TWI786949B - 半導體製程設備及其反應腔室和膜層沉積方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種半導體製程設備的反應腔室、半導體製程設備和膜層沉積方法，其中，反應腔室包括：腔室本體、監測模組、沉積模組以及控制模組；其中，沉積模組用於在腔室本體中執行在一個沉積週期中的多次沉積步驟；監測模組與腔室本體連接，用於在沉積模組每次執行沉積步驟時，監測腔室本體內部產生的電漿光源的亮度，並根據電漿光源的亮度，產生第一訊號；控制模組與監測模組連接，用於根據至少一次沉積步驟對應的第一訊號，判斷執行多次沉積步驟後獲得的目標膜層的厚度是否異常，若是，則執行異常處理流程。本發明有利於改善目標膜層的厚度與目標厚度產生偏差的問題。

Description

半導體製程設備及其反應腔室和膜層沉積方法
本發明涉及半導體加工技術領域，具體涉及一種半導體製程設備的反應腔室、半導體製程設備和膜層沉積方法。
二氧化矽（SiO 2）薄膜是半導體製程上最常用的薄膜之一，傳統的沉積 SiO 2薄膜的方法如氧化製程需要在高溫環境下進行，溫度通常超過1000℃，而高溫環境可能會產生不良副產物，進而影響薄膜覆蓋率。
電漿增強原子層沉積（Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition，以下簡稱PEALD）方法可以實現在低溫環境下沉積SiO 2薄膜，溫度一般在70℃~300℃，相較於氧化製程，PEALD方法具有更好的薄膜覆蓋率，且對薄膜厚度的控制更加精確。
目前，採用PEALD方法沉積SiO 2薄膜通常採用雙二乙基胺基矽烷（SAM24）和氧氣（O 2）作為前驅體，圖1為傳統的採用PEALD方法沉積SiO 2薄膜的流程框圖，如圖1所示，沉積過程至少包括：步驟S1′、使SAM24前驅體進入反應腔室並吸附在晶圓表面；步驟S2′、使O 2前驅體進入反應腔室，並在反應腔室中施加射頻電場，以將SAM24的大分子斷裂為小分子，氧分子激發形成活性氧原子和氧自由基等多種活性基團，SAM24的斷裂小分子和氧的活性基團發生反應形成SiO 2薄膜。上述過程作為一次迴圈，而實際製程中通常需要重複多次迴圈，以使形成的SiO 2薄膜厚度滿足實際需要。
但是，在反應腔室中施加射頻電場時，可能會出現啟輝延遲，甚至啟輝失敗等異常，在多次迴圈中只要有一次迴圈出現異常，就可能會導致產生的SiO 2薄膜厚度與目標厚度出現偏差，進而導致片間厚度一致性差，影響產品品質。
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種半導體製程設備的反應腔室、半導體製程設備和膜層沉積方法。
為了實現上述目的，本發明提供一種半導體製程設備的反應腔室，其中，包括：腔室本體、監測模組、沉積模組以及控制模組；其中， 該沉積模組用於在該腔室本體中執行在一個沉積週期中的多次沉積步驟； 該監測模組與該腔室本體連接，用於在該沉積模組每次執行該沉積步驟時，監測該腔室本體內部產生的電漿光源的亮度，並根據該電漿光源的亮度，產生第一訊號； 該控制模組與該監測模組連接，用於根據至少一次該沉積步驟對應的該第一訊號，判斷執行多次該沉積步驟後獲得的目標膜層的厚度是否異常，若是，則執行異常處理流程。
可選地，該異常處理流程，具體包括： 該控制模組發出異常報警訊號；和/或，控制該沉積模組補充執行至少一次該沉積步驟。
可選地，該控制模組具體用於： 根據至少一次該沉積步驟對應的該第一訊號，判斷是否有該沉積步驟發生電漿啟輝異常，若有，則確定該目標膜層的厚度異常，並執行該異常處理流程。
