CN114507900A - 一种反应腔内表面保护装置、外延反应监控装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及半导体制造领域，具体而言，涉及一种反应腔内表面保护装置、外延反应监控装置及方法，用于保护外延设备的反应腔的内表面，所述反应腔内表面保护装置包括：石墨纸、第一转轴和第二转轴，所述第一转轴和所述第二转轴分别安装在所述反应腔的进气端和出气端，所述石墨纸两端分别套接在所述第一转轴与所述第二转轴上，所述石墨纸在所述反应腔的内顶部具有水平段，且能在所述第一转轴以及所述第二转轴的转动作用下在所述反应腔的内顶部沿单一方向水平输送，通过在反应腔内表面设置保护装置，石墨纸持续工作带走石墨纸上的结晶，防止结晶掉落在衬底上，且无需对反应腔内表面频繁清洗。
Description
技术领域
本申请涉及半导体制造领域，具体而言，涉及一种反应腔内表面保护装置、外延反应监控装置及方法。
背景技术
在外延工艺中，由于SiC的生长方式为连续多片式，在外延反应过程中，外延设备的反应腔持续通入反应气体，在1700℃的反应条件下的反应过程中由于反应气体可能在反应腔内的内表面形成Si滴或在表面形成SiC颗粒，结晶掉落在衬底上，在衬底表面产生缺陷，对衬底良率有很大影响，因此需要在对反应腔内表面进行保护处理，防止结晶掉在衬底上。
现有的反应腔内表面保护方法主要为通过在反应腔内表面镀TaC保护层，从而防止反应气体在反应腔内表面结晶并掉在衬底上，而在长时间的反应过程中，反应腔内表面仍会反应生成结晶并掉落在衬底上，且需要频繁对反应腔内表面进行清洗。
针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种反应腔内表面保护装置、外延反应监控装置及方法，旨在解决在外延工艺中，向反应腔内通入的反应气体会在反应腔内表面生成结晶并掉在衬底上，影响衬底良率的问题。
第一方面，本申请提供了一种反应腔内表面保护装置，用于保护外延设备的反应腔内表面，所述反应腔上表面保护装置包括：石墨纸、第一转轴和第二转轴，所述第一转轴和所述第二转轴分别安装在所述反应腔的进气端和出气端，所述石墨纸两端分别套接在所述第一转轴与所述第二转轴上，所述石墨纸在所述反应腔的内顶部具有水平段，且能在所述第一转轴以及所述第二转轴的转动作用下在所述反应腔的内顶部沿单一方向水平输送。
本申请提供的反应腔内表面保护装置通过在反应腔内表面设置可沿单一方向水平输送的石墨纸，使衬底在进行外延反应过程中，减少反应气体在石墨腔内表面结晶并掉落在衬底上，同时，为进一步防止反应气体在反应腔内表面结晶，在衬底反应过程中，石墨纸持续输送，将反应气体在石墨纸上的杂质结晶输送至反应腔外，通过持续沿同一方向传送的石墨纸将杂质结晶输送至反应腔外，防止结晶掉落在衬底上影响衬底的良率，同时由于杂质结晶会持续运出反应腔，因此无需频繁对反应腔进行清洁。
可选地，本申请所述的反应腔内表面保护装置，所述石墨纸上镀有TaC镀层。
本申请通过在石墨纸上镀TaC层，可以有效减少反应气体在石墨纸上生成结晶，从而进一步避免结晶掉落，此外，由于在TaC镀层上结晶减少，因此可以降低石墨纸的输送速度，从而减少石墨纸的使用量，提高石墨纸的利用率。
可选地，本申请所述的反应腔内表面保护装置，所述石墨纸进入所述反应腔的一端上设置有加热装置，用于加热所述石墨纸。
本申请通过在石墨纸进入反应腔的一端设置加热装置，加热石墨纸，使石墨纸在进入反应腔时石墨纸与反应腔的温差较小，防止由于石墨纸进入反应腔时石墨纸与反应腔内的温差较大，影响反应腔内的温场，从而影响衬底的外延生长质量。
可选地，本申请所述的反应腔内表面保护装置，所述反应腔进气端设置有第一密封腔，所述第一转轴设置在所述第一密封腔内，所述反应腔出气端设置有第二密封腔，所述第二转轴设置在所述第二密封腔内。
