本发明涉及半导体设备制造技术领域，具体涉及一种脉冲功率源和半导体设备。
背景技术：
在半导体镀膜和刻蚀设备中，通常将射频电源提供的射频能量传输到腔室中，电离高真空状态下的气体(如氩气、氦气、氮气、氢气等)，以产生含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子的等离子体，这些活性粒子和置于腔体内并曝露在等离子体环境下的晶圆之间发生复杂的相互作用，使晶圆材料表面发生各种物理和化学反应，从而使材料表面性能发生变化，完成晶圆的镀膜、刻蚀工艺。
由于脉冲等离子体技术能够减小连续波射频能量带来的等离子体诱导损伤(plasmainduceddamage，pid)，改善工艺过程中的负载效应，提高填孔、刻蚀选择比，并且增大了工艺调节手段和窗口，因此对于脉冲功率源的设计则是非常关键。
如图1a所示，现有的一种用于镀膜工艺中的脉冲型物理气相沉积设备，包括：反应腔室5、靶材4、磁控管7，直流电源6、基座3、匹配器8和射频脉冲电源9。其中，直流电源6、靶材4和磁控管7形成上电极，直流电源6将直流功率施加至靶材4上，产生等离子体，并吸引离子轰击靶材4，使靶材4的材料能够被溅射后沉积在承载于基座3上的晶圆(图中未绘示)上。射频脉冲电源9、匹配器8和基座3形成下电极，采用脉冲技术产生射频能量并馈入到反应腔室5，具体的，射频脉冲电源9产生射频脉冲信号，经由匹配器8加载在基座3上，射频功率产生射频自偏压，吸引离子实现晶圆孔隙填充。通过调整脉冲频率和占空比，可以调节电子的温度，以减小轰击晶圆的粒子能量，从而满足20nm以及以下工艺对低损伤的需求。射频脉冲信号的波形如图1b所示，加载信号的脉冲开启时长为t1，脉冲关断时长为t2，脉冲频率为f＝1/(t1+t2)，脉冲占空比d＝t1/(t1+t2)。
由于射频脉冲电源9产生的是非连续的脉冲信号，匹配器8内的阻抗检测装置通过采集电压电流信号确定阻抗，而电压电流信号为连续信号，所以会导致抗检测装置检测到的阻抗无法跟上脉冲信号的变化，从而导致匹配器8失配，进而使整个工艺停止，特别是在低占空比和高脉冲频率情况下，匹配器8失配的情况会更加明显。
技术实现要素：
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种脉冲功率源和半导体设备，用以部分解决阻抗失配的问题。
本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：
本发明提供一种脉冲功率源，包括匹配器，还包括连续波功率源、功率分配器、第一移相器和第一功率合成器，所述功率分配器具有至少两个输出端，所述第一功率合成器具有至少两个输入端；
所述匹配器的输入端和输出端分别与所述连续波功率源的输出端和所述功率分配器的输入端相连，所述功率分配器的第一输出端与所述第一功率合成器的第一输入端相连，所述功率分配器的第二输出端经所述第一移相器与所述第一功率合成器的第二输入端相连；
所述连续波功率源输出的连续波功率信号，经过所述匹配器后，由所述功率分配器分配为至少两路功率信号，且其中至少一路功率信号经所述第一移相器改变相位后，再与其余功率信号经所述第一功率合成器合成为脉冲功率信号输出。
优选的，所述连续波功率源的频率与所述匹配器、所述功率分配器、所述第一移相器、所述第一功率合成器的频率相等；
且所述频率为400khz、2mhz、13.56mhz、27mhz、40mhz、60mhz或100mhz。
优选的，所述第一移相器为电控移相器或机械控制移相器。
优选的，所述第一移相器的相移度数为180度，且相移时间相同。
优选的，所述功率分配器的多个输出端输出的功率信号比值相等且固定不变。
