确定外延机台腔体内温度均匀性的方法与流程

本发明涉及确定外延机台腔体内温度均匀性的方法。

背景技术：

硅片进入工艺腔体前处于常温状态，通过机械手臂(包括Wand)从硅片上方吸取硅片进入800℃-900℃外延机台腔体后，被放置到基座托盘内，然后机械手臂退出。硅片由于温度的急剧变化，边缘会向上翘曲，从而会碰擦到此时还未离开腔体的机械手臂引起边缘刮伤。

技术实现要素：

本发明的目的之一是为了克服现有技术中的不足，提供一种确定外延机台腔体内温度均匀性的方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

确定外延机台腔体内温度均匀性的方法，其特征在于，包括步骤，

A、提供一基板片；

B、将基板片放入外延机台内，在基板片上生长一层多晶层；在基板上生长多晶层，多晶层的生长温度为600℃-950℃，多晶层生长过程中，基板片不旋转；

C、多晶层生长完成后，测定多晶层的厚度分布，根据多晶层的厚度分布可得出外延机台腔体内的温度分布；如各点厚度一致，则腔体内各处的温度相同；若各点厚度不一致，则多晶层厚度越厚，对应外延机台腔体内该处的温度越高；多晶层厚度越薄，则对应外延机台腔体内该处的温度越低。

根据本发明的一个实施例，所述外延机台腔体内温度均匀性为基板片放置于所述外延机台腔体内后受热的均匀性。

根据本发明的一个实施例，外延机台腔体内温度均匀性为外延机台腔体内在600℃-950℃区间的温度均匀性。

根据本发明的一个实施例，所述步骤C中，采用三氯氢硅长多晶层，生长温度为800℃-900℃；或者采用硅烷长多晶层，生长温度为600℃-700℃，或者采用二氯二氢硅长多晶层，生长温度为700℃-800℃。

根据本发明的一个实施例，所述基板片为掺硼单晶抛光片，电阻率为5-100ohm.cm。

根据本发明的一个实施例，所述步骤A中，使所述基板片表面生成一层封底层，所述封底层厚度为800-1200埃。

根据本发明的一个实施例，所述封底层为单晶抛光片在氧气气氛中生长而成的低温氧化层。

根据本发明的一个实施例，所述步骤A中，在所述封底层上生长一层籽晶层；所述步骤B中，在所述籽晶层上生长所述多晶层。

根据本发明的一个实施例，封底层厚度为800-1200埃；籽晶层厚度200-500埃。

根据本发明的一个实施例，以多晶层表面选取多个点检测其厚度。

根据本发明的一个实施例，以圆形的基板片圆心为中心，均匀分布选取多个点检测其厚度。

根据本发明的一个实施例，选取基板片的前端、圆心、左侧、右侧及后端的一个或多个点测定其厚度；并根据前端、中心、左侧、右侧和后端的厚度判定外延机台腔体内的温度均匀性。

根据本发明的一个实施例，以垂直于气体进气方向的圆形基板片的直径为分界，气体未越过该直径之前的基板片上的位置的多晶层厚度用于判断外延机台腔体前部的温度；位于该直径上的圆心两侧的位置用于判断外延机台腔体侧部的温度；气体越过该直径之后的基板片上的位置的多晶层厚度用于判断外延机台腔体尾部的温度。

根据本发明的一个实施例，以基板片圆心处生长的多晶层厚度作为标准值，将各位置生长的多晶层厚度与标准值对比，如一致，则判断温度均匀，如不一致，则判断温度不均匀。

如图1所示，箭头为外延机台腔体内的气体进气方向，以垂直于气体进气方向的圆形基板片10的直径12为分界，气体未越过该直径12之前的基板片10上的位置为前端位置；位于该直径12上的圆心11左侧位置和右侧位置；气体越过该直径12之后的基板片10上的位置为后端位置。外延机台腔体内分为前部、左侧部、右侧部和尾部，并在以上位置分别设置有热电偶。前部热电偶主要为基板片的前端位置提供热量以生长多晶层。左侧部热电偶主要为基板片的左侧位置提供热量以生长多晶层。右侧部热电偶主要为基板片的右侧位置提供热量以生长多晶层。尾部热电偶主要为基板片的后端位置提供热量以生长多晶层。基板片放置于位于腔体内的基座上，基座发热为基板片生长多晶层提供热量。

发明人经研究发现，外延片的边缘翘曲主要由于在700℃-950℃，尤其是800℃-900℃温度下放片过程中受热不均匀所致。故该温度区间的外延机台腔体内的温度均匀性至关重要。

外延机台的整体温度由位于基座正下方的中心热电偶控制，其余还有前部热电偶，左侧部热电偶、右侧部热电偶及尾部热电偶提供热量，分别控制腔体前部、侧部及尾部的温度分布。在工作之前，各部位的热电偶均预先设定工作值。在有些情况下，也会设置一定的补偿值，以修正之前的设定工作值。