本申请将第一转轴与第二转轴设置在密封腔内，将反应腔与外界隔离，防止反应气体发生泄漏。
可选地，本申请所述的反应腔内表面保护装置，所述石墨纸的宽度大于等于所述反应腔中用于承托所述衬底的衬底托盘的直径。
本申请设计石墨纸的宽度大于等于衬底托盘的直径，使石墨纸至少将衬底托盘覆盖，从而防止反应气体在衬底托盘上方结晶。
可选地，本申请所述的反应腔内表面保护装置，所述石墨纸的所述水平段与所述反应腔的内表面之间的距离为2-5mm。
可选地，本申请所述的反应腔内表面保护装置，所述石墨纸的输送方向为从所述反应腔的进气端朝所述反应腔的出气端输送。
第二方面，本申请还提供了一种外延反应监控装置，用于监控外延反应中反应腔内表面的结晶情况，所述外延反应监控装置应用于具有反应腔内表面保护装置的外延设备中，所述反应腔内表面保护装置包括：石墨纸、第一转轴和第二转轴，所述第一转轴和所述第二转轴分别安装在所述反应腔的进气端和出气端，所述石墨纸套接在所述第一转轴与所述第二转轴上，所述石墨纸在所述反应腔的内顶部具有水平段，且能在所述第一转轴以及所述第二转轴的转动作用下在所述反应腔的内顶部朝所述反应腔出气端水平输送，所述外延反应监控装置包括：观察灯和/或光学检测装置，所述石墨纸上镀有TaC层，所述观察灯设置在所述反应腔的出气端，用于提供照明以使用户观察位于所述第二转轴处的镀有TaC层的所述石墨纸上的杂质量；所述光学检测装置包括X射线发射装置和X射线吸收装置，所述光学检测装置位于所述反应腔的出气端，用于检测位于所述第二转轴处的所述石墨纸上掺杂元素的组成。
本申请提供的外延反应监控装置通过在反应腔出气端设置观察灯，通过在观察灯下观察杂质结晶在TaC层中的颜色从而得到石墨纸上的杂质量，通过在反应腔出气端处设置光学检测装置，通过X射线发射装置和X射线吸收装置，获得石墨纸上的掺杂元素组成，从而可根据石墨纸上的掺杂元素组成，调整通入的掺杂源比例，通过上述外延反应监控装置，实时监控石墨纸上杂质结晶的含量，从而及时调整外延反应中的各反应参数，提高衬底的生长良率。
第三方面，本申请还提供了一种外延反应监控方法，用于通过外延反应监控装置监控反应腔内表面的结晶情况，所述外延反应监控装置应用于具有反应腔内表面保护装置的外延设备中，所述反应腔内表面保护装置包括：石墨纸、第一转轴和第二转轴，所述第一转轴和所述第二转轴分别安装在所述反应腔的进气端和出气端，所述石墨纸套接在所述第一转轴与所述第二转轴上，所述石墨纸在所述反应腔的内顶部具有水平段，且能在所述第一转轴以及所述第二转轴的转动作用下在所述反应腔的内顶部朝所述反应腔出气端水平输送，所述外延反应监控装置包括：
光学检测装置，所述光学检测装置包括X射线发射装置和X射线吸收装置，所述光学检测装置位于反应腔的出气端，用于检测所述石墨纸位于所述第二转轴处掺杂元素的组成，
所述外延反应监控方法包括以下步骤：
S1、基于所述光学检测装置获得所述石墨纸位于所述第二转轴处的掺杂元素的组成信息；
S2、根据所述石墨纸位于所述第二转轴处的掺杂元素的组成信息调节所述反应腔内通入掺杂源的比例。
本申请提供的外延反应监控方法，通过在观察灯下观察杂质结晶在TaC层中的颜色从而得到石墨纸上的杂质量，通过在反应腔的出气端处设置光学检测装置，通过X射线发射装置向石墨纸发射X射线并通过X射线吸收装置将穿过石墨纸的X射线吸收，从而获得石墨纸上的掺杂元素组成，并可根据石墨纸上的掺杂元素组成，调整通入的掺杂源比例，通过上述外延反应监控装置，实时监控石墨纸上杂质结晶的含量，从而及时调整外延反应中的各反应参数，提高衬底的生长良率。
可选地，本申请所述的外延反应监控方法，步骤S1包括：
S11、通过所述X射线发射装置向位于所述第二转轴处的所述石墨纸发射X射线；
