阅读说明：本技术 提高等离子体离子注入机机台产能的方法及设备 (Method and equipment for improving production capacity of plasma ion implanter machine ) 是由 刘铁 于 2018-06-07 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种提高等离子体离子注入机机台产能的方法及设备,其中该方法包括步骤S1、将预抽真空室一、传送室及处理室一通入工艺气体,再打开预抽真空室一与传送室之间的隔离阀一；S2、将晶圆从预抽真空室一,穿过隔离阀一传入传送室；S3、打开传送室与处理室一之间的隔离阀二；S4、将晶圆从传送室,穿过隔离阀二传入处理室一；S5、关闭传送室与处理室一之间的隔离阀二；S6、对处理室一内的晶圆用工艺气体进行等离子体离子注入处理；S7、重新打开传送室与处理室一之间的隔离阀二；S8、将晶圆从处理室一传回传送室；S9、再将晶圆从传送室传回预抽真空室一。本发明通过对设备操作方法及工艺的改进,节省了工艺时间,可以提高机台产能约30％。(The invention provides a method and equipment for improving the machine productivity of a plasma ion implanter, wherein the method comprises the steps of S1, introducing process gas into a first pre-vacuumizing chamber, a first conveying chamber and a first processing chamber, and then opening a first isolating valve between the first pre-vacuumizing chamber and the first conveying chamber; s2, transferring the wafer from the first pre-vacuuming chamber to the transfer chamber through the isolation valve; s3, opening a second isolation valve between the transfer chamber and the first processing chamber; s4, transferring the wafer from the transfer chamber to the first processing chamber through the second isolation valve; s5, closing a second isolation valve between the transfer chamber and the first processing chamber; s6, carrying out plasma ion implantation treatment on the wafer in the first processing chamber by using the process gas; s7, reopening a second isolation valve between the transfer chamber and the first processing chamber; s8, transferring the wafer from the processing chamber to the transfer chamber; s9, the wafer is then transferred from the transfer chamber back to the first pre-vacuum chamber. The invention saves the process time and can improve the productivity of the machine by about 30 percent by improving the equipment operation method and the process.)

提高等离子体离子注入机机台产能的方法及设备

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，特别涉及等离子体离子注入机，具体为一种提高等离子体离子注入机机台产能的方法及设备。

背景技术

在电子工业中，离子注入成为了微电子工艺中的一种重要的掺杂技术，也是控制MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)阈值电压的一个重要手段。因此在当代制造大规模集成电路中，可以说是一种必不可少的手段。离子注入的优点是能精确控制杂质的总剂量、深度分布和面均匀性，而且是低温工艺(可防止原来杂质的再扩散等)，同时可实现自对准技术(以减小电容效应)。

等离子体离子注入机主要用来进行低能量高剂量的离子注入，主要应用在DRAM(动态随机存取存储器)产品制造工艺中。与其它离子束注入机相比，等离子体注入机的工艺时间较长，机台产能偏低，造成生产成本增加，生产周期延长。

中国专利(申请公布号：CN 103137447 A)公开了一种离子注入机，包括电源系统、反应腔室、预抽腔室、真空控制系统、送片系统及送气系统。所述真空控制系统分别与所述反应腔室、所述预抽腔室连接；所述反应腔室与所述预抽腔室连接；所述送片系统用于将硅片从所述预抽腔室运输至所述反应腔室，并将硅片运输至所述反应腔室内的离子反应位置；所述送气系统用于向所述反应腔室通入反应与吹扫气体。本发明舍弃了原有离子注入机的注入方式，去除了质量分析、离子束聚焦与扫描系统等复杂的结构，提供了一种结构简单可用于大面积注入的离子注入机。

中国专利(授权公告号：CN 104106124 B)公开了一种具有等离子体电源(P)和衬底电源(PS)的离子注入机的控制方法，该衬底电源包括：发电机(HT)、在所述发电机和该衬底电源的输出端子之间连接的第一断路器(SW1)、在所述输出端子和一个中性端子之间连接的第二断路器(SW2)，所述方法包括注入阶段(-D)和中和阶段(E-H)。该方法还包括与所述注入阶段和所述中和阶段部分重叠的释放阶段(C-F)，在该释放阶段期间所述等离子体电源为去激励状态。另外，所述中和阶段包括用于关闭第二断路器的预备步骤(E-F)，该预备步骤后跟有用于激励等离子体电源(AP)的消除步骤(F-G)。

