CN116875964A - 半导体装置及气密性检测方法 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例提供一种半导体装置及气密性检测方法，其中，半导体装置包括：多个第一腔室，用于对待沉积结构进行沉积处理；第二腔室，与多个第一腔室连接，用于实现传输待沉积结构；气体检测单元，位于与第二腔室连接的抽气通道上，用于对抽气通道内的气体进行检测。
Description
技术领域
本公开涉及半导体技术领域，涉及但不限于一种半导体装置及气密性检测方法。
背景技术
随着半导体制造技术的不断发展，尤其是随着半导体关键尺寸(CriticalDimension)的不断缩小，使得对于半导体制造技术要求的不断提高。当关键尺寸越来越小时，每个半导体器件所占空间越来越小，进而半导体器件之间的距离也在不断地缩小，作为器件之间的隔离结构的浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation，STI)来说，其宽度也在不断地减小，使得浅沟槽隔离的深宽比不断地增加。
通常在45纳米及以下技术节点的半导体制造工艺中，对浅沟槽隔离和层间电介质沉积(Inter-layer Dielectric，ILD)的填孔能力、等离子损伤的要求越来越高，高密度等离子体化学气相沉积(HDP-CVD)已经不能满足要求，基于热氧亚常压反应的高深宽比-亚常压化学气相沉积(HARP-SACVD)已逐渐替代HDP-CVD成为主流。由于HARP-SACVD对反应温度和反应压力的要求更高，因此，HARP-SACVD机台的性能面临新的挑战，如何在第一时间发现HARP-SACVD机台的性能异常是目前需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本公开实施例提供一种半导体装置及气密性检测方法。
第一方面，本公开实施例提供一种半导体装置，包括：
多个第一腔室，用于对待沉积结构进行沉积处理；
第二腔室，与所述多个第一腔室连接，用于实现传输所述待沉积结构；
气体检测单元，位于与所述第二腔室连接的抽气通道上，用于对所述抽气通道内的气体进行检测。
在一些实施例中，所述半导体装置还包括：
控制单元，与所述气体检测单元连接，用于在所述气体检测单元检测到所述半导体装置的气密性需要验证的情况下，控制所述第二腔室停止运行，并发出异常警报。
在一些实施例中，所述半导体装置还包括：
第一抽气单元，与所述抽气通道连接，用于对所述第二腔室进行抽真空处理；
第二抽气单元，与所述第一腔室连接，用于对所述第一腔室进行抽真空处理；
第一阀门，位于所述第二腔室与所述气体检测单元之间的所述抽气通道上、且与所述气体检测单元连接；在所述第一阀门打开时，所述气体检测单元执行所述检测工作。
在一些实施例中，所述半导体装置还包括：
第一检测单元，位于所述第一腔室内，用于检测所述第一腔室的性能参数；
第二检测单元，位于所述第二腔室内，用于检测所述第二腔室的性能参数。
第二方面，本公开实施例提供一种气密性检测方法，应用于如第一方面所述的半导体装置，包括以下步骤：
通过所述气体检测单元对所述抽气通道内的气体进行检测；所述抽气通道内充满预设气体；
当所述气体检测单元检测到所述抽气通道内具有除所述预设气体之外的其它气体、且所述其它气体的含量大于阈值时，确认所述半导体装置的气密性需要验证。
在一些实施例中，所述方法还包括：
当所述半导体装置的气密性需要验证时，通过所述控制单元控制所述第二腔室停止运行，并记录停止运行前处于运行状态的所述第一腔室为第一待验证腔室；
对所述第一待验证腔室进行气密性验证。
在一些实施例中，对所述第一待验证腔室进行气密性验证，包括：
对所述第二腔室进行第一气密性验证；
对所述第一腔室进行第二气密性验证；
通过所述第一气密性验证结果和所述第二气密性验证结果，确定所述第一待验证腔室中异常的第一腔室。
在一些实施例中，所述第一待验证腔室为多个，对所述第二腔室进行所述第一气密性验证，包括：
将所有的所述第一腔室设置为非工作状态，并通过所述第二抽气单元进行抽真空处理；
获取所述第一腔室与所述第二腔室之间的第一基准漏率；
将多个所述第一待验证腔室分别单独设置为工作状态、将其他的所述第一腔室设置为非工作状态，并通过所述第二抽气单元对设置为非工作状态的所述第一腔室进行抽真空处理；
获取每一所述第一待验证腔室与所述第二腔室之间的第一漏率；
当所述第一漏率与所述第一基准漏率之间的差值大于第一预设值时，确认与所述第一漏率对应的所述第一待验证腔室为第二待验证腔室。
在一些实施例中，对所述第一腔室进行所述第二气密性验证，包括：
通过所述第一抽气单元对所述第二腔室进行抽真空处理，获取所述第二待验证腔室与所述第二腔室之间的第二基准漏率；
向所述第二腔室通入预设气体，获取所述第二待验证腔室与所述第二腔室之间的第二漏率；
