[发明专利]用于膜沉积期间衬底温度控制的双高温计系统

说明书

一种操作反应器系统以提供多区衬底温度控制的方法。该方法包括用第一高温计感测支撑在反应器系统中的衬底的第一区的温度，以及用第二高温计感测衬底的第二区的温度。该方法还包括用控制器将第一和第二区的温度与用于第一和第二区的设定点温度进行比较，并且作为响应，产生控制信号以控制衬底的加热。该方法还包括基于控制信号控制操作成加热衬底的加热器组件的操作。

技术领域

本公开总体涉及用于监测半导体处理或反应器系统中的衬底温度的方法和系统，更具体地，涉及用于双区监测的方法和设备，以及在执行包括外延的沉积或生长的半导体处理或反应器系统中的衬底温度的加热控制中的用途。

背景技术

包括化学气相沉积(CVD)的半导体处理是在包括硅晶片的晶片上形成材料薄膜的众所周知的过程。例如在CVD过程中，将待沉积材料的气态分子提供给晶片，以通过化学反应在晶片上形成该材料的薄膜。这种形成的薄膜可以是多晶的、非晶的或外延的。通常，CVD过程在高温下进行，以加速化学反应并产生高质量膜，其中这些过程中的一些比如外延硅沉积或EPI生长在极高温度下进行(例如高于900℃)。

为了达到期望的温度，使用电阻加热、感应加热或辐射加热来加热晶片。因为辐射加热是最有效的技术，所以它目前是包括CVD过程的多种沉积过程的首选方法。辐射加热包括在反应室或反应器周围或中定位红外灯，这些灯通常设置在邻近材料将沉积在的晶片的表面的灯排中。然而，使用辐射热的一个问题是沿晶片表面产生不均匀温度分布或温度变化的趋势，包括因使用局部辐射能源或灯以及随之而来的聚焦和干涉效应而产生的热光斑(spot)。

在典型的CVD过程中，一个或多个晶片放置在反应器内的室(或“反应室”)内部的晶片支撑件(或“基座”)上。晶片和基座都被加热到期望的温度。在典型的晶片处理步骤中，反应物气体通过加热的晶片，导致所需材料的薄层沉积在晶片表面上。如果沉积层与下面的硅晶片具有相同的晶体结构，则称为外延或EPI层(或单晶层，因为它只有一种晶体结构)，并且反应室可被标记为外延室。通过后续过程，这些层被制成集成电路。

为了在CVD和其他沉积过程中确保高质量层，必须仔细控制各种过程参数，其中在每个处理步骤中晶片的温度是更关键之一。例如，在CVD过程中，晶片温度决定了晶片上的材料沉积速率，因为沉积气体在特定温度下反应并沉积在晶片上。如果温度在晶片表面上变化(例如温度均匀性，比如温度差)，则可能发生膜的不均匀沉积，并且物理性质可能在晶片表面上不均匀。此外，在外延沉积中，即使轻微的温度不均匀也会导致不希望的结晶滑移。在半导体工业中，由于晶片通常被分成其上具有集成电路的单个芯片，因此在晶片上沉积厚度均匀、性质均匀的材料是很重要的。如果CVD过程或其他沉积步骤产生不均匀的沉积层，则芯片上的不同区域处的器件可能具有不一致的操作特性或可能完全失效。

更具体地，在热沉积工具或室中，比如用于外延、CVD或原子层沉积(ALD)的那些，沉积轮廓对被处理晶片的温度敏感。在包括Si、SiGe、SiP和SiAs(特别是在先进模式的多层沉积中)的沟道、NMOS(N型金属氧化物半导体)和PMOS(P型金属氧化物半导体)沉积中，要求晶片热二维(2D)轮廓的可调谐性、及时性和准确性，以提高制造产量和产量。

因此，需要一种方法来精确地测量和控制晶片温度，包括外延生长和其他沉积过程中晶片远边缘的温度。

发明内容

提供本发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念。这些概念在以下公开内容的示例实施例的详细描述中被进一步详细描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。