一种用于半导体设备的测温装置的温度校准方法与流程

本发明涉及半导体设备领域，特别涉及一种用于半导体设备的测温装置的温度校准方法。

背景技术：

1、在半导体芯片生产过程中，需要进行大量的微观加工，其中常用的方式为采用气相沉积对半导体衬底进行外延加工处理。而在半导体衬底的外延加工过程中，需要对半导体衬底的上表面温度进行监测，以确保半导体衬底在外延加工过程中的工艺温度满足外延生长要求。所述半导体衬底还可以称为晶圆。目前，半导体设备中的测温装置通常包括上、下两个测温仪(通常采用红外测温仪作为测温装置)，用以分别监测晶圆上表面和基座下表面在进行外延加工时的温度变化情况。而测温仪的使用寿命有限，特别是上测温仪(下文称第一测温仪)，当半导体设备运行一段时间后，需要对上测温仪进行更换，确保上测温仪的正常运行。

2、为了保证更换后的上测温仪的监测温度的准确性，在现有技术中，对更换后的上测温仪进行温度校准的方法是以未更换的下测温仪作为基准来校准。但该方法存在一定的缺陷，具体为该方法校准误差较大，导致更换后的上测温仪存在明显的测量误差。因此，亟需一种能够校准测温装置的温度校准方法，以提高半导体设备的温度监测的准确性，进而提升晶圆外延层的生长均匀性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于半导体设备的测温装置的温度校准方法，用于解决精确校准上测温仪(下文称第一测温仪)的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供用于半导体设备的测温装置的温度校准方法，其包含：

3、s1、提供半导体设备，所述半导体设备包括：腔体，所述腔体包括用于承载衬底的基座；上、下加热装置，用于向腔体提供热辐射，通过调节上、下加热装置的功率调节腔体内的温度；以及，测温装置，所述测温装置包括设置于腔体上方的第一测温仪和设置于腔体下方的第二测温仪；

4、s2、获得外延层生长速率与温度的对应关系；

5、s3、初步功率校准，通过设定功率对应的测量温度校准更换后的第一测温仪；

6、s4、在第一工艺温度t1下进行外延层生长，获得第一生长速率k1，并根据步骤s2中所述对应关系获得该第一生长速率k1对应的第一实际温度t1，获得第一实际温度t1与第一工艺温度t1的温度差δt1；

7、s5、在第一工艺温度附近取第n工艺温度tn，在第n工艺温度tn下进行外延层生长，获得第n生长速率kn，并根据步骤s2中所述对应关系获得该第n生长速率kn对应的第n实际温度tn，获得第n实际温度tn与第n工艺温度tn的温度差δtn，其中n＝2、3、4……n，n≥2，且为整数；

8、s6、重复执行步骤s5，获得温度差δt1、δt2、……、δtn的平均值以校准更换后的第一测温仪的第一工艺温度t1、第二工艺温度t2、……、第n工艺温度tn；

9、s7、重复执行步骤s4-s6，当小于设定阈值时停止。

10、优选地，所述设定阈值为0.95℃。

11、优选地，在所述步骤s3中，初步功率校准，具体为：向上、下加热装置分别提供对应的第一、第二设定功率，分别获取对应的设定功率下的第一测温仪和第二测温仪对应的第一、第二测量温度，更换第一测温仪，向上、下加热装置分别提供对应的所述第一、第二设定功率，以对应的所述第一测量温度校准更换后的第一测温仪。

12、优选地，在所述步骤s2中，获得外延层生长速率与温度的对应关系，具体为：向腔体内通入工艺气体在衬底上进行外延层生长，分别计算线性温度范围内不同温度点的外延层生长速率，获得外延层生长速率与温度的对应关系。

13、优选地，第一工艺温度t1、第二工艺温度t2、……、第n工艺温度tn为第一测温仪对应的测量温度。

14、优选地，在所述步骤s4中，在第一工艺温度t1为第一测量温度下进行外延层生长。

15、优选地，在所述步骤s4中，获得温度差δt1后，还包括以第一实际温度t1校准更换后的第一测温仪。

16、优选地，所述第一工艺温度t1、第二工艺温度t2、……、第n工艺温度tn为线性温度范围内的任一温度点。

17、优选地，所述外延层生长速率与温度的对应关系为：外延层生长速率的自然对数和对应温度的倒数呈线性关系。

18、优选地，所述对应关系的表达式为：

19、

20、其中，k为外延层生长速率，r为摩尔气体常量，ea为反应激活能，c为常量，t为温度；将所述线性温度范围内不同温度t和对应的外延层生长速率k带入表达式，获得所述对应关系的表达式。

