CN114397022A - 一种用于校准外延炉的温度计的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种用于校准外延炉的温度计的方法,所述方法包括:向外延炉内通入HCl气体以对所述外延炉内的第一测试硅片进行气相刻蚀;监测所述外延炉内的温度以作为基准温度并监测所述第一测试硅片的刻蚀量以作为基准刻蚀量;拟合所述基准温度与所述基准刻蚀量之间的线性关系;利用所述基准温度与所述基准刻蚀量之间的所述线性关系校准所述外延炉的温度计。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域,尤其涉及用于一种用于校准外延炉的温度计的方法。
背景技术
在半导体领域,硅片一般是集成电路的原料。相比经抛光处理的硅片,经外延处理的外延硅片具有表面缺陷少和电阻率可控等特性,因此被广泛用于高集成化的IC元件和MOS制程。
目前,外延硅片采用最为广泛的方式为常压外延沉积,其沉积温度通常在1100℃与1150℃之间,温度作为硅外延片极为关键的参数,其变化对产品质量有显著影响,如滑移、厚度波动等,因此,合理的温度控制对外延片的性能具有极为重要的意义。
有鉴于此,如何对外延工艺过程中的温度进行准确监测是现有技术亟需解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明实施例期望提供一种用于校准外延炉的温度计的方法。
本发明的技术方案是这样实现的:本发明实施例提供了一种用于校准外延炉的温度计的方法,所述方法包括:
向外延炉内通入HCl气体以对所述外延炉内的第一测试硅片进行气相刻蚀;
监测所述外延炉内的温度以作为基准温度并监测所述第一测试硅片的刻蚀量以作为基准刻蚀量;
拟合所述基准温度与所述基准刻蚀量之间的线性关系;
利用所述基准温度与所述基准刻蚀量之间的所述线性关系校准所述外延炉的温度计。
本发明实施例提供了一种用于校准外延炉的温度计的方法;所述方法首先利用HCl气体对放置在外延炉内的测试硅片进行刻蚀,并在刻蚀过程中监测外延炉内的温度以及测试硅片的刻蚀量以分别作为基准温度和基准刻蚀量,然后拟合所获得的基准温度与基准刻蚀量之间的线性关系,该线性关系可以用于校准外延炉的温度计,该方法避免了拆卸、安装外延炉的腔体内的零部件,因而避免了拆装所带来的产能下降和频繁的工艺验证,而且该方法能够较为精确的确定外延炉的腔体内的实际温度,经校准后的温度计的测量值更接近实际温度值。
附图说明
图1为常规的常压外延炉的结构示意图。
图2为刻蚀温度与功率的关系的曲线图。
图3为本发明实施例提供的用于校准外延炉的温度计的方法的流程图。
图4为刻蚀温度与刻蚀速度的关系的曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1,常压外延炉1的整个腔室由透明石英材质的上钟罩50、下钟罩60以及金属基环70构成,设置在上钟罩50和下钟罩60的外部的卤素灯用作加热单元40,加热单元40通过热辐射作用提供腔室内发生的化学反应所需要的高温。常压外延炉1的温度读取是通过高温红外测温计组来实现的,高温红外测温计组包括上温度计101、下温度计102和上钟罩温度计103。外延层沉积过程中的温度主要是通过上温度计101、下温度计102对晶圆上表面和晶圆基座80下表面的中心点的温度进行监测和反馈,控制器基于反馈通过调节加热单元40的功率配比来调节晶圆表面的温度及均匀性。
在实际的外延生长过程中,若外延层沉积温度发生变化,外延片会出现滑移,并且平坦度和电阻率等参数均会发生变化,影响产品品质。例如,当更换了加热单元40或者硅片基座80等部件之后,需要对温度计的发射系数和线性系数进行调整来校准温度计准确性,由于此校准方法是通过上温度计101、下温度计102的匹配来进行的,长此以往会导致各个温度计的测量值存在偏差,使得不能准确判断腔室的温度数值,外延生长过程中的温度与设定温度也会产生偏差,使得实际生长温度会高于或低于设定温度,从而影响外延产品的质量。目前,对温度计的校准需要采用专用的校温基座,将热电偶插入基座内进行校准,执行这种方法需要拆卸腔体,耗时长,严重影响产能;另外,对于目前的校温方法而言,由于上钟罩上沉积的副产物存在,会导致测温计读取到的温度值与设定值不一致,最终致使腔室内部温度与目标温度出现偏差。下面将对常规的校准方法进行说明。
在常规技术中,通常在外延炉的初始组装过程中对外延炉内部的温度计进行校准。校准工具为一种特殊设计的硅片基座和热电偶,此基座为圆盘状,在圆盘侧边开设通至基座中心的孔洞。在组装腔室时,将该基座放入腔室,然后从金属基环70外部将热电偶伸入腔室内部并通过基座侧边的孔洞直至基座中心,然后将外延炉的腔室组装完成。组装完成之后,升温烘烤48h后,通过改变加热单元的功率,根据热电偶的实际读数来调整上温度计和下温度计的发射系数和线性系数来使得温度计的读取数值在一定范围内(700℃~1200℃)并与热电偶所读取的温度数值相一致。然后,重新进行腔室的拆卸和安装,更换外延生长时所需要的部件。然而,这种校准方式耗时耗力,而且严重影响设备产能。
