CN115855741B - 用于评估掺杂面密度的方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及用于评估掺杂面密度的方法及设备。该方法包括：对待测样品的待测区域进行电子束照射；获得待测区域的亮度检测信息；及响应于亮度检测信息，通过亮度与掺杂面密度之间的映射关系获得待测区域的掺杂面密度，映射关系根据获得亮度密度模型步骤得到包括：形成至少两个基准样品，基准样品的掺杂面密度相互不同；获得至少两个基准样品中每个的基准掺杂面密度；对基准样品的基准区域进行电子束照射，并获得基准区域的亮度基准信息；及根据至少两个基准样品具有的至少两组基准掺杂面密度与亮度基准信息，获得映射关系。该方法不需要对待测样品进行改造加工，适用于已经制作完成的器件，可以满足在线监控工艺进展的需求。
Description
技术领域
本公开涉及半导体技术领域，特别是涉及用于评估掺杂面密度的方法及设备。
背景技术
功率半导体器件是电力电子技术中的核心元件，其主要工作状态可以分为导通状态和阻断状态两种。在阻断状态下，器件两端承担较高的电压，器件内部存在较高的电场强度。由于器件的主结器件边缘处突然终止，因此在阻断状态下容易产生电场集中现象，导致边缘处的电场强度高于器件内部。更高的电场强度容易导致器件在器件边缘处提前击穿，导致器件耐压降低，因此功率器件需要在有源区周围布置终端结构以舒缓电场。常用的终端结构包括场板（Field Plate，FP）、场限环（Field Limited Rings，FLR）、结终端扩展（JunctionTermination Edge，JTE）等。其中JTE结构是器件有源区主结向外延伸出的一个或多个轻掺杂的同导电类型结。在器件承担耐压时，轻掺杂的结终端扩展区域会完全耗尽，形成一个允许电势线穿越、可支撑电压的高阻区，从而实现对电场的舒缓作用。结终端扩展结构提升器件耐压的效果同样显著，并且占用的面积远小于场限环，有利于降低芯片面积、提升晶圆利用率，因此在商业器件中的应用逐渐广泛。
JTE结构依靠其耗尽后的内部固定电荷对电场进行重新调控分布，从而达到舒缓电场的目的。根据高斯定律Δφ=qN/ε（其中φ为电势分布、N为固定电荷浓度、q为元电荷量、ε为介电常数），电势分布强烈依赖于JTE结构内部固定电荷的浓度和分布。因此JTE结构中掺杂面密度是影响其性能的关键因素。掺杂面密度指的是掺杂杂质离子在半导体晶圆平面内的浓度分布。设空间方向x、y位于半导体晶圆表面，空间方向z垂直于半导体晶圆表面并指向晶圆内部；设掺杂杂质离子在半导体材料内部的浓度分布函数为N(x,y,z)，包含x、y、z三个方向的分布信息，并且0≤z≤z0；则掺杂面密度分布函数为σ(x,y)，只包含x、y两个方向的分布信息，并且有关系：。
通常采用电学测量手段获取掺杂面密度信息。常用的电学测试方法需要制备专门的测试结构，包括基于霍尔效应的范德堡测试结构。这些检测结构会占据宝贵的晶圆面积，并且需要额外的测试设备，效率较低，难以满足在线监控工艺进展的需求，并且也不适用于已经制作完成的器件。当前功率器件的科研和生产领域经常需要重复测量不同工艺下JTE结构的掺杂面密度，以迭代优化设计，所以期待一种可在晶圆原位无损伤测量掺杂区域掺杂面密度的低成本快速测量手段。
发明内容
基于此，有必要针对半导体器件表层的掺杂面密度的无损检测问题，提供一种用于评估掺杂面密度的方法、一种用于评估掺杂面密度的设备以及一种用于获得亮度密度模型的方法。
本公开实施方式提供一种用于评估掺杂面密度的方法，该方法包括：对待测样品的待测区域进行电子束照射；获得待测区域的亮度检测信息；及响应于亮度检测信息，通过亮度与掺杂面密度之间的映射关系获得待测区域的掺杂面密度，其中，映射关系根据获得亮度密度模型步骤得到，获得亮度密度模型步骤包括：形成至少两个基准样品，其中，基准样品的半导体材料与待测样品的半导体材料相同，基准样品的基准区域的掺杂杂质与待测区域的掺杂杂质相同，基准样品的掺杂面密度相互不同；获得至少两个基准样品中每个的基准掺杂面密度；对基准样品的基准区域进行电子束照射，并获得基准区域的亮度基准信息；及根据至少两个基准样品具有的至少两组基准掺杂面密度与亮度基准信息，获得映射关系。
