一种碳化硅长晶时晶体厚度及质量的测量系统及方法与流程

1.本发明涉及半导体长晶辅助系统，具体是涉及一种碳化硅长晶时晶体厚度及质量的测量系统及方法。


背景技术：

2.半导体单晶炉大部分均为高温炉，以碳化硅为例，热场核心温度约2300℃，晶体的生长周期长，现今的碳化硅单晶长晶炉(pvt)无法实时观测碳化硅长晶的情况，在长晶过程中无法对晶体高度及质量进行实时观测，因此在生产过程中经常发生等到工艺周期结束后才发现获得的碳化硅晶体质量不及预期，从而需要多次调节工艺，多炉次的对工艺进行试生产，而无法实时根据晶体质量对工艺实时调节，并且长晶工艺的周期通常长达数日，多次的试生产会严重的影响生产的效率。


技术实现要素：

3.发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种实时显示数据的碳化硅长晶时晶体厚度及质量的测量系统。
4.本发明还提供一种碳化硅长晶时晶体厚度及质量的测量方法。
5.技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种碳化硅长晶时晶体厚度及质量的测量系统，包括石墨盘，所述石墨盘下方设置籽晶，碳化硅晶体生长在籽晶上，还包括电阻检测模块、计算模块和显示模块，所述石墨盘上方设置两个导电棒，两个导电棒与石墨盘电连接，石墨盘与碳化硅晶体电连接，所述电阻检测模块用于实时检测两个导电棒之间的电阻，所述计算模块用于根据电阻检测模块检测的电阻计算碳化硅晶体的厚度及质量，所述显示模块用于实时显示计算模块得到的碳化硅晶体的厚度及质量。
6.本发明还采用一种碳化硅长晶时晶体厚度及质量的测量方法，包括以下步骤：
7.(1)检测得到初始未长晶时导电棒的阻值和石墨盘的阻值；
8.(2)进行碳化硅长晶，并测量两个导电棒之间的实时阻值；
9.(3)根据实时阻值、导电棒阻值和石墨盘阻值计算得到此时晶体的阻值；
10.(4)根据晶体的电阻率及计算得到的晶体阻值计算得到晶体厚度；
11.(5)根据晶体的密度及晶体厚度计算得到晶体质量；
12.(6)实时显示计算得到的晶体厚度及晶体质量。
13.进一步的，所述步骤(1)中的具体步骤为：
14.(1.1)测量石墨盘未设置籽晶时，两个导电棒之间的阻值r
总0
；
15.(1.2)测量石墨盘设置厚度为δ的籽晶时，两个导电棒之间的阻值r
总1
；(1.3)测量石墨盘设置厚度为2δ的籽晶时，两个导电棒之间的阻值r
总2
；(1.4)根据r
总0
、r
总1
、r
总2
计算得到导电棒的阻值和石墨盘的阻值。进一步的，所述阻值r
总0
的计算公式为：
16.r
总0
＝r
导
r
石墨盘
17.其中，r
导
为导电棒的总阻值，r
石墨盘
为石墨盘的阻值；
18.所述阻值r
总1
的计算公式为：
[0019][0020]
其中，r
籽晶1
为厚度为δ的籽晶的阻值；
[0021]
所述阻值r
总2
的计算公式为：
[0022][0023]
其中，r
籽晶2
为厚度为2δ的籽晶的阻值，r
籽晶2
＝(1/2)r
籽晶1
。
[0024]
进一步的，所述步骤(3)中的晶体阻值r
晶体
的计算公式：
[0025][0026]
其中，r
总
为测量的两个导电棒之间的实时阻值。
[0027]
进一步的，所述步骤(4)中晶体厚度δ的计算公式为：
[0028][0029]
其中，r
晶体
为此时晶体的阻值，r为晶体横截面半径，ρ为晶体的电阻率。
[0030]
进一步的，所述步骤(5)中晶体质量m的计算公式为：
[0031]
m＝ε
·
δ
·
πr2[0032]
其中，ε为晶体的密度。
[0033]
有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是通过导电棒与石墨盘电连接，并通过实时测量导电棒之间的电阻，将电阻转化为碳化硅晶体生长过程中的厚度及质量，并实时显示，有助于操作人员实时观测碳化硅晶体的生长是否符合要求，在不符合要求时及时调节工艺，无需等待晶体出炉后，根据出炉晶体质量对下一炉再进行调节。
