CN1777984A

CN1777984A - 半导体晶片的实时在线测试

Info

Publication number: CN1777984A
Application number: CN200480010765.8A
Authority: CN
Inventors: 爱德华·齐季尔科夫斯基; 肯尼思·斯蒂普莱斯
Original assignee: QC Solutions Inc
Current assignee: QC Solutions Inc
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2006-05-24
Also published as: WO2004088739A3; EP1611608A2; US6911350B2; TW200507137A; US20040191936A1; WO2004088739A2; JP2006521701A

Abstract

本发明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。

Description

半导体晶片的实时在线测试

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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发明。参照后面结合附图的描述可更好地理解本发明的上述和更多优点，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是示出根据本发明的示例性实施例，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δV_s)与半导体空间电荷容量C_sc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：

{δV}_{s} = \frac{φ (1 - R)}{Kf} q C_{sc}^{- 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δV_s可用测量的信号δV_m来确定，：

Re(δV_s)＝Re(δV_m)-(1+C_L/C_p)+Im(δV_m)·(ω·C_p·R_L)^-1

Im(δV_s)＝Im(δV_m)·(1+C_L/C_p)-Re(δV_m)·(ω·C_p·R_L)^-1

其中Re(δV_s)和Im(δV_s)是电压的实部和虚部，ω是光调制的角频率，C_p是在传感器和晶片之间的电容，以及C_L和R_L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W_d：

W_{d} = \frac{ϵ_{s}}{q} \frac{| Im ({δV}_{s}) |}{φ (1 - R)} \cdot (1 + {[\frac{Re ({δV}_{s})}{Im ({δV}_{s})}]}^{2})

其中φ(1-R)是半导体所吸收的光强，q是基本电荷，以及ε_s是半导体介电常数。

除了空间电荷容量C_sc，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Q_ss、掺杂浓度N_sc、以及表面复合寿命τ。根据如下关系，空间电荷容量C_sc与半导体耗尽层宽度W_d的倒数成比例：

C_{sc} = \frac{ϵ_{s}}{W_{d}}

其中ε_s是半导体介电常数。空间电荷的密度Q_sc进而由如下方程式描述：

Q_sc＝qN_scW_d

其中q是基本电荷，并且空间电荷区域中的净掺杂浓度N_sc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Q_sc由如下表达式给定：

Q_sc＝-Q_ss

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W_d与净掺杂浓度N_sc相关：

W_{d} = \sqrt{\frac{{4 ϵ}_{s} kT \ln (| N_{sc} / n_{i})}{q^{2} | N_{sc} |}}

其中kT是热能，以及n_i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：

\frac{1}{ωτ} = | \frac{Re ({δV}_{s})}{Im ({δV}_{s})} |

最后，在为已离子注入的硅片的情况下，特别是在注入时的情况下，发现载流子寿命与注入损伤成反比。在为很低剂量注入的情况下，自由载流子浓度减少。当为大剂量注入应用时，增加的晶体损伤给出由光载流子寿命而不是由自由载流子浓度支配的光电压信号。在一些情况下，载流子寿命是测量的SPV信号中的主要因素。在使晶片退火之后，取代晶格点注入杂质为从SPV得到的净载流子浓度N_sc作出贡献。对于注入时的p或n型晶片，电荷的缺陷密度是注入剂量/能量的量度。对于已注入的/已退火的硅片，测量的数量给出掺杂浓度，其直接与注入的剂量/能量相关。

简述之，参照图1，用于通过使用感应的表面光电压在制造期间半导体的实时、在线、电特性表示的这种装置10的实施例包括传感器头部组件14、支撑电子器件18、和晶片输送装置22。操作中，晶片输送装置22，例如传送带、机器人臂、晶片卡盘或类似装置，移动晶片28、28′通过制造过程，以及在一个实施例中，在传感器头部组件14下方。

参照图2，传感器头部组件14包括在机动台40上的托架36中安装的探头32。机动台40使探头32沿垂直方向(箭头z)移动，以调节探头32相对于晶片28的垂直位置，精度在0.2μm之内。机械台40附在探测器臂44上。

通过手动(使用调节螺钉46)或者机动(使用例如压电致动器48)调节探测器臂44的倾角，调节探头32的纵轴L-L′以垂直于晶片28的平面。探头32相对于晶片28的垂直位置由来自下面详细描述的电容性位置传感电极的反馈信号来控制。

简而言之，在传感器的周边上设置有三个电容性位置传感电极。为了测量在这些电极中的每个电极与晶片之间的电容，施加70kHz 1V的信号通过连接到这些电极中的每个电极的各10千欧的电阻器。使用前置放大器和锁定放大器测量流过这些电阻器的AC电流。锁定信号由计算机进一步处理，并提供到运动控制板，其进而使用垂直(z轴)机动台将探测器置于离晶片表面预定距离的位置。

