参数获取装置、方法、离子注入方法和半导体工艺设备与流程

1.本技术涉及半导体技术领域，具体涉及一种参数获取装置、方法、离子注入方法和半导体工艺设备。


背景技术：

2.随着半导体技术向大规模集成电路(lsi)或超大规模集成电路(vlsi)发展，半导体器件尺寸越来越小，对离子注入等工艺的要求也越来越高，以implant（注入）机台为例进行说明，implant机台主要是以特定的能量，离子质量，特定的角度注入晶圆中形成pn结的机台；这类机台在离子注入的过程中，对剂量要求非常严格，一般要求剂量误差不超多3%，剂量过大或者过少就会造成晶圆报废的后果。
3.在离子注入过程中，由于电压跳动（glitch），导致离子束也随之glitch。当发生较为严重的glitch时，必须暂停注入离子，待离子束稳定后，再进行补打。为了准确补打，必须准确测量出所注入离子束流的高度等工艺参数，以按照这些工艺参数进行补打，才能保证后续补打过程的可靠性。传统的离子注入等半导体工艺方案往往难以实时获取电流密度等工艺相关参数。


技术实现要素：

4.鉴于此，本技术提供一种参数获取装置、方法、离子注入方法和半导体工艺设备，以解决传统的离子注入等半导体工艺方案往往难以实时获取电流密度等工艺相关参数的问题。
5.本技术提供一种参数获取装置，包括：挡板、法拉第杯和电流检测装置，所述挡板包括狭缝；所述挡板设于产生离子束流的离子束源和所述法拉第杯之间，被配置为在垂直于所述法拉第杯的高度方向移动，并阻挡所述离子束流，所述狭缝用于通过部分所述离子束流；所述法拉第杯被配置为在接收所述离子束流时产生电流；所述电流检测装置被配置为检测所述法拉第杯的电流大小，所述电流大小用于表征所述法拉第杯对应的电流密度。
6.可选地，上述参数获取装置还包括连接所述电流检测装置的处理器；所述处理器被配置为预存所述狭缝的尺寸和移动参数，根据所述尺寸和所述移动参数计算所述狭缝与所述法拉第杯之间的重合面积，根据所述电流大小和所述重合面积计算所述电流密度。
7.可选地，所述法拉第杯、所述挡板和/或所述狭缝为长方形。
8.可选地，所述法拉第杯的长大于所述离子束流的高度，宽小于设定宽度。
9.可选地，所述挡板的长大于所述离子束流的宽度，宽大于所述离子束流的高度。
10.可选地，所述狭缝的长小于设定长度，宽大于所述离子束流的高度与tan（θ）之间的比值，θ为狭缝与挡板的长度方向之间所成的角度。
11.可选地，所述处理器还被配置为根据表征所述电流密度与所述重合面积之间的关系获取所述电流密度与所述狭缝的纵向位置之间的第一关系，根据所述第一关系获取所述离子束流的高度。
12.可选地，所述处理器还被配置为从所述第一关系中识别电流密度从0向大于0变化的第一点，以及电流密度从大于0变至0的第二点，根据所述第二点和第一点之间的位置差确定所述离子束流的高度。
13.本技术还提供一种参数获取方法，应用于上述任一种参数获取装置，包括：控制挡板沿长度方向移动，使离子束流通过狭缝进入法拉第杯；获取所述法拉第杯的电流大小；根据所述电流大小获取所述法拉第杯对应的电流密度。
14.可选地，所述根据所述电流大小获取所述法拉第杯对应的电流密度包括：根据所述狭缝的尺寸和移动参数计算所述狭缝与所述法拉第杯之间的重合面积；根据所述电流大小和所述重合面积计算所述电流密度。
15.本技术还提供一种离子注入方法，包括：开启离子束源，发射离子束流，以向待加工晶圆注入离子；在预设时机采用上述任一种参数获取方法获取法拉第杯对应的电流密度，以根据所述电流密度获取注入工艺参数。
16.可选地，上述离子注入方法还包括：在补打开始时，获取最新的注入工艺参数，采用所述最新的注入工艺参数开启所述离子束源，以使所述离子束源采用上一次暂停注入时的注入工艺参数继续向所述待加工晶圆注入离子。