S12、通过所述X射线吸收装置将穿过所述第二转轴处的所述石墨纸的X射线吸收，获得荧光光谱；
S13、根据所述荧光光谱获得所述石墨纸位于所述第二转轴处的掺杂元素的组成信息。
由上可知，本申请提供的一种反应腔内表面保护装置、外延反应监控装置及方法，通过在反应腔内表面设置可沿单一方向水平输送的石墨纸，使衬底在进行外延反应过程中，减少反应气体在石墨腔内表面结晶并掉落在衬底上，同时，为进一步防止反应气体在反应腔内表面结晶，在衬底反应过程中，石墨纸持续输送，将反应气体在石墨纸上的杂质结晶输送至反应腔外，进一步避免杂质结晶掉落在衬底上，并在反应腔出气端处设置外延反应监控装置，通过在反应腔出气端设置观察灯，通过在观察灯下观察杂质结晶在TaC层中的颜色从而得到石墨纸上的杂质量，通过在反应腔出气端处设置光学检测装置，通过X射线发射装置和X射线吸收装置，获得石墨纸上的掺杂元素组成，从而可根据石墨纸上的掺杂元素组成，调整通入的掺杂源比例，通过上述外延反应监控装置和监控方法，实时监控石墨纸上杂质结晶的含量，从而及时调整外延反应中的各反应参数，提高衬底的生长良率。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种反应腔内表面保护装置的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的一种外延反应监控装置的结构示意图。
图3为本申请实施例提供的一种外延反应监控方法的步骤流程图。
标号说明：1、反应腔；2、衬底；3、石墨纸；41、第一转轴；411、加热装置；42、第二转轴；421、冷却装置；51、第一密封腔；52、第二密封腔；521、透明石英板；61、观察灯；62、光学检测装置；71、前侧门；72、后侧门。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在外延工艺过程中，反应气体在反应腔1的内表面会产生杂质结晶，结晶掉落在衬底2上会影响衬底2的生长良率。
具体地，外延反应为SiC衬底的外延反应，反应腔1为石墨腔，在进行外延反应时，向石墨腔内通入反应气体，具体地，在外延反应时，往反应腔1内通入一定比例的C2H4、TCS、H2、HCl等作为反应气体，在反应过程中反应气体会在反应腔1的内表面结晶，具体地，结晶为SiC和Si等物质，经过长时间的反应，结晶会掉落在衬底2上，影响衬底2的生长良率。
第一方面，参考图1，图1为本申请提供的一种反应腔内表面保护装置的结构示意图，图1所示的一种反应腔内表面保护装置，用于保护外延设备的反应腔1的内表面，反应腔内表面保护装置包括：石墨纸3、第一转轴41和第二转轴42，第一转轴41和第二转轴42分别安装在反应腔1的进气端和出气端，石墨纸3两端分别套接在第一转轴41与第二转轴42上，石墨纸3在反应腔1的内顶部具有水平段，且能在第一转轴41以及第二转轴42的转动作用下在反应腔1的内顶部沿单一方向水平输送。
具体地，反应腔1的进气端为通入反应气体的一端，第一转轴41设置在反应腔1的进气端，反应腔1的出气端为排出反应气体的一端，第二转轴42设置在反应腔1的排气端，在本实施例中，石墨纸3为柔性石墨纸卷，石墨纸3套接在第一转轴41与第二转轴42上，当第一转轴41和/或第二转轴42转动时，带动石墨纸3在第一转轴41和第二转轴42上转动，从而使石墨纸3的水平段沿水平方向移动。
具体地，在外延反应未开始时，柔性石墨纸卷套接在第一转轴41或第二转轴42上，在本实施例中，柔性石墨纸卷套接在第一转轴41上，石墨纸卷的一端穿过反应腔1与第二转轴42连接，在外延反应开始时，第一转轴41将石墨纸3送进反应腔1中，第二转轴42拉动石墨纸3使石墨纸3在第二转轴42卷起回收，从而使石墨纸3在反应腔1的内顶部输送。
