₃层沉积时，所述第一反应气体为TMAl或TEAl与氢气或者氮气或者氩气的混合物；所述第二反应气体为水蒸气、臭氧和氨气中至少一种，或水蒸气、臭氧和氨气中至少一种与氮气或者氩气或者氢气中至少一种的混合气体；所述第三气体为氮气、氢气或惰性气体中至少一种；所述衬底14为单晶硅、多晶硅、非晶硅、氮化镓、玻璃或蓝宝石中的一种。

优选的，在进行原子层沉积工艺过程中，衬底托盘15与所述气体分配装置11的出气面12之间的间隙应该大于等于0.5mm，从而使得所述第一反应气体，所述第二反应气体能够在所述衬底托盘15的表面充分扩散。均匀分布；同时也能改进所述第三气体的吹扫效果。进一步优选的，所述衬底托盘15与所述气体分配装置11的出气面12之间的间隙应该小于等于50mm，从而减少未能到达待处理衬底14表面的反应气体的量，提高反应气体的利用率。

应用本实施方式的半导体处理设备1进行等离子增强化学气相沉积工艺时：

等离子增强化学气相沉积工艺的反应气体从所述气体分配装置11进入到所述反应空间，具体的，反应气体通过所述出气面12上的多个出气孔121进入 所述反应空间。所述射频发生器17工作并在所述反应空间中形成等离子体。从而对支撑在所述衬底托盘15上的衬底14进行等离子增强化学气相沉积处理。所述加热装置16用于对所述衬底托盘15进行加热，优选的，将所述衬底托盘15加热到大于等于200℃小于等于800℃，如在进行SiOx或SiNx层的等离子增强化学气相沉积过程中，将所述衬底托盘加热到400℃。具体的，在通过等离子增强化学气相沉积工艺进行SiNx层沉积时，所述反应气体包括两种反应气体，其中一种包括SiH₄，SiHCl₄和SiH₂Cl₂中的一种或者SiH₄，SiHCl₄和SiH₂Cl₂中的一种与氮气或者氩气的混合气体，另一种包括氨气、N₂O和O₂中的一种或者氨气、N₂O和O₂中的一种与氮气或者氩气的混合气体。

优选的，所述衬底托盘15到所述出气面12之间的距离大于进行原子层沉积工艺时，所述衬底托盘15到所述出气面12之间的距离。进一步优选的，所述底托盘15到所述出气面12的距离大于等于50mm小于等于80mm；从而保证反应气体能够在所述衬底14表面分布均匀，同时可以减少未能到达待处理衬底14表面的反应气体的量，提高反应气体的利用率。其中，所述衬底托盘16与所述出气面12之间的间距可以通过所述升降装置进行调节。

优选的，所述驱动装置13可以驱动所述衬底托盘16旋转，从而使得反应气体在所述衬底14表面分布均匀。进一步优选的，所述衬底托盘15的转速大于大于进行原子层沉积工艺时所述衬底托盘15转速，以保证反应气体在所述衬底14表面分布均匀。

与现有技术相比较，本发明的半导体处理设备1通过特别的反应腔设计，使得所述反应腔既能用于执行原子层沉积工艺又能用于执行等离子增强化学气相沉积工艺，同时具备衬底原位表面处理功能，从而可以减少半导体处理设备的数量，降低成本，减少设备的占用空间；同时，由于多个工艺可以在同一腔室中完成，无需附加的转运过程，从而可以减少待处理衬底被污染的发生。

请参阅图4，图4是本发明半导体处理设备第二实施方式的出气面的结构示意图。所述第二实施方式的半导体处理设备与所述第一实施方式的半导体处理设备1基本相同，其区别在于：所述出气面22上的多个出气口包括多个第一出气口221和多个第二出气口222；进行原子层沉积工艺时，原子层沉积工艺中的工艺气体，包括第一反应气体、第二反应气体和第三气体通过所述第一出气口221输出到所述反应空间；进行等离子增强化学气相沉积工艺时，等离子增强化学气相沉积工艺的反应气体从所述第二出气口222输出到所述反应空间中；如此，可以防止两种半导体处理工艺反应气体的交叉污染问题；本实施方式中，优选的，所述多个第一出气口221和所述多个第二出气口222之间在所述气体分配装置41的周向相互间隔设置；优选的，在本实施方式中所述第一出气口221可以是窄缝、出气孔或是在带状区域分布的多个气孔或窄缝；所述第二出气口222可以是窄缝、出气孔或是在带状区域分布的多个气孔或窄缝，窄缝状的第一出气口221和第二出气口222具有较为简单的结构，从而降低加工难度，进而降低制造成本；所述多个第一出气口221和所述多个第二出气口222在所述出气面22表面呈放射状排布；进一步优选的，所述第一出气口221和所述第二出气口222均可以为在呈扇形区域内排布的多个出气孔，即所述带状的区域为一扇形区域；所述扇形的第一出气口221和所述第二出气口222紧密排列，从而布满所述出气面22，从而使得所述出气面12的表面利用率达到最大。使得所述半导体处理设备更加紧凑。

请参阅图5，图5是本发明半导体处理设备第三实施方式的出气面的结构示意图。所述第三实施方式的半导体处理设备与所述第二实施方式的半导体处理设备基本相同，其区别在于：所述呈窄缝状或是由在带状区域分布的多个气孔构成的第一出气口321和所述第二出气口322不是在出气面32上呈放射状排列，而是在所述出气面32上相互平行排列；且所述第一出气口321和第二出气口322相互间隔设置；如此，可以使得反应气体分布较为均匀，且相互平 行的窄缝状第一出气口321和第二出气口322可以降低制造难度，从而降低制造成本。

请参阅图6，图6是本发明半导体处理设备第四实施方式的出气面的结构示意图。所述第三实施方式的半导体处理设备与所述第一实施方式的半导体处理设备基本相同，其区别在于：所述出气面42上的多个出气口只包括一个第一出气口421和一个第二出气口422，所述第一出气口421包括一个出气孔，所述第二出气口422包括一个出气孔。所述第一出气口421和所述第二出气口422相对在出气面42的中心呈现中心对称。可选的，请参阅图7，图7是本发明半导体处理设备第四实施方式另一实施例的出气面的结构示意图。在本实施例中，所述第一出气口521为设置在出气面52中心的一个出气孔，所述第二出气口522为环绕所述第一出气口521的一个环形出气孔。

本发明的较佳实施方式已经公开如上，但本发明并不限于此。如在上述所有实施方式中，所述半导体处理设备均可以不具有所述驱动装置13，如此可能反应气体分布的均匀性会有所降低，但并不会妨碍实现本发明的目的；在上述第二和第三实施方式中，原子层沉积工艺的反应气体也可以通过相同的出气口输出，如，均通过第一出气口，或均通过第一出气口，再或均同时从所述第一和第二出气口输出到所述反应空间中；所述第一出气口和所述第二出气口还可以是同心环状设置的多个窄缝或排列的多个小孔，或是任意排布的小孔或窄缝；如在上述第一实施方式中，所述气体分配装置也可以只包括一个出气孔，或只包括一个窄缝，反应气体均通过所述出气孔或窄缝进入到所述反应空间；如上述各个实施方式中，所述半导体处理设备还可以是不包括所述衬底偏压装置，且可以不能够执行衬底在位表面处理工艺；如此，在一个反应腔中，能够完成两种半导体处理工艺，也能减少半导体处理设备的数量。

虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本 领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。