用于氘气回收的方法和设备技术

公开了一种用于从高压退火处理系统回收退火气体的新的方法、系统和设备。根据实施例，仅在使用稀有气体(例如氘气时)，来自高压退火处理系统的排出气体才被引导到气体回收系统中。退火气体从高压退火处理系统中使用的其他气体中分离，随后被加压、过滤和纯化，之后被传递到大容量储存分配单元。在一个实施例中，回收的气体随后再次被提供给高压退火处理系统以对晶片进行退火。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于氘气回收的方法和设备
本专利技术总体涉及半导体制造工艺。更特别地，本专利技术涉及在半导体制造的高压退火处理期间使用稀有气体(例如氘气)的方法及设备。
技术介绍
在半导体制造过程期间，例如，在氧化处理、氮化处理、硅化处理、离子注入处理和化学气相沉积处理期间或之后，要在半导体晶片上执行各种不同的热处理，以在半导体晶片上形成集成电路。用于有效地制造集成电路的关键性决定因素不仅包括处理温度，还包括处理时间和用于特定应用或处理的特定气体或气体混合物的浓度。这三个因素通常被认为是决定处理效率的独立变量。例如，在保持气体浓度不变的同时提高处理温度，将改善处理效率。类似地，在相同的温度下增加气体浓度，会改善处理效率。应注意的是，半导体晶片或更准确地说是集成电路暴露于过量的热，这通常会以不可逆转和累积的方式降低集成电路的品质。这部分地是因为晶片上注入的各种载流子和离子的扩散，扩散的速率通常是随着温度超线性地增加。每个集成电路在整个制造过程期间具有总的热暴露容许极限，该容许极限在相关技术中被称为电路的热预算。由于工艺和器件结构接近纳米级，所以有限的热预算要求需要更高的处理气体浓度。在包含双原子氢气的合成气体中使晶片退火(通常在制造之后、但在封装或其他包装步骤之前)已广泛用于修复在半导体制造过程期间因各种处理引起的损坏以及用于在现有技术中被称为氢气钝化的烧结处理。退火气体或合成气体通常混合约2％至10％的氢气(H2)，其余为例如氮气(N2)的惰性气体。然而，最近许多研究者指出，纯(100％)的氘气退火改善器件的特性和性能，例如热载流子可靠性、晶体管寿命以及不饱合键和不期望的电荷载流子的减少。器件寿命的改善增加了器件的跨导(速度性能)。由于器件的技术和结构向尖端的所谓“纳米技术”发展，新的高压应用技术需要使用其他气体，例如氟气(F2)、氨气(NH3)和氯气(Cl2)，而这些气体可能有很高的活性或毒性。合成气体(局部压力)退火和/或纯的H2或D2退火通常在450℃以上的温度范围进行，并且更高的温度倾向于得到更好的性能。但是，当器件等级达到28nm或以下时，首次金属化之后有限的热预算需要400℃或以下的退火温度，因此潜在地降低氢气退火对半导体器件性能的益处。作为替代，氢气或氘气高压退火能够得到优良的性能和改进。特别地，高K栅极电介质器件的氢气和/或氘气退火在电荷减少、不饱和键减少和跨导增加方面显示出了显著的性能改善。该发现已在例如美国专利No.6,913,961和美国专利No.6,833,306中公开。该改善对于用于下几代半导体器件工艺的使用高K栅极电介质的集成电路器件的制造工艺而言具有非常重要的意义。高压退火、特别是在氢气(H2)或氘气(D2)环境下的高压退火能够改善半导体器件的性能。该发现已在例如美国专利No.8,481,123中公开。在题目为“MethodForHighPressureGasAnnealing”的这篇专利中，公开了用于在高压环境下对硅基底晶片进行退火的各种实施例。如在该专利中公开的，在高压退火处理中，在各种退火处理中使用高压氢气或高压氘气，所述退火处理例如是高K栅极电介质处理退火、金属化后烧结退火和合成气体退火。使用高压气体可以显著改善器件性能。例如，可以增加器件的寿命及其跨导，并且可以减少不饱和键的数量。高压气体退火的主要优点之一在于，器件性能的这些改善可以在给定的温度和/或给定的处理时间下利用降低的热预算成本而实现，这是对于先进器件技术的基本要求。已知高压技术的主要优点之一在于，通过在高压下有效地增加气体浓度而提高反应率。通过增加处理气体的压力，处理气体的密度将会增加。气体密度随着压力增加而大致线性地增加。例如，如果在5个大气压的高压条件下用纯的(100％)氢气或氘气进行处理，则半导体硅所暴露的氢气或氘气的实际量为在1个大气压下初始(100％)氢气或氘气的浓度的5倍。在局部压力条件的情况下，如果氢气或氘气的浓度为20％并且在5个大气压的压力下处理硅晶片，那么硅晶片等同于有效地暴露于1个大气压下100％的氢气或氘气。