附图说明
[0034]
图1为本发明测量方法初始时籽晶与石墨盘连接的结构示意图；
[0035]
图2为本发明测量方法长晶时晶体与石墨盘连接的结构示意图；
[0036]
图3为本发明中计算晶体电阻时晶体横截面的结构简图。
具体实施方式
[0037]
实施例1
[0038]
如图1和图2所示，本实施例中的一种碳化硅长晶时晶体厚度及质量的测量系统，包括导电棒1、石墨盘2、籽晶3、电阻检测模块、计算模块和显示模块，石墨盘2下方设置籽晶3，碳化硅晶体4生长在籽晶3上，石墨盘2上方设置两个导电棒1，在本实施例中，导电棒1采用石墨材料，两个导电棒1与石墨盘2电连接，石墨盘2与碳化硅晶体4电连接，两个导电棒1分别作为电路的输入端和输出端，通过电阻检测模块实时检测两个导电棒1之间的电阻，计算模块根据电阻检测模块检测的电阻计算碳化硅晶体4的厚度及质量。在长晶前，计算模块
先通过电阻检测模块检测的电阻计算导电棒1和石墨盘2的电阻；在长晶时，计算模块根据电阻检测模块检测的系统实时总阻值和预先计算得到的导电棒和石墨盘电阻得到晶体的电阻。显示模块用于实时显示计算模块得到的碳化硅晶体的厚度及质量，操作人员根据显示模块显示的数据进行工艺的实时调节。
[0039]
实施例2
[0040]
本实施例中的一种碳化硅长晶时晶体厚度及质量的测量方法，采用上述实施例中的测量系统进行测量，测量系统在此不再赘述，测量方法包括以下步骤：
[0041]
(1)检测得到初始未长晶时导电棒的阻值和石墨盘的阻值；
[0042]
(1.1)电阻检测模块测量石墨盘未设置籽晶时，两个导电棒之间的阻值r
总0
；
[0043]
(1.2)电阻检测模块测量石墨盘设置厚度为δ的籽晶时，两个导电棒之间的阻值r
总1
；
[0044]
(1.3)电阻检测模块测量石墨盘设置厚度为2δ的籽晶时，两个导电棒之间的阻值r
总2
；
[0045]
(1.4)计算模块根据r
总0
、r
总1
、r
总2
计算得到导电棒的阻值和石墨盘的阻值；
[0046]
阻值r
总0
的计算公式为：
[0047]r总0
＝r
导
r
石墨盘
[0048]
其中，r
导
为导电棒的总阻值，r
石墨盘
为石墨盘的阻值；
[0049]
阻值r
总1
的计算公式为：
[0050][0051]
其中，r
籽晶1
为厚度为δ的籽晶的阻值；
[0052]
阻值r
总2
的计算公式为：
[0053][0054]
其中，r
籽晶2
为厚度为2δ的籽晶的阻值，此处厚度为2δ的籽晶与厚度为δ的籽晶横截面积及材料等除厚度之后的其他条件均相同；
[0055]
根据半导体电阻计算公式：r＝ρ0(l0/s0)，其中ρ0为半导体电阻率，l0为半导体长度，s0为半导体电流流过的横截面面积，可以得到r
籽晶2
＝(1/2)r
籽晶1
；
[0056]
由此可以通过检测得到的r
总0
、r
总1
、r
总2
计算得到导电棒的阻值r
导
和石墨盘的阻值r
石墨盘
。
[0057]
(2)进行碳化硅长晶，并测量两个导电棒之间的实时阻值r
总
；
[0058]
(3)根据实时阻值r
总
、导电棒阻值r
导
和石墨盘阻值r
石墨盘
计算得到此时晶体的阻值r
晶体
；晶体阻值r
晶体
的计算公式：
[0059][0060]
(4)根据晶体的电阻率及计算得到的晶体阻值计算得到晶体厚度；晶体厚度δ的计算公式为：
[0061][0062]
其中，r
晶体
为此时晶体的阻值，r为晶体横截面半径，ρ为晶体的电阻率。
[0063]
(5)根据晶体的密度及晶体厚度计算得到晶体质量；晶体质量m的计算公式为：
[0064]
m＝ε
·
δ
·
πr2[0065]
其中，ε为晶体的密度。
[0066]
(6)实时显示计算得到的晶体厚度及晶体质量。