【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术有关绝缘体上覆半导体(SOI)结构。更具体的，本专利技术有关1)制备这种结构的方法和2)该结构的新颖形式。至今，最常用于绝缘体上覆半导体结构的半导体材料是硅。该结构在文献中被称为绝缘体上覆硅膜结构，缩写“SOI”已用于这种结构。本专利技术有关于通常的绝缘体上覆半导体的结构，包括绝缘体上覆硅膜的结构。为了表述方便，以下讨论常常是指绝缘体上覆硅膜结构。提及这种特殊类型的绝缘体上覆半导体结构是为了便于本专利技术的解释，而不是为了，也不应当解释为，在任何方面对于本专利技术的限制。本文使用的SOI缩写是指通常的绝缘体上覆半导体的结构，但不仅限于，绝缘体上覆硅膜结构。类似地，使用SOG缩写是指通常的玻璃上覆半导体结构，包括，但不仅限于，玻璃陶瓷上覆硅膜结构。缩写SOI包括各种SOG。
技术介绍
对于高性能的薄膜晶体管、太阳电池、和显示器(如活性基质显示器)，绝缘体上覆硅膜技术已经变得越来越重要。绝缘体上覆硅晶片是指在绝缘材料上铺有一层基本上是单晶硅的薄层(通常的厚度为0.1-0.3微米，但在一些情况下，其厚度可以达到5微米)。各种获得这种晶片的方法包括在晶格匹配的基片上外延生长Si；在已经长有SiO2氧化层的一层硅晶片上粘合另一层单晶硅晶片，再对上层晶片向下磨光或蚀刻，例如，直至单晶硅剩余层厚度为O.1至0.3微米；或者运用离子注入的方法，该方法注入的为氢离子或是氧离子，在注入的是氧离子的情况下，硅晶片上形成一层掩埋的氧化层，氧化层上面覆盖了Si，在氢离子注入的情况下，注入的离子分离(剥离)一个Si薄层而与另一含有氧化层的Si晶片粘合。已经发现，在这三种方...
【技术保护点】
一种生产绝缘体上覆半导体结构的方法，它包括：（Ａ）提供第一和第二基片，其中：（１）第一基片包含用来与第二基片粘合的第一外表面（第一粘合表面），给第一基片施力的第二外表面（第一施力表面），以及用以将第一基片分成第一部分和第二部 分的内部区（分离区），其中：（ａ）第一粘合表面，第一施力表面和分离区基本上相互平行；（ｂ）第二部分位于分离区和第一粘合表面之间；和（ｃ）第一基片包含基本上为单晶的半导体材料；以及（２）第二基片包含两个外表面， 一个（第二粘合表面）用于粘合到第一基片上，另一个（第二施力表面）则用于对第二基片施力，其中：（ａ）第二粘合表面和第二施力表面基本上互相平行，并且分离间距为Ｄ↓［２］；和（ｂ）第二基片包含氧化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷；（ Ｂ）使第一和第二粘合表面相互接触；（Ｃ）接触的时间足以使第一和第二基片在第一和第二粘合表面上相互粘合，与此同时；（１）对第一和第二施力表面施力，将第一和第二粘合表面压到一起；（２）将第一和第二基片置于一电场中...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-2-18 60/448,1761.一种生产绝缘体上覆半导体结构的方法，它包括(A)提供第一和第二基片，其中(1)第一基片包含用来与第二基片粘合的第一外表面(第一粘合表面)，给第一基片施力的第二外表面(第一施力表面)，以及用以将第一基片分成第一部分和第二部分的内部区(分离区)，其中(a)第一粘合表面，第一施力表面和分离区基本上相互平行；(b)第二部分位于分离区和第一粘合表面之间；和(c)第一基片包含基本上为单晶的半导体材料；以及(2)第二基片包含两个外表面，一个(第二粘合表面)用于粘合到第一基片上，另一个(第二施力表面)则用于对第二基片施力，其中(a)第二粘合表面和第二施力表面基本上互相平行，并且分离间距为D2；和(b)第二基片包含氧化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷；(B)使第一和第二粘合表面相互接触；(C)接触的时间足以使第一和第二基片在第一和第二粘合表面上相互粘合，与此同时(1)对第一和第二施力表面施力，将第一和第二粘合表面压到一起；(2)将第一和第二基片置于一电场中，该电场可表征为在第一和第二施力表面电场具有第一电压V1和第二电压V2，所述的电压在各表面是均匀的，而且V1高于V2，这样电场就从第一基片指向第二基片；和(3)加热第一和第二基片，所述的加热可表征为在第一和第二施力表面，具有的第一温度T1和第二温度T2，所述的温度在各表面是均匀的，选择所述温度使得在冷却到常温时，第一和第二基片经历不同的收缩情况，并由此在分离区削弱第一基片；以及(D)冷却粘合在一起的第一和第二基片并在分离区分离第一和第二部分；其中，氧化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷含有正离子，这些离子在步骤(C)中会在第二基片内以远离第二粘合表面而朝向第二施力表面的方向移动。