CN105977124A - 半导体衬底的承载台、离子注入设备及工艺 - Google Patents

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邱裕明
肖天金
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    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation

Abstract

本发明提出一种半导体设备的承载台、离子注入设备及离子注入工艺，用微波方式对半导体衬底进行加热，以改善半导体衬底在高温离子注入工艺中的翘曲问题，提高高温离子注入工艺的均匀性。所述微波波长范围为47‑57纳米。

Description

半导体衬底的承载台、离子注入设备及工艺
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体衬底的承载台、离子注入设备及工艺。
背景技术
随着半导体技术节点的不断演进，在进入20纳米工艺世代以后，开始应用了一种新型的离子注入技术，即高温注入。
高温注入的出现主要是为了解决半导体工艺尺寸在微缩后，对于离子注入所引入的射程末端缺陷(EOR)容忍度变低，需要使用一定的技术手段来消弭这些缺陷。高温注入机台能在半导体衬底注入前，使半导体衬底加热至约150-400℃(依据不同的厂商和工艺要求，所需的温度不尽相同)，配合离子注入时半导体衬底内部本身的自退火效应，可以有效抑制半导体衬底在特定注入时的非晶化，消除射程末端缺陷。
目前，高温离子注入设备主要有两种不同的加热方式。具体地，请参考图1为现有的离子注入设备的结构示意图。图1示出的是采用热辐射式的加热的离子注入设备的结构。离子注入设备包括工艺腔室1和预热腔室2，预热腔室2用于在离子注入前，对半导体衬底4进行加热。预热腔室2中设置有预热平台5，位于预热平台5上方的若干电阻丝6对预热平台上的半导体衬底4以热辐射方式加热。在预热腔室2中加热完毕后，将加热后的半导体衬底4传输至工艺腔室1的承载台3上，进行离子注入工艺。另一种离子注入设备的加热则是通过热传导式加热，这种离子注入设备不设置预热腔室，而是直接在工艺腔室中的具有高温的承载台对半导体衬底进行加热。
现有的两种加热方法，加热受限于热扩散和表面温度，会使加热分布不均匀，半导体衬底翘曲。理论上会使射程末端缺陷的半导体衬底内控制不均匀，另外还会影响到离子束注入到半导体衬底上的角度。
因此，需要对现有的设备进行改进，以改善半导体衬底在高温离子注入工艺中的翘曲问题，提高高温离子注入工艺的均匀性。
发明内容
本发明解决的问题是，提出一种半导体设备的承载台、离子注入设备及离子注入工艺，用微波方式对半导体衬底进行加热，以改善半导体衬底在高温离子注入工艺中的翘曲问题，提高高温离子注入工艺的均匀性。
为了解决上述问题，本发明提出一种半导体衬底的承载台，所述承载台用于支撑所述半导体衬底进行离子注入工艺，所述承载台的边缘设置有若干微波发射头，所述微波发射头用于发射微波以对半导体衬底进行加热。
可选地，所述微波发射头发射的微波的波长范围为47-57纳米。
可选地，所述半导体衬底的材质为硅，所述微波波长范围为50-54纳米。
可选地，所述微波发射头的数量为偶数个，所述微波发射头均匀分布于承载台的边缘。
可选地，所述微波发射头的数量为2-4个。
本发明还一种离子注入设备，包括：设置于工艺腔体内的承载台，所述承载台用于支撑半导体衬底进行离子注入，所述离子注入设备还包括：设置于承载台边缘的微波发射头，所述微波发射头用于发射微波对半导体衬底进行加热。
可选地，所述微波发射头的数目为偶数个，所述微波发射头沿所述承载台的边缘均匀分布。
一种离子注入工艺，所述离子注入工艺包括：利用微波对半导体衬底进行加热的步骤。
可选地，所述微波的波长范围为47-57纳米。
可选地，所述半导体衬底的材质为硅，所述微波的波长范围为50-54纳米。
与现有技术相比，本发明有以下优点；
本发明利微波对半导体衬底进行加热，所述微波是由设置在承载台边缘的微波发射头发射，不需要额外的预热腔室，并且所述微波的波长为特定波长，使得波长仅会被半导体衬底吸收而不会对工艺腔室内的其他部件吸收，并且微波加热相比接触式或者热传导式加热，能够更加均匀，解决由于高温加热引起的半导体衬底翘曲变形，改善了离子注入的工艺均匀性。
附图说明
图1为现有的离子注入设备的结构示意图；
