本揭露涉及一种晶圆制造系统以及半导体晶圆处理方法。
背景技术：
半导体集成电路(integratedcircuit；ic)产业已经历指数增长。ic材料及设计的技术进步已产生多个世代的ic，其中每一世代具有比先前世代更小且更复杂的电路。在ic进化的过程中，尽管几何大小(即，使用制程可产生的最小组件(或线))已减小，但功能密度(即，每单位晶片面积的互连装置的数目)已大体上增大。此尺度缩小程序通常通过提高生产效率及降低相关联成本来提供益处。此尺度缩小亦已增大处理及制造ic的复杂度。
制造半导体时所使用的一些制程步骤包括氧化、扩散、掺杂、退火、蚀刻及膜沉积。这些制程通常在加热受控环境内在高温下执行。膜沉积是用于在半导体晶圆上生产或沉积材料薄膜的反应程序，这些材料薄膜包括，但不限于，金属、二氧化硅、钨、氮化硅、氧氮化硅及各种介电质。通过膜沉积在半导体晶圆上沉积的膜的均匀性不令人满意可不利地影响半导体装置的功能。
尽管用于在晶圆上生产或沉积材料薄膜的现有装置及方法大体上足够适合这些装置及方法的预期目的，但这些装置及方法在各个方面尚未令人完全满意。因此，将需要提供用于形成供晶圆处理设备中使用的薄膜的解决方法。
技术实现要素：
根据一些实施例，一种用于处理半导体晶圆的方法包括以下步骤：将一半导体晶圆装载至一腔室中；自该腔室产生一废气流；通过将一原子层沉积循环重复多次而在该半导体晶圆上沉积一膜，其中该原子层沉积循环中的每一者包含将一第一处理气体及一第二处理气体顺序地供应至该腔室中；利用一气体感测器来侦测该废气流中的该第二处理气体的一浓度且根据该侦测的一结果产生一侦测信号；以及在该膜形成于该半导体晶圆上之后，将一清洗气体供应至该腔室中持续一时间段，其中该时间段是基于该侦测信号来判定。
附图说明
在结合附图阅读时自以下详细描述最佳地理解本揭露的态样。请注意，根据产业中的标准规程，各种特征未按比例绘制。实际上，为了论述清楚，可任意地增大或减小各种特征的尺寸。
图1根据一些实施例展示晶圆制造系统的一个实施例的示意图；
图2根据一些实施例展示说明用于在晶圆制造系统中处理半导体晶圆的方法的流程图；
图3根据一些实施例展示在用于处理半导体晶圆的制程中的炉中温度对时间的图表；
图4a根据一些实施例展示在半导体晶圆上形成膜的方法的一阶段的示意图，在该阶段中，在半导体晶圆上形成沟槽；
图4b根据一些实施例展示在半导体晶圆上形成膜的方法的一阶段的示意图，在该阶段中，在半导体晶圆上方供应第一处理气体；
图4c根据一些实施例展示在半导体晶圆上形成膜的方法的一阶段的示意图，在该阶段中，在半导体晶圆上方供应第一冲洗气体；
图4d根据一些实施例展示在半导体晶圆上形成膜的方法的一阶段的示意图，在该阶段中，在半导体晶圆上方供应第二处理气体；
图4e根据一些实施例展示在半导体晶圆上形成膜的方法的一阶段的示意图，在该阶段中，在半导体晶圆上方供应第二冲洗气体；
图5根据一些实施例展示在半导体晶圆上形成膜的方法的一阶段的示意图，在该阶段中，监测排气管道中的废气流；
图6根据一些实施例展示在半导体晶圆上形成膜的方法的一阶段的示意图，在该阶段中，将装载有多个半导体晶圆的船自炉降低；
图7根据一些实施例展示说明用于在晶圆制造系统中处理半导体晶圆的方法的流程图；
图8根据一些实施例展示在半导体晶圆上形成膜的方法的一阶段的示意图，在该阶段中，监测排气管道中的废气流；
图9根据一些实施例展示说明在半导体晶圆上形成膜的方法的循环程序的示意图。
【符号说明】
5:半导体晶圆
10:晶圆制造系统
30:腔室
31:管
32:密封盖
33:顶侧
34:侧壁
35:底侧
351:凸缘
40:绝缘罩
45:旋转台
47:驱动构件
50:晶舟
51:底板
52:顶板
53:柱
55:沟槽
57:介电层
58a:含金属的薄层
58b:单层
60:气体供应模块
62a,62b,62c:气管
64a,64b,64c:流量控制构件
66a,66b,66c:气源
70:气体排出模块
71:出口端口
72:侦测模块
73:排气管道
74:泵
75:气体管线
751,752:末端
76:气体感测器
77:阀
80:加热组件
81,82:侧壁加热器
90:控制模块
91:处理器
92:记忆体
g1:第一处理气体
g2:第一冲洗气体
g3:第二处理气体
g4:第二冲洗气体
g5:清洗气体
g6,g7:废气流
z:纵向轴线
s100,s200:方法
s101,s102,s103,s104,s105,s106,s107,s108,s109,s110,s111,s112,s201,s202,s203,s204,s205,s206,s207,s208,s209,s210,s211,s212:操作
t1,t2,t3:温度
具体实施方式
以下揭示内容提供用于实施所提供的标的的许多不同特征的许多不同实施例或实例。在下文描述组件及配置的特定实例以简化本揭露。当然，这些特定实例仅为实例且不欲为限制性的。举例而言，在随后的描述中的在第二特征上方或上形成第一特征可包括第一及第二特征是直接接触地形成的实施例，且亦可包括额外特征可在第一特征与第二特征之间形成，以使得第一及第二特征可不直接接触的实施例。另外，本揭露可在各种实例中重复参考数字及/或字母。此重复仅用于简化及清楚的目的，且本身并不决定所论述的各种实施例及/或组态之间的关系。