当所述第二漏率与所述第二基准漏率的差值大于第二预设值时，确认所述第二待验证腔室的气密性异常。
在一些实施例中，每一次所述第一腔室与所述第二腔室之间的所述待沉积结构的传输完成、且在所述第一阀门处于打开状态时，通过所述气体检测单元对所述抽气通道内的气体进行延时采样检测。
本公开实施例提供一种半导体装置及气密性检测方法，其中，半导体装置包括：多个第一腔室，用于对待沉积结构进行沉积处理；第二腔室，与多个第一腔室连接，用于实现传输待沉积结构；气体检测单元，位于与第二腔室连接的抽气通道上，用于对抽气通道内的气体进行检测。由于本公开实施例中的半导体装置包括气体检测单元，且气体检测单元能够对第二腔室内的气体进行检测，这样，当第一腔室气密性出现异常，第一腔室内部的气体会泄露到第二腔室时，通过气体检测单元能够在第一时间检测到异常情况，因此可以降低第二腔室中的待沉积结构被污染的风险，从而避免因待沉积结构被污染而导致的产品缺陷，进而降低批量产品的报废率。
附图说明
在附图(其不一定是按比例绘制的)中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同示例。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。
图1至图4为采用HARP-SACVD工艺填充沟槽过程中的结构示意图；
图5为本公开实施例提供的一种半导体装置的结构示意图；
图6为本公开实施例提供的一种气密性检测方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在下文的描述中，给出了大量的细节以便提供对本公开更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本公开可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本公开发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。
在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其他元件或层时，其可以直接地在其他元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其他元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其他元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本公开教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本公开必然存在第一元件、部件、区、层或部分。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本公开的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其他的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
通常在45nm技术节点以后，对浅沟槽隔离和层间电介质沉积的填孔能力、等离子损伤的要求越来越高，高密度等离子体化学气相沉积(HDP-CVD)已经不能满足要求，基于热氧亚常压反应的高深宽比-亚常压化学气相沉积(HARP-SACVD)已逐渐替代HDP-CVD成为主流。如图1至4所示，目前采用HARP-SACVD工艺填充沟槽11主要分为三个步骤，第一步，请参考图1和图2，在沟槽11表面初始成核层12；第二步，请参考图3，对沟槽11内部完全填充，形成填充层13；第三步，请参考图4，在沟槽11上方形成覆盖填充层13的覆盖层14，以便于后续采用化学机械研磨工艺对覆盖层14进行平坦化处理。
在相关技术中，HARP-SACVD装置中的反应腔用于执行化学气相沉积反应，传输腔用于向反应腔传输晶圆。以正硅酸乙酯与臭氧的化学气相沉积反应为例，反应腔内的反应的温度约为540℃、压力约为600托。这使得反应腔和传输腔之间的隔绝阀在长时间的高温高压和高频开关环境下容易发生性能退化甚至失效，从而影响反应腔的气密性，导致反应腔内的反应源和副反应物从反应腔进入传输腔。进入传输腔内的反应源和副反应物会污染传输腔中等待进入其它反应腔进行沉积的晶圆，被污染的晶圆在其它反应腔沉积以后会形成特殊的扇形或半边缺陷形貌。由于出现气密性异常的反应腔很难在第一时间被检测到，容易误判产品缺陷的来源，从而导致大批量产品报废。
由上可知，在高温高压条件下，HARP-SACVD机台的相关部件更容易发生退化甚至失效等异常情况，因此如何在第一时间发现HARP-SACVD机台的性能异常是目前需要解决的问题。
