本發明涉及半導體離子注入，具體涉及一種應用于離子注入機的低溫注入控制系統及低溫注入控制方法。

背景技術：

1、離子注入是現代集成電路制造中一種非常重要的技術，其利用離子注入機實現半導體的摻雜，即將特定的雜質原子(dopant)以離子加速的方式注入硅半導體晶體內改變其導電特性，并最終形成晶體管結構。半導體器件制造技術與工藝都非常復雜，離子注入摻雜屬于半導體器件制造過程中非常關鍵的一道工藝。離子注入摻雜工藝與常規熱摻雜工藝相比具有高精度的劑量均勻性與重復性，以及橫向擴散小等優點，克服了常規工藝的限制，提高了電路的集成度、速度、成品率和壽命，降低了成本和功耗。

2、隨著半導體領域技術的發展，芯片設計性能提升，對特殊設計芯片需求工藝增加，需要在特定器件特定位置進行摻雜，離子注入根據溫度可分成三種機型，高溫注入機型、常溫的晶圓、低溫注入機型。

3、常溫注入機型無溫度控制系統，將束流直接注入晶圓，由于離子束流速度比較快，當晶圓與離子接觸的瞬間，晶圓會產生熱量，使晶圓溫度增加，離子注入晶圓內部后，由于晶圓存在一定溫度，離子可自由擴散，均勻地分布到晶圓內部，此注入方式國內技術比較成熟。

4、高溫機臺是在常溫機臺增加了加熱系統，先將晶圓加熱到一定溫度，再進行離子注入。此工藝注入的特點是，晶圓溫度較高，注入晶圓內部離子活力較高，自由擴散能力強，離子在晶圓內部分布更加均勻。此注入方式國內技術已突破，技術發展較快，可滿足晶圓注入工藝。

5、低溫機臺同樣是在常溫機臺增加制冷系統，先將晶圓降溫到一定溫度，再進行離子注入。此工藝注入的特點是，晶圓溫度較低，注入晶圓內部離子活力較低，自由擴散能力差，可實現離子定向定位注入功能。此控制工藝是離子注入機工藝空白部分，現離子注入機無法滿足市場對離子注入工藝要求多樣化的需求。

技術實現思路

1、本發明要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種拆裝便捷、穩定性高且有利于提高機臺注入效率的應用于離子注入機的低溫注入控制系統及低溫注入控制方法。

2、為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

3、一種應用于離子注入機的低溫注入控制系統，包括：遠程配電柜、冷源、閥箱、預冷腔體、第一低溫靶盤、吸附電源、低溫靶臺、冷卻環、第二低溫靶盤，第一adio控制器、第二adio控制器、第三adio控制器和工控機；所述遠程配電柜的輸出端口通過動力線纜與冷源連接；所述冷源通過網線和氣體輸送管道與閥箱連接，所述閥箱通過輸出管道分別與預冷腔體和低溫靶臺連接；所述第一低溫靶盤固定在預冷腔體中，并通過輸出線纜與吸附電源連接；所述冷卻環和第二低溫靶盤均固定在低溫靶臺上，且第二低溫靶盤位于冷卻環上方；所述冷源通過控制線纜與第一adio控制器連接，所述閥箱通過控制線纜與第二adio控制器連接，所述吸附電源通過控制線纜與第三adio控制器連接，所述第一adio控制器、第二adio控制器和第三adio控制器分別通過光纖連接工控機的通訊口。

4、作為本發明的進一步改進，所述冷源包括柜體，所述柜體內設有氣體緩沖罐、冷源配電柜以及與冷源配電柜連接的壓縮機、制冷機組、控制閥組、控制輸入端口和供電輸入端口；所述氣體緩沖罐與制冷機組連接，制冷機組與壓縮機配合以產生冷卻氣體，并與輸出氣體端口和回流氣體端口形成氣體回路；所述輸出氣體端口和回流氣體端口分別通過氣體輸送管道與閥箱連接。

5、作為本發明的進一步改進，所述柜體內還設有第一電磁閥、第一安全閥、第一壓力變送器和第一手動儀表閥：第一電磁閥用于冷源降溫過程控制氣體通斷，第一安全閥用于保護氣體回路安全，第一壓力變送器用于實時監測管道壓力并實時控制管道壓力輸出，第一手動儀表閥用于實時監測氣體降溫過程的溫度變化。

