[发明专利]一种基于实时光谱的外延片多参数原位监测方法和装置

说明书

本发明属于半导体制造技术领域，提出了基于实时光谱的外延片多参数原位监测方法和装置，包括以下步骤：S1、获取外延片生长反应腔内的背景噪声；S2、获取生成各外延片对应的热辐射光谱和至少五组反射光谱；S3、对所述热辐射光谱和反射光谱光谱信号进行平滑、基线校正的预处理过程；S4、根据预处理校正后的光谱对外延片信息进行解析；S5、判断该外延片的薄膜参数是否满足工艺要求，若满足要求，则进行后续工艺流程，并重复步骤S3~S5，不满足则停止当前工艺，进行相应修改后重复步骤S3~S5。本发明可以同时得到外延片生长过程中的多种薄膜参数，为外延片生长工艺的优化提供数据参考，可广泛应用于半导体光学检测领域。

技术领域

本发明属于半导体材料制造设备技术领域，提出了一种基于实时光谱的多参数原位监测方法和装置。

背景技术

薄膜外延是制造半导体器件薄膜的关键工艺，它是一种复杂的物理化学反应过程。影响外延生长的参数很多，这些参数决定了器件的光电特性和良品率，生长参数的微小偏差会导致器件良品率和性能指数级衰减。薄膜外延生长的原位监测是薄膜外延生长系统的“眼睛”，用于实时在线检测外延薄膜生长过程中的参数。目前，有相关方法实现了外延片温度、厚度、生长率、应力等参数的在线检测，但随着外延生长过程中要求控制的组分、膜层厚度以及长膜质量越来越高，需要监测系统可以同时检测薄膜生长的物性变化、生长速率、薄膜质量等多种参数，以便及时调整外延参数，实现薄膜外延生长过程的最优化。

专利(专利号：CN 103592284 A)提出“一种薄膜外延生长在线实时表征装置”，利用拉曼光谱信号对MOCVD设备中薄膜外延生长过程中的纳米材料微观结构进行实时、直接表征。但由于拉曼光谱是对应光照射到物质上发生拉曼散射形成光谱，拉曼散射截面小，拉曼信号的激发和收集困难。

专利(专利号：CN 103177938 A)提出“硅复合物外延生长厚度的检测方法及硅复合物的制作方法”，将外延生长反应腔降至常温，在该反应腔内进行检测，或在保护气体保护下将生长硅复合物外延层的外延片从外延生长反应腔移入另外的常温腔室中进行检测，检测包括：使用傅氏转换红外线光谱仪检测所述硅复合物中的成分及各元素的含量，使用椭偏光法检测所述硅复合物的厚度。由于需要将外延生长反应腔降至常温，大大影响加工制作效率，不能实时测试外延层中硅复合物的成分及各元素含量。

红外光谱仪结合椭偏光法测量硅复合物成分及所述硅复合物的厚度，需要采用斜入射方法实现，在生长反应腔上开两个孔，增加结构设计复杂度。而且椭偏仪价格高，此方案性价比低。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种结构简单，测量方便基于实时光谱的外延片多参数原位监测装置和方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于实时光谱的外延片多参数原位监测方法，包括以下步骤：

S1、通过原位监测装置获取外延片生长反应腔内的背景噪声；

S2、通过原位监测装置同时获取生成各外延片对应的热辐射光谱和至少五组反射光谱；

S3、对所述热辐射光谱和反射光谱信号进行平滑、基线校正的预处理过程；

S4、根据预处理校正后的光谱对外延片信息进行解析，具体为：根据所述各个外延片对应的辐射光谱中的红外光谱，计算得到所述各个外延片的温度信息，根据各个外延片对应的至少五组反射光谱，计算得到外延片的反射率、厚度、生长率、光学常数、粗糙度、组分及比例；

S5、判断该外延片的薄膜参数是否满足工艺要求，若满足要求，则进行后续工艺流程，并重复步骤S3～S5，不满足要求，则停止当前工艺，进行相应修改后重复步骤S3～S5；