CN107316824A - 半导体集成加工设备和半导体加工方法 - Google Patents

半导体集成加工设备和半导体加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半导体集成加工设备和半导体加工方法。该半导体集成加工设备包括：至少两个工艺室(1)；连通所述工艺室(1)的高温通道(2)，所述高温通道(2)具有保温装置；传输装置，所述传输装置包括传输部(31)和驱动部(32)，所述驱动部(32)设置在所述工艺室(1)和高温通道(2)之外，所述传输部(31)设置在所述驱动部(32)的端部，所述驱动部(32)驱动所述传输部(31)伸入所述工艺室(1)和高温通道(2)并在其中移动。本发明解决的一个技术问题是基片在各个加工工艺之间过度降温。

Description

半导体集成加工设备和半导体加工方法
技术领域
本发明属于半导体加工技术领域，具体地，本发明涉及一种半导体集成加工设备和半导体加工方法。
背景技术
现代的半导体加工和生产技术大多基于薄膜制备和加工等工艺。对于一个完整的半导体器件结构来说，整个加工过程通常包括多项依次进行的工艺，这些加工工艺的顺序、条件都是根据器件自身的特点决定的。普遍的，加工工艺可以包括：物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、离子注入、刻蚀等物理化学过程。由于这些加工过程的机理各不相同，所需的温度、压力和气体氛围等条件也不尽相同，所以需要设计不同的工艺室以满足工艺需求。
为了高效率的完成这些加工工艺，本领域技术人员设计了自动化加工设备。加工设备可以将待加工的材料送入工艺室中，当材料在工艺室中完成了一项工艺后，加工设备可以将材料从工艺室中取出，再送入另一个工艺室中进行下一步加工。虽然各种加工工艺的条件各不相同，但大部分是在高于室温的环境下完成的。经过加工后，材料衬底晶片上生长有外延层。其中的一个问题是，加工设备将材料从工艺室中取出时会造成材料自身温度下降。由于材料衬底晶片和其上的外延层通常存在晶格常数和热涨系数的失配，温度下降会在衬底晶片和外延层之间引入较大应力，这些应力会导致外延层中出现晶格形变，进而产生缺陷。
但是，现阶段难以实现在高温环境下将材料从一个工艺室输送到另一个工艺室，因为，加工设备上用于搬运材料的传输装置的耐热性不好，尤其是驱动部件不能在高温环境下工作。所以，有必要对半导体的加工过程进行改进，避免基片在不同加工工艺之间冷却到较低的温度。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种防止基片在加工过程中过度降温的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种半导体集成加工设备，其中包括：
至少两个工艺室；
连通所述工艺室的高温通道，所述高温通道具有保温装置；
传输装置，所述传输装置包括传输部和驱动部，所述驱动部设置在所述工艺室和高温通道之外，所述传输部设置在所述驱动部的端部，所述驱动部驱动所述传输部伸入所述工艺室和高温通道并在其中移动。
优选地，所述工艺室与所述高温通道之间设置有工艺室阀门，所述工艺室阀门打开时供所述传输部在所述高温通道和所述工艺室之间运动。
优选地，所述高温通道具有密封阀门，所述密封阀门打开时供所述传输部伸入所述高温通道。更优地，所述半导体集成加工设备包括驱动腔室，所述驱动部设置在所述驱动腔室中，所述密封阀门位于所述驱动腔室与所述高温通道之间。
可选地，所述保温装置包括保温层和/或加热组件。
更优地，所述半导体集成加工设备包括冷却组件，用于冷却所述高温通道(2)的外壁。
更优地，所述驱动部上设置有伸缩组件，所述传输部设置在所述伸缩组件上。
可选地，所述传输部为用于承载基片的石英手指。
本发明还提供了一种半导体的加工方法，包括：按照预定加工工序，将基片送入工艺室进行加工，完成加工后将基片从工艺室中移动到高温通道，沿所述高温通道将基片送入下一个工艺室进行下一步加工。
进一步地，按照预定加工工序完成全部加工工艺后，将基片从工艺室中取出，置于高温通道中冷却。
本发明的发明人发现，在现有技术中，由于传输装置的驱动部件在高温环境下工作易受损坏，所以为了保证加工设备的使用寿命，现有加工方法在两个加工工艺之间是直接将基片取出至室温环境下进行搬运或等待其降温后再搬运。虽然这两种方法会造成基片中产生应力，但是本领域技术人员通常在完成加工后再采取去应力处理，以减小反复升、降温对基片的影响。因此，本领域技术人员并未尝试采取一种新的加工方式避免反复升、降温造成的问题。本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明提供的半导体集成加工设备的示意图；
