CN107170696B - 晶圆生长控制装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶圆生长控制装置和方法，在反应室内的基座上设置同圆心的多个环形加热丝，晶圆置于基座之上；晶圆外延生长过程中，加热控制器从设置于反应室之外的翘曲度测量仪接收其获取的翘曲度信息，并基于翘曲度信息判断晶圆发生超过设定阈值的翘曲情况时，调节晶圆翘曲位置对应设置的环形加热丝的温度升高或者降低，以达到使晶圆均匀受热的技术效果，调整晶圆翘曲位置的翘曲度减小至设定阈值以内，解决现有晶圆的外延生长中受热不均导致良品率低的问题。
Description
技术领域
本发明属于半导体集成电路制作技术领域，具体地说，是涉及一种晶圆生长控制装置和方法。
背景技术
晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能的IC产品。
晶圆的外延生长是指，在低阻值衬底上生长一层薄的高阻外延层，能够提高器件设计的灵活性和器件的性能。在外延的生长过程中，一直存在晶圆受热不均而产生翘曲以及裂痕的问题，导致良品率低。
现有技术中晶圆的外延生长，通常采用将晶圆放置在反应室内的基座上旋转，在反应室外加热的方式进行。但这种外延生长方式中，沿晶圆从圆心向圆周的径向上对晶圆的加热温度存在分布不稳定的状态，即从晶圆中心向外不能保持同一温度，存在晶圆受热不均导致晶圆产生翘曲的问题。
发明内容
本申请提供了一种晶圆生长控制装置和方法，解决现有晶圆的外延生长中存在受热不均导致翘曲的技术问题。
为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：
提出一种晶圆生长控制装置，包括反应室；所述反应室中设置有基座；晶圆置于所述基座之上；还包括多个环形加热丝、加热控制器和翘曲度测量仪；所述多个环形加热丝同圆心的设置于所述基座上表面，都与所述加热控制器连接； 所述翘曲度测量仪设置于所述反应室之外，与所述加热控制器连接；所述翘曲度测量仪用于测量所述晶圆的翘曲度信息，并将所述翘曲度信息发送给所述加热控制器；其中，所述翘曲度信息包括翘曲度和翘曲位置；所述加热控制器，用于接收所述翘曲度信息，基于所述翘曲度信息判断所述晶圆发生翘曲位置的翘曲度是否超过设定阈值；若是，调节与所述翘曲位置对应放置的环形加热丝的温度，以使得所述翘曲位置的翘曲度小于所述设定阈值。
进一步的，所述基座上层安装有覆盖所述多个环形加热丝的用于放置所述晶圆的托盘；所述托盘与所述加热控制器连接，所述加热控制器控制所述托盘相对所述基座旋转。
进一步的，所述环形加热丝本体呈波浪状，具有凸起部分和凹陷部分。
进一步的，所述反应室外设置有射频加热线圈；所述射频加热线圈连接所述加热控制器，所述加热控制器控制向所述射频加热线圈输出强电流。
进一步的，所述反应室内还设置有可自转的转杆；所述基座安装于所述转杆上。
进一步的，所述反应室内还设置有温度传感器，与所述加热控制器连接；所述温度传感器用于获取所述晶圆的温度信息，并将获取的温度信息发送给所述加热控制器。
进一步的，所述反应室内顶部设置有气体释放装置。
提出一种晶圆生长控制方法，应用于上述的晶圆生长控制装置中，包括：接收翘曲度测量仪获取的晶圆的翘曲度信息；其中，所述翘曲度信息包括所述晶圆的翘曲度和翘曲位置；基于所述翘曲度信息判断所述晶圆发生翘曲位置的翘曲度是否超过设定阈值；若是，调节与所述翘曲位置对应放置的环形加热丝的温度，以使得所述晶圆受热均匀。
进一步的，所述方法还包括：接收温度传感器获取的所述晶圆的温度；其中，所述晶圆的温度包括所述晶圆从圆心至圆周的温度；基于所述晶圆的温度判断所述晶圆受热是否均匀；若否，调节所述晶圆受热不均位置对应放置的环形加热丝的温度，以使得所述晶圆受热均匀。
进一步的，所述晶圆生长控制装置还包括有置于反应室外的射频加热线圈；则在调节所述晶圆受热不均位置对应放置的环形加热丝的温度同时，所述方法还包括：调节输出给所述射频加热线圈的强电流，以使得整个晶圆的受热温度保持内外一致。
与现有技术相比，本申请的优点和积极效果是：本申请提出的晶圆生长控制装置和方法中，在反应室内的基座上表面设置多个同心圆的环形加热丝，在晶圆受热生长过程中，翘曲度测量仪实时测量晶圆的翘曲度信息，并将翘曲度信息发送给加热控制器，加热控制器根据翘曲度信息判断晶圆发生翘曲位置的的翘曲度是否超过设定阈值，若超过设定阈值则说明晶圆受热不均，该翘曲位置的生长温度过高或者过低而导致晶圆上翘或下翘；此时，根据翘曲位置和翘曲度，调节与翘曲位置对应放置的环形加热丝的温度升高或者降低，以达到使翘曲位置的翘曲度减小到设定阈值以内的效果，解决现有晶圆的外延生长中存在受热不均导致翘曲的技术问题。