此外，为了便于描述，在本文中可使用诸如“在……下方”、“在……之下”、“下部”、“在……之上”、“上部”及类似者的空间相关术语，以描述如诸图中所说明的一个元件或特征与另外(多个)元件或特征的关系。这些空间相关术语意欲涵盖除了诸图中所描绘的定向以外的装置在使用或操作时的不同定向。设备可另外定向(旋转90度或处于其他定向)，且本文中所使用的空间相关描述符可类似地加以相应解释。
半导体装置制造包括许多不同制程。一个此制程是原子层沉积(atomiclayerdeposition；ald)制程。ald制程涉及顺序地及交替地施加不同材料以在定位于沉积腔室内的基板上形成薄膜层。特别地，ald制程涉及许多循环。每一循环涉及沉积制程及冲洗制程。然而，在ald制程之后的半导体晶圆上的残留气体可在温度下降发生时自气态转变至固态或液态，该转变可不利地影响后续制程步骤。为了解决此问题，本揭露是关于减少半导体晶圆上的残留气体的ald方法。在一个实例中，侦测腔室中的残留气体，且通过该侦测的结果来判定供应用于吸收残留气体的清洗气体持续时间或流动速率。
图1根据一些实施例展示用于对半导体晶圆5执行ald制程的晶圆制造系统10的一个实施例的示意图。然而，晶圆制造系统10不限于执行ald制程且可在处理气体经供应至腔室且穿过晶圆5的表面的情况下使用。举例而言，晶圆制造系统10可是用于在半导体制造中执行正常cvd制程、蚀刻或退火制程的系统。
半导体晶圆5可由硅或其他半导体材料制成，另外或替代地，半导体晶圆5可包括诸如锗(ge)的其他基本半导体材料。在一些实施例中，半导体晶圆5是由化合物半导体制成，化合物半导体诸如碳化硅(sic)、砷化镓(gaas)、砷化铟(inas)或磷化铟(inp)。在一些实施例中，半导体晶圆5是由合金半导体制成，合金半导体诸如硅锗(sige)、碳化硅锗(sigec)、磷化镓砷(gaasp)或磷化镓铟(gainp)。在一些实施例中，半导体晶圆5包括磊晶层。举例而言，半导体晶圆5具有上覆于体半导体的磊晶层。在一些其他实施例中，半导体晶圆5可为绝缘体上硅(silicon-on-insulator；soi)或绝缘体上锗(germanium-on-insulator；goi)基板。
半导体晶圆5可具有各种装置元件。形成于半导体晶圆5中的装置元件的实例包括晶体管(例如，金属氧化物半导体场效晶体管(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor；mosfet)、互补金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor；cmos)晶体管、双极接面晶体管(bipolarjunctiontransistor；bjt)、高电压晶体管、高频率晶体管、p通道及/或n通道场效晶体管(p-channeland/orn-channelfield-effecttransistor；pfet/nfet)等)、二极管及/或其他适用元件。执行各种制程以形成装置元件，这些制程诸如沉积、蚀刻、植入、光微影、退火及/或其他合适的制程。
在一些实施例中，晶圆制造系统10包括腔室30、绝缘罩40、晶舟50、气体供应模块60、气体排出模块70及加热组件80。额外特征可添加至晶圆制造系统10。对于晶圆制造系统10的额外实施例，可替换或消除下文所描述的特征中的一些。
根据一些实施例，腔室30包括管31及密封盖32。管31在该管的纵向轴线z上延伸一高度且具有顶侧33、侧壁34及底侧35。顶侧33是封闭的，且底侧35打开以允许晶舟50插入至腔室30中及自腔室30移除以用于对半导体晶圆5的批处理。顶侧33及底侧35位于管31的两个相对侧且沿着纵向轴线z配置。侧壁34将顶侧33连接至底侧35。在一个实施例中，底侧35可具备如图1所示的凸缘351以用于收纳密封盖32。
腔室30在一个实施例中可具有圆柱形形状且可由石英或任何其他合适的材料制成，举例而言，任何其他合适的材料如sic，但不限于此。腔室30可包括一涂层，该涂层诸如多晶硅或另一涂布材料，通常视在该腔室中进行的制程的类型而使用。腔室30可视在每一批中待处理的晶圆的数目而具有任何合适的高度或长度。在一些例示性实施例中，腔室30可具有100至150cm的代表性垂直高度或长度。
绝缘罩40用以将经由密封盖32损失的热减至最少。在一些实施例中，绝缘罩40定位在腔室30的接近底侧35的下部位点中且包括一石英底座。在一些实施例中，绝缘罩40放置在旋转台45上。旋转台45定位在密封盖32上。另外，诸如马达的驱动构件47连接至旋转台45。驱动构件47经配置以使得，在操作中，旋转台45可绕平行于腔室30的纵向轴线的一旋转轴线旋转，且使定位在旋转台45上的晶舟50旋转。因此，膜沉积制程中的薄膜的均匀度得到改良。
晶舟50经调适用于支撑且固持许多垂直地堆叠的半导体晶圆5且允许反应物气体在半导体晶圆5的面上方水平地流动以在该等半导体晶圆上建立所要的膜厚度。在一些实施例中，晶舟50定位在绝缘罩40上方且包括底板51、顶板52及许多柱53。
底板51及顶板52彼此面对地配置。柱53将底板51连接至顶板52。柱53中的每一者具有槽(未示出)，这些槽用于在多个阶段中直接固持待置放的半导体晶圆5或用于在多个阶段中固持环状支撑板，半导体晶圆5将置放在这些环状支撑板上。
在一些实施例中，晶舟50中的半导体晶圆5的垂直间隔是分开约6至10mm。在一些实施例中，晶舟50可经大小设定以固持50至125个半导体晶圆5或更多的半导体晶圆；然而，视提供的腔室30的高度而定，任何合适数目个晶圆可由晶舟固持。晶舟50可由石英、sic、si或此项技术中通常使用的任何其他合适的材料制成。