6、作為本發明的進一步改進，所述柜體的前面板上設有冷源操作臺和手動操作屏，所述冷源配電柜的一端設置在柜體的前面板上。

7、作為本發明的進一步改進，所述低溫靶臺包括靶臺進氣管、靶臺出氣管、第一冷卻環氣缸、第一溫度傳感器、第二冷卻環氣缸和氣浮軸；所述第一溫度傳感器設置在第二低溫靶盤中，以進行溫度閉環控制；所述氣浮軸固定于低溫靶臺下端，用于支撐低溫靶臺上下運動，所述靶臺進氣管和靶臺出氣管貫穿在氣浮軸，靶臺進氣管和靶臺出氣管的一端連接至冷卻環，靶臺進氣管和靶臺出氣管的一端連接至閥箱，以實現低溫氣體進出冷卻環；所述第一冷卻環氣缸和第二冷卻環氣缸位于冷卻環外側，當系統運行時，第一冷卻環氣缸和第二冷卻環氣缸帶動冷卻環伸出將第二低溫靶盤包裹住，低溫氣體通過冷卻環將第二低溫靶盤及吸附的晶圓降溫。

8、作為本發明的進一步改進，所述冷卻環上設有第一到位傳感器和第二到位傳感器，以用于檢測第一冷卻環氣缸和第二冷卻環氣缸的伸出位移。

9、作為本發明的進一步改進，所述閥箱中設有低溫截止閥、低溫調節閥、冷氣回氣管道、冷氣輸出管道、冷氣輸入端口和冷氣輸出端口，所述冷氣輸入端口和冷氣輸出端口分別連接至冷源，所述冷氣回氣管道和冷氣輸出管道均連接至預冷腔體和低溫靶臺。

10、作為本發明的進一步改進，所述閥箱中還設有溫度傳感器、壓力變送器、加熱器、真空計和控制閥組。

11、作為本發明的進一步改進，所述預冷腔體和低溫靶臺之間設有片庫傳輸部件，以用于實現晶圓傳送；所述片庫傳輸部件包括左片庫、右片庫、右機械手、傳輸定向臺和左機械手，所述左片庫和右片庫設置在離子注入機外部，所述右機械手和左機械手對稱設置在傳輸定向臺兩側，并分別與右片庫和左片庫相對應。

12、作為一個總的技術構思，本發明還提供了一種基于上述應用于離子注入機的低溫注入控制系統的低溫注入控制方法，包括以下步驟：

13、包括以下步驟：

14、步驟s1、工程機開啟冷源制冷，制冷完成后，開啟閥箱分配冷卻氣體；

15、步驟s2、將預冷腔體中的第一低溫靶盤冷卻到設定溫度；

16、步驟s3、將低溫靶臺中的第二低溫靶盤冷卻到設定溫度；

17、步驟s4、通過溫度閉環控制方式將第二低溫靶盤的溫度控制在設定值，然后進行離子注入過程；

18、步驟s5、離子注入完成后，通過機械手傳回片庫，在片庫內部將注入完成的晶圓進行回溫處理，當晶圓溫度達到室溫后，整個注入過程完成。

19、與現有技術相比，本發明的優點在于：

20、本發明的應用于離子注入機的低溫注入控制系統及低溫注入控制方法，通過將遠程配電柜與冷源連接，冷源與閥箱連接，閥箱分別連接預冷腔體和低溫靶臺，第一低溫靶盤固定在預冷腔體中，并連接吸附電源，冷卻環和第二低溫靶盤均固定在低溫靶臺上，冷源、閥箱和吸附電源分別連接至相應的adio控制器，adio控制器連接工控機，即組成了結構緊湊的低溫注入控制系統的主體結構，此系統與常溫機臺系統并行安裝，獨立運行，可單獨拆裝，便于維護。通過預冷腔體可提前將晶圓進行降溫，提高了機臺注入效率，降低了晶圓膨脹帶來的晶圓背部劃傷風險，本發明實現晶了圓降溫達到設定溫度注入，填補了離子注入機缺少工藝，滿足了市場需求。