17.可选地，所述注入工艺参数包括离子束流的高度和/或离子密度。
18.本技术还提供一种半导体工艺设备，包括上述任一种参数获取装置。
19.可选地，所述挡板与所述法拉第杯之间具有第一相对位置，所述挡板与待加工晶圆之间具有第二相对位置；所述第一相对位置和所述第二相对位置之间的距离小于或者等于预设距离。
20.本技术提供的参数获取装置、方法、离子注入方法和半导体工艺设备，将挡板设于法拉第杯和离子束源之间，使离子束流可以通过挡板的狭缝进入法拉第杯，法拉第杯产生电流，依据该电流大小快速准确地获取电流密度，从而实现对离子束流中对应工艺参数的监测。
21.上述参数获取装置还采用处理器计算电流密度，可以进一步提高电流密度获取中的效率和可靠性，处理器还可以根据表征电流密度与重合面积之间的关系获取电流密度与狭缝的纵向位置之间的第一关系，根据第一关系获取确定离子束流的高度等工艺参数，以实现对工艺参数的直接监测。
22.此外，法拉第杯、挡板和/或狭缝为长方形，分别具有相对简单的结构和尺寸特征，能够简化计算对应重合面积等中间参数的过程，提高计算效率，从而可以提高电流的获取效率和相关工艺参数的监测效率；法拉第杯、挡板和狭缝的尺寸参数依据离子束流的宽和高等特征设置，在保证电流密度等参数获取过程稳定性的基础上，能够提高相关计算精度，从而进一步提高相应参数的获取精度。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是离子束流对应的补打过程示意图；图2是采用薄层电阻法示出的晶圆示意图；图3是本技术一实施例中参数获取装置结构示意图；图4是本技术另一实施例中参数获取装置结构示意图；图5是本技术一实施例的相关尺寸示意图；图6a、图6b、图6c、图6d和图6e是本技术一实施例的挡板移动过程示意图；图7是本技术一实施例的第四关系示意图；图8是本技术一实施例的第一关系示意图；图9是本技术一实施例中参数获取方法流程示意图。
具体实施方式
25.发明人对离子注入等半导体工艺方案进行研究，发现重新采用离子束流进行对晶圆进行补打时，如果重新调整离子束流的位置容易改变注入晶圆的离子位置等相关离子注入参数，故测量出离子束流的高度等工艺参数也是十分必要的，否则可能出现如图1所示的现象，在离子束流往上偏时，部分注入剂量将会过少，导致对应区域出现少打的问题，在离子束流往下偏时，部分注入剂量过多，导致对应区域出现多打的问题。如图2所示，采用薄层电阻法可以清晰表征出，在对应晶圆中，注入离子剂量过大对应的多打部分和注入离子剂量过少对应的少打部分存在不均匀等问题。因而在离子注入时，准确获取离子束流的高度等工艺参数，有利于控制后续补打等工艺过程中的各项参数，对保证工艺质量具有重要作用。
26.基于上述背景，本技术将挡板设于法拉第杯和离子束源之间，使离子束流可以通过挡板的狭缝进入法拉第杯，法拉第杯产生电流，依据该电流大小快速准确地获取电流密度，从而实现对离子束流中对应工艺参数的监测。
27.下面结合附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
28.本技术第一方面提供一种参数获取装置，参考图3和图4所示，上述参数获取装置包括：挡板110、法拉第杯121和电流检测装置122；挡板110包括狭缝112，狭缝112与挡板110的长度方向可以呈θ角度；所述挡板110设于产生离子束流的离子束源和所述法拉第杯121之间，被配置为在垂直于所述法拉第杯121的高度方向移动，并阻挡所述离子束流，所述狭缝112用于通过部分所述离子束流；所述法拉第杯121被配置为在接收所述离子束流时产生电流；所述电流检测装置122可以连接在所述法拉第杯121和地端之间，被配置为检测所述法拉第杯121的电流大小，所述电流大小用于表征所述法拉第杯121对应的电流密度。
