一种低温离子注入方法及装置与流程

1.本发明涉及半导体集成电路制造领域，尤其涉及一种低温离子注入方法及装置。


背景技术：

2.随着互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，cmos)工艺按摩尔定律而高速发展，cmos器件对超浅结的要求越来越高，低温注入技术随之而发展起来。传统低温离子注入时，由于工艺腔温度较低，硅片进入工艺腔之前，需要对硅片进行预降温，以提高工艺效果和产能，避免直接在工艺腔降温导致的效率降低。同时，完成工艺后，如果直接将硅片移出工艺腔和设备，由于其温度较低，接触外部空气时，会有水汽的凝结，造成一系列工艺问题。虽然传统低温离子注入机会通过注入液氮或液氦的冷却管道进入承载硅片的载物台底部，对硅片进行降温，并进行低温离子注入工艺。但是由于低温注入技术要求温度较低，同时根据工艺需求硅片载物台会进行转动并带动冷却管扭动，容易导致冷却管裂开并引起漏液等问题。
3.因此，有必要开发一种新型的低温离子注入装置以改善现有技术存在的上述问题。


技术实现要素：

4.本发明提供一种低温离子注入装置，用以在提升器件在低温下超浅结的离子注入效果。
5.第一方面，本发明提供一种低温离子注入装置，该装置包括：预冷台、与所述预冷台相连的预热台和传送部。所述传送部，用于在对硅片进行低温离子注入工艺前，将所述硅片传送至预冷台；所述预冷台，用于对所述硅片进行预冷；所述传送部，还用于将所述硅片转移到工艺腔中进行低温离子注入处理，以及在完成低温离子注入处理后，将所述硅片传送至预热台；所述预热台，用于对所述硅片进行预热；预冷台与所述预热台通过半导体温控设备实现互连，所述半导体温控设备的热端连接所述预热台，所述半导体温控设备的冷端连接所述预冷台。
6.本发明实施例提供的低温离子注入装置的有益效果如下：该装置中设置有预热台和预冷台，预冷台与所述预热台通过半导体温控设备实现互连，所述半导体温控设备的热端连接所述预热台，所述半导体温控设备的冷端连接所述预冷台，所以不需要设计复杂的散热结构来散失器件的热量，本发明则同时利用其制热和制冷端，整体效果更优，更节能，而且能够避免因硅片温度较低时接触外部空气造成的水汽的凝结问题，从而进一步避免一系列工艺问题，提升器件在低温下超浅结的离子注入效果。
7.在一种可能的实现方案中，所述装置还包括转移腔，所述转移腔与所述工艺腔相连接，所述预热台和预冷台共同设置于所述装置的转移腔中，且所述转移腔为真空环境。所述传送部在将当前所述硅片从预冷台传送到所述装置的工艺腔进行低温离子注入处理的同时，还用于传送另一硅片至所述预冷台，且传送已完成低温离子注入处理工艺的硅片至
所述预热台。可见，该方案中，硅片传送时，在当前一枚硅片由预冷台转移到工艺腔进行工艺时，开始启动下一枚硅片开始放到预冷台上进行处理。同时，前一枚完成工艺的硅片在预热端进行预热。这样，整个工艺的效率和产能最优，真空环境更加节能。
8.在另一种可能的实现方案中，所述装置还包括预冷腔和转移腔，所述预冷腔与所述转移腔相连接，所述转移腔与所述工艺腔相连接，所述预冷台设置于所述装置的预冷腔内，所述预热台设置于所述装置的转移腔内；所述传送部在将当前第n个硅片由预冷台转移到工艺腔进行低温离子注入处理时，同时还用于传送第n+1个硅片至所述预冷台，且传送已完成低温离子注入处理工艺的第n-1个硅片至预热台，n为大于1的正整数。该方案中，将预冷台单独置于预冷腔内，相比预热台和预冷台共同设置于所述装置的转移腔来说，可以进一步节省效能，同样的，硅片处理过程形成链式，整个工艺的效率和产能最优，更加节能。
9.在一种可能的实现方案中，所述装置还包括预冷腔，所述预冷腔与所述工艺腔相连接，所述预冷台设置于所述装置的预冷腔内，所述预热台设置于所述装置工艺腔内，所述工艺腔为真空。