本公开实施方式提供的方法不需要对待测样品进行改造加工，适用于已经制作完成的器件，可以满足在线监控工艺进展的需求。本公开实施方式提供的用于评估掺杂面密度的方法，兼顾了测量精度、测试便利性、测试成本，实用性较高，应用前景较好；此外，所利用的设备可以基于现有设备设置，无需额外制作专门的测试结构。
在一些实施方式中，该方法还包括：通过获得亮度密度模型步骤获得映射关系。
通过事先或同步准备一套基准样品，可获得映射关系。该方法可对基准样品进行加工改造，而实现对待测样品的准确检测。
示例性地，形成基准样品的步骤包括：形成覆盖预制半导体结构一侧表面的掩模层，掩模层的图案包括测量基准样品掺杂面密度所需结构的图形，以及用于在电子显微镜中接收电子束照射并反射电子信号的结构对应的图形；其中形成预制半导体结构的工艺包括但不限于物理/化学气相沉积、光刻、刻蚀/湿法腐蚀、离子注入、高温退火等工艺步骤；通过离子注入工艺对预制半导体结构进行掺杂；去除掩膜层，包括但不限于采用物理刻蚀或者化学腐蚀的方法去除掩膜层；及通过激活工艺对预制半导体结构内部的掺杂杂质进行激活，其中包括但不限于在常压、高压、低压环境下的高温激活工艺，基准样品的尺寸包括但不限于整晶圆和从整晶圆切割而得的碎片。
在一些实施方式中，形成基准样品的步骤包括：通过离子注入工艺将杂质离子注入预制半导体结构形成基准区域，其中，基准区域为P型掺杂区域。
该方法可相比于待测样品的待测区域形成特性一致、掺杂浓度可不同的基准区域；此外，对P型掺杂的待测区域有较准确的测量评估效果。
示例性地，基准区域与其周围的区域具有相反的导电类型，在基准区域四周设有相对布置的两对电极，每个电极与该基准区域相连，同时两对电极的连线呈现相互垂直关系。示例性地，可基于霍尔效应测量基准区域的载流子密度。
在一些实施方式中，对基准区域进行的电子束照射与对待测区域进行的电子束照射具有相同的规范，该规范包括强度。
通过控制电子束照射的规范，有助于提高评估精度。
在一些实施方式中，获得待测区域的掺杂面密度的步骤包括：根据亮度检测信息对映射关系进行插值。
在一些情况下，亮度检测信息可与映射关系中的亮度信息相同。在另一些情况下，通过对映射关系进行插值，可以获得对应亮度检测信息的掺杂面密度。该方法可实现有效、便捷的评估。
在一些实施方式中，插值为多项式插值，映射关系中，亮度为多项式的自变量，多项式的值为掺杂面密度。
如此设置，该方法可方便、实用地评估掺杂面密度。
在一些实施方式中，获得亮度检测信息的步骤包括：通过电子束照射，使待测区域带有负电荷；通过接收被待测区域排斥反射的电子，获得待测区域的亮度检测图像。
如此设置，该方法可精密地获得亮度检测图像。
在一些实施方式中，间隔地持续获得待测区域的亮度图像，将亮度数据最大的亮度图像作为亮度检测图像；及根据亮度检测图像中对应区域的亮度均值作为亮度检测信息。
如此设置，可有效地平衡检测精度和检测成本，能较好地保证检测的复现性、准确性。
本公开实施方式还提供用于获得亮度密度模型的方法，该方法包括：形成至少两个基准样品，其中，基准样品的半导体材料均相同，基准样品的基准区域的掺杂杂质均相同，基准样品的掺杂面密度相互不同；获得至少两个基准样品中每个的基准掺杂面密度；对基准样品的基准区域进行电子束照射，并获得基准区域的亮度基准信息；及根据至少两个基准样品具有的至少两组基准掺杂面密度与亮度基准信息，获得亮度与掺杂面密度之间的映射关系。
亮度密度模型包括亮度与掺杂面密度之间的映射关系，示例性地，亮度密度模型为以亮度为自变量、以掺杂面密度为因变量的函数。该方法可提前获得对应各种掺杂式样的亮度密度模型，用于对掺杂面密度未知的待测样品进行评估。
在一些实施方式中，使用电子显微镜获得亮度检测图像，电子显微镜包括：用于发射电子束的电子发射装置、用于检测待测区域反射的电子束信号的传感器以及与传感器通信连接并用于形成亮度检测图像的信号处理系统。
该方法可对现有的设备进行配置，利用电子显微镜可发射电子束并实现亮度检测图像的获得。