本发明还提供一种脉冲功率源，包括匹配器，还包括连续波功率源、功率分配器、第二移相器、第二功率合成器、第三移相器和第三功率合成器；所述功率分配器具有至少四个输出端，所述第二和第三功率合成器具有至少两个输入端；
所述匹配器的输入端和输出端分别与所述连续波功率源的输出端和所述功率分配器的输入端相连，所述功率分配器的第一输出端与所述第二功率合成器的第一输入端相连，所述功率分配器的第二输出端经所述第二移相器与所述第二功率合成器的第二输入端相连；
所述功率分配器的第三输出端与所述第三功率合成器的第一输入端相连，所述功率分配器的第四输出端经所述第三移相器与所述第三功率合成器的第二输入端相连；
所述连续波功率源输出的连续波功率信号，经过所述匹配器后，由所述功率分配器分配为两组功率信号，每组功率信号包括至少两路功率信号，且其中第一组功率信号中的一路功率信号经所述第二移相器改变相位后，再与第一组功率信号中的其余功率信号经所述第二功率合成器合成为脉冲功率信号输出；第二组功率信号中的一路功率信号经所述第三移相器改变相位后，再与第二组功率信号中其余功率信号经所述第三功率合成器合成为脉冲功率信号输出。
优选的，所述连续波功率源的频率与所述匹配器、所述功率分配器、所述第二移相器、所述第二功率合成器、所述第三移相器、所述第三功率合成器的频率相等；
且所述频率为400khz、2mhz、13.56mhz、27mhz、40mhz、60mhz或100mhz。
优选的，所述第二移相器和所述第三移相器为电控移相器或机械控制移相器。
优选的，所述第二移相器的相移度数为180度，且相移时间相同；所述第三移相器的相移度数为180度，且相移时间相同。
优选的，所述功率分配器的多个输出端输出的功率信号比值相等且固定不变。
本发明还提供一种半导体设备，包括如前所述的脉冲功率源。
优选的，所述半导体设备为物理气相沉积设备；
所述脉冲功率源为一个，所述脉冲功率源的输出端与所述物理气相沉积设备的基座或靶材相连；或者，
所述脉冲功率源为两个，其中一个脉冲功率源的输出端与所述物理气相沉积设备的基座相连，另一个脉冲功率源的输出端与所述物理气相沉积设备的靶材相连。
优选的，所述半导体设备为等离子体刻蚀设备；
所述脉冲功率源为一个，所述脉冲功率源的输出端与所述刻蚀设备的基座或所述等离子体刻蚀设备的等离子体发生装置相连；或者，
所述脉冲功率源为两个，其中一个脉冲功率源的输出端与所述等离子体刻蚀设备的基座相连，另一个脉冲功率源的输出端与所述等离子体刻蚀设备的等离子体发生装置相连。
本发明还提供一种半导体设备，包括如前所述的脉冲功率源。
优选的，所述半导体设备为物理气相沉积设备；
所述脉冲功率源的一个输出端与所述物理气相沉积设备的基座相连；所述脉冲功率源的另一个输出端与所述物理气相沉积设备的靶材相连。
优选的，所述半导体设备为等离子体刻蚀设备；
所述脉冲功率源的一个输出端与所述等离子体刻蚀设备的基座相连；所述脉冲功率源的另一个输出端与所述等离子体刻蚀设备的等离子体发生装置相连。
本发明能够实现以下有益效果：
本发明利用连续波功率源代替现有的射频脉冲电源，并令其输出的连续波功率信号先经过匹配器，使得匹配器内的阻抗检测装置能检测到连续的电压电流信号，从而避免阻抗失配的问题，之后，再利用功率分配器将匹配后的连续波功率信号分解为至少两路信号，一路信号经由移相器移相后再与其余的信号叠加，得到射频脉冲信号，这样，既能够产生射频脉冲信号，利用脉冲射频能量进行工艺降低等离子体诱导损伤，又能够保证阻抗匹配，提高匹配器的稳定性，从而进一步提高反应腔室的阻抗稳定性，尤其是在低占空比和高脉冲频率的情况下，提高匹配器的稳定性的效果更明显。