参照图3，探头32包括传感器安装组件50，其提供对传感器54的支撑，该传感器通过多个柔性连接器60连接到前置放大器板58。由发光二极管(LED)64发出的光在通过分束器72之前用透镜68校准。

LED 64安装在LED驱动器板74上，该LED驱动器板响应来自参考发光二极管78的信号，(通过前置放大器79)将LED 64的强度控制在由计算机160确定的强度级。来自LED 64的光通过由分束器72部分反射而到达参考光电二极管78。通过分束器72的光在通过传感器安装组件50和照射到接受测试的晶片28上之前，分别通过电路板86和前置放大器板58中的开口80、82。

由晶片28反射的光在被分束器72反射到测量光电二极管92之前，沿刚才描述的光路返回。由晶片28反射的光Φ_R用于检测通过探头32下方的晶片的边缘以及起动测量。根据如下关系，反射光也用于测量晶片28中吸收的光：

Φ＝Φ₀-ΦhdR

其中是Φ₀入射光，其可通过测量从替换晶片28的铝镜反射的光来确定。这样，可确定晶片28的反射系数。尽管以上实施例描述通过分束器来分光，使用光纤来分光的其它实施例也是可能的。

再参照图1，LED 64由来自支撑电子器件18的信号控制，以及探头32返回信号到支撑电子器件。支撑电子器件18包括振荡器100，其提供40kHz调制控制信号104，用作LED控制器62的参考信号，以控制LED驱动器63，其为LED 64提供功率。振荡器100还提供参考信号108到锁定放大器112。来自表面光电压传感器和探头32的测量光电二极管92(通过前置放大器93)的输出信号116是到多路复用器120的输入信号，该多路复用器交替地使每个信号连接到锁定放大器112的输入端。锁定放大器112解调输入信号并将已解调信号提供到另一多路复用器150。多路复用器150在来自锁定放大器112和140的两个输入信号之间切换，将它们连接到数据采集(DAQ)板156，其进而将输入信号数字化，使它们可用于计算机160中的进一步处理。在一可选实施例中，多路复用器150是数据采集板156的一部分。

图4是示出传感器头部32的传感器板的底透视图。多个电极形成在刚性并绝缘的基片200上。在一个实施例中，使用10mm直径熔凝石英片。中心表面光电压电极204检测来自晶片28的信号。中心表面光电压电极204是部分透射的，因此使来自LED或激光器64的光可以到达晶片28。位于基片的周边上的三个其它电极208用于传感传感器头部32在晶片28上方的位置以及用于测量传感器相对于晶片28的表面的平行性。所有电极204、208通过阴罩由氧化铟锡膜的沉积形成。

同样地，用于通过柔性连接器60使传感器与前置放大器电路板58连接的多个电极212，形成在基片200的表面上，该表面与电极204、208相对。薄导电电极218也使用阴罩在基片200的侧壁上沉积，该导电电极使在第一表面上的电极204、208与在第二表面上的它们相应的电极212连接。该沉积避免使用通过基片的通孔，从而保持传感器的平面度优于0.2μm。前电极204、208和侧电极218都可用薄绝缘涂层(例如聚酰亚胺，由旋压形成)保护，以维持传感器的平面度。

电极208用于电容性检测传感器在晶片28上方的位置。再参照图1，用于测量离晶片28的距离的70kHz输入信号124由振荡器128提供到位置电极208。同样的信号还提供给锁定放大器140作为参考信号132。来自三个位置传感电极208中的每个位置传感电极的位置信号146通过前置放大器149作为输入信号提供给多路复用器148。多路复用器148依次在这些信号中的每个信号之间切换，交替地将每个信号连接到锁定放大器140。来自锁定放大器112和140的已解调输出信号是到多路复用器150的输入信号，该多路复用器交替地将每个信号连接到位于包括CPU 164的计算机160中的数据采集板156。同样地，在一可选实施例中，多路复用器150是数据采集板156的一部分。

由CPU 164将位置信号146与对应于传感器54与晶片28之间期望距离的参考值(由测定建立并存储在计算机中)进行比较。这两个值之间的差值对应于传感器晶片偏离期望值的距离，将该差值提供给运动控制板170，其使用机动台40将探头32置于离晶片28预定距离的位置。

操作中，当连续运动的晶片28的边缘越过来自LED或激光器64的强度已调制的光束时，反射光的强度增大，因此增大来自光电二极管92的信号。重复进行反射光的这种测量，并且新值与前值比较。重复进行光强度测量，直到在连续值之间的差值减少到5％以下，这表明整个光束在晶片的平坦部分之内。

