薄膜沉积系统以及沉积薄膜的方法

技术领域

本揭露有关于薄膜沉积领域。

背景技术

对于包括智能电话、平板计算机、桌上型计算机、膝上型计算机及许多其他种类的电子装置的电子装置，一直存在对提高计算能力的持续需求。集成电路为这些电子装置提供计算能力。提高集成电路中的计算能力的一种方式为增大半导体基板的给定面积可包括的晶体管及其他集成电路特征的数目。

为了持续减小集成电路中的特征的大小，实施了各种薄膜沉积技术。这些技术可形成非常薄的膜。然而，薄膜沉积技术在确保恰当地形成薄膜方面亦面临严重困难。

发明内容

在一个实施例中，一种薄膜沉积系统，其包括薄膜沉积室及用以在薄膜沉积室内支撑基板的支撑件。该系统包括：第一流体源，其用以在薄膜沉积制程期间将第一流体提供至薄膜沉积室中；排放通道，其用以使排放流体自薄膜沉积室通过；及副产物感测器，其用以感测排放流体中的副产物且产生指示副产物的感测器信号。该系统包括控制系统，该控制系统用以接收感测器信号且回应于感测器信号而调整薄膜沉积制程。

在一个实施例中，一种沉积薄膜的方法包括通过使第一流体流入薄膜沉积室中且使排放流体自薄膜沉积室通过，在薄膜沉积室内的基板上形成薄膜。该方法包括感测第一流体及排放流体中的一或多种材料的副产物，且基于副产物调整第一流体的流动。

在一个实施例中，一种沉积薄膜的方法包括：将半导体晶圆支撑在薄膜沉积室中；及通过使第一流体及第二流体流入薄膜沉积室中，利用原子层沉积制程在半导体晶圆上形成薄膜。该方法包括：经由排放通道使排放流体自薄膜沉积室通过；感测排放流体中的副产物；及基于副产物估计第一流体或第二流体的流动特性。

附图说明

图1为根据一个实施例绘示的薄膜沉积系统；

图2A至图2C说明根据一个实施例的在原子层沉积制程的连续步骤期间的基板；

图3为在原子层沉积制程期间的流体流动的多个曲线图；

图4为根据一个实施例绘示的原子层沉积系统；

图5为根据一个实施例绘示的原子层沉积系统的说明；

图6为根据一个实施例绘示的排放流体中的强度化合物的曲线图；

图7为根据一个实施例的半导体处理系统的方块图；

图8为根据一个实施例的用于形成薄膜的方法的流程图；

图9为根据一个实施例的用于形成薄膜的方法的流程图。

【符号说明】

100:薄膜沉积系统

102:沉积室

103:内部体积

104:基板

106:支撑件

108:流体源

110:流体源

112:净化源

114:净化源

116:歧管混合器

118:流体分配器

120:排放通道

122:副产物感测器

124:控制系统

125:通信通道

130:流体通道

132:流体通道

134:歧管混合器

136:净化管线

138:净化管线

140:晶种层

141:薄膜

142:第一流体

144:第一层

146:副产物

148:第二流体

150:第二层

152:副产物

162:pH感测器

164:质谱仪

170:曲线图

172:曲线图

400:薄膜沉积系统

500:薄膜沉积系统

700:半导体处理系统

702:厚度分析器

704:机械臂

800:方法

802～808:流程

900:方法

902～910:流程

具体实施方式

在以下描述中，针对集成电路晶粒内的各种层及结构描述了许多厚度及材料。对于各种实施例，作为实例给出了特定尺寸及材料。根据本揭露，熟悉此项技术者将认识到，在许多情况下可使用其他尺寸及材料，而不脱离本揭露的范围。

以下揭示内容提供用于实施所描述的主题的不同特征的许多不同实施例或实例。下文描述组件及配置的特定实例以简化本描述。当然，这些仅为实例，且并不旨在进行限制。举例而言，在下文的描述中，在第二特征之上或上的第一特征的形成可包含其中第一特征与第二特征直接接触地形成的实施例，且亦可包含其中在第一特征与第二特征之间形成额外特征，使得第一特征与第二特征可能不直接接触的实施例。另外，本揭露可能在各个实例中重复参考数字及/或字母。此重复是出于简单及清楚的目的，且其本身并不指示所论述的各种实施例及/或组态之间的关系。

