[发明专利]一种对外延膜厚进行监控的设备及方法

说明书

本发明涉及半导体制造技术领域，提出一种对外延膜厚进行监控的设备及监控方法，该设备包括：光学系统，其与外延腔体连接，所述光学系统被配置为通过红外光线测量外延腔体内衬底的外延膜厚；以及多个外延腔体，所述外延腔体被配置为容纳衬底，其中所述外延腔体包括光纤集成板，所述光纤集成板包括：光纤接线柱，其通过光纤与所述光学系统连接，并且所述光纤接线柱被配置为使得红外光线通过固定角度射入和\或射出所述外延腔体。本发明可以在外延设备的多个腔体中实时监控外延膜厚，并且根据监控数据对外延工艺进行实时调整，并且通过在多个腔体上设置光纤集成板，在降低了光程差的同时也大大提高了测量的准确性和稳定性。

技术领域

本发明总的来说涉及半导体制造技术领域。具体而言，本发明涉及一种对外延膜厚进行监控的设备及方法。

背景技术

硅外延方法被广泛应用于互补式金属氧化物半导体(CMOS，Complementary MetalOxide Semiconductor)、BiCMOS(双极型晶体管和CMOS器件的集成器件)和射频集成电路中。

在硅外延方法中，外延层的厚度(也就是说外延膜厚)和电阻率是外延层的主要特性参数之一。这些特征参数对半导体器件的性能有重要的影响，例如在双极型晶体管中，外延膜厚对双极型晶体管的击穿电压、结电容、晶体管增益以及高频特性都有影响。

目前对于外延膜厚测试和外延电阻率测试通常使用事后监控(Ex-situMonitor)/离线监控(Offline Monitor)来监控外延设备和外延方法的稳定性。外延膜厚测试通常使用傅里叶变换红外谱(FTIR)测试。FTIR测试需要膜厚测试区域的外延层与衬底部分的光学性能例如折射率相差较大，使得所测外延层的上下表面对测试波段的红外光谱有较强的反射，其中通常在重掺杂的硅衬底上生长轻掺杂外延层，当红外光源照射外延试样时，一部分光线在外延层的上表面反射，另一部分光线穿透外延层后在外延层与衬底的接触面反射，再穿透外延层从外延层上表面射出，最终这两束光发生干涉，通过对干涉图谱进行计算可以得到外延膜厚。外延电阻率测试通常使用四探针测试，其中在轻掺杂的衬底片上(例如N型/P型)外延生长相反类型的薄膜(例如P型/N型)。外延膜厚测试和外延电阻率测试通常需要两片不同类型的衬底片。

然而当外延薄膜的成膜质量发生偏离(Excursion)时，事后监控或者离线监控设备无法快速改善成膜质量；此外，大型离线监控设备也会占据工厂宝贵的超净厂房面积并且增加设备采购资金，因此需要提出一种将量测设备植入外延设备中，对成膜质量进行事中控制以便及时提高成膜品质，并且节约独立量测设备所占用的空间的外延膜厚事中监控设备。另外随着大数据技术的进步，通过在线测量可以提供海量数据以便进行在线工艺优化和数据挖掘等，而传统的离线监控设备受测量时空密度影响，无法提供大数据挖掘所需要的海量数据。

发明内容

为至少部分解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种对外延膜厚进行监控的设备，其包括：

光学系统，其与外延腔体连接，所述光学系统被配置为通过红外光线测量外延腔体内衬底的外延膜厚；以及

多个外延腔体，所述外延腔体被配置为容纳衬底，其中所述外延腔体包括光纤集成板，所述光纤集成板包括：

光纤接线柱，其通过光纤与所述光学系统连接，并且所述光纤接线柱被配置为使得红外光线通过固定角度射入和\或射出所述外延腔体。

在本发明一个实施例中规定，所述外延腔体包括工艺腔体、冷却腔体以及传送腔体。

在本发明一个实施例中规定，所述光学系统包括迈克尔逊干涉仪以及光探测器。

在本发明一个实施例中规定，所述对外延膜厚进行监控的设备还包括红外光源，其被配置为生成用于测量所述外延膜厚的红外光线；或者

所述衬底被配置为生成用于测量所述外延膜厚的红外光线。