本公开实施方式在另一方面还提供用于评估掺杂面密度的设备，该设备包括：检测单元，被配置为：对待测样品的待测区域进行电子束照射，并获得待测区域的亮度检测信息；处理器；以及存储器，存储的可执行指令被处理器执行时实现：响应于亮度检测信息，通过亮度与掺杂面密度之间的映射关系获得待测区域的掺杂面密度，其中，映射关系根据获得亮度密度模型步骤得到，获得亮度密度模型步骤包括：形成至少两个基准样品，其中，基准样品的半导体材料与待测样品的半导体材料相同，基准样品的基准区域的掺杂杂质与待测区域的掺杂杂质相同，基准样品的掺杂面密度相互不同；获得至少两个基准样品中每个的基准掺杂面密度；对基准样品的基准区域进行电子束照射，并获得基准区域的亮度基准信息；及根据至少两个基准样品具有的至少两组基准掺杂面密度与亮度基准信息，获得映射关系。
本公开实施方式提供的用于评估掺杂面密度的设备，可实现对待测样品进行非接触检测，适用于已经制作完成的器件，可以满足在线监控工艺进展的需求。
本公开实施方式提供一种计算机软件程序，该计算机软件程序运行时可实现：响应于亮度检测信息、通过亮度与掺杂面密度之间的映射关系获得待测区域的掺杂面密度。
本公开实施方式提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时可实现：响应于亮度检测信息、通过亮度与掺杂面密度之间的映射关系获得待测区域的掺杂面密度。
附图说明
图1为本公开实施方式提供的用于评估掺杂面密度的方法流程框图；
图2为本公开实施方式提供的用于获得亮度密度模型的方法流程框图；
图3为本公开实施方式提供的用于评估掺杂面密度的方法的示意性原理图；
图4为本公开实施方式提供的基准样品的结构示意图；
图5为本公开的对比实施方式中基准样品的结构示意图；
图6为本公开的对比实施方式中基准样品的结构示意图；
图7为本公开实施方式提供的电子束信号强度和掺杂面密度之间的函数关系；
图8为本公开实施方式提供的用于评估掺杂面密度的设备的示意性框图。
附图标记说明：
1、待测样品；
100、待测区域；101、固定电荷；102、空穴；
2、检测单元；
21、第一电极；22、第二电极；23、第三电极；24、第四电极；
200、电子发射装置；
201、入射电子；203、反射电子；
3、基准样品；30、基准区域；300、传感器；
4、处理器；5、存储器；6、评估设备。
具体实施方式
为使本公开实施方式的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本公开实施方式的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开实施方式。但是本公开实施方式能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本公开实施方式内涵的情况下做类似改进，因此本公开实施方式不受下面公开实施方式的具体实施例的限制。
在本公开实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开实施方式的限制。
在本公开实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”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，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。示例性地，第一电极也可被称作第二电极，第二电极也可被称作第一电极。在本公开实施方式的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本公开实施方式中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是柔性连接，也可以是沿至少一个方向的刚性连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者使直接相连同时存在中间媒介，还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。术语“安装”、“设置”、“固定”等可以广义理解为连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开实施方式中的具体含义。
