[发明专利]高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台

说明书

本发明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‑120℃。高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台由高真空超低温腔和自复叠低温制冷工质循环闭路系统构成；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盘管通道，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。该平台使得混合制冷工质在传输过程中损耗达到最小,大大提高了整个系统的能效比。

技术领域

本发明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-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。

背景技术

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。

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-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。

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。

发明内容

本发明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-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。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高真空超低温半导体晶圆快速冷却平台；

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-120℃。

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；