具体地，为使反应腔1中的石墨纸3具有水平段，需保证石墨纸3进入反应腔1的位置与石墨纸3移出反应腔1的位置处于同一水平面。
具体地，反应腔1的进气端与出气端处设有前侧门71与后侧门72，前侧门71设置在反应腔1进气端侧，后侧门72设置在反应腔1出气端侧，为使石墨纸3穿过前侧门71进入反应腔1，并穿过后侧门72移出反应腔1，需要在前侧门71与后侧门72处开通口，用于使石墨纸3穿过反应腔1，具体地，前侧门71与后侧门72的通口处于同一水平面，使石墨纸3的水平段与反应腔1的内表面平行。
在外延反应开始后，石墨纸在第一转轴41和/或第二转轴42的转动下，带动石墨纸3持续沿单一方向水平输送，杂质结晶附着在石墨纸3位于反应腔1内顶部的水平段上，在结晶的大小未足以掉落的时候被石墨纸3输送出反应腔1，从而防止杂质结晶掉落在衬底2上，影响衬底2的良率。
本申请实施例中的反应腔内表面保护装置，通过在反应腔1内表面设置可沿单一方向水平输送的石墨纸3，使衬底2在进行外延反应过程中，减少反应气体在反应腔1内表面结晶并掉落在衬底2上，同时，为进一步防止反应气体在反应腔1内表面结晶，在衬底2反应过程中，石墨纸3持续输送，将反应气体在石墨纸3上生成的杂质结晶输送至反应腔1外，通过持续沿同一方向传送的石墨纸3将杂质结晶输送至反应腔1外，防止结晶掉落在衬底2上影响衬底2的良率，同时由于杂质结晶会持续运出反应腔1，因此无需频繁对反应腔1进行清洁。
在一些优选的实施方式中，石墨纸3上镀有TaC镀层。
具体地，可以通过电镀的方式在石墨纸3上镀TaC镀层，TaC镀层可以有效减少反应气体在石墨纸3上生成结晶，从而进一步避免结晶掉落，此外，由于在TaC镀层上结晶减少，因此可以降低石墨纸3的输送速度，从而减少石墨纸3的使用量，提高石墨纸3的利用率。具体地，在本实施例中，仅需在整个石墨纸3朝向衬底2的一面镀上TaC镀层，而在进行电镀过程中，会在石墨纸3的每个面均生成TaC镀层，因此，为实现仅在石墨纸3朝向衬底2的一面生成TaC镀层，在进行电镀前，先在无需镀TaC镀层的面上包裹一层绝缘层或非反应层，在电镀结束后，将绝缘层或非反应层撕掉，即可得到仅在石墨纸3朝向衬底2的一面镀有TaC镀层的石墨纸3。
在一些优选的实施方式中，石墨纸3的输送方向为从反应腔1的进气端朝反应腔1的出气端输送。
可选地，石墨纸3的输送方向可以为从反应腔1的进气端到反应腔1的出气端方向输送，也可以为从反应腔1的出气端到反应腔1的进气端方向输送，在本实施例中，石墨纸3的输送方向与反应气体的流动方向一致，从反应腔1的进气端到反应腔1的出气端方向输送。
具体地，为了驱动石墨纸3的输送运动，需要在第一转轴41和/或第二转轴42上设置驱动电机，由于第一转轴41与第二转轴42通过石墨纸3连接，且在本实施例中，石墨纸3的输送方向为从反应腔1的进气端到反应腔1的出气端，因此在本实施中，为保证石墨纸3匀速输送，在第一转轴41和第二转轴42上均设置驱动电机，用于驱动第一转轴41和第二转轴42转动，从而带动石墨纸3进行匀速输送。
在一些优选的实施方式中，石墨纸3进入反应腔1的一端上设置有加热装置411，用于加热石墨纸3。
具体地，在外延反应中，外延生长需要在1700℃条件下进行，若石墨纸3从室温进入反应腔1中，由于石墨纸3与反应腔1中的温差较大，低温的石墨纸3会影响反应腔1中的温场，从而影响外延生长的质量，为避免影响反应腔2内的温场，从而减少结晶，需要在石墨纸3进入反应腔1时对石墨纸3进行加热，用于加热石墨纸3，在本实施例中，由于石墨纸3的传输方向为从反应腔1的进气端朝反应腔1的出气端输送，因此，加热装置411设置在第一转轴41上，加热装置411选择使用热电阻进行加热，通过往热电阻内通电，使石墨纸3在进入反应腔1前升温。
