具有热量输出不均匀的灯丝灯的半导体加工室的制作方法

本公开整体涉及半导体加工装备，包括用于加热半导体衬底的设备。更具体地讲，本文的实施方案涉及具有用于向半导体衬底提供不均匀的热量输出的加热灯的半导体加工装备。

背景技术：

1、在半导体加工中，包括沉积、蚀刻和掩蔽在内的多种工艺都涉及对衬底的加热。例如，化学气相沉积（cvd）是用于在衬底（诸如硅衬底）上形成材料的薄膜的工艺。在 cvd 工艺中，将要沉积的材料的气态分子提供给衬底，以通过化学反应在衬底上形成该材料的薄膜。此类薄膜可以是多晶的、非晶的或外延的。通常，cvd 工艺在升高的温度处进行以加速化学反应并且以产生高质量的膜。一些工艺（诸如外延硅沉积）是在极高的温度（例如，>450oc、<1220oc）处进行的。

2、在 cvd 工艺期间，将一个或多个衬底放置在半导体加工反应室内部的衬底支撑件上。例如，衬底可以是衬底，并且衬底支撑件可以是基座。衬底、通常还有支撑件都被加热到期望的温度。在典型的衬底处理步骤中，使反应物气体通过加热的衬底，从而在衬底上引起化学气相沉积（cvd）所需材料的薄层。如果沉积层具有与下面的硅衬底相同的晶体学结构，则其被称为外延层。沉积层有时也称为单晶层，因为它只具有一种晶体结构。通过后续的工艺，这些层被制成集成电路，取决于衬底的尺寸和电路的复杂性，从而产生了从数十个至数百万个集成器件。

3、在形成半导体器件时，重要的是在衬底上沉积厚度均匀且具有均匀特 性的材料。例如，在超大规模集成电路和特大规模集成电路（vlsi 和ulsi）技术中，将衬底划分为在其上具有集成电路的各个芯片。如果 cvd工艺步骤产生具有不均匀性的沉积层，则在衬底上或在各个芯片上的不同区域处的器件、或者在衬底的不同区域中形成的芯片可能具有不一致的运行特性，或者可能完全失效。

4、为了沉积均匀的层，已经利用了复杂的系统来加热半导体衬底，目标是在整个衬底上提供均匀的温度。不受理论的限制，据信均匀的温度在整个衬底上提供了均匀的沉积结果。另一方面，据信在其他热处理期间整个衬底上的温度的不均匀性或不稳定性会不利地影响所得结构的均匀性。温度控制也可能至关重要的其他工艺包括氧化、氮化、掺杂扩散、溅射沉积、光刻、干法蚀刻、等离子体工艺和高温退火等。

5、衬底可以使用电阻加热、感应加热或辐射加热来进行加热。其中，辐射加热是最有效的技术，因此是用于某些类型的 cvd 的首选方法。辐射加热涉及将红外灯放置在高温炉内，该高温炉称为反应器（或反应室），衬底在其中进行加工。遗憾的是，由于使用了局部辐射源以及相关的聚焦效应和干涉效应，辐射能倾向于产生不均匀的温度分布，包括“热点”。

6、为减轻这些效应，将反应器内的红外灯放置在便于控制反应室内各个位置的温度梯度的位置。例如，在一些配置中，红外灯在设计上是线性的，并且以一对交叉阵列布置。该交叉阵列配置所产生的网格通过调节递送到任何特定的灯或成组的灯的功率来帮助控制衬底的温度均匀性；然25 而，由于通常需要高温和高度的温度均匀性，因此可能很难适当地配置灯阵列以提供这种均匀性。

7、为了在整个衬底上提供甚至更均匀的温度分布，已在灯后安装了反射器以对衬底提供间接照明。反射器（或挡光板）屏蔽了所关注的局部区域中的一部分灯，从而使反应室内各处的温度分布更加平衡。这些反射器通常由贱 金属制成，并且通常镀有金属以增加其反射率。然而，平面反射表面仍然倾向于在被加热的衬底上引起热点。此外，尽管反射器可以改善温度分布，但是从组装的视角和从能量效率的视角来看，将反射器集成到生产设施中一直很困难。一旦配置好，由于要解决各种生产参数和设计参数的问题，修改反射器以提供不同的温度分布可能既棘手又耗时。

