半导体加热装置和气相沉积设备的制作方法

1.本技术涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种半导体加热装置和气相沉积设备。


背景技术：

集成电路芯片制造过程可概括为两个阶段，通过前道工艺（front end of the line，feol），在硅片上制作大量相互隔离的晶体管，然后通过后道工艺（backend of line，beol），即金属互连技术，连接成具有特定功能的电子电路。因此，金属互连对集成电路的重要意义不言而喻。目前，常用的物理气相沉积（physical vapor deposition，pvd）或化学气相沉积（chemical vapor deposition，cvd）设备可完成金属薄膜的互连工艺。但在高深宽比的微米和亚微米深孔互连工艺时，其侧壁和底部往往难以获得良好的填充，容易造成侧壁薄膜覆盖率低，或在深孔结构内部极易出现孔洞等，这将会严重降低薄膜互连器件的寿命和可靠性。因此，随着集成电路技术快速演进，金属互连结构与制作工艺日趋复杂，人们需要不断地研发新的设备及工艺制程来优化和改善互连工艺的先进性和可靠性。而现有的薄膜沉积设备在半导体器件（比如晶圆）上沉积薄膜时，沉积效果不佳，导致薄膜互连器件的寿命和可靠性差。


技术实现要素：

2.本技术的目的包括，例如，提供了一种半导体加热装置和气相沉积设备，其能够改善半导体器件上薄膜沉积效果，从而提高半导体器件的可靠性。
3.本技术的实施例可以这样实现：第一方面，本技术提供一种半导体加热装置，包括：加热组件，加热组件具有用于支撑半导体器件的支撑面，加热组件用于加热支撑面上的半导体器件；声波源组件，连接于加热组件，用于向加热组件施加声波震动。
4.在可选的实施方式中，加热组件包括承载盘和设置于承载盘的加热件，承载盘的一侧形成支撑面，声波源组件连接于承载盘背离支撑面的另一侧。
5.在可选的实施方式中，声波源组件包括声波源盘和声波发生器，声波源盘内形成容纳腔，声波发生器设置于容纳腔内。
6.在可选的实施方式中，容纳腔内填充有冷却液。
7.在可选的实施方式中，半导体加热装置还包括冷水机和液冷管，冷水机、液冷管和容纳腔形成供冷却液循环流动的环路。
8.在可选的实施方式中，声波源盘包括盘体和压盖，盘体形成具有敞口的容纳腔，敞口开设于盘体背离加热组件的一侧，压盖通过紧固件和密封件密封连接于容纳腔的敞口处。
9.在可选的实施方式中，半导体加热装置还包括隔热盘，声波源组件通过隔热盘连
接于加热组件。
10.在可选的实施方式中，隔热盘的材质为al2o3、zro2、y2o3中的至少一种。
11.在可选的实施方式中，半导体加热装置还包括升降机构，升降机构包括驱动组件和多个升降销，加热组件的支撑面开设有销孔，升降销插设于销孔；驱动组件与升降销传动连接，并可驱动升降销沿其轴线移动，各个升降销的端部用于共同顶起或降下支撑面上的半导体器件。
12.在可选的实施方式中，半导体加热装置还包括支撑轴，支撑轴的一端连接于声波源组件，支撑轴内设置有过线腔，加热组件和声波源组件的线路通过过线腔从支撑轴的另一端伸出。
13.第二方面，本技术提供一种气相沉积设备，包括反应腔室和前述实施方式中任一项的半导体加热装置，加热组件和声波源组件位于反应腔室内。
14.本技术实施例的有益效果包括，例如：本技术提供的半导体加热装置包括加热组件和声波源组件，加热组件具有用于支撑半导体器件的支撑面，加热组件用于加热支撑面上的半导体器件；声波源组件连接于加热组件，用于向加热组件施加声波震动。本技术实施例提供的半导体加热装置中集成了声波源组件，能够在加热组件加热半导体器件的同时，向加热组件乃至半导体器件施加声波震动。声波震动会引起空化作用，使沉积材料的物质微粒之间发生猛烈的撞击作用，从而产生几千到上万个大气压的压强，温度骤然升高，加速材料之间化学反应，从而提高薄膜沉积效果。即便在对高深宽比的孔进行薄膜覆盖时，也能够较好地填充覆盖，保证器件互连的可靠性。
15.本技术实施例提供的气相沉积设备包括反应腔室和上述的半导体加热装置，因此其沉积薄膜的效果较佳。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
17.图1为本技术一种实施例中半导体加热装置的加热组件一侧的示意图；图2为本技术一种实施例中半导体加热装置的声波源组件一侧的示意图；图3为图1中半导体加热装置沿a方向的剖视图；图4为图1中半导体加热装置沿b方向的剖视图；图5为本技术一种实施例中声波发生器的示意图；图6为本技术一种实施例中支撑轴的出线端的示意图。
18.图标：100-加热组件；110-承载盘；120-加热件；130-热电偶；140-销孔；150-升降销；200-隔热盘；300-声波源组件；310-声波源盘；311-盘体；312-压盖；313-密封件；314-紧固件；320-容纳腔；330-液冷管；340-声波发生器；341-电路板；342-元器件；350-声波源供电线；400-支撑轴；410-过线腔。