29.具体地，挡板110的长度方向可以垂直于法拉第杯121的高度方向，在电流密度的获取过程中，挡板110沿长度方向移动，离子束流在挡板110移动时，通过狭缝112进入法拉第杯121，法拉第杯121接收离子束流，产生电流，对应的电流密度发生变化，电流密度的变化特征可以进一步表征离子束流的高度和/或离子密度等特征。
30.上述参数获取装置，将挡板110设于法拉第杯121和离子束源之间，这样对应的离子束流可以通过挡板110的狭缝112进入法拉第杯121时，法拉第杯121产生电流，依据该电流，便可以快速准确地获取电流密度，可以实现对离子束流中对应参数的监测。
31.在一个实施例中，上述参数获取装置还可以包括连接所述电流检测装置122的处理器（图中未示出）；所述处理器被配置为预存所述狭缝的尺寸和移动参数，根据所述尺寸和所述移动参数计算所述狭缝112与所述法拉第杯121之间的重合面积，根据所述电流大小和所述重合面积计算所述电流密度，以快速准确地获取电流密度。可选地，狭缝112的尺寸可以包括狭缝的长、宽、与挡板所成角度（如狭缝112与挡板110长度方向之间的角度θ）等参数。狭缝112的移动参数可以包括狭缝112对应的参考点的起始位置和移动速度等参数。
32.在一个实施例中，所述法拉第杯121、所述挡板110和/或所述狭缝112为长方形。其中法拉第杯121为长方形，可以使法拉第杯121具有相对简单的结构和尺寸特征，使其接收离子束流时产生的电流更为规律，提高后续依据电流大小和/或电流密度获取离子束流的高度等工艺参数时的稳定性。挡板110为长方形，使挡板110对离子束流的遮挡功能更为可控。狭缝112为长方形，使狭缝112具有相对简单的结构和尺寸特征，能够简化计算对应重合面积等中间参数的过程，提高计算效率，从而可以提高电流密度的获取效率。
33.在一个示例中，离子束流、法拉第杯121、挡板110和狭缝112的尺寸参数可以参考图5所示，离子束流的宽为w，高为h，法拉第杯121的长为a，宽为b，挡板110的长为y，宽为x，狭缝112的长为c，宽为d，狭缝112与挡板110的长度方向呈θ角度。
34.可选地，法拉第杯121的尺寸参数应在不低于法拉第杯对应的出限情况，使法拉第杯121尽量小，如法拉第杯121的长a大于所述离子束流的高度h，以使法拉第杯121能够在纵向完整地接收离子束流，宽b小于设定宽度（如1mm等等），即尽量小，以在挡板110移动过程中，减小法拉第杯121与狭缝112之间的重合面积，提高相关计算精度，从而提高离子束流高度等参数的获取精度。
35.可选地，挡板110的长y大于离子束流的宽度w，宽x大于离子束流的高度h，以使挡板110阻挡整个离子束流，使法拉第杯121的电流信号能够准确表征接收的离子束流的电流密度分布。
36.可选地，狭缝112的尺寸参数在保证通过的离子束流不低于法拉第杯121出限情况下，可以尽量小，如狭缝的长c小于设定长度（如0.8mm等等），以在挡板110移动过程中，减小法拉第杯121与狭缝112之间的重合面积，提高相关计算精度，从而提高离子束流高度的获取精度，宽d大于离子束流的高度与tan（θ）之间的比值，即d*tan（θ）》h，以使狭缝112的有效高度应大于所检测离子束流的高度，使离子束流在纵向能够完整地通过狭缝112；其中θ为狭缝与挡板的长度方向之间所成的角度。
37.在一个实施例中，对挡板110的移动过程进行详细说明。挡板110沿长度方向的移动过程可以参考图6a至图6e所示，挡板110沿长度方向的位移或者对应参考点的位置可以记为x，在挡板110从离子束流的一侧移向离子束流的另一侧的过程中，法拉第杯121对应的
