半导体晶片的实时在线测试制造技术

本发明专利技术公开了一种用于在制造过程期间半导体晶片的实时、在线测试的装置和方法。在一个实施例中，装置包括在半导体晶片加工线内的探测器组件。当每个晶片行进到接近探测器组件时，探测器组件内具有预定波长和调制频率的已调制光源照射到晶片上。探测器组件中的传感器测量由已调制光感应的表面光电压。然后计算机使用感应的表面光电压来确定晶片的各种电特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在制造期间半导体晶片的测试，尤其涉及在集成电路制造期间半导体晶片的实时在线测试。
技术介绍
在制造复杂的集成电路(IC)的过程中，在硅片上有许多单独操作或处理步骤以严格相继的顺序执行。每个这种操作必须被精确控制以保证整个制造过程生产出显示所需电特性的集成电路。通常，仅在完成整个非常昂贵的IC制造过程之后才检测到个别操作的失败。由于先进的IC制造过程的极高成本，这种失败导致集成电路制造者的严重经济损失。因此在制造过程中在错误发生之后立即检测，可以防止注定要出故障的器件的制造的不必要的继续，并因此可大量减少由这种错误产生的经济损失。在半导体器件制造过程中的过程监测依靠对硅片的某些物理和/或化学性质中发生的变化的检查，其中，在该硅片上制造半导体器件。这些变化可能发生在对硅片所进行的各种处理步骤之后，并且由晶片的电特性中的变化来反映。因此，通过在IC制造的过程中监测硅片的选定电特性，可实现对制造过程的有效控制。不是所有已完成的集成电路的电特性都可以基于在部分处理了的晶片上所执行的测量而被预知。然而，在IC制造的过程中，大部分特性可基于对硅片(基片)表面的状况的调查而被直接或间接预知。硅表面的状况对在IC制造期间实施的个别处理步骤的结果非常敏感，因此，对基片表面的电特性的测量可作为有效的工具，通过该测量，可实现对个别处理步骤的结果的监测。对晶片表面的电特性的确定通常要求与晶片表面物理接触，或者在静止晶片上面放置不接触的探测器。在后一种情况中，使用光信号或者高强度电场来干扰半导体的表面和表面附近区域中的电子的平衡分布。通常，偏离平衡的程度是由半导体的表面区域、表面附近区域、和体部的一种或多种电特性的变化所激励。为了获得晶片的整个表面的更完整的图像，可在表面上的多个点进行多个测量。这种过程，称为“测绘(mapping)”，在样品的表面上相对于被测材料移动测量探测器(反之亦然)，在多个位置停留并在移动到下一位置之间在每个位置执行测量。在该过程中，基片不保持连续运动，因此这种方法用在实时在线过程监测中的适用性是受限的。
技术实现思路
本专利技术涉及一种装置和方法，用于对注入时的(退火前)和已注入的/已退火的(退火后)半导体晶片处理的实时、在线监测。在一个实施例中，用离子注入晶片，并且在将所述晶片传送到探测器组件之前使晶片退火，以及将晶片的至少一部分曝光。探测器组件中的传感器测量由已调制光所感应的表面光电压。将来自传感器的信号发送到计算机，然后该计算机使用感应的表面光电压来确定晶片的各种电特性，例如表面电荷、载流子寿命、和自由载流子浓度等。附图说明以权利要求中的特征表示本专利技术。参照后面结合附图的描述可更好地理解本专利技术的上述和更多优点，附图中图1是用于在制造期间半导体的实时、在线、电特性表示的装置的实施例的框图；图2是在晶片传送系统上方位置中的图1所示装置的探测器组件的实施例的透视图；图3是图2所示探测器组件的顶透视剖视图；图4是图3所示探测器组件的传感器板的实施例的底透视图；图5是用于使用前晶片表面耦合测量表面光电压的电路的实施例的示意图；图6a示出用于给晶片充电以在晶片表面产生反型层的电晕控制电路的框图；图6b示出用于使晶片放电的图6a所示电晕控制电路的框图；图7是用于传感器充电和高电压偏压的具有聚酰亚胺涂层的图4所示涂覆过的传感器板的实施例的底透视剖视图；图8是用于使用传感器电极的晶片的高电压偏压的前置放大器电路的实施例的示意图；图9是接受清洁处理的硅片的前和后表面电荷测量的曲线图；以及图10是示出根据本专利技术的示例性实施例，用于监测注入时的(退火前)晶片参数和已注入的/已退火的(退火后)晶片参数的系统的步骤的流程图。具体实施例方式在一个实施例中，执行各种电特性表示的装置利用了在美国专利第4,544,887号中公开的测量在半导体材料的表面的光感生电压(称为表面光电压(SPV))的方法。在该方法中，光束对准半导体材料样品的表面区域，然后测量在表面处光感生的电势变化。选择照射光束的波长短于对应于接受测试的半导体材料的能隙的光的波长。调整光束强度，选择光强和调制频率，使得产生的感应光电压的AC分量与光强成正比以及与调制频率成反比。当在这些条件下进行测量时，表面光电压(SPV)的AC分量(标记为δVs)与半导体空间电荷容量Csc的倒数成比例。当样品的表面被均匀照射时，在表面光电压(SPV)与空间电荷容量之间的关系被给定，在光调制的充分高频率下，关系为δVs=φ(1-R)KfqCsc-1]]>其中φ是入射光子通量，R是半导体样品的反射系数，f是调制光的频率，以及q是基本电荷。常数K对于光强度的方波调制等于4，对于正弦调制等于2π。在上述引用的专利中，仅考虑均匀配置，其中传感器的面积至少与半导体晶片尺寸相同，并且样品的整个面积被均匀照射。当半导体样品的表面仅一部分与传感器耦合时，即，当传感器小于晶片时，并且当该面积中被均匀照射的半导体表面与传感器耦合时，根据以下关系，表面光电压δVs可用测量的信号δVm来确定， Re(δVs)＝Re(δVm)-(1+CL/Cp)+Im(δVm)·(ω·Cp·RL)-1Im(δVs)＝Im(δVm)·(1+CL/Cp)-Re(δVm)·(ω·Cp·RL)-1其中Re(δVs)和Im(δVs)是电压的实部和虚部，ω是光调制的角频率，Cp是在传感器和晶片之间的电容，以及CL和RL分别是电子检测系统的输入电容和电阻。