專利名稱：適用于批處理式離子注入機(jī)的陪片循環(huán)再生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于批處理式離子注入機(jī)的陪片循環(huán)再生方法。
背景技術(shù)：
離子注入摻雜是半導(dǎo)體制造過程中的關(guān)鍵工藝之一。離子注入在離子注入機(jī)上進(jìn)行。批處理式離子注入機(jī)由于其高產(chǎn)出而常應(yīng)用于半導(dǎo)體的重?fù)诫s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(dāng)產(chǎn)品片不足時， 設(shè)備會自動充填陪片，以湊足13或17枚晶片。陪片通常使用干凈的裸硅片，其使用次數(shù)受以下因素的限制1、顆粒性能。由于陪片要和產(chǎn)品片混合作業(yè)，為了避免陪片被顆粒沾污，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(jī)在傳片動作中是靠光檢知器發(fā)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，以利于被光檢知器檢知。但是，在陪片和產(chǎn)品片混合作業(yè)過程中，產(chǎn)品片上的光刻膠揮發(fā)物會逐漸涂覆在陪片表面，使陪片表面因光阻作用而變色，這會導(dǎo)致表面光發(fā)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，由于大劑量重離子的轟擊，陪片原有的晶格結(jié)構(gòu)會遭到破壞而導(dǎo)致陪片變脆，增加傳片動作中與硬質(zhì)搬送部件接觸而碎片的概率。隨著陪片使用次數(shù)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(fēng)險增大等因素而無法繼續(xù)使用，因此，必須定期更換干凈的陪片，以保障設(shè)備良好的工藝性能。目前，通常以一定的使用次數(shù)或者積累劑量來衡量陪片是否達(dá)到交換標(biāo)準(zhǔn)，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(dǎo)致了較高的生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種適用于批處理式離子注入機(jī)的陪片循環(huán)再生方法，它可以降低半導(dǎo)體材料的生產(chǎn)成本。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的批處理式離子注入機(jī)的陪片循環(huán)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(dá)到預(yù)定頻度后，用酸液清洗掉所述氧化膜；3)重復(fù)步驟1)至2)。較佳地，所述氧化膜采用PECVD工藝生成。較佳地，在所述步驟幻之前，還包括有對經(jīng)過步驟1)處理后的陪片進(jìn)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(fā)明的陪片循環(huán)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(zhì)離子停留在氧化膜里面，使用完畢后再去除氧化膜，并生成新的氧化膜，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(huán)使用，從而滿足了量產(chǎn)機(jī)臺對陪片的批量需求，極大地降低了半導(dǎo)體材料的生產(chǎn)成本。


下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖1是本發(fā)明實施例的陪片循環(huán)再生流程圖；圖2是四種摻雜離子在本發(fā)明的氧化膜中的穿透深度與該離子能量的關(guān)系圖；圖3是本發(fā)明的陪片采用不同處理方式時的腔體真空度對比圖；圖4是本發(fā)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(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特點與功效有更具體的了解，現(xiàn)結(jié)合附圖及本發(fā)明的較佳實施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明本實施例使用普通的干凈裸硅片作為離子注入時的充填陪片。陪片的循環(huán)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(jìn)行預(yù)清洗，以去除裸片表面的顆粒。然后，利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)在裸片表面成長一層氧化膜——二氧化硅(SiO2),具體反應(yīng)為TE0S+02 = Si02+N2上述反應(yīng)式中，TEOS為正硅酸乙酯，O2和隊分別是氧氣和氮氣。使用PECVD可以比常壓化學(xué)氣相沉積法(APCVD)獲得更加致密的膜質(zhì)，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(zhì)量，延長陪片的使用壽命。所述氧化膜的厚度設(shè)定為1微米，此厚度足以保證被注入的雜質(zhì)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(zhì)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硅膜中的摻雜深度，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(jìn)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，對成膜后的陪片進(jìn)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(zhì)更致密，這同樣有助于提高陪片的質(zhì)量，延長陪片的使用壽命。圖3顯示了對陪片采用不同的處理工藝，對腔體真空度的影響，圖中從左至右依次為采用APCVD成膜且不經(jīng)過RTA處理、采用PECVD成膜且不經(jīng)過RTA處理以及采用PECVD 成膜并經(jīng)過RTA處理，三種處理方式下的腔體平均真空度(即圖中數(shù)據(jù)帶左側(cè)三條橫線中的中間那條橫線所對應(yīng)的真空度值，其他線條用于表示所采集真空度數(shù)值的范圍)依次減小，即采用PECVD工藝成膜并對成膜后的陪片進(jìn)行RTA處理，可以獲得最好的腔體真空度。
陪片使用達(dá)到預(yù)定頻度后，對陪片進(jìn)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(jìn)行預(yù)清洗，然后，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(yīng)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?？涛g完成后，再重復(fù)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(huán)進(jìn)行，即可實現(xiàn)反復(fù)使用同一批陪片的目的。圖4顯示了本發(fā)明的陪片在首輪使用周期(此時為未經(jīng)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(shù)的增加，陪片的表面顆粒呈增加趨勢，而經(jīng)過再生處理后，陪片表面又恢復(fù)了良好的顆粒性能，可見，本發(fā)明確能實現(xiàn)陪片循環(huán)使用的目的。
權(quán)利要求
1.一種適用于批處理式離子注入機(jī)的陪片循環(huán)再生方法，其特征在于，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(dá)到預(yù)定頻度后，用酸液清洗掉所述氧化膜；3)重復(fù)步驟1)至2)。
2.如權(quán)利要求1所述的陪片循環(huán)再生方法，其特征在于所述氧化膜采用PECVD工藝生成。
3.如權(quán)利要求1所述的陪片循環(huán)再生方法，其特征在于所述氧化膜的厚度不小于摻雜離子在該氧化膜中的穿透深度。
4.如權(quán)利要求2或3所述的陪片循環(huán)再生方法，其特征在于所述氧化膜的厚度為1微米。
5.如權(quán)利要求1所述的陪片循環(huán)再生方法，其特征在于所述步驟1)之前，還包括以下步驟對陪片使用SPM和APM溶液進(jìn)行預(yù)清洗，去除陪片表面的顆粒。
6.如權(quán)利要求1所述的陪片循環(huán)再生方法，其特征在于所述步驟2)之前，還包括以下步驟對經(jīng)過步驟1)處理后的陪片進(jìn)行快速熱退火處理。
7.如權(quán)利要求6所述的陪片循環(huán)再生方法，其特征在于所述熱退火處理所使用的溫度不低于1000攝氏度。
8.如權(quán)利要求1所述的陪片循環(huán)再生方法，其特征在于所述酸液的配比是HF NH4F =4% 20% (體積比)，剩下的76%為含有活性劑的水。
9.如權(quán)利要求1所述的陪片循環(huán)再生方法，其特征在于所述步驟2)中，在用酸液清洗前，先用SPM和APM溶液對陪片進(jìn)行預(yù)清洗。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于批處理式離子注入機(jī)的陪片循環(huán)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(dá)到預(yù)定頻度后，用酸液清洗掉陪片表面的氧化膜；3)重復(fù)步驟1)至2)。該陪片循環(huán)再生方法可以降低半導(dǎo)體材料的生產(chǎn)成本。陪片表面成膜后，在使用時，注入的雜質(zhì)離子就僅停留在薄膜里面，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后去除，并重新生成，從而實現(xiàn)了陪片循環(huán)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(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者施向東, 鄭剛, 陳立鳴 申請人:上海華虹Nec電子有限公司