CN113491001B - 半导体处理设备及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种半导体处理设备及其控制方法，所述半导体处理设备包括处理腔室(201)，所述处理腔室(201)内具有两个以上反应区域(1，2，3)，各反应区域(1，2，3)具有独立的气路模块，所述控制方法包括：在进行半导体处理的过程中，保持向各反应区域(1，2，3)内通入气体的循环周期同步。本发明的半导体处理设备及其控制方法，能够控制各反应区域(1，2，3)内通入的反应气体的循环周期保持一致，使得同一时间向不同的反应区域(1，2，3)内通入的气体相同，避免各反应区域(1，2，3)之间的气体发生干扰，从而提高产品良率。

Description

半导体处理设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及半导体设备领域，尤其涉及一种半导体处理设备及其控制方法。
背景技术
现有的半导体晶圆处理过程，经常采用沉积、刻蚀等工艺，需要向反应腔体内通入各种不同的反应气体。例如，原子层沉积工艺，能够形成较高均匀性的膜层，具有较高的台阶覆盖性能，由于其沉积过程的自限性，在每一个沉积循环过程中，增加的膜层厚度一定，因此原子层沉积需要耗费的时间较长，出片量(WPH)较低。
为了提高半导体的处理效率，现有技术中，会同时在一个反应腔室内，设定两个以上的反应区域。请参考图1，为一现有技术的原子层沉积工艺腔室示意图。该沉积腔室100内设置有四个基座101，能够同时对四片晶圆102进行处理，从而提高晶圆的出片量。由于需要对四片晶圆同时进行处理，各反应区域需要分别通入反应气体。即便是在各反应区域内进行同样的半导体处理工艺的情况下，由于现有技术中，仅能够通过人为控制各反应区域内的气体通入，各反应区域内通入气体之间无法实现完全同步，即便处理工艺开始阶段，各反应区域内同时通入相同的反应气体，但是随着处理过程的进行，多种气体依次输入，人为控制的同步性较差，最终会出现同一时刻，不同反应区域内通入的反应气体不同，会出现不同反应区域之间气体串扰的问题，影响半导体处理工艺的效果。
如何避免各反应区域之间的反应气体的相互干扰，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种半导体处理设备及其控制方法，避免各反应区域之间的反应气体之间发生干扰。
本发明提供一种半导体处理设备的控制方法，所述半导体处理设备包括处理腔室，所述处理腔室内具有两个以上反应区域，各反应区域具有独立的气路模块，在进行半导体处理的过程中，保持向各反应区域内通入气体的循环周期同步。
可选的，各反应区域用于进行相同的半导体处理工艺。
可选的，在半导体处理过程中，每一种气体的循环周期包括准备时间、通入反应区域内的时间以及尾气处理时间；通过调整所述准备时间以及尾气处理时间，补偿各反应区域的气体循环周期的差异。
可选的，同一时刻各反应区域内通入相同的气体的方法包括：向各反应区域的气路模块同步发送控制信号。
可选的，所述气路模块包括多个供气管路，用于传输不同的气体，各供气管路上设置有阀门；向各反应区域相对应的供气管路上的所述阀门同步发送相同的所述控制信号。
可选的，在进行半导体处理工艺时，在各反应区域之间设置物理隔离单元，以实现各反应区域之间的气体隔离。
可选的，所述物理隔离单元包括可升降的隔板。
可选的，还包括：检测各反应区域内通入气体是否相同，当各反应区域内通入气体出现不同时报警，并停止设备运行。
可选的，当各反应区域设置的气体循环周期不一致时，进行报警，阻止设备运行。
本发明的具体实施方式还提供一种半导体处理设备，包括：处理腔室，所述处理腔室内具有两个以上反应区域，各反应区域具有独立的气路模块；控制模块，与各个反应区域的气路模块相连，用于在进行半导体处理的过程中，保持向各反应区域内通入气体的循环周期同步。
可选的，各反应区域用于进行同样的半导体处理工艺。
可选的，在半导体处理过程中，每一种气体的循环周期包括准备时间、通入反应区域内的时间以及尾气处理时间；所述控制模块通过调整所述准备时间以及尾气处理时间，补偿各反应区域的气体循环周期的差异。
可选的，所述控制模块用于连接至各反应区域的气路模块，向各反应区域的气路模块同步发送控制信号。
可选的，所述气路模块包括多个供气管路，用于传输不同的气体，各供气管路上设置有阀门；所述控制模块连接至所述阀门的控制端，用于向各反应区域相对应的供气管路上的所述阀门同步发送相同的所述控制信号。
