晶圆承载装置以及半导体设备的制作方法

本揭露主要涉及一种晶圆承载装置以及半导体设备，尤指一种具有电性隔离元件的晶圆承载装置以及具有等离子体装置的半导体设备。

背景技术：

半导体装置已使用于多种电子上的应用，例如个人电脑、手机、数码相机以及其他电子设备。半导体装置基本上依序经由沉积绝缘层或介电层、导电层以及半导体层的材料至一晶圆以及使用微影技术图案化多种材料层来形成电路元件以及元件于其上而被制造。许多集成电路一般制造于一单一晶圆，且晶圆上个别的晶粒于集成电路之间沿着一切割线被切割分离。举例而言，个别的晶粒基本上被分别的封装于一多芯片模块或是其他类型的封装。

于原子层沉积(Atomic layer deposition)工艺中，将先将第一前驱物沉积于晶圆上，之后将第二前驱物沉积于第一前驱物上，并藉由第一前驱物与第二前驱物进行结合以于晶圆上形成一薄膜。由于上述薄膜的厚度可小于物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)所形成的薄膜的厚度，因此原子层沉积工艺已逐渐应用于先进的半导体工艺上。

虽然目前原子层沉积装置已符合一般的目的，但却没有满足所的方面。因此，需要提供一种原子层沉积装置的改进方案。

技术实现要素：

本揭露提供了一种晶圆承载装置，包括一驱动机构、一晶圆基座以及一电性隔离元件。驱动机构耦接于一接地电压。晶圆基座设置于驱动机构上，且包括一容置槽，用以放置一晶圆。电性隔离元件设置于晶圆基座上，以抑制晶圆以及接地电压之间的电荷流动。

本揭露提供了一种半导体设备，包括一驱动机构、一晶圆基座、一电性隔离元件以及一等离子体装置。驱动机构耦接于一接地电压。晶圆基座设置于驱动机构上。晶圆基座包括多个容置槽，用以放置多个晶圆。电性隔离元件设置于晶圆基座上，以抑制晶圆以及接地电压之间的电荷流动。

附图说明

图1为根据本揭露的一些实施例的半导体设备的示意图。

图2为根据本揭露的一些实施例的半导体设备的俯视图。

图3为根据本揭露的一些实施例的晶圆基座的俯视图。

图4为根据本揭露的一些实施例的原子层沉积工艺的流程图。

图5为根据本揭露的一些实施例的半导体设备的示意图。

图6为根据本揭露的一些实施例的半导体设备的示意图。

图7根据本揭露的一些实施例的晶圆承载装置的示意图。

图8根据本揭露的一些实施例的晶圆承载装置的示意图。

图9根据本揭露的一些实施例的晶圆承载装置的示意图。

图10根据本揭露的一些实施例的晶圆承载装置的示意图。

其中，附图标记说明如下：

驱动机构 10

晶圆基座 20

轴部 21

承载盘 22

下表面 221

上表面 222

容置槽 23

底面 231

间隔突块 24

电性隔离元件 30

间隔突块 31

半导体设备 A1

晶圆承载装置 A2

处理装置 A3

旋转轴 AX1

沉积装置 B10

处理腔室 B11

沉积气体分布装置 B12

分布本体 B121

通道 B122

进气口 B123

排出口 B124

上表面 B125

下表面 B126

第一气体供应装置 B13

第二气体供应装置 B14

清除装置 B20

处理腔室 B21

清除气体分布装置 B22

分布本体 B221

通道 B222

进气口 B223

排出口 B224

上表面 B225

下表面 B226

清除气体供应装置 B23

等离子体装置 B30

处理腔室 B31

等离子体气体分布装置 B32

分布本体 B321

通道 B322

进气口 B323

排出口 B324

上表面 B325

下表面 B326

第一电极板 B33

第一通孔 B331

第二电极板 B34

第二通孔 B341

射频装置 B35

射频产生器 B351

阻抗匹配元件 B352

等离子体气体供应装置 B36

接地电压 VSS

晶圆 W1

上表面 W11

下表面 W12

具体实施方式

以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本揭露的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本揭露，其仅作为例子，而并非用以限制本揭露。例如，第一特征在一第二特征上或上方的结构的描述包括了第一和第二特征之间直接接触，或是以另一特征设置于第一和第二特征之间，以致于第一和第二特征并不是直接接触。