本文中所使用的，术语“层”、“区”指代包括具有一定厚度的区域的材料部分。层能够水平地、垂直地和/或沿着锥形表面延伸。层能够是均匀或不均匀连续结构的区域，其垂直于延伸方向的厚度可不大于连续结构的厚度。层能够包括多个层。附图中各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性地，实际可能因制造公差或技术限制而有所偏差，并可根据实际需求而调整设计。
参阅图1，图1示出了本公开实施例中的用于评估掺杂面密度的方法流程，本公开实施例提供的用于评估掺杂面密度的方法1000包括下述步骤S101至步骤S103。
步骤S101，对待测样品的待测区域进行电子束照射。可理解地，待测样品通常是半导体样品，也可包括金属结构或绝缘结构；待测区域可为掺杂区域。掺杂区域的掺杂面密度对待测样品的电路性能有影响，是需要进行评估的参数。
步骤S102，获得待测区域的亮度检测信息。
步骤S103，响应于亮度检测信息，通过亮度与掺杂面密度之间的映射关系获得待测区域的掺杂面密度。亮度与掺杂面密度之间的映射关系可以是提前获得的，也可以是与步骤S102同步或更晚获得。示例性地，映射关系是根据获得亮度密度模型步骤得到的。
电子束照射的方式基本不会对待测样品的结构特性、电路特性造成改变，可用于检测成品以及进行在线检测。本公开实施例提供的用于评估掺杂面密度的方法可视为无接触评估方法或无损评估方法，该方法可兼顾测量精度、测试便利性、测试成本，可比较便利、低成本地实现较高精度的测量，可有效地评估掺杂面密度。
结合图2所示，图2示出了本公开实施例中的用于获得亮度密度模型的方法流程。在一些实施例中，用于评估掺杂面密度的方法1000包括：根据该用于获得亮度密度模型的方法获得亮度密度模型、也是获得映射关系的步骤。示例性地，用于评估掺杂面密度的方法1000包括：获得映射关系的步骤。
如图2所示，用于获得亮度密度模型的方法2000包括下述步骤S201至步骤S204。
步骤S201，形成至少两个基准样品。基准样品的半导体材料与待测样品的半导体材料相同，基准样品的基准区域的掺杂杂质与待测区域的掺杂杂质相同，基准样品的掺杂面密度相互不同。为了测一种待测样品，可以制造一套基准样品；测试多种待测样品时，可制造多套基准样品，每套基准样品对应一种待测样品，与该种待测样品具有相同的半导体材料、相同的掺杂杂质，并可具有相互不同的掺杂面密度。
步骤S202，获得至少两个基准样品中每个的基准掺杂面密度。对于基准样品而言，可以利用例如接触式测量方法，或者对基准样品进行加工。
步骤S203，对基准样品的基准区域进行电子束照射，并获得基准区域的亮度基准信息。示例性地，步骤S203可在步骤S202之前执行，继而可获得未经过加工的基准样品的亮度基准信息。
步骤S204，根据至少两个基准样品具有的至少两组基准掺杂面密度与亮度基准信息，获得映射关系。每个基准样品的亮度基准信息与其基准掺杂面具有一一对应的关系，将至少两个基准样品的数据关系集合起来，可获得对应一种掺杂样式的半导体样品的亮度与掺杂面密度之间的映射关系。
以下结合图3至图7详述本公开提供的用于评估掺杂面密度的方法。
图3示出了本公开实施方式提供的用于评估掺杂面密度的方法的原理。如图3所示，检测单元2正在检测待测样品1。示例性地，检测单元2也可用来检测基准样品3（图4）。
检测单元2可为电子显微镜，检测单元2可包括电子发射装置200、传感器300及信号处理系统（未示出）。电子发射装置200可用于发射电子束。传感器300可用于接收电子并产生信号。信号处理系统可与传感器300通信连接，可根据传感器300产生的信号形成亮度检测图像。
待测样品1包括但不限于二极管、金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）、结型场效应管（JFET）、绝缘栅双极性晶体管（IGBT）、三极管（BJT）、晶闸管（包括门极可控晶闸管和不可控晶闸管）。待测样品1的待测区域100可为结终端扩展结构，包括但不限于单区域的结终端扩展结构或者多区域的结终端扩展结构，也不限制其与其他类型的终端结构的结合。