可选地，加热装置411可设置在第一转轴41外，直接对石墨纸3进行加热升温，优选地，在本实施例中，为防止高温直接作用于石墨纸3而影响石墨纸3上TaC层的保护作用，将加热装置411设置在第一转轴41的内部，通过往热电阻内通电，加热第一转轴41，从而使第一转轴41处的石墨纸3升温。
优选地，在第一转轴41处设置有温度监控装置，实时监测第一转轴41处石墨纸3的温度，保证传送进反应腔1内的石墨纸3的温度不影响反应腔1中的温度。
优选地，在本实施例中，为了防止进入反应腔1的石墨纸3由于温度较低从而影响反应腔1内的温场，因此石墨纸3在进入反应腔1前需要通过加热装置411将石墨纸3加热至500℃。
优选地，在本实施例中，由于反应腔1中的温度过高，石墨纸3在移出反应腔1时，石墨纸3的温度与反应腔1内温度接近，为防止温度过高影响其他零部件的寿命或导致烫伤等危险事故的发生，在第二转轴42处设置有冷却装置421，在本实施例中，通过向第二转轴42内通入冷却水，使第二转轴42处的石墨纸3快速降温。
在一些优选的实施方式中，反应腔1的进气端设置有第一密封腔51，第一转轴41设置在第一密封腔51内，反应腔1出气端设置有第二密封腔52，第二转轴42设置在第二密封腔52内。
具体地，为防止气体泄漏，需要在石墨纸3进入反应腔1处设置第一密封腔51，在石墨纸3离开反应腔1处设置第二密封腔52，第一转轴41在第一密封腔51内，第二转轴42在第二密封腔52内，将反应腔内表面保护装置与外界隔离。
在一些优选的实施方式中，石墨纸3的宽度大于等于反应腔1中用于承托衬底2的衬底托盘的直径。
具体地，由于反应气体在衬底2反应过程中会在衬底2上方的反应腔1的内表面生成结晶，因此为防止结晶掉落在衬底2上，仅需使石墨纸3能够覆盖用于承托衬底2的衬底托盘即可，而无需使石墨纸3完全覆盖反应腔1的内表面，从而降低石墨纸3的加工成本。
在一些优选的实施方式中，石墨纸3的水平段与反应腔1的内表面之间的距离为2-5mm。
可选地，石墨纸3在反应腔1内的水平段可以与反应腔1的内表面贴合，也可与反应腔1的内表面具有一定间距，由于石墨纸3需要在衬底2反应过程中持续移动，若石墨纸3与反应腔1的内表面贴合，石墨纸3与反应腔1之间存在摩擦阻力，在相同移速的情况下需要更大的驱动力，且若反应腔1的内表面存在不光滑部分，石墨纸3在持续移动中容易损坏，降低石墨纸3的寿命，因此，优选地，在本实施例中，设置石墨纸3的水平段与反应腔1的内表面之间存在一定间距，具体地，石墨纸3的水平段与反应腔1的内表面之间的距离为2-5mm。
本实施例提供的反应腔内表面保护装置通过在反应腔1的内表面设置可沿单一方向水平输送的石墨纸3，使衬底2在进行外延反应过程中，减少反应气体在石墨腔内表面结晶并掉落在衬底2上，同时，为进一步防止反应气体在反应腔1内表面结晶，在衬底2反应过程中，石墨纸3持续输送，将反应气体在石墨纸3上的杂质结晶输送至反应腔1外。
第二方面，参考图2，图2为本申请提供的一种外延反应监控装置的结构示意图，图2所示的一种外延反应监控装置，用于监控外延反应中反应腔1的内表面的结晶情况，外延反应监控装置应用于具有反应腔内表面保护装置的外延设备中，反应腔内表面保护装置包括：石墨纸3、第一转轴41和第二转轴42，第一转轴41和第二转轴42分别安装在反应腔1的进气端和出气端，石墨纸3套接在第一转轴41与第二转轴42上，石墨纸3在反应腔1的内顶部具有水平段，且能在第一转轴41以及第二转轴42的转动作用下在反应腔1的内顶部朝反应腔1出气端水平输送，外延反应监控装置包括：观察灯61和/或光学检测装置62，石墨纸3上镀有TaC层，观察灯61设置在反应腔1的出气端，用于提供照明以使用户观察位于第二转轴42处的镀有TaC层的石墨纸3上的杂质量；光学检测装置62包括X射线发射装置和X射线吸收装置，光学检测装置62位于反应腔1的出气端，用于检测位于第二转轴42处的石墨纸3上掺杂元素的组成。