10.在一种可能的实现方案中，所述装置还包括转移腔和预冷腔，所述预冷腔与所述转移腔相连接，所述转移腔与所述工艺腔相连接，所述预冷台设置于所述装置的预冷腔内，一预热台设置于所述装置的工艺腔内，另一预热台设置于所述装置的转移腔内，所述工艺腔内的预热台温度低于所述转移腔内的预热台。所述传送部在将当前第m个硅片由预冷台转移到工艺腔进行低温离子注入处理时，同时传送第m+1个硅片至预冷台；且传送已完成低温离子注入处理工艺的第m-1个硅片至工艺腔内的第一预热台，且同时传送第m-2个硅片至硅片转移腔的另一预热台上进行预热，m为大于2的正整数。该方案中硅片处理过程形成链式，整个工艺的效率和产能最优，更加节能。
11.在一种可能的实现方案中，所述工艺腔的硅片承载台内部设置有半导体制冷器的制冷端，并与外部加热台的制热端连接在一起。该方案中将工艺腔的硅片承载台内部设置有半导体制冷器的制冷端，并与外部加热台的制热端连接在一起，用于在设备维护后，通过制冷端快速将硅片承载台降温。
12.在一种可能的实现方案中，所述硅片承载台包括硅片承载台表面、所述硅片承载台表面下方的高热导材料层、所述高热导材料层下方的制冷液体通道及与通道间隔排列的半导体制冷器制冷端。
13.第二方面，本发明实施例还提供一种低温离子注入方法，所述方法包括：
14.提供硅片；在对硅片进行低温离子注入工艺前，利用预冷台对所述硅片进行预冷；将所述硅片转移到工艺腔中进行低温离子注入处理，以及在完成低温离子注入处理后，利用预热台对所述硅片进行预热；其中，所述预冷台与所述预热台通过半导体温控设备实现互连，所述半导体温控设备的热端连接所述预热台，所述半导体温控设备的冷端连接所述预冷台。该方法引入低温离子注入工艺，能够在低温下保证超浅结的离子注入效果，提升产品性能。
15.在一种可能的实施方式中，上述方法在将当前第n个硅片由预冷台转移到工艺腔进行低温离子注入处理时，同时传送第n+1个硅片至所述预冷台，且传送已完成低温离子注入处理工艺的第n-1个硅片至预热台。这样硅片处理过程形成链式，整个工艺的效率和产能最优，更加节能。
附图说明
16.图1为本发明实施例提供的一种低温离子注入装置示意图；
17.图2为本发明实施例提供的一种承载台的剖面结构示意图；
18.图3a为本发明实施例提供的一种预冷台和预热台置于转移腔的装配结构示意图；
19.图3b为本发明实施例提供的一种预冷台置于预冷腔的装配结构示意图；
20.图3c为本发明实施例提供的一种预冷台置于预冷腔，预热台置于工艺腔的装配结构示意图；
21.图3d为本发明实施例提供的一种预冷台置于预冷腔，一预热台置于工艺腔，另一预热台置于转移腔的装配结构示意图；
22.图4为本发明实施例提供的一种低温离子注入方法流程示意图。
具体实施方式
23.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。其中，在本发明实施例的描述中，以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本发明的限制。如在本发明的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，在本发明以下各实施例中，“至少一个”、“一个或多个”是指一个或两个以上(包含两个)。
24.在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本发明的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“连接”包括直接连接和间接连接，除非另外说明。“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
