Pg电子游戏：一种晶圆的电弧抑制方法及半导体设备
(71)申请人北京北方华创微电子装备有限公司地址100176北京市大兴区经济技术开发
本申请公开了一种晶圆的电弧抑制方法及半导体设备,在主工艺阶段的下射频电源开启之前和/或在主工艺阶段的下射频电源关闭之后,向反应腔室内通入非工艺气体,按照预设的开启时间设定策略,开启下射频电源,以使下射频电源将反应腔室内的非工艺气体激发形成等离子体,使晶圆的电势趋近于0,按照预设的接地时间设定策略,将下电极的基体接地,以使下电极基体的电势趋近于0。可见,本申请可降低工艺的吸附/解吸附过程中因ESC电压的变化对晶圆和下电极基体电势产生的影响,从而减小了晶圆和下电极之间的电势差,达到最小化或消除晶圆上电弧的效果,进而有效减少了因晶圆电弧放电对晶圆造成的损伤,提高了有效晶圆的产量。
1.一种晶圆的电弧抑制方法,应用于半导体设备,所述半导体设备包括,反应腔室、设于所述反应腔室内的下电极及馈电至所述下电极的下射频电源和静电吸附电源,其特征在于,在主工艺阶段的所述下射频电源开启之前和/或在主工艺阶段的所述下射频电源关闭之后,所述电弧抑制方法包括,
按照预设的开启时间设定策略,开启所述下射频电源,以使所述下射频电源将所述反应腔室内的所述非工艺气体激发形成等离子体,使所述反应腔室内的晶圆的电势趋近于0,
按照预设的接地时间设定策略,将所述下电极的基体接地,以使所述下电极基体的电势趋近于0。
2.如权利要求1所述的电弧抑制方法,其特征在于,在主工艺阶段的所述下射频电源开启之前,所述按照预设的开启时间设定策略,开启所述下射频电源,包括,
在所述静电吸附电源向所述下电极施加所述正向电压之后,将所述下射频电源关闭。
3.如权利要求2所述的电弧抑制方法,其特征在于,所述下射频电源的开启时刻与所述正向电压的上升沿时刻之间的时间间隔为2‑3s,所述下射频电源的关闭时刻与所述正向电压的上升沿时刻之间的时间间隔为2‑3s。
4.如权利要求1所述的电弧抑制方法,其特征在于,在主工艺阶段的所述下射频电源开启之前,所述按照预设的接地时间设定策略,将所述下电极的基体接地,包括,
在所述静电吸附电源向所述下电极施加正向电压之前,将所述下电极的基体接地,
在所述静电吸附电源向所述下电极施加所述正向电压之后,将所述下电极的基体接地断开。
5.如权利要求4所述的电弧抑制方法,其特征在于,所述下电极基体的接地断开时刻与所述正向电压的上升沿时刻之间的时间间隔为2‑3s。
6.如权利要求1所述的电弧抑制方法,其特征在于,在主工艺阶段的所述下射频电源关闭之后,所述按照预设的开启时间设定策略,开启所述下射频电源,包括,
在将所述静电吸附电源向所述下电极施加的正向电压撤离归零之前,将所述下射频电源开启,
在将所述静电吸附电源向所述下电极施加的反向电压撤离归零之后,将所述下射频电源关闭。
7.如权利要求6所述的电弧抑制方法,其特征在于,所述下射频电源的开启时刻与所述正向电压的撤离归零时刻之间的时间间隔为2‑3s,所述下射频电源的关闭时刻与所述反向电压的撤离归零时刻之间的时间间隔为2‑3s。
8.如权利要求1所述的电弧抑制方法,其特征在于,在主工艺阶段的所述下射频电源关闭之后,所述按照预设的接地时间设定策略,将所述下电极的基体接地,包括,
在将所述静电吸附电源向所述下电极施加的正向电压撤离归零之前,将所述下电极的基体接地。
9.如权利要求8所述的电弧抑制方法,其特征在于,所述下电极基体的接地时刻与所述正向电压的撤离归零时刻之间的时间间隔为2‑3s。
10.如权利要求1‑9任一项所述的电弧抑制方法,其特征在于,所述下射频电源包括,HF