电流密度变化可以参考图7所示，图7中，横坐标表示挡板110的位置，纵坐标表示电流密度。如图6a所示，在刚开始移动时，狭缝112未与法拉第杯121重合，挡板110遮挡注入法拉第杯121的所有离子束流，此时没有离子束流进入法拉第杯121，法拉第杯121上不产生电流，如图7所示，对应的电流密度为0。随着挡板110移动，参考图6b所示，狭缝112与法拉第杯121具有重合面积，离子束流通过部分重合面积进入法拉第杯121，法拉第杯121开始产生电流，如图7所示，对应的电流密度开始变大。再随着挡板110移动，狭缝112与法拉第杯121之间的重合面积相对稳定，如图6c所示，离子束流通过对应重合面积进入法拉第杯121的大小也相对稳定，如图7所示，这一阶段对应的电流密度也稳定地保持在最高点。再随着挡板110移动，狭缝112与法拉第杯121之间的重合面积开始变小，如图6d所示，离子束流通过重合面积进入法拉第杯121的量也变小，如图7所示，这一阶段对应的电流密度随之变小。再随着挡板110移动，如图6e所示，狭缝112与法拉第杯121之间的重合面积消失，此时没有离子束流通过重合面积进入法拉第杯121，法拉第杯121不产生电流，如图7所示，对应的电流密度为0。
38.在挡板110的移动过程中，挡板110的位置可以表征狭缝112的位置。发明人进一步研究发现，电流密度与重合面积具有对应关系，重合面积根据狭缝112的位置确定，由此可以获取电流密度和狭缝112的位置（挡板110的位置）之间的关系，由于狭缝112的尺寸和姿态（如与挡板110长度方向之间所成的角度等）已知，从而可以换算出狭缝112的纵向位置等参数与电流密度之间的关系，依据狭缝112的纵向位置对应的电流密度变化特征便可以求出离子束流的高度等工艺参数，从而可以实现对注入工艺的工艺参数的监测。这里需要说明的是，狭缝112的位置可以通过狭缝112上的某代表点的位置表征，比如采用狭缝112最上方一点的位置表征狭缝112的位置，或者采用狭缝112的中点位置表征狭缝112的位置等等；相应地，该代表点的横向位置（横向坐标）为狭缝112的横向位置，该代表点的纵向位置（纵向坐标）为狭缝112的纵向位置。
39.基于上述发现，在一个实施例中，所述处理器还被配置为根据表征所述电流密度与所述重合面积之间的关系获取所述电流密度与所述狭缝的纵向位置之间的第一关系，根据所述第一关系获取所述离子束流的高度，以实现对离子束流的高度的监测。
40.在一个示例中，所述处理器还被配置为从所述第一关系中识别电流密度从0向大于0变化的第一点，以及电流密度从大于0变至0的第二点，根据所述第二点和第一点之间的位置差确定所述离子束流的高度，如可以将以第二点和第一点之间的位置差确定为离子束流的高度等等，以更为精确地确定离子束流的高度。例如参考图8所示，图8为依据图7所示的电流密度与挡板位置之间关系得到的第一关系，图8所示的第一关系中，电流密度从0向大于0变化的第一点，横坐标y1=4.00，电流密度从大于0变至0的第二点，横坐标y2=20.00，第二点和第一点之间的位置差为：y2-y1=16，此时离子束流的高度便为16mm（毫米）。
41.在一个示例中，上述处理器可以先根据所述挡板110的移动位置、所述狭缝112的尺寸、所述狭缝112与所述挡板长度方向之间的角度θ计算所述狭缝112与所述挡板长度方向之间的重合面积，获取表征所述电流密度和所述重合面积之间关系的第二关系，和表征所述狭缝纵向位置和所述挡板的移动位置之间关系的第三关系，根据所述第二关系和所述第三关系获取所述第一关系，以保证所获取的第一关系的准确性。
42.具体地，第二关系包括：j=i/s；第三关系包括：y=x*tan（θ）；其中，j表示电流密度，i电流，x表示所述挡板110的移动位置，y表示狭缝纵向位置，s表示狭缝与法拉第杯121之间
