半导体设备的操作方法与流程

1.本发明是有关一种半导体设备的操作方法。


背景技术：

2.等离子体增强化学气相沉积(pecvd)被广泛的应用于集成电路的制造中，但在薄膜的工艺中仍然有些问题需要被改善以提升晶圆的良率。例如，在化学气象沉积中，若等离子体工作区域较靠近晶圆的表面，则掉落在非晶硅层上的微粒数量较多且较为集中，这些微粒将造成在后续工艺中氧化物层表面的凸起，导致晶圆形成数量多且聚集的缺陷(defect)而影响良率。此外，加热器的升降以及在沉积半导体层至沉积氧化物层期间的抽气程序也易使得微粒掉落在晶圆表面上的机率提升。


技术实现要素：

3.在一些实施方式中，一种半导体设备的操作方法包括在半导体设备的腔室中以射频功率与压力沉积半导体层在加热器上的晶圆；减小腔室中的射频功率与压力以执行第一等离子体净化程序；沉积氧化物层在半导体层上；下降加热器的位置；以及对腔室抽除气体。
4.在一些实施方式中，减小腔室中的射频功率与压力使腔室的等离子体工作区域缩小而远离晶圆。
5.在一些实施方式中，执行第一等离子体净化程序后与沉积氧化物层前无抽除腔室的气体。
6.在一些实施方式中，从执行第一等离子体净化程序至沉积氧化物层期间腔室维持正压。
7.在一些实施方式中，下降加热器的位置时腔室维持正压。
8.在一些实施方式中，半导体设备的操作方法还包括沉积氧化物层在半导体层上后，执行第二等离子体净化程序。
9.在一些实施方式中，执行第二等离子体净化程序的射频功率与执行第一等离子体净化程序被减小后的射频功率相同。
10.在一些实施方式中，执行第二等离子体净化程序的压力与执行第一等离子体净化程序被减小后的压力相同。
11.在一些实施方式中，沉积半导体层后与沉积氧化物层在半导体层上前，保持加热器的位置。
12.在一些实施方式中，沉积氧化物层在半导体层上前，于腔室注入一氧化二氮，且一氧化二氮的流量逐渐增加。
13.在上述实施方式中，由于在执行第一等离子体净化程序时腔室中的功率与压力减少了，因此腔室沉积半导体层后的等离子体工作区域可缩小而远离晶圆，可减少腔室中未完全反应的微粒(particle)聚集在半导体层上。如此一来，在沉积氧化物层于半导体层上
后，晶圆的缺陷(defect)数量明显降低且较为分散，可有效减少缺陷被氧化物层覆盖而产生凸起。此外，由于等离子体净化程序非半导体层的沉积步骤，因此调整等离子体净化程序时腔室中的功率与压力并不会影响半导体层的形成。
附图说明
14.图1为根据本发明一实施方式的半导体设备的操作方法的流程图。
15.图2-图4为根据本发明一实施方式的半导体设备的操作方法在各阶段的示意图。
16.图5为图4的晶圆移出后所量测的缺陷分布图。
具体实施方式
17.以下揭示的实施方式内容提供了用于实施所提供的目标的不同特征的许多不同实施方式或实例。下文描述了元件和布置的特定实例以简化本案。当然，该等实例仅为实例且并不意欲作为限制。此外，本案可在各个实例中重复元件符号及/或字母。此重复用于简便和清晰的目的，且其本身不指定所论述的各个实施方式及/或配置之间的关系。
18.诸如“在
……
下方”、“在
……
之下”、“下部”、“在
……
之上”、“上部”等等空间相对术语可在本文中为了便于描述的目的而使用，以描述如附图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。空间相对术语意欲涵盖除了附图中所示的定向之外的在使用或操作中的装置的不同定向。装置可经其他方式定向(旋转90度或以其他定向)并且本文所使用的空间相对描述词可同样相应地解释。
19.图1为根据本发明一实施方式的半导体设备的操作方法的流程图。半导体设备的操作方法包括下列步骤。在步骤s1中，在半导体设备的腔室中以射频功率与压力沉积半导体层在加热器上的晶圆。接着在步骤s2中，减小腔室中的射频功率与压力以执行第一等离子体净化程序。后续在步骤s3中，沉积氧化物层在半导体层上。在步骤s4中，执行第二等离子体净化程序。接着在步骤s5中，下降加热器的位置。后续在步骤s6中，对腔室抽除气体。半导体设备的操作方法并不限于上述步骤s1至步骤s6，举例来说，可在两前后步骤之间进一步包括其他步骤，也可在步骤s1前与步骤s6后进一步包括其他步骤。