为了检测待测样品1，可将其放置于检测单元2的照射位置，待测区域100朝向电子发射装置200，还可调整待测区域100与传感器300的位置关系。电子发射装置200发出的电子束包括用于入射到待测区域100的入射电子201。
待测区域100可具有P型掺杂类型，继而待测区域100可包括固定电荷101和作为载流子的空穴102。入射电子201进入待测区域100后，可被待测区域100中的空穴102捕获并发生复合过程。发生复合过程之后，入射电子201和空穴102成对地消失，而入射电子201所带有的负电荷保留在待测区域100中，使得待测区域100整体带有负电荷。待测区域100处可形成电场，该电场对后续的入射电子201可产生斥力。
随着被复合的入射电子201的数量不断增加，待测区域100所带有的负电荷量也逐渐增加，待测区域100对电子发射装置200后发射的入射电子201的排斥力也逐渐增加，继而一些入射电子201被排斥反射为反射电子203。传感器300可接收反射电子203，可视为传感器300测量了待测区域100的反射电子束信号。反射电子203越多则反射电子束信号越强。信号处理系统可根据传感器300的信号形成亮度检测图像。根据电子显微镜的原理，反射电子203越多则亮度检测图像的亮度越高。
在待测区域100中的几乎所有空穴102都与入射电子201复合后，待测区域100所携带的负电荷量最多，继而对之后发射的入射电子201的排斥力最强。待测区域100排斥反射的反射电子203最多，继而待测区域100在电子显微镜下呈现的亮度最高。
图4示出了本公开实施方式提供的基准样品。可以在对待测样品1进行亮度测量前形成基准样品3。示例性地，该基准样品3经过加工而可被基于霍尔效应测量基准区域30的掺杂面密度。
在一些实施方式中，形成基准样品3的步骤可包括下述子步骤。
可通过薄膜沉积工艺在样品片上形成掩模层。薄膜沉积工艺可包括物理气相沉积、化学气相沉积等工艺方式。掩模层的材料可包括氧化硅。样品片的材料可与待测样品1的半导体材料相同，示例性地，可包括硅、锗、硅锗、氮化镓及砷化镓中的至少一种。
可在掩模层上形成光刻胶层，继而通过光刻工艺形成测试结构和观察结构的图形。
通过例如等离子体刻蚀工艺刻蚀掩模层，将测试结构和观察结构的图形信息转移到掩模层，以形成图案化的掩模层。完成刻蚀工艺后，可通过湿法腐蚀工艺去除光刻胶层。
通过离子注入工艺对样品片进行掺杂。该子步骤注入的杂质离子类型与待测样品1的待测区域100中的掺杂杂质类型相同。通过调整离子注入工艺的参数，本公开实施方式所形成的至少两个基准样品3中的每一个具有相互不同的掺杂面密度。基准区域30的掺杂杂质可以是大致均匀的，也可是有变化的。测试结构的图形信息可转移为基准区域30的图形信息。本公开实施方式中，对观察结构的形状和尺寸不做特殊限定，在例如使用电子显微镜时，观察结构在电子显微镜中足以清晰反射电子信号、使电子显微镜可以拍摄得到清晰可见的照片。本公开实施方式对测试结构的类型和尺寸不做特殊限定，也即基准区域30需能满足通过电学方法测试并计算得到其载流子浓度。
离子注入工艺之后可通过湿法腐蚀工艺去除图案化的掩模层。
通过高温退火工艺对掺杂的杂质离子进行激活，可形成初始的基准样品3。
示例性地，可对初始的基准样品3进行电子束照射并获得亮度基准信息。
为了基于例如霍尔效应测量基准区域30的掺杂面密度，可以对初始的基准样品3继续加工。
可通过金属溅射工艺在样品表面形成金属薄层。
可在金属薄层上形成光刻胶层，然后通过光刻工艺形成测量所需的接触电极的图形。
通过湿法腐蚀工艺腐蚀金属薄层，将接触电极的图形信息转移到金属薄层上，以形成接触电极。接触电极可包括第一电极21、第二电极22、第三电极23及第四电极24。第一电极21和第四电极24这一对电极相对设置，第二电极22和第三电极23这一对电极相对设置，两对电极的连线大致相互垂直。基准区域30在表面的投影大致为长方形，基准区域30沿第一电极21和第四电极24相对的方向的长度为d1，沿第二电极22和第三电极23相对的方向的长度为d2，此外基准区域30的深度可为h。完成接触电极制备工艺后，可通过湿法腐蚀工艺去除光刻胶层。