可選地，該控制模組包括：處理子模組和控制子模組，該監測模組和該控制子模組均與該處理子模組連接；其中， 該處理子模組用於判斷每次該沉積步驟對應的該第一訊號是否超出預設範圍，若是，則產生與該次該沉積步驟對應的第二訊號； 該控制子模組用於統計該處理子模組在該沉積週期內產生的該第二訊號的次數，當該處理子模組在該沉積週期內產生的該第二訊號的次數大於0時，則確定該目標膜層的厚度異常，並執行該異常處理流程。
可選地，該異常處理流程，具體包括： 該控制子模組根據該處理子模組在該沉積週期內產生的該第二訊號的次數，控制該沉積模組補充執行至少一次該沉積步驟。
可選地，該沉積模組補充執行該沉積步驟的次數與該處理子模組在該沉積週期內產生的該第二訊號的次數相同。
可選地，該監測模組包括光敏電阻或光敏二極體，該第一訊號為與該電漿光源的亮度負相關的電壓訊號。
可選地，該腔室本體的側壁上設置有監測口，該監測模組位於該腔室本體外，該監測模組藉由該監測口監測該腔室本體中電漿光源的亮度。
可選地，該監測模組和該控制模組中的至少一者整合在印製電路板上，該印製電路板安裝在該腔室本體上，且位於該腔室本體外； 該反應腔室還包括保護殼體，該保護殼體罩設在該印製電路板的周圍，用於將該印製電路板與外界隔開；並且，在該保護殼體上設置有用於傳輸訊號的端口。
本發明還提供一種半導體製程設備，其中，包括上述的半導體製程設備的反應腔室，其中，該沉積模組包括進氣裝置和上電極裝置，其中，該腔室本體中設置有用於承載晶圓的基座；該進氣裝置用於向該腔室本體內通入前驅體；該上電極裝置用於激發該前驅體形成電漿。
可選地，該半導體製程設備應用於電漿增強原子層沉積設備。
本發明還提供一種膜層沉積方法，其中，應用於上述的半導體製程設備的反應腔室，該膜層沉積方法包括： 該沉積模組在該腔室本體中執行在一個沉積週期中的多次沉積步驟； 在該沉積模組每次執行該沉積步驟時，監測該腔室本體內部產生的電漿光源的亮度，並根據該電漿光源的亮度，產生第一訊號； 根據至少一次該沉積步驟對應的該第一訊號，判斷執行多次該沉積步驟後獲得的目標膜層的厚度是否異常，若是，則執行異常處理流程。
可選地，該異常處理流程，具體包括： 發出異常報警訊號；和/或，控制該反應腔室補充執行至少一次該沉積步驟。 本發明的有益效果：
本發明提供的半導體製程設備及其反應腔室和膜層沉積方法的技術方案中，監測模組在沉積模組每次執行沉積步驟時，監測腔室本體內部產生的電漿光源的亮度，並根據電漿光源的亮度，產生第一訊號，控制模組根據至少一次沉積步驟對應的上述第一訊號，判斷執行多次沉積步驟後獲得的目標膜層的厚度是否異常，若是，則執行異常處理流程。由此，可以在目標膜層的厚度出現異常後及時進行異常處理，進而改善目標膜層的厚度與目標厚度產生偏差的問題。
以下結合附圖對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。
本發明提供一種半導體製程設備的反應腔室，圖2為本發明實施例提供的反應腔室的結構示意圖之一，圖3為本發明實施例提供的反應腔室的結構示意圖之二，結合圖2和圖3所示，反應腔室包括：腔室本體1、監測模組2、控制模組3和沉積模組4，其中，沉積模組4用於在腔室本體1中執行在一個沉積週期中的多次沉積步驟，具體地，腔室本體1中設置有用於承載晶圓7的基座8；沉積模組4例如包括進氣裝置43和上電極裝置，每次沉積步驟例如均包括：進氣裝置43用於向腔室本體1中通入前驅體；上電極裝置用於對腔室本體1施加射頻電場，以激發腔室本體1中的前驅體形成電漿，以能夠在晶圓7上沉積目標膜層。監測模組2與腔室本體1連接，用於在沉積模組4每次執行沉積步驟時，監測腔室本體1內部產生的電漿光源的亮度，並根據電漿光源的亮度，產生第一訊號。可選的，檢測模組2可以即時檢測電漿光源的亮度，或者也可以每間隔一定的時間檢測電漿光源的亮度。控制模組3用於根據多次沉積步驟對應的第一訊號，判斷執行多次沉積步驟後所獲得的目標膜層的厚度是否異常，若是，則執行異常處理流程。
