一種薄膜生長(zhǎng)的實(shí)時(shí)測(cè)溫方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種薄膜生長(zhǎng)的實(shí)時(shí)測(cè)溫方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 外延片生長(zhǎng)溫度是薄膜生長(zhǎng)反應(yīng)腔生產(chǎn)性能控制的關(guān)鍵參數(shù)。由于薄膜生長(zhǎng)反應(yīng) 腔的反應(yīng)條件嚴(yán)格，需要高真空、高溫、化學(xué)性質(zhì)活潑的生長(zhǎng)環(huán)境，高速旋轉(zhuǎn)的襯底，以及嚴(yán) 格的設(shè)備空間布置，采用熱電偶等直接測(cè)溫的技術(shù)幾乎是不可能的，因此，必須依賴(lài)于非接 觸測(cè)溫法對(duì)外延片生長(zhǎng)溫度進(jìn)行測(cè)量。現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用的非接觸測(cè)溫法是采用經(jīng)過(guò)熱輻射 系數(shù)修正的高溫測(cè)量方法，通過(guò)測(cè)量一定波段的輻射光和相應(yīng)外延片片表面的發(fā)射率計(jì)算 外延片片表面的溫度。然而，在外延片片生長(zhǎng)過(guò)程中，測(cè)溫系統(tǒng)的安裝及外界環(huán)境會(huì)影響其 測(cè)溫的穩(wěn)定性，影響因素主要包括：a)反應(yīng)腔窗口上的淀積的影響；b)測(cè)溫系統(tǒng)安裝位置 對(duì)探測(cè)距離變化、光學(xué)探測(cè)器立體角變化的影響；c)外延片片生長(zhǎng)環(huán)境如通氣氣壓、石墨盤(pán) 旋轉(zhuǎn)變換的影響。這些影響會(huì)改變測(cè)溫系統(tǒng)檢測(cè)到的信號(hào)，引起系統(tǒng)性的溫度偏離，導(dǎo)致外 延片生長(zhǎng)溫度測(cè)量無(wú)法保證一致而又精確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種對(duì)雙波長(zhǎng)測(cè)溫結(jié)構(gòu)的薄膜生長(zhǎng)反應(yīng)腔校準(zhǔn) 后對(duì)薄膜生長(zhǎng)反應(yīng)腔進(jìn)行測(cè)溫的薄膜生長(zhǎng)的實(shí)時(shí)測(cè)溫方法。
[0004] 本發(fā)明提供的薄膜生長(zhǎng)的實(shí)時(shí)測(cè)溫方法包括以下步驟：
[0005] 獲得雙波長(zhǎng)測(cè)溫結(jié)構(gòu)的薄膜生長(zhǎng)反應(yīng)腔的校準(zhǔn)系數(shù)叫和m2;
[0006] 當(dāng)薄膜生長(zhǎng)反應(yīng)腔處于低溫溫度區(qū)間時(shí)，測(cè)量第一種波長(zhǎng)A i對(duì)應(yīng)的實(shí)際熱輻射 功率LUpT)，根
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種薄膜生長(zhǎng)的實(shí)時(shí)測(cè)溫方法，其特征在于，包括以下步驟： 測(cè)量不同溫度下，黑體爐的響應(yīng)光譜P(A，T); 根據(jù)
計(jì)算第一種波長(zhǎng)Ai和第二種波長(zhǎng)A2分別對(duì)應(yīng)的理論熱輻射功率比值r(l(T); 其中，
PjXpT)，第一種波長(zhǎng)Ai對(duì)應(yīng)的熱福射功率， 入i，第一種波長(zhǎng)， A入1，第一種波長(zhǎng)Xi對(duì)應(yīng)的帶寬， (入），光學(xué)探測(cè)器在第一種波長(zhǎng)入i下的響應(yīng)函數(shù)，gl (入），第一種波長(zhǎng)Ai對(duì)應(yīng)的輻射光在光學(xué)器件的透過(guò)率， P(入，T)，黑體爐的響應(yīng)光譜，t(T)，光譜傳輸曲線(xiàn)的表達(dá)式， 卩"^"^第二種波長(zhǎng)^對(duì)應(yīng)的熱福射功率， 入第二種波長(zhǎng)， A入2,第二種波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的帶寬， f2U)，光學(xué)探測(cè)器在第二種波長(zhǎng)A2下的響應(yīng)函數(shù)， g2U)，第二種波長(zhǎng)A2對(duì)應(yīng)的輻射光在光學(xué)器件的透過(guò)率， T，溫度， A(T)，第一種波長(zhǎng)Ai和第二種波長(zhǎng)A2分別對(duì)應(yīng)的理論熱輻射功率比值； 