高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台制造技术

本实用新型专利技术给出了一种高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台；此平台可以把直径300毫米的半导体晶圆在15秒到30秒时间内从室温内冷却到

【技术实现步骤摘要】
高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台


[0001]本技术属于半导体制造加工领域，涉及一种高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台，可以把直径300毫米的半导体晶圆在15秒到30秒时间内从室温冷却到内冷却到
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120℃，其适用于离子注入设备和其他在高真空超低温工艺条件下的半导体工艺设备。

技术介绍

[0002]半导体器件在很长的一段时间内一直向着小型化发展，根据摩尔定律，集成电路芯片单位面积上所集成的半导体器件数目每隔18个月就将翻一倍，而伴随着半导体器件的小型化，半导体器件内部大部分结构势必要等比例缩小，目前半导体器件的关键尺寸业已达到纳米或深纳米级。如何制造半导体器件内的超浅结、突变结，如何更完整地修复半导体器件制造过程的离子注入射程末端缺陷(EOR Damage)，成为提高互补金属氧化物半导体性能的关键。现有理论研究表明，为了解决上述技术难题，一般需要对晶圆表面进行非晶化处理。
[0003]非晶化处理技术一般为使用碳、锗等不显电性的但有一定能量的原子打乱晶圆表面单晶硅的原有晶体结构，使单晶硅变成非晶态(α
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Si)。离子注入是近年来半导体制造中使单晶硅变成非晶态获得广泛应用的技术之一，其原理是将某电中性的原子或者分子电离，再以一定能量和剂量将所需离子束沿一定角度入射到衬底材料(如晶圆)之中，入射离子会与衬底发生一系列的物理或化学反应，从而引起衬底表面成分、结构和性质的变化，进而使单晶硅变成非晶态。
[0004]目前离子注入常采用常温离子注入技术，注入时的环境温度一般为20℃左右，随着离子注入的进行，注入离子会与晶圆表面的硅原子发生碰撞，破坏晶圆表面硅原有的晶体结构，造成晶体结构损伤。但由于碰撞导致衬底温度升高，大部分损伤会随着离子注入的进行被修复，这类似离子注入后的快速退火现象，但它是一个动态进行的过程，因而可以称为动态退火。因为常温离子注入时存在着动态退火现象，所以常温离子注入并不能在晶圆表面很好的形成所需要的非晶层。为了在晶圆表面获得所需要的良好非晶层或得到良好非晶态，亟需一种新型的半导体晶圆快速冷却平台。