2.一种生产绝缘体上覆半导体结构的方法，该方法包括(A)提供第一和第二基片，其中(1)第一基片包含用来与第二基片粘合的第一外表面(第一粘合表面)，给第一基片施力的第二外表面(第一施力表面)，以及将第一基片分成第一部分和第二部分的内部区(分离区)，其中(a)第一粘合表面，第一施力表面和分离区基本上相互平行；(b)第二部分位于分离区和第一粘合表面之间；和(c)第一基片包含基本上为单晶的半导体材料；以及(2)第二基片包含两个外表面，一个(第二粘合表面)用于粘合到第一基片上，另一个(第二施力表面)则用于对第二基片施力，其中(a)第二粘合表面和第二施力表面基本上互相平行，并且分离间距为D2；和(b)第二基片包含氧化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷；(B)使第一和第二粘合表面相互接触；(C)接触的时间足以使第一和第二基片在第一和第二粘合表面相互粘合，与此同时(1)对第一和第二施力表面施力，将第一和第二粘合表面压到一起；(2)将第一和第二基片置于一电场中，该电场可表征为在第一和第二施力表面具有第一电压V1和第二电压V2，所述的电压在各表面是均匀的，而且V1高于V2，这样电场就从第一基片指向第二基片；和(3)加热第一和第二基片，所述的加热可表征为在第一和第二施力表面具有第一温度T1和第二温度T2，所述的温度在各表面是均匀的，选择所述的温度使得在冷却到常温时，第一和第二基片经历不同的收缩情况，并由此在分离区削弱第一基片；以及(D)冷却粘合在一起的第一和第二基片并在分离区分离第一和第二部分；其中，氧化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷含有(a)非桥键氧和(b)正离子，这些离子在步骤(C)中会在第二基片中以远离第二粘合表面而朝向第二施力表面的方向移动。3.权利要求1或2的方法，其特征为第二基片的氧化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷在0-300℃的热膨胀系数CTE以及其在250℃的电阻系数ρ满足以下关系5×10-7/℃≤CTE≤75×10-7/℃，和ρ≤1016Ω-cm。4.权利要求1或2的方法，其特征为，在步骤(C)中，第一和第二基片之间的粘合，至少部分是通过第一基片的半导体材料与源自第二基片的氧反应而实现的。5.权利要求4的方法，其特征为第一基片的半导体材料与源自第二基片的氧发生反应而形成一个氧浓度很高的区域(杂交区)，这一杂交区始于第一粘合面并向分离区延伸。6.权利要求5的方法，其特征为，杂交区的厚度δH满足以下关系δH≤200纳米，其中δH是指第一粘合表面和这样一个表面之间的距离，该表面1)位于第二部分内，2)基本上与第一粘合表面平行，和3)是距离第一粘合表面最远的表面，满足以下关系Co(x)-Co/Ref≥50％，0≤x≤δH，其中Co(x)为氧浓度，是离开第一粘合表面距离x的函数，Co/Ref是参考表面处的氧浓度，该参考表面1)在第二部分内，2)基本上与第一粘合表面平行，和3)与该粘合表面分隔距离为Ds/2，其中Ds是第一粘合表面和分离区之间的距离；以及Co(x)和Co/Ref用原子百分比表示。7.权利要求1或2的方法，其特征为，在步骤(C)中正离子的移动形成一个正离子耗损的区域(正离子耗损区)，该区域始于第二粘合表面并延伸进入第二基片，向第二施力表面延伸。8.权利要求7的方法，其特征为(i)氧化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷含有以下一种或多种正离子Li+1、Na+1、K+1、Cs+1、Mg+2、Ca+2、Sr+2、和/或Ba+2(碱金属/碱土金属离子)；以及(ii)正离子耗损区有一种或多种所述的碱金属/碱土金属离子耗尽。9.权利要求8的方法，其特征为(i)氧化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷所含有的每种碱金属/碱土金属离子都在参考表面具有其参考浓度Ci/Ref，该参考表面1)在第二基片内，2)基本上与第二粘合表面平行，和3)与该粘合表面相距D2/2；以及(ii)正离子耗损区的厚度δD满足以下条件δD≥10纳米，其中，δD是指第二粘合表面和这样一个表面之间的距离，该表面1)位于第二基片内，2)基本上与第二粘合表面平行，和3)是距离第二粘合表面最远的表面，对于氧化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷所含有的至少一种碱金属/碱土金属离子，满足以下关系Ci(x)/Ci/Ref≤0.5，0≤x≤δD，其中Ci(x)是所述的至少一种碱金属/碱土金属离子的浓度，是距第二粘合表面的距离x的函数，以及Ci(x)和Ci/Ref用原子百分比表示。