[發明專利]外延裝置和外延過程中外延層的測量方法

有效

• 申請號: 201410445791.9
• 申請日: 2014-09-03
• 公開（公告）號: CN105470155B
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 方浩;馬志芳;吳軍
• 申請（專利權）人: 北京北方華創微電子裝備有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

本發明提出一種外延裝置和外延過程中外延層的測量方法。其中，該裝置包括：反應腔；設置在反應腔之上的觀察窗；設置在反應腔內的托盤，托盤上承載有晶圓；光纖式傅里葉紅外光譜分析儀，光纖式傅里葉紅外光譜分析儀具有光纖，光纖的一端與觀察窗對應，光纖用于發射紅外光線，并通過觀察窗將紅外光線照射至晶圓，以及通過觀察窗接收晶圓反射的反射光，光纖式傅里葉紅外光譜分析儀用于根據反射光檢測晶圓的外延層厚度。本發明實施例的外延裝置，可以對外延過程進行實時指導，使得外延過程變得更加可控，大幅提高了外延過程中生產產品的良品率，有效避免了因工藝參數選擇不當帶來的廢品，同時有利于提高外延過程中原材料的利用率和外延裝置的產量。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種外延裝置和外延過程中外延層的測量方法。

背景技術

隨著微電子技術的進步，集成電路的集成度不斷提高，其工藝的復雜程度也在不斷提高。因此，在生產工藝中對溫度、壓力、生長速率、摻雜濃度以及氣流場均勻性等各種參數提出了嚴格的要求。

在硅同質外延中，外延層的厚度、均勻性和表面平整度是非常關鍵的參數。這些參數對后續的半導體器件工藝和器件性能有著直接且至關重要的影響。在硅平面晶體管和集成電路的制備過程中，外延層均勻性的好壞直接影響著后步工序的完成。厚度不均勻的外延層會給后續工藝過程帶來嚴重問題。首先，厚度不均勻的外延層給隔離擴散帶來很大困難,使在正常工藝條件下，外延層較厚的地方隔離不通，造成該區域的器件報廢。即使隔離擴散能夠擴通薄厚不均的外延層，也會由于各器件的集電區厚度不同而使電性能偏離設計指標。外延層過厚會導致集電區電阻增大而降低最大耗散功率和頻率特性。外延層過薄會導致集電區薄而過早穿通，使器件的反向擊穿電壓下降。此外，若外延層中心和邊緣區域厚度相差巨大，還會影響光刻中的對板和曝光等工藝，導致器件報廢。由此可看出，外延層的厚度不一致嚴重影響著器件的制備。

鑒于外延層的厚度和其均勻性在研究和生產中的重要性，人們對其測量方法進行了廣泛研究。目前，測量外延層的厚度通常有以下兩種方法：

1.傅里葉變換紅外光譜分析(FTIR)法是業界廣泛采用的一種測量硅同質外延層厚度的方法。這種方法主要基于襯底和外延層光學性質的差別來測量外延層厚度。

2.在氮化物金屬有機物化學氣相外延中，經常用可見光干涉的方法對在藍寶石襯底上生長的GaN基材料和器件的表面形貌進行在位實時監測。

然而上述兩種方法均存在不同的缺點：

1.傅里葉變換紅外光譜分析法只能用于對外延后的成品測量，無法測量在生長過程中外延層的厚度等參數。

2.由于硅材料可以吸收全部可見光譜范圍的能量，因此可見光范圍內的干涉，無法用于硅外延的測量。此外，這種利用可見光干涉的方法得到的是隨厚度變化的干涉譜，準確的厚度數值需要根據時間計算得出，無法直接得到厚度數值。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明的第一個目的在于提出一種外延裝置，該外延裝置可以對外延過程進行實時指導，使得外延過程變得更加可控，大幅提高了外延過程中生產產品的良品率，有效避免了因工藝參數選擇不當帶來的廢品，同時有利于提高外延過程中原材料的利用率和外延裝置的產量。

本發明的第二個目的在于提出一種外延過程中外延層的測量方法。

為達上述目的，本發明第一方面實施例提出了一種外延裝置，包括：反應腔；設置在所述反應腔之上的觀察窗；設置在所述反應腔內的托盤，所述托盤上承載有晶圓；光纖式傅里葉紅外光譜分析儀，所述光纖式傅里葉紅外光譜分析儀具有光纖，所述光纖的一端與所述觀察窗對應，所述光纖用于發射紅外光線，并通過所述觀察窗將所述紅外光線照射至所述晶圓，以及通過所述觀察窗接收所述晶圓反射的反射光，所述光纖式傅里葉紅外光譜分析儀用于根據所述反射光檢測所述晶圓的外延層厚度。