本发明属于半导体，具体涉及探测硅基晶圆表面氧化层内移动离子电荷浓度的方法。
背景技术：
1、在硅基晶圆的制造过程中，有可能会在晶圆表面引入一部分杂质，若这些杂质在后续的清洗步骤中未完全去除，就会流入到下一步工序进行加工，就会在晶圆结构层内部引入移动离子电荷，影响到芯片的电学特性。自身含有杂质的晶圆也会对设备腔体的内部环境造成污染，继而影响到后续多个批次作业的产品，造成较大的质量影响和良率损失。上述杂质的引入，主要是工序衔接环节中的人员因素导致的，虽然晶圆生产车间会实施现场标准化作业、穿戴净化服、区域环境隔离等等措施，尽量降低杂质的引入，但还是会偶尔引入杂质。
2、晶圆本身移动离子电荷广泛存在于sio2膜与si的界面附近，主要以na+、k+等金属离子为主。各种工艺材料，如水、化学试剂、玻璃器皿、石英或者人体等，都是移动离子电荷的来源。这些带电离子在温度和电场的作用下可以在sio2膜中移动，导致介电强度的降低，甚至于产品参数失效。
技术实现思路
1、针对上述问题，本发明提供探测硅基晶圆表面氧化层内移动离子电荷浓度的方法，包括以下步骤：
2、s1：将圆形的硅基晶圆放入氧化炉内，进行加热，使得硅基晶圆的正面产生二氧化硅氧化层；
3、s2：在氧化后的硅基晶圆的正面进行金属化工艺，使得硅基晶圆的正面沉积一层铝金属；
4、s3：采用光刻版对硅基晶圆正面的铝金属层依次进行匀胶、曝光、显影，再对铝金属层进行腐蚀，去胶后，在硅基晶圆的二氧化硅氧化层上留下若干个铝金属电极区；
5、s4：将步骤s3得到的硅基晶圆放入氢气合金炉内，通入氢气并加热，进行合金作业，完成二氧化硅氧化层与铝金属电极区之间的合金过程，使得两者致密性结合得更好，得到测试件；
6、s5：将测试件的背面放在金属盘上，测试件的正面朝上，用金属探针接触铝金属电极区，金属探针和金属盘分别接入电流电压仪表，测量得到电容-电压曲线，进而确定二氧化硅氧化层内的移动离子浓度。
7、可选的，步骤s1中，作为原料的硅基晶圆为硅片，电阻率为2-5ω·cm，厚度为500±50μm，晶向为<100>，硅片是导电类型为n型的单面抛光片。硅基晶圆原料可以是5吋或6吋晶圆，也可以是常用尺寸的晶圆，使得本发明对应大部分的晶圆都能适用。
8、可选的，所述氧化炉内加热温度为1000-1100℃，加热时间为60-70min，二氧化硅氧化层的厚度为
9、可选的，步骤s2中，将氧化后的硅基晶圆放入蒸发台内，在硅基晶圆的正面覆盖沉积一层铝金属，其厚度为1.0±0.2μm。
10、可选的，步骤s3中，硅基晶圆的二氧化硅氧化层上形成的铝金属电极区均为圆形，减少电极区边缘的尖角造成的附加影响；
11、不同电极区之间不通过金属相互连通，两个相邻的电极区的间距不小于5mm。
12、进一步可选的，所述铝金属电极区按照直径由小至大的顺序分为第一电极区、第二电极区和第三电极区，第一电极区的直径为700-750μm，第二电极区的直径为800-850μm，第三电极区的直径为1000-1050μm，电极区具有不同的直径便于适应不同粗细的测试探针。
13、进一步可选的，所述硅基晶圆的正面设置若干个第一电极区、若干个第二电极区和若干个第三电极区，
14、硅基晶圆正面的圆心处设置一个第一电极区，沿着硅基晶圆的径向按照第一电极区、第二电极区和第三电极区的顺序循环排列设置电极区；硅基晶圆正面设有电极区的半径沿着硅基晶圆的周向均匀设置，同一径向上的相邻电极区的间距相等，即距离圆心相同半径的一个圆圈上均设置同一尺寸的电极区，同一圆圈上相邻的电极区的间距相等。
15、可选的，步骤s5具体包括：
16、(1)测试件的背面真空吸附在金属盘上，确保两者紧密贴合；用金属探针的针尖接触任一个铝金属电极区内部，金属探针的另一端和金属盘分别接入电流电压仪表；在常温状态下，进行测试扫描得到第一条电容-扫描电压曲线；