于此使用的空间上相关的词汇，例如上方或下方等，仅用以简易描述图式上的一元件或一特征相对于另一元件或特征的关系。除了图式上描述的方位外，包括于不同的方位使用或是操作的装置。

本说明书于不同的例子中沿用了相同的元件标号及/或文字。前述的沿用仅为了简化以及明确，并不表示于不同的实施例以及设定之间必定有关联。

本说明书的第一以及第二等词汇，仅作为清楚解释的目的，并非用以对应于以及限制专利范围。此外，第一特征以及第二特征等词汇，并非限定是相同或是不同的特征。

图式中的形状、尺寸、厚度以及倾斜的角度可能为了清楚说明的目的而未依照比例绘制或是被简化，仅提供说明之用。

可理解的是，于下列各实施例的方法中的各步骤中，可于各步骤之前、之后以及其间增加额外的步骤，且于前述的一些步骤可被置换、删除或是移动。

图1为根据本揭露的一些实施例的半导体设备设备A1的示意图。图2为根据本揭露的一些实施例的半导体设备A1的俯视图。图3为根据本揭露的一些实施例的晶圆基座20的俯视图。

半导体设备A1可为一原子层沉积设备、一等离子体设备或一蚀刻设备。于本实施例中，半导体设备A1为一原子层沉积设备。原子层沉积设备用以实施一原子层沉积(Atomic layer deposition)工艺至一晶圆W1。

半导体设备A1包括一晶圆承载装置A2以及多个处理装置A3。晶圆承载装置A2用以承载多个晶圆W1。处理装置A3设置于晶圆承载装置A2的上方。每一处理装置A3可位于一晶圆W1的上方。如图2所示，处理装置A3呈可放射状排列。于一些实施例中，处理装置A3沿一圆形路径排列。

于一些实施例中，处理装置A3可包括多个沉积装置B10、多个清除装置B20以及多个等离子体装置B30。每一沉积装置B10、清除装置B20以及等离子体装置B30交错排列。

于一些实施例中，晶圆承载装置A2包括一驱动机构10以及一晶圆基座20。驱动机构10用以旋转及/或升降晶圆基座20，且耦接于一接地电压VSS。晶圆基座20设置于驱动机构10上，且用以承载多个晶圆W1。晶圆基座20可具有容置槽23。晶圆W1可放置于容置槽23内。于一些实施例中，驱动机构10提供一真空吸力于晶圆基座20之容置槽23，藉以使晶圆W1吸附于容置槽23内。

藉由旋转晶圆基座20，可使得晶圆W1依序经过多个处理装置A3的下方，藉以实施原子层沉积工艺的多个步骤至晶圆W1上。

图4为根据本揭露的一些实施例的原子层沉积工艺的流程图。于步骤S101中，将一晶圆W1旋转至沉积装置B10的下方(如图1所示)，并且沉积装置B10将第一材料沉积至晶圆W1上。于一些实施例中，上述第一材料可为二氯硅烷(Dichlorosilane,DCS,SiH2Cl2)。

于一些实施例中，沉积装置B10包括一处理腔室B11、一沉积气体分布装置B12、一第一气体供应装置B13以及一第二气体供应装置B14。

处理腔室B11位于晶圆承载装置A2的上方。处理腔室B11于水平方向上的截面积对应于容置槽23的面积以及晶圆W1的面积。换句话说，于工艺进行中时，处理腔室B11并未同时位于两个以上的容置槽23的上方。

沉积气体分布装置B12设置于处理腔室B11内，且位于晶圆承载装置A2的上方。换句话说，沉积气体分布装置B12可位于一个容置槽23的上方，但于工艺进行中时，沉积气体分布装置B12并未同时位于两个以上的容置槽23的上方。

沉积气体分布装置B12可为一盘状结构，并可为圆形。沉积气体分布装置B12包括一分布本体B121以及一通道B122。分布本体B121具有进气口B123以及多个排出口B124。通道B122连接于进气口B123以及排出口B124。

