半导体器件处理设备的制作方法

本实用新型涉及半导体器件生产领域，具体涉及一种半导体器件处理设备。

背景技术：

随着半导体器件的生产工艺的发展，离子掺杂的重要性也逐渐提高。在离子掺杂的过程中，掺杂浓度是一项很重要的参数，现有技术中一般采用定期检测离子浓度的方法来检测掺杂浓度，但该种方法并不是一种实时的检测方法，容易因为时效性的问题，依然造成半导体器件的掺杂工艺的失败，而且会有较大的机台性能突变风险，容易造成腔体泄露，进一步影响掺杂浓度，影响半导体器件的掺杂工艺的成功率。

例如，随着器件尺寸的减小，栅极氧化物-晶体管栅极下方的电介质层也必须收缩才能具有同等或优越的性能。现有技术中，通常使用真空等离子体氮化(DPN，即Decoupled Plasma Nitridation)腔体将氮离子加入到电介质层中，即二氧化硅栅氧化物，对电介质层进行氮离子掺杂，以增大电介质层的介电常数、减少漏电流，来使电介质层能够收缩，以匹配现有技术中的半导体器件的尺寸的减小。然而，真空等离子体氮化腔体采用射频电源来产生高活性等离子体以解离氮气分子，生成氮离子，在氮离子被掺入到二氧化硅栅氧化物中时，氮的掺杂浓度的检测只能通过定期测机来实现，然而该方法检测氮离子浓度时，并不是实时的检测，会有较大机台性能突变风险，比如腔体泄露，这样就会造成氮浓度偏低，进一步的影响氮离子的掺杂浓度。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种半导体器件处理设备，能够实时检测真空等离子体氮化腔体内的氮离子浓度，提高半导体器件的掺杂工艺的成功率。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种半导体器件处理设备，用于对半导体器件进行氮离子掺杂，包括：腔体，用于放置半导体器件；还包括：氮离子浓度检测单元，设置于所述腔体内，包括法拉第杯，用于检测半导体器件进行氮离子掺杂时的氮离子浓度。

可选的，所述腔体包括一静电吸盘，用于放置半导体器件，所述法拉第杯设置于所述静电吸盘上表面。

可选的，所述静电吸盘的中心区域用于放置半导体器件，所述静电吸盘的边缘区域用于放置所述法拉第杯。

可选的，所述静电吸盘的边缘区域设置有凹槽，用于安装所述法拉第杯。

可选的，所述法拉第杯的杯口朝向与所述静电吸盘的上表面的朝向相同。

可选的，所述法拉第杯的数目至少为两个，均匀分布于所述静电吸盘的边缘区域。

可选的，所述氮离子浓度检测单元还包括电流计，与所述法拉第杯的底部相连接，用于检测所述法拉第杯产生的电流的大小，所述法拉第杯的底部还接地。

可选的，所述腔体为真空等离子体氮化腔体。

本实用新型的半导体器件处理设备具有氮离子浓度检测单元，能够在对半导体器件进行氮离子掺杂时检测腔体内的氮离子浓度，使得用户能够对半导体器件进行氮离子掺杂时的氮离子浓度，并根据实时获取到的氮离子浓度对掺杂工艺进行的控制，防止在氮离子浓度异常时仍然进行掺杂工艺，导致出现掺杂异常的现象，以提高半导体器件的掺杂工艺的成功率。

附图说明

图1为本实用新型的一种具体实施方式中的半导体器件处理设备的结构示意图。

图2为本实用新型的一种具体实施方式中的静电吸盘的俯视示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型提出的一种半导体器件处理设备作进一步详细说明。

请参阅图1，为本实用新型的一种具体实施方式中的半导体器件处理设备的结构示意图。

在该具体实施方式中，所述半导体器件处理设备用于对半导体器件进行氮离子掺杂，包括：腔体101，用于放置半导体器件102；还包括：氮离子浓度检测单元103，设置于所述腔101内，包括法拉第杯105，用于检测半导体器件102进行氮离子掺杂时的氮离子浓度。法拉第杯105的测量结果与半导体器件102的氮离子浓度具有强相关的线性关系，根据所述法拉第杯105获取到的测量结果，可以直接对应到半导体器件102进行掺杂反应时的氮离子浓度，因此依据法拉第杯105检测到的氮离子浓度，就可以判断当前进行掺杂反应的半导体器件102是否有掺杂异常的情况的发生。

在一种具体实施方式中，所述腔体101为真空等离子体氮化腔体。在对半导体器件102进行氮离子掺杂时，所述腔体101内始终保持低压或真空状态，以便于氮离子在腔体101内的运动，对半导体器件102进行氮离子掺杂。在一种具体实施方式中，所述腔体101的低压是指腔体101内压强低于10mtorr。实际上，可根据需要设置所述腔体101内的压强。