晶舟50可通过任何合适的方法固定在绝缘罩40上。举例而言，晶舟50可经由诸如螺钉的扣接构件固定在绝缘罩40上。扣接构件穿过底板51及绝缘罩40的顶表面以将底板51固定至绝缘罩40的顶表面；然而，可使用任何合适的扣接方法。
气体供应模块60用以将处理气体供应至腔室30中。在一些实施例中，气体供应模块60包括许多气管，诸如气管62a、62b及62c。气管62a、62b及62c中的每一者包括一垂直部分，该垂直部分自底侧35沿着平行于纵向轴线z的方向延伸至邻近于管31的顶侧33的一位置。
在一些实施例中，气管62a、62b及62c中的每一者包括许多注入孔(在图中未指示)，这些注入孔穿过气管62a、62b及62c中的每一者的壁以用于将气管62a、62b及62c中的气体排放至腔室30的内部。注入孔的数目可对应于形成于晶舟50的柱53中的狭缝的数目。举例而言，晶舟50的柱53中的每一者具有180个狭缝以用于支撑半导体晶圆5，且气管62a、62b及62c各自包括形成于气管上的180个注入孔。
在一些实施例中，诸如流量控制构件64a、64b及64c的许多流量控制构件连接至气管62a、62b及62c且用以控制处理气体或冲洗气体至腔室30的连接及输送速率。流量控制构件64a、64b及64c可由自控制模块90发出的控制信号来控制。流量控制构件64a、64b及64c可包括诸如阀、流量计、感测器及类似物的装置。
在一些实施例中，气管62a、62b及62c连接至诸如气源66a、66b及66c的气源，用以储存至少一种处理气体或冲洗气体以用于促进在腔室30中执行的膜沉积制程。在一些实施例中，储存在气源66a、66b及66c中的每一者中的处理气体不相同。举例而言，气源66a用以储存具有化学式m1lt或m1eu的含金属(m1)的气体，其中l是卤素(f、cl、br、i)且t是大于0的整数，或其中e是含碳(c)及氢(h)或c、h及氮(n)或c、h及氧(o)的有机部分且其中u是大于0的整数。在一些实施例中，金属m1是ta、ti或w。ti的代表性源气体是ticl4(四氯化钛)或ti{och(ch3)2}4。ta源气体是亦被称为pdmat的ta{n(ch3)2}5，且w的源气体是wf6。气源66b用以储存惰性气体，诸如ar、he或n2。气源66c用以储存氮源气体，诸如nh3或n2h4。
气体排出模块70用以移除腔室30中的气态材料或电浆。在一些实施例中，气体排出模块70包括出口端口71、排气管道73、气体侦测模块72及泵74。
在一些实施例中，出口端口71连接至侧壁34的邻近于底侧35的下部部分以用于引导来自腔室30的废气流。出口端口71可定位在相对于纵向轴线z的气管62a、62b及62c的相对侧出。出口端口71可与管31一体地形成且由石英、sic、si或此项技术中通常使用的任何其他合适的材料制成。排气管道73连接至出口端口71以用于将废气流自出口端口71引导至泵74。排气管道73可由诸如不锈钢的防腐蚀材料制成。在一些实施例中，自管31移除的管31中的所有气态材料或电浆是在膜沉积制程期间经由出口端口71及排气管道73抽出。泵74连接至排气管道73且用以自腔室30产生废气流。排气管道73中的废气流的流动速率可通过根据自控制模块90发出的控制信号控制泵74的输出功率来调整。泵74可包括，但不限于，涡轮分子泵。
气体侦测模块72用以侦测与来自腔室30的废气流有关的至少一个参数。在一个实施例中，气体侦测模块72包括气体管线75、气体感测器76及阀77。气体管线75在泵74的上游连接至排气管道73。在一些实施例中，气体管线75具有两个末端751及752。气体管线75是经由两个末端751及752连接至排气管道73。因此，废气流的一部分可经由气体管线75的末端751流至气体管线75中且经由气体管线75的末端752返回至排气管道73。然而，应了解，可对本揭露的实施例作出许多变化及修改。在一些其他实施例中，气体管线75是一个末端经封闭的管道，且气体管线75是经由另一开口末端连接至排气管道73。
气体感测器76用以侦测与废气流有关的参数，这些参数包括废气流的浓度、废气流的流动速率、废气流的气体压力、废气流的组成及/或废气流的种类，且基于侦测到的结果产生侦测信号。阀77用以控制至气体管线75中的废气流的连接。阀77可通过自控制模块90发出的控制信号来控制。在一些实施例中，气体感测器76及阀77连接至气体管线75，且阀77比气体感测器76更接近气体管线75连接至排气管道73所在的点(即，气体管线75的末端751)而定位。即，当阀77关闭时，不允许废气流自末端751流至气体感测器76，且当阀77打开时，废气流在到达气体感测器76之前流经阀77。在一些实施例中，气体感测器76是残留气体分析器(residualgasanalyzer；rga)，且监测废气流中的诸如ticl4的特定气态材料的浓度。
在一些实施例中，加热组件80是沿着腔室30的侧壁34配置。在一些实施例中，加热组件80包括许多侧壁加热器，诸如侧壁加热器81及82，这些侧壁加热器自底侧35至顶侧33沿着腔室30的侧壁34设置。在一些实施例中，侧壁加热器81及82是电阻型加热器，这些加热器具有可通过经由控制模块90调整至每一加热器的能量输入来调节的可控热输出。来自侧壁加热器81及82的热输出可经微调以调整各个加热器区域中的温度。在一些实施例中，侧壁加热器81及82围绕腔室30的整个圆周延伸。电阻线圈经由导体电耦接至电力电源，该电力电源可经由如工业中通常使用的合适的可变电阻电力控制件来选路，以允许调整来自侧壁加热器81及82的热输出(例如，btu/h)。
