一种平板外延炉温场的调节方法与流程

本发明涉及属于半导体外延片的制造领域，尤其是平板外延炉温场的调节方法。

背景技术：

随着外延片尺寸的不断增大，越容易受到热应力效应的影响，导致片内缺陷增多，且8寸外延产品对片内均匀性提出了更高的要求，这些直接受制于反应腔的热场分布，因此，对外延炉反应腔的热场分布提出更严苛的要求。

8寸平板外延炉的热场分布是通过对外延炉前部(Front)、侧部(Side)、后部(Rear)三个区域的温度补偿的调节来实现的，从而得到外延生长较均匀的热场，如图1所示。在热场调节过程中，对反应腔(Front、Side、Rear三个区域且相互独立)温度的补偿分为正补偿或是负补偿，而在具体操作过程中，对不同区域采用何种补偿，具体补偿值是多少，方法不一。

现有技术常用滑移线观测法指导热场调节，即对Front、Side、Rear三个区域分别采用某一设定值，在中阻衬底上生长一层外延层，通过观察滑移线的分布情况，决定采用正补偿或者负补偿以及具体的补偿的值，通过不断尝试，使热场分布趋于均匀。滑移线观测法的缺点在于，需要多次尝试，既耗时间又耗衬底等原材料，调试成本较高。

因此，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种平板外延炉温场的调节方法，能够快速地得到外延炉腔体内的温场分布情况，相比于现有技术，节约了晶元(注入片原材料)使用量，并能够缩短了温场调节时间。

为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：

一种平板外延炉温场的调节方法，包括如下步骤：

(1)、对经过离子注入法处理的注入片在炉腔内进行烘烤，此时炉腔内具有初始温度补偿值；

(2)、将烘烤好的注入片用湿法去除表面氧化层；

(3)、用四探针测试注入片表面的方块电阻，以温度作为横坐标，方块电阻作为纵坐标，测试不同温度下烘烤的注入片中心点的方块电阻，进行线性拟合，线性拟合指数R²为0.9933，从而得到方块电阻和温度之间的对应关系；

(4)、四探针测试得到片内多点的方块电阻分布情况；

(5)、根据步骤(4)中注入片内多点的方块电阻分布情况，得到各区域相比于中心点的方块电阻差值，根据温度和方块电阻的折算关系，得到各区域相比中心点的温度偏差关系，从而得到各区域的实际温度分布；

(6)、根据步骤(5)中得到的实际温度分布，在初始的温度补偿值基础上进行修正，得到一组理想温度补偿值。

有益效果：相对于现有技术，本发明平板外延炉温场的调节方法通过测试不同温度下烘烤后的注入片的方块电阻，得到温度和方块电阻的线性关系，以此为基础，通过量测烘烤后的注入片片内多点的方块电阻，得到温场分布情况，指导温场调节，能够快速地得到外延炉腔体内的温场分布情况，相比于现有技术，节约了晶元使用量，且大大缩短了温场调节时间。

优选的，所述步骤(1)中对注入片的烘烤方法包括以下步骤：

(1.1)、将炉腔升温到1180℃；

(1.2)、通入HCL处理炉腔；

(1.3)、将炉腔降温到850℃；

(1.4)、将注入片装入位于炉腔内的石墨基座；

(1.5)、将炉腔温度升至外延产品所需温度，炉腔内具有上述初始温度补偿值；

(1.6)、炉腔内不通入掺杂源和硅源，并保持一个固定时间；

(1.7)、炉腔降温；

(1.8)、将炉腔内的注入片取出完成外延。

并且，以上步骤(1.1)至步骤(1.8)中，石墨基座不旋转。

优选的，步骤(1.6)中，所述固定时间为60s。

优选的，所述初始温度补偿值具体为，外延炉的前部温度补偿值为-15、侧部温度补偿值为-25、后部温度补偿值为-40。

优选的，步骤(5)中，温度和方块电阻的折算关系为1Ω/口＝1.52℃。

优选的，步骤(4)中，片内多点的方块电阻测试为41点。

优选的，所述温度偏差为：外延炉的前部温度偏差为7、外延炉的侧部温度偏差为0、外延炉的后部温度偏差为-8，用初始温度补偿值减去温度偏差，得到一组理想的温度补偿值：外延炉的前部理想温度补偿值-22、外延炉的侧部理想温度补偿值-25、外延炉的后部理想温度补偿值-32。

优选的，本方法适用于8英寸外延片的制造。

附图说明

图1为型号是ASM E2000的外延炉前部(Front)、外延炉侧部(Side)、外延炉后部(Rear)区域加热管分布。

图2为方块电阻和温度的线性关系。

图3为注入片内多点的方块电阻分布图。

具体实施方式

本实施例提供了一种改进的8寸平板外延炉温场的调节方法，即使用8寸P中阻衬底(电阻率8～12Ω.cm)。

请参阅图1至图3所示，以下对本发明的实施例进行详细地说明。

本实施例提供的调节方法包括：

(1)、对注入片在炉腔内进行烘烤，此时炉腔内具有初始温度补偿值；所述初始温度补偿值具体为，外延炉的前部温度补偿值为-15、侧部温度补偿值为-25、后部温度补偿值为-40。

对注入片的烘烤方法包括以下步骤：

(1.1)、将炉腔升温到1180℃；

(1.2)、通入HCL处理炉腔；

(1.3)、将炉腔降温到850℃；

(1.4)、将注入片装入位于炉腔内的石墨基座；

(1.5)、将炉腔温度升至外延产品所需温度，炉腔内具有上述初始温度补偿值；

(1.6)、炉腔内不通入掺杂源和硅源，并保持一个固定时间；

(1.7)、炉腔降温；

(1.8)、将炉腔内的注入片取出完成外延。

并且，以上步骤(1.1)至步骤(1.8)中，石墨基座不旋转。

(2)、将烘烤好的注入片用湿法去除表面氧化层；

(3)、用四探针测试注入片表面的方块电阻，以温度作为横坐标，方块电阻作为纵坐标，测试不同温度下烘烤的注入片中心点的方块电阻，进行线性拟合，线性拟合指数R²为0.9933，从而得到方块电阻和温度之间的对应关系；1Ω/口＝1.52℃。

(4)、四探针测试得到注入片内多点的方块电阻分布情况，得到注入片内41点的方块电阻分布图；

(5)、根据步骤(4)中注入片内多点的方块电阻分布情况，即根据注入片内41点的方块电阻分布情况，得知外延炉的前部比中心点低10个方块电阻，外延炉的后部比中心点高12个方块电阻，外延炉侧部和中心点视为无差异，得到各区域相比于中心点的方块电阻差值，根据温度和方块电阻的折算关系，得到各区域相比中心点的温度偏差关系：外延炉的前部温度偏差为7、外延炉的侧部温度偏差为0、外延炉的后部温度偏差为-8，用初始温度补偿值减去温度偏差，得到一组理想的温度补偿值：外延炉的前部理想温度补偿值-22、外延炉的侧部理想温度补偿值-25、外延炉的后部理想温度补偿值-32。

(6)、根据步骤(5)中得到的实际温度分布，在初始的温度补偿值基础上进行修正，得到一组理想温度补偿值。

在本方法中，用离子注入法注入N型杂质离子制备成注入片，该注入片中的N型杂质离子在高温下被激活，从而表面形成P-N结。时间一定时，N型杂质离子被激活的量是与温度成正比，因此用4探针测量注入片表面不同区域的方块电阻。

本发明具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。