20.在以下叙述中，将详细说明半导体设备的操作方法的各步骤。
21.图2-图4为根据本发明一实施方式的半导体设备100的操作方法在各阶段的示意图。参照图2，半导体设备100具有腔室110，且包括射频产生器120、加热器130以及气体喷淋头140。其中，射频产生器120位于气体喷淋头140的上方，加热器130位于气体喷淋头140的下方。在使用半导体设备100时，晶圆210可从腔室110外移至加热器130上。工艺或净化气体可从气体喷淋头140中均匀流出。射频产生器120可施加射频功率于腔室110中以产生等离子体。经由以上配置，腔室110中便可形成等离子体工作区域a，例如形成于气体喷淋头140的下方与加热器130上方。在本实施方式中，半导体设备100可以为等离子体增强化学气相沉积(pecvd)的半导体设备，但并不用以限制本发明。
22.参照图1的步骤s1与图2与图3，待晶圆210移至加热器130上后，可在半导体设备100的腔室110中以射频功率与压力沉积半导体层220在加热器130上的晶圆210。举例来说，射频产生器120配置以产生射频功率，而腔室110中的压力可由气体流量与抽气阀决定。在一些实施例中，半导体层220的材料可包括非晶硅(amorphous silicon；a-si)，但并不以此
为限。在此步骤s1中，腔室110中的射频功率与压力可大于后续步骤，因此等离子体工作区域a的范围较大，例如较接近晶圆210。
23.参照图1的步骤s2与图3，待沉积半导体层220于晶圆210上后，可减小腔室110中的射频功率与压力以执行第一等离子体净化程序。也就是说，执行第一等离子体净化程序时腔室110内的射频功率与压力分别小于沉积半导体层220时腔室110内的射频功率与压力。举例来说，如图3所示，减小腔室110中的射频功率与压力可使腔室110的等离子体工作区域a缩小而远离晶圆210。在此等离子体净化程序中导入气体至腔室110中用以清除腔室110中的附着物，以减少微粒(particle)掉落在半导体层220上形成表面缺陷而对后续薄膜(如图4的氧化物层230)的沉积造成影响。在一些实施例中，等离子体净化程序所使用的气体可以是氢气(h2)、氮气(n2)、氩气(ar)、氦气(he)，但并不以此为限。
24.通过调节射频功率与压力可以调节腔室110中等离子体工作区域a的大小，降低射频功率与压力使腔室110中的等离子体工作区域a缩小，缩小的等离子体工作区域a可以使工艺中出现的不完全生成物远离晶圆210的表面，借此降低半导体层220表面出现缺陷的机率。在一些实施方式中，执行第一等离子体净化程序时减小射频功率与压力可以降低工艺中的不完全生成物的碰撞机率，减少不完全生成物互相碰撞并聚集在晶圆上导致半导体层220的缺陷。
25.在本实施方式中，执行第一等离子体净化程序时加热器130的位置(即高度)保持在与沉积半导体层220时相同的高度。加热器130的升降可能会导致工艺中的不完全生成物互相碰撞并在半导体层220表面聚集造成半导体层220的缺陷。在第一等离子体净化程序的过程中保持加热器130的位置可以降低微粒在半导体层220表面生成的机率，进而提升晶圆210的良率。
26.参照图1的步骤s3与图4，在执行上述第一等离子体净化程序后，可沉积氧化物层230在半导体层220上。在此步骤中，腔室110中的射频功率与压力可与执行第一等离子体净化程序时相同，因此可维持较小的等离子体工作区域a，以减少微粒掉落于晶圆210上。执行第一等离子体净化程序后与沉积氧化物层230前无抽除腔室110的气体。若抽除腔室110中气体会导致腔室110内的压力趋近于零，将使等离子体工作区域a扩大至整个腔室110的范围，而扩大的等离子体工作区域a会导致不完全生成物掉落在半导体层220上造成晶圆缺陷。在一些实施方式中，从执行该第一等离子体净化程序至沉积该氧化物层230期间腔室维持正压，维持此正压有助于控制等离子体工作区域a的大小，避免等离子体工作区域a扩张到整个腔室110。