可选的，还包括物理隔离单元，设置于各反应区域之间，在进行半导体处理工艺时，所述物理隔离单元用于实现各反应区域之间的气体隔离。
可选的，所述物理隔离单元包括可升降的隔板。
可选的，还包括：检测模块，用于检测各反应区域内通入气体是否相同，当各反应区域内通入气体出现不同时预警，并停止设备运行。
可选的，所述检测模块还用于在检测到各反应区域设置的气体循环周期不一致时，进行报警，阻止设备运行。
本发明的半导体处理设备及其控制方法，能够控制各反应区域内通入的反应气体的循环周期保持一致，使得同一时间向不同的反应区域内通入的气体相同，避免各反应区域之间的气体发生干扰，从而提高产品良率。
附图说明
图1为本发明现有技术的半导体处理设备的结构示意图；
图2为本发明一具体实施方式的半导体处理设备的模块结构示意图；
图3为本发明一具体实施方式中向各反应区域内通入气体B2H6的时序图；
图4为本发明一具体实施方式中改变尾气处理时间对通过ALD工艺形成的WN薄膜的厚度和电阻图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的半导体处理设备及其控制方法的具体实施方式做详细说明。
请参考图2，为本发明一具体实施方式的半导体处理设备的模块结构示意图。
本发明的半导体处理设备，包括至少两个反应区域，每一反应区域可以对一晶圆进行半导体处理，因此，所述半导体处理设备可以对至少两个晶圆同时进行处理。
该具体实施方式中，所述半导体处理设备包括处理腔室201，所述处理腔室201内具有三个反应区域，分别为反应区域1、反应区域2以及反应区域3，各反应区域具有独立的气路模块。所述半导体处理设备还包括气帘模块，用于在各反应区域之间形成气帘，减少各反应区域在进行半导体处理过程中，相互之间的干扰。
所述反应区域1、反应区域2以及反应区域3均位于同一处理腔室201内部，均包括用于放置晶圆的底座以及与底座匹配的支撑结构等。各反应区域用于进行相同的半导体处理工艺，因此，需要向各反应区域通入相同的反应气体。
各气路模块均包括供气单元和尾气处理单元。所述供气单元1用于向反应区域1内提供反应气体，所述供气单元2用于向反应区域2内提供反应气体，所述供气单元3用于向反应区域3内提供反应气体。所述尾气处理单元1用于对反应区域1内反应完成后的副产物及多余反应气体进行处理；所述尾气处理单元2用于对反应区域2内反应完成后的副产物及多余反应气体进行处理；所述尾气处理单元3用于对反应区域3内反应完成后的副产物及多余反应气体进行处理。
所述半导体处理设备还包括一控制模块200，与各个反应区域的气路模块相连，用于在进行半导体处理的过程中，保持向各反应区域内通入气体的循环周期同步。该具体实施方式中，所述控制模块200包括两个信号输出端口，分别与气路模块的供气单元和尾气处理单元连接，分别对供气单元以及尾气处理单元进行控制。具体的，所述控制模块200通过一信号输出端口，连接至供气单元1、供气单元2和供气单元3，可以分别或者同时向所述供气单元1、供气单元2和供气单元3发送控制信号。同样的，所述控制模块200通过另一信号输出端口，连接至尾气处理单元1、尾气处理单元2和尾气处理单元3，可以分别或者同时向所述尾气处理单元1、尾气处理单元2和尾气处理单元3发送控制信号。
所述控制模块200，用于在进行半导体处理的过程中，保持向各反应区域内通入气体的循环周期同步。气体的循环周期包括准备时间、通入反应区域内的时间以及尾气处理时间。通入反应区域内的时间决定的通入气体参与反应的时间，对半导体处理工艺的效果起到决定作用，而通常准备时间以及尾气处理时间的改变，对半导体处理工艺的效果影响不大。当一个循环周期结束之后，开启另一气体的循环周期。
所述控制模块200用于控制供气单元的气体准备时间以及通入反应区域内的时间，还用于控制尾气处理单元的尾气处理时间。所述控制模块200通过系统以及内部逻辑控制，准确控制反应区域1、反应区域2以及反应区域3分别对应的气体循环周期，实现三个反应区域之间的气体循环周期同步。在这个过程中，当不同反应区域的同一气体的循环周期不同时，可以通过调整各反应区域内该气体的循环周期内的准备时间以及尾气处理时间，以补偿各反应区域的气体循环周期的差异，从而使得各反应区域之间的反应气体的循环周期同步。较佳的，向各反应区域内通入相同气体的时刻相同。
在该具体实施方式中，所述半导体处理设备为原子层沉积设备，包括三个反应区域，用于进行WN薄膜的沉积，所述WN薄膜为掺N(氮)的W(钨)薄膜，例如，需要依次向反应区域内通入乙硼烷(B2H6)、六氟化钨(WF6)以及三氟化氮(NF3)。例如，各供气单元分别通过三条供气管路与反应区域连通，用于分别输送B2H6、WF6以及NF3这三种气体。各条供气管路上均设置有阀门，所述控制模块200与各阀门连接，用于控制各阀门的通断状态，向气体对应的供气管路同步发送控制信号，以同步开启或关闭对应的供气管路。
