半导体工艺设备及其工艺腔室的制作方法

1.本技术涉及半导体加工技术领域，具体而言，本技术涉及一种半导体工艺设备及其工艺腔室。

背景技术：

2.目前，等离子体增强型原子层沉积工艺(plasma enhancedatomic layer deposition，peald)是在原子层沉积工艺(atomic
3.layer deposition，ald)的基础上增加射频，产生等离子体作为反应前驱体的一种方式，通过产生等离子体以产生高能量的原子离子分子来参与反应，使较难单纯通过温度断开的si-x(x一般为碳或氮)键得以容易断开参与反应。peald除了具备一般ald反应所具有的自限制反应、共形性和薄膜厚度均匀性好等优点外，还能够降低沉积所需的温度，提高薄膜沉积质量等优点。
4.现有技术中，peald应用于具有较高薄膜致密度的高温氧化硅(hto)薄膜的沉积，以及高质量氧化硅(hq)和间隔层(spacer)工艺，因此不仅需要较高的基座温度，还需要上电极组件具有较高的温度。为防止在工艺腔室及匀流罩过多的沉积薄膜，因此要求工艺腔室和匀流罩也需要具有较高的温度。现有技术中通常在上电极组件的在上方设置金属材质的加热板，以用于对匀流罩进行加热。但是由于加热板设置于上电极组件上方，因此加热板会分走一定的射频功率，导致需要更高射频电压才能达到预期薄膜质量，从而造成射频电压大量损耗，并且容易影响薄膜沉积质量；并且当工艺腔室为多腔结构时，加热板还会造成各上电极组件在相同射频电压下，各晶圆工艺结果不一致的问题。

