適用於批處理式離子注入機的陪片循環再生方法
2023-09-18 18:00:15 9
專利名稱：適用於批處理式離子注入機的陪片循環再生方法
技術領域：
本發明涉及一種適用於批處理式離子注入機的陪片循環再生方法。
背景技術：
離子注入摻雜是半導體製造過程中的關鍵工藝之一。離子注入在離子注入機上進行。批處理式離子注入機由於其高產出而常應用於半導體的重摻雜工藝，其每批次最多能在圓盤上處理13(AXCELIS GSD系列)或17(AMAT Quantum系列)枚晶片，當產品片不足時， 設備會自動充填陪片，以湊足13或17枚晶片。陪片通常使用乾淨的裸矽片，其使用次數受以下因素的限制1、顆粒性能。由於陪片要和產品片混合作業，為了避免陪片被顆粒沾汙，要求陪片具有較好的顆粒性能。2、表面光反射性能。批處理式離子注入機在傳片動作中是靠光檢知器發送光和接受光來判斷晶片位置的，因此，要求陪片具有較好的表面光反射性能，以利於被光檢知器檢知。但是，在陪片和產品片混合作業過程中，產品片上的光刻膠揮發物會逐漸塗覆在陪片表面，使陪片表面因光阻作用而變色，這會導致表面光發射性能降低，使陪片不易被檢知。3、陪片晶格損傷程度。在注入過程中，由於大劑量重離子的轟擊，陪片原有的晶格結構會遭到破壞而導致陪片變脆，增加傳片動作中與硬質搬送部件接觸而碎片的概率。隨著陪片使用次數的增加，陪片就會因表面變色、光反射性能下降、顆粒增多以及碎片風險增大等因素而無法繼續使用，因此，必須定期更換乾淨的陪片，以保障設備良好的工藝性能。目前，通常以一定的使用次數或者積累劑量來衡量陪片是否達到交換標準，而每次交換新陪片需要較高的成本，被換下來的陪片也不能再使用，從而導致了較高的生產成本。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種適用於批處理式離子注入機的陪片循環再生方法，它可以降低半導體材料的生產成本。為解決上述技術問題，本發明的批處理式離子注入機的陪片循環再生方法，包括下列步驟1)在陪片表面成長一層氧化膜，用以阻擋離子注入陪片晶格；2)陪片使用達到預定頻度後，用酸液清洗掉所述氧化膜；3)重複步驟1)至2)。較佳地，所述氧化膜採用PECVD工藝生成。較佳地，在所述步驟幻之前，還包括有對經過步驟1)處理後的陪片進行快速熱退火處理的步驟。所述酸液的配比是HF NH4F = 4% 20% (體積比)，剩下的76%為含有活性劑的水。
本發明的陪片循環再生方法通過在陪片表面成長一層氧化膜作為抗注入層，使被注入的雜質離子停留在氧化膜裡面，使用完畢後再去除氧化膜，並生成新的氧化膜，如此， 避免了陪片在使用過程中受到注入損傷，使陪片可以循環使用，從而滿足了量產機臺對陪片的批量需求，極大地降低了半導體材料的生產成本。
下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明圖1是本發明實施例的陪片循環再生流程圖；圖2是四種摻雜離子在本發明的氧化膜中的穿透深度與該離子能量的關係圖；圖3是本發明的陪片採用不同處理方式時的腔體真空度對比圖；圖4是本發明的陪片在首輪使用周期和五輪再生周期中的顆粒性能圖。
具體實施例方式為對本發明的技術內容、特點與功效有更具體的了解，現結合附圖及本發明的較佳實施例，對本發明做進一步詳細的說明本實施例使用普通的乾淨裸矽片作為離子注入時的充填陪片。陪片的循環再生流程請參閱圖2所示，裸片在作為充填陪片使用前，首先用SPM+APM溶液進行預清洗，以去除裸片表面的顆粒。然後，利用等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)在裸片表面成長一層氧化膜——二氧化矽(SiO2),具體反應為TE0S+02 = Si02+N2上述反應式中，TEOS為正矽酸乙酯，O2和隊分別是氧氣和氮氣。使用PECVD可以比常壓化學氣相沉積法(APCVD)獲得更加緻密的膜質，這不僅可以提高陪片在使用過程中的抗注入能力，還可以使陪片獲得更好的腔體真空度，從而提高陪片的質量，延長陪片的使用壽命。所述氧化膜的厚度設定為1微米，此厚度足以保證被注入的雜質離子能夠停留在這層氧化膜中，不會穿透氧化膜，以避免雜質離子對下層裸片晶格的破壞。