按照预设的开启时间设定策略,开启所述HF下射频电源,其中,所述HF下射频电源的工作频率为30‑50MHz。
11.如权利要求10所述的电弧抑制方法,其特征在于,所述非工艺气体的流量为400‑600sccm。
设于所述反应腔室内的下电极,所述下电极分别与下射频电源和静电吸附电源连接,
控制器,所述控制器采用如权利要求1‑11任一项所述的晶圆的电弧抑制方法抑制所述晶圆上的电弧。
[0001]本申请涉及半导体工艺领域,尤其涉及一种晶圆的电弧抑制方法及半导体设备。
[0002]请参照图1,图1为现有技术中的一种晶圆工艺过程中不同阶段的示意图。图1中,ESC电压表示ESC电源(静电吸附电源,即向下电极施加直流电压的电源)的设定电压,①表示吸附(chuck)开始阶段,②表示主工艺阶段,③表示吸附结束阶段,④表示解吸附(de‑chuck)阶段。
[0003]在不同阶段,晶圆和下电极基体的电势随ESC电压的变化情况也有所变化,晶圆和下电极基体的电势的变化情况如图2所示。从图2可以看出,在ESC电压发生变化的区域,晶圆和下电极基体的电势变化明显,这会导致晶圆和下电极之间存在较大的电势差,从而引起晶圆局部发热,最终导致晶圆上产生电弧放电,而晶圆电弧放电可能会使晶圆的部分或全部受到不可修复的损坏,从而降低了有效晶圆的产量。
[0004]本申请的目的是提供一种晶圆的电弧抑制方法及半导体设备,可降低工艺的吸附/解吸附过程中因ESC电压的变化对晶圆和下电极基体电势产生的影响,从而减小了晶圆和下电极之间的电势差,达到最小化或消除晶圆上电弧的效果,进而有效减少了因晶圆电弧放电对晶圆造成的损伤,提高了有效晶圆的产量。
[0005]为解决上述技术问题,本申请提供了一种晶圆的电弧抑制方法,应用于半导体设备,所述半导体设备包括,反应腔室、设于所述反应腔室内的下电极及馈电至所述下电极的下射频电源和静电吸附电源,在主工艺阶段的所述下射频电源开启之前和/或在主工艺阶段的所述下射频电源关闭之后,所述电弧抑制方法包括,
[0007] 按照预设的开启时间设定策略,开启所述下射频电源,以使所述下射频电源将所述反应腔室内的所述非工艺气体激发形成等离子体,使所述反应腔室内的晶圆的电势趋近于0,
[0008] 按照预设的接地时间设定策略,将所述下电极的基体接地,以使所述下电极基体的电势趋近于0。
[0009] 可选地,在主工艺阶段的所述下射频电源开启之前,所述按照预设的开启时间设定策略,开启所述下射频电源,包括,
[0010] 在所述静电吸附电源向所述下电极施加正向电压之前,将所述下射频电源开启,
[001 1] 在所述静电吸附电源向所述下电极施加所述正向电压之后,将所述下射频电源关闭。
[0012] 可选地,所述下射频电源的开启时刻与所述正向电压的上升沿时刻之间的时间间隔为2‑3s,所述下射频电源的关闭时刻与所述正向电压的上升沿时刻之间的时间间隔为2‑
[0013] 可选地,在主工艺阶段的所述下射频电源开启之前,所述按照预设的接地时间设定策略,将所述下电极的基体接地,包括,
[0014] 在所述静电吸附电源向所述下电极施加正向电压之前,将所述下电极的基体接地,
[0015] 在所述静电吸附电源向所述下电极施加所述正向电压之后,将所述下电极的基体接地断开。
[0016] 可选地,所述下电极基体的接地断开时刻与所述正向电压的上升沿时刻之间的时间间隔为2‑3s。
[0017] 可选地,在主工艺阶段的所述下射频电源关闭之后,所述按照预设的开启时间设定策略,开启所述下射频电源,包括,
[0018] 在将所述静电吸附电源向所述下电极施加的正向电压撤离归零之前,将所述下射频电源开启,