技术实现要素：

5.本技术针对现有方式的缺点，提出一种半导体工艺设备及其工艺腔室，用以解决现有技术存在的射频功率浪费、薄膜沉积质量不佳以及多个晶圆工艺结果不一致的技术问题。
6.第一个方面，本技术实施例提供了一种半导体工艺设备的工艺腔室，包括：腔体结构、上电极组件及加热组件；所述上电极组件包括背板及匀流罩，所述背板盖合于所述腔体结构的顶端，用于连接射频电源以向所述腔体结构内馈入射频功率；所述匀流罩位于所述背板的下方；所述匀流罩的边缘设置有环形凸台，所述环形凸台与所述背板贴合设置；所述加热组件位于所述背板的上方，且与所述背板贴合设置，所述加热组件包括有保温层、加热层及绝缘层，所述加热层位于所述保温层及所述绝缘层之间，所述绝缘层位于所述加热层朝向所述背板的一侧，所述加热层通过所述绝缘层及所述背板将热量传导至所述匀流罩上，以用于对所述匀流罩进行加热。
7.于本技术的一实施例中，所述加热组件还包括有绝缘材质的粘合层及固定层，两个所述粘合层分别设置于所述保温层及所述绝缘层相对的侧面上，两个所述固定层分别位于所述加热层的两侧，并且位于两个所述粘合层之间，所述固定层用于固定所述加热层。
8.于本技术的一实施例中，所述加热层为排布于两个所述固定层之间的加热丝。
9.于本技术的一实施例中，所述加热层为与所述环形凸台相对设置的环形结构，并且所述加热层的环形结构在所述背板的径向上具有第一宽度，所述环形凸台在所述背板的径向上具有第二宽度，所述第一宽度大于所述第二宽度。
10.于本技术的一实施例中，所述绝缘层为扇形结构的绝缘板，多个所述绝缘板沿所述背板的周向均匀且间隔排布。
11.于本技术的一实施例中，所述加热层的加热丝排布为弯折状，包括远离所述扇形结构的弧心的第一加热段、靠近所述扇形结构的弧心的第二加热段，以及连接所述第一加热段和所述第二加热段的第三加热段。
12.于本技术的一实施例中，所述绝缘层为圆环形结构的绝缘板，所述绝缘板的周向开设有缺口，用于裸露所述背板的部分顶面，以使所述背板与所述射频电源连接。
13.于本技术的一实施例中，所述加热层的加热丝排布为星形状，并且与圆环形结构的所述绝缘板边缘配合弯折。
14.于本技术的一实施例中，所述绝缘层为氮化铝材质或者氧化铝材质制成。
15.于本技术的一实施例中，所述粘合层为硅橡胶，所述固定层为聚酰亚胺材质。
16.第二个方面，本技术实施例提供了一种半导体工艺设备，包括如第一个方面提供的工艺腔室，并且所述工艺腔室为多个。
17.本技术实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：
18.本技术实施例通过在加热层与背板之间设置有绝缘层，并且加热层通过绝缘层及背板向匀流罩传导热量，以实现对匀流罩进行加热。采用上述设计，能避免加热层与背板之间形成电容而消耗射频功率，以降低加载到背板上的射频功率，从而不仅能有效减少射频功率损耗以降低应用成本，而且还能提高薄膜沉积的质量。由于工艺腔室的每个腔体结构上均设置有上电极组件及加热组件，还能避免两个腔体结构频功率具有电压差，从而提高各晶圆在相同射频功率时工艺结果的一致性，进而在降低功耗的同时，还能进一步提高晶圆的工艺良率。
19.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
20.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
21.图1为本技术实施例提供的一种工艺腔室的剖视结构示意图；
22.图2为本技术实施例提供的一种加热组件的剖视结构示意图；
23.图3a为本技术实施例提供的一种匀流罩的俯视结构示意图；
24.图3b为本技术实施例提供的一种匀流罩的剖视结构示意图；
25.图4为本技术实施例提供的一种绝缘板的结构示意图；
26.图5为本技术实施例提供的另一种绝缘板的结构示意图。
具体实施方式
27.下面详细描述本技术，本技术的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本技术的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能解释为对本技术的限制。
28.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
29.下面以具体地实施例对本技术的技术方案以及本技术的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
30.本技术实施例提供了一种半导体工艺设备的工艺腔室，该工艺腔室的结构示意图如图1及图2所示，包括：腔体结构1、上电极组件2及加热组件3；上电极组件2包括背板21及匀流罩22，背板21盖合于腔体结构1的顶端，用于连接射频电源(图中未示出)以向腔体结构1内馈入射频功率；匀流罩22位于背板21的下方，匀流罩22的边缘设置有环形凸台，环形凸台与背板21的底面贴合设置；加热组件3位于背板21的上方，且与背板21贴合设置，加热组件3包括有保温层31、加热层32及绝缘层33，加热层32位于保温层31及绝缘层33之间，绝缘层33位于加热层32朝向背板21的一侧，加热层32通过绝缘层33及背板21将热量传导至匀流罩22上，以用于对匀流罩22进行加热。
