【技术实现步骤摘要】
本申请涉及半导体材料生长，特别是涉及外延膜生长状态检测方法和检测系统。
技术介绍
1、一些半导体材料，例如铝镓氮(algan)，由于具有更宽的禁带宽度、更高的导热系数和介电常数等特性而适合制造耐高温的高频大功率器件。然而其中一些半导体材料具有很高的键能而难以通过拉晶工艺或切割形成高质量衬底。
2、外延工艺是在晶体取向的衬底上沿特定晶向生长外延膜的技术，器件的制作则在外延膜上继续进行。外延膜可以是同质外延膜，即衬底和外延膜具有相同的材质，也可以是异质外延膜，即衬底和外延膜的组成材料不同。由此可见，通过外延工艺能够在衬底上形成高键能半导体材料的高质量异质外延膜，从而有利于高频大功率器件的制作。
3、然而，对于异质外延膜，由于衬底材料和外延膜材料之间的晶格和热膨胀系数不匹配使外延膜结构容易产生高密度缺陷，因此，对异质外延工艺的要求高，以及有必要在异质外延工艺过程中对外延膜表面的晶型进行实时的监测评估。
技术实现思路
1、本申请提供一种外延膜生长状态检测方法和执行所述生长状态检测方法的检测系统，以在外延膜生长过程中实现对膜表面晶型情况的实时监测评估。
2、本申请的所述外延膜生长状态检测方法，至少包括以下步骤：
3、s0：提供半导体生长设备、光学检测装置和主控装置，所述半导体生长设备内承载有基片，所述光学检测装置设置于所述半导体生长设备，所述主控装置与所述光学检测装置通信连接，所述主控装置预存有半导体材料在不同波长下的晶型与对应吸收系数的晶型对
4、s1：控制所述半导体生长设备对所述基片进行外延工艺，使所述基片的露出表面形成由所述半导体材料组成，且组成材料与所述基片不同的外延膜；
5、s2：执行所述外延工艺的过程中，控制所述光学检测装置向所述外延膜出射特定波长范围光进行光学检测，并获取以及向所述主控装置发送所述外延膜的光强信息；
6、s3：所述主控装置根据所述外延膜的光强信息、所述特定波长和所述晶型对应关系数据进行计算，得到所述外延膜表面的实时晶型信息。
7、本申请的所述检测系统用于执行所述外延膜生长状态检测方法，所述检测系统包括用于设置于半导体生长设备的光学检测装置，以及通信连接所述光学检测装置的主控装置，所述半导体生长设备配置为对基片进行外延工艺以形成组成材料与所述基片不同的外延膜。
8、本申请所述外延膜生长状态检测方法以及所述检测系统的有益效果均在于：通过执行所述外延工艺的过程中，控制所述光学检测装置向所述外延膜出射特定波长范围光进行光学检测，并获取以及向所述主控装置发送所述外延膜的光强信息，并通过所述主控装置根据所述外延膜的光强信息、所述特定波长和所述晶型对应关系数据进行计算，能够在外延膜生长过程中实现对膜表面晶型情况的实时监测评估。
9、可选的，所述主控装置还预存有与所述半导体材料的反射率、厚度、相位差、吸收系数和折射率的经验反射率对应关系数据，所述步骤s3中，所述主控装置根据所述光强信息、所述特定波长和所述晶型对应关系数据进行计算的步骤包括：
10、s31：所述主控装置根据所述外延膜的光强信息得到所述外延膜的实时反射率与生长时间之间的实时反射率对应关系数据；
11、s32：所述主控装置根据所述实时反射率对应关系数据和所述经验反射率对应关系数据进行计算得到所述外延膜的实时吸收系数，并根据所述实时吸收系数、所述特定波长和所述晶型对应关系数据获得所述外延膜表面的实时晶型信息。
12、可选的，所述经验反射率对应关系数据包括：
13、
14、其中：
15、r为经验反射率，ni为位于所述外延膜上方的反应空间介质的折射率，nj为所述半导体材料的折射率，nk为所述基片材料的折射率，a为所述半导体材料的特定晶面在所述特定波长下的吸收系数，γ为相位差，d为所述外延膜的光学厚度；
16、λ为所述特定波长，i为所述特定波长范围光从所述反应空间介质向所述外延膜入射的入射角度，j为从所述外延膜底面出射的出射光的折射角，k为从所述基片底面出射的出射光的折射角。
17、可选的，所述实时反射率对应关系数据为所述外延膜的实时反射率与生长时间的周期振荡曲线数据。
18、可选的，所述外延膜的实时反射率随所述生长时间的延长呈衰减趋势。
19、可选的，执行所述步骤s1前，还包括执行获取所述特定波长的步骤：
20、获取所述半导体材料不同晶型的单晶样本；
21、对各所述单晶样本在不同波长范围光下进行光学测试分析，以获取吸收光谱组数据；
22、在所述吸收光谱数据中获取各所述单晶样本吸收系数最高值所对应的波长形成波长数据组，以及获取所述晶型对应关系数据；
23、在所述波长数据组中选择任一波长作为所述特定波长。
24、可选的，获取所述半导体材料不同晶型的单晶样本的步骤包括：
25、获取所述半导体材料的单晶待切割样本；
26、对所述单晶待切割样本进行晶面切割形成各所述单晶样本。
27、可选的，所述半导体生长设备包括承载装置以承载所述基片；