在一些可選的實施例中，上述反應腔室可以應用於SiO 2薄膜沉積製程，包括但不限於電漿增強原子層沉積（Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition，PEALD）製程。前驅體可以包括源氣體（例如雙二乙基胺基矽烷SAM24）和反應氣體（例如氧氣O 2）。當沉積模組4中的上電極裝置施加射頻電場時，前驅體中源氣體在射頻電場中激發成電漿進而發光，從而產生電漿光源，若上電極裝置在施加射頻電場時發生啟輝異常（例如啟輝失敗），腔室本體1中電漿光源的亮度將會與正常啟輝時電漿光源的亮度不同，監測模組2可以根據電漿光源的亮度產生與之相關的第一訊號，例如，第一訊號可以為電壓訊號，第一訊號的大小與電漿光源的亮度相關。
在本發明實施例中，監測模組2在每次沉積步驟中均產生第一訊號，而控制模組3則可以根據至少一次沉積步驟中產生的第一訊號的大小判斷出反應腔室中電漿光源的亮度是否異常（例如亮度過低），若是，則可以確定沉積的目標膜層的厚度異常。
採用本發明實施例的反應腔室，其可以藉由等離子光源的亮度判斷出沉積的目標膜層的厚度是否異常，並在目標膜層的厚度異常時及時進行異常處理，進而改善沉積的目標膜層的厚度與目標厚度產生偏差的問題。
在一些可選的實施例中，上述異常處理流程，具體包括： 控制模組3發出異常報警訊號；和/或，控制沉積模組4補充執行至少一次上述沉積步驟。
藉由控制沉積模組4補充執行至少一次上述沉積步驟，可以增加目標膜層的厚度，以減小沉積的目標膜層的厚度與目標厚度之間的偏差。
發明人在研究中發現，在PEALD沉積製程中，導致目標膜層厚度異常的主要因素是沉積模組4啟輝是否正常，當沉積模組4啟輝正常時，反應腔室中的前驅體中的SAM24可以斷裂成小分子，氧分子可以激發形成活性氧原子和氧自由基等多種活性基團，SAM24小分子與活性基團反應後形成目標膜層。而當沉積模組4啟輝異常時，則會導致沉積目標膜層失敗，進而導致目標膜層的厚度異常。
因此，在一些具體實施例中，當沉積模組4啟輝異常時，即可確定目標膜層的厚度異常，具體地，控制模組3具體用於：根據至少一次沉積步驟對應的第一訊號，判斷是否有沉積步驟發生電漿啟輝異常，若有，則確定目標膜層的厚度異常，並執行異常處理流程。
在一些具體實施例中，第一訊號為與反應腔室中電漿光源的亮度負相關的電壓訊號，圖4為本發明實施例提供的監測模組2的電路結構示意圖，如圖4所示，監測模組2包括降壓電路21、光敏電阻RM（光敏二極體）和訊號產生電路22，其中，降壓電路21用於將第一電壓端V1提供的24V電壓降低，以供訊號產生電路22使用，光敏電阻RM的阻值隨腔室本體1中電漿光源的亮度發生變化，訊號產生電路22用於根據降壓電路21產生的電壓訊號和光敏電阻RM的阻值，產生第一訊號，在本發明實施例中，第一訊號可以為模擬量訊號，當然，為使輸出訊號可以滿足多種需要，訊號產生電路22除輸出模擬量訊號外，也可以輸出脈衝訊號，例如，如圖4所示，具體地： 在本發明實施例中，降壓電路21包括第一比較器M1、二極體D、電感T、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第一發光二極體L1和第一電阻R1。其中，第一比較器M1的第一端與第一電壓端V1連接，第一比較器M1的第二端與第二電壓端V2連接，第一比較器M1的第三端與電感T的第二端、第一電容C1的第二端、第二電容C2的第二端、第三電容C3的第二端和第一發光二極體L1的第一端連接，第一比較器M1的第四端與第二電壓端V2連接，第一比較器M1的輸出端與電感T的第一端和二極體D的第二端連接，二極體D的第一端、第一電容C1的第一端和第二電容C2的第一端均與第二電壓端V2連接，第三電容C3的第一端、第一電阻R1的第一端均與接地端連接，第一發光二極體L1的第二端與第一電阻R1的第二端連接。