图2是本发明具体实施例提供的半导体集成加工设备的结构俯视图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本发明提供了一种半导体集成加工设备，该设备中包括多个工艺室，本领域技术人员可以根据实际需要对基片进行的加工工艺选择在所述加工设备中配置相应功能、数量的工艺室，本发明对此不进行限制。如图1所示，所述半导体集成加工设备包括高温通道2，所述高温通道2将多个所述工艺室1连通，被加工的基片01能够在高温通道2中从一个工艺室1移动到另一个工艺室1中。所述高温通道2具有保温装置，所述保温装置能够使高温通道2内部维持在预定的温度，使在高温通道2中传输的基片01的温度不会降低到室温。另外，所述设备还包括传输装置，所述传输装置包括传输部和驱动部，所述驱动部设置在所述工艺室1和高温通道2之外，所述传输部可以设置在所述驱动部的端部。所述驱动部则用于为所述传输部提供驱动力，使传输部能够从外部伸入到工艺室1和高温通道2中并在其中移动。所述传输部用于伸入所述高温通道2和工艺室1中，直接对基片进行搬运。在本发明提供的半导体集成加工设备中，由于设置了高温通道，基片从一个工艺室到另一个工艺室的搬运过程中不会出现过度冷却的情况。进一步地，该半导体集成加工设备可以节约加工过程中第一部加工工艺的降温过程和第二步加工工艺的升温过程，节省了时间，提高了加工效率。而且，由于高温通道构成了相对封闭的高温空间，使得传输装置中耐热性较差的驱动部无需暴露在高温环境下，只有负责搬运基片、半导体材料的传输部伸入高温通道和工艺室即可。所述传输部应采用耐热材料制作，例如，在本发明的一种实施方式中所述传输部可以是由石英材料制成的搬运板、夹爪或手指。本发明并不对具体用何种材料制作传输部进行限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
参照图2所示的实施方式，为了保证工艺室1中的温度稳定，也为了防止高温通道2中的温度对工艺室1的加工环境造成影响，所述工艺室1与所述高温通道2之间可以设置有工艺室阀门11。当基片01在工艺室1中进行加工时，所述工艺室阀门11关闭，以维持稳定的加工环境。当基片01完成加工后，工艺室阀门11可以打开，以供所述传输部31伸入工艺室1取出其中的基片01。所述传输部31可以将基片01从工艺室1中取出并移动到高温通道2中，进一步地，所述传输部31可以沿着所述高温通道2将基片01送入其它工艺室1。
更优地，为了进一步防止传输装置的驱动部32受到高温影响，所述高温通道2靠近传输装置的一侧可以具有密封阀门21，如图2所示。当无需对基片01进行搬运时，所述传输部31可以从高温通道2中退出，高温通道2的密封阀门21关闭。这样，热量完全密封在高温通道2和工艺室1中，传输装置的传输部31和驱动部32都不会受到高温影响。当需要对基片01进行搬运时，所述密封阀门21打开，驱动部32驱动传输部31从所述密封阀门21伸入所述高温通道2中。在空气流动、密封阀门开启大小等条件得到有效控制的情况下，高温通道及工艺室中的热量不会从开启的密封阀门处大量散出，从而防止驱动部受到高温影响。
更优地，在如图2所示的实施方式中，所述半导体集成加工设备还可以包括驱动腔室3，所述传输装置的驱动部32设置在所述驱动腔室3中，上述密封阀门21设置在所述高温通道2与所述驱动腔室3之间。当所述密封阀门21关闭时，所述传输装置完全收容在所述驱动腔室3中。所述驱动腔室3能够为所述传输装置提供保护作用。
特别地，所述保温装置可以包括保温层和/或加热组件，所述保温层用于减少高温通道内的热量的散失，所述保温层可以设置在所述高温通道内部，也可以设置在高温通道侧壁的夹层中，本发明不对此进行限制。所述加热组件用于为高温通道内升温，以使高温通道内的温度能够与工艺室中的温度相配合。所述加热组件可以为电阻丝等发热装置。
以图2所示的实施方式为例，该半导体集成加工设备中包括了两个工艺室1，工艺室1围绕着驱动腔室3分布，驱动装置位于中心位置，高温通道2设置在驱动腔室3的边沿处，靠近驱动装置的一侧具有密封阀门21，远离驱动装置的一侧与工艺室1对接。其中一个工艺室可以用于进行N型半导体层生长工艺，工艺温度在1040℃，另一个工艺室可以用于有源层生长工艺，工艺温度在800℃。在该实施方式中，所述驱动装置的驱动部包括电机和驱动杆，所述传输部为机械臂及其末端的搬运板。当需要对基片或半导体材料进行上述两种加工时，所述加热组件可以将高温通道2加热到650-800℃。当传输部31将基片从一个工艺室中移出并经高温通道2送入另一工艺室时，高温通道2中的温度能够避免基片降温，进而防止其内部产生应力。通常，高温通道中的温度接近几个工艺室中的最低温度。但是，本发明并不对此进行限制，本领域技术人员可以通过调节加热组件自由调节高温通道中的温度，以达到合适的、能够配合各个加工工艺的温度。本发明也不对工艺室的功能和个数进行限制，本领域技术人员可以根据半导体加工的实际步骤需要，设置更多个工艺室，工艺室和高温通道可以绕着传输装置所在的位置分布，以提高一台传输装置的利用率。