在一种具体实施方式中，所述腔体101的内壁具有一定的抗等离子体轰击的能力，可以抗氮离子轰击，防止腔体101在氮离子的轰击下发生破损，从而降低预防保养腔体101所需的时间成本和人力、物力成本。在该具体实施方式中，所述腔体101为石英腔体，石英腔体的腔体壁具有一定的抗氮离子轰击的能力。实际上，也可根据需要选择所述腔体101的具体材料构成。

在一种具体实施方式中，在对半导体器件102进行氮离子掺杂时，要在腔体101内生成氮离子，因此，需要配备一连通至所述腔体101的气体喷孔，向所述腔体101内通入掺杂气体，即氮气。在向所述腔体101内通入氮气后，通过对氮气的解离来获取氮离子。在一种具体实施方式中，所述腔体101内还配备有一射频信号发生器，用于向氮气发射射频信号，使氮气解离，获取氮离子。

在图1所示的具体实施方式中，所述半导体器件102是沉积有栅极氧化物-晶体管栅极的半导体器件102。在图1所示的具体实施方式中，需要对该半导体器件102沉积的栅极氧化物-晶体管栅极下方的电介质层，即二氧化硅栅氧化物，进行氮离子掺杂，以增加电介质层的介电系数，并减少电介质层的漏电流，从而使电介质层能够进一步缩小，适应半导体器件102上沉积的栅极氧化物-晶体管栅极变小的趋势。

在一种具体实施方式中，所述腔体101包括一静电吸盘104，用于放置半导体器件102，所述法拉第杯105设置于所述静电吸盘104上表面，所述静电吸盘104的中心区域用于放置半导体器件102。在图1所示的具体实施方式中，半导体器件102是放置到腔体101内的静电吸盘104的上表面的中心区域。使用静电吸盘104放置半导体器件102，能够防止半导体器件102在腔体101内发生位移，影响半导体器件102与氮离子之间的掺杂反应。在一种具体实施方式中，应当保证所述静电吸盘104的边缘区域未被半导体器件102所覆盖，这样可以保证在设置氮离子浓度检测单元103的法拉第杯105时，所述静电吸盘104上有可以用来放置所述法拉第杯105的区域，且该区域不会被半导体器件102所遮挡。

在该具体实施方式中，所述静电吸盘104的边缘区域用于放置所述法拉第杯105，放置在所述静电吸盘104上表面的半导体器件102不会覆盖到法拉第杯105，影响法拉第杯105对氮离子的收集，检测氮离子浓度。

在一种具体实施方式中，可以在所述静电吸盘104的中间区域设置限位件，将半导体器件102限制在限位件所限位的区域，即中间区域，保证半导体器件102不会覆盖到所述静电吸盘104的边缘区域，限位件并未在图中示出。实际上，也可不设置所述限位件，而是采用人工控制或自动控制的方法，将所述半导体器件102放置到所述静电吸盘104的中间区域。

请同时参阅图2，为本实用新型的一种具体实施方式中的静电吸盘的俯视示意图。在该具体实施方式中，所述静电吸盘104的边缘区域设置有凹槽201，用于安装所述法拉第杯105，使得法拉第杯105不会突出于所述静电吸盘104的上表面。在该具体实施方式中，将所述半导体器件102放置到所述静电吸盘104时，半导体器件102不会与法拉第杯105发生碰撞，能够防止法拉第杯105和半导体器件102发生碰撞毁损。

在图2中，所述凹槽201环绕所述静电吸盘104一周设置，设置在所述静电吸盘104的最外缘。实际上，也可将凹槽201设置成其他的形状，如只在需要设置法拉第杯105的位置设置凹槽201，在该具体实施方式中，所述凹槽201可能是断续的，只在每一个需要放置法拉第杯105的位置设置凹槽201，这样能够减少挖设凹槽201所需的时间，降低生产所述半导体处理设备时所需的生产成本。

在一种具体实施方式中，所述凹槽201的尺寸与法拉第杯105的尺寸相匹配，凹槽201的宽度刚好用于放置一个法拉第杯105，即凹槽201的宽度与法拉第杯105的最大直径相等，或稍大于所述法拉第杯105的最大直径。

在一种具体实施方式中，还可将凹槽201的边缘设置成朝向所述凹槽201内部的切削面，使得放置在凹槽201中的法拉第杯105便于取出，从而便于在法拉第杯105出现损毁时可以及时进行维修和更换。

实际上，当所述静电吸盘104的尺寸与半导体器件102的尺寸的差别较大时，也可不将法拉第杯105设置到静电吸盘104的边缘区域的凹槽201中，而是取消凹槽201，直接将法拉第杯105设置在所述静电吸盘104的表面。此时，半导体器件102与设置在所述静电吸盘104的表面的法拉第杯105发生碰撞的可能性也大大减小。