的重合面积。具体地，重合面积s与挡板110的移动位置x之间具有对应的函数关系，依据该函数关系和第二关系，本示例可以得出电流密度j与挡板110的移动位置x之间的第四关系，第四关系可以参考图7所示。依据第四关系和第三关系，便可以得到电流密度j与狭缝纵向位置y之间的第一关系，例如图7所示第四关系对应的第一关系可以参考图8所示，图8所示的第一关系中清楚地示出了电流密度j随狭缝纵向位置y的变化特征，依据这些变化特征便可以得到离子束流的高度等离子束流特征。
43.以上参数获取装置，能够依据法拉第杯的电流大小快速准确地获取电流密度，从而实现对离子束流中对应工艺参数的监测；采用处理器计算电流密度，可以进一步提高电流密度等参数获取中的效率和可靠性，处理器还可以获取离子束流的高度等工艺参数，以实现对工艺参数的直接监测；此外，法拉第杯、挡板和/或狭缝为长方形，分别具有相对简单的结构和尺寸特征，能够简化计算对应重合面积等中间参数的过程，提高计算效率，从而可以提高电流的获取效率和相关工艺参数的监测效率。
44.本技术在第二方面提供一种参数获取方法，应用于上述任一实施例所述的参数获取装置，参考图9所示，上述参数获取方法包括：s310，控制挡板沿长度方向移动，使离子束流通过狭缝进入法拉第杯；s320，获取所述法拉第杯的电流大小；s330，根据所述电流大小获取所述法拉第杯对应的电流密度。
45.在一个实施例中，上述根据所述电流大小获取所述法拉第杯对应的电流密度包括：根据所述狭缝的尺寸和移动参数计算所述狭缝与所述法拉第杯之间的重合面积；根据所述电流大小和所述重合面积计算所述电流密度。
46.在一个实施例中，上述参数获取方法还包括：根据表征所述电流密度与所述重合面积之间的关系获取所述电流密度与所述狭缝的纵向位置之间的第一关系；根据所述第一关系获取所述离子束流的高度。
47.在一个示例中，上述根据所述第一关系获取所述离子束流的高度包括：从所述第一关系中识别电流密度从0向大于0变化的第一点，以及电流密度从大于0变至0的第二点，根据所述第二点和第一点之间的位置差确定所述离子束流的高度。
48.以上参数获取方法应用于上述任一实施例所述的参数获取装置，具有上述任一实施例所述的参数获取装置的所有有益效果，在此不再赘述。
49.本技术在第三方面提供一种离子注入方法，包括：s410，开启离子束源，发射离子束流，以向待加工晶圆注入离子；s420，在预设时机采用上述任一实施例所述的参数获取方法获取法拉第杯对应的电流密度，以根据所述电流密度获取注入工艺参数。
50.可选地，上述预设时机可以依据注入工艺参数的监测需求设定，比如每隔一定时段为预设时机，在该预设时机获取对应电流等等。
51.可选地，挡板与法拉第杯之间具有第一相对位置，挡板与待加工晶圆之间具有第二相对位置，上述第一相对位置与第二相对位置一致或者接近，比如法拉第杯和待加工的晶圆位于相同的指定位置，在加工晶圆时，将待加工的晶圆置于指定位置进行加工，在检测
离子束流的高度时，将法拉第杯置于指定位置进行检测，又比如若离子束流具有中轴线，法拉第杯和待加工的晶圆分别对称位于中轴线两侧且贴近中轴线，或者两者均位于中轴线上等等，这样两者相对于离子束流的接收角度等特征一致，在检测离子束流的高度时，法拉第杯能够以类似于晶圆的位置和姿态接收对应的离子束流，法拉第杯对应的电流大小和/或电流密度等参数能够更为准确的表征注入对应晶圆的离子束流的特征，从而可以保证后续确定的各工艺参数的准确性。
52.可选地，上述步骤s420中，半导体工艺设备可以在预设时机通过旋转和/或平移等方式移开待加工晶圆，再采用上述任一实施例所述的参数获取方法获取法拉第杯对应的电流密度，以使待加工晶圆对应的离子注入过程与电流密度的获取过程相互独立。
