绝缘环、预清洗腔室及半导体加工设备的制作方法

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地，涉及一种绝缘环、预清洗腔室及半导体加工设备。

背景技术：

预清洗技术已被广泛地应用在半导体制备工艺中，特别是对于集成电路、硅穿孔等制造工艺。预清洗的目的是去除晶圆表面上的沾污和杂质，以有利于后续沉积工艺的有效进行，保证集成电路器件的整体性能。

常用的预清洗腔室通常采取电感耦合等离子体(icp)加工设备，其基本原理是利用射频电源产生的高压交变电场，将工艺气体(例如氩气、氦气、氢气和氧气等)激发形成等离子体，该等离子体中具有高反应活性或高能量的离子，这些离子通过化学反应或物理轰击作用，对工件表面进行杂质的去除。

图1为现有的预清洗腔室的剖视图。请参阅图1，预清洗腔室由反应腔体1、环形支撑件2和穹顶状的绝缘顶盖4限定而成，在绝缘顶盖4的外侧环绕设置有线圈3，线圈3依次与第一匹配器5和第一射频电源6电连接，用以激发预清洗腔室内的工艺气体形成等离子体。而且，在预清洗腔室内还设置有用于承载晶片9的基座7，基座7依次与第二匹配器10和第二射频电源11电连接，用以在晶片9上产生偏压，从而吸引等离子体朝向晶片9运动，以去除晶片9表面上的杂质。此外，在基座7的边缘处设置有绝缘环8，用以遮挡基座21的边缘处和侧面不被等离子体刻蚀。绝缘环8的具体结构如图2所示，绝缘环8的上表面与晶片9的上表面基本平齐，这在实际应用中不可避免地存在以下问题：

如图3所示，为采用现有的绝缘环进行工艺获得的晶片径向刻 蚀速率的分布图。纵坐标为刻蚀速率，横坐标为晶片径向上的位置。由图可知，晶片边缘区域(a区域)的刻蚀速率明显高于中心区域，这是因为分布在晶片9与基座7的边缘相接触的位置处的电场强度偏大，导致运动至基座7边缘附近的离子的轰击能量增大，从而造成晶片边缘区域的刻蚀速率增大，从而影响了刻蚀均匀性，这种现象称为边缘电场效应。

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，提出了一种绝缘环、预清洗腔室及半导体加工设备，其可以降低晶片边缘区域的刻蚀速率，从而可以减小晶片边缘区域的刻蚀速率与晶片中心区域的刻蚀速率之间的差异，进而可以提高刻蚀均匀性。

为实现本发明的目的而提供一种绝缘环，应用在预清洗腔室中，在所述预清洗腔室内设置有基座，所述基座包括用于承载晶片下表面的中心区域的第一承载面；所述绝缘环设置在所述基座上，且环绕在所述第一承载面的边缘处，所述绝缘环包括环形本体，所述环形本体具有第二承载面和环形凸台，其中，所述第二承载面与所述晶片下表面的边缘区域相对设置；所述环形凸台环绕在所述第二承载面边缘处，且所述环形凸台的上表面高于所述晶片的上表面。

优选的，所述第二承载面为平面，且与所述晶片下表面的边缘区域相接触。

优选的，所述环形凸台的内周面与所述第二承载面相互垂直。

优选的，所述环形凸台的上表面与所述第二承载面之间的竖直间距的取值范围在3～5mm。

优选的，所述基座包括环形凹槽，所述环形凹槽设置在所述第一承载面的边缘处；所述环形本体设置在所述环形凹槽上。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种预清洗腔室，包括设置在其内的基座和绝缘环，所述基座包括用于承载晶片的承载面，所述绝缘环设置在所述基座上，且环绕在所述承载面的边缘处；所述绝缘环采用了本发明提供的上述绝缘环。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括预清洗腔室，在所述预清洗腔室的顶部设置有线圈，通过向所述线圈加载射频功率，来激发所述预清洗腔室内的反应气体形成等离子体，所述预清洗腔室采用本发明提供的上述预清洗腔室，并且，通过向所述基座加载射频偏压，而使所述等离子体朝向所述晶片运动。

优选的，所述半导体加工设备包括物理气相沉积设备。

优选的，所述半导体加工设备包括等离子体刻蚀设备。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的绝缘环，其包括环形本体，该环形本体具有第二承载面和环形凸台，其中，第二承载面与晶片下表面的边缘区域相对设置，环形凸台环绕在第二承载面边缘处，且环形凸台的上表面高于晶片的上表面。由于预清洗腔室中的离子与粒子相互碰撞之后，离子会以一定的散射角度运动，因此，通过使环形凸台的上表面高于晶片的上表面，可以使环形凸台有效地阻挡一部分散射角度的离子运动至晶片的边缘处，从而可以减少运动至晶片的边缘处的离子密度。这样，即使分布在晶片边缘处的电场强度偏大，但是由于运动至晶片的边缘处的离子密度减小，晶片边缘区域的刻蚀速率提高的程度也会降低，从而可以减小晶片边缘区域的刻蚀速率与晶片中心区域的刻蚀速率之间的差异，进而可以提高刻蚀均匀性。

本发明提供的预清洗腔室，其通过采用本发明提供的绝缘环，可以降低晶片边缘区域的刻蚀速率，从而可以减小晶片边缘区域的刻蚀速率与晶片中心区域的刻蚀速率之间的差异，进而可以提高刻蚀均匀性。