于一些实施例中，进气口B123形成于分布本体B121的上表面B125。排出口B124形成于分布本体B121的下表面B126。上述下表面B126朝向晶圆承载装置A2。于一些实施例中，排出口B124平均分布于分布本体B121的下表面B126。

第一气体供应装置B13耦接于分布本体B121的进气口B123。第一气体供应装置B13用以传输第一材料至沉积气体分布装置B12。第一材料经由进气口B123输入至沉积气体分布装置B12内，并经由通道B122至排出口B124排出于沉积气体分布装置B12。

藉由沉积气体分布装置B12，使得第一材料能均匀地分布于晶圆W1的上表面W11。

于步骤S103中，沉积第二材料至第一材料上。上述第二材料可为氨气(Ammonia)。氨气的化学式可为(NH3)。如图1所示，第二气体供应装置B14耦接至分布本体B121的进气口B123。第二气体供应装置B14用以传输第二材料至沉积气体分布装置B12。第二材料经由进气口B123输入至沉积气体分布装置B12内，并经由通道B122至排出口B124排出于沉积气体分布装置B12。

藉由沉积气体分布装置B12，使得第二材料能均匀地分布于晶圆W1的上表面W11。

于一些实施例中，沉积装置B10可不包括第二气体供应装置B14。第二材料经由另一沉积装置沉积至晶圆W1上的第一材料。当欲沉积第二材料至晶圆W1上的第一材料时，晶圆承载装置A2移动晶圆W1至上述另一沉积装置的下方。

于一些实施例中，于沉积第一材料至晶圆W1上之后，可进行一清除工艺，以清除未附着于晶圆W1的第一材料。

图5为根据本揭露的一些实施例的半导体设备A1的示意图。于步骤S105中，将上述的晶圆W1旋转至清除装置B20的下方(如图5所示)，清除装置B20利用一清除气体清除多余的第二材料。于一些实施例中，上述的清除气体可为氮气(N2)。

于一些实施例中，清除装置B20包括一处理腔室B21、一清除气体分布装置B22以及一清除气体供应装置B23。

处理腔室B21位于晶圆承载装置A2的上方。处理腔室B21于水平方向上的截面积对应于晶圆W1的面积以及容置槽23的面积。换句话说，于工艺进行中时，处理腔室B21并未同时位于两个以上的容置槽23的上方。

清除气体分布装置B22设置于处理腔室B21内，且位于晶圆承载装置A2的上方。换句话说，清除气体分布装置B22可位于一个容置槽23的上方，但清除气体分布装置B22并未同时位于两个以上的容置槽23的上方。

清除气体分布装置B22可为一盘状结构，并可为圆形。清除气体分布装置B22包括一分布本体B221以及一通道B222。分布本体B221具有进气口B223以及多个排出口B224。通道B222连接于进气口B223以及排出口B224。

于一些实施例中，进气口B223形成于分布本体B221的上表面B225。排出口B224形成于分布本体B221的下表面B326，上述下表面B226朝向晶圆承载装置A2。于一些实施例中，排出口B224平均分布于分布本体B221的下表面B326。

清除气体供应装置B23耦接于分布本体B221的进气口B223。清除气体供应装置B23用以传输清除气体至清除气体分布装置B22。清除气体经由进气口B223输入至清除气体分布装置B22内，并经由通道B222至排出口B224排出于清除气体分布装置B22。

藉由清除气体分布装置B22，使得清除气体能均匀吹向晶圆W1的上表面W11，以使未与第一材料反应的多余的第二材料吹离晶圆W1的上表面W11。

图6为根据本揭露的一些实施例的半导体设备A1的示意图。于步骤S107中，将一晶圆W1旋转至等离子体装置B30的下方，并产生一等离子体至晶圆W1上，藉以加强第一材料与第二材料的结合。于一些实施例中，上述等离子体可为氩离子或是氮离子。

于一些实施例中，等离子体装置B30包括一处理腔室B31、一等离子体气体分布装置B32、一第一电极板B33、一第二电极板B34、一射频装置B35以及一等离子体气体供应装置B36。

