[发明专利]一种半导体工艺中控制晶圆冷却的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于半导体集成电路加工的立式炉设备在工艺过程中对晶圆进行冷却的方法，更具体地，涉及一种根据不同的半导体工艺，采用针对性的控制手段，对立式炉设备工艺降舟阶段的晶圆进行冷却的方法。

背景技术

随着半导体集成电路制造工艺的发展，特征尺寸不断缩小，使芯片的集成度越来越高，对集成电路制造及工艺设备提出了更高的要求，最新的工艺发展越来越受到工艺设备的制约。以立式炉设备来讲，为了保证上述工艺、材料性能的实现，热处理工艺对立式炉设备的指标，如颗粒控制、氧含量控制、升降温速率、稳定性等，提出了更高的要求。另外，在满足工艺性能的前提下，在工业中还需考虑产能的问题，需要高效地完成工艺处理，即增加晶圆产能(Wafer Percent Hour,WPH)。

对于集成电路前道工艺中的立式炉设备来说，晶圆（Wafer）经过工艺处理后，需要达到的一个很重要的工艺指标为颗粒度（Particle，PA）不能超标。颗粒超标对后序工艺处理有很大影响，甚至会引起电路短路或断路。为保证晶圆的颗粒度不超标，一方面需要严格控制整个设备结构的洁净度，另一方面需要尽量减少机械摩擦。

对于立式炉设备，晶圆的传送机构为机械手片叉。为防止机械手片叉在传送晶圆过程中产生摩擦，一方面需要校准好传输参数，另一方面需要保证好晶圆冷却温度、冷却气流量等传输条件达到机械手取片的正常工作范围。

一般晶圆传送机械手可以传输的条件须晶圆温度≤50℃。因此，在立式炉设备中，晶圆经过工艺处理后，从炉管中降舟（Unload）至晶圆承载区域（Loading Area，L/A）时，还需要经过晶圆冷却（Wafer Cooling）步骤。方法是通入作为冷却介质的氮气吹扫，并形成稳定的层流，使晶圆承载区域中的氧气含量达标，并快速有效地降低晶圆温度，以减少晶圆的形变，满足机械手正常取片传输的条件。

立式炉设备通常的工艺包括氧化、低压化学气相沉积(Low Pressure Chemical Vapor Deposition,LPCVD)和低温退火。其中，LPCVD和低温退火工艺对晶圆承载区域中的氧含量要求较高，一般要求氧含量<5ppm，而氧化工艺对晶圆承载区域中的氧含量要求不高。

现有的晶圆冷却方法，一般是在工艺降舟阶段，按照对晶圆承载区域中的氧含量要求较高的LPCVD和低温退火工艺条件，来设定通入氮气的流量。具体是将通入晶圆承载区域中的氮气流量设定为最大，并将冷却风机的风速调到较高水平，在保证氧含量达标的前提下，对晶圆进行持续冷却，直至经检测装置检测，晶圆的冷却状态达到机械手的传输条件。这样的冷却方法，对所需的冷却时间，缺乏定量的考量。

通常，冷却时间的长短，与降舟阶段温度、晶圆温度、保温桶温度和热容以及氮气吹扫流量等多种参数有关。前述现有的晶圆冷却方法，对氧化、LPCVD和低温退火不同的工艺，没有针对影响冷却时间的多种参数，调整冷却条件，而是采用固定不变的相同冷却条件。这种冷却方法的缺陷是，一方面在冷却过程中，当氧含量达到控制目标时，因设定的氮气流量和冷却风速不变，造成氮气过度消耗，特别是对于氧化工艺，其对晶圆承载区域中的氧含量要求并不高，就更增加了对氮气的消耗；另一方面，没有根据影响冷却时间的多种参数的特点，合理调整冷却条件，造成冷却时间的长短无法把握，并得不到控制，其实际的冷却效率较低，从而对晶圆的产能产生不利的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种新的半导体工艺中控制晶圆冷却的方法，通过区分氧化、LPCVD和低温退火三种不同的半导体工艺，先在炉管内对晶圆进行预冷，并根据不同工艺对晶圆承载区域中氧含量的不同要求，设定不同的冷却风量条件，实现对工艺降舟阶段晶圆冷却的有效控制，可快速有效地降低晶圆的温度，缩短冷却时间，从而增加晶圆产能，并明显节约作为冷却介质的氮气资源。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种半导体工艺中控制晶圆冷却的方法，所述半导体工艺是在半导体立式炉中进行的氧化、低压化学气相沉积或低温退火工艺，所述控制晶圆冷却的方法包括以下步骤：

步骤一：在所述半导体工艺的炉管内降温阶段，根据所进行的工艺种类的不同，将所述炉管内温度降低到高低不同的温度区间并稳定；并且，根据不同工艺种类对氧含量要求的不同，将通入所述立式炉晶圆承载区域作为冷却介质的氮气流量控制在高低不同的范围，同时开启风机，调节风速，使承载区域形成稳定的层流气流，用于进行吹扫和冷却晶圆；