[发明专利]衬底加热设备、加热方法以及半导体装置制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在真空中快速加热衬底的衬底加热设备、加热方法、以及采用该加热方法的半导体装置制造方法。

背景技术

半导体制造技术经常要求快速加热和冷却半导体衬底的工艺。尤其，由碳化硅(SiC)所代表的宽带隙半导体的活化退火要求大约2,000℃的高温。

传统地提出一种电子撞击加热设备，在该电子撞击加热设备中由在位于真空中的容器中布置的单环路或多线圈丝极(filament)产生热电子，并且使其碰撞而产生热。

通常，在电子撞击加热设备中，通过在丝极和传导加热器之间施加加速电压使热电子加速，在所述传导加热器上布置作为退火靶的衬底，由此产生高温(日本专利No.2,912,613，2,912,616以及2,912,913)。图6是示出用在传统电子撞击设备中的单环路丝极的结构的透视图，并且图7是示出多线圈丝极的结构的透视图。

在传统的电子撞击设备中，例如，提出一种石墨真空加热容器，在该石墨真空加热容器中钨丝具有单环路或多线圈的结构。

三线圈丝极使热电子主动地碰撞传导加热器的侧表面以增加该表面的温度。利用从传导加热器侧表面的热传导，布置在该传导加热器上的诸如衬底的板体被均匀加热。

从丝极发射的热电子在从丝极发射时没有方向性，而是绕作为中心的丝极在所有方向上发射。

为此，热电子不仅沿着进入期望主动加热的传导加热器的侧表面的方向发射，而且也朝丝极的中心发射和向下发射。

也朝丝极的中心发射和向下发射的热电子由设置在丝极下方的反射板会聚在传导加热器的中心部分上，由此降低传导加热器中热的均匀性。

图8是示出当丝极是多线圈加热器时通过温度记录器测量传导加热器的温度分布而得到的结果的图表。在图8中，横轴表示距多线圈丝极的中心的距离(mm)，且纵轴表示与距离相对应的温度(℃)。

这样，例如，在传统的三线圈丝极中，由丝极下方的反射板反射的热电子因为电场的影响而不期望地集中在传导加热器的上部分的中心。因此，在远离中心50mm的位置处的温差达到接近100℃。

更具体地，在通过传统的线圈丝极执行电子撞击加热的设备中，传导加热器的中心处的温度极高。而且，来自传导加热器的加热表面的侧部的热辐射较大。因此，在衬底表面内没有得到均匀退火的特征。

由如此加热的衬底制造的装置的特征会变化很大，导致产量较低。

当加热较大直径的衬底时，中心处的电子撞击量趋向于进一步增加。这可能会增加表面温度分布的不均匀性。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种电子撞击加热类型的衬底加热设备、加热方法、以及采用该加热方法的半导体装置制造方法，在所述衬底加热设备中朝待退火的衬底的表面均匀地发射热电子以改善所加热衬底上的温度分布。

根据本发明的一个方面，提供一种包括传导加热器的衬底加热设备，所述传导加热器布置成与处于降低压力的容器中所保持的衬底相对并且加热所述衬底，所述衬底加热设备包括：布置在所述传导加热器中并连接至丝极电源以产生热电子的丝极；和使所述热电子在所述丝极和所述传导加热器之间加速的加速电源，其中所述丝极包括：沿着与所述衬底同心的内圆以预定间隔形成的内周边部分，在与所述内圆同心且具有大于所述内圆的直径的外圆上以预定间隔形成的外周边部分，和通过连接各个内周边部分的端点和相对应的外周边部分的端点而形成的区域。

根据本发明的另一方面，提供一种包括传导加热器的衬底加热设备，所述传导加热器布置成与处于降低压力的容器中所保持的衬底相对并且加热所述衬底，所述衬底加热设备包括：布置在所述传导加热器中并连接至丝极电源以产生热电子的丝极；和使所述热电子在所述丝极和所述传导加热器之间加速的加速电源，其中所述丝极通过连接以预定间隔分割与所述衬底同心的内圆的圆周的内圆分割点和以预定间隔分割与所述内圆同心并具有大于所述内圆的直径的外圆的圆周的外圆分割点之中，最靠近的一个内圆分割点和最靠近的一个外圆分割点而形成。

根据本发明的另一方面，提供一种加热方法，其包括使用根据本发明一个方面的衬底加热设备来加热衬底的加热步骤。

根据本发明的另一方面，提供一种加热方法，其包括使用根据本发明另一方面的衬底加热设备来加热衬底的加热步骤。

根据本发明的另一方面，提供一种制造由单晶半导体和化合物半导体之一制成的半导体装置的半导体装置制造方法，其包括使用根据本发明另一方面的加热方法来加热衬底的加热步骤。