訊號產生電路22包括：滑動變阻器R'、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第四電容C4、第二比較器M2和第二發光二極體L2。第二比較器M2的第一端與第二電阻R2的第一端、光敏電阻Rm的第二端、第四電容C4的第二端和第一輸出端AO連接，第二比較器M2的第二端與滑動變阻器R'的第三端連接，第二比較器M2的第三端與滑動變阻器R'的第二端、第二電阻R2的第二端、第三電阻R3的第二端和第二發光二極體L2的第一端連接。第二比較器M2的第四端與滑動變阻器R'的第一端、光敏電阻Rm的第一端和第四電容C4的第一端連接。第二比較器M2的輸出端與第三電阻R3的第一端、第四電阻R4的第一端和第二輸出端DO連接。
在本發明實施例中，從第一輸出端AO輸出的電壓訊號即為第一訊號，當腔室本體1中電漿光源的亮度較高時，光敏電阻Rm的阻值較低，光敏電阻Rm的分壓也較低，從而在第一輸出端AO輸出一個較低的模擬量訊號；當腔室本體1中電漿光源的亮度較低時，光敏電阻Rm的阻值較高，光敏電阻Rm的分壓也較高，從而在第一輸出端AO輸出一個較高的模擬量訊號。
當腔室本體1中電漿光源的亮度較高時，光敏電阻Rm的阻值較低，光敏電阻Rm的分壓也較低，第二比較器M2的第一端接收到的電壓較低，當低於第二端接收到的電壓時，第二比較器M2輸出低電平，表示電漿光源的亮度正常；當腔室本體1中電漿光源的亮度較低時，光敏電阻Rm的阻值較高，光敏電阻Rm的分壓也較高，第二比較器M2的第一端接收到的電壓較高，當高於第二端接收到的電壓時，第二比較器M2輸出高電平，表示電漿光源的亮度異常。
其中，當第二比較器M2輸出低電平時，第二發光電晶體L2可以發光，當第二比較器M2輸出高電平時，可以熄滅，從而進行提示。
需要說明的是，上述示例中，是以第二比較器M2為NPN型為例進行說明的，並不構成對本發明實施例中第二比較器M2型號的顯示，在實際產品中，第二比較器M2還可以採用其他型號，在此不作限制。
在本發明實施例中，滑動變阻器R'的阻值可調，從而可以調節監測的靈敏度。
結合圖2和圖3所示，在一些具體實施例中，控制模組3包括：處理子模組31和控制子模組32，監測模組2與和控制子模組32均與處理子模組31連接。
在本發明實施例中，監測模組2和處理子模組31中的至少一者可以整合在印製電路板（Printed Circuit Board，PCB）A上，並安裝在腔室本體1上，且位於腔室本體1外。控制子模組32可以整合在可編程邏輯控制器B（Programmable Logic Controller，PLC）中。印製電路板A的長寬比設置為5/3。
在一些具體實施例中，反應腔室還可以包括保護殼體6，該保護殼體6罩設在印製電路板A的周圍，以將印製電路板A與外界間隔開，從而對印製電路板A進行保護。印製電路板A可以藉由訊號線與可編程邏輯控制器B連接。例如，保護殼體6上設置有用於傳輸訊號的端口，印製電路板A與該端口連接，訊號線包括插頭C，訊號線藉由插頭C與設置在保護殼體6上的端口連接，從而實現印製電路板A與可編程邏輯控制器B的連接。其中，訊號線的插頭C可以採用四針插頭。
在本發明實施例中，藉由使監測模組2和處理子模組31中的至少一者整合在印製電路板A上，可以降低生產成本，並且提高安裝便利性。
在本發明實施例中，處理子模組31用於判斷每次沉積步驟對應的第一訊號是否超出預設範圍，若是，則產生與該次沉積步驟對應的第二訊號。控制子模組32用於統計處理子模組31在沉積週期內產生的第二訊號的次數，當處理子模組31在沉積週期內產生的第二訊號的次數大於0時，則確定目標膜層的厚度異常，並執行異常處理流程。