[0019] 在将所述静电吸附电源向所述下电极施加的反向电压撤离归零之后,将所述下射频电源关闭。
[0020] 可选地,所述下射频电源的开启时刻与所述正向电压的撤离归零时刻之间的时间间隔为2‑3s,所述下射频电源的关闭时刻与所述反向电压的撤离归零时刻之间的时间间隔为2‑3s。
[0021] 可选地,在主工艺阶段的所述下射频电源关闭之后,所述按照预设的接地时间设定策略,将所述下电极的基体接地,包括,
[0022] 在将所述静电吸附电源向所述下电极施加的正向电压撤离归零之前,将所述下电极的基体接地。
[0023] 可选地,所述下电极基体的接地时刻与所述正向电压的撤离归零时刻之间的时间间隔为2‑3s。
[0024] 可选地,所述下射频电源包括,HF下射频电源和LF下射频电源,
[0025] 所述按照预设的开启时间设定策略,开启所述下射频电源,包括,
[0026] 按照预设的开启时间设定策略,开启所述HF下射频电源,其中,所述HF下射频电源的工作频率为30‑50MHz。
[0031] 设于所述反应腔室内的下电极,所述下电极分别与下射频电源和静电吸附电源连接,
[0032] 控制器,所述控制器采用上述任一种晶圆的电弧抑制方法抑制所述晶圆上的电弧。
[0033] 本申请提供了一种晶圆的电弧抑制方法,在主工艺阶段的下射频电源开启之前和/或在主工艺阶段的下射频电源关闭之后,向反应腔室内通入非工艺气体,按照预设的开启时间设定策略,开启下射频电源,以使下射频电源将反应腔室内的非工艺气体激发形成
等离子体,使晶圆的电势趋近于0,按照预设的接地时间设定策略,将下电极的基体接地,以使下电极基体的电势趋近于0。可见,本申请在工艺的吸附/解吸附过程中,通过下射频电源调节等离子体状态的方式达到调节晶圆电势的目的,通过下电极基体接地的方式达到调节下电极基体电势的目的,以降低工艺的吸附/解吸附过程中因ESC电压的变化对晶圆和下电极基体电势产生的影响,从而减小了晶圆和下电极之间的电势差,达到最小化或消除晶圆上电弧的效果,进而有效减少了因晶圆电弧放电对晶圆造成的损伤,提高了有效晶圆的产量。
[0034] 本申请还提供了一种半导体设备,与上述电弧抑制方法具有相同的有益效果。
[0035] 为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案,下面将对实施例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,下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037] 图2为现有技术中的一种晶圆和下电极基体电势随ESC电压的变化示意图,
[0039] 图4为现有技术中的一种晶圆和静电卡盘基体电势随ESC电压的变化情况的整合示意图,
[0041] 图6为本发明实施例提供的一种在主工艺阶段的下射频电源关闭之后下射频电源的开启时间示意图,
[0042] 图7为本发明实施例提供的一种静电卡盘基体的接地时间示意图,
[0043] 图8为本发明实施例提供的一种不同阶段的下射频电源的开启时间示意图。
[0044] 本申请的核心是提供一种晶圆的电弧抑制方法及半导体设备,可降低工艺的吸附/解吸附过程中因ESC电压的变化对晶圆和下电极基体电势产生的影响,从而减小了晶圆和下电极之间的电势差,达到最小化或消除晶圆上电弧的效果,进而有效减少了因晶圆电弧放电对晶圆造成的损伤,提高了有效晶圆的产量。