此外，本文中可使用空间相对术语，诸如“在...下方”、“在...之下”、“下部”、“在...上方”、“上部”等，以便于描述一个元件或特征与另一(些)元件或特征的关系(如图中所说明)。除了在图中描述的定向之外，空间相对术语亦意欲涵盖装置在使用或操作中的不同定向。设备可以其他方式定向(旋转90度或以其他定向)，且本文中使用的空间相对描述语可同样相应地解释。

在以下描述中，阐述了一些特定细节以便提供对本揭露的各种实施例的透彻理解。然而，熟悉此项技术者将理解，可在无这些具体细节的情况下实践本揭露。在其他情况下，未详细描述与电子组件及制造技术相关联的熟知结构，以避免不必要地混淆对本揭露的实施例的描述。

除非上下文另外要求，否则在整个说明书及权利要求书中，词语“包含(comprise)”及其变体(诸如“包含(comprises)”及“包含(comprising)”)应以开放的、包括性的意义来解释，即“包括，但不限于”。

诸如第一、第二及第三的序数的使用不一定暗示等级的有序感，而是仅可区分措施或结构的多个例项。

在整个说明书中，对“一个实施例”或“一实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，在整个说明书中各处出现的片语“在一个实施例中”或“在一实施例中”不一定是指同一实施例。此外，在一或多个实施例中，可以任何合适的方式组合特定的特征、结构或特性。

如本说明书及所附权利要求书中所使用，单数形式“一”及“该”包括多个参考物，除非内容中另有明确规定。亦应注意，除非内容清楚地另外指出，否则术语“或”通常以包括“及/或”的意义使用。

本揭露的实施例提供具有可靠厚度及组合物的薄膜。本揭露的实施例在薄膜沉积制程期间精确地监测沉积流体的流动，且实时地调整流体的流动以确保恰当地形成薄膜。本揭露的实施例通过侦测自薄膜沉积室流出的排放流体中的沉积流体的副产物来监测流体的流动。本揭露的实施例亦可判定沉积流体源是空的抑或接近空的，且需要重新填充或更换。

因此，本揭露的实施例提供许多益处。在流动速率不足的情况下或若流体源在薄膜沉积制程期间为空，则可能无法恰当地形成薄膜。在时间及资源方面，此可能导致报废整个批次的半导体晶圆。本揭露的实施例通过实时地准确监测沉积流体的流动，通过实时地调整流体流动且通过侦测流体源中的流体水准是否低或完全耗尽且重新填充或替换流体源来克服这些缺点。

图1为根据一个实施例的薄膜沉积系统100的方块图。薄膜沉积系统100包括包括内部体积103的薄膜沉积室102。支撑件106位于内部体积103内，且用以在薄膜沉积制程期间支撑基板104。薄膜沉积系统100用以在基板104上沉积薄膜。

在一个实施例中，薄膜沉积系统100包括第一流体源108及第二流体源110。第一流体源108将第一流体供应至内部体积103中。第二流体源110将第二流体供应至内部体积103中。第一流体及第二流体两者皆有助于在基板104上沉积薄膜。

在一个实施例中，薄膜沉积系统100为执行ALD制程的原子层沉积(atomic layerdeposition；ALD)系统。ALD制程在基板104上形成晶种层。晶种层经选择以与第一前驱物气体进行化学相互作用，诸如由第一流体源108供应的第一流体。第一流体供应至内部体积103中。第一流体与晶种层反应，以与晶种层表面的每一原子或分子形成新的化合物。新化合物包括先前为晶种层的一部分的原子及先前为第一流体的一部分的原子。晶种层与第一流体的反应得到在反应之前不存在的新化合物。此对应于第一层的沉积，或薄膜的第一层的沉积中的第一步骤。

晶种层与第一流体之间的反应亦带来一或多种副产物。在使第一流体流动达选定的时间量之后，将净化气体供应至内部体积中，以经由排放通道120自内部体积103净化第一流体的副产物及第一流体的未反应部分。如下文将更详细描述的，净化流体可自净化源112及114中的一者或两者流出。

在净化第一流体之后，第二前驱物气体，诸如第二流体，自第二流体源110供应至内部体积中。第二流体与第一层反应以在薄膜的第一层的顶部上形成第二层。或者，第二流体的流动可通过与第一层的第一部分反应而完成薄膜的第一层的形成。如下文更详细描述的，薄膜由若干层制成。每一层或成对的层通过使第一流体流动、净化、使第二流体流动且再次净化的循环形成。薄膜的总厚度是基于循环的数目。此反应亦产生副产物。再次将净化气体供应至内部体积103中，以自内部体积103净化第二流体的副产物及第二流体的未反应部分。重复供应第一流体、净化、供应第二流体及再次净化的此序列，直至薄膜具有选定的厚度。如下文将更详细描述的，净化气体可自净化源112及114中的一者或两者流出。