圖2顯示了銻 (Sb)、砷(As)、硼(B)、磷(P)四種常見的摻雜離子在不同能量下在二氧化矽膜中的摻雜深度，相同能量下，硼離子在氧化膜中的穿透深度最大，硼離子的能量在300KeV以下時，摻雜深度未超過0. 8微米，而進行離子注入時，離子的能量通常不會超過200KeV，因此，本實施例將氧化膜的厚度定為1微米，已完全能夠抵擋200KeV能量的硼離子。接著，在1000 1100攝氏度以上的高溫下，對成膜後的陪片進行快速熱退火 (rapid thermal annealing, RTA)處理，例如，1100攝氏度高溫下退火20秒鐘，使氧化膜成長過程中形成的氣體分子在高溫的作用下充分釋放掉，以使膜質更緻密，這同樣有助於提高陪片的質量，延長陪片的使用壽命。圖3顯示了對陪片採用不同的處理工藝，對腔體真空度的影響，圖中從左至右依次為採用APCVD成膜且不經過RTA處理、採用PECVD成膜且不經過RTA處理以及採用PECVD 成膜並經過RTA處理，三種處理方式下的腔體平均真空度(即圖中數據帶左側三條橫線中的中間那條橫線所對應的真空度值，其他線條用於表示所採集真空度數值的範圍)依次減小，即採用PECVD工藝成膜並對成膜後的陪片進行RTA處理，可以獲得最好的腔體真空度。
陪片使用達到預定頻度後，對陪片進行再生處理。再生處理時，首先使用SPM+APM 溶液對需要再生的陪片進行預清洗，然後，再使用酸性溶液腐蝕掉陪片表面作為抗注入層的氧化膜，此酸性溶液的配比為氫氟酸(HF)氟化銨(NH4F) = 4% 20% (體積比)，剩下的76%為含有活性劑的水，具體反應為Si02+4HF+2NH4F ^ (NH4) 2SiF6+2H20為了保證刻蝕完全，時間控制在8分鐘左右。刻蝕完成後，再重複前述各步驟，在陪片表面重新成長一層新的氧化膜，如此循環進行，即可實現反覆使用同一批陪片的目的。圖4顯示了本發明的陪片在首輪使用周期(此時為未經過再生的裸片)及五輪再生使用周期中的顆粒性能，每輪使用周期為35天，從圖中可以看出，每輪使用周期中，隨著使用天數的增加，陪片的表面顆粒呈增加趨勢，而經過再生處理後，陪片表面又恢復了良好的顆粒性能，可見，本發明確能實現陪片循環使用的目的。
權利要求
1.一種適用於批處理式離子注入機的陪片循環再生方法，其特徵在於，包括下列步驟1)在陪片表面成長一層氧化膜，用以阻擋離子注入陪片晶格；2)陪片使用達到預定頻度後，用酸液清洗掉所述氧化膜；3)重複步驟1)至2)。
2.如權利要求1所述的陪片循環再生方法，其特徵在於所述氧化膜採用PECVD工藝生成。
3.如權利要求1所述的陪片循環再生方法，其特徵在於所述氧化膜的厚度不小於摻雜離子在該氧化膜中的穿透深度。
4.如權利要求2或3所述的陪片循環再生方法，其特徵在於所述氧化膜的厚度為1微米。
5.如權利要求1所述的陪片循環再生方法，其特徵在於所述步驟1)之前，還包括以下步驟對陪片使用SPM和APM溶液進行預清洗，去除陪片表面的顆粒。
6.如權利要求1所述的陪片循環再生方法，其特徵在於所述步驟2)之前，還包括以下步驟對經過步驟1)處理後的陪片進行快速熱退火處理。
7.如權利要求6所述的陪片循環再生方法，其特徵在於所述熱退火處理所使用的溫度不低於1000攝氏度。
8.如權利要求1所述的陪片循環再生方法，其特徵在於所述酸液的配比是HF NH4F =4% 20% (體積比)，剩下的76%為含有活性劑的水。
9.如權利要求1所述的陪片循環再生方法，其特徵在於所述步驟2)中，在用酸液清洗前，先用SPM和APM溶液對陪片進行預清洗。
全文摘要
本發明公開了一種適用於批處理式離子注入機的陪片循環再生方法，包括步驟1)在陪片表面成長一層氧化膜；2)陪片使用達到預定頻度後，用酸液清洗掉陪片表面的氧化膜；3)重複步驟1)至2)。該陪片循環再生方法可以降低半導體材料的生產成本。陪片表面成膜後，在使用時，注入的雜質離子就僅停留在薄膜裡面，從而避免了陪片晶格受到注入損傷，而陪片表面的氧化膜可以在多次使用後去除，並重新生成，從而實現了陪片循環使用的目的。
文檔編號H01L21/02GK102456543SQ20101051447
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月21日 優先權日2010年10月21日
發明者施向東, 鄭剛, 陳立鳴 申請人:上海華虹Nec電子有限公司