此外,在实际操作中,每当对外延炉进行维护例如更换加热单元或者硅片基座时,由于组成部件的材质或者空间点位的变化,需要重新对温度计进行校准以使腔室内部真实温度与读取值匹配。为避免热电偶校温方法繁琐的拆卸以及所引起产能的降低,会将当加热单元达到某个功率时的温度作为参考,来调节温度计发射和线性系数,将其近似认为是准确值。但是,由于作为加热单元的卤素灯根据其实际使用时间的不同会导致供给功率和其实际功率出现偏差,经过长时间使用之后,不能够准确判定腔室内的真实温度,因为当发生上述偏差后,达到某功率时,温度往往会出现漂移,如图2所示,这影响了产品质量。
鉴于上述情况,如何提供一种快捷方便的校温方法对于外延片的生产具有非常重要意义。由于通常在执行外延工艺之后会通入HCl气体对腔室进行清洁,而HCl气体对硅片的刻蚀量对温度的变化是十分敏感的,可以通过将不同温度梯度和硅片刻蚀量之间的关系进行线性分析,从而根据刻蚀量来对温度计进行校准,因此本发明实施例提出了一种利用HCl气体的特性校准外延炉的温度计的方法。
具体地,参见图3,本发明实施例提出了一种用于校准外延炉的温度计的方法,所述方法包括:
S01:向外延炉内通入HCl气体以对所述外延炉内的第一测试硅片进行气相刻蚀;
S02:监测所述外延炉内的温度以作为基准温度并监测所述第一测试硅片的刻蚀量以作为基准刻蚀量;
S03:拟合所述基准温度与所述基准刻蚀量之间的线性关系;
S04:利用所述基准温度与所述基准刻蚀量之间的线性关系校准所述外延炉的温度计。
本发明实施例提供了一种用于校准外延炉的温度计的方法;所述方法首先利用HCl气体对放置在外延炉内的测试硅片进行刻蚀,并在刻蚀过程中监测外延炉内的温度以及测试硅片的刻蚀量以分别作为基准温度和基准刻蚀量,然后拟合所获得的基准温度与基准刻蚀量之间的线性关系,该线性关系可以用于校准外延炉的温度计,该方法避免了拆卸、安装外延炉的腔体内的零部件,因而避免了拆装所带来的产能下降和频繁的工艺验证,而且该方法能够较为精确的确定外延炉的腔体内的实际温度,经校准后的温度计的测量值更接近实际温度值。
根据本发明的优选实施例,可以在外延炉的温度计经校准后获取基准温度和基准刻蚀量并拟合二者之间的线性关系,并在外延炉的零部件更换之后例如在更换加热单元、硅片基座等之后利用该线性关系对外延炉的温度计进行校准。
根据本发明的另一优选实施例,利用所述基准温度与所述基准刻蚀量之间的线性关系校准所述外延炉的温度计包括:
S101:向所述外延炉内通入HCl气体以对所述外延炉内的第二测试硅片进行气相刻蚀;
S102:监测所述外延炉内的实际温度并监测所述第二测试硅片的实际刻蚀量;
S103:在使所述实际刻蚀量与所述基准刻蚀量相等的条件下比较所述实际温度与所述基准温度;
S104:通过调整所述校准外延炉的所述温度计的参数使所述实际温度与所述基准温度相等。
根据本发明的上述实施例,利用所述基准温度与所述基准刻蚀量之间的线性关系具体地可以包括:在对外延炉的温度计的校对过程中,在外延炉内对另一测试硅片执行气相刻蚀,在此刻蚀过程中,监测外延炉内的实际温度和该测试硅片的实际刻蚀量,并且在实际刻蚀量与基准刻蚀量相等时将实际温度与基准温度进行比较,如果实际温度与基准温度存在差异则通过调整温度计的参数地实际温度与基准温度相等,从而达到对温度计校准的目的。
在外延炉中通常使用高温红外测温计,高温红外测温计的测量是通过物体的红外辐射能量的大小与其表面温度关系来实现的,而制成物体的材料的发射率可以反映物体的红外辐射特性,因此改变发射率,高温红外测温计就会获得不同的温度读值,基于此,根据本发明的另一优选实施例,通过调整所述校准外延炉的所述温度计的参数使所述实际温度与所述基准温度相等包括调整所述温度计的发射系数和/或线性系数。
当对外延炉的进行维护之后、特别是在更换了外延炉的部件之后,外延炉的功效参数和内部部件的空间位置都有所变化,因而影响了温度计的准确性,在这种情况下可以通过调整温度计的发射系数和/或线性系数来使其重新符合维护后的外延炉的工作情况,从而简单且直接地解决温度计测量值存在偏差的问题。
由于HCl气体可能会对外延炉内部件特别是硅片基座造成损害,优选地,所述方法还包括在向外延炉内通入HCl气体以对所述外延炉内的测试硅片进行气相刻蚀之前向未放置测试硅片的所述外延炉内通入三氯硅烷气体,以对硅片基座表面进行硅薄膜的沉积,从而对硅片基座起到保护的作用。
根据本发明的一个示例,当向外延炉内通入三氯硅烷气体时,三氯硅烷气体的流量设定为15000 SCCM,H2气体流量设定为50000 SCCM,沉积时间设定为80 s,沉积温度为1130℃。
根据本发明的优选实施例,对所述外延炉内的第一测试硅片进行气相刻蚀按照设定的温度梯度执行。
根据本发明的优选实施例,拟合所述基准温度与所述基准刻蚀量之间的线性关系包括在同一设定温度下执行多次刻蚀实验以获取刻蚀量的平均值作为所述基准刻蚀量。