25.在本发明实施例中，“示例性地”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明实施例中被描述为“示例性地”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性地”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
26.如图1所示，本发明提供一种低温离子注入装置，所述装置包括工艺腔10。其中工艺腔10中设有承载台203。工艺腔10用于完成对硅片的低温离子处理。该装置还包括预冷台201、与所述预冷台201相连的预热台202。
27.所述预冷台201，用于对所述硅片进行预冷。所述预热台202，用于对所述硅片进行预热。
28.其中，所述预冷台201与所述预热台202通过半导体温控设备实现互连，所述半导体温控设备的热端连接所述预热台202，所述半导体温控设备的冷端连接所述预冷台201。
29.一些实施例中，所述半导体温控设备可以是热电制冷器(thermo electric cooler，tec)，可通过改变电流方向来实现加热和制冷，具有无需制冷剂、无噪音、尺寸小、
响应时间短、控制温度精确等优点。示例性地，tec的制热端连接所述预热台202所在的一侧，实现tec自身温度的下降；所述半导体制冷器的制冷端连接所述预冷台201，以对所述预冷台201所承载的硅片起到快速降温的作用。
30.在图1中，预冷台201和预热台202可以是设置于转移腔20中(参见图3a)，应理解，预冷台201和预热台202也可以部分设置于转移腔20中(参见图3b)，或者全部设置于工艺腔10中，具体设置方案可以参见下文。
31.另外，该装置还包括传送部300。传送部300用于传送硅片。具体的，在对硅片进行低温离子注入工艺前，将所述硅片传送至预冷台201。当所述预冷台201完成对所述硅片进行预冷后，将所述硅片转移到工艺腔10中进行低温离子注入处理，以及在完成低温离子注入处理后，将所述硅片传送至预热台202。当所述预热台202对所述硅片进行预热后，将所述硅片转移出所述低温离子注入装置。
32.上述装置中，所述工艺腔10的承载台203内部设置有半导体制冷器的制冷端，并与外部加热台的制热端连接在一起。参见图2，所述承载台203包括硅片承载台支撑材料层301、位于硅片承载台支撑材料层301上方的冷却通道302，和与冷却通道302间隔排列的半导体制冷器制冷端303，该承载台203还包括高热导材料层304、高热导材料层304上方的硅片承载台表面305。冷却通道302中可以容纳低温冷却液306。半导体制冷器制冷端303与外部加热台的制热端连接在一起，用于在设备维护后，通过制冷端快速将硅片承载台降温。
33.该装置还包括转移腔20和硅片进出端口30。下文结合图3a至图3d示例性地列举了预冷台201和预热台202在装置中几种可能的装配位置，具体如下：
34.示例性地，参见图3a，所述预热台202和预冷台201共同设置于所述装置的转移腔20中，且所述转移腔20为真空环境，工艺腔10和转移腔20相连接。所述传送部300在将当前第n个硅片由预冷台201转移到工艺腔10进行低温离子注入处理时，还用于：同时传送第n+1个硅片至所述预冷台201，且传送已完成低温离子注入处理工艺的第n-1个硅片至预热台202，n为大于1的正整数。该装配结构中将预热台202和预冷台201设置在硅片转移腔20中，且将硅片转移腔20的真空度设置在100torr以内，一方面可以防止热辐射引起的效率降低；另一方面有助于将整个工艺的效率和产能达到最优。
35.示例性地，参见图3b，所述预冷台201设置于所述装置的预冷腔40内，所述预热台202设置于所述装置的转移腔20内，预冷腔40和转移腔20相连接，转移腔20和工艺腔10相连接。所述传送部300在将当前第n个硅片由预冷台201转移到工艺腔10进行低温离子注入处理时，还用于：同时传送第n+1个硅片至所述预冷台201，且传送已完成低温离子注入处理工艺的第n-1个硅片至预热台202。该装配结构中中单独设置一个预冷腔40，将预热台202设置在硅片转移腔20内，一方面有利于控温，节省耗能；另一方面有助于将整个工艺的效率和产能达到最优。