控制模块90控制且引导制造工具，诸如腔室30、气体供应模块60、气体排出模块70及加热组件80，以开始及停止膜沉积制程中所涉及的各种制程。
在一些实施例中，控制模块90包括处理器91及记忆体92。处理器91经配置以执行及/或解译储存在记忆体92中的指令的一或多个集合。在一些实施例中，处理器91是中央处理单元(centralprocessingunit；cpu)、多处理器、分散式处理系统、特殊应用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit；asic)及/或合适的处理单元。
记忆体92包括随机存取记忆体或其他动态储存装置以用于储存供处理器91执行的数据及/或指令。在一些实施例中，记忆体92是用于在将由处理器91执行的指令的执行期间储存暂时变数或其他中间信息。在一些实施例中，记忆体92亦包括只读记忆体或其他静态储存装置以用于储存用于处理器91的静态信息及指令。在一些实施例中，记忆体92是电子、磁性、光学、电磁、红外线及/或半导体的系统(或设备或装置)。举例而言，记忆体92包括半导体或固态记忆体、磁带、抽取式计算机磁片、随机存取记忆体(randomaccessmemory；ram)、只读记忆体(read-onlymemory；rom)、硬质磁盘及/或光盘。在使用光盘的一些实施例中，记忆体92包括只读光盘记忆体(compactdisk-readonlymemory；cd-rom)、读写光盘(compactdisk-read/write；cd-r/w)及/或数字视频光盘(digitalvideodisc；dvd)。
图2是根据一些实施例的说明用于在晶圆制造系统10中处理半导体晶圆5的方法s100的流程图。为了说明，将与图1、图3至图5中所示的附图一起描述该流程图。可在方法s100之前、期间及之后提供额外操作，且对于该方法的其他实施例，可替换或消除所描述的操作中的一些。
方法s100以操作s101开始，在该操作中，将半导体晶圆5装载至晶圆制造系统10的腔室30中。在一些实施例中，为了将半导体晶圆5装载至晶舟50中，借助于提升机构(在图中未示出)将密封盖32及绝缘罩40与管31分开，且使晶舟50移动至由管31界定的空腔外。可通过具有刀刃的机械臂(在图中未示出)将半导体晶圆5移动至晶舟50中。
在将半导体晶圆5装载至晶舟50之后，将晶舟50插入至腔室30中。可通过借助于提升机构(在图中未示出)将密封盖32及绝缘罩40抬起来将晶舟50装载于管31中。当密封盖32及绝缘罩40连接至管31的底侧35时，晶舟50位于气密的腔室30中。在一些实施例中，如图3所示，在半导体晶圆5的装载之前，通过侧壁加热器81及82将管31加热至温度t1。在半导体晶圆5的装载之后，由于气密腔室30建立，腔室30中的温度自温度t1升高至温度t2。
方法s100以操作s102继续，在该操作中，在管31中执行环境调整。在一些实施例中，如图3所示，在装载半导体晶圆之后执行阶段前调整(pre-stageadjustment)程序以调整腔室30的管31中的至少一个环境因素。举例而言，阶段前调整程序包括连续不断地加热管31以便允许热在半导体晶圆5中的每一者均匀地分布(例如，所有半导体晶圆5经加热至具有温度t2)。可通过控制来自侧壁加热器81及82的热输出而将腔室30加热至该腔室的预定温度。来自侧壁加热器81及82中的每一者的热输出可独立于其他侧壁加热器加以调整。每一侧壁加热器的热输出设定可由使用者手动地调整，或经由控制模块90结合控制信号来自动地控制，这些控制信号由安置于晶圆制造系统10中的温度感测器产生及/或基于根据与在处理中的晶圆的大小相关的经验及实验数据导出的温度输出设定产生。另外或替代地，阶段前调整程序包括将腔室30中的压力调整至进行沉积制程所处的处理压力。腔室30中的真空可通过启动泵74而产生。
在一些实施例中，在操作s102之后在腔室30中执行膜沉积制程以用于在半导体晶圆5上形成膜。在一些实施例中，如图3所示，在将腔室30中的环境调谐至预定条件之后，例如将温度加热至具有温度t2，膜沉积制程开始执行。在当前实施例中，通过将ald循环重复多次以便在半导体晶圆5上形成多个单层来执行膜沉积制程。在一个例示性实施例中，每一ald循环包括操作s103至s106，且在图4a至图4e中图示通过此方法形成的一或多个半导体配置。举例说明而非限制，在图4a至图4e所示的制程中制造出mim电容器。
在一些实施例中，如图4a所示，在执行ald制程之前，通过蚀刻形成许多沟槽55。蚀刻制程经设计以在半导体晶圆5上产生具有任何合适的高度及宽度的沟槽55。此可通过控制蚀刻时间或通过控制其他蚀刻参数来达成。在沟槽55形成之后，介电层57以保形剖面沉积在半导体晶圆5上，从而覆盖沟槽55。介电层57可包括单一的介电材料层或多个介电材料层。介电层57的合适介电材料包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、氟硅酸盐玻璃(fluoro-silicateglass；fsg)、低k介电材料、其他合适的介电材料或其组合。介电层57可通过包括以下各者的任何合适技术来沉积：热生长、cvd、hdp-cvd、pvd、ald及/或旋涂技术。在所图示的实施例中，ald制程是用作保形沉积技术。