处理腔室B31位于晶圆承载装置A2的上方。处理腔室B11于水平方向上的截面积对应于容置槽23的面积以及晶圆W1的面积。换句话说，于工艺进行中时，处理腔室B11并未同时位于两个以上的容置槽23的上方。

等离子体气体分布装置B32设置于处理腔室B31内，且位于第二电击板的上方。等离子体气体分布装置B32可位于容置槽23的上方，但于工艺进行中时，等离子体气体分布装置B32并未同时位于两个以上的容置槽23的上方。

等离子体气体分布装置B32可为一盘状结构，并可为圆形。等离子体气体分布装置B32包括一分布本体B321以及一通道B322。分布本体B321具有多个进气口B323以及多个排出口B324。通道B322连接于进气口B323以及排出口B324。

于一些实施例中，进气口B323形成于分布本体B321的上表面B325。排出口B324形成于分布本体B321的下表面B326，上述下表面B326朝向晶圆承载装置A2。于一些实施例中，排出口B324平均分布于分布本体B321的下表面B326。

等离子体气体供应装置B36耦接于分布本体B321的进气口B323。等离子体气体供应装置B36用以传输处理气体至等离子体气体分布装置B32。处理气体经由进气口B323输入至等离子体气体分布装置B32内，并经由通道B322至排出口B324排出于等离子体气体分布装置B32。上述的处理气体可为氩气或是氮气。

第一电极板B33设置于容置槽23中的一者的上方。换句话说，于工艺进行中时，处理腔室B31并未同时位于两个以上的容置槽23的上方，且第一电极板B33与晶圆承载装置A2相互间隔。第一电极板B33可为一板状结构。第一电极板B33可平行于水平面，并可平行于晶圆基座20。于一些实施例中，第一电极板B33耦接于一接地电压。第一电极板B33具有多个第一通孔B331。

第二电极板B34设置于第一电极板B33的上方。第二电极板B34与第一电极板B33相互间隔。第二电极板B34可为一板状结构，且可平行于第一电极板B33。第二电极板B34可具有多个第二通孔B341。等离子体气体分布装置B32所喷出的处理气体经由第二通孔B341通过第二电极板B34至第一电极板B33与第二电极板B34之间。

射频装置B35耦接于第二电极板B34，用以使第一电极板B33与第二电极板B34之间产生一电场。第一电极板B33与第二电极板B34之间的处理气体经由上述电场形成等离子体。于一些实施例中，第一电极板B33与第二电极板B34之间的氩气或是氮气形成带正电的氩离子或是氮离子。

于一些实施例中，射频装置B35包括一射频产生器B351以及一阻抗匹配元件B352。射频产生器B351耦接于阻抗匹配元件B352，且阻抗匹配元件B352耦接于第二电极板B34。于一些实施例中，射频装置B35所产生的射频功率约为13.56KHz至60kHz的范围之间。

于第一电极板B33以及第二电极板B34之间的等离子体经由第一电极板B33的第一通孔B331至晶圆W1以及晶圆基座20的表面。于本实施例中，藉由等离子体增强晶圆W1上的第一材料与第二材料之间的结合。

于一些实施例中，晶圆基座20可由导电材质所制成。于一些实施例中，晶圆基座20可由金属材质所制成，例如铁、铁合金、铜或铜合金。于一些实施例中，晶圆基座20可由非金属导电材料所制成，例如石墨或陶瓷。晶圆基座20的电阻率约为10^-9欧姆米至10^-7欧姆米的范围之间。

晶圆基座20包括一轴部21以及一承载盘22。轴部21设置于驱动机构10上，且沿一旋转轴AX1延伸。驱动机构10驱动轴部21旋转，藉以带动承载盘22旋转。于一些实施例中，轴部21的一端固定于晶圆基座20的中心，且轴部21的另一端固定于驱动机构10。于一些实施例中，轴部21可固定于承载盘22的下表面221。

当驱动机构10驱动轴部21旋转时，晶圆基座20以旋转轴AX1为轴心旋转。于一些实施例中，晶圆基座20沿一水平面延伸。换句话说，驱动机构10可驱动承载盘22沿于一水平面旋转。

