下电极机构及半导体工艺设备的制作方法

本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种下电极机构及半导体工艺设备。

背景技术：

1、随着半导体制造工艺的发展，在先进存储器制造领域，3d nand制造的刻蚀工艺中对更高深宽比(har)的刻蚀性能要求越来越高。为了优化刻蚀工艺中的深宽比参数，更窄的离子能量分布(ion energy distribution，ied)是必要的，例如获得图1示出的较理想的离子能量分布，该离子能量分布可以使离子角度分布更小，更易于提高高深宽比刻蚀工艺的性能。

2、图1为现有的半导体工艺设备的结构示意图。如图1所示，半导体工艺设备包括工艺腔室、上电极电源、切换模式电源供应器、静电夹盘电源和控制器，其中，在工艺腔室的顶部设置有上电极，该上电极与上电极电源电连接，上电极电源用于向上电极加载激励功率，以激发工艺腔室中的工艺气体形成等离子体。并且，在工艺腔室的底部设置有支撑件，该支撑件中设置有静电夹盘，用于承载基板，该静电夹盘通过切换模式电源供应器与静电夹盘电源电连接；控制器用于控制切换模式电源供应器和静电夹盘电源的工作，以将脉冲偏压和直流吸附偏压加载到静电夹盘，直流吸附偏压用于在半导体加工工艺时吸附基板；脉冲偏压能够在基板上表面形成脉冲负偏压，用于给等离子体中的正离子加速，撞击基板，以增强刻蚀过程。

3、但是，上述半导体工艺设备中，静电夹盘与腔室结构之间的等效寄生电容较大，导致切换模式电源供应器的开关器件的损耗(热损耗)大，从而造成脉冲偏压加载效率较低，而且切换模式电源供应器的带载负担较大，缩短了切换模式电源供应器的使用寿命。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种下电极机构及半导体工艺设备，其可以降低电极片与腔室结构之间的等效寄生电容，从而可以减少脉冲生成模块的热损耗，提高脉冲偏压加载效率，同时减小脉冲生成模块的带载负担，从而可以延长脉冲生成模块的使用寿命。

2、为实现本发明的目的而提供一种下电极机构，应用于半导体工艺设备，包括卡盘、分区分配板和多个脉冲生成模块，其中，所述卡盘包括用于承载晶圆的介质层，所述介质层中设置有彼此间隔且绝缘的多个电极片；

3、所述分区分配板设置在所述介质层下方，所述脉冲生成模块设置于所述分区分配板下方，用于生成脉冲电压信号；

4、所述分区分配板上设置有分配电路，所述分配电路具有多个第一连接端、多个第二连接端和第三连接端，其中，多个所述第一连接端一一对应地与多个所述电极片电连接；多个所述第二连接端一一对应地与多个所述脉冲生成模块的输出端电连接；所述第三连接端用于与静电吸附电源电连接；

5、所述分配电路被设置为将所述静电吸附电源提供的直流吸附电压信号传导至各个所述电极片，将每个所述脉冲生成模块输出的所述脉冲电压信号至少传导至一个所述电极片，以及将所述直流吸附电压信号与所述脉冲电压信号相隔离。

6、可选的，所述分配电路包括多个隔离电阻和多个耦合电容，其中，每个所述第一连接端与所述第三连接端之间均连接有一个所述隔离电阻，用于将所述直流吸附电压信号与所述脉冲电压信号相隔离；

7、每个所述第二连接端与至少一个所述第一连接端之间均连接有一个所述耦合电容，用于将每个所述脉冲生成模块输出的所述脉冲电压信号至少耦合传导至一个所述电极片。

8、可选的，多个所述电极片按所述介质层的承载面上的多个不同分区划分为多个电极片组；

9、所述第二连接端的数量与所述电极片组的数量相同，且一一对应；每个所述第二连接端和与之对应的所述电极片组中的各个所述第一连接端之间均连接有一个所述耦合电容。

10、可选的，多个所述电极片在两个半径不同的圆周上均匀分布；

11、位于半径较小的所述圆周上的每个所述电极片和与之相邻的位于半径较大的所述圆周上的至少一个所述电极片组成一个所述电极片组。

12、可选的，位于半径较小的所述圆周上的多个所述电极片在所述介质层的承载面上的正投影均为面积相同的扇形，多个扇形的所述电极片围成圆形；

13、位于半径较大的所述圆周上的多个所述电极片在所述介质层的承载面上的正投影均为面积相同的扇环形，多个扇环形的所述电极片围成圆环形。

14、可选的，各个所述电极片组在所述介质层的承载面上的正投影面积相同；和/或，各个所述电极片在所述介质层的承载面上的正投影面积相同。

15、可选的，所述分区分配板上还设置有多个第一连接插头，多个所述第一连接插头一一对应地与多个所述第一连接端电连接；所述介质层上设置有多个插接件，多个所述插接件一一对应地与多个所述第一连接插头插接。