具体实施方式
19.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。
20.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。
21.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。
22.在本技术的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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，或者是该发明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。
23.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
24.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例中的特征可以相互结合。
25.为了改善现有相关设备在半导体器件表面沉积薄膜时沉积效果差（尤其是需要填充具有较大深宽比的孔时）的问题，本技术实施例提供一种半导体加热装置和气相沉积设备，半导体加热装置具有加热功能和声波震动功能，可调节晶圆温度，使其温度均匀，提高在晶圆上沉积薄膜时的均匀性。同时，声波震动功能可改善在晶圆上沉积薄膜时的填孔效果。
26.图1为本技术一种实施例中半导体加热装置的加热组件100一侧的示意图；图2为本技术一种实施例中半导体加热装置的声波源组件300一侧的示意图；图3为图1中半导体加热装置沿a方向的剖视图；图4为图1中半导体加热装置沿b方向的剖视图。请参考图1至图4，本技术实施例提供的半导体加热装置可应用于针对气相沉积设备中，具体用于在沉积薄膜时支撑半导体器件，并对半导体器件加热以及施加声波震动。上述的半导体器件可以是晶圆。
27.本技术实施例提供的半导体加热装置包括加热组件100和声波源组件300。加热组件100具有用于支撑半导体器件的支撑面（即图3、图4中的上表面），加热组件100用于加热支撑面上的半导体器件。声波源组件300连接于加热组件100，用于向加热组件100施加声波震动。可选地，声波源组件300可以与加热组件100直接相连，也可以间接相连，以能够将声波震动传递给加热组件100为准。
28.声波源组件300中设置有包含压电陶瓷材料的元器件342，其长时间使用温度应低于100℃。为了保证声波源组件300能够正常工作，在本实施例中，半导体加热装置还包括隔热盘200，声波源组件300通过隔热盘200连接于加热组件100。隔热盘200能够减少加热组件100与声波源组件300之间的温度传输，从而避免因加热组件100产生的较高温度影响声波源组件300正常工作。隔热盘200的材质可选为al2o3、zro2、y2o3中的至少一种。上述al2o3、
zro2、y2o3等材料具有较低的导热系数，能够起到较佳的隔热效果，同时其具有较佳的刚度，能够有效地将声波源组件300产生的声波震动传递至加热组件100。
29.在可选的其他实施例中，也可以不设置隔热盘200，比如在声波源组件300具有较佳的耐高温性能或者加热组件100的工艺温度不高的情况下。
30.在本技术实施例中，加热组件100、隔热盘200以及声波源组件300均呈圆盘状，三者依次层叠设置。
31.本实施例中，加热组件100包括承载盘110、加热件120以及热电偶130。承载盘110的在其轴向（图3、图4的上下方向）上的一侧形成支撑面，隔热盘200和声波源组件300连接于承载盘110背离支撑面的另一侧。承载盘110可选择导热性良好，耐蚀性好，具有较佳强度的材料，比如aln陶瓷。加热件120散发的热量能够通过承载盘110高效地传递给晶圆。
32.在本实施例中，加热件120为电热丝。加热件120设置于承载盘110靠近隔热盘200的一侧，这样有利于使支撑面处的热量更为均匀。在可选的其他实施例中，也可以将加热件120埋设于承载盘110内部。
33.在本实施例中，加热件120围绕承载盘110的中心设置，并在承载盘110的径向上分布多段，这样有利于承载盘110被均匀加热。进一步的，加热件120在靠近承载盘110中心位置处的密度小于靠近承载盘110边缘位置处的密度。这样设置的原因在与靠近承载盘110边缘位置处散热更强，因此需要更高密度的加热件120来保持温度与中心区域一致，从而保证晶圆能够被均匀加热，提高薄膜沉积的均匀性。