但是上述公开的专利都不能解决现有技术中等离子体离子注入机工艺流程过长，机台产能过低的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高等离子体离子注入机机台产能的方法及设备，通过设备改进和工艺方法优化，解决现有技术存在的问题。为实现上述技术目的，本发明采取的具体的技术方案为：一种提高等离子体离子注入机机台产能的方法，包括如下步骤：

S1、提供一种等离子体注入机设备，所述等离子体注入机设备包括：预抽真空室、传送室和处理室，所述预抽真空室包括预抽真空室一；所述传送室设置于所述预抽真空室一的一侧，所述预抽真空室一与所述传送室间设有隔离阀一；所述处理室设置于所述传送室相对于所述预抽真空室一的另一侧，所述处理室包含处理室一；所述传送室与所述处理室一间设有隔离阀二；所述等离子体注入机设备还包括加气装置，所述加气装置至少连接于所述传送室和所述预抽真空室的任一者；S1步骤包括：所述预抽真空室一内载入有晶圆，再向所述预抽真空室一、所述传送室及所述处理室一中通入工艺气体，使得所述预抽真空室一、所述传送室及所述处理室一形成一个充入所述工艺气体且与外部隔绝的封闭空间，再打开所述预抽真空室一与所述传送室之间的所述隔离阀一；

S2、将所述晶圆从所述预抽真空室一，穿过所述隔离阀一传入所述传送室；

S3、打开所述传送室与所述处理室一之间的所述隔离阀二；

S4、将所述晶圆从所述传送室，穿过所述隔离阀二传入所述处理室一；

S5、关闭所述传送室与所述处理室一之间的所述隔离阀二；

S6、对所述处理室一内的所述晶圆用所述工艺气体进行等离子体离子注入处理；

S7、重新打开所述传送室与所述处理室一之间的所述隔离阀二；

S8、将经过等离子体注入处理后的所述晶圆从所述处理室一传回所述传送室；

S9、再将经过等离子体注入处理后的所述晶圆从所述传送室传回所述预抽真空室一；

其中，前述步骤S2至前述步骤S9的过程中，所述预抽真空室一与所述传送室仍保持充入所述工艺气体的一个或一个以上的封闭空间。

作为本发明改进的技术方案，步骤S1中先向所述预抽真空室一通入所述工艺气体，再向所述传送室中通入所述工艺气体，随后再向所述处理室一通入所述工艺气体。

作为本发明改进的技术方案，步骤S1中所述预抽真空室一和所述传送室中通入所述工艺气体的压力相同。

作为本发明改进的技术方案，步骤S1中所述处理室一内所述工艺气体压力与所述预抽真空室一和所述传送室内所述工艺气体压力相同。

作为本发明改进的技术方案，所述工艺气体至少包含三氟化硼、二硼烷中的任一种。

作为本发明改进的技术方案，所述步骤S6中离子注入制程中所述工艺气体压力介于

作为本发明改进的技术方案，所述预抽真空室还包括预抽真空室二，设置于所述传送室相同于所述预抽真空室一的同一侧，所述预抽真空室二与所述传送室间还设有隔离阀三，所述处理室还包括处理室二，所述处理室二与所述处理室一并列设置在所述传送室的同一侧，所述处理室二与所述传输室间设有隔离阀四，所述方法还包括如下步骤：

S10、所述预抽真空室二中载入有所述晶圆，所述预抽真空室二、所述传送室及所述处理室二通入所述工艺气体，打开所述预抽真空室二与所述传送室之间的所述隔离阀三；

S11、将所述晶圆从所述预抽真空室二，穿过所述隔离阀三传入所述传送室；

S12、打开所述传送室与所述处理室二之间的所述隔离阀四；

S13、将所述晶圆从所述传送室，穿过所述隔离阀四传入所述处理室二；

S14、关闭所述传送室与所述处理室二间的所述隔离阀四；

S15、对所述处理室二内的所述晶圆用所述工艺气体进行等离子体离子注入处理；

S16、重新打开所述传送室与所述处理室二之间的所述隔离阀四；

S17、将经过等离子体注入处理后的所述晶圆从所述处理室二传回所述传送室；

S18、再将经过等离子体注入处理后的所述晶圆从所述传送室传回所述预抽真空室二。

本发明还提供一种等离子体注入机设备，包括：

预抽真空室，所述预抽真空室包括预抽真空室一；

传送室，设置于所述预抽真空室一的一侧，所述预抽真空室一与所述传送室间设有隔离阀一；

处理室，设置于所述传送室相对于所述预抽真空室一的另一侧，所述处理室包含处理室一；所述传送室与所述处理室一间设有隔离阀二；以及

加气装置，所述加气装置至少连接于所述传送室和所述预抽真空室的任一者。

作为本发明改进的技术方案，所述预抽真空室还包括预抽真空室二，所述预抽真空室二设置于所述传送室相同于所述预抽真空室一的同一侧，所述预抽真空室二与所述传送室间还设有隔离阀三。