同样，在20个大气压下用20％的氢气或氘气进行处理将大致等同于用纯的(100％)氢气或氘气在1个大气压下的处理结果的4倍。通过增加处理气体的压力，可以降低处理温度和处理时间两者。当热预算限制达到“极限限制水平”时，并且当器件工艺达到28nm范围时，高压处理成为在半导体制造技术中满足或超过许多热处理要求的可行方案。高压处理相对于上述三个处理参数具有以下优点：处理时间缩短、处理温度降低以及处理气体浓度降低。(1)通过增加压力，在保持气体浓度和处理时间不变的同时可以降低处理温度，以便获得等同或相似的处理结果。(2)通过增加压力，在保持温度和气体浓度的其他参数不变的同时可以显著地缩短处理时间，以便获得等同或相似的处理结果。(3)通过增加压力，在保持时间和温度参数不变的同时可以降低处理气体浓度，以便获得等同或相似的处理结果。在半导体制造中，将高压氢气/氘气处理退火应用于高K栅极电介质处理退火、金属化后烧结退火以及合成气体退火可以使器件性能(例如，在提高器件寿命、增加跨导以及减少不饱和键的数量方面)得到明显改善，并且还可以明显改善在给定处理温度和处理时间下的处理热预算，这是对于先进器件技术的基本要求。如在美国专利No.8,481,123中描述的，同时释放来自外室的气体并且将其与来自内室的氢气/氘气或其他有毒气体或可燃气体混合。在排放处理期间加入另一惰性气体(例如氮气)，从而进一步降低从退火容器排出到大气的活性气体的浓度。在完成该处理并且用于各种目的的气体减压之后，通过在将剩余气体排到大气之前清洗在退火容器的排气阀或管道附近或周围流动的额外的氮气而安全地移除被捕获在退火室内的任何剩余的残余气体。这样做的目的是避免将浓缩的氢气或氘气直接暴露于大气，以便防止潜在的危险情况。如在美国专利No.8,481,123中描述的高压退火处理单元包括如图1所示的立式高压处理系统。根据该专利技术，退火容器具有包括内室和外室的双室结构，并且活性气体被限制在内室中，所述活性气体可以是可燃的、有毒的或其他危险的。内室则通过外压保护，所述外压由包含在外室中的另一气体施加。这种设计在处理气体从处理内室存在泄漏的情况下提供缓冲区域，因此其尤其提供两个主要益处：一是稀释从内室泄漏的潜在危险气体，二是防止泄漏的气体直接释放到空气中。在某些实施例中，使用多于一个的外室来提供多个保护层或多个保护性缓冲区域。图中所示的主外容器或外室包括三个部件：顶部37、本体39和底部38。在一些实施例中，这些外容器部件由316型不锈钢材料制成，该材料具有较高的相对于压力的应力点。容器顶部37通常通过螺钉附接至主容器本体39，容器底部38使用后膛门锁(breechdoorlocking)40附接至主容器39，在一些实施例中，所述后膛门锁也由316型不锈钢制成。在该示例性设计中，当容器门打开用于装载和卸载时，容器底部与主容器分离。在主外容器内部，存在4区主加热器34，其独立地控制每个加热器区域。加热器元件34通过绝缘体33与容器壁绝缘。在该实施例中，在容器的底部部件38的顶部上还存在2区塞式加热器，所述2区塞式加热器可以从底部加热晶片保持件或晶舟22。晶舟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从高压退火处理系统的排气中回收至少第一退火气体的方法，所述高压退火处理系统用于在半导体制造过程中对多个基底进行退火，所述方法包括：接收关于在高压退火处理系统中存在至少第一退火气体的信号；用第二气体清洗气体回收系统；将至少第一退火气体引导到气体回收系统，其中，至少第一退火气体和第二气体混合在一起以在气体回收系统中形成多种气体的混合物；在引导之后，在气体回收系统的气体分离单元中分离所述多种气体，其中，气体分离单元从所述多种气体大体分离至少第一退火气体，以产生分离的退火气体；将分离的退火气体运送至气体回收系统的热交换单元；在气体回收系统的气体监测系统中测试分离的退火气体以监测分离的退火气体的品质，其中，如果分离的退火气体中具有的至少第一退火气体的浓度低于预定阈值，则：将分离的退火气体运送回气体分离单元，以对分离的退火气体进行再处理，和再次测试分离的退火气体的品质；将分离的退火气体运送至气体回收系统的气体加压单元，其中，分离的退火气体被加压到高于大气压，以产生加压的第一退火气体；将加压的第一退火气体运送到纯化系统；和在高压退火处理系统中再次使用加压的第一退火气体之前，储存纯化的并加压的第一退火气体至少一段时间。