专利名称：适用于批处理式离子注入机的陪片循环再生方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于批处理式离子注入机的陪片循环再生方法。
背景技术：
离子注入掺杂是半导体制造过程中的关键工艺之一。离子注入在离子注入机上进行。批处理式离子注入机由于其高产出而常应用于半导体的重掺杂工艺，其每批次最多能在圆盘上处理13(AXCELIS GSD系列)或17(AMAT Quantum系列)枚晶片，当产品片不足时， 设备会自动充填陪片，以凑足13或17枚晶片。陪片通常使用干净的裸硅片，其使用次数受以下因素的限制1、颗粒性能。由于陪片要和产品片混合作业，为了避免陪片被颗粒沾污，要求陪片具有较好的颗粒性能。2、表面光反射性能。批处理式离子注入机在传片动作中是靠光检知器发送光和接受光来判断晶片位置的，因此，要求陪片具有较好的表面光反射性能，以利于被光检知器检知。但是，在陪片和产品片混合作业过程中，产品片上的光刻胶挥发物会逐渐涂覆在陪片表面，使陪片表面因光阻作用而变色，这会导致表面光发射性能降低，使陪片不易被检知。3、陪片晶格损伤程度。在注入过程中，由于大剂量重离子的轰击，陪片原有的晶格结构会遭到破坏而导致陪片变脆，增加传片动作中与硬质搬送部件接触而碎片的概率。随着陪片使用次数的增加，陪片就会因表面变色、光反射性能下降、颗粒增多以及碎片风险增大等因素而无法继续使用，因此，必须定期更换干净的陪片，以保障设备良好的工艺性能。目前，通常以一定的使用次数或者积累剂量来衡量陪片是否达到交换标准，而每次交换新陪片需要较高的成本，被换下来的陪片也不能再使用，从而导致了较高的生产成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适用于批处理式离子注入机的陪片循环再生方法，它可以降低半导体材料的生产成本。为解决上述技术问题，本发明的批处理式离子注入机的陪片循环再生方法，包括下列步骤1)在陪片表面成长一层氧化膜，用以阻挡离子注入陪片晶格；2)陪片使用达到预定频度后，用酸液清洗掉所述氧化膜；3)重复步骤1)至2)。较佳地，所述氧化膜采用PECVD工艺生成。较佳地，在所述步骤幻之前，还包括有对经过步骤1)处理后的陪片进行快速热退火处理的步骤。所述酸液的配比是HF NH4F = 4% 20% (体积比)，剩下的76%为含有活性剂的水。
本发明的陪片循环再生方法通过在陪片表面成长一层氧化膜作为抗注入层，使被注入的杂质离子停留在氧化膜里面，使用完毕后再去除氧化膜，并生成新的氧化膜，如此， 避免了陪片在使用过程中受到注入损伤，使陪片可以循环使用，从而满足了量产机台对陪片的批量需求，极大地降低了半导体材料的生产成本。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图1是本发明实施例的陪片循环再生流程图；图2是四种掺杂离子在本发明的氧化膜中的穿透深度与该离子能量的关系图；图3是本发明的陪片采用不同处理方式时的腔体真空度对比图；图4是本发明的陪片在首轮使用周期和五轮再生周期中的颗粒性能图。
具体实施例方式为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合附图及本发明的较佳实施例，对本发明做进一步详细的说明本实施例使用普通的干净裸硅片作为离子注入时的充填陪片。陪片的循环再生流程请参阅图2所示，裸片在作为充填陪片使用前，首先用SPM+APM溶液进行预清洗，以去除裸片表面的颗粒。然后，利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在裸片表面成长一层氧化膜——二氧化硅(SiO2),具体反应为TE0S+02 = Si02+N2上述反应式中，TEOS为正硅酸乙酯，O2和队分别是氧气和氮气。使用PECVD可以比常压化学气相沉积法(APCVD)获得更加致密的膜质，这不仅可以提高陪片在使用过程中的抗注入能力，还可以使陪片获得更好的腔体真空度，从而提高陪片的质量，延长陪片的使用寿命。所述氧化膜的厚度设定为1微米，此厚度足以保证被注入的杂质离子能够停留在这层氧化膜中，不会穿透氧化膜，以避免杂质离子对下层裸片晶格的破坏。