一种mocvd反应腔测温方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及M0CVD反应腔测温方法。
【背景技术】
[0002] 外延片生长温度是M0CVD生产性能控制的关键参数。由于M0CVD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M0CVD设备校准后对 M0CVD反应腔进行测温的M0CVD反应腔测温方法。
[0004] 本发明提供的M0CVD反应腔测温方法包括以下步骤：
[0005]测量不同温度下，黑体炉的响应光谱P(入，T);
[0006] 根据
【主权项】
1. 一种MOCVD反应腔测温方法，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M和第二种波长A。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
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MOCVD反应腔处于低温温度区间时，测量第一种波长Ai对应的实际热辐射功率L(入。^，根捐 X计算所述MOCVD 反应fe的温度；
当MOCVD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L(入2，T)，根据 XA计算所述 MOCVD反应腔的彳血/叉； 所述测温范围为（Tmin，T_)为（400°C，1500°C)，所述第一种波长八对应高温度区间 (Tup，T_)，所述第二种波长X2对应低温度区间（Tmin，Td_)，其中，Tmin <Td_ <Tup <T_ ; 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2,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。
【专利摘要】本发明公开了一种MOCVD反应腔测温方法，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MOCVD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MOCVD反应腔的温度。该方法由于双波长测温结构的MOCVD反应腔经过校准，计算得到的MOCVD反应腔的温度值更接近真值。
【IPC分类】G01K13-00
【公开号】CN104697666
【申请号】CN201310655549
【发明人】严冬, 李成敏, 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