36.示例性地，参见图3c，所述预冷台201设置于所述装置的预冷腔40内，所述预热台202设置于所述装置的工艺腔10内，所述工艺腔10为真空环境，预冷腔40和转移腔20相连接，转移腔20和工艺腔10相连接。所述传送部300在将当前第n个硅片由预冷台201转移到工艺腔10进行低温离子注入处理时，还用于：同时传送第n+1个硅片至所述预冷台201，且传送已完成低温离子注入处理工艺的第n-1个硅片至预热台202。该装配结构中单独设置一个预冷腔40，将预热台202设置在高真空的工艺腔10内；一方面有利于控温，节省耗能；另一方面
有助于将整个工艺的效率和产能达到最优。
37.示例性地，参见图3d，所述预冷台201设置于所述装置的预冷腔40内，一预热台202设置于所述装置的工艺腔10内，另一预热台202设置于所述装置的转移腔20内，其中，所述工艺腔10内的预热台202温度低于所述转移腔20内的预热台202，预冷腔40和转移腔20相连接，转移腔20和工艺腔10相连接。所述传送部300在将当前第m个硅片由预冷台201转移到工艺腔10进行低温离子注入处理时，同时传送第m+1个硅片至预冷台201；且传送已完成低温离子注入处理工艺的第m-1个硅片至工艺腔内的的一预热台202，且同时第m-2个硅片至硅片转移腔20的另一预热台202上进行预热，m为大于2的正整数。该装配结构中单独设置一个预冷腔40，将两个预热台202分别设置在高真空的工艺腔10内和转移腔20内，工艺腔10内的预热台温度低于转移腔20内的预热台，避免工艺腔内相互影响；另外也有助于将整个工艺的效率和产能达到最优。
38.应理解，上述图3a至图3d示例了预冷台201和预热台202在装置中几种可能的装配位置，但并不限于上述示例，工艺腔10也可以与预冷腔40相连接，预冷台201和预热台202在装置中的位置不限于上述实施例，工艺腔10、转移腔20和预冷腔40的连接方式也不限于上述实施例，可以根据实际需要设置。
39.另外，本发明实施例还提供一种低温离子注入方法，该方法可以由图1所示的装置来执行。如图4所示，示出本发明实施例提供的一种低温离子注入方法，该方法包括：
40.s401，提供硅片。
41.s402，在对硅片进行低温离子注入工艺前，利用预冷台对所述硅片进行预冷。
42.s403，将所述硅片转移到工艺腔中进行低温离子注入处理，以及在完成低温离子注入处理后，利用预热台对所述硅片进行预热。
43.可选地，该方法还包括s404，在所述硅片完成预热后，将所述硅片转移出所述低温离子注入装置。
44.其中，所述预冷台与所述预热台通过半导体温控设备实现互连，所述半导体温控设备的热端连接所述预热台，所述半导体温控设备的冷端连接所述预冷台。
45.所述方法还包括：在将当前第n个硅片由预冷台转移到工艺腔进行低温离子注入处理时，同时传送第n+1个硅片至所述预冷台，且传送已完成低温离子注入处理工艺的第n-1个硅片至预热台。
46.综上，该装置中设置有预热台和预冷台，预冷台与所述预热台通过半导体温控设备实现互连，所述半导体温控设备的热端连接所述预热台，所述半导体温控设备的冷端连接所述预冷台，所以不需要设计复杂的散热结构来散失器件的热量，本发明则同时利用其制热和制冷端，整体效果更优，更节能，而且能够避免因硅片温度较低时接触外部空气造成的水汽的凝结问题，从而进一步避免一系列工艺问题，提升器件在低温下超浅结的离子注入效果。
47.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
48.总之，以上所述仅为本发明技术方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在
本发明的保护范围之内。