一种超低温离子注入系统及方法与流程

本发明属于半导体离子注入设备，具体地涉及一种超低温离子注入系统及方法。

背景技术：

1、低温离子注入系统是一种将晶圆降温至例如-50℃以下的某一温度后再进行离子注入的半导体工艺设备系统，其降温以及离子注入过程都需要在真空的设备腔体中进行。在完成离子注入后、将晶圆移出真空系统之前，需要将低温的晶圆恢复至零度以上，否则当低温的晶圆接触到外界空气中的水蒸气，水会快速凝结在晶圆表面，导致结构受损，例如冻裂。另一方面，当设备或工艺存在问题导致腔体中存在水汽时，也会有水在低温的晶圆表面结晶，例如为枝晶状，晶圆表面的水结晶会对离子注入过程形成阻碍，从而导致离子注入的深度不均匀，例如图5所示，影响半导体器件的性能。因此需要一种方法能够便捷地确定晶圆在工艺过程中是否存在过水结晶情况。

技术实现思路

1、基于现有技术存在的技术问题，本发明提供一种超低温离子注入系统及方法，解决现有方案整体结构有待改善以及无法确定晶圆是否有过水结晶情况的问题，实现更高效的工艺过程，保证晶圆升温后再移出真空系统，并能够快速地判断晶圆离子注入工艺是否存在水汽影响。

2、依据本发明的技术方案，本发明提供了一种超低温离子注入系统，包括有相连接的真空工艺模块和真空传送模块，真空传送模块还连接有用于为晶圆降温的预冷站，真空传送模块的腔体内设置有晶圆缺口定向装置，晶圆缺口定向装置具有加热装置，在靠近晶圆缺口定向装置的位置处设置有结晶检测压力计。

3、进一步地，真空传送模块还依次连接有装载锁定模块和设备前端模块；还包括有依次相连接的离子源、质量分析磁铁、束流调节磁透镜和电透镜，电透镜与真空工艺模块相连接。

4、进一步地，从电透镜输出至真空工艺模块内的离子束为平行带状离子束，且离子束截面的长度方向为水平；真空工艺模块的腔体内设置有扫描机器人，扫描机器人的末端设置有用于将晶圆固持、翻转、上下移动的扫描头。

5、进一步地，，其特征在于，预冷站中具有降温静电卡盘，晶圆缺口定向装置上具有升温静电卡盘，降温静电卡盘的热容大于升温静电卡盘的热容。

6、依据本发明的技术方案，本发明还提供一种超低温离子注入方法，应用于本发明的超低温离子注入系统，其包括有如下步骤：

7、步骤s1，抽真空后，对预冷站进行降温；

8、步骤s2，将晶圆传送至预冷站，对晶圆进行降温；

9、步骤s3，将降温完成后的晶圆传送至真空工艺模块进行离子注入；

10、步骤s4，将注入完成后的晶圆传送至晶圆缺口定向装置进行升温；

11、步骤s5，在对晶圆进行升温时，通过结晶检测压力计持续测量晶圆缺口定向装置附近的气压；

12、步骤s6，对结晶检测压力计的测量结果进行分析，若在晶圆升温时晶圆缺口定向装置附近的气压存在明显升高情况，则表明该晶圆在工艺过程中表面存在过水结晶，工艺存在异常。

13、进一步地，预冷站中具有降温静电卡盘；在步骤s1中，预冷站中的降温静电卡盘在30分钟内降温到-130℃，和/或，在步骤s2中，晶圆在60秒内降温到-100℃。

14、进一步地，晶圆缺口定向装置上具有升温静电卡盘；在步骤s4之前，晶圆缺口定向装置上的升温静电卡盘被加热到60℃-80℃；在步骤s4中，晶圆被升温静电卡盘加热到0℃。

15、进一步地，预冷站具有降温静电卡盘，降温静电卡盘的背侧具有晶圆背部气系统，通过晶圆背部气系统进入降温静电卡盘和晶圆之间的气体为干燥的洁净氮气；

16、在步骤s1中，在真空工艺模块、真空传送模块和预冷站内的真空度达到2×10-6torr以下之后，才开始对预冷站进行降温。

17、进一步地，在步骤s2中，降温静电卡盘吸附住晶圆，然后晶圆背部气系统向降温静电卡盘和晶圆之间通入氮气；在通入氮气后，若预冷站或真空传送模块内的气压存在明显升高情况，则表明工艺存在异常。