从虚部的符号，可以确定电导类型。如果是为p型材料校准测量，那么如果材料是n型，则虚部的符号将改变。利用上述关系，由下列方程式给定耗尽层宽度WdWd=ϵsq|Im(δVs)|φ(1-R)·(1+[Re(δVs)Im(δVs)]2)]]>其中φ(1-R)是半导体所吸收的光强，q是基本电荷，以及εs是半导体介电常数。除了空间电荷容量Csc，表面光电压的测量还可用于使用下列关系来确定表面电荷密度Qss、掺杂浓度Nsc、以及表面复合寿命τ。根据如下关系，空间电荷容量Csc与半导体耗尽层宽度Wd的倒数成比例Csc=ϵsWd]]>其中εs是半导体介电常数。空间电荷的密度Qsc进而由如下方程式描述Qsc＝qNscWd 其中q是基本电荷，并且空间电荷区域中的净掺杂浓度Nsc在n型材料中是正的而在p型材料中是负的。此外，因为表面电荷密度Qsc由如下表达式给定Qsc＝-Qss所以，表面电荷密度易于由空间电荷密度来确定。此外，如果可在晶片表面产生反型层(inversion layer)，则根据如下关系，在反向情况下的耗尽层厚度Wd与净掺杂浓度Nsc相关Wd=4ϵskTln(|Nsc/ni)q2|Nsc|]]>其中kT是热能，以及ni是半导体中自由载流子的本征浓度。下面揭示在半导体表面形成这种反型层的多种方法。此外，表面复合率也可由SPV确定。在表面的少数载流子的复合寿命τ由如下表达式给定1ωτ=|Re(δVs)Im(&本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在半导体处理期间电表征半导体晶片的方法，所述方法包括以下步骤：在所述晶片上执行离子注入；使所述晶片退火；传送所述晶片，使得在所述半导体处理期间，所述晶片的表面基本上平行于头部组件的表面光电压电极；将所 述晶片的至少一部分暴露给具有一波长并以一频率调制的光；用所述表面光电压电极检测在所述晶片的所述表面响应所述光而感应的光电压；以及由在所述晶片的所述表面所感应的所述光电压来计算所述晶片的电特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-3-28 10/402,6211.一种用于在半导体处理期间电表征半导体晶片的方法，所述方法包括以下步骤在所述晶片上执行离子注入；使所述晶片退火；传送所述晶片，使得在所述半导体处理期间，所述晶片的表面基本上平行于头部组件的表面光电压电极；将所述晶片的至少一部分暴露给具有一波长并以一频率调制的光；用所述表面光电压电极检测在所述晶片的所述表面响应所述光而感应的光电压；以及由在所述晶片的所述表面所感应的所述光电压来计算所述晶片的电特性。2.根据权利要求1所述的方法，还包括对所述晶片施加氟化氢清洗剂的步骤。3.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述晶片的所述表面感应反型层的步骤。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述在所述晶片的所述表面形成反型层的步骤通过对所述晶片施加电晕来实现。5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述在所述晶片的所述表面形成反型层的步骤通过对所述晶片进行化学处理来实现。6.一种用于在半导体处理期间电表征已离子注入的半导体晶片的方法，所述方法包括以下步骤使所述晶片退火；传送所述晶片，使得在所述半导体处理期间，所述晶片的表面基本上平行于头部组件的表面光电压电极；将所述晶片的至少一部分暴露给具有一波长并以一频率调制的光；用所述表面光电压电极检测在所述晶片的所述表面响应所述光而感应的光电压；以及由在所述晶片的所述表面所感应的所述光电压来计算所述晶片的电特性。7.根据权利要求6所述的方法，还包括对所述晶片施加氟化氢清洗剂的步骤。8.根据权利要求6所述的方法，还包括在所述晶片的所述表面感应反型层的步骤。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述在所述晶片的所述表面形成反型层的步骤通过对所述晶片施加电晕来实现。10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述在所述晶片的所述表面形成反型层的步骤通过对所述晶片进行化学处理来实现。11.根据权利要求6所述的方法，其中，所述计算电特性的步骤包括计算所述晶片的掺杂浓度。12.一种用于在半导体处理期间测量已离子注入的半导体晶片的损坏的方法，所述方法包括以下步骤传送所述晶片，使得在所述半导体处理期间，所述晶片的表面基本上平行于头部组件的表面光电压电极；将所述晶片的至少一部分暴露给具有一波长并以一频率调制的光；用所述表面光电压电极检测在所述晶片的所述表面响应所述光而感应的光电压；以及由在所述晶片的所述表面所感应的所述光电压来计算所述晶片的电特性。13.根据权利要求12所述的方法，还包括对所述晶片施加氟化氢清洗剂的步骤。14.根据权利要求12所述的方法，还包括对所述晶片施加电晕的步骤。15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述计算所述晶片的电特性的步骤包括将电...

【专利技术属性】
技术研发人员：爱德华齐季尔科夫斯基，肯尼思斯蒂普莱斯，
申请(专利权)人：QC塞路斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]