一种在线实时检测外延片生长的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体材料制造设备技术领域，特别涉及一种在线实时检测外延片生 长的方法。
【背景技术】
[0002] 光照射到物质上时会发生散射。在发生散射时，少部分散射光的波长会增大或者 减小，即发生拉曼散射，拉曼散射对应的光谱称为拉曼光谱。拉曼光谱属于分子的振动光 谱。每一种物质都有自己的特征拉曼光谱，所以，拉曼光谱通常可以作为识别物质的"指 纹"，其中，不同材料的拉曼光谱有各自的不同于其它材料的特征的光谱-特征谱。反应的 元素是设备里提供的驱动物，不同的温度，不同的含量，从光谱里可以看到物质的组分信息 和结构信息。金属有机化学气相沉积设备（M0CVD)是目前制备半导体材料的一种重要设备。 目前，采用反射计与高温测定法结合，能够实现对半导体材料外延层的温度、厚度及应力状 态灯的在线检测。通过在线光致发光光谱监测半导体材料外延片的拉曼散射光谱，分析半 导体材料外延带隙、微结构、组分等信息，能够及时反馈半导体材料波长偏差，减小外延片 质量差及报废带来的损失，从而提高外延片优良率并增加产能。
[0003] 但是，实现在线光致发光光谱的测量遇到的技术难题包括：（1)分子拉曼散射截 面小，拉曼信号的激发与收集困难；（2)对实时检测系统来说，光谱仪采集速度、脉冲激 光频率、M0CVD反应时的转速等参数不易协调一致；（3)实时检测数据量庞大，以转速为 1200rpm为例，每秒的检测数据量可达20M，因此，采用现有技术中的在线光致发光光谱测 量装置对硬件的要求很高。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述问题，本发明提出了一种能够用于生产半导体量子器件的外延片生 长的结构简单、参数易协调一致且实时检测数据量明显降低的在线实时检测外延片生长的 方法。
[0005] 本发明提供的在线实时检测外延片生长的方法根据各外延片对应的实时拉曼散 射光谱数据，实时分析各外延片带隙、微结构、组分信息，并实时反馈各外延片的波长偏差， 从而在线实时检测各外延片的生长信息。
[0006] 本发明提供的在线实时检测外延片生长的方法利用各外延片对应的拉曼散射光 谱，实时分析各外延片带隙、微结构、组分信息，并实时反馈各外延片的波长偏差，从而在线 实时检测生产半导体量子器件的外延片生长。该方法参数易协调一致且实时检测数据量明 显降低，应用本发明提供的在线实时检测外延片生长的方法能够减小外延片质量差及报废 带来的损失。
【附图说明】
[0007] 图1为用于实现本发明实施例提供的在线实时检测外延片生长的方法的第一种 装置的原理示意图；
[0008] 图2为用于实现本发明实施例提供的在线实时检测外延片生长的方法的第二种 装置的原理示意图；
[0009] 图3为用于实现本发明实施例提供的在线实时检测外延片生长的方法的光学组 件及光学原理示意图；
[0010] 图4a为用于实现本发明实施例提供的在线实时检测外延片生长的方法的七芯光 纤截面示意图；
[0011] 图4b为用于实现本发明实施例提供的在线实时检测外延片生长的方法的七芯光 纤中，入射光纤的截面示意图；
[0012] 图4c为用于实现本发明实施例提供的在线实时检测外延片生长的方法的七芯光 纤中，出射光纤的截面示意图；
[0013] 图5为用于实现本发明实施例提供的在线实时检测外延片生长的方法的M0CVD反 应腔顶部窗口的结构示意图；
[0014] 图6为用于实现本发明实施例提供的在线实时检测外延片生长的方法的石墨盘 上外延片的排列方式结构示意图；
[0015] 图7为用于实现本发明实施例提供的在线实时检测外延片生长的方法在检测时 信号与外延片的对应关系示意图。
【具体实施方式】
[0016] 为了深入了解本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
[0017] 本发明提供的在线实时检测外延片生长的方法包括以下步骤：
[0018] 生成各外延片对应的实时拉曼散射光谱数据；
[0019] 根据所述各外延片对应的实时拉曼散射光谱数据，实时分析各外延片带隙、微结 构、组分信息，并实时反馈各外延片的波长偏差，从而在线实时检测各外延片的生长信息。
[0020] 参见附图1，用于实现本发明提供的在线实时检测外延片生长的方法的第一种装 置包括M0CVD反应室1、光学组件A、拉曼散射光谱产生系统2、拉曼散射光谱接收系统3、数 据分析系统6、光电开关13、触发信号电路7和操作电路8 ;
[0021] M0CVD反应室1内设有石墨盘11，用于承载各外延片10,各外延片10在拉曼散射 光谱产生系统2产生的光束的激发下生成对应的拉曼散射光谱；
[0022] 光学组件A用于使光束通过后射向各外延片10,并使各外延片10生成的拉曼散射 光谱通过后射向拉曼散射光谱接收系统3 ;
[0023] 拉曼散射光谱产生系统2用于产生光束；
[0024] 拉曼散射光谱接收系统3用于接收各外延片10生成的拉曼散射光谱；
[0025] 数据分析系统6根据各外延片10对应的实时拉曼散射光谱数据，实时分析各外延 片10带隙、微结构、组分信息，并实时反馈各外延片10的波长偏差，从而在线实时检测各外 延片10的生长信息；
[0026] 光电开关13设置于M0CVD反应室1中，根据石墨盘11的转动产生模拟触发信号；
[0027] 触发信号电路7根据模拟触发信号产生高低电平交替反转控制信号后发送给操 作电路8 ;
[0028] 操作电路8控制拉曼散射光谱产生系统2,使拉曼散射光谱产生系统2产生光束。
[0029] 参见附图2,用于实现本发明提供的在线实时检测外延片生长的方法的第二种装 置在用于实现本发明提供的在线实时检测外延片生长的第一种装置的基础上还包括信号 转换电路5和工作信号电路4，
[0030] 信号转换电路5用于将数据分析系统6'发送的数字信号转换为模拟信号后将得 到的模拟信号发送给工作信号电路4;
[0031] 工作信号电路4根据从信号转换电路5接收到的模拟信号向操作电路8和拉曼散 射光谱接收系统3发送工作信号。
[0032] 触发信号电路7还向工作信号电路5和信号转换电路5发送高低电平交替反转控 制信号；
[0033] 信号转换电路5还将接收到的高低电平交替反转控制信号转换为数字信号后发 送给数据分析系统6'；
[0034] 数据分析系统6'还根据触发信号得到各外延片10的位置，经过信号转换电路5 转换后反馈至工作信号电路4;
[0035] 此时，操作电路8的控制信号由来自触发信号电路7的信号和来自数据分析系统 6'的信号共同控制，从而使本发明提供的在线实时检测外延片生长的装置实现全自动控 制。从而实现本发明提供的在线实时检测外延片生长的装置的全自动化。
[0036] 参见附图1和2, M0CVD反应室1从下至上依次包括加热器12、石墨盘11、外延片 10, M0CVD反应室1上部由石英玻璃9密封，使得M0CVD反应室1处于真空环境中。
[0037] 参见附图1~3,光学组件A包括第一透镜A01:用于对接收到的光汇聚后射向分 光器A02;分光器A02:用于将接收到的光分束，其中一束射向狭缝窗口 A03,另一束射向拉 曼滤波片A05;狭缝窗口 A03:用于使光通过后射向外延