28、执行所述步骤s1的过程包括控制所述承载装置带动所述基片旋转；
29、执行所述步骤s2的过程还包括控制所述光学检测装置向所述承载装置出射所述特定波长范围光，以获取并向所述主控装置发送所接收到的所述承载装置的光强信息；
30、所述步骤s3中，所述主控装置根据所述外延膜的光强信息和所述承载装置的光强信息进行扣除处理以扣除包括热辐射信息的背景信息后，根据得到的光强信息、所述特定波长和所述晶型对应关系数据进行计算。
31、可选的，所述步骤s32执行完毕后，还包括执行以下步骤：
32、s33：所述主控装置根据所述经验反射率对应关系数据和所述实时反射率对应关系数据和所述实时晶型信息计算得到所述外延膜的实时光学厚度增量；
33、s34：所述主控装置根据所述实时光学厚度增量得到所述外延膜的生长速率变化数据。
34、可选的，所述步骤s33包括：
35、s331：所述主控装置根据所述周期振荡曲线的第i个周期内的各实时反射率数值，所述经验反射率对应关系数值和所述实时晶型信息，得到在δti时间段内的所述外延膜的实时光学厚度增量δdi；
36、s332：所述主控装置根据所述周期振荡曲线的第(i+n)个周期内的各实时反射率数值、所述经验反射率对应关系数值和所述实时晶型信息，得到在δt(i+n)时间段内的所述外延膜的实时光学厚度增量δd(i+n)；
37、s333：重复执行所述步骤s332直至所述外延工艺结束或者直至满足
38、其中：
39、i为大于等于1的正整数，n为大于等于1的正整数且顺序取值。
40、可选的，所述特定波长范围光的能本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种外延膜生长状态检测方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的外延膜生长状态检测方法，其特征在于，所述主控装置还预存有与所述半导体材料的反射率、厚度、相位差、吸收系数和折射率的经验反射率对应关系数据，所述步骤S3中，所述主控装置根据所述光强信息、所述特定波长和所述晶型对应关系数据进行计算的步骤包括：
3.根据权利要求2所述的外延膜生长状态检测方法，其特征在于，所述经验反射率对应关系数据包括：
4.根据权利要求2所述的外延膜生长状态检测方法，其特征在于，所述实时反射率对应关系数据为所述外延膜的实时反射率与生长时间的周期振荡曲线数据。
5.根据权利要求4所述的外延膜生长状态检测方法，其特征在于，所述外延膜的实时反射率随所述生长时间的延长呈衰减趋势。
6.根据权利要求5所述的外延膜生长状态检测方法，其特征在于，执行所述步骤S1前，还包括执行获取所述特定波长的步骤：
7.根据权利要求6所述的外延膜生长状态检测方法，其特征在于，获取所述半导体材料不同晶型的单晶样本的步骤包括：
8.
9.根据权利要求2所述的外延膜生长状态检测方法，其特征在于，所述步骤S32执行完毕后，还包括执行以下步骤：
10.根据权利要求9所述的外延膜生长状态检测方法，其特征在于，所述步骤S33包括：
11.根据权利要求1所述的外延膜生长状态检测方法，其特征在于，所述特定波长范围光的能量大于所述半导体材料的禁带宽度。
12.根据权利要求1所述的外延膜生长状态检测方法，其特征在于，所述外延膜为外延掺杂膜。
13.一种检测系统，其特征在于，用于执行权利要求1-12任一项所述的外延膜生长状态检测方法，所述检测系统包括用于设置于半导体生长设备的光学检测装置，以及
...【技术特征摘要】
1.一种外延膜生长状态检测方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的外延膜生长状态检测方法，其特征在于，所述主控装置还预存有与所述半导体材料的反射率、厚度、相位差、吸收系数和折射率的经验反射率对应关系数据，所述步骤s3中，所述主控装置根据所述光强信息、所述特定波长和所述晶型对应关系数据进行计算的步骤包括：
3.根据权利要求2所述的外延膜生长状态检测方法，其特征在于，所述经验反射率对应关系数据包括：
4.根据权利要求2所述的外延膜生长状态检测方法，其特征在于，所述实时反射率对应关系数据为所述外延膜的实时反射率与生长时间的周期振荡曲线数据。
5.根据权利要求4所述的外延膜生长状态检测方法，其特征在于，所述外延膜的实时反射率随所述生长时间的延长呈衰减趋势。
6.根据权利要求5所述的外延膜生长状态检测方法，其特征在于，执行所述步骤s1前，还包括执行获取所述特定波长的步骤：...
【专利技术属性】
技术研发人员：左志耀，马法君，姚忻宏，
申请(专利权)人：楚赟精工科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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