31.如图1及图2所示，半导体工艺设备用于对晶圆执行等离子体增强型原子层沉积工艺、原子层沉积工艺或者化学气相沉积工艺，但是本技术实施实施例并不以此为限，只要半导体工艺设备中涉及到加热板使用，均可以采用本技术实施例中的工艺腔室。工艺腔室可以包括两个并列设置的腔体结构1，每个腔体结构1上均设置有上电极组件2及加热组件3，以使两个腔体结构1内均形成容置空间，以用分别容置晶圆并执行工艺。上电极组件2包括有金属材质的背板21，背板21盖合于腔体结构1上，并且能连接至射频电源，以用于向腔体结构1内馈入射频功率。匀流罩22可以为套筒结构，其设置于腔体结构1内，并且位于背板21的下方。匀流罩22的边缘具有环形凸台，该环形凸台能与背板21的底面顶抵接触，匀流罩22的底板用于过滤等离子体。加热组件3包括有自上至下依次层叠的保温层31、加热层32及绝缘层33，并且绝缘层33层叠设置于背板21上，加热层32通过绝缘层33及背板21将热量传导至匀流罩22上，为了使绝缘层33能较好的传导热量，绝缘层33可以采用导热性能较好氮化铝等陶瓷材质制成，但是本技术实施例并不限定绝缘层33的具体材质，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
32.本技术实施例通过在加热层与背板之间设置有绝缘层，并且加热层通过绝缘层及背板向匀流罩传导热量，以实现对匀流罩进行加热。采用上述设计，能避免加热层与背板之间形成电容而消耗射频功率，以降低加载到背板上的射频功率，从而不仅能有效减少射频功率损耗以降低应用成本，而且还能提高薄膜沉积的质量。由于工艺腔室的每个腔体结构上均设置有上电极组件及加热组件，还能避免两个腔体结构频功率具有电压差，从而提高各晶圆在相同射频功率时工艺结果的一致性，进而在降低功耗的同时，还能进一步提
高晶圆的工艺良率。
33.需要说明的是，本技术实施例并不限定工艺腔室包括的腔体结构1数量，例如腔体结构1的数量可以两个以上或以上。因此本技术实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
34.于本技术的一实施例中，如图1及图2所示，加热组件3还包括有绝缘材质的粘合层34及固定层35，两个粘合层34分别设置于保温层31及绝缘层33相对的侧面上，两个固定层35分别位于加热层32的两侧，并且位于两个粘合层34之间，固定层35用于固定加热层32。可选地，加热层32为排布于两个固定层35之间的加热丝。
35.如图1及图2所示，加热组件3还包括有绝缘材质制成的粘合层34及固定层35，其中保温层31的底面上设置有一个粘合层34，而绝缘层33的顶面上则设置有一个粘合层34，即两个粘合层34分别设置于保温层31及绝缘层33相对的侧面上。两个固定层35均位于两个粘合层34之间，即两个固定层35分别固定于两个粘合层34上，而加热层32则位于两个固定层35之间。采用上述设计，不仅能便于将加热层32固定于保温层31及绝缘层33之间，而且由于粘合层34及固定层35均采用绝缘材质，还能进一步避免加热层32与背板21之间形成电容，从而进一步降低射频功率的损耗，以进一步的降低应用成本。进一步的，加热层32可以采用加热丝排布于固定层35上，然后再将加热层32与固定层35的组合体固定于两个粘合层34之间，可以避免加热层32直接排布于粘合层34上导致变形，从而提高加热层32的温度均匀性，并且还能降低本技术实施的拆装维护成本。
36.于本技术的一实施例中，如图1至图3b所示，加热层32为与环形凸台222相对设置的环形结构，并且加热层32的环形结构在背板21的径向上具有第一宽度，环形凸台222在背板21的径向上具有第二宽度，第一宽度大于第二宽度。
37.如图1至图3b所示，匀流罩22的包括底板221及位于底板221周缘的环形凸台222，环形凸台222顶面与背板21的底面接触，以与背板21底面之间形成环形接触面。加热层32的热量主要由固定层35、绝缘层33及背板21传导至匀流罩22的环形凸台222上，因此只在环形凸台222的上方进行加热，也能够保证匀流罩22的温度。基于上述考虑，加热层32可以设置为与环形凸台222相对设置环形结构，以使加热层32位于环形凸台222的上方，并且加热层32的环形结构在背板21的径向上具有第一宽度，即加热层32的内径与外径之间具有第一宽度；环形凸台222与背板21之间的环形接触面在背板21的径向上具有第二宽度，即环形凸台222的内径与外径之间具有第二宽度，例如该第二宽度可以设置为16毫米，然后将第一宽度设置为18毫米，即第一宽度大于第二宽度。采用上述设计，由于仅设置环形结构的加热层32，不仅能确保匀流罩22的加热效率，而且能大幅降低加热层32的应用及维护成本，并且还能进一步降低射频功率的损耗。但是本技术实施例并不限定加热层32的排布形状，只要加热层32能覆盖于匀流罩22的环形凸台222的上方即可。因此本技术实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
38.于本技术的一实施例中，如图1至图4所示，绝缘层33为扇形结构的绝缘板331，多个绝缘板331沿背板21的周向均匀且间隔排布。可选地，加热层32的加热丝排布为弯折状，包括远离扇形结构的弧心的第一加热段、靠近扇形结构的弧心的第二加热段，以及连接第一加热段和第二加热段的第三加热段，以提高加热的均匀性。
39.如图1至图4所示，绝缘层33可以包括有四个扇形结构的绝缘板331，四个绝缘板
331沿背板21的周向均匀且间隔排布，以构成圆环形的绝缘层33，绝缘层33中部区域可以供工艺管路与背板21连接，任意两相邻的绝缘板331之间的间隔可供射频电源向背板21馈入射频。进一步的，粘合层34、固定层35、加热层32及保温层31均与绝缘层33的形状对应设置，以用于为工艺管路及射频电源预留空间。采用上述设计，使得本技术实施例结构简单，不仅能够节省空间占用，而且还便于对现有工艺腔室进行改造，从而大幅降低应用及维护成本的同时，进而大幅提高本技术实施例的适用性及适用范围。结合参照图4所示，加热层32的加热丝可以呈弯折状排布于扇形结构的绝缘板331的上半部分，以用于与绝缘板331的形状对应设置，多个绝缘板331构成圆环形结构的绝缘层33时，也构成了圆环形的加热层32。进一步的，加热层32采用加热丝均匀排布形成，并且加热丝的具体排布方式如图4所示，但是本技术实施例并不以此为限。加热层32最顶部至最底部的尺寸可以为第一宽度，以保证与匀流罩22的加热效果。
