用于碳化硅晶圆的原位高温计的制作方法

本技术总体上涉及半导体制造技术，更特别地，涉及用于碳化硅（siliconcarbide，sic）晶圆的原位高温计。

背景技术：

1、在半导体晶圆的制造过程中，监测并调节众多物理参数，诸如温度、压力和流速，以实现期望的晶体生长。在晶圆制造过程中保持特定温度对于获得高质量的半导体晶体尤为重要。由于晶圆在旋转装置上生长，因此需要非接触式测量方法来精确测量高速旋转（例如，大于1000 rpm）的半导体晶圆的温度。

2、可使用高温计对物体进行非接触式温度测量，高温计测量从目标物体发射的辐射。高温计可用于根据来自物体的发射辐射功率以及被称为发射率的物体物理特性来计算物体的温度。物体的发射率是物体的发射辐射与入射辐射之比的量度。已知物体的发射率（e）和发射辐射功率（p），即可根据普朗克方程计算物体的温度：

3、(1)

4、其中ew=物体发射率（取决于物体颜色和表面特性），c1、c2=可溯源的普适常数（普朗克光谱能量分布），λ=辐射波长，t=物体温度。

5、若物体的发射率已知，则可利用上述方程由发射辐射功率（p）精确确定物体的对应温度（t）。然而，半导体晶圆的发射率常常在半导体生长过程期间发生变化，从而使其温度的确定复杂化。因此，为了在半导体生长过程的所有阶段正确计算半导体晶圆的温度，实时确定半导体晶圆的发射率是必要的。反射测量可根据以下关系式辅助该实时确定：

6、

e=1

r(2)

7、其中e为发射率，r为目标物体的反射率。

8、高温测量和反射率测量已被有效地用于在1000-1100°c温度范围内发生的反应器工艺中获取足够精确的温度测量。具体而言，在这样的温度下，可使用949 nm（近红外）的发射率校正的高温计来达到此类目的。然而，对于半导体工艺技术，诸如用于功率器件的碳化硅（sic）外延生长，所需温度要高得多，例如1400-1700°c。在这些升高的温度下，传统的发射率校正的高温测量技术存在相当大的不准确性。

9、精确温度测量的另一挑战在于，取决于工艺温度，目标晶圆可能为部分不透明。在部分不透明晶圆的情况下，949 nm高温计测量的是晶圆与载体温度的加权平均，而非单独的晶圆温度，从而向晶圆温度测量引入了额外的不确定性。此外，在升高温度下的热壁反应器中，背景杂散辐射可能因寄生涂层而发生漂移。反应室内的背景辐射以及sic的寄生沉积增加了额外一层不确定性或误差。

10、因此，需要一种能够在一定温度范围内精确测量晶圆温度的方法，该温度范围包括升高的温度（~1400-1700°c）以及较低的温度（~800-1100°c），以便在诸如外延生长等在高温下进行的工艺以及诸如晶圆传送等通常在较低温度下进行的工艺期间，获取精确的晶圆温度。

技术实现思路

1、本公开同时涉及一种系统和方法，特别地，涉及一种原位高温计和使用该高温计的化学气相沉积系统（chemical vapor deposition，cvd），以及一种使用该高温计获取在cvd反应室中晶圆上外延生长的碳化硅层的温度的方法。

2、如上文所提及，本公开描述了一种适配成获取在晶圆上生长的碳化硅层的温度的化学气相沉积系统（cvd）。该系统包括反应室和晶圆载体，该反应室适配成在设置于该反应室内的晶圆上外延生长碳化硅层，该晶圆载体具有用于承载至少一个晶圆的平台。该系统还包括：光源，其向晶圆载体发射第一波长的辐射；第一高温计，其耦合到反应室，并被配置为接收从晶圆发射或反射的辐射以及测量第一波长的辐射强度；以及反射计，其耦合到高温计，被配置为响应于由光源发射的辐射而接收并测量从晶圆反射的第一波长的辐射。电子控制器被配置为使用第一高温计和反射计的测量值来确定在晶圆上生长的碳化硅层的温度。第一波长在444 nm至484 nm的范围内。

3、本公开还描述了一种获取在cvd反应室中晶圆上外延生长的碳化硅层的温度的方法。该方法包括：在碳化硅层的外延生长期间向晶圆发射第一波长的辐射；检测从晶圆发射和反射的第一波长的辐射；以及基于检测到的从晶圆发射和从晶圆反射的第一波长的辐射来确定碳化硅层的温度，其中第一波长在444 nm至484 nm的范围内。在一个实施例中，该系统包括两个高温计。第一高温计发射并检测第一波长的辐射，第二高温计检测第二波长的辐射，但也可以在检测模式下用于检测第二波长的辐射。

1.一种适配成获取生长在晶圆上的碳化硅层的温度的化学气相沉积cvd系统，所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的cvd系统，其中当所述反应室的温度在外延生长阶段期间升高时，激活所述光源、反射计和高温计。

3.根据权利要求1所述的cvd系统，还包括：

4.根据权利要求1所述的cvd系统，其中所述第一高温计和所述反射计封闭在单个壳体内。

5.根据权利要求2所述的cvd系统，其中在外延生长期间所述反应室的升高的温度在1400°c至1700°c之间。

6.根据权利要求3所述的cvd系统，其中在传送操作期间所述晶圆的温度在800°c至1100°c之间。

7. 根据权利要求1所述的cvd系统，其中所述碳化硅为4h sic类型，其具有短于500 nm的吸收峰。

8. 根据权利要求7所述的cvd系统，其中所述4h sic层以约1018/cm3的水平掺杂。

9.根据权利要求1所述的cvd系统，其中所述光源包括准直器，用于对导向到所述晶圆上的所述辐射进行准直。

10.一种获取在cvd反应室中在晶圆上外延生长的碳化硅层的温度的方法，所述方法包括：

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

12.根据权利要求11所述的方法，其中当所述反应室内的温度在1400°c至1700°c之间时，执行对所述第一波长的所述辐射的检测。

13.根据权利要求11所述的方法，其中当所述反应室内的温度在800°c至1100°c之间时，执行对第二波长的所述辐射的检测。

14. 根据权利要求11所述的方法，其中所述碳化硅为4h sic类型，其具有短于500 nm的吸收峰。

15. 根据权利要求14所述的方法，其中所述4h sic层以约1018/cm3的水平掺杂。

16.根据权利要求10所述的方法，还包括对发射到所述晶圆上的所述第一波长的所述辐射进行准直。