基于此，本公开实施例提供一种半导体装置及气密性检测方法，由于本公开实施例中的半导体装置包括气体检测单元，且气体检测单元能够对第二腔室内的气体进行检测，这样，当第一腔室气密性出现异常，第一腔室内部的气体会泄露到第二腔室时，通过气体检测单元能够在第一时间检测到异常情况，因此可以降低第二腔室中的待沉积结构被污染的风险，从而避免因待沉积结构被污染而导致的产品缺陷，进而降低批量产品的报废率。
下面，结合附图对本公开实施例中的半导体装置及气密性检测方法进行详细说明。
本公开的一实施例提供一种半导体装置，请参考图5，图5示出了本公开实施例提供的半导体装置的结构示意图。如图5所示，半导体装置10包括：
多个第一腔室101，用于对待沉积结构(图5中未示出)进行沉积处理；
第二腔室102，与多个第一腔室101连接，用于实现传输待沉积结构；
气体检测单元103，位于与第二腔室102连接的抽气通道104上，用于对抽气通道104内的气体进行检测。
本公开实施例中的半导体装置包括气体检测单元103，且气体检测单元103能够对第二腔室102内的气体进行检测，这样，当第一腔室101气密性出现异常，第一腔室101内部的气体会泄露到第二腔室102时，通过气体检测单元103能够在第一时间检测到异常情况，因此可以降低第二腔室102中的待沉积结构被污染的风险，从而避免因待沉积结构被污染而导致的产品缺陷，进而降低批量产品的报废率。
需要说明的是，本公开实施例中，半导体装置10例如可以为化学气相沉积机台，第一腔室101可以作为反应腔，用于执行沉积反应，其中，多个第一腔室101可以用于执行相同的沉积反应，也可以用于执行不同的沉积反应。第二腔室102可以作为传输腔，可以将待沉积结构传送至第一腔室101进行沉积处理；也可以传出在第一腔室101完成沉积处理的待沉积结构，其中，待沉积结构例如可以为晶圆。气体检测单元103例如可以为残余气体分析仪，可以对抽气通道104内的气体的成分及含量进行检测分析。
在其它实施例中，半导体装置10还可以为物理气相沉积机台或原子层沉积机台等，物理气相沉积机台或原子层沉积机台均可以在与机台对应腔室连接的抽气通道上设置气体检测单元，并通过气体检测单元对位于抽气通道内的气体进行气体成分及含量的检测分析，从而可以判断物理气相沉积机台或原子层沉积机台的气密性是否出现异常。
需要说明的是，本公开实施例中，气体检测单元103对抽气通道104内的气体进行检测时，抽气通道104内充满预设气体，当气体检测单元103检测到抽气通道104内具有除预设气体之外的其它气体、且其它气体的含量大于阈值时，这里，阈值例如可以为1％、3％或者5％等，即可确认半导体装置10的气密性需要验证。
在一些实施例中，请继续参考图5，半导体装置10还包括：控制单元105，控制单元105与气体检测单元103连接，用于在气体检测单元103检测到半导体装置10的气密性需要验证的情况下，控制第二腔室102停止运行，并发出异常警报。
本公开实施例中，控制单元105与气体检测单元103之间的连接为通信连接。控制单元105例如可以为控制柜，包括信号接收装置、控制系统和显示面板等。控制单元105与气体检测单元103之间可以进行信号传输，当气体检测单元103检测到半导体装置10的气密性存在异常需要验证的情况下，可以将异常信息传送至控制单元105的信号接收装置，控制单元105在接收到异常信息之后，可以基于内部的控制系统控制第二腔室102停止运行，即停止将待沉积结构继续传送至第一腔室101进行沉积处理，并可以通过位于显示面板上的警铃或警灯等发出异常警报。
在一些实施例中，请继续参考图5，半导体装置10还包括：第一抽气单元106，与抽气通道104连接，用于对第二腔室102进行抽真空处理；第二抽气单元107，与第一腔室101连接，用于对第一腔室101进行抽真空处理；第一阀门108，位于第二腔室102与气体检测单元103之间的抽气通道104上、且与气体检测单元103连接；在第一阀门108打开时，气体检测单元103执行检测工作。
本公开实施例中，第一阀门108与气体检测单元103的连接为通信连接，当第一阀门108开启时，可以将其开启状态的信号发送至气体检测单元103，气体检测单元103接收到信号后即可执行检测工作。当第一阀门108关闭时，可以将其关闭状态的信号发送至气体检测单元103，气体检测单元103接收到信号后即可停止执行检测工作。
在一些实施例中，第一抽气单元106和第二抽气单元107可以为任意一种能够实现抽气的设备，例如可以为真空泵。
在一些实施例中，请继续参考图5，半导体装置10还包括：第二阀门109，第二阀门109位于第一腔室101和第二腔室102之间。