40.需要说明的是，本技术实施例并不限定绝缘板331的具体数量，例如绝缘板331的数量可以为四个以上或以下。因此本技术实施例并不以此为限，本领域技术人员可根据实际情况自行调整设置。
41.于本技术的一实施例中，如图1、图2及图5所示，绝缘层33为圆环形结构的绝缘板331，绝缘板331的周向开设有缺口332，用于裸露背板21的部分顶面，以使背板21与射频电源连接。可选地，加热层32的加热丝排布为星形状，并且与圆环形结构的绝缘板331边缘配合弯折，以提高加热的均匀性。
42.如图1至图3b、图5所示，由于对匀流罩22进行加热时，只需要加热匀流罩22与背板21的接触面，即对匀流罩22的环形凸台222进行加热即可，因此绝缘层33可以采用一整个圆环形结构的绝缘板331制成，该绝缘板331的内径与外径之间可以具有第一宽度，以便于覆盖匀流罩22的环形凸台222顶端区域，并且绝缘板331厚度可以大于5毫米，但是本技术实施例并不以此为限。绝缘板331的周向上开设有缺口332，用于供射频电源向背板21馈入射频，以及绝缘板331的中空部分可供工艺管路与背板21连接。进一步的，粘合层34、固定层35、加热层32及保温层31均与绝缘层33的形状对应设置，以用于为工艺管路及射频电源预留空间。采用上述设计，使得本技术实施例的加热组件3结构简单易用，从而大幅提高拆装维护效率，并且还便于对现有工艺腔室进行改造，进而大幅提高本技术实施例的适用性及适用范围。进一步的，加热层32采用两根加热丝排布为弯折状，并且沿圆环形结构的绝缘板周向延伸设置，两根加热丝之间具有一定的间距(间距例如大于2毫米)，并且使两根加热丝对称且均匀分布，具体参照如图5所示。加热层32采用上述设计，使得匀流罩22和背板21接触面温度均匀性较佳，从而提高匀流罩22整体的温度均匀性，进而提高晶圆的工艺良率。
43.于本技术的一实施例中，如图1及图2所示，绝缘层33为氮化铝材质或者氧化铝材质制成。可选地，绝缘层33的厚度为大于等于9毫米。具体来说，绝缘层33可以采用氮化铝或氧化铝等陶瓷材质制成，并且绝缘层33的厚度可以设置为大于等于9毫米。由于上述材质具有良好的导热性能，其导热系数可以达到150w/mk，与铝合金材质的导热系数相当，因此绝缘层33不仅不会影响加热组件3整体的导热性能，而且还能有效减少射频功率的损失。于本技术的一实施方式中，对两个腔体结构1上的上电极组件2均施加200w的射频功率，左侧的上电极组件2的电压能够达到434v，而右侧的上电极组件2的电压能够达到444v。由此可见，设置绝缘层33能大幅降低射频功率的损耗，从而不仅提高了上电极组件2的电压，以降低射
频功率的损耗；而且能将两个上电极组件2的射频功率电压差缩小，从而提高了两个腔体结构1的薄膜沉积的一致性。但是本技术实施例并不限定具体工艺参数，本领域技术人员可以实际情况自行调整设置。
44.于本技术的一实施例中，如图1及图2所示，粘合层34为硅橡胶，固定层35为聚酰亚胺材质。可选地，固定层35的厚度为大于等于0.2毫米。具体来说，粘合层34可以采用硅橡胶制成，以用于粘合固定层35。固定层35则可以采用聚酰亚胺材质，由于其自身具有一定粘性，加热层32的加热丝可以排布在固定层35的表面上，然后再贴到粘合层34上，从而避免加热丝直接排布于粘合层34上导致变形。由于聚酰亚胺材质是良好的绝缘材质，其介电常数为4，加强了背板21与加热层32之间的绝缘性。固定层35的厚度可以设置为大于等于0.2毫米，不仅有利于加热层32的加热丝排布，而且还能进一步增强背板21与加热层32之间绝缘性能，从而在保证加热性能的同时，减少了射频功率的损失。由于多个腔体结构1上均设置有加热组件3，由此还能提高射频电源与多个上电极组件2之间的匹配性。
45.基于同一构思，本技术实施例提供了一种半导体工艺设备，包括如上述各实施例提供的工艺腔室，并且工艺腔室为多个。
46.应用本技术实施例，至少能够实现如下有益效果：
47.本技术实施例通过在加热层与背板之间设置有绝缘层，并且加热层通过绝缘层及背板向匀流罩传导热量，以实现对匀流罩进行加热。采用上述设计，能避免加热层与背板之间形成电容而消耗射频功率，以降低加载到背板上的射频功率，从而不仅能有效减少射频功率损耗以降低应用成本，而且还能提高薄膜沉积的质量。由于工艺腔室的每个腔体结构上均设置有上电极组件及加热组件，还能避免两个腔体结构频功率具有电压差，从而提高各晶圆在相同射频功率时工艺结果的一致性，进而在降低功耗的同时，还能进一步提高晶圆的工艺良率。
48.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型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实用新型的保护范围。
49.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
50.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
51.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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实用新型中的具体含义。
52.以上所述仅是本技术的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。