作为本发明改进的技术方案，所述处理室还包括处理室二，所述处理室二与所述处理室一并列设置在所述传送室的同一侧，所述处理室二与所述传输室间设有隔离阀四。

作为本发明改进的技术方案，所述预抽真空室相对于所述传送室的另一端设有装载室。

有益效果

本发明通过对等离子体注入机设备操作方法及工艺的改进，对预抽真空室、传送室和处理室预充工艺气体，形成一个封闭的气体空间，这样可以省掉处理室充气和抽真空的时间，与现有技术相比可以节省时间约13秒/片，在离子注入工艺流程时间为25秒/片的情况下，可以提高机台产能约30％。由于本发明节约了大量工艺时间，从而可以进一步缩短晶圆产品生产周期，也即在同等数量等离子体注入机设备，可以在相同时间内生产出更多的晶圆产品，大大提高了企业晶圆生产的产能。

另一方面，由于在相同时间段，生成相同数量晶圆产品需要的等离子体注入机设备的数量必然减少，从而节省等离子体注入机设备采购费用。

附图说明

图1绘示本发明实施例提供的一种提高等离子体离子注入机机台产能的方法的工艺流程图。

图2绘示现有技术中等离子体离子注入机设备工艺流程示意图。

图3绘示本发明实施例提供的一种提高等离子体离子注入机机台产能的方法的工艺流程示意图。

图4绘示本发明实施例提供的一种等离子体离子注入机设备的结构示意图。

图5a绘示本发明实施例中加气装置第一种设置方式示意图。

图5b绘示本发明实施例中加气装置第二种设置方式示意图。

图5c绘示本发明实施例中加气装置第三种设置方式示意图。

图5d绘示本发明实施例中加气装置第四种设置方式示意图。

其中，100、装载室；201、预抽真空室一；202、预抽真空室二；301、隔离阀一；302、隔离阀二；303、隔离阀三；304、隔离阀四；400、传送室；501、处理室一；502、处理室二；600、晶圆；701、加气装置一；702、加气装置二；703、加气装置三；704、加气装置四；705、加气装置五。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

现有技术中步骤繁琐，见图2，图2绘示为现有技术中等离子体注入机设备工艺流程示意图，具体工艺步骤包括：

A1、对所述预抽真空室一201进行抽真空处理；

A2、打开所述预抽真空室一201与所述传送室400间的所述隔离阀一301；

A3、将所述晶圆600通过所述隔离阀一301传入所述传送室400；

A4、打开所述传送室400与处理室一501间的所述隔离阀二302；

A5、将所述晶圆600通过所述隔离阀二302传入所述处理室一501；

A6、关闭所述传送室400)与所述处理室一501间的所述隔离阀二302；

A7、将所述处理室一501充入所述工艺气体；

A8、对所述晶圆600进行离子注入工艺处理；

A9、将经过等离子工艺处理后的所述处理室一501抽真空；

A10、打开所述传送室400与所述处理室一501间的所述隔离阀二302；

A11、将经过等离子处理后的所述晶圆600通过所述隔离阀二302传回所述传送室400；

A12、将经过等离子处理后的所述晶圆600通过所述隔离阀一301传回预抽真空室一201。

现有技术中所述晶圆600放入所述预抽真空室一201后，将所述预抽真空室一201先进行抽真空处理，这时所述晶圆600从所述预抽真空室一201，经过所述传送室400，再到所述处理室一501，都是出于真空状态下，要想对运输到所述处理室一501内的所述晶圆600进行等离子体处理，必须先将所述处理室一501和所述传送室400之间的所述隔离阀二302关闭后再向处理室一501充入所述工艺气体，而当经过等离子体工艺处理后，又要将处理室一501内进行抽真空处理，使其恢复到工艺处理前的真空状态，这里处理室一501充气和抽真空的时间较长，并且对整个等离子体处理工艺没有贡献，因此需要进一步改进。

