一種mocvd設備實時測溫系統自校準方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半導體制造技術領域，特別是涉及一種M0CVD設備實時測溫系統自校 準方法。
【背景技術】
[0002] 外延片生長溫度是M0CVD生產性能控制的關鍵參數。由于M0CVD的反應條件嚴 格，需要高真空、高溫、化學性質活潑的生長環境，高速旋轉的襯底，以及嚴格的設備空間布 置，采用熱電偶等直接測溫的技術幾乎是不可能的，因此，必須依賴于非接觸測溫法對外延 片生長溫度進行測量。現有技術中應用的非接觸測溫法是采用經過熱輻射系數修正的高溫 測量方法，通過測量一定波段的輻射光和相應外延片片表面的發射率計算外延片片表面的 溫度。然而，在外延片片生長過程中，測溫系統的安裝及外界環境會影響其測溫的穩定性， 影響因素主要包括：a)反應腔窗口上的淀積的影響；b)測溫系統安裝位置對探測距離變 化、光學探測器立體角變化的影響；c)外延片片生長環境如通氣氣壓、石墨盤旋轉變換的影 響。這些影響會改變測溫系統檢測到的信號，引起系統性的溫度偏離，導致外延片生長溫度 測量無法保證一致而又精確。
【發明內容】
[0003] 為了解決上述問題，本發明提供了一種采用雙波長測溫結構的M0CVD設備實時測 溫系統自校準方法。
[0004] 本發明提供的M0CVD設備實時測溫系統自校準方法包括以下步驟：
[0005] 測量不同溫度下，黑體爐的響應光譜P (入，T);
[0006] 根據
[0007]
【主權項】
1. 一種MOCVD設備實時測溫系統自校準方法，其特征在于，包括以下步驟： 測量不同溫度下，黑體爐的響應光譜P(A，T); 根據
計算第一種波長Ai和第二種波長A2分別對應的理論熱輻射功率比值r(l(T);
其中， PjXpT)，第一種波長Ai對應的熱福射功率， 入i，第一種波長， A入1，第一種波長Xi對應的帶寬， (入），光學探測器在第一種波長入i下的響應函數，gl (入），第一種波長Ai對應的輻射光在光學器件的透過率， P(入，T)，黑體爐的響應光譜，t(T)，光譜傳輸曲線的表達式， 卩"入^"^第二種波長^對應的熱福射功率， 入第二種波長， A入2,第二種波長對應的帶寬， f2U)，光學探測器在第二種波長A2下的響應函數， g2U)，第二種波長A2對應的輻射光在光學器件的透過率， T，溫度， A(T)，第一種波長Ai和第二種波長A2分別對應的理論熱輻射功率比值； 根據所述溫度和對應的理論熱輻射功率比值A(T)，進行最小二乘擬合，得到理論熱輻 射比值-溫度曲線； 測量不同溫度下，第一種波長A:對應的實際熱輻射功率，第二種波長A2對應的實際 熱輻射功率，并得到實際熱輻射比值； 根據實際熱輻射比值，在理論熱輻射比值_溫度曲線上描出與所述實際熱輻射比值對 應的點； 將所述點對應的溫度T的值代入
分別得到叫和m2 ; 其中， L(XT)，第一種波長Ai對應的實際熱輻射功率， L(入2,T)，第二種波長A2對應的實際熱輻射功率， 11^，第一種波長Ai對應的校準系數，m2，第二種波長A2對應的校準系數， (入），光學探測器在第一種波長入i下的響應函數，gl (入），第一種波長Ai對應的輻射光在光學器件的透過率， f2U)，光學探測器在第二種波長A2下的響應函數， g2U)，第二種波長A2對應的輻射光在光學器件的透過率， e(X)，外延片表面的發射率， T，溫度； 入i，第一種波長， A入1，第一種波長Xi對應的帶寬， 入第二種波長， A入2,第二種波長對應的帶寬，k，玻爾茲曼常數，k=l. 3806X10_23J/K， h為普照朗克常數，h=6. 626X10_34J.s， c，光在真空中傳播速度，c=3X108m/s。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，通過最小二乘法得到所述熱輻射比值-溫 度曲線時，參與擬合的熱輻射比值以及對應的溫度T數據為多個，分別是反應腔溫度穩定 在^:…乂時獲得。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述I\，T2，…，Tn分別由黑體爐加熱系 統加熱獲得。
4. 根據權利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述測溫范圍為（Tmin，T_)為（400°C， 1500°C)，所述第一種波長^對應高溫度區間（TUP，T_)，所述第二種波長對應低溫度區 間（Tmin，Tdown)，其中，Tmin〈Tdown〈Tup〈Tmax。
5. 根據權利要求4所述的方法，其特征在于，（Tmin，Tmax)為（450°C，1200°C)，TUP=750°C， Td〇wn=8〇〇°C，Xi=940nm,X2=1050nm。
6. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述實際熱輻射比值r(T)的計算方法如 下：
其中， L(XT)，第一種波長Ai對應的實際熱輻射功率， L(入2,T)，第二種波長A2對應的實際熱輻射功率， 入i，第一種波長， 入第二種波長， ei，第一種波長Xi對應的外延片表面的發射率，e2，第二種波長X2對應的外延片表面的發射率 T，溫度。
7. 根據權利要求6所述的方法，其特征在于， 當外延片為理想不透明、光滑、平整的表面時，e=1-R/ATe 其中， e，外延片表面的發射率， R，外延片的反射率， ATK，反射率衰減因子， 當透明、單面襯底拋光的藍寶石襯底的外延片， e =e 咖（1-R/ATK) (l_Rdiff) {1+R/ATK*Rdiff+ (1-e咖r) [ (Rdiff+R/ATK (l_Rdiff)2) ]}其中， e，外延片表面的發射率， Rdiff，不平滑襯底的散射率，e，石墨基座的熱發射率， ATK，反射率衰減因子。
8. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，得到所述實際熱輻射比值時，溫度T由 MOCVD反應腔室加熱獲得。
【專利摘要】本發明公開了一種MOCVD設備實時測溫系統自校準方法，半導體制造技術領域。該方法包括根據實際熱輻射比值，在理論熱輻射比值-溫度曲線上描出與實際熱輻射比值對應的點，將點對應的溫度T的值代入計算公式，分別得到校準系數m1和m2。該方法能夠得到雙波長測溫結構中第一種波長λ1和第二種波長λ2分別對應的校準系數m1和m2，從而實現了MOCVD設備實時測溫系統自校準，能夠保證外延片生長溫度測量一致而又精確。
【IPC分類】G01J5-00, G01J5-08
【公開號】CN104697638
【申請號】CN201310655576
【發明人】嚴冬, 李成敏, 王林梓, 劉健鵬, 焦宏達, 張塘, 馬小超
【申請人】北京智朗芯光科技有限公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2013年12月6日