该偏差减少触发由表面光电压电极204进行的SPV信号的采集，该采集接下来是由位置电极208进行的电容信号的采集。如果来自不同电极(208)的电容信号相差大于5％，则存储SPV信号但不重新计算。然后重复进行该顺序的所有测量，直到来自不同位置电极(208)的电容降到5％范围以内，这表明电极不接近晶片28的边缘。在该点来自三个定位电极208的电容的平均值用于重新计算SPV信号的所有前值。

重复SPV测量循环，连续测量光强度、SPV信号、和定位电极的电容，直到来自三个定位电极(208)的电容相差大于5％，表明晶片28的相对边缘的接近。在到达晶片28的该点之后，使用先前测量的电容值进行SPV测量。在每个循环中，重复每个值(反射光、SPV信号、电容)的测量，持续10毫秒，并由CPU 164计算平均值。

在一个实施例中，晶片28置于接地卡盘(传送带、机器人臂、或类似装置)178上，该接地卡盘涂有绝缘材料，用于在探头下方、上方、或其它方式传送晶片28，使得探头32的传感器的表面与晶片的表面平行。可选地，输送装置可由DC电压加偏压。在一个实施例中，选择DC偏压在-1000和1000伏之间。尽管图1示出使用接地、绝缘的卡盘22以在探测器组件14下方移动晶片28，但也可仅使用由传感器54提供的电极，而不用使卡盘接地，来提供所有必要的测量。参照图5，如前所述，SPV信号由连接到位于前置放大器电路板58上的运算放大器250的输入端的中心表面光电压电极204接收。运算放大器250的另一输入端通过一个或多个电阻器接地以及连接到运算放大器250的输出端。先前由卡盘提供的后电容性接触，现在由位于传感器的周边上的三个定位电极208来提供，这些定位电极在SPV测量期间连接到地252，而不连接到位于前置放大器电路板58上的电容(电流测量)前置放大器的输入端。

为了测量电容，电极208在地252与位于前置放大器电路板58上的电容前置放大器的输入端之间交替切换。该配置使得用任何类型的晶片支架的无接触测量成为可能。因此，晶片支架不要求接地并且可由绝缘材料制成。

如上所述，对表面掺杂浓度的测量要求在晶片表面形成反型层。在一个实施例中，这是通过使用电晕发生器给晶片28充电以及接着在晶片28上执行表面光电压测量来实现的。特别地，用电晕发生器将晶片28首先充电到反向。N型晶片需要负表面电荷而P型晶片需要正表面电荷。在一个实施例中，电晕发生器包括单金属尖端，例如钨，其位于晶片28上方5mm并在2至3秒时间被偏压到3.5kV。在充电之后，在探测器组件14下方移动晶片28并且执行测量。在测量之后，晶片28在中性充电电晕发生器下方移动或返回到操作在中性放电模式的原始电晕发生器，以使晶片放电。

具有金属尖端或线的简单电晕发生器未考虑晶片表面的受控充电。充电的控制是重要的，因为当在晶片28表面感应反型层要求最小量电荷时，过充电可能损坏晶片表面，并且甚至造成在晶片表面上形成的绝缘外层的电击穿。为了避免使晶片28过充电，在图6a和6b中公开的闭合环路控制的电晕充电配置，控制在晶片的表面上沉积的电荷并因此防止表面损伤。

参照图6a，在接地、绝缘的卡盘22上的晶片28在位于晶片28上方约10mm的电离气源260下方移动。网状、不锈钢、参考电极264置于离晶片28约0.5mm至1mm的距离中。称为差分电势V_diff的，在参考电极264上的电势V_el与用户定义并且计算机产生的参考电压V_ref 268之间的差值被放大，并且其极性在电晕控制模块270内被反向。该电压V_corr被施加到电离气源260。因此，由电晕控制模块270施加到电离气源260的电势V_corr的极性与差动电压的极性相反，并由如下表达式给定：

V_corr＝V_ref-V_el

在充电过程期间对电晕充电的控制不仅能够用于实时控制，而且允许使用较简单的电子电路。在电离气源260、参考电极264、和晶片28之间的离子的存在降低了电路中的等效阻抗，并允许使用放大器(在控制模块270中)，其具有10⁹-10¹⁰欧的输入阻抗。当不在充电期间而在断开电晕之后测量晶片表面的电势时，该输入阻抗比在先前方法中采用的放大器中的阻抗(通常为10¹⁰-10¹⁵欧)低几个数量级。