在实际的使用过程中，可根据需要设置所述法拉第杯105安装到静电吸盘104的方式。

在一种具体实施方式中，所述静电吸盘104为库伦型静电吸盘和J-R(Johnsen-Rahbek，迥斯热备)静电吸盘中的任何一种。其中，所述库伦型静电吸盘能够给放置在所述库伦型静电吸盘上表面的半导体器件102提供库伦吸附力，所述J-R静电吸盘能够给放置在所述J-R静电吸盘上表面的半导体器件102提供J-R吸附力。

在图1、2所述的具体实施方式中，所述静电吸盘104为J-R静电吸盘，包括基底和电介质层107。所述基底未在图中示出，内部设置有水冷通道网络，用于给所述J-R静电吸盘自身进行冷却降温，还用于给放置在所述J-R静电吸盘上表面的半导体器件102进行冷却降温。所述电介质层107由掺杂电介质构成，具体的，由AlN/SiC等陶瓷材料制成，设置于所述基底上表面，用于放置半导体器件102。所述电介质层107内设置有直流电极108，直流电极108的大小与要吸附的半导体器件102的尺寸相当，或者比半导体器件102的尺寸稍小，用以接通到高压直流电源109。当直流电极108被接通到高压直流电源109后，电介质层107的表面会成极化电荷和自由电荷，从而产生电场，使放置在电介质层107表面的半导体器件102的表面产生极化电荷和部分自由电荷，与分布在电介质层107上的电荷极性相反，由此，所述静电吸盘104将半导体器件102吸附住。

在图1、2所示的具体实施方式中，所述高压直流电源109为负高压直流电源。且在图1、2所示的具体实施方式中，所述静电吸盘104的边缘区域的凹槽201是挖设在电介质层107的上表面的。

在一种具体实施方式中，所述法拉第杯105安装到所述静电吸盘104时，杯口朝向与所述静电吸盘104的上表面的朝向相同。由于半导体器件102放置在所述静电吸盘104的上表面，法拉第杯105的杯口朝向与所述静电吸盘104的上表面的朝向相同时，法拉第杯105的杯口的氮离子浓度与半导体器件102表面的氮离子浓度之间的线性关系更强，依据法拉第杯105的测量结果来判断是否发生掺杂异常时，判断结果更加准确。

在一种具体实施方式中，可根据需要设置所述法拉第杯105的数目。在一种优选的具体实施方式中，所述法拉第杯105的数目至少为两个。请参阅图2，在图2所示的具体实施方式中，所述法拉第杯105的数目为8个。设置8个法拉第杯105可以降低使用单个法拉第杯105进行氮离子浓度测量时，测量过程中产生的毛刺、噪声等对测量结果的影响，减小测量误差，使依据法拉第杯105的测量结果来判断是否发生掺杂异常时，判断结果更加准确。

在一种具体实施方式中，设置有多个法拉第杯105时，所有法拉第杯105均匀分布于所述静电吸盘104的边缘区域，使各个法拉第杯105有均等的可能性获取到氮离子，防止由于法拉第杯105分布不均匀而导致测量误差，使依据法拉第杯105的测量结果来判断是否发生掺杂异常时，判断结果更加准确。

在一种具体实施方式中，所述氮离子浓度检测单元103还包括电流计106，所述电流计106与所述法拉第杯105的底部相连接，用于检测所述法拉第杯105产生的电流的大小，所述法拉第杯105的底部还连接到地。

在一种具体实施方式中，当所述法拉第杯105的数目为多个时，所有法拉第杯105均连接至同一所述电流计106，由同一电流计106同时对所有法拉第杯105检测到的电流进行检测。这时，所述电流计106获取到的电流示数是所有法拉第杯105检测到的电流的加和。在该具体实施方式中，可根据所述电流计106获取到的所有法拉第杯105检测到的电流的加和，来获取最终的氮离子浓度检测结果。

在使用单个电流计106获取到的所有法拉第杯105检测到的电流的加和来获取最终的氮离子浓度检测结果时，由于所述电流计106检测到的总电流变大，由多个法拉第杯105获取到的电流共同决定，因此单个法拉第杯105在测量过程中所产生的毛刺、噪声等对最终获取的测量结果的影响大大减小，能够减小最终获取到的测量结果的测量误差。

在一种具体实施方式中，所述半导体处理设备还包括报警单元，与所述电流计106相连接，由所述电流计106的检测结果直接控制所述报警单元，使所述报警单元在氮离子浓度过低或过高时发出警报，从而通知用户进行进一步的操作，如切断所述半导体器件处理设备的电源，并停止对半导体器件102进行氮离子掺杂。

在一种具体实施方式中，所述半导体处理设备还包括继电器，分别连接至所述电流计106，以及所述半导体处理设备的电源，由所述电流计106的检测结果直接控制所述继电器，从而控制所述半导体处理设备的电源的通断，使在所述报警单元发出警报的同时，所述继电器也切断所述半导体处理设备的电源，及时有效的防止半导体器件102在异常的等离子体浓度下继续进行氮离子掺杂，造成半导体器件102的毁损。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。