附图说明
图1a为现有的半导体设备的结构示意图；
图1b为现有的射频脉冲电源的脉冲时序图；
图2a为本发明实施例1提供的脉冲功率源的结构示意图；
图2b为本发明实施例2提供的脉冲功率源的结构示意图；
图2c为本发明实施例1和2提供的脉冲功率源输出的正弦脉冲信号的时序图；
图3为本发明实施例3提供的半导体设备(pvd设备)的结构示意图；
图4为本发明实施例4提供的半导体设备(pvd设备)的结构示意图；
图5a为本发明实施例5提供的半导体设备(pvd设备)的结构示意图；
图5b为本发明实施例6提供的半导体设备(pvd设备)的结构示意图。
图例说明：
1、脉冲功率源11、匹配器12、连续波功率源
13、功率分配器14、第一移相器15、第一功率合成器
2、脉冲功率源21、匹配器22、连续波功率源
23、功率分配器24、第一移相器25、第一功率合成器
26、第二移相器27、第二功率合成器3、基座
4、靶材5、反应腔室6、直流电源
7、磁控管8、匹配器9、射频脉冲电源
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例利用连续波功率源产生连续的射频信号，令所述连续波功率信号先经过匹配器，实现阻抗匹配，再利用功率分配器、移相器和功率合成器将该连续的射频信号转化为脉冲射频信号，再将脉冲射频信号接入半导体设备。
以下结合图2a至图5b，详细说明本发明的技术方案。
实施例1
如图2a所示，本发明实施例1提供一种脉冲功率源1，包括匹配器11，还包括连续波功率源12、功率分配器13、第一移相器14和第一功率合成器15。功率分配器13具有至少两个输出端，第一功率合成器15具有至少两个输入端。
匹配器11的输入端和输出端分别与连续波功率源12的输出端和功率分配器13的输入端相连，功率分配器13的第一输出端与第一功率合成器15的第一输入端相连，功率分配器13的第二输出端经第一移相器14与第一功率合成器15的第二输入端相连。
连续波功率源12输出的连续波功率信号，经过匹配器11后，由功率分配器13分配为至少两路功率信号，且其中至少一路功率信号经第一移相器14改变相位后，再与其余功率信号经第一功率合成器15合成为脉冲功率信号输出。
匹配器11可以为数字匹配器，也可以为模拟匹配器。匹配器11的匹配器网络类型可以为l型、倒l型、π型或t型。
本发明利用连续波功率源12代替现有的射频脉冲电源，并令其输出的连续波功率信号先经过匹配器11，使得匹配器11内的阻抗检测装置能检测到连续的电压电流信号，从而避免阻抗失配的问题，之后，再利用功率分配器13将连续波功率源12发出的连续的波形信号分解为至少两路信号，一路信号经由移相器14移相后再与其余的信号叠加，得到射频脉冲信号，这样，既能够产生射频脉冲信号，利用脉冲射频能量进行工艺降低等离子体诱导损伤，又能够保证阻抗匹配，提高匹配器的稳定性，从而进一步提高反应腔室的阻抗稳定性。
具体的，连续波功率源12的射频频率、匹配器11的频率、功率分配器13的频率、第一移相器14的频率和第一功率合成器15的频率相等，以保证脉冲功率源1能够正常工作。
连续波功率源12的射频频率、匹配器11的频率、功率分配器13的频率、第一移相器14的频率和第一功率合成器15的频率可以为400khz、2mhz、13.56mhz、27mhz、40mhz、60mhz或100mhz，可以根据应用场景的不同以及实际需要选择相应的频率。
优选的，第一移相器14可以为电控移相器或机械控制移相器。
在本发明实施例中，以脉冲功率源1产生正弦射频脉冲信号为例进行说明。