在一个具体实施方式中，可以将所述反应区域1、反应区域2以及反应区域3配置成相同的工艺参数，各反应区域的B2H6的循环周期相同、WF6的循环周期相同，以及NF3的循环周期也相同。所述控制模块200只需要严格控制各供气单元以及尾气处理单元的同步性，就能够实现各反应区域在任意时刻通入的气体相同，即便各反应区域内部的反应气体进入其他反应区域内，也不会影响到各反应区域内的沉积过程，从而提高各反应区域内的成膜质量。可以通过向各气体管路的阀门同步发送控制信号实现气体输送的同步。各供气单元内用于输送相同气体的气体管路的阀门之间也可以建立通信，以确保同步开启或关闭。如图3所示，为向反应区域1、2以及3中通入B2H6的气体时序示意图，各个反应区域内B2H6的循环周期一致，通入和关闭的时刻相同。类似的，向反应区域1、2以及3内通入其他气体时，循环周期也一致。因此，任意时刻，各反应区域内没有气体通入或者通入的气体相同。
在其他具体实施方式中，所述反应区域1、反应区域2以及反应区域3也可以分别配置不同的工艺参数。例如，需要在反应区域1、反应区域2以及反应区域3内分别形成不同厚度的WN层。
在一个具体实施方式中，B2H6通入反应区域1内的时间小于B2H6通入反应区域2内的时间，控制模块200以反应区域2通入B2H6的时刻为基准，调整反应区域1的B2H6通入前的准备时间，进行周期补偿，依旧使得所述供气单元1和供气单元2在同一时刻向所述反应区域1和反应区域2内通入B2H6。
所述控制模块200可以通过对各气体的循环周期内的准备时间以及尾气处理时间进行延长或缩短，以保持各反应区域之间相同气体的循环周期一致。通过对通入B2H6之前通入的NF3的尾气处理时间进行调整，以使得所述B2H6通入反应区域1和通入反应区域2的循环周期相同。
在本发明的其他具体实施方式中，所述半导体处理设备还包括检测单元，用于检测各反应区域内通入气体是否相同。当各反应区域内通入气体出现不同时报警，并停止设备运行。所述检测单元可以包括设置于各反应区域内的气体传感器，用于检测反应区域内通入的气体，并反馈至所述控制模块200。当各反应区域内通入气体不同时，及时进行报警，并停止机台工作。
在其他具体实施方式中，所述检测单元还可以对半导体设备运行前设置的各反应区域的工艺参数中，各气体的循环周期是否一致进行判断。当各反应区域设置的气体循环周期不一致时，进行报警，阻止设备运行。
在其他具体实施方式中，所述半导体处理设备还可以包括物理隔离单元，设置于各反应区域之间，以实现各反应区域之间的气体隔离。即便当各反应区域内通入气体不同步的情况出现，由于各反应区域之间具有物理隔离，能够有效阻隔气体之间的串扰。在一个具体实施方式中，所述物理隔离单元为可升降的隔板，在晶圆放入各反应区域之后，升起隔板，使得各个反应区域之间形成隔离；在半导体处理之后，再收回隔板。
请参考图4，为本发明一具体实施方式中，同步控制与非同步控制的效果比较示意图。该具体实施方式中，采用不同循环周期条件下的ALD工艺形成的WN薄膜。
条件1为各区域同步通入气体条件下，形成WN薄膜；条件2为延长循环周期时间，但是各反应区域之间未进行气体同步控制的条件；条件3为延长循环周期，同时各区域同步通入气体。由此可见，如果仅仅延长循环周期时间，而忽略各区域间气体同步控制的话，厚度H2增加较多的同时，还会出现不想要的结果，例如电阻增大，条件1～3,相同厚度下的WN薄膜电阻R2大于R1和R3；而条件3和条件1，虽然条件3的循环周期延长，导致厚度H3大于条件1下的厚度H1，但是由于各反应区域内通入气体的循环周期同步，形成的WN薄膜在相同厚度下的电阻R1与R3接近。
对于ALD工艺，形成薄膜的相同厚度下的电阻是非常重要的参数，代表薄膜的质量，不仅决定工艺实用范围，也是评估工艺是否异常的重要标准。由图4可见，通过对各反应区域内通入气体的循环周期进行同步控制，可以有效提高并保持形成的薄膜的质量。
针对各反应区域内进行其他工艺的情况，对各反应区域内通入气体的循环周期进行同步控制，也可以有效提高工艺效果、产品良率。
本发明的具体实施方式还提供一种半导体处理设备的控制方法，所述半导体处理设备包括处理腔室，所述处理腔室内具有两个以上反应区域，各反应区域具有独立的气路模块，在进行半导体处理的过程中，保持向各反应区域内通入气体的循环周期同步。