承载盘22可为一板状结构，且可为圆形。承载盘22包括多个容置槽23，用以放置晶圆W1。容置槽23形成于承载盘22的上表面222。于一些实施例中，上表面222平行于承载盘22的下表面221，且承载盘22的上表面222与下表面221为承载盘22的主要表面。

于一些实施例中，容置槽23的底面231的面积约略大于晶圆W1的上表面222或是下表面221的面积。容置槽23的底面231的面积约为晶圆W1的上表面W11或是下表面W12的面积的1倍至2倍。晶圆W1的上表面W11以及下表面W12为晶圆W1的主要表面。晶圆W1的上表面W11可平行于晶圆W1的下表面W12。

容置槽23的深度可大于晶圆W1的厚度。当晶圆W1放置于容置槽23内时，晶圆W1的上表面W11相对容置槽23的底面231高于或低于承载盘22的上表面222。于一些实施例中，当晶圆W1放置于容置槽23内时，晶圆W1的上表面W11与承载盘22的上表面222位于同一水平面。

如图3所示，容置槽23可放射状排列于承载盘22。换句话说，容置槽23可沿承载盘22的边缘间隔排列，容置槽23并不位于承载盘22的中心区域。于一些实施例中，容置槽23沿一圆形路径排列。

于一些实施例中，承载盘22可包括多个间隔突块24，设置于容置槽23的底面231上。当晶圆W1放置于容置槽23内时，间隔突块24支撑或是接触于晶圆W1的下表面W12，以使晶圆W1与容置槽23的底面231之间形成一间隙。

如图1所示，间隔突块24相对于容置槽23的底面231的高度约等于晶圆W1的厚度。于一些实施例中，间隔突块24相对于容置槽23的底面231的高度约为晶圆W1的厚度的0.5倍至5倍的范围之间。

如图1及图3所示，间隔突块24可平均分布于容置槽23的底面231。于一些实施例中，间隔突块24可以阵列的方式排列于容置槽23的底面231。

晶圆基座更包括一电性隔离元件30，以抑制晶圆W1以及接地电压10之间的电荷流动。于一些实施例中，电性隔离元件30设置于轴部21与承载盘22之间。电性隔离元件30可为一片状结构。于一些实施例中，电性隔离元件30的厚度可为50mm至100mm的范围之间。

于一些实施例中，电性隔离元件30的介电常数约为3.5至3.7的范围之间。电性隔离元件30的电阻率约为10¹⁴欧姆米至10¹⁹欧姆米的范围之间。于一些实施例中，电性隔离元件30的电阻率大于10¹⁴欧姆米。电性隔离元件30的材质可包括石英、陶瓷或上述材质的组合。

如第6图所示，当实施一等离子体工艺时，带正电的离子掉落至晶圆W1、承载盘22以及承载盘22的容置槽23内。由于驱动机构10耦接于接地电压VSS，因此少量的负电荷会依序经由驱动机构10、电性隔离元件30、轴部21至承载盘22以中和承载盘22上的带正电的离子。此外，负电荷再经由间隔突块24传导至晶圆W1，以中和掉落至晶圆W1上的带正电的离子。

由于本揭露于晶圆基座20设置了电性隔离元件30，因此能大量减少负电荷传导至晶圆W1的电流，防止高动能的电荷穿过晶圆，并损坏晶圆上的电子元件。以及降低晶圆W1上的电压，能减少晶圆W1由于过高的电压所产生的损坏，进而能提升晶圆W1的合格率。

图7为根据本揭露的一些实施例的晶圆承载装置A2的示意图。如图7所示，电性隔离元件30设置于轴部21内。电性隔离元件30沿垂直于旋转轴AX1的方向延伸。于一些实施例中，电性隔离元件30位于轴部21的中央区段。电性隔离元件30与驱动机构10相互间隔，且与承载盘22相互间隔。

