一种功率放大器、射频电源和半导体工艺设备的制作方法

本发明涉及半导体，特别是涉及一种功率放大器、一种射频电源和一种半导体工艺设备。

背景技术：

1、当前，固态射频电源在集成电路制造产业扮演着不可或缺的角色。在刻蚀应用中，不同刻蚀工艺参数通常需要射频电源提供不同量级的输出功率，并且对输出功率变换速度、功率可调范围、输出功率稳定性和精确性等都提出了严格要求。随着制造产业的不断发展，刻蚀晶圆尺寸不断增加，对于刻蚀直径超过12寸的晶圆需要射频电源提供超过1000w的输出功率。因此，开发一种大输出功率、高效率和小尺寸的固态射频电源成为了集成电路制造产业日益渴望获得的一款产品。

2、在射频电源产品开发中，e类功率放大器凭借其在开关状态下功放晶体管塑造出时间互不重叠的输出电压与电流而受到广泛应用。由于e类零电压切换(zvs)的特征，使其在理想情况下输出效率接近100％。

3、在现有技术中，有采用集电极/漏极直流电源偏置调节的方式进行功率变换，然而在刻蚀工艺使用中需要射频电源能进行快速地功率变换，采用集电极/漏极直流电源偏置调节的方式难以满足此类要求，功率变换的响应时间大约在几百毫秒量级，无法缩小到微秒时间内改变功率。此外，采用漏极直流电源偏置方式进行功率调节，会存在漏极电压过高而限制功率输出能力的问题，导致射频电源最大输出功率受到限制。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种功率放大器、一种射频电源和一种半导体工艺设备。

2、本发明实施例公开了一种功率放大器，包括：

3、并联射频功率放大模块，用于输出漏极放大功率；

4、与所述并联射频功率放大模块连接的栅极直流偏置调节模块，用于调节所述并联射频功率放大模块的输出；

5、与所述并联射频功率放大模块连接的功率合成网络模块，用于合成所述漏极放大功率，生成所述射频功率；

6、与所述功率合成网络模块连接的漏极直流偏置电压模块，用于输出漏极直流偏置电压，以提供直流能量；

7、与所述漏极直流偏置电压模块和所述功率合成网络模块均连接的输出匹配网络模块，用于将所述射频功率和所述漏极直流偏置电压生成输出功率，并输出所述输出功率至预设负载。

8、可选地，所述漏极直流偏置电压模块为预设大小的漏极直流偏置电压模块；或者

9、所述漏极直流偏置电压模块为漏极直流偏置可调电压模块。

10、可选地，还包括：

11、与所述并联射频功率放大模块连接的第一级功率放大模块，用于输出驱动信号，所述驱动信号用于为所述并联射频功率放大模块提供驱动功率。

12、可选地，还包括：

13、与所述第一级功率放大模块连接的串联谐振网络模块，用于整形所述驱动信号；

14、位于所述串联谐振网络模块和所述并联射频功率放大模块之间的输入匹配网络模块，用于将整形后的驱动信号传输至所述并联射频功率放大模块。

15、可选地，还包括：

16、与所述第一级功率放大模块连接的辅助直流电压模块，用于输出辅助直流电压信号，所述辅助直流电压信号用于为所述第一级功率放大模块提供直流功率。

17、可选地，所述并联射频功率放大模块包括：

18、多组并联连接的功率放大电路，所述功率放大电路用于输出所述漏极放大功率。

19、可选地，所述功率放大电路包括：

20、第一功率放大晶体管，用于输出所述漏极放大功率；

21、一端与所述第一功率放大晶体管漏极连接，另一端接地的第一并联电容，用于在工作状态进行充放电；

22、一端与所述第一功率放大晶体管源极连接，另一端接地的射频滤波电容，用于进行射频滤波；

23、与第一功率放大晶体管源极连接的滤波电感，用于滤除所述第一功率放大晶体管的非直流电流干扰信号。

24、可选地，所述功率放大电路还包括：

25、一端与所述第一功率放大晶体管栅极连接，另一端接地的并联电感，用于将所述第一功率放大晶体管漏极和所述第一功率放大晶体管源极耦合的射频电荷释放至所述地。

26、可选地，所述功率合成网络模块与所述多组并联连接的功率放大电路连接，用于将所述多组并联连接的功率放大电路输出的漏极放大功率，生成一路所述射频功率。

27、可选地，所述栅极直流偏置调节模块包括：

28、多组并联的栅极直流偏置调节电路，所述栅极直流偏置调节电路的输出端与所述并联射频功率放大模块连接，用于调节所述并联射频功率放大模块的输出。

29、可选地，所述栅极直流偏置调节电路包括：

30、与所述滤波电感连接的第二功率放大晶体管，用于输出直流分量电流，所述直流分量电流用于控制所述并联射频功率放大模块；

31、一端与所述第二功率放大晶体管栅极连接，另一端接地的并联电阻，用于将所述第二功率放大晶体管栅极的留存电荷释放至所述地；

32、与所述并联电阻一端连接的串联电阻，用于分压所述第二功率放大晶体管的输入信号；

33、一端与所述第二功率放大晶体管漏极连接，另一端接地的第二并联电容，用于滤除所述第二功率放大晶体管的干扰信号。

34、可选地，所述输出匹配网络模块包括：

35、与所述功率合成网络模块连接的串联谐振网络子模块，用于整形所述射频功率，生成输出功率；

36、与所述串联谐振网络子模块连接的匹配网络子模块，用于输出所述输出功率至所述预设负载。

37、本发明实施例还公开了一种射频电源，所述射频电源包括如上所述功率放大器和射频电源传感器，所述功率放大器输出端与所述射频电源传感器输入端连接；所述射频电源传感器用于检测所述射频功率。

38、本发明实施例还公开了一种半导体工艺设备，所述半导体工艺设备包括射频电源、射频匹配器、工艺腔室，所述射频电源为上述的射频电源，所述射频电源用于产生射频功率，所述射频匹配器用于加载所述射频功率至所述工艺腔室，以激发所述工艺腔室中的工艺气体形成等离子体；所述工艺腔室用于基于所述等离子体加工待加工晶圆。

39、本发明实施例包括以下优点：

40、本发明实施例通过并联射频功率放大模块，用于输出漏极放大功率；与所述并联射频功率放大模块连接的栅极直流偏置调节模块，用于调节所述并联射频功率放大模块的功率输出；与所述射频功率放大模块连接的功率合成网络模块，用于合成所述漏极放大功率，生成所述射频功率；与所述功率合成网络模块连接的漏极直流偏置电压模块，用于输出漏极直流偏置电压，以提供直流能量；与所述漏极直流偏置电压模块和所述功率合成网络模块连接的输出匹配网络模块，用于将所述射频功率和所述漏极直流偏置电压生成输出功率，并输出所述输出功率至预设负载。本发明实施例通过采用栅极直流偏置调节模块可以快速改变射频电源功率放大器的输出功率，有效减少功率变换的响应时间，很好满足了刻蚀设备不同工艺的使用需求。