具体地，在本实施例中，当该外延反应监控装置同时设有观察灯61以及光学检测装置62时，该外延反应监测装置监测外延反应的具体步骤为：
A1、将第一批需要进行外延反应的衬底2置入反应腔1内，通入反应气体进行生长；
A2、通过观察灯61观察每一片衬底2所对应的石墨纸3上的杂质结晶情况，获得第一批衬底2中生长状态最佳的一片衬底2；
A3、将生长状态最佳的一片衬底2进行再次外延生长，通过观察灯61观察该衬底2再次生长后石墨纸3上杂质结晶的状态；
A4、若石墨纸3上杂质结晶明显增多，则证明结晶现象严重，需增加HCl的通入比例并减少硅源气体的通入量；若石墨纸3上无结晶或结晶较少，则证明反应气体流速较低或载气含量过高，需减少H2通入比例并增加Si源气体比例；
A5、通过光学检测装置62向石墨纸3发射X射线并进行吸收，得到荧光光谱，利用荧光光谱可分析获得石墨纸3上的元素组成，对石墨纸3上的掺杂元素进行实时监测，并通过控制掺杂源改变反应气体中的掺杂元素浓度。
具体地，在多片衬底2进行外延生长的情况中，为能同时在持续移动的石墨纸3上观察到各衬底2在生长过程中产生的杂质结晶，在本实施例中，将衬底2阵列设置，行方向上每行设置1个衬底，列方向上设置多个衬底2，且各衬底2互不干扰，其中行方向为石墨纸3的移动方向，列方向与行方向相垂直，利用此方式进行衬底2安装，在观察石墨纸3时可通过观察石墨纸3上每一列上所生成的杂质结晶判断对应衬底2的生长情况。
具体地，在本实施例中，观察灯61为白光灯，TaC镀层为金色，杂质结晶为黑色，石墨纸3也为黑色，若杂质结晶在石墨纸3上结晶，则难以在石墨纸3上观察到杂质结晶的状态及杂质量，而在白光灯的照射下，金色TaC镀层上的黑色杂质结晶与TaC镀层有明显颜色差异，易于对杂质结晶的状态和杂质量进行观察，在本实施例中，观察灯61设置在第二密封腔52内，使观察灯61的灯光照射在石墨纸3上。
可选地，若外延反应监控装置仅包括观察灯61，则工作人员可通过观察TaC镀层中杂质结晶的形态，判断衬底2的生长状态，并控制通入气源的比例、流量及流速。
可选地，若外延反应监控装置仅包括光学检测装置62，则工作人员通过X射线发射装置和X射线吸收装置，获得石墨纸3上的掺杂元素组成，从而可根据石墨纸3上的掺杂元素组成，调整通入的掺杂源比例。
具体地，由于外延反应过程中反应腔1内温度较高，为防止高温对光学检测装置62的检测精度或装置的寿命造成影响，在本实施例中，光学检测装置62设置在第二密封腔52外，为使光学检测装置62所发射的X射线能照射在石墨纸3上，优选地，第二密封腔52在光学检测装置62与石墨纸3之间的侧壁部分为透明石英板521，使X射线穿过第二密封腔52照射在石墨纸3上。
优选地，在透明石英板521下还可设置有光学显微镜，通过光学显微镜观察到石墨纸3表面结晶的表面形貌并将结晶表面形貌信息传输到外界进行观察。
优选地，在本实施例中，外延反应监控装置包括观察灯61及光学检测装置62，首先通过观察灯61观察石墨纸3上结晶的形态，初步对通入的反应气体的比例、流量及流速进行调整，在难以通过观察确定衬底2生长状态时，通过光学检测装置62对衬底2的生长状态进行监控，通过X射线发射装置和X射线吸收装置，获得石墨纸3上的掺杂元素组成，并根据石墨纸3上的掺杂元素组成，调整通入的掺杂源比例。
本申请实施例提供的外延反应监控装置通过在反应腔1出气端设置观察灯61，通过在观察灯61下观察杂质结晶在TaC层中的颜色从而得到石墨纸3上的杂质量，通过在反应腔1出气端处设置光学检测装置62，通过X射线发射装置和X射线吸收装置，获得石墨纸3上的掺杂元素组成，从而可根据石墨纸3上的掺杂元素组成，调整通入的掺杂源比例，通过上述外延反应监控装置，实时监控石墨纸3上杂质结晶的含量，从而及时调整外延反应中的各反应参数，提高衬底2的生长良率。