本公开实施方式还提供一些对比例，图5示出了本公开的对比实施方式中基准样品；图6示出了本公开的另一种对比实施方式中基准样品。如图5及图6所示，电极的设置方式可以调整，本公开并不限定使用者严格按照这些示例设计基准样品3。为了利用霍尔原理，可将两对电极设置为各自的连线大致相互垂直。
参考图4，在一些实施方式中，基准区域30为P型掺杂区域。以第一电极21和第四电极24为驱动电极，第二电极22和第三电极23为测量电极，即可在第一电极21和第四电极24施加直流电压V，继而可测量流过第一电极21和第四电极24的电流I。可知：I=pvqd2h，其中，p为基准区域30内部空穴102的浓度、v为基准区域30内部空穴102的移动速度、q为元电荷。同时，对基准样品3施加均匀磁场B，则基准区域30内部空穴102受到的洛伦兹力为FL=qvB，该洛伦兹力的方向指向第二电极22。基准区域30内部空穴102受洛伦兹力的影响在第二电极22处逐渐聚集，继而基准区域30内部出现由第二电极22指向第三电极23的电场EH，这一电场对基准区域30内部空穴102施加一个电场力FE=qEH。FE与FL大小相等、方向相反，此时可以在第二电极22和第三电极23之间测得电势差VH=EHd2。根据FE=FL，可以计算得到基准区域30内部空穴102的移动速度v，即v=VH/(Bd2)，代入电流I的表达式可得基准区域30内部空穴102的浓度p=(BI)/(qhVH)，因此基准区域30的有效激活掺杂面密度即基准掺杂面密度为σ=p×h=(BI)/(qVH)。针对不同基准样品3重复本步骤操作，如此，可获得至少两个基准样品3中每个的基准掺杂面密度。
参考对待测样品1的操作，可以以相同的规范对基准样品3进行电子束照射，继而获得每个基准样品3的基准区域30的亮度基准信息。示例性地，照射待测区域100的电子束强度与照射基准区域30的电子束强度相同。
在一些实施方式中，可通过拍照的方式获得基准样品3的照片，该照片可指计算机可读的亮度图像。然后可采用图像处理手段提取照片中与基准区域30相对应的区域的亮度数据。
示例性地，可按照非特定的时间间隔持续拍摄照片，拍摄过程需要持续到与基准区域30相对应的区域的亮度不再发生改变为止。可通过任一图像处理手段提取所拍摄所有照片中与基准区域30相对应的区域的亮度数据，其中对于每张照片中的该区域，亮度数据可取整个区域亮度的平均值。选取所有照片的亮度数据中的最大值，该最大值可等同于基准区域30反射的电子束信号强度L，也可称为基准区域30的亮度基准信息。
基准区域30的基准掺杂面密度σ和电子束信号强度L可组成一个数据点(σ,L)。对于至少m个基准样品3而言，可获得m个数据点(σi,Li)，i=1,2,...m。
图7示出了本公开实施方式提供的电子束信号强度L和有效激活掺杂面密度σ之间的函数关系。图7中示出了六个数据点，其中至少两个为根据基准样品3得到的数据点。示例性地，可有一些通过插值方法获得的数据点。图7所示的函数关系记作σ=f(L)，可视为电子束信号强度L和有效激活掺杂面密度σ之间的映射关系。
本公开实施方式选用的函数插值方法包括多项式插值法。假设有m个基准样品，则可配置一个具有待定系数的多项式：
σ=f(L)=am-1Lm-1+am-2Lm-2+...+a1L+a0；
并且有
σi=f(Li)=am-1Li m-1+am-2Li m-2+...+a1Li+a0，i=1,2,...m， （1）
上式（1）包含m个方程和m个未知数（即多项式f(L)的各项系数am-1、am-2、...、a1、a0），可联立为线性方程组并求得各个系数的值。
对于待测样品1而言，获得亮度检测信息的步骤包括：根据待测区域100反射的电子束信号，获得待测区域100的亮度检测图像。示例性地，也可间隔地持续获得待测区域100的亮度图像，将亮度数据最大的亮度图像作为亮度检测图像；及根据亮度检测图像中对应区域的亮度均值即电子束检测信号强度L0作为亮度检测信息。
若电子束检测信号强度L0恰好等于某个基准区域30的电子束信号强度Li相同，则可获得掺杂面密度σi。
