本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，具體地，涉及一種絕緣環(huán)、預清洗腔室及半導體加工設備。

背景技術：

預清洗技術已被廣泛地應用在半導體制備工藝中，特別是對于集成電路、硅穿孔等制造工藝。預清洗的目的是去除晶圓表面上的沾污和雜質，以有利于后續(xù)沉積工藝的有效進行，保證集成電路器件的整體性能。

常用的預清洗腔室通常采取電感耦合等離子體(icp)加工設備，其基本原理是利用射頻電源產生的高壓交變電場，將工藝氣體(例如氬氣、氦氣、氫氣和氧氣等)激發(fā)形成等離子體，該等離子體中具有高反應活性或高能量的離子，這些離子通過化學反應或物理轟擊作用，對工件表面進行雜質的去除。

圖1為現(xiàn)有的預清洗腔室的剖視圖。請參閱圖1，預清洗腔室由反應腔體1、環(huán)形支撐件2和穹頂狀的絕緣頂蓋4限定而成，在絕緣頂蓋4的外側環(huán)繞設置有線圈3，線圈3依次與第一匹配器5和第一射頻電源6電連接，用以激發(fā)預清洗腔室內的工藝氣體形成等離子體。而且，在預清洗腔室內還設置有用于承載晶片9的基座7，基座7依次與第二匹配器10和第二射頻電源11電連接，用以在晶片9上產生偏壓，從而吸引等離子體朝向晶片9運動，以去除晶片9表面上的雜質。此外，在基座7的邊緣處設置有絕緣環(huán)8，用以遮擋基座21的邊緣處和側面不被等離子體刻蝕。絕緣環(huán)8的具體結構如圖2所示，絕緣環(huán)8的上表面與晶片9的上表面基本平齊，這在實際應用中不可避免地存在以下問題：

如圖3所示，為采用現(xiàn)有的絕緣環(huán)進行工藝獲得的晶片徑向刻 蝕速率的分布圖?？v坐標為刻蝕速率，橫坐標為晶片徑向上的位置。由圖可知，晶片邊緣區(qū)域(a區(qū)域)的刻蝕速率明顯高于中心區(qū)域，這是因為分布在晶片9與基座7的邊緣相接觸的位置處的電場強度偏大，導致運動至基座7邊緣附近的離子的轟擊能量增大，從而造成晶片邊緣區(qū)域的刻蝕速率增大，從而影響了刻蝕均勻性，這種現(xiàn)象稱為邊緣電場效應。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題之一，提出了一種絕緣環(huán)、預清洗腔室及半導體加工設備，其可以降低晶片邊緣區(qū)域的刻蝕速率，從而可以減小晶片邊緣區(qū)域的刻蝕速率與晶片中心區(qū)域的刻蝕速率之間的差異，進而可以提高刻蝕均勻性。

為實現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供一種絕緣環(huán)，應用在預清洗腔室中，在所述預清洗腔室內設置有基座，所述基座包括用于承載晶片下表面的中心區(qū)域的第一承載面；所述絕緣環(huán)設置在所述基座上，且環(huán)繞在所述第一承載面的邊緣處，所述絕緣環(huán)包括環(huán)形本體，所述環(huán)形本體具有第二承載面和環(huán)形凸臺，其中，所述第二承載面與所述晶片下表面的邊緣區(qū)域相對設置；所述環(huán)形凸臺環(huán)繞在所述第二承載面邊緣處，且所述環(huán)形凸臺的上表面高于所述晶片的上表面。

優(yōu)選的，所述第二承載面為平面，且與所述晶片下表面的邊緣區(qū)域相接觸。

優(yōu)選的，所述環(huán)形凸臺的內周面與所述第二承載面相互垂直。

優(yōu)選的，所述環(huán)形凸臺的上表面與所述第二承載面之間的豎直間距的取值范圍在3～5mm。

優(yōu)選的，所述基座包括環(huán)形凹槽，所述環(huán)形凹槽設置在所述第一承載面的邊緣處；所述環(huán)形本體設置在所述環(huán)形凹槽上。

作為另一個技術方案，本發(fā)明還提供一種預清洗腔室，包括設置在其內的基座和絕緣環(huán)，所述基座包括用于承載晶片的承載面，所述絕緣環(huán)設置在所述基座上，且環(huán)繞在所述承載面的邊緣處；所述絕緣環(huán)采用了本發(fā)明提供的上述絕緣環(huán)。