在操作s103中，将第一处理气体g1注入至腔室30中以在半导体晶圆5上形成一单层。在一些实施例中，为了产生第一处理气体g1的脉冲，基于自控制模块90发出的控制信号将流量控制构件64a打开持续约0.1秒至10秒的预定持续时间，且接着，经由气管62a将第一处理气体g1自气源66a供应至腔室30中。在一些实施例中，如图4b所示，在供应第一处理气体g1之后，含金属的薄层58a在介电层57上方。
在一些实施例中，第一处理气体g1可为具有化学式m1lt或m1eu的含金属(m1)的气体，其中l是卤素(f、cl、br、i)且t是大于0的整数，或其中e是含碳(c)及氢(h)或c、h及氮(n)或c、h及氧(o)的有机部分且其中u是大于0的整数。在一些实施例中，金属m1是ta、ti或w。ta的代表性源气体是亦被称为pdmat的ta{n(ch3)2}5，且w的源气体是wf6。ti源气体是ticl4，或若关心氯化物污染，则可使用ti{och(ch3)2}4。在一些实施例中，第一处理气体g1是以约10至1000标准立方厘米每分钟(standardcubiccentimetersperminute；sccm)的流动速率注入至腔室30中持续0.1秒至10秒的时段。可选地，第一处理气体g1可随惰性载体气体注入，惰性载体气体是ar、he或n2。在当前实施例中，第一处理气体是ticl4。
在操作s104中，将第一冲洗气体g2注入至腔室30中以冲洗未反应的第一处理气体g1。在一些实施例中，为了产生第一冲洗气体g2的脉冲，流量控制构件64b将基于自控制模块90发出的控制信号打开持续约0.1秒至10秒的预定持续时间，且接着，经由气管62b将第一冲洗气体g2经由气管62b自气源66b供应至腔室30中。第一冲洗气体g2可包括惰性气体，诸如ar、he或n2。第一处理气体g1的单层58a保留在半导体晶圆5上。
在操作s105中，将第二处理气体g3注入至腔室30中以在半导体晶圆5上形成一单层。在一些实施例中，为了产生第二处理气体g3的脉冲，基于自控制模块90发出的控制信号将流量控制构件64c打开持续约0.1秒至10秒的预定持续时间，且接着，经由气管62c将第二处理气体g3自气源66c供应至腔室30中。在一些实施例中，第二处理气体g3是诸如nh3或n2h4的氮源气体，且以在10sccm与1000sccm之间的速率流动0.1秒至10秒的时段。在反应以形成是金属氮化物(m1n)的单层58b之前，氮源气体可以或不可在第一处理气体单层上形成单层。在当前实施例中，金属氮化物(m1n)是tin。
在操作s106中，将第二冲洗气体g4注入至腔室30中以冲洗未反应的第二处理气体g3及诸如hcl的副产物。在一些实施例中，第二冲洗气体g4与第一冲洗气体g1是自同一源66供应。在此情况下，为了产生第二冲洗气体g4的脉冲，基于自控制模块90发出的控制信号将流量控制构件64b打开持续约0.1秒至10秒的预定持续时间，且接着，经由气管62b将第二冲洗气体g4自气源66b供应至腔室30中。第二冲洗气体g4可包括惰性气体，诸如ar、he或n2。金属氮化物(m1n)的一单层保留在半导体晶圆5上。
在一些实施例中，在上文提及的操作s103至s106及随后的操作s107至s110期间，通过泵74连续地施加真空。在此情况下，未反应的气态材料、冲洗气体、副产物气态材料及/或自腔室30的内壁刮下的粒子可自腔室30移除。
在操作s107中，判定可接受的膜厚度。在一些实施例中，通过在控制模块90中的制程控制程序的帮助下记录且监测直至可接受的点已沉积的单层的数目来判定膜厚度。由于每一单层具有已知厚度(例如1埃至35埃)，因此可计算沉积在半导体晶圆5上的膜的厚度。在膜的厚度小于可接受的膜厚度的情况下，该方法以重复操作s103至s107继续；否则，膜沉积制程完成，且半导体晶圆5准备好由例如掺杂的另外制程步骤进行处理。
然而，由于半导体晶圆5的表面上的残留第一处理气体g1自处理温度(例如，图3的温度t2)下的气相转换至室温(例如，图3的温度t1)下的固相/液相，金属污染物可在膜沉积制程之后凝聚在半导体晶圆5的表面上。半导体晶圆5的表面上的金属污染物可不利地影响随后的制程步骤且导致生产良率降低。另外，金属污染物可积聚在晶舟或腔室30的内壁上且污染下一批待处理的半导体晶圆。为了防止此污染发生，执行操作s108以移除半导体晶圆5上的残留物。
在操作s108中，将清洗气体g5注入至腔室30中以移除半导体晶圆5上及/或腔室30中的残留气态材料。在一些实施例中，清洗气体g5与第一冲洗气体g2是自同一源66c供应。在此情况下，如图5所示，为了产生清洗气体g5的流，基于自控制模块90发出的控制信号将流量控制构件64c打开持续预定持续时间p1(参见图3)，且接着，经由气管62c将清洗气体g5自气源66c供应至腔室30中。接着经由排气管73将包括清洗气体g5、残留气态材料(例如，第一处理气体g1)、副产物气态材料(例如，hcl)及/或粒子的废气流抽出腔室30。
在一些实施例中，用于供应清洗气体g5的预定持续时间p1是由控制模块90控制，且预定持续时间p1是根据由操作s109产生的侦测信号判定。确切地说，在操作s109中，通过气体感测器76侦测废气流g6中的第一处理气体g1的残留物，然后气体感测器76根据该侦测的结果产生侦测信号。在当前实施例中，侦测废气流g6中的处理气体g1的浓度，且基于处理气体g1的侦测到的浓度产生侦测信号。然而，应了解，可对本揭露的实施例作出许多变化及修改。与废气流g6有关的参数可包括废气流g6的组成(即，种类)、废气流g6的流动速率、第二处理气体的浓度、副产物(例如，hcl)的浓度及粒子的浓度。
