段，初步抽气泵可以在约Iatm至lE-3torr的条件下进行操作；在第二阶段，涡轮泵可以在约lE-2torr至lE-5torr的条件下进行操作；在第三阶段，低温抽气泵可以在约lE-4torr至lE_7torr的条件下进行操作。然而，应该注意，这仅是一个示例性系统，多个阶段并不是必须的。这种设计考虑将取决于需求。由于可以按阶段I —2 —3产生真空环境，因此这个示例性的真空泵系统118可以具有三个选择(例如，仅具有初步抽气泵；仅具有初步抽气泵和涡轮泵；或具有初步抽气泵、涡轮泵和低温抽气泵)。此外，每种泵的个数也不受限制，例如可以利用两个初步抽气泵、一个涡轮泵和两个低温抽气泵等。
[0037]在特定的其他示例性实施例中，为了半导体晶圆116的处理规范必要时可以调整泵118的真空度以及腔室102的气压。然而，通常小于0.076torr的气压可以有效地抑制氧化。在特定实施例中，需要实现用于更好的工艺控制的较低的压力；因此，涡轮泵和/或低温抽气泵的使用可以是必须的。这种判断将取决于产生的工艺窗口的尺寸。在工艺窗口允许的情况下，处理规范中设定的较高的压力(例如，0.076torr至0.050torr)可以节省更多的工艺时间。例如，根据晶圆处理规范的需要，可以将泵118的真空度调整至0.076ton.(根据1/100氧化物生长速率的假设可以有效的抑制氧化)以下。
[0038]控制系统108可操作地连接至真空泵系统118、压力/温度传感器104、107和加热元件112、114，从而控制半导体退火系统100的操作。控制系统108包括第一控制器122、第二控制器120和主控制器110，其中，第一控制器122应用温度闭环控制，第二控制器120应用压力闭环控制，主控制器110保持对由晶圆处理规范描述的气压和温度分布的整体控制。
[0039]尽管未示出，但在特定实施例中，控制系统108包括至少一个处理器以及非暂时性且计算机可读存储器，其均通过系统总线进行互联。可以通过处理器(其用于实施本文所描述的示例性方法)执行的软件指令可以储存在本地存储器中或一些其他计算机可读媒介中。也应该认识到，相同的软件指令也可以通过有线或无线的方法从CD-ROM或其他合适的存储媒介加载到存储器中。
[0040]此外，这些本领域普通技术人员应该清楚，可以使用各种计算机系统配置实现本发明的各个方面，这些计算机系统配置包括手持器件、多处理器系统、基于微处理器或可编程的消费电子器件、微型计算机、主机计算机等。任意数量的计算机系统和计算机网络允许应用本发明。本发明可以在分布式计算机环境中实现，其中，通过远程处理器件执行任务，远程处理器件通过通信网络进行连接。在分布式计算机环境中，程序模块可以位于本地和远程计算机存储器媒介(包括存储器存储器件)中。因此，本发明在计算机系统或其他处理系统中可以实现与各种硬件、软件或它们的组合的连接。
[0041]图2是根据本发明的特定示例性方法的实施半导体退火方法200的流程图。参考图1和图2，在框202中，半导体晶圆116位于退火腔室102内。这可以通过手动或自动技术完成。在框204中，控制系统108启动真空泵118以改变腔室102内的气压，从而通过导管113从腔室102中去除不期望的气体元素来制造真空环境。在框206中，控制系统108启动加热元件112、114以开始加热半导体晶圆116。
[0042]为了控制给定晶圆116的退火，控制系统108不断地将测量的气压和温度与晶圆116的处理规范进行比较。如本领域已知的，晶圆处理规范将指示需要施加至晶圆116的温度，以及需要施加至腔室102的压力。为了在更多的示例性方法中完成这些，主控制器110(通过第一控制器122)通过有线或无线输出连接A控制加热元件112、114的操作。同时，主控制器110通过有线或无线的输入连接B接收在腔室102和/或半导体晶圆116处测量的温度。主控制器110也通过有线或无线的输入连接C和输出连接D使用真空泵118控制腔室102的压力。输入连接C连接至压力传感器104以接收并处理检测的压力，同时输出连接D连接至真空泵系统118以提供从腔室102中去除不期望的气体元素所必须的真空压力。最后，通过有线/无线连接E由主控制器110控制所有操作，有线/无线连接E提供到第一和第二控制器122、120的连接。
[0043]图3是根据本发明的更详细的示例性方法的图2的框206的流程图。为了控制退火工艺，在框206A中，控制系统108通过压力传感器104检测退火腔室102内的压力，压力传感器提供连续的实时压力检测数据。同时，在框206A中，控制系统108使用温度传感器107检测退火腔室102内的温度，温度传感器107提供连续的实时温度检测数据。然后，在框206B中，控制系统108将压力/温度数据与晶圆处理规范相比较。如果在框206B中，控制系统108确定压力/温度数据与处理规范相匹配，则保持腔室102的压力和温度，并且该循环演算返回框206A。然而，如果在框206B中，控制系统108确定压力/温度数据与处理规范不匹配，则该演算移动至框206C，因此，控制系统108通过相应的控制器、加热元件112、114和真空泵系统118调整温度和/或压力。随着泵118速度的调整，腔室102内的真空压力也随之调整，从而去除了腔室102内的不期望的气体元素的影响。