可选地，所述半导体集成加工设备还可以包括冷却组件，所述冷却组件通常可以设置在所述高温通道的外部，用于冷却所述高温通道的外壁。一方面，由于高温通道往往需要长时间保持在较高的温度，冷却组件提供的冷却效果能够防止高温通道的外壁材料出现由高温引起的损伤；另一方面，所述冷却组件可以防止高温通道内部的热量通过外壁向外散发，减少传输装置尤其是驱动部受到的热辐射。本领域技术人员可以根据高温通道的实际使用情况设置、启动冷却组件。
更优地，所述驱动部上可以设置有伸缩组件，所述伸缩组件可以位于所述驱动部的端部，所述传输部设置在所述伸缩组件上。当所述传输部需要伸入所述高温通道和工艺室时，所述驱动部可以驱动伸缩组件做伸展动作，将所述传输部送入高温通道，避免驱动部自身靠近高温通道或密封阀门。本发明并不限制所述伸缩组件的具体机械结构，本领域技术人员可以在满足高温工作环境的情况下，选择例如四连杆机构等机械装置作为伸缩组件。
本发明还提供了一种半导体加工方法，这种加工方法可以由本发明提供的半导体集成加工设备实现。首先，根据实际需要制定预定加工工序，确定需要进行的加工工艺以及需要的工艺室的数量。通过传输部的传送，可以将基片置于第一个工艺室中进行加工；第二，完成第一项工艺后，传输部可以伸入工艺室，将基片从第一个工艺室中移动至高温通道中，高温通道中的温度与工艺室中的温度接近，以防止基片过度降温；第三，沿着高温通道将基片移动到下一个工艺室中以进行下一步加工；最后，完成所有加工后，传输部可以将基片从工艺室以及高温通道中取出。采用本发明提供的方法对基片进行加工能够减少基片内部产生的应力。而且，该方法节省了基片反复升温、降温的过程，提高了加工效率。
进一步地，在完成全部加工后，本领域技术人员通常会关闭半导体集成加工设备，工艺室和高温通道内部会逐渐冷却。由于结构、保温性等特征的不同，所以工艺室和高温通道的冷却速度有所不同。此时，可以将基片或半导体材料从工艺室中移出并置于高温通道中进行随炉冷却，以达到特定的冷却速度要求。或者，本领以技术人员也可以将基片直接从高温通道中移出，在适当的外界环境下冷却，本发明不对此进行限制。
需要指出的是，以上所提及的基片可以是半导体晶片，也可以是介质材料等其他材料的晶片。晶片的加工形式可以是单独进行加工的晶片，例如：6寸、8寸或12寸硅晶片等；也可以是放置在石墨或其他材质的托盘上的多片小尺寸晶片，例如2寸、4寸的硅、碳化硅或蓝宝石晶片等。而机械手传递或承载的也不局限于晶片本身，也可以是晶片和其承载装置的集合体。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种半导体集成加工设备，其特征在于，包括：
至少两个工艺室(1)；
连通所述工艺室(1)的高温通道(2)，所述高温通道(2)具有保温装置；
传输装置，所述传输装置包括传输部(31)和驱动部(32)，所述驱动部(32)设置在所述工艺室(1)和高温通道(2)之外，所述传输部(31)设置在所述驱动部(32)的端部，所述驱动部(32)驱动所述传输部(31)伸入所述工艺室(1)和高温通道(2)并在其中移动。
2.根据权利要求1所述的半导体集成加工设备，其特征在于，所述工艺室(1)与所述高温通道(2)之间设置有工艺室阀门(11)，所述工艺室阀门(11)打开时供所述传输部(31)在所述高温通道(2)和所述工艺室(1)之间运动。
3.根据权利要求1所述的半导体集成加工设备，其特征在于，所述高温通道(2)具有密封阀门(21)，所述密封阀门(21)打开时供所述传输部(31)伸入所述高温通道(2)。
4.根据权利要求3所述的半导体集成加工设备，其特征在于，所述半导体集成加工设备包括驱动腔室(3)，所述驱动部(32)设置在所述驱动腔室(3)中，所述密封阀门(21)位于所述驱动腔室(3)与所述高温通道(2)之间。
5.根据权利要求1所述的半导体集成加工设备，其特征在于，所述保温装置包括保温层和/或加热组件。
6.根据权利要求1所述的半导体集成加工设备，其特征在于，所述半导体集成加工设备包括冷却组件，用于冷却所述高温通道(2)的外壁。
7.根据权利要求1所述的半导体集成加工设备，其特征在于，所述驱动部(32)上设置有伸缩组件，所述传输部(31)设置在所述伸缩组件上。
8.根据权利要求1所述的半导体集成加工设备，其特征在于，所述传输部(31)为用于承载基片的石英手指。
9.一种半导体加工方法，其特征在于，包括：按照预定加工工序，将基片送入工艺室进行加工，完成加工后将基片从工艺室中移动到高温通道，沿所述高温通道将基片送入下一个工艺室进行下一步加工。
10.根据权利要求9所述的半导体加工方法，其特征在于，按照预定加工工序完成全部加工工艺后，将基片从工艺室中取出，置于高温通道中冷却。
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