参照图6b，可通过将参考电压268设置为0，即，接地，来使晶片28放电。可选地，如果使用单独的电晕单元用于晶片的充电和放电，则放电电晕参考电压可永久地连接至地。

参照图7，一种感应(induce)表面反型层的可选方法为用高电压偏压传感器。这种方法要求在传感器的中心电极204和定位电极208上形成绝缘膜230，例如聚酰亚胺。图8示出这种通过电压偏压在晶片28的表面感应反型层的方法。图8示出一电子电路的示意图，该电子电路包括前置放大器，用于测量AC表面光电压；以及到用于如刚才所述的具有聚酰亚胺外层230的传感器的偏压高压电源的连接。传感器54的绝缘外层230允许在制造过程中使用的典型晶片中施加足够高电压(500-1000V)来感应表面反型层。通过气隙将刚性传感器电极204与半导体表面分离的配置，要求电极表面的高级别的平面度。当使用这种高DC电压时，任何边缘或表面粗糙度将增加局部电场以及增强导致电击穿的空气离子化。因此构造在电极与检测电子器件之间的电连接，使得在表面平面度上有最小影响。因此，侧连接218的使用消除了在传感器中形成通孔的要求并维持了传感器的高平面度。由LED 64对晶片28的照射所产生的晶片28(以虚线所示)的空间电荷区中的电流被图示为等效电流源J_h。图中还示出代表在晶片28的表面的载流子复合的等效电阻器R_R和代表空间电荷容量的等效电容器C_sc。C_G代表在晶片28与卡盘22之间的电容，而C_P代表在传感器电极204与晶片28之间的电容。通过10兆欧电阻器R_HV将计算机可控高电压300施加到传感器电极204。传感器电极204还通过高电压电容器C_HV连接到运算放大器250(先前所述)的输入端。电容C_OA(也以虚线所示)代表运算放大器250的输入电容。选择C_HV比C_OA大大约10倍，使得计算Im(δV_s)和Re(δV_s)中用到的C_L接近C_OA。类似地计算Im(δV_s)和Re(δV_s)中用到的R_L接近R_HV。

除了刚才所述形成反型层的方法，也可使用化学处理来形成在晶片28的表面的反型层。该方法尤其适用于p型硅片。因为HF引入正表面电荷，所以HF处理将在p型硅片的表面产生负反型层。在一个实施例中，使将要测试的硅片经受液体或蒸汽形式的氢氟酸与水(1∶100 HF∶H₂O)的混合物。然后将晶片置于探测器组件14下方。在一些过程中，HF处理已是生产程序的一部分，所以探测器组件14仅需要置于HF处理位置后面。

应该注意的是，反型层的形成在测量导电型中是有用的。

因为在一些情况下，由于存在氢或铜，所以进入的晶片显示受主中和，为了恢复在表面的掺杂浓度，在进行SPV测量之后，使被测晶片经受高强度照射(例如，使用250W卤素光源)。

在另一实施例中，如图10中流程图所示，使用SPV测量注入时的(退火前)硅片参数和已注入的/已退火的(退火后)硅片参数的电特性。SPV测量注入时的情况下的晶格损伤以及测量已退火的注入状态下的自由载流子浓度。注入剂量灵敏度，当由SPV信号的相对变化百分数与注入剂量/能量的变化百分数之比来确定时，在0.5至3.0范围内，与高密度测量绘制一起，提供了离子注入均匀性的改良分析。

在一个示例性实施例中，存在硅片，其已接受离子注入或正用离子注入，作为监测过程400的一部分。可通过用掺杂剂402对基片掺杂来执行离子注入，该掺杂剂使用任何普通种类，例如硼(B)、磷(P)、砷(As)、氟(F)、氩(Ar)、铟(In)、或二氟化硼(BF₂)。可使用超低能量(例如小于10keV)离子执行掺杂。在离子注入之后，晶片通常具有离子注入剂量/能量范围。举例来说，低剂量可能在0.1E11-5E12离子/cm²范围内；高剂量可能在5E12-2E15离子/cm²范围内；低能量可能在0.1keV-20keV范围内；以及高能量可能在20keV-10MeV范围内。然后可在注入时(退火前)监测晶片，或者晶片可能在接受监测过程之前被退火，以测量自由载流子浓度。