10.权利要求9的方法，其特征为，其中δD≥1000纳米。11.权利要求9的方法，其特征为所述的正离子耗损区具有一个远边，步骤(C)中正离子的移动在所述远边附近形成一个区域(堆积区)，该区域中至少一种类型的正离子浓度相对于该离子的Ci/Ref有所升高。12.权利要求1或2的方法，其特征在于所述基本上为单晶的半导体材料是基于硅的材料。13.权利要求1或2的方法，其特征为所述基本上为单晶的半导体材料含有硅和锗。14.权利要求1或2的方法，其特征为所述基本上为单晶的半导体材料含有硅和碳。15.权利要求1或2的方法，其特征为分离区是由氢离子注入形成的。16.权利要求1或2的方法，其特征为第二部分的厚度Ds满足以下关系Ds＜10微米。17.权利要求1或2的方法，其特征为第二部分的厚度Ds满足以下关系10纳米≤Ds≤500纳米。18.权利要求1或2的方法，其特征为步骤(C)在真空室内进行。19.权利要求18的方法，其特征为真空室内的压强低于或等于1毫巴。20.权利要求1或2的方法，其特征为步骤(C)在惰性气氛中进行。21.权利要求1或2的方法，其特征为步骤(C)进行的时间少于或等于30分钟。22.权利要求1或2的方法，其特征为步骤(C)(1)中施加于第一和第二施力表面的每单位面积P的压力满足以下关系1psi≤P≤100psi。23.权利要求22的方法，其特征为1psi≤P≤50psi。24.权利要求1或2的方法，其特征为V1和V2满足以下关系100伏特/厘米≤(V1-V2)/D≤40千伏特/厘米，其中，D是步骤(C)中第一和第二施力表面之间的距离。25.权利要求1或2的方法，其特征为氧化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷的应变点Ts和T1、T2是以摄氏温度为单位，并且满足以下关系(i)Ts-350≤T1≤Ts+350；以及(ii)Ts-350≤T2≤Ts+350。26.权利要求1或2的方法，其特征为(i)300℃≤T1≤800℃；以及(ii)300℃≤T2≤800℃。27.权利要求1或2的方法，其特征为(i)300℃≤T1≤1000℃；以及(ii)300℃≤T2≤1000℃。28.权利要求1或2的方法，其特征为T2＞T1。29.权利要求28的方法，其特征为5℃≤T2-T1≤150℃。30.权利要求1或2的方法，其特征为CTE1-20×10-7/℃≤CTE2≤CTE1+20×10-7/℃其中，CTE1是基本上为单晶的半导体材料在0℃时的热膨胀系数，而CTE2是氧化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷在0-300℃的热膨胀系数。31.权利要求1或2的方法，其特征为将第一和第二施力表面在步骤(B)之前分别加热至T1和T2。32.权利要求1或2的方法，其特征为，在步骤(A)之前在第一基片中形成凹陷，所述的凹陷始于第一粘合表面并且从该表面向第一基片的内部延伸，这样凹陷就将第一粘合表面分成基本上隔离的区域，这些隔离区域可以相对独立地各自膨胀和收缩。33.权利要求32的方法，其特征为凹陷的深度大于第二部分的厚度Ds。34.权利要求32的方法，其特征为凹陷在分离区形成之前形成。35.权利要求1或2的方法，其特征为氧化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷是透明的。36.权利要求1或2的方法，其特征为氧化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷是基于硅的。37.权利要求1或2的方法，其特征为氧化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷含有碱土金属离子，在步骤(A)之前至少对第一基片的第一粘合表面进行处理来降低其氢浓度。38.权利要求37的方法，其特征为所述处理是氧等离子处理。39.权利要求37的方法，其特征为所述处理使第一粘合表面成为亲水性的。40.权利要求39的方法，其特征为所述处理使第一粘合表面的水滴接触角小于或等于10°。41.权利要求1或2的方法，其特征为第二基片的厚度D2大于或等于1微米。42.权利要求1或2的方法，其特征为，在步骤(D)之后，第一和第二粘合表面之间的粘合强度至少为8焦耳/平方米。43.权利要求1或2的方法，其特征为，在步骤(D)之后，第一和第二粘合表面之间的粘合强度至少为10焦耳/平方米。44.权利要求1或2的方法，其特征为，在步骤(D)之后，第一和第二粘合表面之间的粘合强度至少为15焦耳/平方米。45.