示例性地，将测量得到的电子束检测信号强度L0代入所建立的以电子束信号强度L为自变量并以掺杂激活浓度σ为值的函数关系多项式（1），可计算得到待测样品的掺杂激活浓度σ0=f(L0)。换言之，数据点(σ0,L0)可为对m个数据点(σi,Li)进行多项式插值获得的插值点。多项式插值法简单、有效，也可用其他插值方法获得插值点，继而获得待测区域100的掺杂面密度。
图8示出了本公开实施方式提供的用于评估掺杂面密度的设备。在一些实施方式中，评估设备6包括处理器4、存储器5及检测单元2。处理器4可与检测单元2通信连接，例如与检测单元2的传感器300或信号处理系统通信连接。处理器4还与存储器5通信连接，并可执行存储器5存储的可执行指令。
检测单元2被配置为：对待测样品1的待测区域100进行电子束照射，并获得待测区域100的亮度检测信息。该检测单元2还可对基准样品3的基准区域30进行电子束照射并获得基准区域30的亮度基准信息。检测单元2可以为电子显微镜。
处理器执行可执行指令时实现：响应于亮度检测信息，通过亮度与掺杂面密度之间的映射关系获得待测区域100的掺杂面密度。示例性地，映射关系根据获得亮度密度模型步骤得到，获得亮度密度模型步骤可包括前述的子步骤，不再赘述。
本公开实施方式提供一种计算机可读存储介质，可作为前述的存储器5或者存储可由前述处理器4执行的计算机可执行指令。
本公开实施方式提供一种计算机软件程序，该计算机软件程序可存储于计算机可读存储介质。该计算机软件程序运行时可实现：响应于亮度检测信息、通过亮度与掺杂面密度之间的映射关系获得待测区域的掺杂面密度。示例性地，映射关系可根据获得亮度密度模型步骤得到，不再赘述。
以上公开的各实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上公开的实施例中，除非另有明确的规定和限定，否则不限制各步骤的执行顺序，例如可以并行执行，也可以不同次序地先后执行。各步骤的子步骤还可以交错地执行。可以使用上述各种形式的流程，还可重新排序、增加或删除步骤，只要能够实现本公开实施方式提供的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
以上公开的实施例仅表达了本发明创造的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明创造的专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明创造要求的专利保护范围。因此，本发明创造的专利保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1. 用于评估有效激活掺杂面密度的方法，包括：利用电子显微镜对待测样品的待测区域进行电子束照射，其特征在于，使P型掺杂的所述待测区域带有负电荷；
获得所述待测区域的亮度检测信息，包括：通过接收被所述待测区域排斥反射的电子，间隔地持续获得所述待测区域的亮度图像，将亮度数据最大的所述亮度图像作为所述待测区域的亮度检测图像，将所述亮度检测图像中对应区域的亮度均值作为所述待测区域的亮度检测信息；及
响应于所述亮度检测图像中对应区域的亮度均值，通过所述待测区域的亮度检测信息L与有效激活掺杂面密度σ之间的映射关系σ=f(L)获得所述待测区域的有效激活掺杂面密度，
其中，所述映射关系σ=f(L)根据获得亮度密度模型步骤得到，所述获得亮度密度模型步骤包括：
形成m个基准样品，m为不小于2的正整数，其中，所述基准样品的半导体材料与所述待测样品的半导体材料相同，所述基准样品的基准区域的掺杂杂质与所述待测区域的掺杂杂质相同，所述基准样品的有效激活掺杂面密度相互不同；
获得所述m个基准样品中每个的基准有效激活掺杂面密度σ；
对所述基准样品的基准区域进行电子束照射使所述基准区域带有负电荷，并通过间隔地持续获得所述基准区域的亮度图像，将亮度数据最大的所述基准区域的亮度图像作为所述基准区域的亮度检测图像，将所述基准区域的亮度检测图像中对应区域的亮度均值作为所述基准区域的亮度检测信息L；及
根据所述m个基准样品具有的m个所述基准有效激活掺杂面密度σi与m个所述基准区域的亮度检测信息Li，i=1,2,...m，求解关于未知数am-1，am-2，…，a1，a0的m元线性方程组：