外延生长过程中的温度一般为1100℃-1180℃，对此温度区间内外延机台腔体内各点的温度监控主要通过离子注入片实现。但在取放片过程中，外延机台腔体内的温度为600℃-950℃，尤其是800℃-900℃区间，在此温度区间是监控的盲点。但由于在此温度区间内放片，如不能保证在此区间内的温度均匀性，则易造成基板片边缘翘曲。在取放片过程中，如基板片边缘翘曲，则机械手臂在行走过程中会刮伤基板片，造成最终生产的外延片划伤，降低外延片的合格率。

本发明利用了在700℃-950℃温度区间内生长多晶层时，反应速率处于温度控制而非流量控制区域，故可通过多晶层的厚度分布对应到硅片在该温度区间的温度分布，从而可利用多晶层的厚度分布是否均匀判断外延机台腔体内的温度是否均匀，借此可判断基板片在外延机台内的受热是否均匀。根据各个检测位置的多晶层厚度与标准值的差值，可调整外延机台腔体内的温度分布。而针对不同规格的基板，则可从硅片传送腔窗口或从安装的高温摄像机观察形变量，再对各区域温度均匀性进行微调，达到硅片受热均匀，硅片边缘与手臂无接触，达到无卷边刮伤的目的。

附图说明

图1为本发明选取的检测位置示意图。

图2为实施例1中的外延机台腔体内温度未调整前生产的外延片的表面缺陷光学扫描图。

图3为实施例1中的外延机台腔体内温度调整后生产的外延片的表面缺陷光学扫描图。

图4为实施例2中的外延机台腔体内温度未调整前生产的外延片的表面缺陷光学扫描图。

图5为实施例2中的外延机台腔体内温度调整后生产的外延片的表面缺陷光学扫描图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明进行详细的描述：

确定外延机台腔体内温度均匀性的方法，所述外延机台腔体内温度均匀性为基板片放置于所述外延机台腔体内后受热的均匀性。根据本发明的优选实施例，本发明尤其是用于测定外延机台腔体内在600℃-950℃区间的温度均匀性。尤其适用于外延机台腔体内在800℃-900℃区间的温度均匀性。

本发明所述的方法包括步骤，

A、提供一基板片；所述基板片为掺硼单晶抛光片，电阻率为5-100ohm.cm，使其表面先生长一层封底层。根据本发明的优选实施例，还可以在封底层上生长一层籽晶层，所述籽晶层为多晶层。籽晶层厚度200-500埃。

B、将基板片放入外延机台内，在籽晶层上生长一层多晶层；所述封底层为采用单晶抛光片在氧气气氛中生长而成的低温氧化层，封底层厚度为800-1200埃。在所述籽晶层上生长多晶层，多晶层的生长温度为600℃-950℃，多晶层生长过程中，基板片不旋转；所述步骤C中，采用三氯氢硅长多晶层，生长温度为800℃-900℃；或者采用硅烷长多晶层，生长温度为600℃-700℃，或者采用二氯二氢硅长多晶层，生长温度为700℃-800℃。本领域内技术人员可以理解，根据实际生产情况，在以上的各温度范围内均可以调整，均能够生长多晶层。

C、多晶层生长完成后，测定多晶层的厚度分布，根据多晶层的厚度分布可得出外延机台腔体内的温度分布；如各点厚度一致，则腔体内各处的温度相同；若各点厚度不一致，则多晶层厚度越厚，对应外延机台腔体内该处的温度越高；多晶层厚度越薄，则对应外延机台腔体内该处的温度越低。

以多晶层表面选取多个点检测其厚度。根据本发明的优选实施例，以圆形的基板片圆心为中心，均匀分布选取多个点检测其厚度。选取基板片的前端、圆心、左侧、右侧及后端的一个或多个点测定其厚度；并根据前端、中心、左侧、右侧和后端的厚度判定外延机台腔体内的温度均匀性。如图1所示为一具体实施例，箭头为外延机台腔体内的气体进气方向，以垂直于气体进气方向的圆形基板片10的直径12为分界，气体未越过该直径12之前的基板片10上的位置为前端位置，前端位置的多晶层厚度用于判断外延机台腔体前部的温度；位于该直径12上的圆心11左侧位置和右侧位置分别用于判断外延机台腔体左侧部和右侧部的温度；气体越过该直径12之后的基板片10上的位置为后端位置，后端位置的多晶层厚度用于判断外延机台腔体尾部的温度。在如图所示的示例中，本发明选取测定两个前端位置点16的厚度，两个左侧位置点13的厚度，两个右侧位置点14的厚度，两个后端位置点15的厚度。

外延机台腔体内通过热电偶加热，根据前述的方法确定外延机台内的温度是否均匀，如均匀，则无需调整热电偶的功率；如某一位置的多晶层厚度与其他位置的多晶层厚度相同，则调整该位置相对应的外延机台腔体处的热电偶工作效果。