作為另一個技術方案，本發(fā)明還提供一種半導體加工設備，包括預清洗腔室，在所述預清洗腔室的頂部設置有線圈，通過向所述線圈加載射頻功率，來激發(fā)所述預清洗腔室內的反應氣體形成等離子體，所述預清洗腔室采用本發(fā)明提供的上述預清洗腔室，并且，通過向所述基座加載射頻偏壓，而使所述等離子體朝向所述晶片運動。

優(yōu)選的，所述半導體加工設備包括物理氣相沉積設備。

優(yōu)選的，所述半導體加工設備包括等離子體刻蝕設備。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的絕緣環(huán)，其包括環(huán)形本體，該環(huán)形本體具有第二承載面和環(huán)形凸臺，其中，第二承載面與晶片下表面的邊緣區(qū)域相對設置，環(huán)形凸臺環(huán)繞在第二承載面邊緣處，且環(huán)形凸臺的上表面高于晶片的上表面。由于預清洗腔室中的離子與粒子相互碰撞之后，離子會以一定的散射角度運動，因此，通過使環(huán)形凸臺的上表面高于晶片的上表面，可以使環(huán)形凸臺有效地阻擋一部分散射角度的離子運動至晶片的邊緣處，從而可以減少運動至晶片的邊緣處的離子密度。這樣，即使分布在晶片邊緣處的電場強度偏大，但是由于運動至晶片的邊緣處的離子密度減小，晶片邊緣區(qū)域的刻蝕速率提高的程度也會降低，從而可以減小晶片邊緣區(qū)域的刻蝕速率與晶片中心區(qū)域的刻蝕速率之間的差異，進而可以提高刻蝕均勻性。

本發(fā)明提供的預清洗腔室，其通過采用本發(fā)明提供的絕緣環(huán)，可以降低晶片邊緣區(qū)域的刻蝕速率，從而可以減小晶片邊緣區(qū)域的刻蝕速率與晶片中心區(qū)域的刻蝕速率之間的差異，進而可以提高刻蝕均勻性。

本發(fā)明提供的半導體加工設備，其通過采用本發(fā)明提供的預清洗腔室，可以降低晶片邊緣區(qū)域的刻蝕速率，從而可以減小晶片邊緣區(qū)域的刻蝕速率與晶片中心區(qū)域的刻蝕速率之間的差異，進而可以提高刻蝕均勻性。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的預清洗腔室的剖視圖；

圖2為現(xiàn)有的絕緣環(huán)的剖視圖；

圖3為采用現(xiàn)有的絕緣環(huán)進行工藝獲得的晶片徑向刻蝕速率的分布圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的絕緣環(huán)的剖視圖；

圖5為分別采用現(xiàn)有的和本實施例提供的絕緣環(huán)進行工藝獲得的晶片徑向刻蝕速率的分布圖；以及

圖6為采用一種絕緣環(huán)進行工藝獲得的晶片徑向刻蝕速率的分布圖。

具體實施方式

為使本領域的技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖來對本發(fā)明提供的絕緣環(huán)、預清洗腔室及半導體加工設備進行詳細描述。

圖4為本發(fā)明實施例提供的絕緣環(huán)的剖視圖。請參閱圖4，絕緣環(huán)12應用在預清洗腔室(圖中未示出)中，該預清洗腔室用于采用刻蝕工藝去除晶片表面的雜質，其包括基座10，該基座10包括用于承載晶片11下表面的中心區(qū)域的第一承載面101，以及環(huán)形凹槽，該環(huán)形凹槽設置在第一承載面101的邊緣處。

絕緣環(huán)12包括環(huán)形本體，該環(huán)形本體設置在上述環(huán)形凹槽上，且環(huán)繞在第一承載面101的邊緣處，并且環(huán)形本體具有第二承載面121和環(huán)形凸臺122，其中，環(huán)形凸臺122環(huán)繞在第二承載面121邊緣處，且環(huán)形凸臺122的上表面高于晶片11的上表面。由于預清洗腔室中的離子與粒子相互碰撞之后，離子會以一定的散射角度運動，因此，通過使環(huán)形凸臺122的上表面高于晶片11的上表面，可以使環(huán)形凸臺122有效地阻擋一部分散射角度的離子運動至晶片11的邊緣處，如圖4所示，散射角度小于a°的離子會受到環(huán)形凸臺122的阻擋，而無法運動至晶片11的邊緣處。從而可以減少運動至晶片11的邊緣處的離子密度。這樣，即使分布在晶片邊緣處的電場強度偏大，但是由于運動至晶片11的邊緣處的離子密度減小，晶片邊緣區(qū)域的刻蝕速率提高的程度也會降低，從而可以減小晶片邊緣區(qū)域的刻蝕速率與晶 片中心區(qū)域的刻蝕速率之間的差異，進而可以提高刻蝕均勻性。