16、可选的，所述分区分配板上还设置有多个连接插座，多个所述连接插座一一对应地与多个所述第二连接端电连接；每个所述脉冲生成模块上设置有多个第二连接插头，多个所述第二连接插头一一对应地与多个所述连接插座插接。

17、可选的，所述分区分配板上还设置有直流电压馈入接口，所述直流电压馈入接口与所述第三连接端电连接，所述直流电压馈入接口用于与所述静电吸附电源的接线端电连接。

18、可选的，所述卡盘还包括接口盘和支撑板，其中，所述接口盘位于所述介质层下方，且呈环状，所述接口盘的内周壁上设置有环形凸台；

19、所述支撑板设置于所述环形凸台上，所述分区分配板设置于所述支撑板上，所述接口盘的内周壁、所述支撑板的上表面和所述介质层的下表面之间构成第一空腔，用于容置所述分区分配板。

20、可选的，所述下电极机构还包括下电极腔体，所述下电极腔体设置在所述接口盘下方，且与所述接口盘连接，所述下电极腔体的内部和所述接口盘的内部连通构成第二空腔；多个所述脉冲生成模块设置于所述第二空腔中。

21、可选的，所述脉冲生成模块包括第一电路板和集成在所述第一电路板上的转换单元，其中，所述第一电路板竖直设置；

22、所述转换单元用于将直流电源模块提供的直流电压信号转换为脉冲电压信号。

23、可选的，所述第一电路板为两个，且相对设置，并且两个所述第一电路板的板面朝向相反；两个所述第一电路板上均设置有所述转换单元，且两个所述转换单元并联。

24、可选的，所述脉冲生成模块还包括第二电路板和集成在所述第二电路板上的阻尼单元，其中，所述第二电路板竖直设置于两个所述第一电路板上方；所述阻尼单元的输入端与两个所述转换单元的输出端电连接，所述阻尼单元的输出端与所述第二连接端电连接，所述阻尼单元用于抑制所述脉冲电压信号的波形震荡。

25、可选的，所述脉冲生成模块还包括冷却件和两个冷却管路，其中，两个所述第一电路板和所述第二电路板与所述冷却件固定连接，且所述冷却件的一部分位于两个所述第一电路板彼此相对的两个板面之间，与二者至少部分贴合；所述冷却件的另一部分与所述第二电路板的板面至少部分贴合；

26、所述冷却件中设置有冷却通道，所述冷却通道的入口和出口分别与两个所述冷却管路连接，用以向所述冷却通道通入冷却媒介，以对两个所述第一电路板和所述第二电路板进行冷却。

27、作为另一个技术方案，本发明还提供一种下电极机构，应用于半导体工艺设备，包括卡盘和多个脉冲生成模块，其中，

28、所述脉冲生成模块设置于所述卡盘下方，用于生成脉冲电压信号；

29、所述卡盘包括用于承载晶圆的介质层，所述介质层中设置有彼此间隔且绝缘的多个电极片；所述脉冲生成模块与各个所述电极片耦合连接，以将所述脉冲电压信号至少传导至一个所述电极片；

30、多个所述电极片按所述介质层的承载面上的多个不同分区划分为多个电极片组，所述电极片组的数量与所述脉冲生成模块的数量相同，且一一对应。

31、可选的，各个所述电极片组在所述介质层的承载面上的正投影面积相同；和/或，各个所述电极片在所述介质层的承载面上的正投影面积相同。

32、可选的，多个所述电极片在两个半径不同的圆周上均匀分布；

33、位于半径较小的所述圆周上的每个所述电极片和与之相邻的位于半径较大的所述圆周上的至少一个所述电极片组成一个所述电极片组。

34、可选的，位于半径较小的所述圆周上的多个所述电极片在所述介质层的承载面上的正投影均为面积相同的扇形，多个扇形的所述电极片围成圆形；

35、位于半径较大的所述圆周上的多个所述电极片在所述介质层的承载面上的正投影均为面积相同的扇环形，多个扇环形的所述电极片围成圆环形。

36、作为另一个技术方案，本发明还提供一种下电极机构，应用于半导体工艺设备，包括卡盘和多个脉冲生成模块，其中，

37、所述卡盘包括用于承载晶圆的介质层，所述介质层中设置有彼此间隔且绝缘的多个电极片；

38、所述脉冲生成模块设置于所述卡盘下方，包括两个相对设置的第一电路板，两个所述第一电路板均竖直设置，并且两个所述第一电路板上均设置有转换单元，且两个所述转换单元并联。所述转换单元用于将直流电源模块提供的直流电压信号转换为脉冲电压信号，并将所述脉冲电压信号至少传导至一个所述电极片。