本公开实施例中，每一次当第一腔室101和第二腔室102之间完成待沉积结构的传输，即第二阀门109处于关闭状态时，向第二腔室102内通入预设气体，这里，预设气体例如可以为高纯氮(纯度大于或者等于99.9999999％)，此时，第一阀门108处于开启状态，第一抽气单元106将第二腔室102中的高纯氮不断抽出，可以实现对第二腔室102的吹扫清洁效果。当第一腔室101和第二腔室102之间进行待沉积结构的传输时，停止向第二腔室102内通入预设气体，并分别通过第一抽气单元106和第二抽气单元107将第二腔室102和第一腔室101抽至真空状态，此时，开启第二阀门109，以完成待沉积结构的传输。
在一些实施例中，请继续参考图5，半导体装置10还包括：第一检测单元(图5中未示出)，位于第一腔室101内，用于检测第一腔室101的性能参数；第二检测单元(图5中未示出)，位于第二腔室102内，用于检测第二腔室102的性能参数。
在一些实施例中，第一检测单元和第二检测单元可以包括压力传感器，用于检测第一腔室101和第二腔室102内的压力。
在一些实施例中，第一检测单元和第二检测单元还可以包括温度传感器，用于检测第一腔室101和第二腔室102内的温度。
在一些实施例中，请继续参考图5，半导体装置10还包括：第三腔室110，与第二腔室102连接，用于与第二腔室102之间传输待沉积结构。
本公开实施例中，第三腔室110可以作为过渡腔室，当待沉积结构需要从外部向第二腔室102传输时，待沉积结构首先传输至第三腔室110，接下来第三腔室110会被抽至真空状态，然后再将待沉积结构传送至同样处于真空状态的第二腔室102。
在一些实施例中，请继续参考图5，半导体装置10还包括：监测单元111，位于第一阀门108与第一抽气单元106之间的抽气通道104上。
本公开实施例中，监测单元111例如可以为压力计，用于监测抽气通道104内的气体的压力，以便于了解抽气通道104内气体的压力状态。
本公开的另一实施例还提供一种气密性检测方法，应用于前述实施例图5所示的半导体装置10。图6为本公开实施例提供的一种气密性检测方法的流程图。下面将结合图6对本公开实施例提供的气密性检测方法进行详细的说明。
如图6所示，气密性检测方法包括步骤101和步骤102：
首先，请参考图5和图6，执行步骤101，通过气体检测单元103对抽气通道104内的气体进行检测；抽气通道104内充满预设气体。
在一些实施例中，请参考图5，在第一腔室101和第二腔室102之间完成待沉积结构的传输时，关闭第二阀门109。向第二腔室102内通入预设气体，这里，预设气体例如可以为高纯氮(纯度大于或者等于99.9999999％)，并开启第一阀门108，通过第一抽气单元106将第二腔室102中的气体不断抽出。通入的预设气体可以对第二腔室102进行吹扫清洁。
当开启第一阀门108后，气体检测单元103持续对抽气通道104内的气体进行采样检测，采样开始时间和采样频率可以根据实际需求进行设置，在此不作限制。
需要说明的是，本公开实施例中，半导体装置10例如可以为化学气相沉积装置，第一腔室101可以作为反应腔，用于执行沉积反应，其中，多个第一腔室101可以用于执行相同的沉积反应，也可以用于执行不同的沉积反应。第二腔室102可以作为传输腔，可以将待沉积结构传送至第一腔室101进行沉积处理；也可以传出在第一腔室101完成沉积处理的待沉积结构，其中，待沉积结构例如可以为晶圆。第二阀门109用于第一腔室101和第二腔室102之间的隔绝。
在其它实施例中，半导体装置10还可以为物理气相沉积机台或原子层沉积机台等，物理气相沉积机台或原子层沉积机台均可以在与机台对应腔室连接的抽气通道上设置气体检测单元，并通过气体检测单元对位于抽气通道内的气体进行气体成分及含量的检测分析，从而可以判断物理气相沉积机台或原子层沉积机台的气密性是否出现异常。
在一些实施例中，气体检测单元103例如可以为残余气体分析仪，可以对抽气通道104内的气体的成分及含量进行检测分析。
本公开实施例中，第一阀门108与气体检测单元103的连接为通信连接，当开启第一阀门108时，第一阀门108可以将其开启状态的信号发送至气体检测单元103，气体检测单元103接收到信号后即可执行检测工作。当关闭第一阀门108时，第一阀门108可以将其关闭状态的通讯信号发送至气体检测单元103，气体检测单元103接收到信号后即可停止执行检测工作。
需要说明的是，每一次第一腔室101与第二腔室102之间的待沉积结构的传输完成、且在第一阀门108处于打开状态时，通过气体检测单元103对抽气通道104内的气体进行延时采样检测。