在本发明的一个示例中,HCl气体的流量设定为15000 SCCM,H2气体流量设定为50000 SCCM,HCl气体的刻蚀时间设定为20s,基准温度梯度设定为1100℃,1120℃,1140℃,1160℃,1180℃,1200℃。每个温度值进行10次以上的刻蚀实验,根据结果计算平均值,并计算出基准刻蚀速率,如图4所示,温度x与基准刻蚀速率y间的线性关系为基准刻蚀速率y=0.0103x+3.0745,当需要对该外延炉的温度计进行校准时,将另一测试硅片放入外延炉内并通入HCl气体进行气相刻蚀,在该气相刻蚀过程中通过调整加热功率使实际刻蚀速率与基准刻蚀速率相同,在此条件下将实际温度梯度与基准温度梯度进行比较,如果存在差异,则对温度计的发射系数和线性系数进行调整,以使实际温度梯度接近基准温度梯度,从而达到校准温度计的目的。
为了精确地校准外延炉的温度计,优选地,所述第一测试硅片与所述第二测试硅片为同一批次生产的相同类型硅片,从而避免因测试硅片参数的差异造成的偏差。
根据本发明的优选实施例,所述第一测试硅片和所述第二测试硅片为P型硅片或N型硅片。
需要说明的是:本发明实施例所记载的技术方案之间,在不冲突的情况下,可以任意组合。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种用于校准外延炉的温度计的方法,其特征在于,所述方法包括:
向外延炉内通入HCl气体以对所述外延炉内的第一测试硅片进行气相刻蚀;
监测所述外延炉内的温度以作为基准温度并监测所述第一测试硅片的刻蚀量以作为基准刻蚀量;
拟合所述基准温度与所述基准刻蚀量之间的线性关系;
利用所述基准温度与所述基准刻蚀量之间的所述线性关系校准所述外延炉的温度计。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,利用所述基准温度与所述基准刻蚀量之间的所述线性关系校准所述外延炉的温度计包括:
向所述外延炉内通入HCl气体以对所述外延炉内的第二测试硅片进行气相刻蚀;
监测所述外延炉内的实际温度并监测所述第二测试硅片的实际刻蚀量;
在使所述实际刻蚀量与所述基准刻蚀量相等的条件下比较所述实际温度与所述基准温度;
通过调整所述校准外延炉的所述温度计的参数使所述实际温度与所述基准温度相等。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,通过调整所述校准外延炉的所述温度计的参数使所述实际温度与所述基准温度相等包括调整所述温度计的发射系数和/或线性系数。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括在向外延炉内通入HCl气体以对所述外延炉内的测试硅片进行气相刻蚀之前向未放置测试硅片的所述外延炉内通入三氯硅烷气体。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,对所述外延炉内的第一测试硅片进行气相刻蚀按照设定的温度梯度执行。
6.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,使所述实际刻蚀量与所述基准刻蚀量相等通过调整所述外延炉的加热功率实现。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,拟合所述基准温度与所述基准刻蚀量之间的线性关系包括在同一设定温度下执行多次刻蚀实验以获取刻蚀量的平均值作为所述基准刻蚀量。
8.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述第一测试硅片与所述第二测试硅片为同一批次生产的相同类型硅片。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述第一测试硅片和所述第二测试硅片为P型硅片或N型硅片。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: Room 1-3-029, No. 1888, Xifeng South Road, high tech Zone, Xi'an, Shaanxi 710065 Applicant after: Xi'an Yisiwei Material Technology Co.,Ltd. Applicant after: XI'AN ESWIN SILICON WAFER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: Room 1-3-029, No. 1888, Xifeng South Road, high tech Zone, Xi'an, Shaanxi 710065 Applicant before: Xi'an yisiwei Material Technology Co.,Ltd. Applicant before: XI'AN ESWIN SILICON WAFER TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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GR01 | Patent grant | ||
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