34.加热组件100的承载盘110与隔热盘200可通过真空钎焊固定连接，从而保证连接稳定性。在可选的其他实施例中，也可以采用螺钉等紧固件来连接。
35.在本实施例中，热电偶130的探测端埋设于承载盘110内，并靠近支撑面。热电偶130能够检测支撑面附近的温度，从而保证晶圆处于合适的工艺温度下进行沉积工艺。热电偶130可以设置一个或者多个，当设置多个热电偶130时，将热电偶130分布在靠近支撑面的不同位置，能够监测不同位置处的温度以及加热组件100的加热均匀程度。进一步的，热电偶130和加热件120可与pid（proportional integral derivative）控制器（图中未示出）电连接，从而对加热组件100的温度进行控制。
36.在本实施例中，声波源组件300包括声波源盘310和声波发生器340，声波源盘310内形成容纳腔320，声波发生器340设置于容纳腔320内。声波发生器340用于发出超声波或者兆声波，产生的声波震动能够引发空化效应，从而有效地辅助薄膜沉积工艺。声波源盘310的材质可以是不锈钢（比如sus316l）。
37.图5为本技术一种实施例中声波发生器340的示意图。如图5所示，声波发生器340包括圆环状的电路板341（pcb）以及设置于电路板341上的元器件342，元器件342用于产生声波震动。在本实施例中，电路板341上设置多排元器件342，每一排中的元器件342沿着径向间隔排布，各排元器件342围绕电路板341的周向均匀间隔布置。
38.进一步的，声波源盘310包括盘体311和压盖312，盘体311形成具有敞口的容纳腔320，敞口开设于盘体311背离加热组件100的一侧，压盖312通过紧固件314和密封件313密封连接于容纳腔320的敞口处。上述的紧固件314可以是螺钉，密封件313可以是一个或者多个密封圈。在本实施例中，容纳腔320与声波发生器340的形状适配，因此也为圆环形腔室；压盖312也为圆环形。
39.在本实施例中，盘体311与隔热盘200可通过真空钎焊固定连接，从而保证连接稳定性。在可选的其他实施例中，也可以采用螺钉等紧固件来连接。声波发生器340的电路板341可以固定连接于压盖312，元器件342所在的一侧朝向隔热盘200和加热组件100。
40.进一步的，容纳腔320内填充有冷却液。一方面，冷却液围绕在声波发生器340周围，能够吸收热量，避免声波发生器340过热而影响自身正常工作。另一方面，半导体加热装置所处的工作环境往往是具有较高真空度的环境，声波在这样的环境中传播困难，会存在声波震动难以到达晶圆处的问题；而通过填充冷却液，可以减小声波震动能量的传递损耗，使得承载盘110表面的晶圆能够获得足够的声波震动能量。
41.进一步的，半导体加热装置还包括冷水机（图中未示出）和液冷管330，冷水机、液冷管330和容纳腔320形成供冷却液循环流动的环路。具体的，液冷管330可以包括进水管和出水管，分别连接于容纳腔320的入口和出口，另一端连接冷水机，从而实现冷却液的循环。冷却液在容纳腔320中吸收热量而升温，在冷水机处释放热量而降温。在使用时，可以令冷却液在容纳腔320中保持30-100℃。
42.由于声波发生器340与冷却液直接接触，在本实施例中，冷却液应选用绝缘流体介质，避免短路。可选地，冷却液为超纯水，超纯水中离子浓度极低，因此电阻率极高。
43.图6为本技术一种实施例中支撑轴400的出线端的示意图。请结合图3、图4和图6，本实施例中，半导体加热装置还包括支撑轴400，支撑轴400连接于声波源组件300的中心，对声波源组件300、隔热盘200以及加热组件100起到支撑作用。支撑轴400的一端连接于声波源组件300，支撑轴400内设置有过线腔410，加热组件100和声波源组件300的线路通过过线腔410从支撑轴400的另一端伸出。由于加热件120、声波发生器340都需要供电才能运行，因此都设置有线路来进行电力供应，这些线路可以通过支撑轴400的过线腔410，从整个半导体加热装置的下端伸出，并与外部电源连接。如图中所示，声波发生器340与声波源供电线350连接，声波源供电线350通过过线腔410从支撑轴400的出线端伸出。
44.进一步的，在本实施例中，热电偶130的后端以及液冷管330也通过过线腔410从支撑轴400的出线端伸出。应理解，隔热盘200也需要设置相应的孔位避让热电偶130和加热件120的相关线路。
45.请参阅图1至图4，进一步的，半导体加热装置还包括升降机构，升降机构包括驱动组件（图中未示出）和多个升降销150，加热组件100的支撑面开设有销孔140，升降销150插设于销孔140。驱动组件与升降销150传动连接，并可驱动升降销150沿其轴线移动，各个升降销150的端部用于共同顶起或降下支撑面上的半导体器件（比如晶圆）。升降机构能够满足薄膜沉积工艺中晶圆上下运动的需求。