本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的预清洗腔室，可以降低晶片边缘区域的刻蚀速率，从而可以减小晶片边缘区域的刻蚀速率与晶片中心区域的刻蚀速率之间的差异，进而可以提高刻蚀均匀性。

附图说明

图1为现有的预清洗腔室的剖视图；

图2为现有的绝缘环的剖视图；

图3为采用现有的绝缘环进行工艺获得的晶片径向刻蚀速率的分布图；

图4为本发明实施例提供的绝缘环的剖视图；

图5为分别采用现有的和本实施例提供的绝缘环进行工艺获得的晶片径向刻蚀速率的分布图；以及

图6为采用一种绝缘环进行工艺获得的晶片径向刻蚀速率的分布图。

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绝缘环、预清洗腔室及半导体加工设备进行详细描述。

图4为本发明实施例提供的绝缘环的剖视图。请参阅图4，绝缘环12应用在预清洗腔室(图中未示出)中，该预清洗腔室用于采用刻蚀工艺去除晶片表面的杂质，其包括基座10，该基座10包括用于承载晶片11下表面的中心区域的第一承载面101，以及环形凹槽，该环形凹槽设置在第一承载面101的边缘处。

绝缘环12包括环形本体，该环形本体设置在上述环形凹槽上，且环绕在第一承载面101的边缘处，并且环形本体具有第二承载面121和环形凸台122，其中，环形凸台122环绕在第二承载面121边缘处，且环形凸台122的上表面高于晶片11的上表面。由于预清洗腔室中的离子与粒子相互碰撞之后，离子会以一定的散射角度运动，因此，通过使环形凸台122的上表面高于晶片11的上表面，可以使环形凸台122有效地阻挡一部分散射角度的离子运动至晶片11的边缘处，如图4所示，散射角度小于a°的离子会受到环形凸台122的阻挡，而无法运动至晶片11的边缘处。从而可以减少运动至晶片11的边缘处的离子密度。这样，即使分布在晶片边缘处的电场强度偏大，但是由于运动至晶片11的边缘处的离子密度减小，晶片边缘区域的刻蚀速率提高的程度也会降低，从而可以减小晶片边缘区域的刻蚀速率与晶 片中心区域的刻蚀速率之间的差异，进而可以提高刻蚀均匀性。

优选的，环形凸台122的上表面与第二承载面121之间的竖直间距h的取值范围在3～5mm。通过实验发现，采用在该范围内的绝缘环进行工艺的刻蚀均匀性较好。如图5所示，为分别采用现有的和本实施例提供的绝缘环进行工艺获得的晶片径向刻蚀速率的分布图。纵坐标为刻蚀速率，横坐标为晶片径向上的位置。曲线一为采用现有的进行工艺获得的晶片径向刻蚀速率曲线；曲线二位采用本实施例提供的绝缘环进行工艺获得的晶片径向刻蚀速率曲线。通过对比发现，对于曲线一，晶片边缘区域的刻蚀速率明显高于中心区域，从而采用现有的绝缘环进行工艺的刻蚀均匀性较差。对于曲线二，晶片边缘区域的刻蚀速率与晶片中心区域的刻蚀速率之间的差异较小，从而采用本实施例提供的绝缘环进行工艺的刻蚀均匀性。

但是，若竖直间距h高于6mm，如图6所示，为采用竖直间距h高于6mm的绝缘环进行工艺获得的晶片径向刻蚀速率曲线。晶片边缘区域的刻蚀速率会低于晶片中心区域的刻蚀速率，刻蚀均匀性较差。

另外，第二承载面121优选为平面，且与晶片11下表面的边缘区域相对接触，从而可以使晶片11的整个下表面均被置于平面上，从而可以避免晶片11的下表面被等离子体刻蚀。进一步优选的，环形凸台122的内周面123与第二承载面121相互垂直，这可以加强环形凸台122阻挡离子运动至晶片11下表面的边缘处的作用，从而可以进一步避免晶片11的下表面被等离子体刻蚀。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种预清洗腔室，其优选采用感应耦合的方式激发形成等离子体。该预清洗腔室包括设置在其内的基座和绝缘环，其中，基座包括用于承载晶片的承载面，绝缘环设置在基座上，且环绕在该承载面的边缘处。并且，绝缘环采用了本发明实施例提供上述绝缘环。

本发明实施例提供的预清洗腔室，其通过采用本发明实施例提供的上述绝缘环，可以降低晶片边缘区域的刻蚀速率，从而可以减小晶片边缘区域的刻蚀速率与晶片中心区域的刻蚀速率之间的差异，进 而可以提高刻蚀均匀性。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供的一种半导体加工设备，其包括预清洗腔室，在该预清洗腔室的顶部设置有线圈，通过向该线圈加载射频功率，来激发预清洗腔室内的反应气体形成等离子体。而且，预清洗腔室采用本发明实施例提供的上述预清洗腔室，并且通过向该预清洗腔室内的基座加载射频偏压，而使等离子体朝向晶片运动，以去除晶片表面上的杂质。上述半导体加工设备可以应用在物理气相沉积设备或者等离子体刻蚀设备等的具备预清洗腔室的设备。

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预清洗腔室，可以降低晶片边缘区域的刻蚀速率，从而可以减小晶片边缘区域的刻蚀速率与晶片中心区域的刻蚀速率之间的差异，进而可以提高刻蚀均匀性。

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。