结合图2a和图2c所示，连续波功率源12产生正弦波，功率分配器13为双输出功率分配器，即包括两个输出端(即第一输出端和第二输出端)，能够将连续的正弦射频信号分为两路，一路信号经由第一移相器14通过第一输入端进入第一功率合成器15，另一路信号通过第二输入端直接进入第一功率合成器15。
为了得到正弦射频脉冲信号，第一移相器14的相移度数为180度，且相移时间相同。功率分配器13的多个输出端输出的功率信号比值相等且固定不变。
具体的，可以将第一移相器14在脉冲开启时长t1内的相移角度设置为0°，在脉冲关闭时长t2内的相移角度设置为180°，以及，将脉冲开启时长与脉冲关闭时长设置为相等(即t1＝t2)，以及，将功率分配器13的第一输出端和第二输出端的功率比设置为1:1。这样，功率分配器13将匹配器11输出的连续波平均分成两路，一路直接给第一功率合成器15，一路经过第一移相器14移相后给第一功率合成器15，第一功率合成器15将两路功率进行叠加，生成并输出正弦射频脉冲信号，该正弦射频脉冲信号的波形如图2c所示。
所述正弦射频脉冲信号的脉冲开启时长为t1，脉冲关断时长为t2，脉冲频率为f＝1/(t1+t2)，脉冲占空比d＝t1/(t1+t2)。对比图2c和图1b可以看出，图2c的正弦射频脉冲信号的波形与图1b的正弦射频脉冲信号的波形相同，也就是说，本发明的脉冲功率源1输出的正弦脉冲信号与现有的脉冲功率源输出的正弦脉冲信号相同，利用本发明的脉冲功率源1可以产生射频脉冲信号，利用该射频脉冲信号的脉冲射频能量进行工艺，可以降低等离子体诱导损伤。
需要说明的是，脉冲功率源1产生的脉冲信号不限于正弦波形，也可以是任意脉冲波形，例如，方波脉冲信号或三角波脉冲信号。具体的，可以通过改变第一移相器14的相移度数和功率分配器13的功率比来改变脉冲波形。
可以根据实际需要调节第一移相器14的相移度数和功率分配器13的功率比，从而调节脉冲功率源1输出的脉冲信号的波形，得到射频脉冲调制信号，实现多种波形的变换，扩大工艺窗口，降低工艺成本。
根据相移度数、功率比、相移时间调节射频脉冲信号的波形和频率的具体实现方式属于现有技术，在此不再赘述。
实施例2
本发明实施例2提供一种脉冲功率源，实施例2与实施例1的区别在于，增加了一组移相器和功率合成器，从而增加一组射频脉冲信号输出。
如图2b所示，实施例2提供一种脉冲功率源2，包括匹配器21、连续波功率源22、功率分配器23、第二移相器24、第二功率合成器25、第三移相器26和第三功率合成器27。功率分配器23具有至少四个输出端，第二功率合成器25和第三功率合成器27具有至少两个输入端。
匹配器21的输入端和输出端分别与连续波功率源22的输出端和功率分配器23的输入端相连，功率分配器23的第一输出端与第二功率合成器25的第一输入端相连，功率分配器23的第二输出端经第二移相器24与第二功率合成器25的第二输入端相连。功率分配器23的第三输出端与所述第三功率合成器27的第一输入端相连，功率分配器23的第四输出端经第三移相器26与第三功率合成器27的第二输入端相连。
连续波功率源22输出的连续波功率信号，经过匹配器21后，由功率分配器23分配为两组功率信号，每组功率信号包括至少两路功率信号，且其中第一组功率信号中的一路功率信号经第二移相器24改变相位后，再与第一组功率信号中的其余功率信号经第二功率合成器25合成为脉冲功率信号输出；第二组功率信号中的一路功率信号经第三移相器26改变相位后，再与第二组功率信号中其余功率信号经第三功率合成器27合成为脉冲功率信号输出。在本实施例中，连续波功率源22产生正弦波，功率分配器23为四输出功率分配器，包括四个输出端(即第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端)，能够将连续的正弦射频信号分为四路，四路信号两两一组，分为两组。从功率分配器23输出的第一组信号中的一路信号经由第二移相器24进入第二功率合成器25，第一组信号中的另一路信号直接进入第二功率合成器25；从功率分配器23输出的第二组信号中的一路信号经由第三移相器26进入第三功率合成器27，第二组信号中的另一路信号直接进入第三功率合成器27。
