使用等离子体处理衬底的设备及改善晶圆薄膜表面形貌的方法
阅读说明：本技术 使用等离子体处理衬底的设备及改善晶圆薄膜表面形貌的方法 (Apparatus for processing substrate using plasma and method for improving surface topography of wafer film ) 是由 林轩宇 柳雪 王琳琳 叶五毛 于 2020-06-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种使用等离子体处理衬底的设备及改善晶圆薄膜表面形貌的方法,其中,设备由一个衬底支撑件和多个陶瓷件构成,且各个陶瓷件具有不同高度的侧壁,每个陶瓷件均可活动套装在衬底支撑件的外周,通过上述的结构设计,可通过更换套装在衬底支撑件外周的陶瓷件,以实现衬底支撑件侧壁面积的调整,使用时,实现等离子体分布的改变,使得沉积速率和均匀性也随之改变,从而改变薄膜边缘的形貌,即通过设备硬件的结构调整可实现制备的晶圆薄膜形貌的改变；所述改善晶圆薄膜表面形貌的方法,是基于上述设备获得的；上述使用等离子体处理衬底的设备,具有结构简单、设计合理、简单易行等优点。(The invention discloses a device for processing a substrate by using plasma and a method for improving the surface appearance of a wafer film, wherein the device consists of a substrate support piece and a plurality of ceramic pieces, each ceramic piece is provided with a side wall with different heights, each ceramic piece can be movably sleeved on the periphery of the substrate support piece, through the structural design, the ceramic pieces sleeved on the periphery of the substrate support piece can be replaced to realize the adjustment of the side wall area of the substrate support piece, when the device is used, the change of the plasma distribution is realized, the deposition rate and the uniformity are changed accordingly, the appearance of the edge of the film is changed, namely, the change of the appearance of the prepared wafer film can be realized through the structural adjustment of hardware of the device; the method for improving the surface appearance of the wafer film is obtained based on the equipment; the equipment for processing the substrate by using the plasma has the advantages of simple structure, reasonable design, simplicity, practicability and the like.)
技术领域
本发明公开涉及晶圆薄膜制备的技术领域，尤其涉及一种改善晶圆薄膜表面形貌的设备及方法。
背景技术
目前，在使用等离子体进行晶圆薄膜制备时，主要是通过物理或化学沉降的方法，使等离子体沉积到基片上，进而获得期望的薄膜。