8、因此，一直需要简单的系统来在加工期间在整个半导体衬底上实现均匀的温度。

技术实现思路

1、本文的一些方面涉及半导体加工系统，该半导体加工系统包括反应室，该反应室包括：衬底保持件，该衬底保持件被配置为支撑半导体衬底；和线性加热灯的顶部阵列，其中线性加热灯的顶部阵列中的至少一个灯被配置为提供功率输出，该功率输出在至少一个灯的整个长度上变化，并且其中在中央部分内的功率输出相对于在至少一个灯的周边部分内的功率输出较高。在一些实施方案中，半导体加工系统包括在衬底保持件下方的线性加热灯的底部阵列。在一些实施方案中，中央部分的长度为 30 mm。在一些实施方案中，中央部分的功率输出与周边部分的功率输出之比介于15 和 200 之间。在一些实施方案中，其中中央部分的功率输出为 2000 w。在一些实施方案中，线性加热灯的顶部阵列中的每个灯基本上平行于加热灯的顶部阵列中的每个其他灯延伸。在一些实施方案中，线性加热灯的顶部阵列中的至少一个灯包括该顶部阵列的中央灯。在一些实施方案中，线性加热灯的顶部阵列包括十一个灯。在一些实施方案中，至少一个灯是从顶部阵列的边缘数起的第六个灯。在一些实施方案中，其中反应室还包括抛物面反射器。

2、本文的一些方面涉及半导体加工系统，该半导体加工系统包括反应室，该反应室包括：衬底保持件，该衬底保持件被配置为支撑半导体衬底；和线性加热灯的顶部阵列，其中线性加热灯的顶部阵列中的至少一个灯包括灯丝，该灯丝在至少一个灯的整个长度上具有变化的密度，并且其中在中央部分内的密度相对于在至少一个灯的周边部分内的密度较高。在一些实施方案中，至少一个灯的灯丝包括在中央部分中的缠绕部分和在周边部分中的基本上线性的部分。在一些实施方案中，半导体加工系统包括线性加热灯的底部阵列，其中衬底保持件位于线性加热灯的底部阵列和线性加热灯的顶部阵列之间。在一些实施方案中，中央部分的长度介于 15 mm和 30 mm 之间。在一些实施方案中，灯丝在中央部分中的密度与灯丝在周边部分中的密度之比介于 5 和 200 之间。在一些实施方案中，线性加热灯的顶部阵列中的每个灯基本上平行于加热灯的顶部阵列中的每个其他灯延伸。在一些实施方案中，线性加热灯的顶部阵列中的至少一个灯包括该顶部阵列的中央灯。在一些实施方案中，线性加热灯的顶部阵列包括十一个灯。在一些实施方案中，至少一个灯是从顶部阵列的边缘数起的第六个灯。

3、本文的一些方面涉及加热半导体衬底的方法，该方法包括：将衬底放置在衬底保持件上，该衬底保持件被配置为支撑半导体衬底；以及用线性加热灯的顶部阵列加热衬底，线性加热灯的顶部阵列覆盖半导体衬底，其中线性加热灯的顶部阵列中的至少一个灯包括灯丝，该灯丝在至少一个灯的整个长度上具有变化的缠绕密度，并且其中在中央部分内的缠绕密度相对于在至少一个灯的周边部分内的密度较高。在一些实施方案中，该方法包括用线性加热灯的底部阵列加热衬底，同时用线性加热灯的顶部阵列加热衬底，并且其中衬底保持件位于线性加热灯的底部阵列和线性加热灯的顶部阵列之间。在一些实施方案中，中央部分的缠绕密度与周边部分的缠绕密度之比介于 5 和 200 之间。在一些实施方案中，中央部分的长度为 30 mm。在一些实施方案中，线性加热灯的顶部阵列中的每个灯基本上平行于加热灯的顶部阵列中的每个其他灯延伸。在一些实施方案中，线性加热灯的顶部阵列中的至少一个灯包括该顶部阵列的中央灯。在一些实施方案中，线性加热灯的顶部阵列包括十一个灯。

4、一些方面涉及加热半导体衬底的方法，该方法包括：将衬底放置在衬底保持件上，该衬底保持件被配置为支撑半导体衬底；用线性加热灯的顶部阵列加热衬底，线性加热灯的顶部阵列覆盖半导体衬底，其中线性加热灯的顶部阵列中的至少一个灯包括功率输出，该功率输出在至少一个灯的整个长度上变化，并且其中在中央部分内的功率输出相对于在至少一个灯的周边部分内的功率输出较高。在一些实施方案中，该方法包括用线性加热灯的底部阵列加热衬底，同时用线性加热灯的顶部阵列加热衬底，并且其中衬底保持件位于线性加热灯的底部阵列和线性加热灯的顶部阵列之间。在一些实施方案中，中央部分的功率输出与周边部分的功率输出之比介于 5和200 之间。在一些实施方案中，中央部分的长度为 30 mm。在一些实施方案中，中央部分的功率输出为 2000 w。在一些实施方案中，线性加热灯的顶部阵列中的每个灯基本上平行于加热灯的顶部阵列中的每个其他灯延伸。在一些实施方案中，线性加热灯的顶部阵列中的至少一个灯包括该顶部阵列的中央灯。在一些实施方案中，线性加热灯的顶部阵列包括十一个灯。