在一些实施例中，为了允许排气管道73中的废气流g6流至气体管线75中，在操作s109的初期将阀77打开。当阀77打开时，废气流g6的一部分流至气体管线75中且穿过气体感测器76。在一些实施例中，阀77在操作s109结束之前不关闭。通过在膜沉积制程期间控制阀77关闭，可避免处理气体在气体侦测模块72中的沉积，且气体侦测模块72的寿命得以延长。
在一些实施例中，在操作s110中通过控制模块90对来自气体感测器76的侦测信号进行评估以判定用于操作s108的预定持续时间p1。
在一些实施例中，图3中的预定持续时间p1是根据处理气体g1的即时气体浓度判定，且操作s109的对第一处理气体g1的残留物的侦测在操作s108结束之前不会停止。举例而言，在操作s108期间，通过气体感测器76连续不断地产生与处理气体g1的浓度有关的侦测信号，且通过控制模块90将该侦测信号与一预设临限值进行比较。一旦该侦测信号低于该预设临限值，控制模块90即触发一控制信号以关闭流量控制构件64c，使得操作s108终止且该方法继续至操作s111；否则，方法s100重复操作s108至s110。操作s109可与操作s108同时结束或在操作s108结束之后结束。在一些实施例中，气体浓度的临限值是例如能够充分地防止金属污染物在温度下降之后凝聚在半导体晶圆5的表面上的气体浓度的预期最大值。该最大值可根据与在处理中的半导体晶圆相关的经验及实验数据来判定。
替代地，预定持续时间p1是根据在操作s108的早期阶段收集到的处理气体g1的气体浓度判定，且操作s109的对第一处理气体g1的残留物的侦测将在操作s108结束之前停止。举例而言，在操作s108的初期，与处理气体g1的浓度有关的侦测信号是由气体感测器76产生且由控制模块90计算以计算预定持续时间p1。一旦预定持续时间p1的计算完成，操作s109即终止，且操作s108继续持续计算出的预定持续时间p1。
在一些实施例中，预定持续时间p1是根据与在处理中的半导体晶圆5的图案密度相关的经验及实验数据来判定。举例而言，用于具有较高图案密度的半导体晶圆5的预定持续时间p1比用于具有较低图案密度的半导体晶圆5的预定持续时间长。与半导体晶圆5的图案密度有关的预定持续时间p1的查找表可储存在记忆体92中。处理器91将半导体晶圆5的图案密度与预定持续时间p1匹配且根据匹配结果将控制信号传输至流量控制构件64c。
在预定持续时间p1是根据经验及实验数据直接判定的情况下，可省略操作s109及操作s110，且将检查由腔室30处理的半导体晶圆5以核查是否存在由金属污染物造成的任何污染。只要在半导体晶圆5上发现污染物，此意味着查找表中的数据与实际制程条件有偏差，将进行对查找表的修改。举例而言，污染物出现在半导体晶圆5上可指示供应清洗气体g5的时间不足，且因此，将修改查找表以延长预定持续时间p1。因此，下一批的半导体晶圆5可通过利用经修改的查找表来处理，制程的可靠性因此得到改良。替代地，无论预定持续时间p1判定如何都执行操作s109，且查找表可基于在操作s109中产生的侦测信号以及半导体晶圆5的检查结果加以修改。
在一些实施例中，在操作s109中根据对与第一处理气体g1有关的参数的评估来调整清洗气体g5的流动速率。举例而言，当第一处理气体g1或副产物气态材料的浓度超过临限值时，控制模块90可向流量控制构件64c发出控制信号以提高清洗气体g5的流动速率，而非增加用于供应清洗气体的持续时间。由于清洗气体g5是以较高流动速率供应至腔室30中，因此腔室30中的残留第一处理气体g1可被快速地消耗或冲洗。
在操作s108完成之后，方法s100以操作s111继续，在该操作中，执行阶段后调整以通过将诸如第一冲洗气体g2的冲洗气体供应至腔室30中而使腔室30中的压力自真空回归至环境压力。在一些实施例中，如图3所示，在操作s111期间，由于大量的冲洗气体g2注入至腔室30中，腔室30的温度自高温度t2稍微下降至较低温度t3。在一些实施例中，在操作s111开始之前，操作s109及操作s110完成，未侦测到排气管道73中的废气流g6。
在一些实施例中，用于操作s108的预定持续时间p1可小于用于在操作s111中供应冲洗气体的持续时间。然而，应了解，可对本揭露的实施例作出许多变化及修改。预定持续时间p1可等于用于供应第二冲洗气体的持续时间或比该持续时间长。
方法s100以操作s112继续，在该操作中，卸载半导体晶圆5。在一些实施例中，如图6所示，为了自晶舟50卸载半导体晶圆5，将密封盖32自管31分开且将绝缘罩40及晶舟50移至由管31界定的空腔外。可通过具有刀刃的机械臂(在图中未示出)将半导体晶圆5自晶舟50移除。
图7是根据一些实施例的说明用于在晶圆制造系统10中处理半导体晶圆5的方法s200的流程图。图8根据一些实施例展示在半导体晶圆上形成膜的方法的一阶段的示意图。图9根据一些实施例展示说明在半导体晶圆上形成膜的方法的一循环程序的示意图。为了说明，将与图1、图8及图9所示的附图一起描述该流程图。可在方法s200之前、期间及之后提供额外操作，且对于该方法的其他实施例，可替换或消除所描述的操作中的一些。