本公开实施例中，第一腔室101与第二腔室102之间进行待沉积结构的传输时，参与第一腔室101内沉积反应的气体或副产物可能会短暂地进入第二腔室102。示例性的，第一腔室101内进行的是正硅酸乙酯(TEOS)与臭氧(O3)的化学气相沉积反应，当待沉积结构完成沉积处理后从第一腔室101传输至第二腔室102时，会带出部分反应气体，例如TEOS或O3，以及部分副产物，例如SiO2、CO2或H2O(g)至第二腔室102。如果在每一次第一腔室101与第二腔室102之间的待沉积结构的传输完成、且在第一阀门108处于打开状态时，立即通过气体检测单元103对抽气通道104内的气体进行采样检测，气体检测单元103会检测到TEOS、O3、SiO2、CO2或H2O(g)的含量瞬间增大，并在下一个取样区间降至低点。这将会对气体检测单元103的检测结果产生影响，因此，通过气体检测单元103对抽气通道104内的气体进行延时采样检测，可以在延时的时间内通过第一抽气单元106将传输待沉积结构时进入第二腔室102的反应气体或副产物和预设气体一起被抽走，以避免影响气体检测单元103对抽气通道104内气体的检测结果。
需要说明的是，气体检测单元103对抽气通道104内的气体延时采样的时间可以根据实际沉积反应的反应条件、预设气体的通入流量以及第一抽气单元106的工作功率等进行设置，例如可以设置为1～10min，例如2min、3min、5min或者8min等。
在一些实施例中，当第一阀门108处于开启状态时，气体检测单元103对抽气通道104内的气体进行持续采样检测。
本公开实施例中，当第一阀门108处于开启状态时，气体检测单元103对抽气通道104内的气体进行持续采样检测，直至第一阀门108关闭。气体检测单元103执行采样检测时，可以是周期性地采样，也可以是随机采样。相对于随机的采样检测，周期性采样检测可使得检测结果的可靠性更高。相对于周期性采样检测，随机采样的方式更容易快速发现异常，避免更多的产品报废。
接下来，请继续参考图5和图6，执行步骤102，当气体检测单元103检测到抽气通道104内具有除预设气体之外的其它气体、且其它气体的含量大于阈值时，确认半导体装置的气密性需要验证。
本公开实施例中的半导体装置包括气体检测单元103，且气体检测单元103能够对第二腔室102内的气体进行检测，这样，当第一腔室101气密性出现异常，第一腔室101内部的气体会泄露到第二腔室102时，通过气体检测单元103能够在第一时间检测到异常情况，因此可以降低第二腔室102中的待沉积结构被污染的风险，从而避免因待沉积结构被污染而导致的产品缺陷，进而降低批量产品的报废率。
本公开实施例中，气体检测单元103对抽气通道104内的气体进行检测时，向第二腔室102通入预设气体，例如高纯氮，并开启第一阀门108，第一抽气单元106将第二腔室102内的气体不断抽出，此时，抽气通道104内充满预设气体，当气体检测单元103检测到抽气通道104内具有除预设气体之外的其它气体、且其它气体的含量大于阈值时，确认半导体装置的气密性需要验证，这里，阈值例如可以为1％、3％或者5％等。
在一些实施例中，请参考图5，气密性检测方法还包括：当半导体装置10的气密性需要验证时，通过控制单元105控制第二腔室102停止运行，并记录停止运行前处于运行状态的第一腔室101为第一待验证腔室；对第一待验证腔室进行气密性验证。
本公开实施例中，控制单元105与气体检测单元103之间的连接为通信连接。控制单元105例如可以为控制柜，包括信号接收装置、控制系统和显示面板等。控制单元105与气体检测单元103之间可以进行信号传输，当半导体装置的气密性需要验证时，气体检测单元103可以将异常信息传送至控制单元105的信号接收装置，控制单元105在接收到异常信息之后，可以基于内部的控制系统控制第二腔室102停止运行，即停止将待沉积结构继续传送至第一腔室101进行沉积处理，并可以通过位于显示面板上的警铃或警灯等发出异常警报。
需要说明的是，通过控制单元105控制第二腔室102停止运行后，将第二腔室102内和第一腔室101内的所有待沉积或完成沉积结构通过第三腔室110传送至外部存放区后，对第一待验证腔室进行气密性验证。
在一些实施例中，请继续参考图5，对第一待验证腔室进行气密性验证，包括：对第二腔室102进行第一气密性验证；对第一腔室101进行第二气密性验证；通过第一气密性验证结果和第二气密性验证结果，确定第一待验证腔室中异常的第一腔室。
本公开实施例中，分别对第二腔室102进行第一气密性验证以及对第一腔室101进行第二气密性验证，通过两次气密性验证，可以更加准确地确认气密性异常的第一腔室。
在一些实施例中，请继续参考图5，第一待验证腔室为多个，对第二腔室102进行第一气密性验证，包括以下步骤1至步骤3：
步骤1，将所有的第一腔室101设置为非工作状态，并通过第二抽气单元107进行抽真空处理；获取第一腔室101与第二腔室102之间的第一基准漏率；
这里，将所有的第一腔室101设置为非工作状态，即将所有的第一腔室101停止执行沉积反应以及停止执行清洁程序，需要说明的是，第一腔室101执行清洁程序时的工作环境与执行沉积反应的工作环境类似。
