热处理系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种用于对目标衬底进行退火的热处理系统，所述系统包括：均匀微波场发生器，其被配置成产生均匀微波场；间隔开的两块板，其位于所述均匀微波场发生器内并且定向成在所述均匀微波场内在所述板之间形成电容效应；以及转台装置，其被配置成使所述两块板和所述目标衬底在所述均匀微波场内相对于目标衬底的面内轴而旋转，由此引起来自所述均匀微波场的被施加于所述目标衬底的微波的极性的周期性改变，所述均匀微波场中的傅科电流通过垂直于所述板流动而对所述极性的周期性改变作出反应，从而提供对所述衬底的均匀加热。

Heat treatment system

【技术实现步骤摘要】
热处理系统本申请是专利申请号为201820081336.9申请日为2018年1月18日技术名称为热处理设备的分案申请。
本申请涉及半导体技术，尤其涉及一种用于半导体制造工艺的热处理设备。
技术介绍
半导体装置在小型化工艺方面的进步使得电子装置的性能变得更好且存储能力增大。半导体装置的制造涉及许多工艺步骤，其中一个步骤是对半导体衬底的掺杂以形成源极/漏极结。一般可以使用离子植入通过将特定掺杂剂杂质植入半导体晶片表面中来修改半导体衬底的电特性。常用的掺杂剂是硼、砷和磷。在使用离子植入的情况下，需要后退火处理来完成激活过程以及修复被植入区域的有关损坏。取决于植入剂量(植入表面中的原子量)和植入能量(原子进入表面的深度)，可使用各种热处理技术。举例来说，热处理技术可包含炉处理、快速热处理、毫秒退火和包含激光退火的各种其它形式。在固态装置工业内，已经有人实验过使用微波加热进行此热处理工艺，但微波加热的使用存在很多缺点。具体来说，对于微波加热，使用多模反应室来加热或处理比所用微波的波长相对更长的目标衬底。在多模室内，微波能量通过模激发耦合以控管局部微波场，也称为电场。电场还可受到在多模室内部加热的目标衬底的介电属性影响。如果目标衬底由具有适当电介质的材料制成，微波将以较高浓度流到该目标衬底。基于微波的电磁属性和多模室内的目标衬底的集肤效应，目标衬底可基于其导电性而形成自其穿过或在其表面上的电流。遗憾的是，在实际操作中可能很难监测和控制电场浓度。举例来说，如果电场浓度足够强，其会导致不合需要的热失控和与微波介电反应无关的电弧，这会导致对多模反应室内的目标衬底的加热不均匀，并且会产生潜在损害。现有技术中，有人试图使用搅拌器和旋转板来使得电场更均匀，并且还使用金属箔层来针对在加热的目标衬底局部地改变场能量。然而，这些方法中的每一种都面临着处理傅科电流的挑战，如何避免傅科电流的产生、如何最小化傅科电流以及如何消除傅科电流，从而避免由于傅科电流引起的不均匀加热。加热目标衬底的另一方法是使用平行板反应器，最常见的是结合射频一起使用，当然，这主要是因为较高频率下的技术限制。因此，独立平行板反应器大体上限于射频带中的频率，并且因所用的波长而在目标衬底中引起有限反应。现有技术中的射频加热仅作为大块加热器引入固态市场，与红外线等其它传统加热方法相比在加热方面并不具有实际差别。
技术实现思路
本技术的实施例采用一种微波辅助平行板电场施加器来解决上文所提到的问题，此外还能明显提升半导体材料退火技术。具体地说，本技术的实施例可提供一种使用工业微波加热和平行板反应来对半导体等目标衬底进行热处理的热处理设备。在本技术的一些实施例中，热处理设备可包含均匀微波场发生器、彼此接近和/或平行固定的两个板，以及在均匀微波场内耦合到这两个板和目标衬底的旋转装置。均匀微波场发生器可产生频率范围为1GHz到24GHz的均匀微波场，并且两个板可在均匀微波场发生器内彼此保持一定距离。具体地说，板可相隔得足够近以使得在均匀微波场内在板间形成电容效应。旋转可使板和目标衬底在均匀微波场内旋转，从而引起从均匀微波场施加于目标衬底的微波的极性的周期性改变，由此使得傅科电流垂直于板和目标衬底流动。在本技术的又一个实施例中，包含对平行板进行掺杂且接着将由半导体材料制成的目标衬底在均匀微波场内放置于平行板之间。该掺杂可足以使平行板对均匀微波场作出反应，且平行板可相隔足够近以使得在均匀微波场内在板间形成电容效应。目标衬底可包含掺杂有杂质的半导体材料。均匀微波场可包含900MHz到26GHz范围内的频率，或者950MHz到25GHz范围内的频率，或者1GHz到20GHz范围内的频率。接着，该方法可包含以下步骤：使平行板和目标衬底在均匀微波场内旋转，由此引起来自均匀微波场的被施加于目标衬底的微波的极性的周期性改变。该周期性改变可提供相对于目标衬底和平行板的傅科电流的垂直流动，从而提供对目标衬底的均匀加热和选择性地加热目标衬底中的缺陷。本技术的又一个实施例提供了一种使用工业微波加热和平行板反应来对半导体等目标衬底进行热处理的设备。使用均匀微波场，通过将该目标衬底定位于平行板之间来控制傅科电流对该目标衬底的施加。该设备可包含均匀微波场发生器、支撑元件、彼此平行固定的两个板，以及旋转装置，该旋转装置被配置成使该两个板和该目标衬底在该均匀微波场内旋转。该板和该目标衬底在该均匀微波场中的旋转会引起施加于该目标衬底的微波的极性的周期性改变。不同于传统金属微波反应中平行于表面流动而作出反应，该均匀微波场中的该傅科电流通过垂直于该板流动而作出反应。该傅科电流的这种重定向提供对该目标衬底的均匀加热。提供此
技术实现思路
以简化形式介绍在以下的详细描述中进一步描述的一系列概念。此
技术实现思路
并非旨在识别所要求的主题的关键特征或基本特征，也并非旨在用于限制所要求的主题的范围。从实施例的以下详细描述和附图，本技术的其它方面和优点将显而易见。附图说明下文将参考附图详细描述本技术的实施例，附图中：图1是根据本技术的各种实施例建构的热处理设备的示意图；图2是待在图1的热处理设备中加热的实例目标衬底的透视示意图；图3是待在图1的热处理设备中加热的另一实例目标衬底的透视示意图；图4是根据本技术的各种实施例的热处理方法的流程图；图5是针对目标衬底的不同半导体材料的带隙对比大块移动性的图；图6是进行现有技术传统微波加热的目标衬底的示意图，其中傅科电流集中在目标衬底的边缘并且大体上平行于目标衬底的表面而流动；图7是使用图4的方法进行移动性热处理的在两个板之间的目标衬底的示意图，其中傅科电流垂直于目标衬底而流动；图8是具有其中有缺陷的硅晶格的目标衬底的示意图；图9是图8的目标衬底进行现有技术传统微波加热的示意图，其中傅科电流在目标衬底的表面处并且平行于该表面而流动；以及图10是使用图4的方法进行移动性热处理的图8的目标衬底的示意图，其中傅科电流流入目标衬底并且与目标衬底垂直。具体实施方式本技术的实施例涉及热处理系统和热处理设备。本技术的特定实施例涉及使用均匀微波场和平行板以控制施加傅科电流到目标衬底20的工业微波加热。如图1中所示，本技术的热处理设备10可包括均匀微波场发生器12、支撑元件14、彼此以间隔关系固定的两个板16，以及旋转装置18，该旋转装置被配置成使两个板16和目标衬底20在均匀微波场发生器12中的均匀微波场内旋转。虽然本文描述一组平行板16，但应注意，可竖直堆叠许多另外的板以形成批次反应(即，一次操作多个目标衬底)。目标衬底20可以是所属领域中已知的任何几何形状的衬底材料(例如半导体装置、离子植入晶片和/或硅晶片)，且可具有平板或晶片几何形状。举例来说，目标衬底20可以是掺杂有特定掺杂剂杂质(例如，硼、砷、磷)以形成源极/漏极结的半导体衬底。在本技术的一些实施例中，目标衬底20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热处理系统，其用于对目标衬底进行退火，所述热处理系统包括：/n均匀微波场发生器，其被配置成产生均匀微波场；/n间隔开的两块板，其位于所述均匀微波场发生器内并且定向成在所述均匀微波场内在所述板之间形成电容效应；以及/n转台装置，其被配置成使所述两块板和所述目标衬底在所述均匀微波场内相对于目标衬底的面内轴而旋转，由此引起来自所述均匀微波场的被施加于所述目标衬底的微波的极性的周期性改变。/n