27.参照图4，在一些实施方式中，沉积氧化物层230在半导体层220上前，于腔室注入一氧化二氮(n2o)，且一氧化二氮的流量逐渐增加。其中，一氧化二氮的流速以固定斜率线性增加。依照一些实施方式，与突变式(或阶梯式)的增加流速相比，渐进式缓慢增加气体流速可以减少扰流以降低不完全生成物互相碰撞并聚集在晶圆210上的机率。
28.参照图4，在半导体层220沉积在晶圆210上后与沉积氧化物层230在半导体层220上前，保持加热器130的位置。保持加热器130的高度与减少加热器130的升降可减少微粒落于在晶圆210的表面，进而提升晶圆的良率。
29.参照图1的步骤s4，在沉积氧化物层230在半导体层220上后，执行第二等离子体净化程序。其中，执行第二等离子体净化程序的压力与执行第一等离子体净化程序被减小后
的压力相同，且执行第二等离子体净化程序的射频功率也可与执行第一等离子体净化程序被减小后的射频功率相同。在此等离子体净化程序中导入气体至腔室110中用以清除腔室110中的附着物，以减少微粒(particle)掉落在晶圆210上形成表面缺陷。在一些实施方式中，其中在步骤s4中执行第二等离子体净化程序的压力以及射频功率分别小于在步骤s3中腔室110内的射频功率与压力，减小腔室110中的射频功率与压力将使腔室110的等离子体工作区域a缩小，缩小的等离子体工作区域a可以使工艺中出现的不完全生成物远离晶圆210的表面，借此降低晶圆表面出现缺陷的机率。
30.参照图1的步骤s4，维持等离子体的持续流动可以使在氧化物层230沉积时所产生的微粒或是从腔室110表面剥落的微粒可被悬浮于持续流动的等离子体中，并借由后续步骤s6中的抽气被移除，这样的配置可以减少微粒掉落于晶圆210上。
31.此外，在本实施方式中，执行第二等离子体净化程序后，参照图1的步骤s5，下降加热器130时腔室110维持正压。在此步骤中，晶圆210脱离加热器130并由支撑销(pin)顶起。
32.参照图1的步骤s6，接着可对腔室110抽除气体，用以移除产生于腔室110中的气体。由于在先前沉积步骤中所产生的微粒或是从腔室110表面剥落的微粒都被悬浮于等离子体工作区域a中，因此能借由抽除腔室110中的气体移除微粒。
33.图5为图4的晶圆210移出后所量测的缺陷(defect)分布图。如图5所示的缺陷分布图，可证明半导体设备的操作方法能使晶圆210的缺陷数量明显降低且较为分散。
34.在上述实施方式中，由于在执行第一等离子体净化程序时腔室110中的功率与压力减少了，因此腔室110的等离子体工作区域a可缩小而远离晶圆210。另外，执行第一等离子体净化程序后与沉积氧化物层230前无抽除腔室110的气体，可避免微粒落于半导体层220上。此外，保持加热器130的高度与减少加热器130的升降可减少微粒落在晶圆210的表面，进而提升晶圆的良率。在沉积半导体层220至沉积氧化物层230期间及沉积氧化物层230后维持等离子体的持续流动可以使在先前沉积步骤中所产生的微粒或是从腔室110表面剥落的微粒被悬浮于持续流动的等离子体中，并借由抽气操作被移除，这样的配置可以减少微粒掉落于晶圆210上被氧化物层230覆盖而产生凸起。
35.【符号说明】
36.100:半导体设备
37.110:腔室
38.120:射频产生器
39.130:加热器
40.140:气体喷淋头
41.210:晶圆
42.220:半导体层
43.230:氧化物层
44.a:等离子体工作区域
45.s1:步骤
46.s2:步骤
47.s3:步骤
48.s4:步骤
49.s5:步骤
50.s6:步骤。