以往在进行晶圆薄膜制备时，参见图1，均会在衬底支撑1的外周套装陶瓷环A，在制备过程中，气体的运输方向是由衬底支撑件的中心向外围运输，从衬底支撑件周围陶瓷环处抽走。如果一旦发现制备的晶圆薄膜的表面形貌不符合要求，就需要进行工艺参数的调整，例如，改变加热温度、调整气体环境、改变抽走气体的速度等等，每次工艺参数调整后，都需要进行一系列的设备调试，操作复杂，难度系数高。
因此，如何研发一种新的改善晶圆薄膜表面形貌的方法或者设备，成为人们亟待解决的问题。
发明内容
鉴于此，本发明提供了使用等离子体处理衬底的设备及改善晶圆薄膜表面形貌的方法，以解决以往通过工艺的角度进行制备晶圆薄膜的表面形貌改善，存在操作复杂，难度系数高等问题。
本发明一方面提供了一种使用等离子体处理衬底的设备，该设备包括：衬底支撑件以及多个陶瓷件；
每个所述陶瓷件均可活动套装在所述衬底支撑件的外周，且各陶瓷件的侧壁高度不同，通过更换套装在所述衬底支撑件外周的陶瓷件，可改变所述陶瓷件覆盖所述衬底支撑件的侧壁面积大小。
优选，所述衬底支撑件为用于加热的加热盘。
进一步优选，每个所述陶瓷件均为下端敞口的套筒，且在每个所述陶瓷件的顶盖上均设置有贯通上下的通孔。
进一步优选，所述陶瓷件的高度不大于60mm。
进一步优选，所述陶瓷件包括：中央设置有通孔的顶盖以及柱型侧壁筒；
所述顶盖固定封堵安装在所述柱型侧壁筒的一端端口处。
进一步优选，所述陶瓷件为分体式或一体式结构。
进一步优选，在每个所述陶瓷件中顶盖的上表面沿着所述通孔的外周均设置有凹槽。
进一步优选，所述凹槽的侧壁倾角α为90°<α<180°。
进一步优选，所述设备为PECVD设备。
本发明另一方面还提供了一种改善晶圆薄膜表面形貌的方法，在等离子体参与晶圆薄膜制备时，在用于加热的衬底支撑件外周套装侧壁面积大小不同的陶瓷件，实现晶圆薄膜表面形貌的改善。
优选，通过更换具有不同高度的陶瓷件，实现所述陶瓷件侧壁面积大小的改变。
本发明提供的使用等离子体处理衬底的设备，该设备设计由一个衬底支撑件和多个陶瓷件构成，且各个陶瓷件具有不同高度的侧壁，每个陶瓷件均可活动套装在衬底支撑件的外周，通过上述的结构设计，可通过更换套装在衬底支撑件外周的陶瓷件，以实现衬底支撑件侧壁面积的调整，使用时，实现等离子体分布的改变，使得沉积速率和均匀性也随之改变，从而改变薄膜边缘的形貌，即通过设备硬件的结构调整可实现制备的晶圆薄膜形貌的改变。
本发明提供的使用等离子体处理衬底的设备，具有结构简单、设计合理、简单易行等优点。
本发明提供的改善晶圆薄膜表面形貌的方法，是基于上述设备获得的，即首次提出采用改变设备硬件结构的方式，替代工艺参数的调整，实现晶圆薄膜表面形貌的改善，具体而言，是在等离子体参与制备晶圆薄膜时，通过在衬底支撑件外周套装侧壁面积大小不同的陶瓷件，以改变陶瓷件覆盖加热盘的侧壁面积大小，实现等离子体分布的改变，使得沉积速率和均匀性也随之改变，进而完成薄膜表面形貌改善的目的。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明的公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例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，对于本领域普通技术人员而言，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。
图1为以往使用等离子体处理衬底的设备的结构示意图；
图2为本发明公开实施例提供的一种使用等离子体处理衬底的设备的结构示意；
图3为本发明在同一工艺条件下分别采用图1设备和图2设备进行晶圆薄膜制备时对应的薄膜形貌曲线图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的方法和结构的例子。
为了解决以往通过工艺的角度进行制备晶圆薄膜的表面形貌改善，存在操作复杂，难度系数高等问题，本实施方案首次提出通过硬件的更换以替代工艺的调整，最终完成工艺结果的改变，实现晶圆薄膜的表面形貌改善的想法。
基于上述想法分别研发了一款使用等离子体处理衬底的设备和一种改善晶圆薄膜表面形貌的方法。
上述使用等离子体处理衬底的设备主要包括：衬底支撑件1以及多个陶瓷件B，参见图2，每个陶瓷件B均可活动套装在衬底支撑件1的外周，且各陶瓷件B的侧壁高度不同，通过更换套装在衬底支撑件1外周的陶瓷件B，可改变陶瓷件B覆盖衬底支撑件1的侧壁面积大小，由于衬底支撑件1的侧壁覆盖面积发生变化，使得等离子体分布发生改变，进而使沉积速率和均匀性也随之改变，从而改变薄膜边缘的形貌，即通过设备中部件的结构改变，使得薄膜的表面形貌发生变化。