各反应区域用于进行相同的半导体处理工艺，可以具有相同或不同的工艺参数，所述工艺参数包括气体循环周期、气体流量、温度等。
在半导体处理过程中，每一种气体的循环周期包括准备时间、通入反应区域内的时间以及尾气处理时间；通过调整所述准备时间以及尾气处理时间，补偿各反应区域的气体循环周期的差异。
向各反应区域的气路模块同步发送控制信号，具体的，所述气路模块包括多个供气管路，用于传输不同的气体，各供气管路上设置有阀门；向各反应区域相对应的供气管路上的阀门同步发送相同的控制信号。
在其他具体实施方式中，还可以在进行半导体处理工艺时，在各反应区域之间设置物理隔离单元，以实现各反应区域之间的气体隔离。所述物理隔离单元包括可升降的隔板。
在半导体处理进行过程中，还包括：检测各反应区域内通入气体是否相同，当各反应区域内通入气体出现不同时报警，并停止设备运行。在另一具体实施方式中，当各反应区域设置的气体循环周期不一致时，也可以进行报警，以阻止设备运行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种半导体处理设备的控制方法，所述半导体处理设备包括处理腔室，所述处理腔室内具有两个以上反应区域，各反应区域具有独立的气路模块，其特征在于，
在进行半导体处理的过程中，通过调整每一种气体的循环周期的准备时间以及尾气处理时间，补偿各反应区域的气体循环周期的差异，保持向各反应区域内通入气体的循环周期同步；其中，在半导体处理的过程中，每一种气体的循环周期包括准备时间、通入反应区域内的时间以及尾气处理时间。
2.根据权利要求1所述的半导体处理设备的控制方法，其特征在于，各反应区域用于进行相同的半导体处理工艺。
3.根据权利要求1所述的半导体处理设备的控制方法，其特征在于，同一时刻各反应区域内通入相同的气体的方法包括：向各反应区域的气路模块同步发送控制信号。
4.根据权利要求3所述的半导体处理设备的控制方法，其特征在于，所述气路模块包括多个供气管路，用于传输不同的气体，各供气管路上设置有阀门；向各反应区域相对应的供气管路上的所述阀门同步发送相同的所述控制信号。
5.根据权利要求1所述的半导体处理设备的控制方法，其特征在于，在进行半导体处理工艺时，在各反应区域之间设置物理隔离单元，以实现各反应区域之间的气体隔离。
6.根据权利要求5所述的半导体处理设备的控制方法，其特征在于，所述物理隔离单元包括可升降的隔板。
7.根据权利要求1所述的半导体处理设备的控制方法，其特征在于，还包括：检测各反应区域内通入气体是否相同，当各反应区域内通入气体出现不同时报警，并停止设备运行。
8.根据权利要求1所述的半导体处理设备的控制方法，其特征在于，当各反应区域设置的气体循环周期不一致时，进行报警，阻止设备运行。
9.一种半导体处理设备，其特征在于，包括：
处理腔室，所述处理腔室内具有两个以上反应区域，各反应区域具有独立的气路模块；
控制模块，与各个反应区域的气路模块相连，用于在进行半导体处理的过程中，通过调整每一种气体的循环周期的准备时间以及尾气处理时间，补偿各反应区域的气体循环周期的差异，保持向各反应区域内通入气体的循环周期同步，其中，在半导体处理过程中，每一种气体的循环周期包括准备时间、通入反应区域内的时间以及尾气处理时间。
10.根据权利要求9所述的半导体处理设备，其特征在于，各反应区域用于进行同样的半导体处理工艺。
11.根据权利要求9所述的半导体处理设备，其特征在于，所述控制模块用于连接至各反应区域的气路模块，向各反应区域的气路模块同步发送控制信号。
12.根据权利要求11所述的半导体处理设备，其特征在于，所述气路模块包括多个供气管路，用于传输不同的气体，各供气管路上设置有阀门；所述控制模块连接至所述阀门的控制端，用于向各反应区域相对应的供气管路上的所述阀门同步发送相同的所述控制信号。
13.根据权利要求9所述的半导体处理设备，其特征在于，还包括物理隔离单元，设置于各反应区域之间，在进行半导体处理工艺时，所述物理隔离单元用于实现各反应区域之间的气体隔离。
14.根据权利要求13所述的半导体处理设备，其特征在于，所述物理隔离单元包括可升降的隔板。
15.根据权利要求9所述的半导体处理设备，其特征在于，还包括：检测模块，用于检测各反应区域内通入气体是否相同，当各反应区域内通入气体出现不同时预警，并停止设备运行。
16.根据权利要求15所述的半导体处理设备，其特征在于，所述检测模块还用于在检测到各反应区域设置的气体循环周期不一致时，进行报警，阻止设备运行。
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