53.在一个实施例中，上述离子注入方法还包括：在补打开始时，获取最新的注入工艺参数，采用所述最新的注入工艺参数开启所述离子束源，以使所述离子束源采用上一次暂停注入时的注入工艺参数继续向所述待加工晶圆注入离子，使当前工艺特征与上一次工艺特征保持一致，能够提升整个工艺质量。
54.可选地，所述注入工艺参数包括离子束流的高度和/或离子密度等参数。采用所述最新的注入工艺参数开启所述离子束源可以包括：将离子束流的高度设为上一次暂停注入时采用的离子束流高度，将离子束流的离子密度设为上一次暂停注入时对应的离子密度，依据设定的工艺参数开启离子束源。
55.上述离子注入方法，可以在预设时机采用上述任一实施例所述的参数获取方法获取法拉第杯对应的电流密度，根据电流密度获取注入工艺参数，以在向晶圆注入离子的过程中实现对至少一个工艺参数的直接监测；还能够在补打开始时，获取最新的注入工艺参数，采用最新的注入工艺参数开启离子束源，以使离子束源采用上一次暂停注入时的注入工艺参数继续向待加工晶圆注入离子，使当前工艺特征与上一次工艺特征保持一致，能够提升整个工艺质量。
56.本技术在第四方面提供一种半导体工艺设备，包括上述任一实施例所述的参数获取装置，能够在向晶圆注入离子等工艺过程中获取法拉第杯对应的电流密度，依据该电流密度实现对离子束流高度等工艺参数的监测，还可以依据离子束流的高度等工艺参数控制后续补打等相关工艺过程，能够提高对应工艺过程的控制效果，从而提升对应的工艺效果。
57.在一个实施例中，所述挡板与所述法拉第杯之间具有第一相对位置，所述挡板与待加工晶圆之间具有第二相对位置；所述第一相对位置和所述第二相对位置之间的距离小于或者等于预设距离。其中预设距离可以依据半导体工艺设备的结构特征设置，可以为一较小的距离，第一相对位置和第二相对位置之间的距离小于或者等于预设距离表征第一相对位置与第二相对位置一致或者接近，这样法拉第杯能够以类似或者接近于晶圆的位置和姿态接收对应的离子束流，法拉第杯对应的电流密度能够更为准确的表征注入对应晶圆的离子束流的特征，因而本实施例能够进一步提高后续获得的各工艺参数的准确性。
58.尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本技术，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本技术包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能（例如其在功能上是等价的）的任意组件（除非另外指示），即使在结构上与执行本文所示的本说明书的示范性实现
方式中的功能的公开结构不等同。
59.即，以上所述仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。
60.另外，术语“第一”和“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，“第一”和“第二”等特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
61.为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本技术，本技术给出了以上描述。在以上描述中，为了解释的目的而列出了各个细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本技术。在其它实施例中，不会对公知的过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本技术的描述变得晦涩。因此，本技术并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本技术所公开的原理和特征的最广范围相一致。