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.31 US 14/448,7451.一种从高压退火处理系统的排气中回收至少第一退火气体的方法，所述高压退火处理系统用于在半导体制造过程中对多个基底进行退火，所述方法包括：接收关于在高压退火处理系统中存在至少第一退火气体的信号；用第二气体清洗气体回收系统；将至少第一退火气体引导到气体回收系统，其中，至少第一退火气体和第二气体混合在一起以在气体回收系统中形成多种气体的混合物；在引导之后，在气体回收系统的气体分离单元中分离所述多种气体，其中，气体分离单元从所述多种气体大体分离至少第一退火气体，以产生分离的退火气体；将分离的退火气体运送至气体回收系统的热交换单元；在气体回收系统的气体监测系统中测试分离的退火气体以监测分离的退火气体的品质，其中，如果分离的退火气体中具有的至少第一退火气体的浓度低于预定阈值，则：将分离的退火气体运送回气体分离单元，以对分离的退火气体进行再处理，和再次测试分离的退火气体的品质；将分离的退火气体运送至气体回收系统的气体加压单元，其中，分离的退火气体被加压到高于大气压，以产生加压的第一退火气体；将加压的第一退火气体运送到纯化系统；和在高压退火处理系统中再次使用加压的第一退火气体之前，储存纯化的并加压的第一退火气体至少一段时间。2.根据权利要求1所述的方法，其中，至少通过确定分离的退火气体中的至少第一退火气体的浓度来测试或再次测试分离的退火气体的品质。3.根据权利要求1所述的方法，其中，将分离的第一退火气体运送回气体分离单元包括使分离的第一退火气体再次通过热交换单元。4.根据权利要求1所述的方法，其中，第一退火气体是氘气，并且第二气体是惰性气体。5.根据权利要求1所述的方法，其中，气体分离单元将气体加热到预定温度以便有效地提取第一退火气体。6.根据权利要求1所述的方法，其中，通过自动处理控制装置传递关于在高压退火处理系统的排气中存在至少第一退火气体的信号。7.根据权利要求6所述的方法，其中，自动处理控制装置仅在确定第一退火气体的浓度高于预定阈值时传递所述信号。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信号从控制高压退火处理系统的第一数据处理系统接收，并且所述信号被控制回收第一退火气体的所述方法的第二数据处理系统接收。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述信号源自存储在第一数据处理系统中的第一配方，并且当由第一数据处理系统使用的第二配方不包括预定量的第一退火气体时，第一数据处理系统不向第二数据处理系统提供所述信号。10.根据权利要求1所述的方法，其中，第二气体是与高压退火处理系统中用作外缓冲气体的气体相同的气体，所述外缓冲气体在高压退火处理系统的退火室中环绕第一退火气体。11.根据权利要求1所述的方法，其中，纯化的并加压的第一退火气体储存在一个或多个容器的第一库中，一个或多个容器的第二库联接至高压退火处理系统，以提供第一退火气体用于退火处理，而回收的第一退火气体储存在第一库中，并且其中，第二库能够与第一库切换。12.一种包括指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在由包括一个或多个处理器的处理系统执行时执行从高压退火处理系统的排气中回收至少第一退火气体的方法，所述高压退火处理系统用于在半导体制造过程中对多个基底进行退火，所述方法包括：接收关于在高压退火处理系统中存在至少第一退火气体的信号；用第二气体清洗气体回收系统；将至少第一退火气体引导到气体回收系统，其中，至少第一退火气体和第二气体混合在一起以在气体回收系统中形成多种气体的混合物；在引导之后，在气体回收系统的气体分离单元中分离所述多种气体，其中，气体分离单元从所述多种气体大体分离至少第一退火气体，以产生分离的退火气体；将分离的退火气体运送至气体回收系统的热交换单元；在气体回收系统的气体监测系统中测试分离的退火气体以监测分离的退火气体的品质，其中，如果分离的退火气体具有的至少第一退火气体的浓度低于预定阈值，则：将分离的退火气体运送回气体分离单元，以对分离的退火气体进行再处理，和再次测试分离的退火气体的品质；将分离的退火气...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·里维拉，B·吴，
申请(专利权)人：株式会社HPSP，
类型：发明
国别省市：韩国,KR