優(yōu)選的，環(huán)形凸臺122的上表面與第二承載面121之間的豎直間距h的取值范圍在3～5mm。通過實驗發(fā)現(xiàn)，采用在該范圍內的絕緣環(huán)進行工藝的刻蝕均勻性較好。如圖5所示，為分別采用現(xiàn)有的和本實施例提供的絕緣環(huán)進行工藝獲得的晶片徑向刻蝕速率的分布圖。縱坐標為刻蝕速率，橫坐標為晶片徑向上的位置。曲線一為采用現(xiàn)有的進行工藝獲得的晶片徑向刻蝕速率曲線；曲線二位采用本實施例提供的絕緣環(huán)進行工藝獲得的晶片徑向刻蝕速率曲線。通過對比發(fā)現(xiàn)，對于曲線一，晶片邊緣區(qū)域的刻蝕速率明顯高于中心區(qū)域，從而采用現(xiàn)有的絕緣環(huán)進行工藝的刻蝕均勻性較差。對于曲線二，晶片邊緣區(qū)域的刻蝕速率與晶片中心區(qū)域的刻蝕速率之間的差異較小，從而采用本實施例提供的絕緣環(huán)進行工藝的刻蝕均勻性。

但是，若豎直間距h高于6mm，如圖6所示，為采用豎直間距h高于6mm的絕緣環(huán)進行工藝獲得的晶片徑向刻蝕速率曲線。晶片邊緣區(qū)域的刻蝕速率會低于晶片中心區(qū)域的刻蝕速率，刻蝕均勻性較差。

另外，第二承載面121優(yōu)選為平面，且與晶片11下表面的邊緣區(qū)域相對接觸，從而可以使晶片11的整個下表面均被置于平面上，從而可以避免晶片11的下表面被等離子體刻蝕。進一步優(yōu)選的，環(huán)形凸臺122的內周面123與第二承載面121相互垂直，這可以加強環(huán)形凸臺122阻擋離子運動至晶片11下表面的邊緣處的作用，從而可以進一步避免晶片11的下表面被等離子體刻蝕。

作為另一個技術方案，本發(fā)明實施例還提供一種預清洗腔室，其優(yōu)選采用感應耦合的方式激發(fā)形成等離子體。該預清洗腔室包括設置在其內的基座和絕緣環(huán)，其中，基座包括用于承載晶片的承載面，絕緣環(huán)設置在基座上，且環(huán)繞在該承載面的邊緣處。并且，絕緣環(huán)采用了本發(fā)明實施例提供上述絕緣環(huán)。

本發(fā)明實施例提供的預清洗腔室，其通過采用本發(fā)明實施例提供的上述絕緣環(huán)，可以降低晶片邊緣區(qū)域的刻蝕速率，從而可以減小晶片邊緣區(qū)域的刻蝕速率與晶片中心區(qū)域的刻蝕速率之間的差異，進 而可以提高刻蝕均勻性。

作為另一個技術方案，本發(fā)明實施例還提供的一種半導體加工設備，其包括預清洗腔室，在該預清洗腔室的頂部設置有線圈，通過向該線圈加載射頻功率，來激發(fā)預清洗腔室內的反應氣體形成等離子體。而且，預清洗腔室采用本發(fā)明實施例提供的上述預清洗腔室，并且通過向該預清洗腔室內的基座加載射頻偏壓，而使等離子體朝向晶片運動，以去除晶片表面上的雜質。上述半導體加工設備可以應用在物理氣相沉積設備或者等離子體刻蝕設備等的具備預清洗腔室的設備。

本發(fā)明實施例提供的半導體加工設備，其通過采用本發(fā)明實施例提供的預清洗腔室，可以降低晶片邊緣區(qū)域的刻蝕速率，從而可以減小晶片邊緣區(qū)域的刻蝕速率與晶片中心區(qū)域的刻蝕速率之間的差異，進而可以提高刻蝕均勻性。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發(fā)明的保護范圍。