[0045] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
[0046] 请参照图3,图3为现有技术中的一种半导体设备的结构示意图。该半导体设备属于电容耦合半导体设备,其反应腔室内的上电极连接上射频电源(起到偏压的作用) ,下电极连接下射频电源和静电吸附电源,下电极具体通过匹配器连接两个下射频电源,分别是HF(高频)射频电源和LF(低频)射频电源,其中,HF下射频电源用于控制等离子体密度,LF下射频电源用于控制等离子体向下运动。该半导体设备的下电极为静电卡盘(Electrostatic
Chuck) ,静电卡盘包括静电卡盘基体(绝缘层) 、内置于静电卡盘基体中的静电电极和金属基座,静电吸附电源(ESC电源)具体是加载至静电电极上,下射频电源具体是馈入到金属基座上,其中,静电卡盘用于承载并吸附晶圆(晶圆置于静电卡盘基体的上表面) ,ESC电源用于向静电卡盘的静电电极施加吸附电压(正向电压) ,以使静电卡盘对晶圆进行静电吸附固定,还用于向静电卡盘的静电电极施加解吸附电压(反向电压) ,以实现静电卡盘与晶圆的解吸附。
[0047] 采用上述半导体设备进行晶圆工艺时,工艺过程包括如图1所示的四个阶段,前三个阶段为吸附过程,①吸附开始阶段(静电吸附电源向下电极开始施加正向电压) ,②主工艺阶段,③吸附结束阶段(将静电吸附电源向下电极施加的正向电压撤离归零) ,最后一个阶段为解吸附过程,④解吸附阶段,包括解吸附的开始(静电吸附电源向下电极开始施加反向电压)和解吸附的结束(将静电吸附电源向下电极施加的反向电压撤离归零) 。在不同阶段,晶圆和下电极基体(指静电卡盘的基体)的电势随ESC电压(ESC电源的设定电压,其变化趋势是固定的)的变化情况也有所变化,晶圆和下电极基体的电势的变化情况如图2所示,整合两者的电势的变化情况如图4所示,在ESC电压发生变化的区域,晶圆和下电极基体的电势变化明显,这会导致晶圆和下电极之间存在较大的电势差,从而引起晶圆局部发热,最终导致晶圆上产生电弧放电,而晶圆电弧放电可能会使晶圆的部分或全部受到不可修复的损坏,从而降低了有效晶圆的产量。
[0048] 为解决上述技术问题,本申请提供了一种晶圆的电弧抑制方法。请参照图5,图5为本发明实施例提供的一种晶圆的电弧抑制方法的流程图(图5中,a表示在主工艺阶段的下射频电源开启之前的电弧抑制过程,b表示在主工艺阶段的下射频电源关闭之后的电弧抑制过程) 。该电弧抑制方法在主工艺阶段的下射频电源开启之前(指主工艺阶段的HF下射频电源和LF下射频电源中任一射频电源开启之前) ,和/或在主工艺阶段的下射频电源关闭之后(指主工艺阶段的HF下射频电源和LF下射频电源均关闭之后) ,包括如下步骤,
[0050] 本实施例中,非工艺气体仅用于对晶圆表面的电势进行中和,不会对晶圆的表面进行等离子体刻蚀,非工艺气体采用惰性气体,非工艺气体包括氩气、氮气等。
[0051] 步骤S102a/S102b,按照预设的开启时间设定策略,开启下射频电源,以使下射频电源将反应腔室内的非工艺气体激发形成等离子体,使反应腔室内的晶圆的电势趋近于0。
[0052] 本实施例中,预设的开启时间设定策略包括对下射频电源的开启时刻的设定和对下射频电源的关闭时刻的设定,可以理解的是,下射频电源的开启时刻及关闭时刻是基于晶圆电势的变化情况而设定的,目的是最小化或消除因ESC电压发生变化而导致的晶圆电势的变化。这里开启的下射频电源指的是HF下射频电源,通过HF下射频电源控制等离子体密度,进而改变晶圆的电势。