在一些情况下，薄膜沉积制程在薄膜沉积制程期间的各个阶段对第一流体及第二流体的浓度或流动速率可能非常敏感。若在特定阶段，第一流体或第二流体的浓度或流动速率不够高，则薄膜可能无法在基板104上恰当地形成。举例而言，若第一流体或第二流体的浓度或流动速率不够高，则薄膜可能不具有所需的组合物或厚度。

保留在第一流体源108及第二流体源110中的流体量可影响沉积室102中的第一流体及第二流体的流动速率或浓度。举例而言，若第一流体源108剩余少量的第一流体，则来自第一流体源108的第一流体的流动速率可能较低。若第一流体源108为空的且不包括任何更多的第一流体，则将不存在来自第一流体源108的第一流体的流动。相同的考虑适用于第二流体源110。流动速率低或不存在可导致薄膜无法恰当地形成。

在一个实施例中，薄膜沉积系统100包括排放通道120，该排放通道120连通地耦接至沉积室102的内部体积103。来自薄膜沉积制程的排放产物经由排放通道120流出内部体积103。排放产物可包括第一流体及第二流体的未反应部分、第一流体及第二流体的副产物、用以净化内部体积103的净化流体，或其他流体或材料。

薄膜沉积系统100包括耦接至排放通道120的副产物感测器122。副产物感测器122用以感测流经排放通道120的排放流体中的第一流体及第二流体中的一者或两者的副产物的存在及/或浓度。第一流体及第二流体一起相互作用以在基板104上形成薄膜。沉积制程亦导致来自第一流体及第二流体的副产物。这些副产物的浓度指示在沉积期间第一流体及第二流体中的一者或两者的浓度或流动速率。副产物感测器122感测自内部体积103流过排放通道120的排放流体中的副产物的浓度。

在一个实施例中，薄膜沉积系统100包括控制系统124。控制系统124耦接至副产物感测器122。控制系统124自副产物感测器122接收感测器信号。来自副产物感测器122的感测器信号指示排放流体中的第一流体及第二流体中的一者或两者的副产物的浓度。控制系统124可分析感测器信号，且判定在沉积制程的特定阶段期间第一流体源108及第二流体源110中的一者或两者的流动速率或浓度。控制系统124亦可判定第一流体源108中的第一流体及/或第二流体源110中的第二流体的剩余水准。

控制系统124可包括一或多个计算机可读记忆体。一或多个记忆体可储存软件指令，这些软件指令用于分析来自副产物感测器122的感测器信号且用于基于这些感测器信号来控制薄膜沉积系统100的各个态样。控制系统124可包括用以执行软件指令的一或多个处理器。控制系统124可包括使得能够与副产物感测器122及薄膜沉积系统100的其他组件进行通信的通信资源。

在一个实施例中，控制系统124经由一或多个通信通道125通信地耦接至第一流体源108及第二流体源110。控制系统124可经由通信通道125将信号发送至第一流体源108及第二流体源110。控制系统124可部分地回应于来自副产物感测器122的感测器信号来控制第一流体源108及第二流体源110的功能性。

在一个实施例中，副产物感测器122感测排放流体中的副产物的浓度。副产物感测器122将感测器信号发送至控制系统124。控制系统124分析来自感测器的信号，且基于来自副产物感测器122的感测器信号判定来自第一流体源108的第一流体的最新流动速率低于预期。控制系统124将控制信号发送至第一流体源108，命令第一流体源108在随后的沉积循环期间增大第一流体的流动速率。第一流体源108回应于来自控制系统124的控制信号而增大进入沉积室102的内部体积103中的第一流体的流动速率。副产物感测器122可再次产生指示在随后的沉积循环期间第一流体的副产物的浓度的感测器信号。控制系统124可基于来自副产物感测器122的感测器信号来判定是否需要调整第一流体的流动速率。以此方式，副产物感测器122、控制系统124及第一流体源108构成反馈回路，用于调整第一流体的流动速率。控制系统124亦可以与第一流体源108相同的方式控制第二流体源110。此外，控制系统124可控制第一流体源108及第二流体源110两者。

