[发明专利]微波辐射退火的系统和方法

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及半导体材料，更具体地，涉及半导体材料的处理。

背景技术

半导体器件制造通常涉及许多工艺。例如，制造晶体管通常包括掺杂半导体衬底（例如，将所需杂质添加到衬底中）以形成外延结。掺杂衬底可通过实施多种不同的方法来实现，诸如离子注入和外延生长。在衬底上能够制造半导体器件之前，通常需要电激活引入衬底的掺杂剂（即，所需杂质）。激活掺杂剂通常包括使衬底退火以溶解掺杂剂团簇且将掺杂剂原子/分子从间隙位置转移到衬底的晶格结构的晶格点。

在某些情况下，半导体器件制造包括微波辐射，微波辐射通常包括具有波长在1m到1mm的范围内的（对应于介于0.3GHz至300GHz之间的频率）的电磁波。当将微波辐射应用于包括电偶极子的某种材料（例如，介电材料）时，响应于微波辐射的电场的变化，偶极子也改变了其定向，由此，该材料可吸收微波辐射以产生热量。使用复电容率ε(ω)*能够测出材料对微波辐射的电场的响应，复电容率取决于电场的频率。

ε(ω)^*=ε(ω)'-iε(ω)''=ε₀(ε_r(ω)'-iε_r(ω)'')（1）

其中，ω表示电场的频率，ε(ω)′表示复电容率（即，介电常数）的实部，以及ε(ω)′′表示介电损耗系数。此外，ε₀表示真空电容率，ε_r(ω)′表示相对介电常数，以及ε_r(ω)′′表示相对介电损耗系数。

可使用损耗角正切来表征材料是否能够吸收微波辐射，tanδ：

其中，μ′表示材料的磁导率的实部，以及μ′′表示磁损耗因子。假设磁损耗可以忽略不计（即，μ′′=0），材料的损耗角正切表示为：

具有低损耗角正切（例如，tanδ<0.01）的材料允许微波穿过，具有非常小的吸收率。具有极其高损耗角正切的材料（例如，tanδ>10）反射微波，具有小吸收率。具有中等损耗角正切的材料（例如，10≥tanδ≥0.01）能够吸收微波辐射。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种使用微波辐射使半导体结构退火的方法，所述方法包括：

提供半导体结构；

提供能够增强所述半导体结构对微波辐射的吸收的一种或多种能量转换材料；

将所述微波辐射施加于所述能量转换材料和所述半导体结构，以使制造半导体器件的所述半导体结构退火；

检测与所述半导体结构的一个或多个第一区相关联的第一局部温度；以及

至少部分地基于检测到的所述第一局部温度来调整施加于所述能量转换材料和所述半导体结构的所述微波辐射。

在该方法中：所述半导体结构包括顶部和底部；以及所述第一区设置在所述顶部中。

该方法还包括：检测与所述半导体结构的一个或多个第二区相关联的第二局部温度；以及至少部分地基于检测到的所述第二局部温度来调整施加于所述能量转换材料和所述半导体结构的所述微波辐射；其中：所述半导体结构包括顶部和底部；所述第一区设置在所述顶部中；以及所述第二区设置在所述底部中。

在该方法中，调整所述微波辐射以将所述第二局部温度保持在目标范围内。

在该方法中，调整所述微波辐射以将所述第一局部温度保持在目标范围内。

在该方法中，所述能量转换材料包括n型掺杂硅、热压碳化硅、铝涂层碳化硅、磷化硅、碳化硅涂层石墨、钛、镍、氮化硅或二氧化硅。

在该方法中，响应于所述微波辐射，所述能量转换材料能够增强与所述半导体结构相关联的电场密度，从而增强所述半导体结构对所述微波辐射的吸收。

在该方法中，所述能量转换材料的损耗角正切在约0.01至约1的范围内。

在该方法中，所述微波辐射的频率在约2GHz至约10GHz的范围内。