技术特征：

1.一种半导体工艺设备的工艺腔室，其特征在于，包括：腔体结构、上电极组件及加热组件；所述上电极组件包括背板及匀流罩，所述背板盖合于所述腔体结构的顶端，用于连接射频电源以向所述腔体结构内馈入射频功率；所述匀流罩位于所述背板的下方；所述匀流罩的边缘设置有环形凸台，所述环形凸台与所述背板贴合设置；所述加热组件位于所述背板的上方，且与所述背板贴合设置，所述加热组件包括有保温层、加热层及绝缘层，所述加热层位于所述保温层及所述绝缘层之间，所述绝缘层位于所述加热层朝向所述背板的一侧，所述加热层通过所述绝缘层及所述背板将热量传导至所述匀流罩上，以用于对所述匀流罩进行加热。2.如权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述加热组件还包括有绝缘材质的粘合层及固定层，两个所述粘合层分别设置于所述保温层及所述绝缘层相对的侧面上，两个所述固定层分别位于所述加热层的两侧，并且位于两个所述粘合层之间，所述固定层用于固定所述加热层。3.如权利要求2所述的工艺腔室，其特征在于，所述加热层为排布于两个所述固定层之间的加热丝。4.如权利要求2所述的工艺腔室，其特征在于，所述加热层为与所述环形凸台相对设置的环形结构，并且所述加热层的环形结构在所述背板的径向上具有第一宽度，所述环形凸台在所述背板的径向上具有第二宽度，所述第一宽度大于所述第二宽度。5.如权利要求3所述的工艺腔室，其特征在于，所述绝缘层为扇形结构的绝缘板，多个所述绝缘板沿所述背板的周向均匀且间隔排布。6.如权利要求5所述的工艺腔室，其特征在于，所述加热层的加热丝排布为弯折状，包括远离所述扇形结构的弧心的第一加热段、靠近所述扇形结构的弧心的第二加热段，以及连接所述第一加热段和所述第二加热段的第三加热段。7.如权利要求3所述的工艺腔室，其特征在于，所述绝缘层为圆环形结构的绝缘板，所述绝缘板的周向开设有缺口，用于裸露所述背板的部分顶面，以使所述背板与所述射频电源连接。8.如权利要求7所述的工艺腔室，其特征在于，所述加热层的加热丝排布为星形状，并且与圆环形结构的所述绝缘板边缘配合弯折。9.如权利要求1至8的任一所述的工艺腔室，其特征在于，所述绝缘层为氮化铝材质或者氧化铝材质制成。10.如权利要求2至8的任一所述的工艺腔室，其特征在于，所述粘合层为硅橡胶，所述固定层为聚酰亚胺材质。11.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括如权利要求1至10的任一所述的工艺腔室，并且所述工艺腔室为多个。

技术总结

本申请实施例提供了一种半导体工艺设备及其工艺腔室。该工艺腔室包括：腔体结构、上电极组件及加热组件；上电极组件包括背板及匀流罩，背板盖合于腔体结构的顶端，用于连接射频电源以向腔体结构内馈入射频功率；匀流罩位于底板的下方，匀流罩的环形凸台与背板的底面贴合设置；加热组件包括有保温层、加热层及绝缘层，加热层位于保温层及绝缘层之间，绝缘层叠置于背板上，加热层通过绝缘层及背板将热量传导至匀流罩上，以用于对匀流罩进行加热。本申请实施例能避免加热层与背板之间形成电容而消耗射频功率，以降低加载到背板上的射频功率，从而不仅能有效减少射频功率损耗以降低应用成本，而且还能提高薄膜沉积的质量。而且还能提高薄膜沉积的质量。而且还能提高薄膜沉积的质量。