在一个实施例中，薄膜沉积系统100可包括一或多个阀、泵或其他流动控制机构，用于控制来自第一流体源108的第一流体的流动速率。这些流动控制机构可为流体源108的一部分或可与流体源108分开。控制系统124可通信地耦接至这些流动控制机构或控制这些流动控制机构的系统。控制系统124可通过控制这些机构来控制第一流体的流动速率。薄膜沉积系统100可包括阀、泵或其他流动控制机构，这些阀、泵或其他流动控制机构以与上文参考第一流体及第一流体源108所描述的相同的方式控制来自第二流体源110的第二流体的流动。

在一个实施例中，控制系统124可基于来自副产物感测器122的感测器信号来判定多少第一流体保留在第一流体源108中。控制系统124可分析这些感测器信号以判定第一流体源108为空或几乎为空。控制系统124可向技术人员或其他人员提供指示，以指示第一流体源108为空的或几乎为空，且第一流体源108应被重新填充或更换。这些指示可显示在显示器上，可经由电子邮件、即时讯息或使得技术人员或其他专家或系统能够理解第一流体源108及第二流体源110中的一者或两者为空或几乎为空的其他通信平台进行传输。

在一个实施例中，薄膜沉积系统100包括歧管混合器116及流体分配器118。歧管混合器116自第一流体源108及第二流体源110一起或分开地接收第一流体及第二流体。歧管混合器116将第一流体、第二流体或第一流体与第二流体的混合物提供至流体分配器118。流体分配器118自歧管混合器116接收一或多种流体，且将该一或多种流体分配至薄膜沉积室102的内部体积103中。

在一个实施例中，第一流体源108通过第一流体通道130耦接至歧管混合器116。第一流体通道130将第一流体自流体源108载送至歧管混合器116。第一流体通道130可为用于将第一流体自第一流体源108传递至歧管混合器116的管道、管或其他合适的通道。第二流体源110通过第二流体通道132耦接至歧管混合器116。第二流体通道132将第二流体自第二流体源110载送至歧管混合器116。

在一个实施例中，歧管混合器134通过第三流体通道134的管线耦接至流体分配器118。第三流体通道134的管线将流体自歧管混合器116载送至流体分配器118。第三流体通道134的管线可载送第一流体、第二流体、第一流体与第二流体的混合物或其他流体，如将在下文更详细描述的。

第一流体源108及第二流体源110可包括流体箱。流体箱可储存第一流体及第二流体。流体箱可选择性地输出第一流体及第二流体。

在一个实施例中，薄膜沉积系统100包括第一净化源112及第二净化源114。第一净化源通过第一净化管线136耦接至第一流体通道130的管线。第二净化源通过第二净化管线138耦接至第二流体通道132的管线。实务上，第一净化源112与第二净化源114可为单一净化源。

在一个实施例中，第一净化源112及第二净化源114将净化气体供应至沉积室102的内部体积103中。净化流体为经选择用来净化或载送第一流体、第二流体、第一流体或第二流体的副产物或来自沉积室102的内部体积103的其他流体的流体。净化流体经选择以不与基板104、沉积在基板104上的薄膜层、第一流体及第二流体以及第一流体与第二流体的副产物相互作用。因此，净化流体可为惰性气体，包括但不限于Ar或N

在使第一流体或第二流体中的一者或两者流入内部体积103的循环之后，薄膜沉积系统100通过使净化流体流入内部体积103中且穿过排放通道120来净化内部体积103。控制系统124可通信地耦接至第一净化源112及第二净化源114，或控制来自第一净化源112及第二净化源114的净化流体的流动的流动机构。控制系统124可在沉积循环之后或在沉积循环之间净化内部体积103，如将在下文更详细地解释的。

在一个实施例中，在流体源108供应第一流体之后，净化源112可供应净化气体。在流体源110供应第一流体之后，净化源114可供应净化气体。在一个实施例中，净化源112及净化源114两者皆在流体源108供应第一流体之后且在流体源110供应第二流体之后供应净化气体。

在一个实施例中，第一净化管线136及第二净化管线138以选定的角度接合第一流体通道130的管线及第二流体通道132的管线。这些角度经选择以确保净化流体流向歧管混合器116，而不流向第一流体源108或第二流体源110。同样，该角度有助于确保第一流体及第二流体将自第一流体源108及第二流体源108流向歧管混合器116，而不流向第一净化源112及第二净化源114。

尽管图1说明第一流体源108及第二流体源110，但实务上，薄膜沉积系统100可包括其他数目的流体源。举例而言，薄膜沉积系统100可仅包括单一流体源或多于两个流体源。因此，在不脱离本揭露的范围的情况下，薄膜沉积系统100可包括数目不同于两个的流体源。