可選的，若每次沉積步驟對應的第一訊號未超出預設範圍，則產生與該次沉積步驟對應的第三訊號。
在本發明實施例中，處理子模組31可以包括濾波電路，預設範圍可以為沉積模組4在正常啟輝時，腔室本體1中等離子光源的亮度所對應的電壓訊號的範圍。第二訊號和第三訊號可以為數字訊號，例如，第二訊號為數字訊號“1”，第三訊號為數字訊號“0”。當控制子模組32接收到第二訊號時，控制子模組32可以進行累計計數，並在每次接收到第二訊號後，將當前的累計值+1，如此，當控制子模組32接收的第二訊號的次數（也即累計值）大於0時，則說明在沉積週期內，至少有一次沉積步驟中，腔室本體1中的電漿光源的亮度為異常亮度，此時，控制子模組32確定目標膜層的厚度異常，進而執行異常處理流程。
在一些具體實施例中，沉積模組2與控制子模組32連接，上述異常處理流程，具體包括：控制子模組32根據處理子模組31在沉積週期內產生的第二訊號的次數，控制沉積模組2補充執行至少一次沉積步驟。具體可以包括：當處理子模組31在沉積週期內產生的第二訊號的次數大於0時，控制子模組32根據處理子模組31在沉積週期內產生的第二訊號的次數，控制沉積模組4補充執行至少一次沉積步驟。
在本發明實施例中，以目標膜層為SiO 2膜層，目標厚度為13Å為例，在一個沉積週期內，每經過一次沉積步驟，晶圓7上即形成一定厚度（例如1Å）的SiO 2膜層，在一個沉積週期內，藉由執行預定次數（例如13次）的沉積步驟，即可在晶圓7上形成目標厚度的SiO 2膜層。而在一個沉積週期內，處理子模組31每產生一次第二訊號，則說明沉積模組4在施加射頻電場時發生了啟輝異常，而沉積模組4的啟輝異常將導致在本次沉積步驟中，在晶圓7上形成SiO 2的厚度小於1Å，進而導致最終形成的SiO 2膜層的厚度小於目標厚度，也即，目標膜層的厚度異常。因此，在本發明實施例中，當處理子模組31在沉積週期內產生第二訊號時，控制子模組32則控制沉積模組4至少補充執行一次沉積步驟，以補償由於沉積模組4啟輝失敗導致的SiO 2膜層小於目標膜層的問題。
應當理解的是，在本發明實施例中，補充執行的沉積步驟與在沉積週期內常規執行的沉積步驟相同，均包括向腔室本體1中通入前驅氣體，並加載射頻電場。而控制子模組32控制沉積模組4具體補充執行沉積步驟的次數則可以根據實際需要確定，例如，在一些具體實施例中，沉積模組4補充執行沉積步驟的次數與處理子模組31在沉積週期內產生的第二訊號的次數相同，從而使沉積模組4補充執行沉積步驟的次數與沉積模組4在沉積週期內啟輝異常的次數相同，進而最大限度的補償SiO 2膜層厚度不足的問題。
在本發明實施例中，反應腔室可以對沉積過程進行監控，並在沉積模組4發生啟輝異常時自動進行補償，從而可以改善由於沉積模組4啟輝異常而導致的目標膜層的厚度與目標厚度之間產生偏差的問題，進而提高了製程結果的穩定性，有利於提高片間厚度一致性。
在一些具體實施例中，腔室本體1的側壁上設置有監測口5，監測模組2位於腔室本體1外，監測模組2藉由監測口5監測腔室本體1中電漿光源的亮度。
在一些具體實施例中，監測模組2可以覆蓋在監測口5上，從而遮擋住監測口5的至少一部分，避免外界環境光對監測模組2造成干擾。
在一些具體實施例中，反應腔室中設置有用於承載晶圓7的基座8，沉積模組4中的上電極裝置包括設置在腔室本體1頂部的上電極41和與之電連接的上射頻電源V，其中，上射頻電源V藉由上電極41向腔室本體1的內部加載射頻電場。
可選的，在該基座8中設置有下電極42，其例如可以接地，監測口5位於下電極42與上電極41之間。
在一些具體實施例中，反應腔室還包括進氣裝置43，進氣裝置43用於向腔室本體1中通入前驅體。上電極41、下電極42和進氣裝置43可以與可編程邏輯控制器B連接，在可編程邏輯控制器B的控制下，執行沉積步驟。