18、进一步地，晶圆缺口定向装置上具有升温静电卡盘，升温静电卡盘的侧面或背面连接有测温装置；

19、在步骤s4之前，升温静电卡盘被加热至设定温度，然后加热装置保持相同的加热功率持续加热，使升温静电卡盘保持在设定温度；

20、在步骤s5中，在对晶圆进行升温时，还同时对升温静电卡盘的温度进行测量；若晶圆升温完成后，若升温静电卡盘的温度的降低幅度小于设定阈值，则表明工艺存在异常。

21、与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：

22、本发明的超低温离子注入系统结构精简，工艺效率高，晶圆缺口定向装置同时起到晶圆回温作用，防止晶圆移出真空系统后因水汽凝结在表面而受损，并设有结晶检测压力计对晶圆缺口定向装置附近进行检测，若晶圆在离子注入时表面存在水结晶，在加热时会蒸发形成水蒸气，从而通过压力计检测到。采用此种方法即可快速且准确地判断工艺是否受到了水蒸气的影响。

技术特征：

1.一种超低温离子注入系统，其特征在于，包括有相连接的真空工艺模块和真空传送模块，真空传送模块还连接有用于为晶圆降温的预冷站，真空传送模块的腔体内设置有晶圆缺口定向装置，晶圆缺口定向装置具有加热装置，在靠近晶圆缺口定向装置的位置处设置有结晶检测压力计。

2.根据权利要求1所述的超低温离子注入系统，其特征在于，真空传送模块还依次连接有装载锁定模块和设备前端模块；

3.根据权利要求2所述的超低温离子注入系统，其特征在于，从电透镜输出至真空工艺模块内的离子束为平行带状离子束，且离子束截面的长度方向为水平；

4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的超低温离子注入系统，其特征在于，预冷站中具有降温静电卡盘，晶圆缺口定向装置上具有升温静电卡盘，降温静电卡盘的热容大于升温静电卡盘的热容。

5.一种超低温离子注入方法，其特征在于，应用于权利要求1-4中任一权利要求所述的超低温离子注入系统，其包括有如下步骤：

6.根据权利要求5所述的超低温离子注入方法，其特征在于，预冷站中具有降温静电卡盘；在步骤s1中，预冷站中的降温静电卡盘在30分钟内降温到-130℃，和/或，在步骤s2中，晶圆在60秒内降温到-100℃。

7.根据权利要求5所述的超低温离子注入方法，其特征在于，晶圆缺口定向装置上具有升温静电卡盘；在步骤s4之前，晶圆缺口定向装置上的升温静电卡盘被加热到60℃-80℃；在步骤s4中，晶圆被升温静电卡盘加热到0℃。

8.根据权利要求5所述的超低温离子注入方法，其特征在于，预冷站具有降温静电卡盘，降温静电卡盘的背侧具有晶圆背部气系统，通过晶圆背部气系统进入降温静电卡盘和晶圆之间的气体为干燥的洁净氮气；

9.根据权利要求8所述的超低温离子注入方法，其特征在于，在步骤s2中，降温静电卡盘吸附住晶圆，然后晶圆背部气系统向降温静电卡盘和晶圆之间通入氮气；在通入氮气后，若预冷站或真空传送模块内的气压存在明显升高情况，则表明工艺存在异常。

10.根据权利要求5所述的超低温离子注入方法，其特征在于，晶圆缺口定向装置上具有升温静电卡盘，升温静电卡盘的侧面或背面连接有测温装置；

技术总结
本发明涉及一种超低温离子注入系统及方法，属于半导体离子注入设备技术领域，其中超低温离子注入系统结构包括有相连接的真空工艺模块和真空传送模块，真空传送模块还连接有用于为晶圆降温的预冷站，真空传送模块的腔体内设置有晶圆缺口定向装置，晶圆缺口定向装置具有加热装置，在靠近晶圆缺口定向装置的位置处设置有结晶检测压力计。本方案结构精简，工艺效率高，晶圆缺口定向装置同时起到晶圆回温作用，防止晶圆移出真空系统后因水汽凝结在表面而受损，并可快速且准确地判断工艺是否受到了水蒸气的影响。

技术研发人员：陈炯,蔡春强,汪辉
受保护的技术使用者：芯嵛半导体（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4