获取第一腔室101与第二腔室102之间的第一基准漏率的具体过程为：首先，通过第一抽气单元106对第二腔室102进行抽真空处理，此时通过第二检测单元检测第二腔室102抽至真空状态时的第一压力或第一真空度。其次，将半导体装置自然放置设定时间后，再次测试第二腔室102内的第二压力或第二真空度，根据第二压力与第一压力的变化值与设定时间的比值或第二真空度与第一真空度的变化值与设定时间的比值，即可获得第一基准漏率。
需要说明的是，上述只是对获得第一基准漏率的示例性说明，在实际操作中，在第二腔室102抽至真空状态后，可以将半导体装置自然放置多个设定时间，根据多个设定时间段内第二腔室102内的压力或真空度的变化值，得到多个压力或真空度在单位时间的变化值，再通过取平均值即可得到第一基准漏率。
步骤2，将多个第一待验证腔室分别单独设置为工作状态、将其他的第一腔室101设置为非工作状态，并通过第二抽气单元107对设置为非工作状态的第一腔室101进行抽真空处理；获取每一第一待验证腔室与第二腔室102之间的第一漏率；
需要说明的是，获取每一第一待验证腔室与第二腔室102之间的第一漏率的方法与上述获取第一腔室101与第二腔室102之间的第一基准漏率的方法类似，可以参照获取第一腔室101与第二腔室102之间的第一基准漏率的步骤进行理解，这里不再赘述。
步骤3，当第一漏率与第一基准漏率之间的差值大于第一预设值时，确认与第一漏率对应的第一待验证腔室为第二待验证腔室。
本公开实施中，将多个第一待验证腔室分别单独设置为工作状态，获取每一第一待验证腔室与第二腔室102之间的第一漏率。这里的工作状态例如可以是执行清洁程序，以模拟执行沉积反应时的工作环境，这种状态下，如果某一个第一待验证腔室的气密性出现异常，那么这个第一待验证腔室内的气体会泄露至第二腔室102内，使得第二腔室102内的压力上升速度加快，从而使得测得的第一漏率大于第一基准漏率，当第一漏率与第一基准漏率之间的差值大于第一预设值时，这里的第一预设值例如可以为3mTorr/min、5mTorr/min或者10mTorr/min等，确认这个第一待验证腔室为第二待验证腔室，以对其进行下一步气密性验证。
在一些实施例中，对第一腔室进行第二气密性验证，包括以下步骤4至步骤6：
步骤4，通过第一抽气单元106对第二腔室102进行抽真空处理，获取第二待验证腔室与第二腔室102之间的第二基准漏率；
获取第二待验证腔室与第二腔室102之间的第二基准漏率的具体过程为：首先，通过第二抽气单元107对第二待验证腔室进行抽真空处理，此时通过第一检测单元检测第二待验证腔室抽至真空状态时的第三压力或第三真空度。其次，将半导体装置自然放置设定时间后，再次测试第二待验证腔室内的第四压力或第四真空度，根据第四压力与第三压力的变化值与设定时间的比值或第四真空度与第三真空度的变化值与设定时间的比值，即可获得第二基准漏率。
需要说明的是，上述只是对获得第二基准漏率的示例性说明，在实际操作中，在第二待验证腔室抽至真空状态后，可以将半导体装置自然放置多个设定时间，根据多个设定时间段内第二待验证腔室内的压力或真空度的变化值，得到多个压力或真空度在单位时间的变化值，再通过取平均值即可得到第二基准漏率。
步骤5，向第二腔室102通入预设气体，获取第二待验证腔室与第二腔室102之间的第二漏率；
需要说明的是，获取第二待验证腔室与第二腔室102之间的第二漏率的方法与上述获取第二待验证腔室与第二腔室102之间的第二基准漏率的方法类似，可以参照上述获取第二待验证腔室与第二腔室102之间的第二基准漏率的步骤进行理解，这里不再赘述。
步骤6，当第二漏率与第二基准漏率的差值大于第二预设值时，确认第二待验证腔室的气密性异常。
本公开实施中，向第二腔室102通入预设气体，获取第二待验证腔室与第二腔室102之间的第二漏率，这里的预设气体例如可以是高纯氮，这种状态下，如果第二待验证腔室的气密性出现异常，那么第二腔室102内的高纯氮会进入第二待验证腔室，使得第二待验证腔室内的压力上升速度加快，从而使得测得的第二漏率大于第二基准漏率，当第二漏率与第二基准漏率之间的差值大于第二预设值时，这里的第二预设值例如可以为3mTorr/min、5mTorr/min或者10mTorr/min等，即可最终确认第二待验证腔室的气密性异常。
本公开实施例中的半导体装置包括气体检测单元103，且气体检测单元103能够对第二腔室102内的气体进行检测，这样，当第一腔室101气密性出现异常，第一腔室101内部的气体会泄露到第二腔室102时，通过气体检测单元103能够在第一时间检测到异常情况，因此可以降低第二腔室102中的待沉积结构被污染的风险，从而避免因待沉积结构被污染而导致的产品缺陷，进而降低批量产品的报废率。