在一示例性实施例中，当测量注入时的晶片时，在晶片已接受可选离子注入402之后，可对晶片施加可选氟化氢清洗剂414、416，以去除氧化物。例如，可在存在低能量/低剂量的情况下施加可选氟化氢清洗剂。可选地，当晶片表现为低能量/高剂量或者高能量/低剂量时，可在氧化物在离子注入之前被施加到晶片的情况下施加氟化氢清洗剂。如在上述示例性实施例中，然后可在晶片在探测器组件14下方移动之前可选地施加电晕418、420，然后执行测量422。根据一个示例性实施例，在晶片表现为低剂量/低能量的情况下施加电晕。电晕的应用使得能够计算表面复合时间，而如果不对基片施加电晕，则可能计算出少数和多数寿命。在可选电晕的应用之后，晶片在探测器组件14下方移动，并且执行测量以估计损伤，例如对晶格422。注入时的晶片的电特性可通过将进行的测量与典型晶片损伤的已知标准相比较来表征。

如果将在退火之后可选地测量晶片，则在可选离子注入402之后，使用任何标准注入退火过程，例如快速热处理(RTP)或炉内退火412，来使晶片退火412。在退火之后，可对晶片414′、416′施加可选氟化氢清洗剂。根据一个示例性实施例，在施加可选氟化氢清洗剂之后，在晶片的表面上可产生反型层424。举例来说，可如上所述通过施加适当极性的电晕，或通过实施化学处理来产生反型层426。在可选地产生反型层之后，晶片在探测器组件14下方移动，并且执行测量422。

此外，本装置特别适用于密封室环境，例如减压室、用于化学反应气体的室或用于惰性环境的室。整个探测器组件14可置于密封室内部，具有通过压力配件穿过密封室的壁到电子器件的连接。可选地，探测器组件可安装在密封室的壁中，使得传感器位于室的内部，而探测器组件的其余部分位于密封室的外部。

使用AC-SPV方法的过程监测方法学的步骤强调确定晶片之间测量参数的变化，而不是具体晶片参数本身的值。通常，晶片的背表面的电参数的测量不可能不改变前表面，其必须被接触，以完成测量电路。因此，在晶片的背表面上执行的测量通常不用于过程监测。非接触式AC-SPV测量通过测量在晶片的背表面以及前表面上的表面特性而使得过程监测成为可能。如前所述，根据晶片传送系统如何传送晶片到探头，探头可安装在晶片下方、晶片上方、或以其它方式安装，使得传感器表面平行于晶片背表面。此外，可使用两个探头，在晶片的每侧各一个，用于同时表征晶片的前后侧。作为这种方法的一个示例，图9中示出了特征为镜面抛光的前表面上的表面电荷的测量的比较。在同时经受湿洗处理的相同的100mm、p型、(100个)硅片的两个半部上执行测量。在清洁过程的各种阶段，在为一个半部的前(抛光)表面上、和在为另一半部的背(未抛光)表面上测量表面电荷。图9中所示结果表示在前后表面上的表面电荷的同样特性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims

1.一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；

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：

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特性与标准相比较。

16.一种用于在半导体处理期间电表征半导体晶片的装置，所述装置包括：

离子注入机，用于将离子注入所述晶片；

退火炉，用于使所述晶片退火；

头部组件，包括表面光电压电极；

传送器，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所述头部组件的所述表面光电压电极；

光源，产生具有一波长并以一频率调制的光；

检测器，用于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

处理器，其与所述检测器电通信，用于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。

17.根据权利要求16所述的装置，还包括清洗机，用于对所述晶片施加氟化氢清洗剂。

18.根据权利要求16所述的装置，还包括反型层电感器。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述反型层电感器包括电晕。

20.根据权利要求18所述的装置，其中，所述反型层电感器包括化学处理施加器。

21.一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装置，所述装置包括：

退火炉，用于使所述晶片退火；

头部组件，包括表面光电压电极；

传送器，用于传送所述晶片，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所述头部组件的所述表面光电压电极；

光源，产生具有一波长并以一频率调制的光；

处理器，其与所述检测器电气通信，用于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。

22.根据权利要求21所述的装置，还包括清洗机，用于对所述晶片施加氟化氢清洗剂。

23.根据权利要求21所述的装置，还包括反型层电感器。

24.根据权利要求23所述的装置，其中，所述反型层电感器包括电晕。

25.根据权利要求23所述的装置，其中，所述反型层电感器包括化学处理施加器。

26.根据权利要求21所述的装置，其中，所述电特性包括所述晶片的掺杂浓度。

27.一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装置，所述装置包括：

头部组件，包括表面光电压电极；

光源，产生具有一波长并以一频率调制的光；

28.根据权利要求27所述的装置，还包括清洗机，用于对所述晶片施加氟化氢清洗剂。

29.根据权利要求27所述的装置，还包括电晕。

30.根据权利要求27所述的装置，其中，所述处理器通过至少将电特性与标准相比较来计算所述晶片的电特性。