实施例1

为了改善现有技术中的不足，本发明提供一种提高等离子体离子注入机机台产能的方法，如图1和图3所示，图1和图3分别绘示为该方法的工艺流程图及该方法工艺流程示意图，包括如下步骤：

S1、提供一种等离子体注入机设备，所述等离子体注入机设备包括：预抽真空室、传送室400和处理室，所述预抽真空室包括预抽真空室一201；所述传送室400设置于所述预抽真空室一201的一侧，所述预抽真空室一201与所述传送室400间设有隔离阀一301；所述处理室设置于所述传送室400相对于所述预抽真空室一201的另一侧，所述处理室包含处理室一501；所述传送室400与所述处理室一501间设有隔离阀二302；所述等离子体注入机设备还包括加气装置，所述加气装置至少连接于所述传送室400和所述预抽真空室的任一者；S1步骤包括：所述预抽真空室一201内载入有晶圆600，再将所述预抽真空室一201、所述传送室400及所述处理室一501通入工艺气体，使得所述预抽真空室一201、所述传送室400及所述处理室一501形成一个充入所述工艺气体且与外部隔绝的封闭空间，再打开所述预抽真空室一201与所述传送室400之间的所述隔离阀一301；

具体的，可以先向所述预抽真空室一201通入所述工艺气体，再向所述传送室400通入所述工艺气体，随后再向所述处理室一501中通入所述工艺气体，其中所述气体可以至少包含三氟化硼、二硼烷中的任一种，另外，优选的，所述预抽真空室一201和所述传送室400中气体压力相同；更优选的，所述处理室一501内所述工艺气体压力与所述预抽真空室一201和所述传送室400内所述工艺气体压力相同，这样便于传送晶圆600，且将所述晶圆600在相同的环境下运输到所述处理室，以保障所述晶圆600在进行下一步工艺前表面状态恒定。

S2、将所述晶圆600从所述预抽真空室一201，穿过所述隔离阀一301传入所述传送室400；

S3、打开所述传送室400与所述处理室一501之间的所述隔离阀二302；

S4、将所述晶圆600从所述传送室400，穿过所述隔离阀二302传入所述处理室一501；

S5、关闭所述传送室400与所述处理室一501之间的所述隔离阀二302；

S6、对所述处理室一501内的所述晶圆600用所述工艺气体进行等离子体离子注入处理；其中离子注入制程中所述工艺气体压力可以介于

S7、重新打开所述传送室400与所述处理室一501之间的所述隔离阀二302；

S8、将经过等离子体注入处理后的所述晶圆600从所述处理室一501传回所述传送室400；

S9、再将经过等离子体注入处理后的所述晶圆600从所述传送室400传回所述预抽真空室一201；

其中，前述步骤S2至前述步骤S9的过程中，所述预抽真空室一201与所述传送室400仍保持充入所述工艺气体的一个或一个以上的封闭空间。

另外，如图4所示，前述等离子体注入机设备中所述预抽真空室还可以包括预抽真空室二202，设置于所述传送室400相同于所述预抽真空室一201的同一侧，所述预抽真空室二202与所述传送室400间还可以设有隔离阀三303，所述处理室还可以包括处理室二502，所述处理室二502与所述处理室一501并列设置在所述传送室400的同一侧，所述处理室二502与所述传输室400间可以设有隔离阀四304，在进行步骤S1-S9的同时，还可以进行如下步骤：

S10、所述预抽真空室二202中载入有所述晶圆600，所述预抽真空室二202、所述传送室400及所述处理室二502通入所述工艺气体，打开所述预抽真空室二202与所述传送室400之间的所述隔离阀三303；

S11、将所述晶圆600从所述预抽真空室二202，穿过所述隔离阀三303传入所述传送室400；

S12、打开所述传送室400与所述处理室二502之间的所述隔离阀四304；

S13、将所述晶圆600从所述传送室400，穿过所述隔离阀四304传入所述处理室二502；

S14、关闭所述传送室400与所述处理室二502间的所述隔离阀四304；

S15、对所述处理室二502内的所述晶圆600用所述工艺气体进行等离子体离子注入处理；

S16、重新打开所述传送室400与所述处理室二502之间的所述隔离阀四304；

S17、将经过等离子体注入处理后的所述晶圆600从所述处理室二502传回所述传送室400；

S18、再将经过等离子体注入处理后的所述晶圆600从所述传送室400传回所述预抽真空室二202。

由于在进行等离子体工艺处理之前已经对所述预抽真空室、所述传送室400以及所述处理室都提前预充了所述工艺气体()，与现有技术相比，这样可以省掉所述处理室充气和抽真空的时间，可以节省时间约13秒/片，在离子注入工艺流程时间为25秒/片的情况下，可以提高等离子体注入机机台产能约30％，这也必然缩短晶圆600产品生产周期，也即在拥有同等数量等离子体注入机设备的情况下，可以在相同时间内生产出更多的晶圆600产品，从而大大提高了企业晶圆600生产的产能。