图8为根据本揭露的一些实施例的晶圆承载装置A2的示意图。如图8所示，电性隔离元件30设置于承载盘22内。电性隔离元件30沿承载盘22的延伸方向延伸。于一些实施例中，电性隔离元件30位于承载盘22的上表面222以及下表面221之间。于一些实施例中，电性隔离元件30位于承盘盘的容置槽23以及下表面221之间。换句话说，电性隔离元件30与轴部21相互间隔，且与容置槽23相互间隔。

于另一实施例中，电性隔离元件30设置于形成于承载盘22的下表面221的一凹槽内，且接触轴部21。

图9为根据本揭露的一些实施例的晶圆承载装置A2的示意图。如图9所示，电性隔离元件30设置于容置槽23内。于一些实施例中，电性隔离元件30涂布于容置槽23的侧壁以及底面231。于一些实施例中，电性隔离元件30包括多个间隔突块31，用以支撑及接触晶圆W1的下表面W12。于一些实施例中，间隔突块31可平均分布于容置槽23的底面231之上。

于一些实施例中，电性隔离元件30可不包括间隔突块31。晶圆W1的下表面W12直接贴合于电性隔离元件30。

图10为根据本揭露的一些实施例的晶圆承载装置A2的示意图。电性隔离元件30涂布于容置槽23内的间隔突块24上。换句话说，电性隔离元件30位于晶圆W1与间隔突块24之间。电性隔离元件30用以间隔晶圆W1与间隔突块24。

综上所述，本揭露的使用于半导体设备的晶圆承载装置利用电性隔离元件以抑制晶圆以及接地电压之间的电荷流动。因此，当实施一等离子体工艺于晶圆时，可减少经由晶圆基座传导至晶圆的电流，能减少晶圆由于过高的电压所产生的损坏，进而能提升晶圆的合格率。

本揭露为提供一种使用于半导体设备的晶圆承载装置，于一等离子体工艺中，晶圆承载装置可降地对于晶圆所产生的电压，进而提升晶圆的合格率。

本揭露提供了一种晶圆承载装置，包括一驱动机构、一晶圆基座以及一电性隔离元件。驱动机构耦接于一接地电压。晶圆基座设置于驱动机构上，且包括一容置槽，用以放置一晶圆。电性隔离元件设置于晶圆基座上，以抑制晶圆以及接地电压之间的电荷流动。

于一些实施例中，电性隔离元件设置于容置槽内。电性隔离元件包括多个间隔突块，用以接触晶圆的下表面。

于一些实施例中，晶圆基座包括多个间隔突块，设置于容置槽的底面上，且电性隔离元件设置于间隔突块。

于一些实施例中，晶圆基座更包括一轴部以及一承载盘。轴部设置于驱动机构上。承载盘设置于轴部上，且包括容置槽。

于一些实施例中，电性隔离元件设置于轴部与承载盘之间。于一些实施例中，电性隔离元件设置于轴部内及/或承载盘内。

本揭露提供了一种半导体设备，包括一驱动机构、一晶圆基座、一电性隔离元件以及一等离子体装置。驱动机构耦接于一接地电压。晶圆基座设置于驱动机构上。晶圆基座包括多个容置槽，用以放置多个晶圆。电性隔离元件设置于晶圆基座上，以抑制晶圆以及接地电压之间的电荷流动。

于一些实施例中，等离子体装置包括一第一电极板、一第二电极板以及一射频装置。第一电极板设置于容置槽中的一者的上方。第二电极板设置于第一电极板的上方。射频装置耦接于第二电极板，用以使第一电极板以及第二电极板之间产生一电场。

于一些实施例中，等离子体装置更包括一等离子体气体分布装置以及一等离子体气体供应装置。等离子体气体分布装置设置于第二电极板上。气体供应装置提供一处理气体至等离子体气体分布装置。处理气体经由等离子体气体分布装置流至第一电极板以及第二电极板之间，并于第一电极板以及第二电极板之间形成等离子体。

上述已揭露的特征能以任何适当方式与一或多个已揭露的实施例相互组合、修饰、置换或转用，并不限定于特定的实施例。

本发明虽以各种实施例揭露如上，然而其仅为范例参考而非用以限定本发明的范围，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。因此上述实施例并非用以限定本发明的范围，本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。