採用本發明實施例的反應腔室，其沉積形成的膜層厚度均勻性＜0.4%，厚度偏差＜0.4 Å，具有較好的成膜品質。 圖5為本發明實施例提供的監測過程的示意圖，下面結合圖2至圖5對本發明實施例的反應腔室的沉積過程進行說明。
在沉積製程開始前，上位機下發製程菜單和製程開始指令到可編程邏輯控制器B，製程菜單中記載了為實現目標厚度需要進行的沉積步驟的次數，可編程邏輯控制器B根據製程菜單控制沉積模組4執行沉積步驟，上位機進入等待狀態。 沉積步驟具體可以包括以下步驟：
第一步，進氣裝置43向腔室本體1中通入源氣體（例如SAM24），源氣體在惰性氣體（例如氬氣Ar）的攜帶下進入腔室本體1中並吸附在晶圓7表面。此時，監測模組4可以開始進行監測。
第二步，在源氣體充分吸附後採用吹掃氣體吹掃腔室本體1和進氣裝置43，以盡可能減少源氣體在其他位置的殘留。
第三步，射頻電源V開啟，以在上電極41與下電極42之間施加射頻電場，同時通入反應氣體（例如氧氣O 2），在射頻電場的作用下，源氣體的大分子斷裂為小分子，氧氣分子激發形成活性氧原子和氧自由基等多種活性基團。源氣體的斷裂小分子和氧的活性基團發生反應在晶圓7上形成SiO 2膜層。
在本步驟中，監測模組2可以輸出與等離子光源的亮度負相關的第一訊號，第一訊號可以是電壓訊號，例如，若沉積模組4發生啟輝異常，腔室本體1中等離子光源的亮度較低，監測模組2則產生較大的第一訊號；若沉積模組4未發生啟輝異常，腔室本體1中等離子光源的亮度較高，監測模組2則產生較小的第一訊號。處理子模組31對第一訊號進行濾波後，將較大的第一訊號處理成第二訊號，第二訊號可以是數字訊號“1”。
第四步，再次對腔室本體1和進氣裝置43進行吹掃。至此完成一個完整的沉積步驟。
一個沉積步驟完成後進行第2次迴圈，直至上位機下發到可編程邏輯控制器B的沉積步驟的次數全部運行完成，至此為一個沉積週期。
在上述沉積週期中，控制子模組32對處理子模組31產生第二訊號的次數進行統計，在上述沉積週期結束後，若控制子模組32統計出處理子模組31產生第二訊號的次數大於0時，控制子模組32根據處理子模組31產生第二訊號的次數，控制沉積模組4補充進行上述沉積步驟，補充的次數與處理子模組31產生第二訊號的次數相同，從而補償由於啟輝異常導致的SiO 2膜層的厚度與目標厚度的偏差。同時，控制子模組32還向上位機發送啟輝異常訊號，啟輝異常訊號可以包括啟輝異常的次數以及補充執行沉積步驟的次數，上位機在接收到啟輝異常訊號後，可以繼續保持在等待狀態，停止向可編程邏輯控制器B下發新的指令。
當補充執行沉積步驟完成後，可編程邏輯控制器B可以向上位機發送補充完成訊號，上位機在接收到補充完成訊號後，則停止等待狀態，並下發新的指令，以進行其他製程步驟。
本發明實施例還提供一種膜層沉積方法，圖6為本發明實施例提供的膜層沉積方法的流程圖之一，如圖6所示，該膜層沉積方法包括： S1、沉積模組4在腔室本體1中執行在一個沉積週期中的多次沉積步驟； 具體地，每次沉積步驟均包括：向腔室本體1中通入前驅體，並對反應腔室施加射頻電場，以在反應腔室中形成電漿光源，並藉由電漿光源在晶圓上沉積目標膜層。
具體地，前驅體包括源氣體和反應氣體，在步驟S1中，可以先向反應腔室中通入源氣體，在源氣體充分吸附在晶圓表面後，對反應腔室施加射頻電場，同時通入反應氣體。在每執行完一次沉積步驟後，均判斷完成的沉積步驟的次數是否達到目標次數，若是則執行步驟S3，若否，則繼續執行步驟S1。
S2、在每次執行沉積步驟時，監測反應腔室中電漿光源的亮度，並根據電漿光源的亮度，產生第一訊號。
S3、根據至少一次沉積步驟對應的第一訊號，判斷執行多次沉積步驟後獲得的目標膜層的厚度是否異常，若是，則異常處理流程。