[0044]在特定的其他示例性实施例中，测量的压力/温度仅可以与处理规范“基本上匹配”(即，在处理规范的特定公差范围内)。例如，在一个实施例中，处理规范的温度和压力的公差可以在+/-5 %的范围内。
[0045]可以通过控制系统108应用各种真空度。从本发明获得启示的本领域普通技术人员可以理解，在一个实例中，在大气压力(?760torr)、20% O2 (?152torr P02)的条件下使用典型的850C快速热氧化物(“RTO”)，氧化物在这种条件下开始以0.3?0.5A/秒的速率生长。在一个实施例中，考虑到氧化物的生长速率与Pffi的平方根成正比，并且假设1/100的氧化物生长速率可以有效的抑制氧化，则本发明的示例性实施例将采用〈0.076torr的气压。然而，本发明的其他示例性实施例可以使用由实施的系统设计/工艺描述的其他真空气压水平。
[0046]在其他示例性实施例中，可以将本发明实施于不同类型的退火方法，例如背侧退火、“双侧照射型”退火、激光退火或其他退火。在特定的进一步的示例性实施例中，本发明的真空退火工艺可以在(I)外延(EPI)退火和HK循环退火中使用以避免氧化，也可以在
(2)快速(毫秒)退火工艺中使用以避免将引起微粒影响的湍流。
[0047]因此，本发明的示例性方法和实施例在退火工艺过程中利用了真空环境从而消除和/或减轻了由退火腔室气体引起的问题。作为使用真空环境的结果，在退火过程中从腔室中去除了影响晶圆的O2或其他不期望的气体元素。此外，消除了在亚秒退火或毫秒退火过程中由气体湍流引起的微粒问题。因此，改进了微粒性能和气体元素敏感处理。
[0048]在示例性方法中，半导体晶圆位于退火腔室内，其中，使用位于退火腔室内的加热元件进行加热。在这段时间内，控制系统激活真空泵系统以改变退火腔室内的气压，从而产生真空环境。真空环境用于从退火腔室中吸出不期望的气体元素，从而去除相关的不期望的效果。在示例性实施例中，半导体退火系统包括退火腔室，用于加热晶圆的加热元件，以及可操作地连接至退火腔室以产生真空环境的真空泵系统。控制系统使用反馈回路并使用从腔室实时获得的检测的压力和温度控制半导体退火系统的操作。在又一个实施例中，半导体退火系统包括处理电路以实施本文描述的任何方法。
[0049]上面论述了多个实施例的部件，使得本领域普通技术人员可以更好地理解本发明的各个方面。本领域普通技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或修改其他用于执行与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的处理和结构。本领域普通技术人员还应该意识到，这种等效构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。因此，应该理解，本发明不意在限制于所公开的具体形式。相反，本发明覆盖由所附权利要求限定的落入本发明的精神和范围内的所有修改、等价和替换。
【主权项】
1.一种半导体退火方法，包括: 加热位于退火腔室内的半导体晶圆；以及 改变所述退火腔室内的气压从而产生真空环境。2.根据权利要求1所述的半导体退火方法，其中，改变所述气压包括: 检测所述退火腔室内的气压； 将所述检测的气压与用于所述半导体晶圆的处理规范的气压相比较；以及 调整所述退火腔室内的所述气压以与所述处理规范的气压基本上相匹配。3.根据权利要求2所述的半导体退火方法，进一步包括使用位于所述退火腔室内的电离真空计检测所述气压。4.根据权利要求2所述的半导体退火方法，进一步包括使用可操作地连接至所述退火腔室的真空泵系统调整所述气压。5.根据权利要求1所述的半导体退火方法，进一步包括: 检测所述退火腔室内的温度； 将所述检测的温度与用于所述半导体晶圆的处理规范的温度相比较；以及 调整所述退火腔室内的所述温度以与所述处理规范的温度基本上相匹配。6.根据权利要求1所述的半导体退火方法，其中，改变所述退火腔室内的所述气压包括产生小于0.076torr的气压。7.根据权利要求1所述的半导体退火方法，其中，改变所述退火腔室内的所述气压去除了所述半导体晶圆上的气体元素影响。8.一种半导体退火系统，包括: 退火腔室，在所述退火腔室中退火半导体晶圆； 加热元件，用于在退火过程中加热所述半导体晶圆；以及 真空泵系统，可操作地连接至所述退火腔室，从而在所述退火腔室中产生真空环境。9.根据权利要求8所述的半导体退火系统，进一步包括: 温度传感器，位于所述退火腔室内；以及 压力传感器，位于所述退火腔室内。10.一种半导体退火方法，包括: 加热位于退火腔室内的半导体晶圆；以及 从所述退火腔室中去除气体元素。
【专利摘要】半导体退火方法和系统使用真空泵以在退火腔室中产生真空环境，从而去除不期望的气体元素的影响。控制系统从退火腔室中获得测量的压力和温度以控制加热元件和真空泵的操作，从而保持工艺的完整性。本发明还提供了利用真空环境的半导体退火方法。
【IPC分类】H01L21/02, H01L21/66
【公开号】CN104916525
【申请号】CN201410770341
【发明人】詹尊仁, 吕政达, 曾立德, 陈奕翰, 陈明德
【申请人】台湾积体电路制造股份有限公司
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2014年12月15日
【公告号】US20140273533