权利要求1或2的方法，其特征为，氧化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷中锂、钠、钾离子的浓度总和(以氧化物计)低于1.0wt.％，并且第一基片的最大尺度大于10厘米。46.权利要求45的方法，其特征为，氧化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷中锂、钠、钾离子的浓度总和(以氧化物计)低于0.1wt.％，47.权利要求1或2的方法，该方法包括至少使用另一种第一基片对步骤(B)至(D)至少重复一次，形成至少另一个与第二基片粘合的第二部分。48.权利要求47的方法，其特征为，在厚度、表面积、或组成中的至少一个方面，至少有一个所述第二部分不同于至少另外一个所述第二部分。49.权利要求47的方法，其特征为，至少一个第二部分的一边与至少另一个第二部分的一边互相接触。50.权利要求47的方法，其特征为，至少一个第二部分的一边与至少另一个第二部分相互隔开。51.权利要求47的方法，其特征为，第二部分的表面积Ai满足以下关系Σi=1NAi>AT,N>1,]]>其中，如果有一个第二部分是圆周的话，AT＝750平方厘米，如果没有一个第二部分是圆周，那么AT＝500平方厘米。52.权利要求1或2的方法，其特征为至少使用两个第一基片进行步骤(A)至(D)的操作，从而产生至少两个与第二基片粘合的第二部分。53.权利要求52的方法，其特征为所述至少两个第一基片具有毗邻的经机械加工的边。54.权利要求52的方法，其特征为所述至少两个第一基片粘附于一个导电支持物上。55.权利要求54的方法，其特征为在将至少两个第一基片粘附于一个导电支持物上以后，至少有一个第一基片之间的间隔填充半导体材料。56.权利要求54的方法，其特征为在将至少两个第一基片粘附于一个导电支持物上以后，对其进行氢离子注入。57.权利要求52的方法，其特征为，在厚度、表面积、或组成中的至少一个方面，至少有一个第二部分不同于至少另外一个第二部分。58.权利要求52的方法，其特征为，至少一个第二部分的一边与至少另一个第二部分的一边互相接触。59.权利要求52的方法，其特征为，至少一个第二部分与至少另一个第二部分相互隔开。60.权利要求52的方法，其特征为，第二部分的表面积Ai满足以下关系Σi=1NAi>AT,N>1,]]>其中，如果有一个第二部分是圆周的话，AT＝750平方厘米，如果没有一个第二部分是圆周，那么AT＝500平方厘米。61.权利要求1或2的方法，其特征为，其中第二基片的面积大于750平方厘米。62.权利要求1或2的方法，进一步包括将一种无定形的或多晶半导体材料附着到第二基片上。63.权利要求62的方法，其特征为，在步骤(A)之前将无定形的或多晶半导体材料附着到第二基片上。64.权利要求62的方法，其特征为，在步骤(D)之后将无定形的或多晶半导体材料附着到第二基片上。65.权利要求1或2的方法，它还包括额外的步骤，即使用由步骤(A)至(D)产生的绝缘体上覆半导体材料生产薄膜晶体管。66.一种绝缘体上覆半导体结构，包括直接粘附的或者通过一层或更多层中间层粘附的第一和第二层，其中(a)第一层包括基本上为单晶的半导体材料；(b)第二层包括氧化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷；以及(c)第一和第二层之间的粘合强度至少为8焦耳/平方米。67.权利要求66的绝缘体上覆半导体结构，其特征为，第一和第二层之间的粘合强度至少为10焦耳/平方米。68.权利要求66的绝缘体上覆半导体结构，其特征为，第一和第二层之间的粘合强度至少为15焦耳/平方米。69.一种绝缘体上覆半导体结构，包括直接粘附的或者通过一层或更多层中间层粘附的第一和第二层，其中(a)第一层(i)包括基本上为单晶的半导体材料；(ii)具有分隔距离为Ds的基本平行的第一和第二面，第一面比第二面更靠近第二层；(iii)具有一个参考表面，其1)在第一层内，2)基本上与第一面平行，3)与该面相距Ds/2；以及(iv)具有一个高浓度氧区，该区域始于第一面并向第二面延伸，所述区域的厚度δH满足以下关系δH≤200纳米，其中，δH是指第一面和这样一个表面之间的距离，该表面1)位于第一层内，2)基本上与第一面平行，和3)是距离第一面最远的表面，满足以下关系Co(x)-Co/Ref≥50％，0≤x≤δH，其中Co(x)是氧浓度，为与第一面之间距离x的函数，Co/R...
【专利技术属性】
技术研发人员：JG库亚尔，JF马赫，KP加德克里，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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