根據(jù)所述溫度和對(duì)應(yīng)的理論熱輻射功率比值A(chǔ)(T)，進(jìn)行最小二乘擬合，得到理論熱輻 射比值-溫度曲線(xiàn)； 測(cè)量不同溫度下，第一種波長(zhǎng)A:對(duì)應(yīng)的實(shí)際熱輻射功率，第二種波長(zhǎng)A2對(duì)應(yīng)的實(shí)際 熱輻射功率，并得到實(shí)際熱輻射比值； 根據(jù)實(shí)際熱輻射比值，在理論熱輻射比值_溫度曲線(xiàn)上描出與所述實(shí)際熱輻射比值對(duì) 應(yīng)的點(diǎn)； 將所述點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度T的值代入
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分別得到叫和m2 ; 其中， L(XT)，第一種波長(zhǎng)Ai對(duì)應(yīng)的實(shí)際熱輻射功率， L(入2,T)，第二種波長(zhǎng)A2對(duì)應(yīng)的實(shí)際熱輻射功率， 11^，第一種波長(zhǎng)Ai對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)系數(shù)，m2，第二種波長(zhǎng)A2對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)系數(shù)， (入），光學(xué)探測(cè)器在第一種波長(zhǎng)入i下的響應(yīng)函數(shù)，gl (入），第一種波長(zhǎng)Ai對(duì)應(yīng)的輻射光在光學(xué)器件的透過(guò)率， f2U)，光學(xué)探測(cè)器在第二種波長(zhǎng)A2下的響應(yīng)函數(shù)， g2U)，第二種波長(zhǎng)A2對(duì)應(yīng)的輻射光在光學(xué)器件的透過(guò)率， e(X)，外延片表面的發(fā)射率， T，溫度； 入i，第一種波長(zhǎng)， A入1，第一種波長(zhǎng)Xi對(duì)應(yīng)的帶寬， 入第二種波長(zhǎng)， A入2,第二種波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的帶寬，k，玻爾茲曼常數(shù)，k=l. 3806X10_23J/K， h為普照朗克常數(shù)，h=6. 626X10_34J?s， c，光在真空中傳播速度，c=3X108m/s; 當(dāng)薄膜生長(zhǎng)反應(yīng)腔處于低溫溫度區(qū)間時(shí)，測(cè)量第一種波長(zhǎng)h對(duì)應(yīng)的實(shí)際熱輻射功率LUpT)，根據(jù)X計(jì)算所述薄膜 生長(zhǎng)反應(yīng)腔的溫度；
當(dāng)薄膜生長(zhǎng)反應(yīng)腔處于高溫溫度區(qū)間時(shí)，測(cè)量第一種波長(zhǎng)A2對(duì)應(yīng)的實(shí)際熱輻射功率LU2，T)，根據(jù) 十算所述薄膜 生長(zhǎng)反應(yīng)腔的ik/乂； 所述薄膜生長(zhǎng)反應(yīng)腔范圍為（Tmin，Tmax)為（400°C，1500°C)，所述第一種波長(zhǎng)Ai對(duì)應(yīng)高 溫度區(qū)間（Tup，T_)，所述第二種波長(zhǎng)A2對(duì)應(yīng)低溫度區(qū)間（Tmin，Td_)，其中，Tmin <Td_ <Tup <T? 丄max， 其中， L(XT)，第一種波長(zhǎng)Ai對(duì)應(yīng)的實(shí)際熱輻射功率， L(X2,T)，第二種波長(zhǎng)A2對(duì)應(yīng)的實(shí)際熱輻射功率， 11^，第一種波長(zhǎng)Ai對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)系數(shù)，m2，第二種波長(zhǎng)A2對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)系數(shù)， (入），光學(xué)探測(cè)器在第一種波長(zhǎng)入i下的響應(yīng)函數(shù)，gl (入），第一種波長(zhǎng)Ai對(duì)應(yīng)的輻射光在光學(xué)器件的透過(guò)率， f2U)，光學(xué)探測(cè)器在第二種波長(zhǎng)A2下的響應(yīng)函數(shù)， g2U)，第二種波長(zhǎng)A2對(duì)應(yīng)的輻射光在光學(xué)器件的透過(guò)率， e(X)，外延片表面的發(fā)射率， T，溫度； 入i，第一種波長(zhǎng)， A入1，第一種波長(zhǎng)Xi對(duì)應(yīng)的帶寬， 入第二種波長(zhǎng)， A入2,第二種波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的帶寬，k，玻爾茲曼常數(shù)，k=l. 3806X10_23J/K， h為普照朗克常數(shù)，h=6. 