[0053] 具体应用中,按照预设定的下射频电源的开启时刻,将HF下射频电源开启,在HF下射频电源的作用下,反应腔室内的非工艺气体解离形成等离子体,形成的等离子体可与晶圆表面的电荷互相抵消,使晶圆在宏观上呈电中性,即晶圆表面的电势趋近于0。
[0054] 按照预设定的下射频电源的关闭时刻,将HF下射频电源关闭。需要说明的是,在主工艺阶段的下射频电源开启之前,执行将HF下射频电源关闭的目的是,主工艺阶段向反应腔室内通入的是工艺气体(工艺气体用于对晶圆的表面进行等离子体刻蚀,工艺气体包括
氟基气体等) ,HF下射频电源关闭的目的是为更换通入反应腔室的气体的种类和流量预留时间,以为进入主工艺阶段做准备。
[0055] 同理,主工艺阶段的下射频电源关闭的目的是,在主工艺阶段的下射频电源关闭之后的晶圆电弧抑制流程向反应腔室内通入的是非工艺气体,主工艺阶段的下射频电源关闭的目的是为更换通入反应腔室的气体的种类和流量预留时间(由工艺气体更换为非工艺气体) ,以为进入后续晶圆电弧抑制流程做准备。
[0056] 步骤S103a/S103b,按照预设的接地时间设定策略,将下电极的基体接地,以使下电极基体的电势趋近于0。
[0057] 本实施例中,下电极基体的接地时间是基于下电极基体的电势变化情况而设定的,目的是最小化或消除因ESC电压发生变化而导致的下电极基体的电势变化。优选的实施例中,下电极基体的接地通过金属基座接地实现。
[0058] 本申请提供的晶圆的电弧抑制方法,在工艺的吸附/解吸附过程中,通过下射频电源调节等离子体状态的方式达到调节晶圆电势的目的,通过下电极基体接地的方式达到调节下电极基体电势的目的,以降低工艺的吸附/解吸附过程中因ESC电压的变化对晶圆和下电极基体电势产生的影响,从而减小了晶圆和下电极之间的电势差,达到最小化或消除晶圆上电弧的效果,进而有效减少了因晶圆电弧放电对晶圆造成的损伤,提高了有效晶圆的产量。
[0059] 作为一种可选的实施例,在主工艺阶段的下射频电源关闭之后,步骤S102b中“按照预设的开启时间设定策略,开启下射频电源”,可以包括如下步骤,
[0060] 在将静电吸附电源向下电极施加的正向电压撤离归零之前,将HF下射频电源开启,
[0061] 在将静电吸附电源向下电极施加的反向电压撤离归零之后,将HF下射频电源关闭。
[0062] 具体应用中,经图1和图4的对比可知,在主工艺阶段的下射频电源关闭之后,③吸附结束阶段,在吸附结束时(即将静电吸附电源向下电极施加的正向电压撤离归零) ,晶圆电势骤降后回零,④解吸附阶段,在解吸附开始时(即静电吸附电源向下电极开始施加反向电压) ,晶圆电势骤降后回零,在解吸附结束时(即将静电吸附电源向下电极施加的反向电压撤离归零) ,晶圆电势随ESC电压值的升高瞬间上升后回零。
[0063] 为了最小化或消除吸附结束阶段和解吸附阶段因ESC电压发生变化而导致的晶圆电势的变化,如图6所示,在将静电吸附电源向下电极施加的正向电压撤离归零之前,将HF 下射频电源开启,在将静电吸附电源向下电极施加的反向电压撤离归零之后,将HF下射频电源关闭,目的是实现,在吸附结束阶段和解吸附阶段,在HF下射频电源的作用下,反应腔室内的非工艺气体解离形成等离子体,形成的等离子体可与晶圆表面的电荷互相抵消,使晶圆表面的电势趋近于0,即晶圆的电势在吸附结束阶段和解吸附阶段基本不会因ESC电压发生变化而变化。
[0064] 作为一种可选的实施例,在主工艺阶段的下射频电源关闭之后,HF下射频电源的开启时刻与正向电压的撤离归零时刻之间的时间间隔为2‑3s,HF下射频电源的关闭时刻与反向电压的撤离归零时刻之间的时间间隔为2‑3s。