可選的，若執行多次沉積步驟後獲得的目標膜層的厚度沒有異常，則可以發出沉積正常訊號，告知用戶和/或系統可以進行下一步製程。
採用本發明實施例的膜層沉積方法，其可以藉由電漿光源的亮度判斷沉積的目標膜層的厚度是否異常，並在目標膜層的厚度異常後發出異常報警訊號，以便於補充沉積步驟，進而改善沉積膜層的厚度與目標厚度產生偏差的問題。
在一些具體實施例中，第一訊號為與反應腔室中等離子光源的亮度負相關的電壓訊號，圖7為本發明實施例提供的膜層沉積方法的流程圖之二，如圖7所示，步驟S3包括： S31、判斷第一訊號是否超出預設範圍，若是，則產生第二訊號；S32、統計在沉積週期內產生的第二訊號的次數。 S33、判斷在沉積週期內產生的第二訊號的次數是否大於0，若是，則確定目標膜層的厚度異常，並執行異常處理流程。
可選的，在步驟S31中，若第一訊號沒有超出預設範圍，則產生第三訊號。例如，第二訊號和第三訊號可以為數字訊號，例如，第二訊號為數字訊號“1”，第三訊號為數字訊號“0”。
在一些具體實施例中，膜層沉積方法還包括： S4、當在沉積週期內產生的第二訊號的次數大於0時，根據在沉積週期內產生的第二訊號的次數，補充執行至少一次沉積步驟。
當補充執行沉積步驟完成後，可以發送補充完成訊號，以便進行其他製程步驟。
在一些具體實施例中，補充執行沉積步驟的次數與在沉積週期內產生的第二訊號的次數相同。
本發明實施例還提供一種半導體加工設備，其中，包括上述的反應腔室。其中，如圖2所示，沉積模組4包括進氣裝置43和上電極裝置，其中，腔室本體1中設置有用於承載晶圓的基座8；進氣裝置43用於向腔室本體1內通入前驅體；上電極裝置用於激發前驅體形成電漿。
具體地，上述上電極裝置可以包括設置在腔室本體1頂部的上電極41和與之電連接的上射頻電源V，其中，上射頻電源V藉由上電極41向腔室本體1的內部加載射頻電場。
可選的，在該基座8中設置有下電極42，其例如可以接地。
可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不侷限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。
A:印製電路板 AO:第一輸出端 B:可編程邏輯控制器 C:插頭 C1:第一電容 C2:第二電容 C3:第三電容 C4:第四電容 DO:第二輸出端 L1:第一發光二極體 L2:第二發光二極體 M1:第一比較器 M2:第二比較器 R':滑動變阻器 R1:第一電阻 R2:第二電阻 R3:第三電阻 R4:第四電阻 Rm:光敏電阻 T:電感 S1、S1′、S2、S2′、S3、S4、S31、S32、S33:步驟 V:上射頻電源 V1:第一電壓端 V2:第二電壓端 1:腔室本體 2:監測模組 3:控制模組 4:沉積模組 5:監測口 6:保護殼體 7:晶圓 8:基座 21:降壓電路 22:訊號產生電路 31:處理子模組 32:控制子模組 41:上電極 42:下電極 43:進氣裝置
附圖是用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用於解釋本發明，但並不構成對本發明的限制。在附圖中： 圖1為傳統的採用PEALD沉積SiO 2薄膜的流程圖； 圖2為本發明實施例提供的反應腔室的結構示意圖之一； 圖3為本發明實施例提供的反應腔室的結構示意圖之二； 圖4為本發明實施例提供的監測模組的電路結構示意圖； 圖5為本發明實施例提供的監測過程的示意圖； 圖6為本發明實施例提供的膜層沉積方法的流程圖之一； 圖7為本發明實施例提供的膜層沉積方法的流程圖之二。
1:腔室本體
2:監測模組
4:沉積模組
5:監測口
6:保護殼體
7:晶圓
8:基座
41:上電極
42:下電極
43:進氣裝置

Claims (13)