本申请中，在反应室内还设置有温度传感器，用于获取晶圆生长过程中的温度，辅助翘曲度测量仪，在基于晶圆的温度判断晶圆受热不均匀时，加热控制器控制调节受热不均位置对应放置的环形加热丝的温度，进一步保障晶圆在外延生长过程中均匀受热，以保证晶圆不发生翘曲。
结合附图阅读本申请实施方式的详细描述后，本申请的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1 为本申请提出的晶圆生长控制装置的装置架构图；
图2为本申请提出的环形加热丝的结构图；
图3为本申请提出的晶圆生长控制方法的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细地说明。
本申请提出的晶圆生长控制装置，如图1所示，包括有反应室1、反应室中设置的基座2、多个环形加热丝3、加热控制器（图中未示出）、翘曲度测量仪4和反应室外设置的射频加热线圈6；晶圆5置于基座2之上；多个环形加热丝3同圆心的设置于基座2上表面，都与加热控制器连接。
射频加热线圈6连接加热控制器，加热控制器控制向射频加热线圈输出强电流，使得射频加热线圈产生磁场，晶圆外延生长过程中，在感应线圈内部切割感应磁场，形成电子的高速移动，瞬间产生高热，从而达到加热晶圆表面和内部的作用，其加热方式虽然对晶圆基本能够实现均匀加热，但除去晶圆生长过程沉积及材料的原因，仍然会产生晶圆受热不均的问题而导致晶圆翘曲。
本申请中，翘曲度测量仪4设置于反应室1之外，与加热控制器连接，用于测量晶圆5的翘曲度信息，并将翘曲度信息发送给加热控制器；其中，翘曲度信息包括翘曲度和翘曲位置；加热控制器则用于从翘曲度测量仪4接收翘曲度信息，并基于翘曲度信息判断晶圆发生翘曲位置的翘曲度是否超过设定阈值；若超过设定阈值，说明晶圆受热不均，该翘曲位置的生长温度过高或者过低而导致晶圆上翘或下翘；此时，则根据翘曲信息包含的晶圆的翘曲度和翘曲位置信息，调节与翘曲位置对应放置的环形加热丝的温度升高或者降低，以达到使翘曲位置的翘曲度减小到设定阈值以下的效果，解决现有晶圆的外延生长中存在受热不均导致翘曲的技术问题。
本申请中，在反应室1内还设置有温度传感器7，与加热控制器连接，用于获取晶圆在生长过程中的温度信息，并将获取的温度信息发送给加热控制器，辅助翘曲度测量仪，在基于晶圆的温度判断晶圆受热不均匀时，加热控制器控制调节受热不均位置对应放置的环形加热丝的温度，进一步保障晶圆在外延生长过程中均匀受热，以保证晶圆不发生翘曲。
本申请实施例中，基座2的上层还安装有覆盖多个环形加热丝3的用于放置晶圆5的托盘8；托盘8与加热控制器连接，在晶圆生长过程中，加热控制器控制托盘相对基座旋转，使得晶圆受热更加均匀。
如图2所示，环形加热丝本体呈波浪状，具有凸起部分31和凹陷部分32；同一加热丝产生温度相同，但凸起部分31和凹陷部分32由于距离晶圆的距离不同，对晶圆加热的温度也存在差异，凸起部分加热效果虽然高于凹陷部分，但凹陷部分能够很好的平衡凸起部分加热的局部温度，从整体上使得晶圆的受热温度较为平衡，防止晶圆局部翘曲。
多个同圆心设置的环形加热丝，每层加热丝的温度可单独控制，一般晶圆的直径不超过2英寸，则对应环形加热丝的个数为3-8个，否则影响温度的分离控制。
本申请实施例中，反应室内还设置有可自转的转杆9，基座2安装于转杆9上，晶圆生长过程中，射频加热线圈产生的热量加在反应室中，转杆9旋转使得基座带动晶圆自转，保证晶圆在整体上均匀受热。
反应室1内顶部设有气体释放装置10，气体释放装置10用于释放外延生长需要的原料以及载气，如三甲基铝，三甲基镓等MO源和硅烷，氨气，氢气，氮气等。
基于上述提出的晶圆生长控制装置，本申请还提出一种应用于该装置的晶圆生长控制方法，如图3所示，包括如下步骤：
步骤S31：接收翘曲度测量仪获取的晶圆的翘曲度信息。
翘曲度信息包括晶圆的翘曲度和翘曲位置。
步骤S32：基于翘曲度信息判断晶圆发生翘曲位置的翘曲度是否超过设定阈值。
晶圆受热不均匀时，局部会因为受热过高而产生上翘或因为受热偏低而导致下翘，此时，加热控制器内设置有一个关于翘曲度的设定阈值，当超过该阈值时，晶圆产生的翘曲是不能接受的，此时，加热控制器调节与翘曲位置对应放置的环形加热丝的温度，以使得晶圆已产生的翘曲减小到设定阈值以内。