在一些实施例中，方法s200包括操作s201至s212。操作s201至s204与上述方法s100中的操作s101至s104实质上相同，操作s207至s209与操作s105至s107实质上相同，操作s210、s211及s212与操作s108、s111及s112实质上相同，且因此，为简洁起见，不重复这些操作。
在一些实施例中，在方法s200的膜沉积制程(即，操作s203至s209)期间，如图8所示，废气流g7通过经由排气管73抽出气态材料而形成，该气态材料例如包括第一及第二处理气体及第一及第二冲洗气体。
在一些实施例中，每一ald循环中的单层的均匀性出现，此是因为第二处理气体g3与漂浮在腔室30中的残留第一处理气体g1反应，而非与半导体晶圆5上的单层反应。单层的此均匀性可不利地影响随后的制程步骤且导致生产良率降低。为了防止此均匀性出现，执行操作s205及操作s206以判定用于供应第一冲洗气体g2的预定持续时间。
在操作s205中，通过气体感测器76侦测废气流g7中的第一处理气体g1的残留物，然后气体感测器76根据该侦测的结果产生侦测信号。在当前实施例中，侦测废气流g7中的处理气体g1的浓度，且基于处理气体g1的侦测到的浓度产生侦测信号。然而，应了解，可对本揭露的实施例作出许多变化及修改。与废气流g7有关的参数可包括废气流g7的组成(即，种类)、废气流g7的流动速率及粒子的浓度。
在一些实施例中，为了允许排气管道73中的废气流g7流至气体管线75中，阀77由控制模块90控制以打开。当阀77打开时，废气流g7的一部分流至气体管线75中且穿过气体感测器76。通过在供应第二处理气体g2(即，操作s207)期间控制阀77关闭，可避免处理气体在气体侦测模块72中的沉积，且气体侦测模块72的寿命得以延长。在一些实施例中，阀77在每一ald循环中打开持续持续时间p3。在一些实施例中，如图9所示，持续时间p3可自ald循环开始时延续至供应第二处理气体的时刻。替代地，持续时间p3可自ald循环开始时延续至第一冲洗气体g2的供应完成的时刻。
在一些实施例中，在操作s206中通过控制模块90对来自气体感测器76的侦测信号进行评估以判定用于操作s204的预定持续时间p2。
在一些实施例中，预定持续时间p2是根据处理气体g1的即时气体浓度判定，且操作s205的对第一处理气体g1的残留物的侦测在操作s204结束之前不会停止。举例而言，在操作s204期间，通过气体感测器76连续不断地产生与处理气体g1的浓度有关的侦测信号，且通过控制模块90将该侦测信号与一预设临限值进行比较。一旦该侦测信号低于该预设临限值，控制模块90即触发一控制信号以关闭流量控制构件64b，使得操作s204终止且该方法继续至操作s207。操作s205可与操作s204同时结束或在操作s204结束之后结束。在一些实施例中，气体浓度的临限值是例如能够充分地防止形成于半导体晶圆5的表面上的单层的均匀性的气体浓度的预期最大值。该最大值可根据与在处理中的半导体晶圆相关的经验及实验数据来判定。
替代地，预定持续时间p2是根据在操作s204的早期阶段收集到的处理气体g1的气体浓度判定，且操作s205的对第一处理气体g1的残留物的侦测将在操作s204结束之前停止。举例而言，在操作s204的初期，与处理气体g1的浓度有关的侦测信号是由气体感测器76产生且由控制模块90计算以计算预定持续时间p2。一旦预定持续时间p2的计算完成，操作s205即终止，且操作s204继续持续计算出的预定持续时间p2。
在一些实施例中，预定持续时间p2是根据与在处理中的半导体晶圆5的图案密度相关的经验及实验数据来判定。举例而言，用于具有较高图案密度的半导体晶圆5的预定持续时间p2比用于具有较低图案密度的半导体晶圆5的预定持续时间长。与半导体晶圆5的图案密度有关的预定持续时间p2的查找表可储存在记忆体92中。处理器91将半导体晶圆5的图案密度与预定持续时间p2匹配且根据匹配结果将控制信号传输至流量控制构件64b。
在预定持续时间p2是根据经验及实验数据直接判定的情况下，可省略操作s205及操作s206，且将检查由腔室30处理的半导体晶圆5以核查均匀性或膜厚度是否可接受。只要均匀性或膜厚度在制程窗口外，此意味着查找表中的数据与实际制程条件有偏差，将进行对查找表的修改。举例而言，出现小于所要值的膜厚度可指示供应第一冲洗气体g2的时间不足，且因此，将修改查找表以延长预定持续时间p2。因此，下一批的半导体晶圆5可通过利用经修改的查找表来处理，制程的可靠性因此得到改良。替代地，无论预定持续时间p2判定如何都执行操作s205，且查找表可基于在操作s205中产生的侦测信号以及半导体晶圆5的检查结果加以修改。
在一些实施例中，在操作s206中根据对与第一处理气体g1有关的参数的评估来调整第一冲洗气体g2的流动速率。举例而言，当第一处理气体g1的浓度超过临限值时，控制模块90可向流量控制构件64b发出控制信号以提高第一冲洗气体g2的流动速率，而非增加用于供应第一冲洗气体g2的持续时间。由于第一冲洗气体g2是以较高流动速率供应至腔室30中，因此腔室30中的残留第一处理气体g1可被快速地消耗或冲洗。
在操作s204完成之后，方法s200以操作s207至s212继续。在一些实施例中，在操作s210中供应清洗气体的持续时间可通过执行操作s109及操作s110来判定。结果，膜均匀性及生产良率可得到显著地改良。
