用于绝缘体上半导体（ＳＯＩ）结构的系统和方法及其产品，包括对至少一个未整饰的表面进行激光退火工艺。制造ＳＯＩ结构还可包括对施主半导体晶片的注入表面进行离子注入工艺以在施主半导体晶片中产生脱落层；将该脱落层的注入表面与绝缘体衬底接合；将脱落层从施主半导体晶片分离，从而使至少一个裂开表面露出；以及对至少一个裂开表面进行激光退火工艺。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用包括辐照退火尤其是激光退火用于对半导体层整饰的 改进工艺制造绝缘体上半导体(SOI)结构的系统、方法和产品。
技术介绍
迄今为止，在绝缘体上半导体结构中最普遍使用的半导体材料是硅。这种结构在文献中被称为绝缘体上的硅结构，并将縮写sor用于这种结 构。对于高性能薄膜晶体管、太阳能电池、图像传感器、及诸如有源矩阵 显示器之类的显示器，soi技术正变得日益重要。soi结构可包括在绝缘材料上的基本为单晶硅的薄层，其厚度一般为0.05-0.3微米(50 - 300nm)， 但在一些情况下有20微米(20000 nm)厚的薄层。为便于介绍，以下的讨论有时按照SOI结构的术语进行。参考这种特 定类型的SOI结构是以便于对本专利技术解释，而不打算且不应被解释为以任 何方式限制本专利技术的范围。本文使用的缩写SOI泛指绝缘体上的半导体结 构，包括但不限于绝缘体上的硅结构。类似地，缩写SiOG—般指玻璃上 是半导体结构，包括但不限于玻璃上的硅结构。术语SiOG还旨在包括玻璃 -陶瓷上的半导体结构，包括但不限于玻璃-陶瓷上的硅结构。缩写SOI包括 SiOG结构。获得SOI结构晶片的各种方式包括(1)在晶格匹配的衬底上外延生长 硅(Si) ; (2)将单晶硅晶片与另一个其上已生长Si02氧化物层的硅晶片 接合，然后对顶部的晶片向下抛光或刻蚀至例如0.05至0.3微米(50 - 300 nm)的单晶硅层；以及(3)离子注入方法，该方法中，注入氢离子或氧离 子，在注入氧离子的情况形成嵌埋在硅晶片中的氧化物层，其上覆盖硅， 或在注入氢离子的情况从一个硅晶片分离(脱落)出与具有氧化物层的另 一个Si晶片接合的薄硅层。前两种方法即外延生长和晶片-晶片接合在成本和/或接合强度和耐久 度方面没有得到令人满意的结构。涉及离子注入的后一种方法已经引起了 一些注意，特别是氢离子注入已被认为更有优势，因为它所需的注入能量 通常比氧离子注入所需的能量低50%，并且所需的剂量减小两个数量级。美国专利第5,374，564号公开了一种使用热工艺在衬底上获得单晶硅 薄膜的工艺。对具有平坦表面的硅晶片进行以下步骤(i)通过离子装置轰击硅晶片表面注入离子，形成气态微气泡层，限定硅晶片下部区域和构成薄硅膜的上部区域；(ii)使硅晶片的平坦表面与硬质材料层(诸如绝 缘氧化物材料)接触；以及(iii)在高于进行离子轰击的温度下对硅晶片 和绝缘材料的组件进行热处理的第三阶段。第三阶段采用足以将硅薄膜和 绝缘材料接合到一起的温度，以在微气泡中产生压力效果，并引起硅薄膜 和硅晶片的剩余物质之间分离。因为高温步骤，这种工艺不适合于低成本 玻璃或玻璃-陶瓷衬底。美国专利申请公报第2004/0229444好公开了一种制造SiOG结构的方法。该方法包括以下步骤(i)使硅晶片表面接触氢离子注入以产生接合 表面；(ii)使晶片的接合表面与玻璃衬底接触；(iii)对晶片和玻璃衬底 施加压力、温度及电压以促进它们之间的接合；以及(iv)冷却该结构以促 使玻璃衬底和硅薄层与硅晶片分离。刚脱落之后所得的SOI结构可能呈现出过大的表面粗糙度(例如，约 10nm或更大)、过大的硅层厚度(即使该层被认为薄时)、多余的氢离 子、以及对硅晶体层的注入损害(例如，由于形成非晶化的硅层)。因为 SiOG材料的主要优点之一在于膜的单晶本质，所以必须恢复或去除这种晶 格损害。其次，在接合工艺期间没有完全去除来自注入物的氢离子，而且因为氢原子是电活性的，所以必须将它们从膜排除以确保器件稳定工作。 最后，硅层的裂开作用产生粗糙的表面，已知这会使晶体管的运行劣化， 所以应在器件制造之前将其表面粗糙度减小至优选小于1 nmRA。这些问题可以分别处理。例如，首先可将厚硅膜(500 nm)转移到玻 璃上。然后通过抛光去除上部420 nm的部分，以恢复表面光洁度(fmish) 并消除硅上的受损区。然后将剩余硅膜在炉子中在60(TC下退火最多8小一些人已建议在将硅薄膜从硅材料晶片剥离之后使用化学机械抛光(CMP)来进一步处理SOI结构。然而，不利地是，在抛光过程中CMP工艺不能在硅薄膜表面上均匀地去除材料。对于半导体薄膜常规的表面不均匀度(标准偏差/平均去除厚度)在3-5%范围之内。当硅膜的更多厚度被 去除时，膜厚度的差异相应地变差。对于一些玻璃上硅的应用，CMP工艺的上述缺点尤其是个问题，因为 在一些情况下，需要去除厚达约300-400 nm的材料以获得所需的硅膜厚度。 例如，在薄膜晶体管(TFT)制造工艺中，需要硅膜厚度在100nm或更小 的范围内。而且，TFT结构还需要低的表面粗糙度。CMP工艺的另一个问题是当对矩形SOI结构(例如具有锐角的SOI 结构)抛光时它呈现出相当差的结果。实际上，相比于SOI结构中心处的 表面不均匀度其弯角处的上述表面不均匀度被放大。再者，当考虑大的SOI 结构时(例如用于光电应用)，所得的矩形SOI结构对常规CMP设备(通 常设计用于300 mm标准晶片尺寸)来说太大。成本也是SOI结构的商业 化应用的一个重要考虑因素。然而，CMP工艺在时间和金钱上都是高费用 的。如果需要能容纳大尺寸SOI结构的非常规的CMP设备，那么会明显加 剧成本问题。另外，会使用炉内退火(FA)以去除所有残留的氢。但是，高温退火 不适合于低成本玻璃或玻璃-陶瓷衬底。而更低温度退火(低于70(TC)需 要更长的时间来去除残留氢，而且不能有效修复由离子注入引起的晶体损 害。而且，CMP和炉内退火都增加了成本并降低了制造生产率。因此，需 要在退火之前至少部分去除氢以縮短退火步骤的时间。因此，希望能获得可与CMP(可能与炉内退火组合)的结果可比拟或更 好的结果，但没有CMP或炉内退火及它们相关缺点。