步骤S33：调节与翘曲位置对应放置的环形加热丝的温度，以使得翘曲位置的翘曲度小于所述设定阈值。
在晶圆局部位置（通常为某一圆周）的翘曲超过设定阈值后，根据翘曲位置和翘曲的程度，确定需要调整的加热温度，然后控制调节翘曲位置对应设置的环形加热丝的温度升高或者降低，实现对晶圆的均匀加热，以达到翘曲度小于设定阈值的效果。
在通过翘曲度测量仪获取翘曲度信息的方式调节晶圆生长温度同时，可辅助以下方法实现对晶圆的均匀加热。具体的，接收温度传感器获取的晶圆的温度；其中，晶圆的温度包括晶圆从圆心至圆周的温度；继而基于晶圆的温度判断晶圆受热是否均匀；若不均匀，则调节晶圆受热不均位置对应放置的环形加热丝的温度，以使得晶圆受热均匀。同时，还可以辅助调节输出给射频加热线圈的强电流的方式，调节射频加热线圈产生的热量，以使得整个晶圆的受热温度保持内外一致。
上述本申请提出的晶圆生长控制装置和方法中，通过翘曲度测量仪获取晶圆生长过程中的翘曲度信息，基于翘曲度信息判断晶圆发生超过设定阈值的翘曲情况时，调节翘曲位置对应设置的环形加热丝的温度，达到使翘曲位置的翘曲度小于设定阈值的技术效果，调解决现有晶圆的外延生长中受热不均导致良品率低的问题。
应该指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.晶圆生长控制装置，包括反应室；所述反应室中设置有基座；晶圆置于所述基座之上；其特征在于，还包括多个环形加热丝、加热控制器和翘曲度测量仪；
所述反应室外设置有射频加热线圈；所述射频加热线圈连接所述加热控制器，所述加热控制器控制向所述射频加热线圈输出强电流，使得射频加热线圈产生磁场，晶圆外延生长过程中切割感应磁场，形成电子的高速移动产生高热，从而加热晶圆表面和内部；
所述多个环形加热丝同圆心的设置于所述基座上表面，都与所述加热控制器连接；
所述翘曲度测量仪设置于所述反应室之外，与所述加热控制器连接；所述翘曲度测量仪用于测量所述晶圆的翘曲度信息，并将所述翘曲度信息发送给所述加热控制器；其中，所述翘曲度信息包括翘曲度和翘曲位置；
所述加热控制器，还用于接收所述翘曲度信息，基于所述翘曲度信息判断所述晶圆发生翘曲位置的翘曲度是否超过设定阈值；若是，调节与所述翘曲位置对应放置的环形加热丝的温度，以使得所述翘曲位置的翘曲度小于所述设定阈值。
2.根据权利要求1所述的晶圆生长控制装置 ，其特征在于，所述基座上层安装有覆盖所述多个环形加热丝的用于放置所述晶圆的托盘；
所述托盘与所述加热控制器连接，所述加热控制器控制所述托盘相对所述基座旋转。
3.根据权利要求1所述的晶圆生长控制装置，其特征在于，所述环形加热丝本体呈波浪状，具有凸起部分和凹陷部分。
4.根据权利要求1所述的晶圆生长控制装置，其特征在于，所述反应室内还设置有可自转的转杆；所述基座安装于所述转杆上。
5.根据权利要求1所述的晶圆生长控制装置，其特征在于，所述反应室内还设置有温度传感器，与所述加热控制器连接；
所述温度传感器用于获取所述晶圆的温度信息，并将获取的温度信息发送给所述加热控制器。
6.根据权利要求1所述的晶圆生长控制装置，其特征在于，所述反应室内顶部设置有气体释放装置。
7.晶圆生长控制方法，应用于如权利要求1-6任一项所述的晶圆生长控制装置中，其特征在于，包括：
接收翘曲度测量仪获取的晶圆的翘曲度信息；其中，所述翘曲度信息包括所述晶圆的翘曲度和翘曲位置；
基于所述翘曲度信息判断所述晶圆发生翘曲位置的翘曲度是否超过设定阈值；若是，
调节与所述翘曲位置对应放置的环形加热丝的温度，以使得所述晶圆受热均匀。
8.根据权利要求7所述的晶圆生长控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收温度传感器获取的所述晶圆的温度；其中，所述晶圆的温度包括所述晶圆从圆心至圆周的温度；
基于所述晶圆的温度判断所述晶圆受热是否均匀；若否，
调节所述晶圆受热不均位置对应放置的环形加热丝的温度，以使得所述晶圆受热均匀。
9.根据权利要求8所述的晶圆生长控制方法，其特征在于，所述晶圆生长控制装置还包括有置于反应室外的射频加热线圈；则在调节所述晶圆受热不均位置对应放置的环形加热丝的温度同时，所述方法还包括：
调节输出给所述射频加热线圈的强电流，以使得整个晶圆的受热温度保持内外一致。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20200331 |
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