技术实现思路

[0005]本技术所要解决的技术问题是提供一种高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台，可以把直径300毫米的半导体晶圆在15秒到30秒时间内从室温冷却到内冷却到
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120℃，该高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台和离子注入机相结合，利用超低温离子注入技术制造超浅结、突变结，并且更加完整地修复了离子注入射程末端缺陷。
[0006]为解决上述技术问题，本技术提供了一种高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台；
[0007]至少包括高真空超低温腔和自复叠低温制冷工质循环闭路系统；自复叠低温制冷工质循环闭路系统包括制冷工质循环管和超低温冷却平板，超低温冷却平板和半导体晶圆
静电吸盘设置在高真空超低温冷却腔室内，半导体晶圆静电吸盘设置在超低温冷却平板上侧，超低温冷却平板上开有容纳制冷工质循环管的盘管通道，制冷工质循环管布置盘管通道内，制冷工质循环管与盘管通道侧壁之间包裹有金属铟，制冷工质循环管内供制冷工质流动且制冷工质循环管两端分别伸出高真空超低温腔外侧，制冷工质循环管内通有制冷工质，本高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台可以把直径300毫米半导体晶圆在15秒到30秒时间内从室温冷却到
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120℃。
[0008]作为本高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台的优选，高真空超低温腔侧壁设有观察视窗；
[0009]还包括光学摄像相机，光学摄像相机固定在高真空超低温腔外侧，光学摄像相机的镜头对准观察视窗。
[0010]作为本高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台的优选，高真空超低温腔侧壁设有若干LED偏振光源导入窗，若干LED偏振光源导入窗对称分布在高真空超低温腔侧壁。
[0011]作为本高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台的优选，制冷工质循环管内通有的制冷工质为混合制冷工质，混合制冷工质采用R290和R744且配比为60
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80％:20
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40％。
[0012]作为本高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台的优选，高真空超低温冷却腔室内部固定有超低温反射镜面板，超低温反射镜面板与超低温冷却平板之间设有超低温绝缘垫。
[0013]作为本高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台的优选，高真空超低温腔侧壁分别开有与高真空超低温冷却腔室相通的制冷工质进口和制冷工质出口，处于制冷工质进口及制冷工质出口外的高真空超低温腔外侧壁设有多层空心薄壁不锈钢波纹管，多层空心薄壁不锈钢波纹管分别套装在制冷工质循环管两端。
[0014]作为本高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台的优选，高真空超低温腔侧壁还开有至少一个备用口，处于备用口外侧的高真空超低温腔外侧壁设有多层空心薄壁不锈钢波纹管。
[0015]作为本高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台的优选，制冷工质循环管为紫铜管盘，超低温冷却平板为铝合金材质；
[0016]使用熔融状态的铟将制冷工质循环管固定在超低温冷却平板的盘管通道内。
[0017]作为本高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台的优选，高真空超低温腔外壁设有与进气管配合的工艺气体接入法兰，进气管端部与工艺气体接入法兰配合且伸入高真空超低温冷却腔室内；
[0018]高真空超低温腔外壁设有用于接入半导体晶圆静电吸盘的驱动电源电极的电极接入法兰；
[0019]高真空超低温腔外壁设有用于热电偶接入的热电偶接入法兰，热电偶采用T型热电偶，配备两组，一组接到半导体晶圆静电吸盘侧面，一组接到超低温冷却平板，用于监测半导体晶圆静电吸盘和超低温冷却平板的温度。
[0020]作为本高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台的优选，工艺气体为干燥氮气或氩气或氦气。
[0021]本高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台的有益技术效果如下：
[0022]1、本高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台为超低温晶圆冷却设备，有效抑制了
离子注入过程中的动态退火，使得间隙位置原子无法及时回到晶格替代位置，使得非晶包数目变多、范围逐步扩大，最后所有非晶包的边界连接在一起形成完整的非晶层；
[0023]2本高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台与离子注入机相结合，实现了超低温离子注入，继而形成了较厚的非晶层，较厚非晶层减少了离子束尾部窜流，使得晶圆造成的损伤更多地分布在非晶态区域，并且在非晶态
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晶态界面之外的晶体区域引入的损伤更少；
[0024]3、使用本高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台在低温条件下生成的非晶态的硅不仅可以抑制后续离子注入时的沟道效应(Channeling Effect)，并且利于超浅结、突变结的形成，还可以将后续离子注入时造成的损伤限制在非晶层以内，故而使其容易被修复。
[0025]4、使用本高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台在低温离子注入的碳、锗、氟等元素可以有效抑制硼掺杂原子的瞬时增强扩散效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台，其特征为：至少包括高真空超低温腔和自复叠低温制冷工质循环闭路系统；自复叠低温制冷工质循环闭路系统包括制冷工质循环管和超低温冷却平板，超低温冷却平板和半导体晶圆静电吸盘设置在高真空超低温冷却腔室内，半导体晶圆静电吸盘设置在超低温冷却平板上侧，超低温冷却平板上开有容纳制冷工质循环管的盘管通道，制冷工质循环管布置盘管通道内，制冷工质循环管与盘管通道侧壁之间包裹有金属铟，制冷工质循环管内供制冷工质流动且制冷工质循环管两端分别伸出高真空超低温腔外侧，制冷工质循环管内通有制冷工质，本高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台可以把直径300毫米半导体晶圆在15秒到30秒时间内从室温冷却到
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120℃。2.根据权利要求1所述的高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台，其特征是：高真空超低温腔侧壁设有观察窗；还包括光学摄像相机，光学摄像相机固定在高真空超低温腔外侧，光学摄像相机的镜头从观察窗对准晶圆。3.根据权利要求2所述的高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台，其特征是：高真空超低温腔侧壁设有若干LED偏振光源导入窗，若干LED偏振光源导入窗对称分布在高真空超低温腔侧壁。4.根据权利要求1所述的高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台，其特征是：高真空超低温冷却腔室内部固定有超低温反射镜面板，超低温反射镜面板与超低温冷却平板之间设有超低温绝缘垫。5.根据权利要求1所述的高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙嵩泉，杨陆晗，张磊，蒋中山，齐莉，孙巍泉，
申请(专利权)人：普乐合肥光技术有限公司，
类型：新型
国别省市：