σi=f(Li)=am-1Li m-1+am-2Li m-2+...+a1Li+a0
得到未知数am-1，am-2，…，a1，a0的值，形成基于多项式插值的亮度密度模型：
σ=am-1Lm-1+am-2Lm-2+...+a1L+a0
并获得所述映射关系σ=f(L)。
2.根据权利要求1所述的用于评估有效激活掺杂面密度的方法，其特征在于，对所述基准区域进行的电子束照射与对所述待测区域进行的电子束照射具有相同的规范，所述规范包括强度。
3.根据权利要求1所述的用于评估有效激活掺杂面密度的方法，其特征在于，形成所述基准样品的步骤包括：通过离子注入工艺将杂质离子注入预制半导体结构形成所述基准区域，其中，所述基准区域为P型掺杂区域。
4.用于获得亮度密度模型的方法，其特征在于，包括：形成m个基准样品，m为不小于2的正整数，其中，所述基准样品的半导体材料均相同，所述基准样品的基准区域的掺杂杂质均相同，所述基准样品的有效激活掺杂面密度相互不同；
获得所述m个基准样品中每个的基准有效激活掺杂面密度σ；
利用电子显微镜对所述基准样品的基准区域进行电子束照射使所述基准区域带有负电荷，并通过间隔地持续接收被所述基准区域排斥反射的电子获得所述基准区域的亮度检测图像，将亮度数据最大的所述基准区域的亮度图像作为所述基准区域的亮度检测图像，将所述基准区域的亮度检测图像中对应区域的亮度均值作为所述基准区域的亮度检测信息L；及
根据所述m个基准样品具有的m个所述基准有效激活掺杂面密度σi与所述基准区域的亮度检测信息Li，i=1,2,...m，求解关于未知数am-1，am-2，…，a1，a0的m元线性方程组：
σi=f(Li)=am-1Li m-1+am-2Li m-2+...+a1Li+a0
得到未知数am-1，am-2，…，a1，a0的值，形成基于多项式插值的亮度密度模型：
σ=am-1Lm-1+am-2Lm-2+...+a1L+a0
并获得亮度检测信息L与有效激活掺杂面密度σ之间的映射关系σ=f(L)。
5.用于评估有效激活掺杂面密度的设备，其特征在于，包括：
检测单元，被配置为：利用电子显微镜对待测样品的待测区域进行电子束照射使所述待测区域带有负电荷，并通过接收被所述待测区域排斥反射的电子间隔地持续获得所述待测区域的亮度图像，将亮度数据最大的所述亮度图像作为所述待测区域的亮度检测图像，将所述亮度检测图像中对应区域的亮度均值作为所述待测区域的亮度检测信息；
处理器；以及
存储器，存储的可执行指令被所述处理器执行时实现：响应于所述亮度检测图像中对应区域的亮度均值L0，通过亮度检测信息L与有效激活掺杂面密度σ之间的映射关系σ=f(L)获得所述待测区域的有效激活掺杂面密度σ0，
其中，所述映射关系σ=f(L)根据获得亮度密度模型步骤得到，所述获得亮度密度模型步骤包括：
形成m个基准样品，m为不小于2的正整数，其中，所述基准样品的半导体材料与所述待测样品的半导体材料相同，所述基准样品的基准区域的掺杂杂质与所述待测区域的掺杂杂质相同，所述基准样品的有效激活掺杂面密度相互不同；
获得所述m个基准样品中每个的基准有效激活掺杂面密度σ；
对所述基准样品的基准区域进行电子束照射使所述基准区域带有负电荷，并通过间隔地持续获得所述基准区域的亮度图像，将亮度数据最大的所述基准区域的亮度图像作为所述基准区域的亮度检测图像，将所述基准区域的亮度检测图像中对应区域的亮度均值作为所述基准区域的亮度检测信息L；及
根据所述m个基准样品具有的m个所述基准有效激活掺杂面密度σi与所述基准区域的亮度检测信息Li，i=1,2,...m，求解关于未知数am-1，am-2，…，a1，a0的m元线性方程组：
σi=f(Li)=am-1Li m-1+am-2Li m-2+...+a1Li+a0
得到未知数am-1，am-2，…，a1，a0的值，形成基于多项式插值的亮度密度模型：σ=am-1Lm-1+am-2Lm-2+...+a1L+a0
并获得所述映射关系σ=f(L)。
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