等离子体处理装置及HDP-CVD设备的制作方法

等离子体处理装置及hdp-cvd设备
技术领域
1.本技术涉及半导体技术领域，尤其涉及一种等离子体处理装置及hdp-cvd设备。


背景技术：

2.在半导体领域，利用高密度等离子体化学气相淀积(hdp-cvd)工艺的hdp-cvd设备广泛应用于半导体集成电路的生产制造工艺中，其原理为等离子体在低压下以高密度混合气体的形式接触到反应腔中晶圆的表面形成薄膜，为了形成高密度等离子体，在hdp-cvd设备的反应腔中，由电感耦合等离子体发生器(inductive coupled plasma emission spectrometer，icp)来产生并维持高密度的等离子体。
3.然而，在实际应用过程中，发现hdp-cvd设备在工艺过程中晶圆外缘背面和静电吸盘之间会出现电弧现象，容易使等离子体从空隙中进入，造成晶圆和静电吸盘的击穿，且同时还伴随着漏电流过大的问题。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供了一种等离子体处理装置及hdp-cvd设备，以解决漏电流过大和可能造成晶圆和静电吸盘被击穿的技术问题。
5.第一方面，本技术提供的等离子体处理装置，包括：
6.静电吸盘，所述静电吸盘的上方为与所述静电吸盘同轴设置的晶圆设置区，用于放置晶圆，所述晶圆设置区的外周部突出于所述静电吸盘的外周侧壁设置；和
7.环绕所述晶圆设置区的外周设置的聚焦环结构；
8.所述聚焦环结构包括第一环体部和突出于所述第一环体部的上表面的突出部，所述突出部靠近所述第一环体部相对远离所述晶圆设置区的一侧设置，所述突出部环绕所述晶圆设置区的所述外周部设置，所述第一环体部环绕所述静电吸盘的所述外周侧壁设置，所述晶圆设置区的所述外周部的底面和所述第一环体部的所述上表面之间留有第一空隙。
9.进一步的，所述突出部具有朝向所述晶圆设置区的所述外周部设置的第一侧壁，所述第一环体部具有朝向所述静电吸盘的所述外周侧壁设置的第二侧壁，所述第一侧壁的底边和所述第二侧壁的顶边由所述第一环体部的所述上表面连接设置，所述第二侧壁和至少部分所述上表面位于所述晶圆设置区的所述外周部的下方。
10.进一步的，所述晶圆设置区的所述外周部为其顶面和其所述底面逐渐向边缘方向倾斜收缩的结构，所述底面为倾斜面，所述第一空隙的最小值为0.1～0.33mm之间。
11.更进一步的，所述第二侧壁和所述静电吸盘的所述外周侧壁之间留有第二空隙，所述第二空隙为0.18～0.75mm之间。
12.更进一步的，所述第一侧壁的底边和所述外周部边缘之间留有第一间距，所述第一间距为0.2～1.2mm之间。
13.更进一步的，所述第一侧壁为由其所述底边到其顶边逐渐向上倾斜设置的倾斜侧壁，其倾斜角度为28
°
～90
°
之间。
14.进一步的，所述的等离子体处理装置还包括设置于所述聚焦环结构的下方、并环绕所述静电吸盘的所述外周侧壁设置的绝缘环结构；
15.所述绝缘环结构的顶面和所述第一环体部的底面之间留有第三空隙，所述第三空隙为0.05～0.31mm之间。
16.更进一步的，所述晶圆设置区的底面与所述静电吸盘的顶面之间设置有绝缘层结构；
17.所述绝缘层结构为陶瓷介电层；
18.所述绝缘环结构为陶瓷介电环。
19.进一步的，所述第一环体部的高度为2.5～5.8mm之间；和/或
20.所述突出部的顶面高于所述晶圆设置区的顶面，所述突出部的高度为0.5～3mm之间。
21.第二方面，本技术提供的hdp-cvd设备包括前述任一项所述的等离子体处理装置。
22.与现有技术相比，本技术提供的等离子体处理装置的用于放置晶圆的晶圆设置区的外周部的底面和聚焦环结构的第一环体部的上表面之间留有第一空隙。如此设置静电吸盘可充分将设置于晶圆设置区内的晶圆吸住，大大降低了电流泄漏，而且降低了静电吸盘的外圈流量和内圈流量，同时有效避免电弧现象发生，有效避免晶圆和静电吸盘的击穿。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本技术实施例所提供的等离子体处理装置的电路连接示意图；
25.图2为本技术实施例所提供的等离子体处理装置的部分结构示意图；
26.图3为本技术实施例所提供的调整第一空隙后的数据图；
27.图4为本技术实施例所提供的调整第一空隙后但未调整第二空隙前的数据图；
