一种薄膜生长的实时测温方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种薄膜生长的实时测温方法。
【背景技术】
[0002] 外延片生长温度是薄膜生长反应腔生产性能控制的关键参数。由于薄膜生长反应 腔的反应条件严格，需要高真空、高温、化学性质活泼的生长环境，高速旋转的衬底，以及严 格的设备空间布置，采用热电偶等直接测温的技术几乎是不可能的，因此，必须依赖于非接 触测温法对外延片生长温度进行测量。现有技术中应用的非接触测温法是采用经过热辐射 系数修正的高温测量方法，通过测量一定波段的辐射光和相应外延片片表面的发射率计算 外延片片表面的温度。然而，在外延片片生长过程中，测温系统的安装及外界环境会影响其 测温的稳定性，影响因素主要包括：a)反应腔窗口上的淀积的影响；b)测温系统安装位置 对探测距离变化、光学探测器立体角变化的影响；c)外延片片生长环境如通气气压、石墨盘 旋转变换的影响。这些影响会改变测温系统检测到的信号，引起系统性的温度偏离，导致外 延片生长温度测量无法保证一致而又精确。
【发明内容】
[0003] 为了解决上述问题，本发明提出了一种对双波长测温结构的薄膜生长反应腔校准 后对薄膜生长反应腔进行测温的薄膜生长的实时测温方法。
[0004] 本发明提供的薄膜生长的实时测温方法包括以下步骤：
[0005] 获得双波长测温结构的薄膜生长反应腔的校准系数叫和m2;
[0006] 当薄膜生长反应腔处于低温温度区间时，测量第一种波长A i对应的实际热辐射 功率LUpT)，根
【主权项】
1. 一种薄膜生长的实时测温方法，其特征在于，包括以下步骤： 测量不同温度下，黑体炉的响应光谱P(A，T); 根据
计算第一种波长Ai和第二种波长A2分别对应的理论热辐射功率比值r(l(T); 其中，
PjXpT)，第一种波长Ai对应的热福射功率， 入i，第一种波长， A入1，第一种波长Xi对应的带宽， (入），光学探测器在第一种波长入i下的响应函数，gl (入），第一种波长Ai对应的辐射光在光学器件的透过率， P(入，T)，黑体炉的响应光谱，t(T)，光谱传输曲线的表达式， 卩"^"^第二种波长^对应的热福射功率， 入第二种波长， A入2,第二种波长对应的带宽， f2U)，光学探测器在第二种波长A2下的响应函数， g2U)，第二种波长A2对应的辐射光在光学器件的透过率， T，温度， A(T)，第一种波长Ai和第二种波长A2分别对应的理论热辐射功率比值； 根据所述温度和对应的理论热辐射功率比值A(T)，进行最小二乘拟合，得到理论热辐 射比值-温度曲线； 测量不同温度下，第一种波长A:对应的实际热辐射功率，第二种波长A2对应的实际 热辐射功率，并得到实际热辐射比值； 根据实际热辐射比值，在理论热辐射比值_温度曲线上描出与所述实际热辐射比值对 应的点； 将所述点对应的温度T的值代入
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分别得到叫和m2 ; 其中， L(XT)，第一种波长Ai对应的实际热辐射功率， L(入2,T)，第二种波长A2对应的实际热辐射功率， 11^，第一种波长Ai对应的校准系数，m2，第二种波长A2对应的校准系数， (入），光学探测器在第一种波长入i下的响应函数，gl (入），第一种波长Ai对应的辐射光在光学器件的透过率， f2U)，光学探测器在第二种波长A2下的响应函数， g2U)，第二种波长A2对应的辐射光在光学器件的透过率， e(X)，外延片表面的发射率， T，温度； 入i，第一种波长， A入1，第一种波长Xi对应的带宽， 入第二种波长， A入2,第二种波长对应的带宽，k，玻尔兹曼常数，k=l. 3806X10_23J/K， h为普照朗克常数，h=6. 626X10_34J?s， c，光在真空中传播速度，c=3X108m/s; 当薄膜生长反应腔处于低温温度区间时，测量第一种波长h对应的实际热辐射功率LUpT)，根据X计算所述薄膜 生长反应腔的温度；
当薄膜生长反应腔处于高温温度区间时，测量第一种波长A2对应的实际热辐射功率LU2，T)，根据 十算所述薄膜 生长反应腔的ik/乂； 所述薄膜生长反应腔范围为（Tmin，Tmax)为（400°C，1500°C)，所述第一种波长Ai对应高 温度区间（Tup，T_)，所述第二种波长A2对应低温度区间（Tmin，Td_)，其中，Tmin <Td_ <Tup <T? 丄max， 其中， L(XT)，第一种波长Ai对应的实际热辐射功率， L(X2,T)，第二种波长A2对应的实际热辐射功率， 11^，第一种波长Ai对应的校准系数，m2，第二种波长A2对应的校准系数， (入），光学探测器在第一种波长入i下的响应函数，gl (入），第一种波长Ai对应的辐射光在光学器件的透过率， f2U)，光学探测器在第二种波长A2下的响应函数， g2U)，第二种波长A2对应的辐射光在光学器件的透过率， e(X)，外延片表面的发射率， T，温度； 入i，第一种波长， A入1，第一种波长Xi对应的带宽， 入第二种波长， A入2,第二种波长对应的带宽，k，玻尔兹曼常数，k=l. 3806X10_23J/K， h为普照朗克常数，h=6. 626X10_34J?s， c，光在真空中传播速度，c=3X108m/s。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，（Tmin，Tmax)为（450°C，1200°C)，TUP=750°C， Td〇wn=8〇〇°C，Xi=940nm,X2=1050nm。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过最小二乘法得到所述热辐射比值-温 度曲线时，参与拟合的热辐射比值以及对应的温度T数据为多个，分别是反应腔温度稳定 在^^…乂时获得。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述I\，T2，…，Tn分别由黑体炉加热系 统加热获得。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实际热辐射比值r(T)的计算方法如 下：
其中， L(XT)，第一种波长Ai对应的实际热辐射功率， L(入T)，第二种波长A2对应的实际热辐射功率， 入i，第一种波长， 入第二种波长， ei，第一种波长Xi对应的外延片表面的发射率，e2，第二种波长X2对应的外延片表面的发射率 T，温度。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于， 当外延片为理想不透明、光滑、平整的表面时，e =1-R/A Te 其中， e，外延片表面的发射率， R，外延片的反射率， ATK，反射率衰减因子， 当透明、单面衬底抛光的蓝宝石衬底的外延片， e =ecarr(1-R/ATK) (1-Rdiff) {1+R/ATK*Rdiff+ (1-e咖r) [ (Rdiff+R/ATK (1-Rdiff)2) ]}其 中， e，外延片表面的发射率， Rdiff，不平滑衬底的散射率，e ，石墨基座的热发射率， ATK，反射率衰减因子。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜生长反应腔是MOCVD、MBE或者PECVD〇
【专利摘要】本发明公开了一种薄膜生长的实时测温方法，属于半导体制造技术领域。该方法包括获得双波长测温结构的薄膜生长反应腔的校准系数；测量实际热辐射功率，将校准系数和实际热辐射功率代入公式，计算得到薄膜生长反应腔内薄膜的温度。该方法由于双波长测温结构所依附的薄膜生长反应腔经过校准，计算得到的薄膜的温度值更接近真值。
【IPC分类】G01J5-00
【公开号】CN104697637
【申请号】CN201310655561
【发明人】李成敏, 严冬, 王林梓, 刘健鹏, 焦宏达, 张塘, 马小超
【申请人】北京智朗芯光科技有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年12月6日