第三方面，参考图3，图3为本申请提供的一种外延反应监控方法，用于通过外延反应监控装置监控反应腔1的内表面的结晶情况，外延反应监控装置应用于具有反应腔内表面保护装置的外延设备中，反应腔内表面保护装置包括：石墨纸3、第一转轴41和第二转轴42，第一转轴41和第二转轴42分别安装在反应腔1的进气端和出气端，石墨纸3套接在第一转轴41与第二转轴42上，石墨纸3在反应腔1的内顶部具有水平段，且能在第一转轴41以及第二转轴42的转动作用下在反应腔1的内顶部朝反应腔1出气端水平输送，外延反应监控装置包括：
光学检测装置62，光学检测装置62包括X射线发射装置和X射线吸收装置，光学检测装置62位于反应腔1的出气端，用于检测石墨纸3位于第二转轴42处掺杂元素的组成，
外延反应监控方法包括以下步骤：
S1、基于光学检测装置62获得石墨纸3位于第二转轴42处的掺杂元素的组成信息；
S2、根据石墨纸3位于第二转轴42处的掺杂元素的组成信息调节反应腔1内通入掺杂源的比例。
具体地，掺杂元素包括掺杂重元素以及掺杂轻元素，其中，掺杂重元素为原子序数大于等于11的元素，掺杂轻元素为原子序数小于11的元素。
具体地，在获得掺杂元素的组成信息后，将通入掺杂源的比例控制在预设范围内，该预设比例范围为在掺杂元素的含量范围，可由工艺人员根据经验值手动设定，当掺杂元素的比例超出该预设范围内时，自动控制通入掺杂源的比例，使掺杂元素的含量稳定在该预设范围内，实现掺杂源比例的自动化调节。
在一些优选的实施方式中，步骤S1包括：
S11、通过X射线发射装置向位于第二转轴42处的石墨纸3发射X射线；
S12、通过X射线吸收装置将穿过第二转轴42处的石墨纸3的X射线吸收，获得荧光光谱；
S13、根据荧光光谱获得石墨纸3位于第二转轴42处的掺杂元素的组成信息。
优选地，在本实施例中还可以设置有电子显微镜，用于对反应结束后取出的石墨纸3进行扫描分析，获得石墨纸3上元素分布以研究轻元素的比例，从而通过改变气源比例控制C/Si比。
本申请实施例中的外延反应监控方法，通过在观察灯61下观察杂质结晶在TaC层中的颜色从而得到石墨纸3上的杂质量，通过在反应腔1出气端处设置光学检测装置62，通过X射线发射装置向石墨纸3发射X射线并通过X射线吸收装置将穿过石墨纸3的X射线吸收，从而获得石墨纸3上的掺杂元素组成，并可根据石墨纸3上的掺杂元素组成，调整通入的掺杂源比例，通过上述外延反应监控方法，实时监控石墨纸3上杂质结晶的含量，从而及时调整外延反应中的各反应参数，提高衬底2的生长良率。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种反应腔内表面保护装置，用于保护外延设备的反应腔（1）的内表面，其特征在于，所述反应腔内表面保护装置包括：石墨纸（3）、第一转轴（41）和第二转轴（42），所述第一转轴（41）和所述第二转轴（42）分别安装在所述反应腔（1）的进气端和出气端，所述石墨纸（3）两端分别套接在所述第一转轴（41）与所述第二转轴（42）上，所述石墨纸（3）在所述反应腔（1）的内顶部具有水平段，且能在所述第一转轴（41）以及所述第二转轴（42）的转动作用下在所述反应腔（1）的内顶部沿单一方向水平输送。
2.根据权利要求1所述的反应腔内表面保护装置，其特征在于，所述石墨纸（3）上镀有TaC镀层。
3.根据权利要求1所述的反应腔内表面保护装置，其特征在于，所述石墨纸（3）进入所述反应腔（1）的一端上设置有加热装置（411），用于加热所述石墨纸（3）。