具体的，连续波功率源22的射频频率、匹配器21的频率、功率分配器23的频率、第一移相器24的频率、第二移相器26的频率、第一功率合成器25的频率和第二功率合成器27的频率相等，以保证脉冲功率源2能够正常工作。为了得到第二组正弦射频脉冲信号，第二移相器24的相移度数为180度，且相移时间相同，第三移相器26的相移度数为180度，且相移时间相同。功率分配器13的多个输出端输出的功率信号比值相等且固定不变。
具体的，可以将第二移相器24在脉冲开启时长t1内的相移角度设置为0°，在脉冲关闭时长t2内的相移角度设置为180°，并将脉冲开启时长与脉冲关闭时长设置为相等(即t1＝t2)。以及，将第三移相器26在脉冲开启时长t1内的相移角度设置为0°，在脉冲关闭时长t2内的相移角度设置为180°，并将脉冲开启时长与脉冲关闭时长设置为相等(即t1＝t2)，以及，将功率分配器23的第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端的功率比设置为1:1:1:1。
优选的，第二移相器24和/或第三移相器26可以为电控移相器或机械控制移相器。
实施例1的脉冲功率源输出的是一个射频脉冲信号，该射频脉冲信号可以加载在半导体设备的上电极或下电极(即脉冲功率源1单独应用于半导体设备的上电极或下电极)，或者，通过设置两个实施例1所述的脉冲功率源1，两个脉冲功率源1输出的射频脉冲信号分别加载在半导体设备的上电极和下电极。而实施例2的脉冲功率源2可以同时输出两个射频脉冲信号，一个射频脉冲信号加载在半导体设备的上电极，另一个射频脉冲信号加载在半导体设备的下电极(即脉冲功率源2同时应用于半导体设备的上电极和下电极)。
本发明还提供一种半导体设备，所述半导体设备包括如前所述的脉冲功率源。以下结合图3、图4、图5a、图5b以及实施例3-5，对半导体设备的结构进行详细说明。
实施例3
如图3所示，实施例3提供一种半导体设备，所述半导体设备为物理气相沉积设备，包括脉冲功率源1、反应腔室5、基座3和靶材4，靶材4与反应腔室5的侧壁密封连接，基座3容置于反应腔室5内。脉冲功率源1为实施例1提供的脉冲功率源，其中，脉冲功率源1为一个，脉冲功率源1的输出端(即第一功率合成器15的输出端)与所述物理气相沉积设备的基座3相连。
所述半导体设备还包括直流电源6和磁控管7，直流电源6、靶材4和磁控管7形成上电极，直流电源6将直流功率施加至靶材4上，产生等离子体。
在实施例3中，将实施例1中的脉冲功率源1单独应用于半导体设备的下电极，而半导体设备的上电极仍然加载直流电源，利用连续波功率源12代替现有的射频脉冲电源，并令其输出的连续波功率信号先经过匹配器11，使得匹配器11内的阻抗检测装置能检测到连续的电压电流信号，从而避免阻抗失配的问题，之后，再利用功率分配器13将连续波功率源12发出的连续的波形信号分解为至少两路信号，一路信号经由第一移相器14移相后再与其余的信号叠加，得到射频脉冲信号，这样，既能够产生射频脉冲信号，利用脉冲射频能量进行工艺降低等离子体诱导损伤，又能够保证阻抗匹配，提高匹配器11的稳定性，从而进一步提高反应腔室的阻抗稳定性，尤其是在低占空比和高脉冲频率的情况下，提高匹配器11的稳定性的效果更明显。