626X10_34J?s， c，光在真空中傳播速度，c=3X108m/s。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，（Tmin，Tmax)為（450°C，1200°C)，TUP=750°C， Td〇wn=8〇〇°C，Xi=940nm,X2=1050nm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)最小二乘法得到所述熱輻射比值-溫 度曲線(xiàn)時(shí)，參與擬合的熱輻射比值以及對(duì)應(yīng)的溫度T數(shù)據(jù)為多個(gè)，分別是反應(yīng)腔溫度穩(wěn)定 在^^…乂時(shí)獲得。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述I\，T2，…，Tn分別由黑體爐加熱系 統(tǒng)加熱獲得。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述實(shí)際熱輻射比值r(T)的計(jì)算方法如 下：
其中， L(XT)，第一種波長(zhǎng)Ai對(duì)應(yīng)的實(shí)際熱輻射功率， L(入T)，第二種波長(zhǎng)A2對(duì)應(yīng)的實(shí)際熱輻射功率， 入i，第一種波長(zhǎng)， 入第二種波長(zhǎng)， ei，第一種波長(zhǎng)Xi對(duì)應(yīng)的外延片表面的發(fā)射率，e2，第二種波長(zhǎng)X2對(duì)應(yīng)的外延片表面的發(fā)射率 T，溫度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于， 當(dāng)外延片為理想不透明、光滑、平整的表面時(shí)，e =1-R/A Te 其中， e，外延片表面的發(fā)射率， R，外延片的反射率， ATK，反射率衰減因子， 當(dāng)透明、單面襯底拋光的藍(lán)寶石襯底的外延片， e =ecarr(1-R/ATK) (1-Rdiff) {1+R/ATK*Rdiff+ (1-e咖r) [ (Rdiff+R/ATK (1-Rdiff)2) ]}其 中， e，外延片表面的發(fā)射率， Rdiff，不平滑襯底的散射率，e ，石墨基座的熱發(fā)射率， ATK，反射率衰減因子。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜生長(zhǎng)反應(yīng)腔是MOCVD、MBE或者PECVD〇
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種薄膜生長(zhǎng)的實(shí)時(shí)測(cè)溫方法，屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括獲得雙波長(zhǎng)測(cè)溫結(jié)構(gòu)的薄膜生長(zhǎng)反應(yīng)腔的校準(zhǔn)系數(shù)；測(cè)量實(shí)際熱輻射功率，將校準(zhǔn)系數(shù)和實(shí)際熱輻射功率代入公式，計(jì)算得到薄膜生長(zhǎng)反應(yīng)腔內(nèi)薄膜的溫度。該方法由于雙波長(zhǎng)測(cè)溫結(jié)構(gòu)所依附的薄膜生長(zhǎng)反應(yīng)腔經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，計(jì)算得到的薄膜的溫度值更接近真值。
【IPC分類(lèi)】G01J5-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104697637
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310655561
【發(fā)明人】李成敏, 嚴(yán)冬, 王林梓, 劉健鵬, 焦宏達(dá), 張?zhí)? 馬小超
【申請(qǐng)人】北京智朗芯光科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2013年12月6日