4.根据权利要求1所述的反应腔内表面保护装置，其特征在于，所述反应腔（1）进气端设置有第一密封腔（51），所述第一转轴（41）设置在所述第一密封腔（51）内，所述反应腔（1）出气端设置有第二密封腔（52），所述第二转轴（42）设置在所述第二密封腔（52）内。
5.根据权利要求1所述的反应腔内表面保护装置，其特征在于，所述石墨纸（3）的宽度大于等于所述反应腔（1）中用于承托衬底（2）的衬底托盘的直径。
6.根据权利要求1所述的反应腔内表面保护装置，其特征在于，所述石墨纸（3）的所述水平段与所述反应腔（1）的内表面之间的距离为2-5mm。
7.根据权利要求1所述的反应腔内表面保护装置，其特征在于，所述石墨纸（3）的输送方向为从所述反应腔（1）的进气端朝所述反应腔（1）的出气端输送。
8.一种外延反应监控装置，其特征在于，用于监控外延反应中反应腔（1）的内表面结晶情况，所述外延反应监控装置应用于具有反应腔内表面保护装置的外延设备中，所述反应腔内表面保护装置包括：石墨纸（3）、第一转轴（41）和第二转轴（42），所述第一转轴（41）和所述第二转轴（42）分别安装在所述反应腔（1）的进气端和出气端，所述石墨纸（3）套接在所述第一转轴（41）与所述第二转轴（42）上，所述石墨纸（3）在所述反应腔（1）的内顶部具有水平段，且能在所述第一转轴（41）以及所述第二转轴（42）的转动作用下在所述反应腔（1）的内顶部朝所述反应腔（1）出气端水平输送，所述外延反应监控装置包括：观察灯（61）和/或光学检测装置（62），所述石墨纸（3）上镀有TaC层，所述观察灯（61）设置在反应腔（1）的出气端，用于提供照明以使用户观察位于所述第二转轴（42）处的镀有TaC层的所述石墨纸（3）上的杂质量；所述光学检测装置（62）包括X射线发射装置和X射线吸收装置，所述光学检测装置（62）位于反应腔（1）的出气端，用于检测位于所述第二转轴（42）处的所述石墨纸（3）上掺杂元素的组成。
9.一种外延反应监控方法，其特征在于，用于通过外延反应监控装置监控反应腔（1）的内表面结晶情况，所述外延反应监控装置应用于具有反应腔内表面保护装置的外延设备中，所述反应腔内表面保护装置包括：石墨纸（3）、第一转轴（41）和第二转轴（42），所述第一转轴（41）和所述第二转轴（42）分别安装在所述反应腔（1）的进气端和出气端，所述石墨纸（3）套接在所述第一转轴（41）与所述第二转轴（42）上，所述石墨纸（3）在所述反应腔（1）的内顶部具有水平段，且能在所述第一转轴（41）以及所述第二转轴（42）的转动作用下在所述反应腔（1）的内顶部朝所述反应腔（1）出气端水平输送，所述外延反应监控装置包括：
光学检测装置（62），所述光学检测装置（62）包括X射线发射装置和X射线吸收装置，所述光学检测装置（62）位于反应腔（1）的出气端，用于检测所述石墨纸（3）位于所述第二转轴（42）处掺杂元素的组成，
所述外延反应监控方法包括以下步骤：
S1、基于所述光学检测装置（62）获得所述石墨纸（3）位于所述第二转轴（42）处的掺杂元素的组成信息；
S2、根据所述石墨纸（3）位于所述第二转轴（42）处的掺杂元素的组成信息调节所述反应腔（1）内通入掺杂源的比例。
10.根据权利要求9所述的外延反应监控方法，其特征在于，步骤S1包括：
S11、通过所述X射线发射装置向位于所述第二转轴（42）处的所述石墨纸（3）发射X射线；
S12、通过所述X射线吸收装置将穿过所述第二转轴（42）处的所述石墨纸（3）的X射线吸收，获得荧光光谱；
S13、根据所述荧光光谱获得所述石墨纸（3）位于所述第二转轴（42）处的掺杂元素的组成信息。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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