[发明专利]半导体工艺设备及其反应腔室和膜层沉积方法

说明书

本发明提供一种半导体工艺设备的反应腔室、半导体工艺设备和膜层沉积方法，其中，反应腔室包括：监测模块、沉积模块以及控制模块；沉积模块用于在一个沉积周期中执行多次沉积步骤，每次沉积步骤均包括：向反应腔室中通入前驱体以及对反应腔室施加射频电场，以在反应腔室中生成等离子体，并通过等离子体在待加工工件上沉积目标膜层；监测模块用于在沉积模块每次执行沉积步骤时，监测反应腔室中等离子体光源的亮度，并根据等离子体光源的亮度，生成第一信号；控制模块用于根据第一信号，判断沉积模块所沉积的目标膜层的厚度是否异常，若是，则发出异常报警信号。本发明有利于改善目标膜层的厚度与目标厚度产生偏差的问题。

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，具体涉及一种半导体工艺设备的反应腔室、半导体工艺设备和膜层沉积方法。

背景技术

SiO₂薄膜是半导体工艺上最常用的薄膜之一，传统的沉积SiO₂薄膜的方法如氧化工艺需要在高温环境下进行，温度通常超过1000

℃，而高温环境可能会导致产生不良副产物，进而影响薄膜覆盖率。

等离子体增强原子层沉积(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition，PEALD)可以实现在低温环境下沉积SiO₂薄膜，温度一般在70℃～300℃，相较于氧化工艺，等离子体增强原子层沉积具有更好的薄膜覆盖率，且对薄膜厚度的控制更加精确。

目前，PEALD沉积SiO₂薄膜通常采用双二乙基胺基硅烷(SAM24)和氧气(O₂)作为前驱体，图1为传统的采用PEALD沉积SiO₂薄膜的流程图，如图1所示，沉积过程包括：S1’、使前驱体进入反应腔室；S2’、在反应腔室中施加射频电场，以将SAM24断裂为小分子，氧分子激发形成活性氧原子和氧自由基等多种活性基团，SAM24的断裂小分子和氧的活性基团发生反应形成SiO₂薄膜。上述过程作为一次循环，而实际工艺中通常需要重复多次循环，以使形成的SiO₂薄膜厚度满足实际需要。

但是，在反应腔室中施加射频电场时，可能会出现启辉延迟，甚至启辉失败等异常，在多次循环中只要有一次循环出现异常，就会导致生成的SiO₂薄膜厚度与目标厚度出现偏差，进而导致片间厚度一致性差，影响产品质量。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种半导体工艺设备的反应腔室、半导体工艺设备和膜层沉积方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种半导体工艺设备的反应腔室，其中，包括：监测模块、沉积模块以及与所述监测模块连接的控制模块；

所述沉积模块用于在一个沉积周期中执行多次沉积步骤，每次沉积步骤均包括：向所述反应腔室中通入前驱体以及对反应腔室施加射频电场，以在所述反应腔室中生成等离子体，并通过所述等离子体在待加工工件上沉积目标膜层；

所述监测模块用于在所述沉积模块每次执行所述沉积步骤时，监测所述反应腔室中等离子体光源的亮度，并根据所述等离子体光源的亮度，生成第一信号；

所述控制模块用于根据至少一次所述沉积步骤中所生成的所述第一信号，判断所述沉积模块所沉积的所述目标膜层的厚度是否异常，若是，则发出异常报警信号。

可选地，所述控制模块还用于在判断出所述目标膜层的厚度异常时，控制所述沉积模块补充执行至少一次所述沉积步骤。

可选地，所述控制模块具体用于：

根据至少一次所述沉积步骤中所生成的所述第一信号判断所述沉积模块在施加所述射频电场时是否发生启辉异常，若是，则确定目标膜层的厚度异常。

可选地，所述第一信号为与所述反应腔室中等离子体光源的亮度负相关的电压信号。