上述实施方案中，每个陶瓷件B均设计为下端敞口的套筒，即陶瓷件B通过下端敞口套装在衬底支撑件1的外周，且在每个陶瓷件B的顶盖21上均设置有贯通上下的通孔211，通过该通孔211的设置使得顶盖21沿着衬底支撑件1的外周设置。
通常而言，上述陶瓷件B的高度均设计为不大于60mm，可在60mm内设计不同高度的陶瓷件B进行替换使用。在实际试验中发现，陶瓷件B的高度优选设计在5-50mm范围内。
上述的陶瓷件B为可以为分体式结构，也可以为一体式结构。无论是分体式结构，还是一体式结构，该陶瓷件B均是由两部分构成，分别为：中央设置有通孔211的顶盖21和柱型侧壁筒22，其中，顶盖21固定封堵安装在柱型侧壁筒22的一端端口处。当为一体式结构时，顶盖21和柱型侧壁筒22为一体成型，构成下端敞口的套筒；当为分体式结构时，可以在顶盖21的下缘沿周向设置有向下延伸的限位环，在柱型侧壁筒22的端口端面上设置有与顶盖21中的限位环配合的环形限位槽，安装时，通过限位环和限位槽的配合，可实现顶盖21和柱型侧壁筒22之间的位置固定。
上述的结构设计适用于PECVD设备，而所述的衬底支撑件1对应为用于加热的加热盘。
为了便于薄膜制备时，晶圆的放置，参见图2，在每个陶瓷件B中顶盖21的上表面沿着通孔211的外周均设置有凹槽212，可通过该凹槽212的底面进行晶圆的承载。
参见图1，优选，凹槽212的侧壁倾角α为90°<α<180°，以进一步改善薄膜的形貌。
本实施方案提供的改善晶圆薄膜表面形貌的方法，具体为，在等离子体参与晶圆薄膜制备时，在用于加热的衬底支撑件外周套装侧壁面积大小不同的陶瓷件，实现晶圆薄膜表面形貌的改善。
所述用于加热的衬底支撑件外周套装侧壁面积大小不同的陶瓷件的实现方式，可采用上述实施方案提供的使用等离子体处理衬底的设备来实现，即通过更换套装在衬底支撑件外周的陶瓷件，由于陶瓷件的高度不同，因此，其覆盖衬底支撑件外周侧壁的覆盖面积大小会发生变化，覆盖面积发生变化后，使得等离子体分布发生改变，进而使沉积速率和均匀性也随之改变，从而改变薄膜边缘的形貌，实现薄膜的表面形貌改善。
通常，在进行晶圆薄膜制备时，当晶圆薄膜的边缘厚度低于中心的厚度，即出现中心高，边缘低的形貌时，需增大陶瓷件覆盖衬底支撑件的侧壁面积，当晶圆薄膜的边缘厚度高于中心位置的厚度，即出现中心低，边缘高的形貌时，减小陶瓷件覆盖衬底支撑件的侧壁面积。
而上述增大覆盖面积或减小覆盖面积，均可通过采用上述实施方案提供的使用等离子体处理衬底的设备完成，即更换具有不同高度的陶瓷件，实现陶瓷件侧壁面积大小的改变，具体而言，需要增大覆盖面积时，更换为具有高度较高的陶瓷件，而需要减小覆盖面积时，更换为具有高度较低的陶瓷件。
下面结合具体的实验案例将采用现有设备和上述实施方案提供的设备制备的晶圆薄膜进行比较，进而对本发明进行更进一步的解释说明。
以下以PECVD制备低介电常数(low-k)薄膜工艺为例
在同一工艺方法下，分别采用陶瓷环A和陶瓷件B进行低介电常数薄膜的制备，进而验证覆盖加热盘侧壁面积对于薄膜的表面形貌影响。具体的实验过程如下：
表1：low-k薄膜沉积的工艺参数
首先将腔内换上陶瓷环A，此时加热盘侧壁的覆盖面积为0，参见图2，350℃沉积low-k薄膜，其他工艺参数参见表1，沉积结束后，对该薄膜进行沉积速率(DR)，厚度(THK)，均匀性(NU％)，折射率(RI)及X轴方向薄膜形貌(profile)的性能测试，具体结果见表2和图3；
然后将腔内陶瓷环更换为侧壁高度为50mm的陶瓷件B，即陶瓷件B中柱型侧壁筒22的高度为50mm，参见图1，通过柱型侧壁筒对加热盘的侧壁进行覆盖，350℃沉积low-k薄膜，其他工艺参数参见表1，沉积结束后，对该薄膜进行，沉积速率(DR)，厚度(THK)，均匀性(NU％)，折射率(RI)及X轴方向薄膜形貌(profi le)的性能测试，具体结果见表2和图3。
表2：low-k薄膜的性能测试表
由表1、表2以及图3可见，对同一工艺，侧壁高度50mm的陶瓷件比陶瓷环工艺的沉积速率增大了23％，薄膜的形貌也由中间高边缘低变成了类“M”型的形貌，因而可以通过陶瓷件中陶瓷套的高度变化来调整DR，NU％及薄膜的形貌，以符合客户的要求。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。