目前主流HARP-SACVD是TEOS和O3基于热氧的亚常压反应，沉积温度和压力通常分别在540℃和600Torr左右，导致反应腔(对应上述的第一腔室101)和传输腔(对应上述的第二腔室102)之间的第一隔绝阀(对应上述的第二阀门109)在长时间的高温高压和高频开关环境下容易发生内漏，反应源和副反应物从反应腔进入传输腔污染了等待进入其它反应腔进行沉积的晶圆(wafer)，被污染的晶圆在其它反应腔沉积以后会形成特殊的扇形或半边缺陷形貌，发生内漏的反应腔很难第一时间被机台侦测到停下，也容易让工程师误判缺陷来源，从而导致大批量产品报废。
针对内漏的反应腔，可以通过如下方法进行气密性检测：
通过在传输腔的真空管路(对应上述的抽气通道104)的第二隔绝阀(对应上述的第一阀门108)以下加装残余气体分析仪(对应上述的气体检测单元103)可以侦测TEOS等大分子量气体峰值异常波动，再对传输腔和反应腔分别测漏(分别对应上述的第一气密性验证和第二气密性验证)，即可判定传输腔和反应腔之间的第一隔绝阀是否存在内漏。
具体地，气密性检测方案包括以下步骤一至步骤五：
步骤一：当传输腔停止传片时，第二隔绝阀保持全开，纯度高达99.9999999％的气体高纯氮保持一定流量对传输腔进行吹扫，残余气体分析仪采取一定频率对真空管路内的气体进行取样，在传输腔本身无外漏和反应腔无内漏的情况下，残余气体分析仪得出结果分子量28(对应N2的分子量)应该在99.9％以上和极少比例的O2、Ar、CO2和H2O(g)等分子量。
步骤二：当传输腔开始传片时，吹扫气体高纯氮停止，第二隔绝阀保持关闭，残余气体分析仪停止对真空管路内的气体进行取样。
步骤三：当传输腔完成传片时，吹扫气体高纯氮恢复，第二隔绝阀保持全开，残余气体分析仪开始对真空管路气体进行延时取样。
这里需要说明的是第二隔绝阀每次从关闭到打开时，残余气体分析仪对真空管道内的气体延时取样，直到第二隔绝阀关闭前残余气体分析仪持续采取一定频率采样。目的是防止晶圆从反应腔沉积完进入传输腔带出的副产物暂时污染传输腔，残余气体分析仪检测的分析曲线峰值显示TEOS、O3、SiO2等大分子量比例瞬时变高，在下个取样区间峰值很快回落低点是因为高纯氮很快将副产物吹扫干净。
步骤四：当反应腔和传输腔之间的第一隔绝阀有内漏时，残余气体分析仪得出结果TEOS、SiO2、O3、CO2和H2O(g)等分子量比例会显著上升且曲线峰值持续时间长，即残余气体分析仪侦测到大分子量峰值持续异常波动，此时残余气体分析仪反馈信号给机台前端控制系统FES(对应上述的控制单元105)，使机台报警并暂停传输腔的传输动作。工程师第一时间处理报警时应记录正在沉积或者执行清洁程序的反应腔，均有可能内漏导致反应源TEOS、O3和副产物SIO2、CO2、H2O(g)等进入到传输腔被残余气体分析仪侦测到。
步骤五：将所有晶圆传回晶盒以后，首先在报警时记录的反应腔执行清洁程序时对传输腔执行测漏程序(对应上述的第一气密性验证)，具体步骤为：在所有反应腔处于非工作状态时，对传输腔执行第一次测漏程序并记录第一次漏率，对报警时记录的反应腔分别单独执行清洁程序并同时对传输腔执行第二次测漏程序并记录第二次漏率，和传输腔第一次漏率取差值。对报警时记录的反应腔分别单独执行清洁程序并同时对传输腔执行第二次测漏程序时，如果报警时记录的反应腔中有气密性出现异常的反应腔，那么气密性出现异常的反应腔内的气体会泄露至传输腔内，使得传输腔内的压力上升速度加快，从而使得对传输腔测得的第二次漏率大于第一次漏率，当第二次漏率与第一次漏率之间的差值大于第一预设值时，这里的第一预设值例如可以为3mTorr/min、5mTorr/min或者10mTorr/min等，则可以确认第二次漏率与第一次漏率有明显差异的反应腔很可能出现了气密性异常，需对其进行下一步气密性验证。
接下来，在传输腔有无吹扫气体高纯氮时分别对导致传输腔第二次漏率与第一次漏率有明显差异的反应腔执行测漏程序，以进行进一步验证(对应上述的第二气密性验证)，具体步骤为：保持第二隔绝阀全开，在传输腔有吹扫气体高纯氮和无吹扫气体高纯氮的两种状态下分别对怀疑的反应腔执行测漏程序并记录漏率，两种状态下的漏率有明显差异的反应腔即可判定怀疑的反应腔有内漏。在传输腔有吹扫气体高纯氮时，如果测试的反应腔的气密性出现了异常，那么传输腔内的高纯氮会进入测试的反应腔，使得反应腔内的压力上升速度加快，从而使得在传输腔有吹扫气体高纯氮时测得的漏率与在传输腔无吹扫气体高纯氮时测得的漏率之间的差值大于第二预设值时，这里的第二预设值例如可以为3mTorr/min、5mTorr/min或者10mTorr/min等，即可最终确认测试的反应腔的气密性异常。
本公开实施例中，通过在传输腔、第二隔绝阀和干泵(对应上述的第一抽气单元106)的真空管路上加装残余气体分析仪，可以第一时间侦测到反应腔与传输腔内漏并让机台暂停传输晶圆。可减少因反应腔内漏污染传输腔而引发的大批量产品缺陷报废。