图2为本发明的半导体设备的承载台的结构示意图。
具体实施方式
现有技术采用热辐射式加热需要在工艺腔室之外额外设置预热腔室。此外不论是热辐射式加热还是接触式加热，都无法使实现对半导体衬底的均匀加热，容易造成衬底翘曲变形以及离子注入工艺不均匀的问题。
本发明提出用微波方式对半导体衬底进行加热，微波加热利用特定波长对半导体衬底进行加热，在特定波长范围内，可以实现对半导体衬底进行加热，而不会对其他部件产生影响，也不需要额外的预热腔室。
请参考图2所示的本发明的离子注入设备的工艺腔室的结构示意图。作为一个实施例，工艺腔室10内设置有承载台30，所述承载台30用于支撑半导体衬底40进行离子注入工艺，所述承载台40的边缘设置有若干微波发射头50，所述微波发射头50用于发射微波以对半导体衬底进行加热。
作为一个实施例，所述微波发射头50发射的微波的波长范围为47-57纳米。
作为本发明的优选实施例，所述半导体衬底40的材质为硅，所述微波波长范围为50-54纳米。在此波长范围内，可以实现对半导体衬底40进行均匀加热，而不会对工艺腔室10内的部件有影响。
为了实现对半导体衬底40的均匀加热，所述微波发射头的数量为偶数个，所述微波发射头均匀分布于承载台的边缘。作为一个实施例，所述微波发射头的数量为2-4个。
需要说明的是，本实施例中，所述微波发射头设置在承载台30的边缘，且与承载台固定连接。
在其他的实施例中，所述微波发射头40还可以有其他的布局方式。比如，所述微波发射头40与承载台30的边缘间隔设置，即：微波发射头40设置在工艺腔体上，且微波发射头40与承载台30的边缘位置对应，微波发射头40沿承载台边缘均匀分布。
本发明所述的离子注入设备，是将微波发射头40设置在工艺腔室10中，在其他的实施例中，还可以设置独立的预热腔室，在该预热腔室中对半导体衬底进行微波方式加热。而本发明将微波发射头40设置在工艺腔室10中，可以减小离子注入设备的空间。
本发明提供的离子注入工艺，所述离子注入工艺包括：利用微波对半导体衬底进行加热的步骤。该加热步骤在离子束线形成之前进行或者改加热步骤在离子束线形成过程中进行。为了更好的对半导体衬底进行加热，所述微波的波长范围为47-57纳米。当所述半导体衬底的材质为硅时，所述微波的波长范围为50-54纳米，在此范围内，可以实现对半导体衬底均匀加热，减少半导体衬底的翘曲变形问题，有利于提高离子注入工艺的均匀性。
综上，本发明利微波对半导体衬底进行加热，所述微波是由设置在承载台边缘的微波发射头发射，不需要额外的预热腔室，并且所述微波的波长为特定波长，使得波长仅会被半导体衬底吸收而不会对工艺腔室内的其他部件吸收，并且微波加热相比接触式或者热传导式加热，能够更加均匀，解决由于高温加热引起的半导体衬底翘曲变形，改善了离子注入的工艺均匀性。
因此，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体衬底的承载台，所述承载台用于支撑所述半导体衬底进行离子注入工艺，其特征在于，所述承载台的边缘设置有若干微波发射头，所述微波发射头用于发射微波以对半导体衬底进行加热。
2.如权利要求1所述的承载台，其特征在于，所述微波发射头发射的微波的波长范围为47-57纳米。
3.如权利要求1所述的承载台，其特征在于，所述半导体衬底的材质为硅，所述微波波长范围为50-54纳米。
4.如权利要求1所述的承载台，其特征在于，所述微波发射头的数量为偶数个，所述微波发射头均匀分布于承载台的边缘。
5.如权利要求4所述的承载台，其特征在于，所述微波发射头的数量为2-4个。
6.一种离子注入设备，包括：设置于工艺腔体内的承载台，所述承载台用于支撑半导体衬底进行离子注入，其特征在于，所述离子注入设备还包括：设置于承载台边缘的微波发射头，所述微波发射头用于发射微波对半导体衬底进行加热。
7.如权利要求6所述的离子注入设备，其特征在于，所述微波发射头的数目为偶数个，所述微波发射头沿所述承载台的边缘均匀分布。
8.一种离子注入工艺，其特征在于，所述离子注入工艺包括：利用微波对半导体衬底进行加热的步骤。
9.如权利要求8所述的离子注入工艺，其特征在于，所述微波的波长范围为47-57纳米。
10.如权利要求8所述的离子注入工艺，其特征在于，所述半导体衬底的材质为硅，所述微波的波长范围为50-54纳米。
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