39、可选的，两个所述第一电路板的板面朝向相反。

40、可选的，所述转换单元包括两个开关管，两个所述开关管设置于所述第一电路板的朝向另一所述第一电路板的板面。

41、可选的，两个所述转换单元输出不同相位的脉冲偏压信号，以实现频率倍增。

42、作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体工艺设备，包括工艺腔室和设置在所述工艺腔室中的下电极机构，所述下电极机构采用本发明提供的上述任意一种下电极机构。

43、可选的，所述工艺腔室中设置有内衬和接地环，其中，所述内衬环绕设置在所述介质层周围；

44、所述接地环位于所述内衬下方，且环绕在所述接口盘的周围，所述接地环的一端与所述内衬电导通，所述接地环的另一端与多个所述脉冲生成模块的接地端电导通。

45、可选的，所述下电极机构采用权利要求11所述的下电极机构；

46、所述接地环与所述下电极腔体电导通；所述下电极腔体通过四个接地引线分别与多个所述脉冲生成模块的接地端电连接。

47、可选的，所述下电极腔体包括主腔体和多个悬臂，多个所述悬臂环绕在所述主腔体的周围，每个所述悬臂的一端与所述主腔体连接，每个所述悬臂的另一端与所述工艺腔室的侧壁连接，且在所述悬臂中设置有引出通道，用于将所述脉冲生成模块用于与所述直流电源模块电连接的导线，以及所述分区分配板用于与所述静电吸附电源电连接的导线引出至所述工艺腔室的外部。

48、本发明具有以下有益效果：

49、本发明提供一种下电极机构，其在卡盘的介质层中设置彼此间隔且绝缘的多个电极片，并设置有多个脉冲生成模块，每个脉冲生成模块用于生成脉冲电压信号，并通过分区分配板至少向一个电极片加载该脉冲电压信号，由于与每个脉冲生成模块对应的至少一个电极片的面积必然小于所有电极片的总面积，也就是说，相比于现有技术中一个脉冲生成模块对应一个总面积相同的电极，本技术是一个脉冲生成模块对应小于总面积的一部分电极片，在其他参数不变的前提下，如果电极片的面积减小，则电容减小，从而使得每个脉冲生成模块因电容而带来的热损耗也会减小，进而可以提高脉冲电压的加载效率；同时，在保证所有电极片上的电压上升速率相同的前提下，相比于向所有的电极片(或者向一个总面积相同的电极)提供的电流，每个脉冲生成模块至少向一个电极片提供的电流更小，从而可以减小脉冲生成模块的带载负担，进而可以延长脉冲生成模块的使用寿命。

50、本发明还提供一种下电极机构，其通过将多个脉冲生成模块设置于卡盘下方，可以尽可能地缩短脉冲生成模块与介质层之间的距离，缩短脉冲生成模块的输出端与电极片之间的电压馈入路径长度，从而可以减小脉冲馈入回路上的杂散电感。此外，通过将多个电极片按介质层的承载面上的多个不同分区划分为多个电极片组，且使电极片组与脉冲生成模块一一对应，每个脉冲生成模块输出的脉冲电压信号对应传导至一个电极片组，由于每个脉冲生成模块对应的电极片组中的至少一个电极片的面积较小(必然小于所有电极片的总面积)，可以有效减小等效寄生电容，从而可以减少在每个脉冲生成模块上因电容带来的热损耗，进而可以提高脉冲电压的加载效率，延长脉冲生成模块的使用寿命。

51、本发明还提供一种下电极机构，其通过将多个脉冲生成模块设置于卡盘下方，可以尽可能地缩短脉冲生成模块与介质层之间的距离，缩短脉冲生成模块的输出端与电极片之间的电压馈入路径长度，从而可以减小脉冲馈入回路上的杂散电感。此外，每个脉冲生成模块的转换单元输出的脉冲电压信号至少传导至一个电极片，由于每个脉冲生成模块对应的电极片的面积较小(必然小于所有电极片的总面积)，可以有效减小等效寄生电容，从而可以减少在每个脉冲生成模块上因电容带来的热损耗，进而可以提高脉冲电压的加载效率，延长脉冲生成模块的使用寿命。另外，通过采用并联的两个转换单元，可以增大输出电流，从而可以提高脉冲生成模块的带负载能力。

52、本发明提供的半导体工艺设备，其通过采用本发明提供的上述下电极机构，可以降低电极片与腔室结构之间的等效寄生电容，从而可以减少脉冲生成模块的热损耗，提高脉冲偏压加载效率，同时减小脉冲生成模块的带载负担，从而可以延长脉冲生成模块的使用寿命。