  1. 一種半導體製程設備的反應腔室，其中，包括：一腔室本體、一監測模組、一沉積模組以及一控制模組；其中，該沉積模組用於在該腔室本體中執行在一個沉積週期中的多次沉積步驟；該監測模組與該腔室本體連接，用於在該沉積模組每次執行該沉積步驟時，監測該腔室本體內部產生的一電漿光源的亮度，並根據該電漿光源的亮度，產生一第一訊號；該控制模組與該監測模組連接，用於根據至少一次該沉積步驟對應的該第一訊號，判斷執行多次該沉積步驟後獲得的目標膜層的厚度是否異常，若是，則執行異常處理流程；其中，該異常處理流程，具體包括：控制該沉積模組補充執行至少一次該沉積步驟。
  2. 如請求項1所述的反應腔室，其中，該異常處理流程，還包括：該控制模組發出異常報警訊號。
  3. 如請求項1或請求項2所述的反應腔室，其中，該控制模組具體用於：根據至少一次該沉積步驟對應的該第一訊號，判斷是否有該沉積步驟發生電漿啟輝異常，若有，則確定該目標膜層的厚度異常，並執行該異常處理流程。
  4. 如請求項3所述的反應腔室，其中，該控制模組包括：一處理子模組和一控制子模組，該監測模組和該控制子模組均與該處理子模組連接；其中，該處理子模組用於判斷每次該沉積步驟對應的該第一訊號是否超出預設範圍，若是，則產生與該次該沉積步驟對應的一第二訊號；該控制子模組用於統計該處理子模組在該沉積週期內產生的該第二訊號的次數，當該處理子模組在該沉積週期內產生的該第二訊號的次數大於0時，則確定該目標膜層的厚度異常，並執行該異常處理流程。
  5. 如請求項4所述的反應腔室，其中，該異常處理流程，具體包括： 該控制子模組根據該處理子模組在該沉積週期內產生的該第二訊號的次數，控制該沉積模組補充執行至少一次該沉積步驟。
  6. 如請求項5所述的反應腔室，其中，該沉積模組補充執行該沉積步驟的次數與該處理子模組在該沉積週期內產生的該第二訊號的次數相同。
  7. 如請求項1所述的反應腔室，其中，該監測模組包括一光敏電阻或一光敏二極體，該第一訊號為與該電漿光源的亮度負相關的電壓訊號。
  8. 如請求項1所述的反應腔室，其中，該腔室本體的側壁上設置有一監測口，該監測模組位於該腔室本體外，該監測模組藉由該監測口監測該腔室本體中電漿光源的亮度。
  9. 如請求項1、請求項7或請求項8所述的反應腔室，其中，該監測模組和該控制模組中的至少一者整合在印製電路板上，該印製電路板安裝在該腔室本體上，且位於該腔室本體外；該反應腔室還包括一保護殼體，該保護殼體罩設在該印製電路板的周圍，用於將該印製電路板與外界隔開；並且，在該保護殼體上設置有用於傳輸訊號的端口。
  10. 一種半導體製程設備，其中，包括如請求項1至請求項9中任一項所述的反應腔室，其中，該沉積模組包括一進氣裝置和一上電極裝置，其中，該腔室本體中設置有用於承載晶圓的一基座；該進氣裝置用於向該腔室本體內通入一前驅體；該上電極裝置用於激發該前驅體形成電漿。
  11. 如請求項10所述的半導體製程設備，其中，該半導體製程設備應用於電漿增強原子層沉積設備。
  12. 一種膜層沉積方法，其中，應用於如請求項1至請求項9中任一項所述的半導體製程設備的反應腔室，該膜層沉積方法包括：該沉積模組在該腔室本體中執行在一個沉積週期中的多次沉積步驟； 在該沉積模組每次執行該沉積步驟時，監測該腔室本體內部產生的電漿光源的亮度，並根據該電漿光源的亮度，產生一第一訊號； 根據至少一次該沉積步驟對應的該第一訊號，判斷執行多次該沉積步驟後獲得的目標膜層的厚度是否異常，若是，則執行異常處理流程。
  13. 如請求項12所述的膜層沉積方法，其中，該異常處理流程，具體包括： 發出異常報警訊號；和/或，控制該反應腔室補充執行至少一次該沉積步驟。
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