[0065] 本实施例中,在主工艺阶段的下射频电源关闭之后,HF下射频电源的开启时刻需
考虑两方面,一方面是,为更换通入反应腔室的气体的种类和流量预留出时间(由工艺气体更换为非工艺气体) ,另一方面是,将原先由ESC电压发生变化导致的晶圆电势的变化能够在HF下射频电源作用下趋近于0,HF下射频电源的关闭时刻只需考虑,是否还需HF下射频电源的作用来改变晶圆的电势,如果不需要,则可以关闭HF下射频电源。
[0066] 具体应用中,在将静电吸附电源向下电极施加的正向电压撤离归零之前的2s至3s,将HF下射频电源开启,在将静电吸附电源向下电极施加的反向电压的撤离归零之后的2s至3s,将HF下射频电源关闭。
[0067] 作为一种可选的实施例,在主工艺阶段的下射频电源关闭之后,步骤S103b中“按照预设的接地时间设定策略,将下电极的基体接地”,可以包括如下步骤,
[0068] 在将静电吸附电源向下电极施加的正向电压撤离归零之前,将下电极的基体接地。
[0069] 具体应用中,经图1和图6的对比可知,在主工艺阶段的下射频电源关闭之后,③吸附结束阶段,在吸附结束时(即将静电吸附电源向下电极施加的正向电压撤离归零) ,下电极基体的电势迅速降低,④解吸附阶段,在解吸附开始时(即静电吸附电源向下电极开始施加反向电压) ,下电极基体的电势持续降低后在一定区间内稳定,在解吸附结束时(即将静电吸附电源向下电极施加的反向电压撤离归零) ,下电极基体的电势有一定程度的回升,待接地时电势瞬间回零。
[0070] 为了最小化或消除吸附结束阶段和解吸附阶段因ESC电压发生变化而导致的下电极基体的电势变化,如图7所示,在将静电吸附电源向下电极施加的正向电压撤离归零之前,将下电极的基体接地,目的是实现,在吸附结束阶段和解吸附阶段,因下电极的基体接地而使下电极基体的电势趋近于0,即下电极基体的电势在吸附结束阶段和解吸附阶段基本不会因ESC电压发生变化而变化。
[0071] 作为一种可选的实施例,在主工艺阶段的下射频电源关闭之后,下电极基体的接地时刻与正向电压的撤离归零时刻之间的时间间隔为2‑3s。
[0072] 本实施例中,在主工艺阶段的下射频电源关闭之后,下电极基体的接地时刻需考虑,将原先由ESC电压发生变化导致的下电极基体的电势变化在下电极基体的接地作用下趋近于0。
[0073] 具体应用中,在将静电吸附电源向下电极施加的正向电压撤离归零之前的2s至3s,将下电极的基体接地,之后保持下电极的基体接地即可,直至到达下电极基体的接地断开时刻。
[0074] 作为一种可选的实施例,在主工艺阶段的下射频电源开启之前,步骤S103a中“按照预设的接地时间设定策略,将下电极的基体接地”,可以包括如下步骤,
[0075] 在静电吸附电源向下电极施加正向电压之前,将下电极的基体接地,
[0076] 在静电吸附电源向下电极施加正向电压之后,将下电极的基体接地断开。
[0077] 具体应用中,经图1和图4的对比可知,在主工艺阶段的下射频电源开启之前,①吸附开始阶段,在吸附开始时(即向静电吸附电源向下电极开始施加正向电压) ,下电极基体的电势随ESC电压值的升高也瞬间上升保持一段时间后缓慢回落。
[0078] 为了最小化或消除吸附开始阶段因ESC电压发生变化而导致的下电极基体的电势变化,如图7所示,在向静电吸附电源向下电极施加正向电压之前,将下电极的基体接地,在
静电吸附电源向下电极施加正向电压之后,将下电极的基体接地断开,目的是实现,在吸附开始阶段,因下电极的基体接地而使下电极基体的电势趋近于0,即下电极基体的电势在吸附开始阶段基本不会因ESC电压发生变化而变化。
