多材料衬底晶圆离子注入系统的制作方法

本发明涉及半导体设备改造，具体的是指将硅衬底晶圆离子注入机改造成适配碳化硅等衬底晶圆。

背景技术：

1、晶圆离子注入机是一种用于半导体制造的设备，它将离子束注入到晶圆表面，以改变晶体的电学性质。这种技术被广泛应用于制造集成电路和其他半导体器件。晶圆离子注入机的工作原理是将离子束加速到高能量，然后通过电磁场聚焦到晶圆表面。注入的离子将与晶格中的原子相互作用，形成掺杂区域。这些掺杂区域可以改变晶体的电学性质，例如增加或减少电导率、改变晶体的电阻率或电容率等。

2、现有的硅衬底晶圆离子注入机一般是将晶圆直接放入工艺腔中进行加热，加热到所需温度后进行离子注入工艺。而碳化硅晶圆的离子注入工艺所需的温度大多较高，因此若直接利用硅衬底晶圆离子注入机加工碳化硅晶圆，工艺腔需要长时间对碳化硅进行加热后才进行离子注入工艺，这将严重降低产能。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种适应硅晶圆、碳化硅晶圆等的离子注入系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种多材料衬底晶圆离子注入系统，包括离子注入模块、工艺腔室、第一气密室、第二气密室、取片机械手、晶圆终端平台以及控制系统，所述第一气密室用于冷却晶圆，所述第二气密室包括预热台、外门、内门以及真空泵，所述外门用于第二气密室与外部环境的隔离，所述内门用于隔离第二气密室和工艺腔室，所述真空泵用于将气密室抽成高真空状态；所述控制系统包括主控模块、温控模块、内门阀门、外门阀门以及真空度检测模块，所述温控模块队预热台加热从而将晶圆加热到指定温度，所述内门阀门以及外门阀门分别用于控制外门以及内门的开启关闭；当主控模块检测到外门阀门关闭且第二气密室真空度达到设定值时，温控模块通过预热台加热晶圆。

3、进一步的，所述温控模块包括若干加热模组、温度传感器以及mcu控制单元，所述mcu控制单元获取温度传感器的采集信号并且控制加热模组的工作数量来控制预热台的温度。

4、进一步的，每个加热模组包括一个mos管、加热板以及加热丝，所述加热板设置在预热台中，加热丝则设置在加热板中，所述mos管栅极独立连接mcu控制单元由其控制通断，漏极连接加热丝，加热丝连接电源。

5、进一步的，当晶圆温度加热到设置的温度阈值t时，mcu控制单元关闭其他加热模组，只保留一个加热模组用于保温，此后mcu控制单元以一定的频率采集温度数据，并按照时间顺序进行排列，每n个数据组成时序数列{s}，根据第一组数列{s1}的值，利用布朗指数平滑法法对下一组数列的值进行预测，并取其最大值smax,当smax小于t-δ时，增加一个加热单元，并根据第二组数列{s2}的值，预测下一组数列的值，循环执行操作，直到出现预测值大于t-δ；此后保持该状态时的加热单元开启数量，其中δ为允许的误差值。

6、进一步的，误差值δ的取值为5～10℃。

7、进一步的，所述预热台为底层为铝板，上层为陶瓷材料。

8、本发明至少具备以下有益效果：需要进行高温工艺的晶圆可以在气密室中进行提前进行预热，可以减少工艺强的处理时间，提高产能；通过控制系统对加热过程进行控制，避免了加热过程中晶圆的氧化。此外根据温度平滑变化的特点，对加热温度提前进行了预测，及时调整加热单元的开启数量，使气密室温度保持平稳。

技术特征：

1.一种多材料衬底晶圆离子注入系统，包括离子注入模块、工艺腔室、第一气密室、第二气密室、取片机械手、晶圆终端平台以及控制系统，其特征在于：所述第一气密室用于冷却晶圆，所述第二气密室包括预热台、外门、内门以及真空泵，所述外门用于第二气密室与外部环境的隔离，所述内门用于隔离第二气密室和工艺腔室，所述真空泵用于将气密室抽成高真空状态；所述控制系统包括主控模块、温控模块、内门阀门、外门阀门以及真空度检测模块，所述温控模块队预热台加热从而将晶圆加热到指定温度，所述内门阀门以及外门阀门分别用于控制外门以及内门的开启关闭；当主控模块检测到外门阀门关闭且第二气密室真空度达到设定值时，温控模块通过预热台加热晶圆。

2.根据权利要求1所述的多材料衬底晶圆离子注入系统，其特征在于：所述温控模块包括若干加热模组、温度传感器以及mcu控制单元，所述mcu控制单元获取温度传感器的采集信号并且控制加热模组的工作数量来控制预热台的温度。

3.根据权利要求2所述的多材料衬底晶圆离子注入系统，其特征在于：每个加热模组包括一个mos管、加热板以及加热丝，所述加热板设置在预热台中，加热丝则设置在加热板中，所述mos管栅极独立连接mcu控制单元由其控制通断，漏极连接加热丝，加热丝连接电源。

4.根据权利要求3所述的多材料衬底晶圆离子注入系统，其特征在于与：当晶圆温度加热到设置的温度阈值t时，mcu控制单元关闭其他加热模组，只保留一个加热模组用于保温，此后mcu控制单元以一定的频率采集温度数据，并按照时间顺序进行排列，每n个数据组成时序数列{s}，根据第一组数列{s1}的值，利用布朗指数平滑法法对下一组数列的值进行预测，并取其最大值smax,当smax小于t-δ时，增加一个加热单元，并根据第二组数列{s2}的值，预测下一组数列的值，循环执行操作，直到出现预测值大于t-δ；此后保持该状态时的加热单元开启数量，其中δ为允许的误差值。

5.根据权利要求4所述的多材料衬底晶圆离子注入机，其特征在于：误差值δ的取值为5～10℃。

6.根据权利要求1所述的多材料衬底晶圆离子注入系统，其特征在于与：所述预热台为底层为铝板，上层为陶瓷材料。

技术总结
本发明公开了一种多材料衬底晶圆离子注入系统，包括离子注入模块、工艺腔室、气密室、取片机械手、晶圆终端平台以及控制系统，第一气密室用于冷却晶圆，所述第二气密室包括预热台、外门、内门以及真空泵，控制系统包括主控模块、温控模块、内门阀门、外门阀门以及真空度检测模块，所述温控模块队预热台加热从而将晶圆加热到指定温度；当主控模块检测到外门阀门关闭且第二气密室真空度达到设定值时，温控模块通过预热台加热晶圆。需要进行高温工艺的晶圆可以在气密室中进行提前进行预热，可以减少工艺强的处理时间，提高产能；通过控制系统对加热过程进行控制，避免了加热过程中晶圆的氧化。

技术研发人员：栾广庆
受保护的技术使用者：吉姆西半导体科技（无锡）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16