此外，在一个实施例中，已经描述薄膜沉积系统100作为ALD系统，在不脱离本揭露的范围的情况下，薄膜沉积系统100可包括其他类型的沉积系统。举例而言，薄膜沉积系统100可包括化学气相沉积系统、物理气相沉积系统、溅射系统或其他类型的薄膜沉积系统，而不脱离本揭露的范围。副产物感测器122可用于判定沉积流体的流动速率或浓度以及沉积流体源中剩余多少沉积流体。

图2A至图2C说明根据一个实施例的在ALD制程的连续步骤期间的基板104。将参考图1进行图2A至图2C的描述。因此，在一个实例中，通过图1的薄膜沉积系统100来执行ALD制程。

在图2A中，基板104定位于薄膜沉积室102的内部体积103中。晶种层140定位于基板104的顶表面上。如下文将更详细描述的，晶种层140具有经选择以促进ALD制程的开始的组合物。基于将在ALD制程中用于产生薄膜的材料或流体来选择晶种层140的材料。详言之，晶种层140经选择以与用于ALD的第一层的材料结合。

在一个实施例中，基板104为半导体晶圆。ALD制程为将在半导体晶圆上执行的大量半导体制程之一。这些半导体制程组合以形成及图案化各种材料层，包括半导体材料、介电材料及导电材料。在已执行半导体制程之后，将半导体晶圆切分成多个单独的集成电路晶粒。因此，关于图2A至图2C描述的ALD制程产生薄膜层，该薄膜层将为各种集成电路晶粒的一部分。

在图2B中，薄膜141的第一层144沉积在晶种层140上。详言之，第一流体142流入薄膜沉积室102的内部体积103中。可经由图1的第一流体源108提供第一流体142。第一流体142包括与晶种层140反应的前驱物或反应物。详言之，晶种层140的每一表面原子或分子与第一流体142中的前驱物或反应物反应。结果，在晶种层140的每一表面位点处形成新的分子或化合物。因此，在晶种层140上形成薄膜141的第一层144。第一层144具有1个分子或化合物的厚度。

尽管第2B说明在晶种层140的顶部上形成第一层144，但实务上，第一层144可并有晶种层140。第一层144可对应于晶种层140的表面原子或分子，其与第一流体142中的前驱物或反应物反应，以便自晶种层140及第一流体142中的前驱物或反应物形成新的化合物。第一流体142中的晶种层的材料的具体实例相对于图4及图5给出。

在一个实施例中，第一流体142与晶种层140的反应产生副产物146。副产物146为晶种层140与第一流体142之间的反应的副产物。当第一流体142与晶种层140反应且组合时，由第一流体142与晶种层140的材料反应形成新的化合物或分子。一些新的化合物构成第一层144。其他的新化合物为副产物146。因此，第一流体142可包括第一类型的分子。第一类型的分子与晶种层140反应，且形成第二类型的分子及第三类型的分子。第二类型的分子构成薄膜141的第一层144。第三类型的分子为副产物146。

在图2C中，薄膜141的第二层150沉积在第一层144上。详言之，第二流体148流入薄膜沉积室102的内部体积103中。可经由图1的第二流体源110提供第二流体148。第二流体148包括与第一层144反应的前驱物或反应物。详言之，第一层144的每一表面原子或分子与第二流体148中的前驱物或反应物反应。结果，在第一层144的每一表面位点处形成新的分子或化合物。因此，在第一层144上形成薄膜141的第二层150。第一层144具有1个分子或化合物的厚度。

尽管图2C说明在第一层144的顶部上沉积第二层150，但实务上，第二层150可并有第一层144。第二层150可对应于第一层144的表面原子或分子，其与第二流体148中的前驱物或反应物反应，以便自第一层144及第二流体148中的前驱物或反应物形成新的化合物。因此，图2A至图2C所示的过程可形成薄膜141的单一层。第一流体转化晶种层，接着第二流体进一步转化晶种层。第二流体148的材料的具体实例相对于图4及图5给出。

在一个实施例中，第二流体148与第一层144的反应产生副产物152。副产物152为第一层144与第二流体148之间的反应的副产物。当第二流体148与第一层144反应且组合时，由第二流体148及第一层144的材料形成新的化合物或分子。一些新的化合物构成第二层150。其他的新化合物为副产物152。因此，第二流体148可包括第一类型的分子。第一类型的分子与第一层144反应，且形成第二类型的分子及第三类型的分子。第二类型的分子构成薄膜141的第二层150。第三类型的分子为副产物152。

