[发明专利]一种脉冲功率源和半导体设备

说明书

本发明提供一种脉冲功率源和半导体设备，利用连续波功率源代替现有的射频脉冲电源，并令其输出的连续波功率信号先经过匹配器，使得匹配器内的阻抗检测装置能检测到连续的电压电流信号，从而避免阻抗失配的问题，之后，再利用功率分配器将匹配后的连续波功率信号分解为至少两路信号，一路信号经由移相器移相后再与其余的信号叠加，得到射频脉冲信号，这样，既能够产生射频脉冲信号，利用脉冲射频能量进行工艺降低等离子体诱导损伤，又能够保证阻抗匹配，提高匹配器的稳定性，从而进一步提高反应腔室的阻抗稳定性，尤其是在低占空比和高脉冲频率的情况下，提高匹配器的稳定性的效果更明显。

技术领域

本发明涉及半导体设备制造技术领域，具体涉及一种脉冲功率源和半导体设备。

背景技术

在半导体镀膜和刻蚀设备中，通常将射频电源提供的射频能量传输到腔室中，电离高真空状态下的气体(如氩气、氦气、氮气、氢气等)，以产生含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子的等离子体，这些活性粒子和置于腔体内并曝露在等离子体环境下的晶圆之间发生复杂的相互作用，使晶圆材料表面发生各种物理和化学反应，从而使材料表面性能发生变化，完成晶圆的镀膜、刻蚀工艺。

由于脉冲等离子体技术能够减小连续波射频能量带来的等离子体诱导损伤(Plasma induced damage，PID)，改善工艺过程中的负载效应，提高填孔、刻蚀选择比，并且增大了工艺调节手段和窗口，因此对于脉冲功率源的设计则是非常关键。

如图1a所示，现有的一种用于镀膜工艺中的脉冲型物理气相沉积设备，包括：反应腔室5、靶材4、磁控管7，直流电源6、基座3、匹配器8和射频脉冲电源9。其中，直流电源6、靶材4和磁控管7形成上电极，直流电源6将直流功率施加至靶材4上，产生等离子体，并吸引离子轰击靶材4，使靶材4的材料能够被溅射后沉积在承载于基座3上的晶圆(图中未绘示)上。射频脉冲电源9、匹配器8和基座3形成下电极，采用脉冲技术产生射频能量并馈入到反应腔室5，具体的，射频脉冲电源9产生射频脉冲信号，经由匹配器8加载在基座3上，射频功率产生射频自偏压，吸引离子实现晶圆孔隙填充。通过调整脉冲频率和占空比，可以调节电子的温度，以减小轰击晶圆的粒子能量，从而满足20nm以及以下工艺对低损伤的需求。射频脉冲信号的波形如图1b所示，加载信号的脉冲开启时长为t1，脉冲关断时长为t2，脉冲频率为f＝1/(t1+t2)，脉冲占空比D＝t1/(t1+t2)。

由于射频脉冲电源9产生的是非连续的脉冲信号，匹配器8内的阻抗检测装置通过采集电压电流信号确定阻抗，而电压电流信号为连续信号，所以会导致抗检测装置检测到的阻抗无法跟上脉冲信号的变化，从而导致匹配器8失配，进而使整个工艺停止，特别是在低占空比和高脉冲频率情况下，匹配器8失配的情况会更加明显。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种脉冲功率源和半导体设备，用以部分解决阻抗失配的问题。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

本发明提供一种脉冲功率源，包括匹配器，还包括连续波功率源、功率分配器、第一移相器和第一功率合成器，所述功率分配器具有至少两个输出端，所述第一功率合成器具有至少两个输入端；

所述匹配器的输入端和输出端分别与所述连续波功率源的输出端和所述功率分配器的输入端相连，所述功率分配器的第一输出端与所述第一功率合成器的第一输入端相连，所述功率分配器的第二输出端经所述第一移相器与所述第一功率合成器的第二输入端相连；

所述连续波功率源输出的连续波功率信号，经过所述匹配器后，由所述功率分配器分配为至少两路功率信号，且其中至少一路功率信号经所述第一移相器改变相位后，再与其余功率信号经所述第一功率合成器合成为脉冲功率信号输出。

优选的，所述连续波功率源的频率与所述匹配器、所述功率分配器、所述第一移相器、所述第一功率合成器的频率相等；