21、优选地，所述n＝5或6。

22、优选地，第一设定功率的占比和第二设定功率的占比之间的差值小于10％。

23、优选地，第一和第二测量温度的差值小于10℃。

24、优选地，生长所述外延层的工艺气体包括sih4、sihcl3、sih2cl2、sicl4中的一种或几种。

25、优选地，所述线性温度范围为500℃-850℃。

26、优选地，所述设定功率的范围为14kw-50kw。

27、综上所述，与现有技术相比，本发明提供的一种用于半导体设备的测温装置的温度校准方法，具有如下有益效果：

28、(1)通过步骤s3所述的初步功率校准，可以利用设定功率对更换后的测温装置进行快速初步校准，缩小更换后的测温装置的测量误差，以便后续的精确校准。

29、(2)基于外延层生长速率的自然对数和对应温度的倒数呈线性关系，通过步骤s4～步骤s6计算实际温度与工艺温度的温度差的平均值，采用该温度差的平均值对初步校准后的的测温装置进行精确校准，使更换后的测温装置的测温性能更加精确，调整了更换后的测温装置的整体偏差。

30、(3)以第一实际温度t1校准更换后的第一测温仪，减小了更换后的第一测温仪的测量误差，提高其在执行后续的温度校准测量时的精准度。

技术特征：

1.一种用于半导体设备的测温装置的温度校准方法，其特征在于，包含以下步骤：

2.如权利要求1所述的用于半导体设备的测温装置的温度校准方法，其特征在于，所述设定阈值为0.95℃。

3.如权利要求1所述的用于半导体设备的测温装置的温度校准方法，其特征在于，在所述步骤s3中，初步功率校准，具体为：向上、下加热装置分别提供对应的第一、第二设定功率，分别获取对应的设定功率下的第一测温仪和第二测温仪对应的第一、第二测量温度，更换第一测温仪，向上、下加热装置分别提供对应的所述第一、第二设定功率，以对应的所述第一测量温度校准更换后的第一测温仪。

4.如权利要求1所述的用于半导体设备的测温装置的温度校准方法，其特征在于，在所述步骤s2中，获得外延层生长速率与温度的对应关系，具体为：向腔体内通入工艺气体在衬底上进行外延层生长，分别计算线性温度范围内不同温度点的外延层生长速率，获得外延层生长速率与温度的对应关系。

5.如权利要求1所述的用于半导体设备的测温装置的温度校准方法，其特征在于，第一工艺温度t1、第二工艺温度t2、……、第n工艺温度tn为第一测温仪对应的测量温度。

6.如权利要求3所述的用于半导体设备的测温装置的温度校准方法，其特征在于，在所述步骤s4中，在第一工艺温度t1为第一测量温度下进行外延层生长。

7.如权利要求6所述的用于半导体设备的测温装置的温度校准方法，其特征在于，在所述步骤s4中，获得温度差δt1后，还包括以第一实际温度t1校准更换后的第一测温仪。

8.如权利要求4所述的用于半导体设备的测温装置的温度校准方法，其特征在于，所述第一工艺温度t1、第二工艺温度t2、……、第n工艺温度tn为线性温度范围内的任一温度点。

9.如权利要求4所述的用于半导体设备的测温装置的温度校准方法，其特征在于，所述外延层生长速率与温度的对应关系为：外延层生长速率的自然对数和对应温度的倒数呈线性关系。

10.如权利要求9所述的用于半导体设备的测温装置的温度校准方法，其特征在于，所述对应关系的表达式为：

11.如权利要求1所述的用于半导体设备的测温装置的温度校准方法，其特征在于，所述n＝5或6。

12.如权利要求3所述的用于半导体设备的测温装置的温度校准方法，其特征在于，第一设定功率的占比和第二设定功率的占比之间的差值小于10％。

13.如权利要求3所述的用于半导体设备的测温装置的温度校准方法，其特征在于，第一和第二测量温度的差值小于10℃。

14.如权利要求1所述的用于半导体设备的测温装置的温度校准方法，其特征在于，生长所述外延层的工艺气体包括sih4、sihcl3、sih2cl2、sicl4中的一种或几种。

15.如权利要求4所述的用于半导体设备的测温装置的温度校准方法，其特征在于，所述线性温度范围为500℃-850℃。

16.如权利要求1所述的用于半导体设备的测温装置的温度校准方法，其特征在于，所述设定功率的范围为14kw-50kw。

技术总结
本发明涉及一种用于半导体设备的测温装置的温度校准方法，包含以下步骤：S1、提供半导体设备；S2、获得外延层生长速率与温度的对应关系；S3、初步功率校准；S4、在第一工艺温度T<subgt;1</subgt;下进行外延层生长，获得第一生长速率K<subgt;1</subgt;，并根据步骤S2中所述对应关系获得该第一生长速率K<subgt;1</subgt;对应的第一实际温度t<subgt;1</subgt;，获得第一实际温度t<subgt;1</subgt;与第一工艺温度T<subgt;1</subgt;的温度差ΔT<subgt;1</subgt;；S5、在第一工艺温度附近取第n工艺温度T<subgt;n</subgt;，获得第n实际温度t<subgt;n</subgt;与第n工艺温度T<subgt;n</subgt;的温度差ΔT<subgt;n</subgt;；S6、重复执行步骤S5，获得温度差的平均值以校准第一测温仪的各个工艺温度T<subgt;N</subgt;；S7、重复执行步骤S4‑S6，当ΔT小于设定阈值时停止。本发明具有校准精准度高、可操作性强等优势。

技术研发人员：叶斌
受保护的技术使用者：江苏天芯微半导体设备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12