【技术特征摘要】
1.一种热处理系统，其用于对目标衬底进行退火，所述热处理系统包括：
均匀微波场发生器，其被配置成产生均匀微波场；
间隔开的两块板，其位于所述均匀微波场发生器内并且定向成在所述均匀微波场内在所述板之间形成电容效应；以及
转台装置，其被配置成使所述两块板和所述目标衬底在所述均匀微波场内相对于目标衬底的面内轴而旋转，由此引起来自所述均匀微波场的被施加于所述目标衬底的微波的极性的周期性改变。


2.根据权利要求1所述的热处理系统，其中，所述板被掺杂以对由所述均匀微波场发生器产生的微波电场做出反应。


3.根据权利要求1所述的热处理系统，进一步包括支撑元件，所述支撑元件包括绝缘体材料，该绝缘体材料将所述转台装置附接到所述两块板，并且所述支撑元件在两块板各自的边缘处固持所述两块板并使之彼此平行。


4.根据权利要求3所述的热处理系统，其中，所述支撑元件中的至少一个被配置成将所述目标衬底在所述两块板之间于边缘处固定并且与所述两块板平行。


5.根据权利要求3所述的热处理系统，其中，所述支撑元件可选择性地调整，使得所述板之间的距离可调整。


6.根据权利要求1所述的热处理系统，其中，所述板之间的间隔为0.5mm到10mm。


7.根据权利要求1所述的热处理系统，其中，所述均匀微波场中的傅科电流通过垂直于所述板流动而对所述极性的周期性改变作出反应，从而提供对所述目标衬底的均匀加热。


8.根据权利要求1所述的热处理系统，其中，所述板具有足够高的导电性以在所述均匀微波场中形成电场，并且承受约400到800摄氏度的热。


9.根据权利要求1所述的热处理系统，其中，所述均匀微波场发生器是单模腔室或多模腔室或波导端口，其被配置成绕所述板形成所述均匀微波场。


10.根据权利要求1所述的热处理系统，其中，所述均匀微波场发生器产生900MHz到26GHz范围内的频率。


11.根据权利要求1所述的热处理系统，其中，所述板各自包含半导体层和基座层，其中所述板的取向被配置使得所述基座层面对彼此。


12.根据权利要求1所述的热处理系统，其中，所述板各自包括被配置成随着温度的升高而导电性增大的半导体材料或导体材料。


13.一种热处理系统，其用于对目标衬底进行退火，所述热处理系统包括：
均匀微波场发生器，其被配置成产生均匀微波场；
间隔开的两...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·E·科瓦尔斯基，
申请(专利权)人：DSG科技，
类型：新型
国别省市：美国;US