28.图5为本技术实施例所提供的调整第一空隙和第二空隙后的数据图。
29.附图标记：
30.10-等离子体；
31.20-晶圆设置区；
32.21-外周部；
33.30-静电吸盘；
34.31-冷却液管路；
35.311-冷却液入口；
36.312-冷却液出口；
37.40-聚焦环结构；
38.41-第一环体部；
39.411-上表面；
40.412-第二侧壁；
41.42-突出部；
42.421-第一侧壁；
43.50-绝缘环结构；
44.60-绝缘层结构；
45.71-第一空隙；
46.72-第二空隙；
47.73-第三空隙。
具体实施方式
48.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
49.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
50.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
51.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
52.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
53.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
54.下面结合附图，对本技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
55.本技术实施例提供了一种离子体处理装置及应用该离子体处理装置的hdp-cvd设备。如图1和图2所示，该离子体处理装置可包括提供磁场能量的等离子体10、位于等离子体10下方的用于放置晶圆的晶圆设置区20、静电吸盘30、环绕晶圆设置区20的外周设置的聚焦环结构40、及设置于聚焦环结构40的下方并环绕静电吸盘30的外周侧壁设置的绝缘环结
构50、以及位于晶圆设置区20的底面与静电吸盘30的顶面之间的绝缘层结构60，该静电吸盘30的上方为与静电吸盘30同轴设置的该晶圆设置区20，该绝缘环结构50具体可为陶瓷介电环，该绝缘层结构60具体可为陶瓷介电层，静电吸盘30内包括由冷却液入口311进入、从冷却液出口312流出的冷却液管路31。
56.前述晶圆设置区20的外周部21突出于前述静电吸盘30的外周侧壁设置，优选该外周部21为其顶面和其底面逐渐向边缘方向倾斜收缩的结构。前述聚焦环结构40可包括第一环体部41和突出于该第一环体部41的上表面411的突出部42，该突出部42靠近该第一环体部41相对远离前述晶圆设置区20的一侧设置，该突出部42具有朝向该晶圆设置区20的外周部21设置的第一侧壁421，该第一环体部41具有朝向该静电吸盘30的外周侧壁设置的第二侧壁412，该第一侧壁421的底边和该第二侧壁412的顶边由第一环体部41的上表面411连接设置，该第二侧壁412和至少部分该上表面411位于该晶圆设置区20的外周部21的下方。且该外周部21的底面和该第一环体部41的上表面411之间留有第一空隙71。如此设置静电吸盘30可充分将设置于晶圆设置区20内的晶圆吸住，大大降低了电流泄漏，而且降低了静电吸盘30的外圈流量和内圈流量，同时有效避免电弧现象发生，有效避免晶圆和静电吸盘的击穿。
57.如下表1所示，为未进行结构调整前对现有装置在三种情况下进行的内圈压力、外圈压力、内圈流量、外圈流量和漏电流的测试，其中，“内圈压力”指内圈冷却氦气的压力，“外圈压力”指外圈冷却氦气的压力，“内圈流量”指内圈冷却氦气的泄漏流量，“外圈流量”指外圈冷却氦气的泄漏流量，“torr”为一种真空压强单位，1torr相当于1毫米水银柱的压强，即133.322牛顿/平方米，“sccm”为一种体积流量单位的英文缩写，其英文全称为“standard cubic centimeter per minute”。