实施例2

本发明还提供一种等离子体注入机设备，如图4所示，该设备包括至少一个向该等离子体注入机设备载入晶圆600的装载室100，所述晶圆600经过所述装载室100后，再被传送至预抽真空室，所述预抽真空室包括并列设置的预抽真空室一201和预抽真空室二202，在所述预抽真空室一201和所述预抽真空室二202一侧设有传送室400，所述预抽真空室一201与所述传送室400间设有隔离阀一301，所述预抽真空室二202与所述传送室400间还设有隔离阀三303；所述传送室400相对于所述预抽真空室一201和所述预抽真空室二202的另一侧设有处理室，所述处理室包含处理室一501和处理室二502；所述传送室400与所述处理室一501间设有隔离阀二302，所述处理室二502与所述传输室400间设有隔离阀四304；所述等离子体注入机设备还包括加气装置，所述加气装置连接于所述预抽真空室和所述传送室400中的任一者，或者两者上面都设有所述加气装置，用于向所述预控真空室和所述传送室400通入所述工艺气体。图4中是在所述预控真空室一201上设有加气装置一701，在所述传送室400上设有加气装置二702；在所述处理室一501还设有加气装置三703，其中各加气装置可以两个并一个，也可以三个并一个，有多种组合方法。

本发明所述加气装置的设置可以有多种方式，包括不限于如下设置方法：其中，第一种加气装置设置方式，如图5a所示，不但在所述预抽真空室一201、所述传送室400、以及所述处理室一501分别设置所述加气装置一701、所述加气装置二702、所述加气装置三703、另外还在所述预控真空室二202和所述处理室二502还分别设置加气装置四704和加气装置五705，这种在每个室上都加装加气装置便于操作，充气方便，但是设备成本较高。

本发明还可以选择第二种加气装置设置方式，如图5b所示，所述预抽真空室一201和所述预抽真空室二202共用所述加气装置一701，所述传送室400上单独设置所述加气装置二702，所述处理室一501和所述处理室二502共用加气装置三703，这种方式相比第一种加气装置设置方式，节省了不少加气装置设备费用。

本发明还可以选择第三种加气装置设置方式，如图5c所示，所述预抽真空室一201、所述预抽真空室二202和所述传送室400共用所述加气装置一701，所述处理室一501和所述处理室二502共用加气装置二702，这种方式相比第一种加气装置设置方式和第二种加气装置设置方式，更为节省了加气装置设备费用。

本发明还可以选择第四种加气装置设置方式，如图5d所示，所述预抽真空室一201、所述预抽真空室二202、所述传送室400以及所述处理室一501和所述处理室二502共用所述加气装置一701，这种方式加气装置设备费用最低，但是容易引起所述处理室一501和所述处理室二502中气流不稳定，可能会对等离子体工艺处理产生不利影响。

因此，本发明优选第三种加气装置设置方式，这种加气装置设置方式，一方面预抽真空室一201、预抽真空室二202和所述传送室400共用一个加气装置，所述处理室一501和所述处理室二502共用另外一个加气装置，有利于节省加气装置设备费用，另一方面，所述处理室单独用一个加气装置，有利于所述处理室内气体稳定。

本发明由于设置了所述加气装置，在进行等离子体注入工艺之前，使得所述预抽真空室、所述传送室400及所述处理室处于一个封闭的充满工艺气体的气体空间内，在这个封闭空间内的所述预抽真空室载入有待处理的所述晶圆600，这使得在进行等离子体注入工艺的时候，不用向所述处理室先冲入工艺气体，等处理完成，也不用再将所述处理室抽真空，节省了工艺流程时间，大大加快了工艺流程速度，也即在有限的时间内，能大大提高等离子体离子注入机产能，进一步地，在生产相同数量的产品的同时，需要的等离子体离子注入机机台设备变少，从而降低了等离子体离子注入机采购成本。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。