然而，晶圆制造系统10不限于执行ald制程且可在处理气体经供应至腔室且穿过晶圆5的表面的情况下使用。举例而言，晶圆制造系统10可是用于在半导体制造中执行正常cvd制程、蚀刻或退火制程的系统。在方法应用于蚀刻制程的情况下，可监测与在工具干燥清洗程序的蚀刻气体有关的参数。
本揭露亦可并入至半导体制造的其他处理步骤中。举例而言，可在蚀刻制程中执行即时地监测在排气管道中气态材料。在此情况下，可监测与在工具干燥清洗程序的蚀刻气体有关的参数，以判定用于清洗腔室的残留气体是否被冲洗且将不污染待通过腔室处理的下一个晶圆。
晶圆制造系统的实施例具有安装在排气管道处以对在处理期间产生的残留气体或副产物的浓度进行即时监测的气体感测器。气体感测器的安装提供关于残留气体或副产物即时信息。结果，处理参数可得到恰当控制。另外，可根据侦测结果来微调不同产品或制程的关于图案密度或膜方案的规格，且因此，半导体晶圆的生产良率得到改良。
根据一些实施例，提供一种用于处理半导体晶圆的方法。该方法包括将一半导体晶圆装载至一腔室中。该方法亦包括自该腔室产生一废气流。该方法进一步包括通过将一处理气体供应至该腔室中而在该半导体晶圆上沉积一膜。另外，该方法包括利用一气体感测器来侦测该废气流中的该处理气体的一浓度且根据该侦测的一结果产生一侦测信号。该方法进一步包括在该膜形成于该半导体晶圆上之后，将一清洗气体供应至该腔室中持续一时间段。该时间段是基于该侦测信号来判定。在最后一个ald循环中的该第二处理气体的该供应终止之后，起始该清洗气体的该供应，且在该第二处理气体的该供应终止之后，在该废气流中侦测该第二处理气体的该浓度。在最后一个ald循环中的该第二处理气体的该供应终止之后，起始该清洗气体的该供应，且在该第二处理气体的供应结束之前，在该废气流中侦测该第二处理气体的该浓度。该方法进一步包含以下步骤：将该废气流自该腔室引导传递至连接至该腔室的一排气管道，其中通过该气体感测器来侦测该排气管道中的该废气流。该方法进一步包含以下步骤：控制一气体管线上的一阀以允许该排气管道中的该废气流的一部分流至该气体管线中，该气体感测器安装在该气体管线处；及在通过该气体感测器侦测该废气流的该部分之前，引导该废气流的该部分穿过该阀。该方法进一步包含以下步骤：基于该侦测信号来判定供应至该腔室中的该清洗气体的一流动速率。该方法进一步包含以下步骤：将该侦测信号与一临限值进行比较，其中该临限值与该半导体晶圆的一图案密度有关；及基于该侦测信号与该临限值的比较来判定该时间段。当该第二处理气体的该浓度高于一临限值时，将用于供应该清洗气体的该时间段延长。
根据一些实施例，提供一种用于处理半导体晶圆的方法。该方法包括将一半导体晶圆装载至一腔室中。该方法亦包括自该腔室产生一废气流。该方法进一步包括通过将一第一处理气体及一第二处理气体多次交替地供应至该腔室中而在该半导体晶圆上沉积一膜。另外，该方法包括利用一气体感测器来侦测该废气流中的该第一处理气体的一浓度且根据该侦测的一结果产生一侦测信号。该方法进一步包括在该第一处理气体的该供应与该第二处理气体的该供应之间将一第一冲洗气体供应至该处理腔室中持续一时间段。该时间段是基于该侦测信号来判定。在该第一冲洗气体的该供应期间侦测该第一处理气体的该浓度。在该第一冲洗气体的供应结束之前侦测该第一处理气体的该浓度。该方法进一步包含以下步骤：将该废气流自该腔室引导传递至连接至该腔室的一排气管道，其中通过该气体感测器来侦测该排气管道中的该废气流。该方法进一步包含以下步骤：控制一气体管线上的一阀以允许该排气管道中的该废气流的一部分流至该气体管线中，该气体感测器安装在该气体管线处；及在通过该气体感测器侦测该废气流的该部分之前，引导该废气流的该部分穿过该阀。该方法进一步包含以下步骤：在该第二处理气体的该供应期间关闭该阀。该方法进一步包含以下步骤：基于该侦测信号来判定供应至该腔室中的该第一冲洗气体的一流动速率。当该第一处理气体的该浓度高于一临限值时，将用于供应该第一冲洗气体的该时间段延长。
根据一些实施例，提供一种用于处理半导体晶圆的晶圆制造系统。该系统包括一腔室及一晶舟。该船定位在该腔室中，用以支撑至少一个半导体晶圆。该晶圆制造系统亦包括气体供应模块，该气体供应模块与该腔室气体连通且用以将一处理气体供应至该腔室中。该晶圆制造系统进一步包括一排气管道、一泵及一气体感测器。该排气管道连接至该腔室。该泵连接至该排气管道且用以自该腔室产生一废气流。该气体感测器连接至该排气管道且用以基于与该处理气体有关的一参数来产生一侦测信号。另外，该晶圆制造系统包括一控制模块。该控制模块电连接至该气体感测器及该气体供应模块且用以基于该侦测信号来控制用于在该处理气体的该供应之后将供应自该气体供应模块的一清洗气体供应至该腔室中的一持续时间。该晶圆制造系统进一步包含：一气体管线，其连接至该排气管道；以及一阀，其连接至该气体管线且用以控制进入该气体管线的该废气流，其中该气体感测器安装在该气体管线上。该阀比该气体感测器更接近于该气体管线连接至该排气管道所在的一点而定位。该控制模块进一步用以控制该清洗气体自该气体供应模块至该腔室中的一流动速率。
先前内容概述几个实施例的特征，使得熟悉此项技术者可更好地理解本揭露的态样。熟悉此项技术者应了解，这些熟悉此项技术者可容易使用本揭露作为设计或修改用于实现相同目的及/或达成本文中介绍的实施例的相同优点的其他制程及结构的基础。熟悉此项技术者亦应认识到，这些等效构造不背离本揭露的精神及范畴，且这些等效构造可在不背离本揭露的精神及范畴的情况下作出本文中的各种变化、替代及更改。