需要说明的是，所述半导体设备也可以为等离子体刻蚀设备，在这种情况下，脉冲功率源1的输出端与所述刻蚀设备的基座相连。
实施例4
如图4所示，实施例4提供一种半导体设备，所述半导体设备为物理气相沉积设备，实施例4与实施例3的区别在于，将实施例1中的脉冲功率源1单独应用于半导体设备的上电极。
如图4所示，所述半导体设备包括：脉冲功率源1、反应腔室5、基座3、靶材4和磁控管7，靶材4与反应腔室5的侧壁密封连接，基座3容置于反应腔室5内。脉冲功率源1为实施例1提供的脉冲功率源，其中，脉冲功率源1为一个，脉冲功率源1的输出端(即第一功率合成器15的输出端)与所述物理气相沉积设备的靶材4相连。
所述半导体设备还包括射频脉冲电源9和匹配器8，匹配器8分别与射频脉冲电源9和基座3相连，基座3、匹配器8和射频脉冲电源9形成所述半导体设备的下电极。
需要说明的是，所述半导体设备也可以为等离子体刻蚀设备，在这种情况下，脉冲功率源1的输出端与所述刻蚀设备的基座相连。
实施例5
如图5a所示，实施例5提供一种半导体设备，所述半导体设备为物理气相沉积设备，实施例5与实施例3和4的区别在于，实施例3提供的半导体设备中的脉冲功率源1为一个，只应用于半导体设备的下电极，实施例4提供的半导体设备中的脉冲功率源1为一个，只应用于半导体设备的上电极，而实施例5提供的半导体设备中的脉冲功率源1为两个，分别应用于半导体设备的上电极和下电极。
如图5a所示，所述半导体设备包括：脉冲功率源1、反应腔室5、基座3和靶材4，靶材4与反应腔室5的侧壁密封连接，基座3容置于反应腔室5内。所述脉冲功率源1为实施例1提供的脉冲功率源，且脉冲功率源1为两个。其中一个脉冲功率源1的输出端(即第一功率合成器15的输出端)与基座3相连，另一个脉冲功率源1的输出端(即第一功率合成器15的输出端)与所述物理气相沉积设备靶材4相连。
需要说明的是，所述半导体设备也可以为等离子体刻蚀设备，在这种情况下，其中一个脉冲功率源的输出端与等离子体刻蚀设备的基座相连，另一个脉冲功率源的输出端与所述等离子体刻蚀设备的等离子体发生装置相连。所述等离子体发生装置通常为线圈。
实施例6
如图5b所示，实施例6提供一种半导体设备，所述半导体设备为物理气相沉积设备，实施例6与实施例5的区别在于，实施例6的半导体设备采用一个实施例2的脉冲功率源2，而实施例5的半导体设备采用两个实施例1的脉冲功率源1。
如图5b所示，所述半导体设备包括：脉冲功率源2、反应腔室5、基座3和靶材4，靶材4与反应腔室5的侧壁密封连接，基座3容置于反应腔室5内。脉冲功率源2为实施例2提供的脉冲功率源，其中，脉冲功率源2的一个输出端(即第二功率合成器25的输出端)与所述物理气相沉积设备的基座3相连；脉冲功率源2的另一个输出端(即第三功率合成器27的输出端)与所述物理气相沉积设备的靶材4相连。
需要说明的是，所述半导体设备也可以为等离子体刻蚀设备，在这种情况下，脉冲功率源的一个输出端与所述等离子体刻蚀设备的基座相连，脉冲功率源的另一个输出端与所述等离子体刻蚀设备的等离子体发生装置相连。所述等离子体发生装置通常为线圈。
需要说明的是，本发明的半导体设备不限于上述物理气相沉积或等离子体刻蚀设备，也可以为化学气相沉积(cvd)设备等。
本发明的脉冲功率源和半导体设备可以产生任意波形、占空比和频率的射频脉冲信号，将该射频脉冲信号加载至半导体设备的上、下电极来实现脉冲工艺，由于匹配器内的阻抗检测装置检测到的是连续波信号，因此可以实现准确的阻抗检测，进而控制匹配器来实现阻抗匹配，保证整个工艺的正常，稳定进行。
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。