可重复相对于图2A至图2C所示的过程多次，以在基板104上完全形成薄膜141。每一沉积循环产生沉积在先前层上的薄膜141的新层。薄膜141的整体厚度可通过选择沉积循环的数目来严格控制。因为每一沉积循环产生一个新层(或两个新层)，所以薄膜141的总层数且因此其总厚度直接基于沉积循环的数目。

如先前关于图1所述，第一流体142或第二流体148的流量可能过低。薄膜沉积系统100利用副产物感测器122感测副产物146及/或152的浓度。控制系统124可基于副产物146及/或152的浓度判定第一流体142及/或第二流体148的浓度或流动速率。接着，控制系统124可采取措施来增大流动速率或向人员或其他系统组件警告第一流体源108或第二流体源110为低或空。

图3说明根据一个实施例的多个流体流动曲线图154、156及158。第一曲线图151说明第一流体142的流动。第二曲线图156说明净化流体的流动。第三草图158说明第二流体148的流动。

在时间T0，第一流体142开始流入薄膜沉积室102的内部体积103中。在时间T1，第一流体停止流动。在时间T2，净化流体开始流入薄膜沉积室102的内部体积103中。净化流体可自净化源112或净化源112及净化源114两者中流出。在时间T3，净化流体停止流动。在时间T4，第二流体148开始流入薄膜沉积室102的内部体积103中。在时间T5，第二流体148停止流动。在时间T6，净化流体再次开始流动。净化流体可自净化源114或净化源112及净化源114两者流出。在时间T7，净化流体停止流动。

在一实施例中，时间T0与T7之间的过程对应于单一沉积循环。此过程对应于图2A至图2C所说明的过程。在图2A至图2C中省略了净化流体的流动，但净化流体可自净化源112、净化源114或净化源112及净化源114两者流出，如图1所说明。净化流体净化内部体积103中的第一流体142及第二流体148的剩余部分及其副产物146、152。第一流体142及第二流体148的每一流动循环产生薄膜141的一层或一对层，其视情况而定。

在一个实施例中，沉积制程的第二循环在时间T8开始，且在时间T15结束。沉积制程的第三循环在时间T16开始，且在时间T23结束。图3说明三个沉积循环。然而，ALD制程可包括比三个更多的沉积循环。在一个实例中，ALD制程可包括20至25个沉积循环，但可使用更多或更少的沉积循环，而不脱离本揭露的范围。

图4为根据一个实施例的薄膜沉积系统400的说明。薄膜沉积系统400在许多方面类似于图1的薄膜沉积系统100。薄膜沉积系统400可包括关于图1的薄膜沉积系统100展示及描述的组件，但这些组件未在图4中展示。

薄膜沉积系统400包括薄膜沉积室102，薄膜沉积室102包括内部体积103及定位于内部体积103内的基板。薄膜沉积系统400包括通过第一流体管线103及第二流体通道132的管线连通地耦接至内部体积103的第一流体源108及第二流体源110。薄膜沉积系统进一步包括连通地耦接至内部体积103的排放通道120及耦接至排放通道120的pH感测器162。

在一个实施例中，第一流体源108包括呈气体或液体形式的H

将参考图3描述使用薄膜沉积系统400的ALD制程。在时间T0与T1之间，第一流体(H

在时间T2与T3之间，净化气体自诸如图1的净化源112及114中的一者或两者的净化源(图4中未展示)输出至内部体积103中。净化气体可包括氮分子(N

在时间T4与T5之间，HfCL

在一个实施例中，图2B中展示的晶种层的薄膜141包括官能化的氧原子。当将第一流体(H

pH感测器162感测经由排放通道120净化的排放气体的pH。排放气体的pH指示第二流体源110中HfCl

在一个实施例中，当净化气体在流过H

在一个实施例中，pH感测器经定位以感测流过排放通道120的排放流体的pH。pH感测器感测来自分解的副产物HCl的酸性H+。因此，pH指示排放流体中H+的浓度。H+的浓度指示所产生的副产物HCl的量。副产物HCl的量指示在将HfCl

在另一实施例中，副产物之一可包括NH

pH感测器162可包括突出至排放通道120中以便感测排放流体的pH的部分。或者，可将一部分排放流体自排放通道120抽出至单独的通道中，pH感测器162可自该单独通道感测排放流体的pH。