技术实现思路
根据本专利技术的一个或更多实施方式，形成绝缘体上半导体结构的系统、 方法和装置包括对绝缘体上半导体结构的至少一个未整饰(unfinished)的7表面进行辐照退火工艺。根据一个实施方式，辐照退火工艺包括激光退火 工艺.根据另一个实施方式，辐照退火工艺包括微波退火工艺。根据本专利技术的一个或更多实施方式，形成绝缘体上半导体结构的系统、 方法和装置包括晶体对晶体施主半导体晶片的注入表面进行离子注入工 艺，以在该施主半导体晶片中产生脱落层；使该脱落层的注入表面与绝缘 体衬底接合；将脱落层与施主半导体晶片分离，从而露出至少一个裂开表 面；以及对该至少一个裂开表面进行辐照退火工艺。辐照退火工艺将硅层的至少一部分加热到接近或超过其熔点，能够使 捕获的氢的至少一部分逃逸，并当材料冷却时修复对晶格的损害。而且， 由于高温时原子迁移率升高，或因为如果材料被加热到液态时的表面张力， 而减小了初始表面的粗糙度。因此，对于结合炉内退火(FA)的CMP的 上述缺点，根据本专利技术使用诸如受激准分子激光退火(ELA)或微波退火 之类的辐照退火有可能克服CMP的缺点并减少除氢所需的退火时间。至少一个裂开的表面可包括晶体施主半导体晶片的的第一裂开表面和 脱落层的第二裂开表面。激光退火工艺可应用于脱落层的第二裂开表面和/ 或施主半导体晶片的第一裂开表面。激光退火工艺可包括使至少一个裂开表面经受受激准分子激光。举例 来说，受激准分子激光可包括本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种形成绝缘体上半导体结构的方法，包括： 对晶体层的至少一个未整饰的表面进行辐照退火工艺。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-5-31 60/809,881;US 2007-3-21 11/726,2901. 一种形成绝缘体上半导体结构的方法，包括对晶体层的至少一个未整饰的表面进行辐照退火工艺。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辐照退火工艺包括对所 述至少一个未整饰的表面进行微波辐照。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辐照退火工艺包括激光 退火工艺。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括 对晶体施主半导体晶片的注入表面进行离子注入工艺，以产生所述施主半导体晶片的脱落层；将脱落层的所述注入表面与绝缘体衬底接合；以及将所述脱落层与所述施主半导体晶片分离，从而露出至少一个裂开表面； 其中，在分离所述脱落层后对所述至少一个未整饰的表面进行辐照退火工 艺，并且所述至少一个未整饰的表面包括所述至少一个裂开的表面。5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少一个裂开的表面包 括所述施主半导体晶片的的第-一裂开表面和所述脱落层的第二裂开表面。6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述辐照退火工艺应用到 所述脱落层的至少第二裂开表面上。7. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述辐照退火工艺应用到 所述施主半导体晶片的至少第一裂开表面上。8. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述辐照退火工艺包括对所 述至少一个未整饰的表面进行激光辐照。9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述至少一个未整饰的表面 包括晶体硅。10. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，对所述至少一个未整饰的表 面进行激光辐照包括首先对所述至少一个未整饰的表面进行第一激光辐照， 然后对所述至少一个未整饰的表面进行第二激光辐照，所述第二激光辐照的强度低于所述第一激光辐照。11. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，在对晶体层的至少一个未整饰的表面进行辐照退火工艺的步骤之前，将所述整个晶体层加热至从iocrc到Tsp—10(TC的升高的温度，其中T,p是所述绝缘体上半导体结构中包含的玻璃的应变点，或所述绝缘体上半导体结构中具有最低熔化温度的组分的熔点。12. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在对晶体层的所述至少一个未整饰的表面进行辐照退火工艺之前，对所述至少一个未整饰的表面清洁和/ 或去除表面氧化物层。13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：JG库亚德，P勒于得，SA瓦隆，
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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