本发明将基板片圆心位置生长的多晶层厚度作为标准值，然后将其它检测点的多晶层厚度与标准值对比，如一致，则判断该处温度合适，对应该位置的热电偶工作无需调整；如不一致，则判断该处温度不合适，则调整该处位置对应的热电偶，降低或增高该处的温度。

本发明中所述的厚度，其单位均为埃，各计算公式中仅代入数值，不代入单位。

以下以基板片圆心位置生长的多晶层厚度作为标准值为例说明，并根据其他位置多晶层厚度与圆心位置的多晶层厚度差值计算对应该检测位置的热电偶的调整温度度数。

根据本发明的实施例，所述外延机台腔体包括前部、左侧部、右侧部和尾部；尾部的温度调整度数为(R-C)/25，R为基板片后端位置生长的多晶层的厚度，C代表基板片圆心位置生长的多晶层厚度，得数为“+”表示需要在设定值基础上降低，得数为“-”表示需要在原设定值基础上增加；左侧部与右侧部补偿值调整度数为【(S_左+S_右)/2-C】/25，S_左和S_右分别为基板片左侧位置及右侧位置生长的多晶层厚度，C代表基板片圆心位置生长的多晶层厚度，得数为“+”表示需要在原设定值基础上降低，得数为“-”表示需要在原设定值基础上增加；前部的补偿值调整度数为：(F-C)/25，其中F代表基板片前端位置生长的多晶层厚度；C代表基板片圆心位置生长的多晶层厚度，得数为“+”表示需要在原设定值基础上降低，得数为“-”表示需要在原设定值基础上增加。

实施例1

本发明所述的方法包括步骤，

A、提供一基板片；所述基板片为掺硼单晶抛光片，电阻率为5-100ohm.cm，使其表面先生成一层封底层；所述封底层为采用单晶抛光片在氧气气氛中生长而成的低温氧化层，再在封底层上生长一层籽晶层。根据本发明的优选实施例，所述籽晶层为多晶层。籽晶层厚度500埃。

B、将基板片放入外延机台内，在籽晶层上生长一层多晶层；封底层厚度为1000埃。在籽晶层上生长多晶层，多晶层生长过程中，基板片不旋转；所述步骤C中，采用三氯氢硅长多晶层，生长温度为900℃。

C、多晶层生长完成后，测定各位置多晶层的厚度。并根据各检测位置的多晶层厚度与圆心位置多晶层厚度的差值计算热电偶的补偿值。

表1为采用本发明方法调整腔体内温度均匀性性的计算实例。

表1

实施例2

本发明所述的方法包括步骤，

A、提供一基板片；所述基板片为掺硼单晶抛光片，电阻率为5-100ohm.cm，使其表先生成一层封底层。根据本发明的优选实施例，还可以在封底层上生长一层籽晶层，所述籽晶层为多晶层。籽晶层厚度400埃。

B、将基板片放入外延机台内，在籽晶层上生长一层多晶层；所述封底层为采用单晶抛光片在氧气气氛中生长而成的低温氧化层，封底层厚度为1100埃。在籽晶层上生长多晶层，多晶层生长过程中，基板片不旋转；所述步骤C中，采用二氯二氢硅长多晶层，生长温度为800℃。

C、多晶层生长完成后，测定各位置多晶层的厚度。并根据各检测位置的多晶层厚度与圆心位置多晶层厚度的差值计算热电偶的补偿值。

表2为采用本发明方法调整腔体内温度均匀性性的计算实例。

表2

发明人经实验发现，在以上所列的各工艺参数数值范围内选择具体的数值，均可以实现本发明目的。

本发明根据以上方法调整外延机台腔体内的温度均匀性，以此减小硅片放入外延机台内产生翘曲。根据前述方法确定调整外延机台腔体内温度均匀性，根据检测获得的腔体内的温度均匀性调整外延机台腔体内的温度，使硅片受热均匀。

根据本发明的实施例，调整外延机台腔体内的温度均匀性后，利用高温摄像机拍摄硅片放入外延机台腔体内的基座上时的形变量，根据拍摄的图像分析硅片的形变量，调整形变量较大位置附近的热电偶输出功率。

图2与图3的生产条件除腔体内的温度均匀性是否调整之外，其余条件相同。图2为调整腔体内温度均匀性之前生产的外延片20视图，从图中可以看出，其存在明显的划伤区域21。图3为按照实施例的数据调整腔体内温度均匀性之后生成的外延片20视图，从图中可以看出，其不存在明显的划伤。

图4与图5的生产条件除腔体内的温度均匀性是否调整之外，其余条件相同。图4为调整腔体内温度均匀性之前生产的外延片20视图，从图中可以看出，其存在明显的划伤区域22。图5为按照实施例的数据调整腔体内温度均匀性之后生成的外延片20视图，从图中可以看出，其不存在明显的划伤。

根据本发明方法调整外延机台腔体内的温度后，调整温度均匀性前因基板边缘翘曲造成划伤的比例为0.4％，调整温度均匀性后因基板边缘翘曲造成划伤的比例为0.01％。

本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。