在一个实施例中，pH感测器162将感测器信号发送至控制系统124。控制系统124可基于这些感测器信号估计第二流体源110中的HfCl4的流动速率或HfCl4的当前剩余供应。接着，控制系统124可采取措施来调整流动速率或请求用HfCl4重新填充流体源110。

图5为根据一个实施例的薄膜沉积系统500的说明。薄膜沉积系统500在许多方面类似于图4的薄膜沉积系统400。

在一个实施例中，薄膜沉积系统500包括质谱仪164。质谱仪自排放通道中的排放流体接收原子、分子及化合物。质谱仪164可经由排放通道120中的孔隙接收原子、分子及化合物，该孔隙使得一些原子、分子及化合物能够流入质谱仪164中。

在一个实施例中，质谱仪164产生感测器信号，这些感测器信号指示排放流体中的各种原子、分子及化合物的类型及浓度。质谱仪164可将感测器信号输出至控制系统124。控制系统124可判定或估计排放流体内的各种副产物的浓度。基于此信息，控制系统124可调整第一流体或第二流体的流动，或可判定第一流体源108或第二流体源110为空的或剩余少量的第一流体及第二流体。

图6为说明根据一个实施例的排放流体中的各种分子或化合物的强度或浓度的曲线图。特定类型的离子将具有特征性的质荷比(mass to charge ratio；m/z)。质谱仪164产生指示具有特定质荷比的粒子的强度或浓度的感测器信号。控制系统124可基于感测器信号产生具有特定质荷比的粒子的强度或浓度的曲线图170。控制系统124可比较曲线图172。参考曲线图172为排放流体中存在的粒子的期望或所需强度的指示。控制系统124可将曲线图170与参考曲线图172进行比较，以判定副产物中特定类型的化合物的浓度是否处于预期水准。控制系统124可回应于比较而采取措施。

控制系统124可包括用于其他类型的感测器数据的曲线图或参考数据。举例而言，控制系统124可包括用于pH感测器信号的曲线图或参考数据，以便将pH感测器信号与参考数据进行比较。

在一个实施例中，控制系统124可基于排放流体中副产物的浓度来估计薄膜141的预期厚度。举例而言，控制系统124可包括指示薄膜厚度与各种副产物的浓度的测试数据。接着，控制系统124可基于副产物感测器122感测到的副产物的浓度来估计薄膜141的厚度。

图7为根据一个实施例的半导体处理系统700的方块图。半导体处理系统700包括薄膜沉积系统100、厚度分析器702及机械臂704。在薄膜沉积系统100将薄膜141沉积在基板104上之后，机械臂704将基板104转移至厚度分析器702。厚度分析器702量测薄膜的厚度。半导体处理系统700可基于厚度分析器702来判定薄膜沉积制程为通过抑或失败。

在一个实施例中，厚度分析器702可包括使用光谱法来判定层或涂层的厚度，诸如x射线量测装置。在一个实例中，x射线量测装置为x射线荧光量测装置。x射线量测装置用x射线轰击薄膜141，且量测由薄膜141发射的辐射的能量。由薄膜141发射的辐射指示薄膜141中包括的元素及化合物。此外，在吸收x射线之后由薄膜141发射的辐射的能量指示薄膜的厚度。

在一个实施例中，厚度分析器702为光学厚度分析器。光学厚度分析器可包括椭圆偏振仪。椭圆偏振仪量测由薄膜141反射、吸收、散射或发射的光的偏振变化。光的偏振变化指示薄膜141的厚度。在不脱离本揭露的范围的情况下，可利用其他类型的厚度分析器来分析薄膜141的厚度。

分析薄膜141的厚度可给出薄膜沉积制程是否恰当运行的指示。若薄膜141的厚度不在预期范围内，则可调整薄膜沉积制程以便产生具有所需特性的薄膜141。因此，厚度分析器702可帮助确保薄膜沉积系统100及时地正确操作。

图8为用于沉积薄膜的方法800的流程图。在流程802，该方法包括通过使第一流体流入薄膜沉积室中而在薄膜沉积室内的基板上形成薄膜。薄膜的一个实例为图2B及图2C的薄膜141。薄膜沉积室的一个实例为图1的薄膜沉积室102。在流程804，方法800包括使排放流体自薄膜沉积室通过。在流程806，方法800包括感测第一流体及排放流体中的一或多种材料的副产物。在流程808，方法800包括基于副产物来调整第一流体的流动。