从表1中可得知，该三种情况均保证是在内圈压力为5torr、外圈压力为7torr的同压力情况下进行，第一种情况为无晶圆，静电吸盘电压为0v的情况，发现现有装置的内圈流量高达13.5sccm，外圈流量高达23.8sccm，明显可看出静电吸盘的内圈泄漏流量和外圈泄漏流量均较多，需要找出原因并进行结构调整；第二种情况为晶圆通电，静电吸盘压力为-1100v的情况，发现现有装置的内圈流量仍高达13.6sccm，外圈流量仍高达24sccm，漏电流为0.2ma，说明有晶圆后，静电吸盘的泄漏流量有增无减；第三种情况为静电膜堵住静电吸盘表面气孔的情况，发现静电吸盘的内圈流量直降至2.2sccm，外圈流量直降至3.3sccm，达到合格标准水平；前述第二种情况和第三种情况对比后，可知现有装置的静电吸盘未吸住晶圆，使晶圆未盖住静电吸盘表面的气孔，导致流量及电流泄露，这样容易出现电弧现象，容易使等离子体从空隙中进入，造成晶圆和静电吸盘的击穿，“电弧现象”是一种气体放电现象，是电流通过某些绝缘介质(例如空气)所产生的瞬间火花。电弧现象的发生原因：触头金属表面因一次电子发射(热离子发射、场致发射或光电发射)导致电子逸出，间隙中气体原子或分子会因电离(碰撞电离、光电离和热电离)而产生电子和离子，电子或离子轰击发射表面又会引起二次电子发射，当间隙中离子浓度足够大时，间隙被电击穿而发生电弧。
58.表1
[0059][0060]
如图2至4所示，优选设置前述第一空隙71的最小值为0.1～0.33mm之间。从图3中可得知，如此设置后，施加静电吸盘1000v的压力，静电吸盘30的外圈流量降至6～9sccm左右之间，与现有装置的外圈流量高达23.8sccm或24sccm相比，该静电吸盘30的外圈流量大大减小；同时，静电吸盘30的内圈流量降至2.5sccm左右，与现有装置的内圈流量高达13.5sccm或13.6sccm相比，该静电吸盘30的内圈流量大大减小。从图4中可得知，如此设置后，静电吸盘30的泄漏电流基本在0.5ma以下，偶尔有不稳定的情况会达到1.3ma左右。说明设置第一空隙71的最小值为0.1～0.33mm之间，使静电吸盘30可充分吸住设置于晶圆设置区20内的晶圆，可大大降低静电吸盘30的内圈泄漏流量和外圈泄漏流量以及泄漏电流，同时有效避免电弧现象发生，有效避免晶圆和静电吸盘的击穿。
[0061]
进一步的，如图2和5所示，在前述聚焦环结构40的第一环体部41的第二侧壁412和前述静电吸盘30的外周侧壁之间留有第二空隙72，且优选该第二空隙为0.18～0.75mm之间。从图5中可得知，如此设置后，施加静电吸盘900v的压力(如曲线4)，静电吸盘30的外圈流量(如曲线1)降至3.3～4.5sccm之间，基本降至了上表1中“静电膜堵住静电吸盘表面气孔”的情况的流量值，同时，静电吸盘30的内圈流量(如曲线2)降至1.8sccm至2sccm之间，降至小于上表1中“静电膜堵住静电吸盘表面气孔”的情况的流量值，同时，静电吸盘30的漏电流(如曲线3)将至0.07ma～0.08ma之间，也远远小于泄漏电流的合格标准值0.5ma。各数据均达到甚至低于“静电膜堵住静电吸盘表面气孔”的情况下的值，说明晶圆已完全被静电吸盘30吸附住，静电吸盘30表面上的冷却氦气基本就没有从气孔中逸出，基本可以防止电弧现象发生，有效防止晶圆和静电吸盘30的击穿。
[0062]
一种优选的实施例是，如图2所示，前述绝缘环结构50的顶面和前述聚焦环结构40的第一环体部41的底面之间可留有第三空隙73，优选该第三空隙73为0.05～0.31mm之间。如此设置，可减少聚焦环结构40的传热，避免氧化物在聚焦环结构40的表面堆积。
[0063]
另一种优选的实施例是，如图2所示，前述聚焦环结构40的突出部42的第一侧壁421可为由其底边到其顶边逐渐向上倾斜设置的倾斜侧壁，其倾斜角度a可为28
°
～90
°
之间。这样可以有效避免工艺氧化物在晶圆设置区20的外周部21附近沉积，同时可不同程度的抑制设置于晶圆设置区20内的晶圆表面产生颗粒物。进一步的，在该第一侧壁421的底边和晶圆设置区20的外周部21边缘之间可留有第一间距l1，优选该第一间距l1为0.2～1.2mm
之间。可进一步有效防止工艺氧化物在晶圆设置区20的外周部21附近沉积，不同程度的抑制晶圆表面产生颗粒物。
[0064]
一种更具体的实施例是，如图2所示，前述聚焦环结构40的第一环体部41的高度可设置为2.5～5.8mm之间，优选聚焦环结构40的突出部42的顶面高于晶圆设置区20的顶面设置，突出部42的高度可设置为0.5～3mm之间。
[0065]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。