17、(2)对金属盘加热，使得测试件背面升温至250℃，且保持恒温5-8min，在恒温期间，分别在同一个铝金属电极区和金属盘(即测试件的硅基衬底)施加正向偏置电压+10v，恒温结束，冷却至室温后，扫描得到第二条电容-扫描电压曲线；
18、(3)再次将金属盘加热至250℃，且保持恒温5-8min，在恒温期间，分别在同一个铝金属电极区和金属盘施加负向偏置电压-10v，恒温结束，冷却至室温后，扫描得到第三条电容-扫描电压曲线；
19、(4)利用上述三条电容-扫描电压曲线的平带电压偏移量，得到二氧化硅氧化层内的移动离子浓度。
20、步骤(2)中，通过高温作用，将移动离子的动能激发出来，施加正向偏置电压时，二氧化硅氧化层内的移动离子电荷通过电场驱赶向铝金属电极区一侧移动。步骤(3)中，在反向偏置电压的作用下，二氧化硅氧化层内的移动离子电荷通过电场驱赶向金属盘(即硅基衬底)一侧移动。
21、进一步可选的，步骤(1)-(3)中，测得的电容值在10-300pf内。
22、本发明的测试件形成由上至下的铝金属电极区、二氧化硅氧化层和硅基衬底结构，该结构类似于金属-氧化物-半导体的mos结构，其电容极板之间的氧化物积聚电容cox通过以下公式确定：
23、cox＝k0×ε0×a/tox
24、其中，cox为二氧化硅氧化层的积聚电容，pf；k0为相对介电常数，无量纲；ε0为真空电容率，f/cm；a为单个铝金属电极区的面积，cm2；tox为二氧化硅氧化层的厚度，可见，k0和ε0为常数，cox只与a和tox有关。
25、可选的，步骤(4)中，二氧化硅氧化层内的移动离子浓度nm通过以下公式确定：
26、nm＝△vfb×cfb/q
27、其中，nm为二氧化硅氧化层内的移动离子浓度，cm-2；△vfb为平带电压偏移量，v；q为单位电荷量，一个单位电荷所带电荷量约为1.60217×10-19c；cfb表示电极区之间的平带电容，pf。
28、cfb通过以下公式确定：cfb＝cox/a＝k0×ε0/tox
29、因此，二氧化硅氧化层内的移动离子浓度nm的公式为：
30、nm＝0.62415×1019×△vfb×k0×ε0/tox
31、由上式可知，移动离子浓度nm不受a的影响，所以不同尺寸的探针可以有选择性地应用于适合尺寸的铝金属电极区。使用不同尺寸的探针对应测试尺寸对应的电极区，测试硅基晶圆不同位置处表面氧化层内部的移动离子电荷浓度分布情况。
32、采用本发明的技术方案能直接计算出单位面积内移动离子电荷的浓度，将硅基晶圆工艺过程管控中平时看不见、无法量化的、相对抽象的离子电荷，通过直观地数据展示出来，进而有针对性地排查、测试，及时采取纠正预防措施，避免了以往毫无头绪的围堵筛选，大大提高了工作效率，对产品质量的稳步提升起到了关键保障作用。
33、本发明还提供一种测试装置，能够一次性测试多个测试件，所述装置包括暗箱及暗箱内部的样品夹持单元和探针移动单元，样品夹持单元包括至少一对夹杆和至少一排呈直线排列的圆形的样品座，每个样品座通过可开合的夹持圈转动连接夹杆，夹杆的一端穿出暗箱，用于控制一对夹杆开合；
34、夹持圈包括两个半圆形的分圈，每个夹杆对应样品座的位置设有半圆形的滑槽，滑槽向样品座外侧凸出，分圈滑动连接对应夹杆的对应滑槽；
35、所述探针移动单元包括移动轨道和探针架，探针架为圆柱形且平行于夹杆，探针架包括至少三条探针座，每条探针座包括若干个探针孔，探针孔与样品座一一对应。
36、可选的，所述样品夹持单元包括若干个样品放置组件，样品放置组件水平设置且相互平行，样品放置组件平行于暗箱的一个侧边，便于设置移动轨道和探针架；
37、样品放置组件包括一对夹杆和呈直线排列的若干个样品座，夹杆与样品座排成的直线平行，若干个样品座沿着夹杆的长度方向均匀设置；