图2显示了锑 (Sb)、砷(As)、硼(B)、磷(P)四种常见的掺杂离子在不同能量下在二氧化硅膜中的掺杂深度，相同能量下，硼离子在氧化膜中的穿透深度最大，硼离子的能量在300KeV以下时，掺杂深度未超过0. 8微米，而进行离子注入时，离子的能量通常不会超过200KeV，因此，本实施例将氧化膜的厚度定为1微米，已完全能够抵挡200KeV能量的硼离子。接着，在1000 1100摄氏度以上的高温下，对成膜后的陪片进行快速热退火 (rapid thermal annealing, RTA)处理，例如，1100摄氏度高温下退火20秒钟，使氧化膜成长过程中形成的气体分子在高温的作用下充分释放掉，以使膜质更致密，这同样有助于提高陪片的质量，延长陪片的使用寿命。图3显示了对陪片采用不同的处理工艺，对腔体真空度的影响，图中从左至右依次为采用APCVD成膜且不经过RTA处理、采用PECVD成膜且不经过RTA处理以及采用PECVD 成膜并经过RTA处理，三种处理方式下的腔体平均真空度(即图中数据带左侧三条横线中的中间那条横线所对应的真空度值，其他线条用于表示所采集真空度数值的范围)依次减小，即采用PECVD工艺成膜并对成膜后的陪片进行RTA处理，可以获得最好的腔体真空度。
陪片使用达到预定频度后，对陪片进行再生处理。再生处理时，首先使用SPM+APM 溶液对需要再生的陪片进行预清洗，然后，再使用酸性溶液腐蚀掉陪片表面作为抗注入层的氧化膜，此酸性溶液的配比为氢氟酸(HF)氟化铵(NH4F) = 4% 20% (体积比)，剩下的76%为含有活性剂的水，具体反应为Si02+4HF+2NH4F ^ (NH4) 2SiF6+2H20为了保证刻蚀完全，时间控制在8分钟左右。刻蚀完成后，再重复前述各步骤，在陪片表面重新成长一层新的氧化膜，如此循环进行，即可实现反复使用同一批陪片的目的。图4显示了本发明的陪片在首轮使用周期(此时为未经过再生的裸片)及五轮再生使用周期中的颗粒性能，每轮使用周期为35天，从图中可以看出，每轮使用周期中，随着使用天数的增加，陪片的表面颗粒呈增加趋势，而经过再生处理后，陪片表面又恢复了良好的颗粒性能，可见，本发明确能实现陪片循环使用的目的。
权利要求
1.一种适用于批处理式离子注入机的陪片循环再生方法，其特征在于，包括下列步骤1)在陪片表面成长一层氧化膜，用以阻挡离子注入陪片晶格；2)陪片使用达到预定频度后，用酸液清洗掉所述氧化膜；3)重复步骤1)至2)。
2.如权利要求1所述的陪片循环再生方法，其特征在于所述氧化膜采用PECVD工艺生成。
3.如权利要求1所述的陪片循环再生方法，其特征在于所述氧化膜的厚度不小于掺杂离子在该氧化膜中的穿透深度。
4.如权利要求2或3所述的陪片循环再生方法，其特征在于所述氧化膜的厚度为1微米。
5.如权利要求1所述的陪片循环再生方法，其特征在于所述步骤1)之前，还包括以下步骤对陪片使用SPM和APM溶液进行预清洗，去除陪片表面的颗粒。
6.如权利要求1所述的陪片循环再生方法，其特征在于所述步骤2)之前，还包括以下步骤对经过步骤1)处理后的陪片进行快速热退火处理。
7.如权利要求6所述的陪片循环再生方法，其特征在于所述热退火处理所使用的温度不低于1000摄氏度。
8.如权利要求1所述的陪片循环再生方法，其特征在于所述酸液的配比是HF NH4F =4% 20% (体积比)，剩下的76%为含有活性剂的水。
9.如权利要求1所述的陪片循环再生方法，其特征在于所述步骤2)中，在用酸液清洗前，先用SPM和APM溶液对陪片进行预清洗。
全文摘要
本发明公开了一种适用于批处理式离子注入机的陪片循环再生方法，包括步骤1)在陪片表面成长一层氧化膜；2)陪片使用达到预定频度后，用酸液清洗掉陪片表面的氧化膜；3)重复步骤1)至2)。该陪片循环再生方法可以降低半导体材料的生产成本。陪片表面成膜后，在使用时，注入的杂质离子就仅停留在薄膜里面，从而避免了陪片晶格受到注入损伤，而陪片表面的氧化膜可以在多次使用后去除，并重新生成，从而实现了陪片循环使用的目的。
文档编号H01L21/02GK102456543SQ20101051447
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月21日 优先权日2010年10月21日
发明者施向东, 郑刚, 陈立鸣 申请人:上海华虹Nec电子有限公司