图9为用于沉积薄膜的方法900的流程图。在流程902，方法900包括将半导体晶圆支撑在薄膜沉积室中。薄膜沉积室的一个实例为图1的薄膜沉积室102。在流程904，方法900包括通过使第一流体及第二流体流入薄膜沉积室中来利用原子层沉积制程在半导体晶圆上形成薄膜。在流程906，方法900包括经由排放通道使排放流体自薄膜沉积室通过。排放通道的一个实例为图1的排放通道120。在流程908，方法900包括感测排放流体中的副产物。在流程910，方法900包括基于副产物估计第一流体或第二流体的流动特性。

在一个实施例中，一种薄膜沉积系统，其包括薄膜沉积室及用以在薄膜沉积室内支撑基板的支撑件。该系统包括：第一流体源，其用以在薄膜沉积制程期间将第一流体提供至薄膜沉积室中；排放通道，其用以使排放流体自薄膜沉积室通过；及副产物感测器，其用以感测排放流体中的副产物且产生指示副产物的感测器信号。该系统包括控制系统，该控制系统用以接收感测器信号且回应于感测器信号而调整薄膜沉积制程。在一个实施例中，副产物感测器包括pH感测器，pH感测器用以通过量测排放流体的pH来侦测副产物。在一个实施例中，副产物感测器包括质谱仪，质谱仪用以侦测排放流体中的副产物。在一个实施例中，控制系统用以基于这些感测器信号来感测第一流体的流动速率，且回应于这些感测器信号来调整第一流体的流动速率。在一个实施例中，控制系统用以基于这些感测器信号来估计第一流体源中的第一流体的剩余量。在一个实施例中，薄膜沉积系统进一步包含第二流体源。第二流体源用以在薄膜沉积制程期间将第二流体提供至薄膜沉积室中。在一个实施例中，薄膜沉积制程为一子层沉积制程。在一个实施例中，控制系统控制来自第一流体源及第二流体源的第一流体及第二流体的交替流动周期。在一个实施例中，副产物感测器用以产生指示第一流体及一或多种其他材料的副产物的感测器信号。在一个实施例中，副产物感测器至少部分地定位于排放通道中。

在一个实施例中，一种方法包括通过使第一流体流入薄膜沉积室中且使排放流体自薄膜沉积室通过，在薄膜沉积室内的基板上形成薄膜。该方法包括感测第一流体及排放流体中的一或多种材料的副产物，且基于副产物调整第一流体的流动。在一个实施例中，感测第一流体的副产物包括：感测排放流体的pH。在一个实施例中，感测第一流体的副产物包括：对排放流体执行质谱分析。在一个实施例中，方法进一步包含：通过使一第二流体流入薄膜沉积室中来形成薄膜；及感测第二流体及排放流体中的一或多种材料的副产物。在一个实施例中，方法进一步包含：通过选择性地使第一流体及第二流体流入薄膜沉积室中而利用一原子层沉积制程形成薄膜。

在一个实施例中，一种方法包括：将半导体晶圆支撑在薄膜沉积室中；及通过使第一流体及第二流体流入薄膜沉积室中，利用原子层沉积制程在半导体晶圆上形成薄膜。该方法包括：经由排放通道使排放流体自薄膜沉积室通过；感测排放流体中的副产物；及基于副产物估计第一流体或第二流体的流动特性。在一个实施例中，方法进一步包含：基于副产物判定一流体源中的第一流体的一剩余量。在一个实施例中，感测副产物包括：感测排放流体中的副产物的一浓度。在一个实施例中，方法进一步包含：基于流动特性来调整第一流体或第二流体的一流动。在一个实施例中，流动特性为第一流体或第二流体的一流动速率。

本揭露的实施例提供具有可靠厚度及组合物的薄膜。本揭露的实施例在薄膜沉积制程期间精确地监测沉积流体的流动，且实时地调整流体的流动以确保恰当地形成薄膜。本揭露的实施例通过侦测自薄膜沉积室流出的排放流体中的沉积流体的副产物来监测流体的流动。本揭露的实施例亦可判定沉积流体源是空的抑或接近空的，且需要重新填充或更换。

可根据以上详细描述对实施例进行这些及其他改变。通常，在权利要求书中，所使用的术语不应解释为将权利要求范围限制为说明书及权利要求书中揭示的特定实施例，而应解释为包括此类权利要求所具有的所有可能实施例及等同物的全部范围。因此，权利要求范围不受揭示内容的限制。