在本公开所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的结构和方法，可以通过非目标的方式实现。以上所描述的结构实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合。
本公开所提供的几个方法或结构实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或结构实施例。
以上，仅为本公开的一些实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种半导体装置，其特征在于，包括：
多个第一腔室，用于对待沉积结构进行沉积处理；
第二腔室，与所述多个第一腔室连接，用于实现传输所述待沉积结构；
气体检测单元，位于与所述第二腔室连接的抽气通道上，用于对所述抽气通道内的气体进行检测。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，还包括：
控制单元，与所述气体检测单元连接，用于在所述气体检测单元检测到所述半导体装置的气密性需要验证的情况下，控制所述第二腔室停止运行，并发出异常警报。
3.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，还包括：
第一抽气单元，与所述抽气通道连接，用于对所述第二腔室进行抽真空处理；
第二抽气单元，与所述第一腔室连接，用于对所述第一腔室进行抽真空处理；
第一阀门，位于所述第二腔室与所述气体检测单元之间的所述抽气通道上、且与所述气体检测单元连接；在所述第一阀门打开时，所述气体检测单元执行所述检测工作。
4.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，还包括：
第一检测单元，位于所述第一腔室内，用于检测所述第一腔室的性能参数；
第二检测单元，位于所述第二腔室内，用于检测所述第二腔室的性能参数。
5.一种气密性检测方法，其特征在于，应用于如权利要求3或4所述的半导体装置，包括以下步骤：
通过所述气体检测单元对所述抽气通道内的气体进行检测；所述抽气通道内充满预设气体；
当所述气体检测单元检测到所述抽气通道内具有除所述预设气体之外的其它气体、且所述其它气体的含量大于阈值时，确认所述半导体装置的气密性需要验证。
6.根据权利要求5所述的气密性检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述半导体装置的气密性需要验证时，通过所述控制单元控制所述第二腔室停止运行，并记录停止运行前处于运行状态的所述第一腔室为第一待验证腔室；
对所述第一待验证腔室进行气密性验证。
7.根据权利要求6所述的气密性检测方法，其特征在于，对所述第一待验证腔室进行气密性验证，包括：
对所述第二腔室进行第一气密性验证；
对所述第一腔室进行第二气密性验证；
通过所述第一气密性验证结果和所述第二气密性验证结果，确定所述第一待验证腔室中异常的第一腔室。
8.根据权利要求7所述的气密性检测方法，其特征在于，所述第一待验证腔室为多个，对所述第二腔室进行所述第一气密性验证，包括：
将所有的所述第一腔室设置为非工作状态，并通过所述第二抽气单元进行抽真空处理；
获取所述第一腔室与所述第二腔室之间的第一基准漏率；
将多个所述第一待验证腔室分别单独设置为工作状态、将其他的所述第一腔室设置为非工作状态，并通过所述第二抽气单元对设置为非工作状态的所述第一腔室进行抽真空处理；
获取每一所述第一待验证腔室与所述第二腔室之间的第一漏率；
当所述第一漏率与所述第一基准漏率之间的差值大于第一预设值时，确认与所述第一漏率对应的所述第一待验证腔室为第二待验证腔室。
9.根据权利要求8所述的气密性检测方法，其特征在于，对所述第一腔室进行所述第二气密性验证，包括：
通过所述第一抽气单元对所述第二腔室进行抽真空处理，获取所述第二待验证腔室与所述第二腔室之间的第二基准漏率；
向所述第二腔室通入预设气体，获取所述第二待验证腔室与所述第二腔室之间的第二漏率；
当所述第二漏率与所述第二基准漏率的差值大于第二预设值时，确认所述第二待验证腔室的气密性异常。
10.根据权利要求5所述的气密性检测方法，其特征在于，每一次所述第一腔室与所述第二腔室之间的所述待沉积结构的传输完成、且在所述第一阀门处于打开状态时，通过所述气体检测单元对所述抽气通道内的气体进行延时采样检测。
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- 2023-07-21 CN CN202310906267.6A patent/CN116875964A/zh active Pending
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