38、夹持圈的分圈通过滑块滑动连接对应夹杆的滑槽内，样品座的直径、夹持圈的内径都等于测试件的直径；测试件放置在样品座上后，两个夹杆相互靠近，使得两个分圈彼此相互靠近并夹住样品座和测试件，此时分圈合并成一个圆圈(即夹持圈)，样品座能带动夹持圈和测试件沿着对应的滑槽转动，从而调整测试件的角度，使得测试件正面的某个铝金属电极区能与探针孔的探针上下对应。
39、可选的，所述盖子的下表面设有至少一排红外对齐装置，红外对齐装置包括若干个红外发射及接收感应器，红外发射及接收感应器与样品座一一对应；红外发射及接收感应器对应样品座的同一个位置，
40、当红外发射及接收感应器向下发射红外线，照射到测试件的对应位置，光线返回红外发射及接收感应器，并检测反射率，由于铝金属电极区与二氧化硅氧化层对红外线的反射率不同，通过反射率能判断红外线是否照射到铝金属电极区上。
41、可选的，所述探针架包括若干条探针座，且沿着探针架的周向均匀分布，同一条探针座安装粗细相同的探针，不同条探针座安装粗细不同的探针，沿着探针架的顺时针方向，探针座安装探针的直径逐渐增大或逐渐减小，便于使用不同粗细的探针多次检测同一测试件。
42、进一步可选的，所述探针架连接竖直轨道的一端设有转动电机，用于控制探针架的转动。
1.探测硅基晶圆表面氧化层内移动离子电荷浓度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的探测硅基晶圆表面氧化层内移动离子电荷浓度的方法，其特征在于，步骤s1中，作为原料的硅基晶圆为硅片，电阻率为2-5ω·cm，厚度为500±50μm，晶向为<100>，硅片是导电类型为n型的单面抛光片。
3.根据权利要求1所述的探测硅基晶圆表面氧化层内移动离子电荷浓度的方法，其特征在于，步骤s1中，所述氧化炉内加热温度为1000-1100℃，加热时间为60-70min，二氧化硅氧化层的厚度为
4.根据权利要求3所述的探测硅基晶圆表面氧化层内移动离子电荷浓度的方法，其特征在于，步骤s3中，硅基晶圆的二氧化硅氧化层上形成的铝金属电极区均为圆形，不同电极区之间不通过金属相互连通，两个相邻的电极区的间距不小于5mm；
5.根据权利要求4所述的探测硅基晶圆表面氧化层内移动离子电荷浓度的方法，其特征在于，所述硅基晶圆的正面设置若干个第一电极区、若干个第二电极区和若干个第三电极区，
6.根据权利要求5所述的探测硅基晶圆表面氧化层内移动离子电荷浓度的方法，其特征在于，步骤s5具体包括：
7.根据权利要求6所述的探测硅基晶圆表面氧化层内移动离子电荷浓度的方法，其特征在于，使用以下测试装置，包括暗箱及暗箱内部的样品夹持单元和探针移动单元，样品夹持单元包括至少一对夹杆和至少一排呈直线排列的圆形的样品座，每个样品座通过可开合的夹持圈转动连接夹杆，夹杆的一端穿出暗箱，用于控制一对夹杆开合；
8.根据权利要求7所述的探测硅基晶圆表面氧化层内移动离子电荷浓度的方法，其特征在于，所述样品夹持单元包括若干个样品放置组件，样品放置组件水平设置且相互平行，样品放置组件平行于暗箱的一个侧边，便于设置移动轨道和探针架；
9.根据权利要求8所述的探测硅基晶圆表面氧化层内移动离子电荷浓度的方法，其特征在于，所述盖子的下表面设有至少一排红外对齐装置，红外对齐装置包括若干个红外发射及接收感应器，红外发射及接收感应器与样品座一一对应；红外发射及接收感应器对应样品座的同一个位置，
10.根据权利要求9所述的探测硅基晶圆表面氧化层内移动离子电荷浓度的方法，其特征在于，所述探针架包括若干条探针座，且沿着探针架的周向均匀分布，同一条探针座安装粗细相同的探针，不同条探针座安装粗细不同的探针，沿着探针架的顺时针方向，探针座安装探针的直径逐渐增大或逐渐减小，便于使用不同粗细的探针多次检测同一测试件；
