[發(fā)明專利]一種基于實(shí)時(shí)光譜的外延片多參數(shù)原位監(jiān)測方法和裝置

有效

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• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107611049B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)冬;陳國杰;張莉
• 申請（專利權(quán)）人: 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;H01L21/67
• 代理公司: 太原晉科知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 趙江艷

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，提出了基于實(shí)時(shí)光譜的外延片多參數(shù)原位監(jiān)測方法和裝置，包括以下步驟：S1、獲取外延片生長反應(yīng)腔內(nèi)的背景噪聲；S2、獲取生成各外延片對應(yīng)的熱輻射光譜和至少五組反射光譜；S3、對所述熱輻射光譜和反射光譜光譜信號進(jìn)行平滑、基線校正的預(yù)處理過程；S4、根據(jù)預(yù)處理校正后的光譜對外延片信息進(jìn)行解析；S5、判斷該外延片的薄膜參數(shù)是否滿足工藝要求，若滿足要求，則進(jìn)行后續(xù)工藝流程，并重復(fù)步驟S3~S5，不滿足則停止當(dāng)前工藝，進(jìn)行相應(yīng)修改后重復(fù)步驟S3~S5。本發(fā)明可以同時(shí)得到外延片生長過程中的多種薄膜參數(shù)，為外延片生長工藝的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)參考，可廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體光學(xué)檢測領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料制造設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，提出了一種基于實(shí)時(shí)光譜的多參數(shù)原位監(jiān)測方法和裝置。

背景技術(shù)

薄膜外延是制造半導(dǎo)體器件薄膜的關(guān)鍵工藝，它是一種復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程。影響外延生長的參數(shù)很多，這些參數(shù)決定了器件的光電特性和良品率，生長參數(shù)的微小偏差會導(dǎo)致器件良品率和性能指數(shù)級衰減。薄膜外延生長的原位監(jiān)測是薄膜外延生長系統(tǒng)的“眼睛”，用于實(shí)時(shí)在線檢測外延薄膜生長過程中的參數(shù)。目前，有相關(guān)方法實(shí)現(xiàn)了外延片溫度、厚度、生長率、應(yīng)力等參數(shù)的在線檢測，但隨著外延生長過程中要求控制的組分、膜層厚度以及長膜質(zhì)量越來越高，需要監(jiān)測系統(tǒng)可以同時(shí)檢測薄膜生長的物性變化、生長速率、薄膜質(zhì)量等多種參數(shù)，以便及時(shí)調(diào)整外延參數(shù)，實(shí)現(xiàn)薄膜外延生長過程的最優(yōu)化。

專利(專利號：CN 103592284 A)提出“一種薄膜外延生長在線實(shí)時(shí)表征裝置”，利用拉曼光譜信號對MOCVD設(shè)備中薄膜外延生長過程中的納米材料微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)、直接表征。但由于拉曼光譜是對應(yīng)光照射到物質(zhì)上發(fā)生拉曼散射形成光譜，拉曼散射截面小，拉曼信號的激發(fā)和收集困難。

專利(專利號：CN 103177938 A)提出“硅復(fù)合物外延生長厚度的檢測方法及硅復(fù)合物的制作方法”，將外延生長反應(yīng)腔降至常溫，在該反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行檢測，或在保護(hù)氣體保護(hù)下將生長硅復(fù)合物外延層的外延片從外延生長反應(yīng)腔移入另外的常溫腔室中進(jìn)行檢測，檢測包括：使用傅氏轉(zhuǎn)換紅外線光譜儀檢測所述硅復(fù)合物中的成分及各元素的含量，使用橢偏光法檢測所述硅復(fù)合物的厚度。由于需要將外延生長反應(yīng)腔降至常溫，大大影響加工制作效率，不能實(shí)時(shí)測試外延層中硅復(fù)合物的成分及各元素含量。

紅外光譜儀結(jié)合橢偏光法測量硅復(fù)合物成分及所述硅復(fù)合物的厚度，需要采用斜入射方法實(shí)現(xiàn)，在生長反應(yīng)腔上開兩個孔，增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜度。而且橢偏儀價(jià)格高，此方案性價(jià)比低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問題為：提供一種結(jié)構(gòu)簡單，測量方便基于實(shí)時(shí)光譜的外延片多參數(shù)原位監(jiān)測裝置和方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于實(shí)時(shí)光譜的外延片多參數(shù)原位監(jiān)測方法，包括以下步驟：

S1、通過原位監(jiān)測裝置獲取外延片生長反應(yīng)腔內(nèi)的背景噪聲；

S2、通過原位監(jiān)測裝置同時(shí)獲取生成各外延片對應(yīng)的熱輻射光譜和至少五組反射光譜；

S3、對所述熱輻射光譜和反射光譜信號進(jìn)行平滑、基線校正的預(yù)處理過程；

S4、根據(jù)預(yù)處理校正后的光譜對外延片信息進(jìn)行解析，具體為：根據(jù)所述各個外延片對應(yīng)的輻射光譜中的紅外光譜，計(jì)算得到所述各個外延片的溫度信息，根據(jù)各個外延片對應(yīng)的至少五組反射光譜，計(jì)算得到外延片的反射率、厚度、生長率、光學(xué)常數(shù)、粗糙度、組分及比例；

S5、判斷該外延片的薄膜參數(shù)是否滿足工藝要求，若滿足要求，則進(jìn)行后續(xù)工藝流程，并重復(fù)步驟S3～S5，不滿足要求，則停止當(dāng)前工藝，進(jìn)行相應(yīng)修改后重復(fù)步驟S3～S5；