46.在本实施例中，升降机构包括三个升降销150，三个升降销150围绕承载盘110的中心均匀间隔设置。升降销150贯穿加热组件100、隔热盘200和声波源组件300，从而伸至声波源组件300的下方。可将驱动组件与升降销150的下端传动连接，从而实现升降销150的升降；在可选的其他实施例中，也可以将驱动组件集成于加热组件100、隔热盘200或者声波源组件300中。
47.在本实施例中，升降销150的材料为耐腐蚀的aln、al2o3、zro2等陶瓷。
48.本技术实施例还提供一种气相沉积设备，包括反应腔室和上述实施例中的半导体加热装置，加热组件100、隔热盘200以及声波源组件300位于反应腔室内，支撑轴400从反应
腔室的下方伸出。反应腔室能够提供适于薄膜沉积的真空环境。应当理解，气相沉积设备还应包含其他用于实现薄膜沉积工艺的组件，比如输送工艺材料的管线等，这些组件的设置方式和具体原理可以参考现有技术，此处不再赘述。
49.本技术实施例提供的用于互连工艺的半导体加热装置以及气相沉积设备，能大幅改善孔槽结构的薄膜填充的可靠性，尤其是与加热组件100（通过隔热盘200）连接的声波源组件300能够直接产生声波震动，使其作用到加热组件100的承载面上，避免了其声波震动能量经过高真空度环境导致的严重损耗，使得承载盘110表面的晶圆处获得足够的声波震动能量。特别是在高深宽比的微米和亚微米深孔互连工艺时，深孔的侧壁和底部都能够获得良好的填充，这将会提升薄膜互连器件的寿命和可靠性。
50.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种半导体加热装置，其特征在于，包括：加热组件，所述加热组件具有用于支撑半导体器件的支撑面，所述加热组件用于加热所述支撑面上的半导体器件；声波源组件，连接于所述加热组件，用于向所述加热组件施加声波震动。2.根据权利要求1所述的半导体加热装置，其特征在于，所述加热组件包括承载盘和设置于所述承载盘的加热件，所述承载盘的一侧形成所述支撑面，所述声波源组件连接于所述承载盘背离所述支撑面的另一侧。3.根据权利要求1所述的半导体加热装置，其特征在于，所述声波源组件包括声波源盘和声波发生器，所述声波源盘内形成容纳腔，所述声波发生器设置于所述容纳腔内。4.根据权利要求3所述的半导体加热装置，其特征在于，所述容纳腔内填充有冷却液。5.根据权利要求4所述的半导体加热装置，其特征在于，所述半导体加热装置还包括冷水机和液冷管，所述冷水机、所述液冷管和所述容纳腔形成供所述冷却液循环流动的环路。6.根据权利要求3所述的半导体加热装置，其特征在于，所述声波源盘包括盘体和压盖，所述盘体形成具有敞口的所述容纳腔，所述敞口开设于所述盘体背离所述加热组件的一侧，所述压盖通过紧固件和密封件密封连接于所述容纳腔的敞口处。7.根据权利要求1所述的半导体加热装置，其特征在于，所述半导体加热装置还包括隔热盘，所述声波源组件通过所述隔热盘连接于所述加热组件。8.根据权利要求7所述的半导体加热装置，其特征在于，所述隔热盘的材质为al2o3、zro2、y2o3中的至少一种。9.根据权利要求1所述的半导体加热装置，其特征在于，所述半导体加热装置还包括升降机构，所述升降机构包括驱动组件和多个升降销，所述加热组件的所述支撑面开设有销孔，所述升降销插设于所述销孔；所述驱动组件与所述升降销传动连接，并可驱动所述升降销沿其轴线移动，各个所述升降销的端部用于共同顶起或降下所述支撑面上的半导体器件。10.根据权利要求1所述的半导体加热装置，其特征在于，所述半导体加热装置还包括支撑轴，支撑轴的一端连接于所述声波源组件，所述支撑轴内设置有过线腔，所述加热组件和所述声波源组件的线路通过所述过线腔从所述支撑轴的另一端伸出。11.一种气相沉积设备，其特征在于，包括反应腔室和权利要求1-10中任一项所述的半导体加热装置，所述加热组件和所述声波源组件位于所述反应腔室内。

技术总结
本申请公开了一种半导体加热装置和气相沉积设备，涉及半导体技术领域。半导体加热装置包括加热组件和声波源组件，加热组件具有用于支撑半导体器件的支撑面，加热组件用于加热支撑面上的半导体器件；声波源组件连接于加热组件，用于向加热组件施加声波震动。本申请提供的半导体加热装置中集成了声波源组件，能够在加热组件加热半导体器件的同时，向加热组件乃至半导体器件施加声波震动。声波震动会引起空化作用，从而提高薄膜沉积效果。即便在对高深宽比的孔进行薄膜覆盖时，也能够较好地填充覆盖，保证器件互连的可靠性。本申请提供的气相沉积设备包括反应腔室和上述的半导体加热装置，因此其沉积薄膜的效果较佳。因此其沉积薄膜的效果较佳。因此其沉积薄膜的效果较佳。


技术研发人员：周政 诸迎军 宋维聪
受保护的技术使用者：上海陛通半导体能源科技股份有限公司
技术研发日：2023.09.01
技术公布日：2023/10/7