改进的薄化法制造的玻璃绝缘体上的半导体制造技术

制造玻璃上半导体（ＳｉＯＧ）结构的方法和设备，其包括：对给体半导体晶片的注入表面进行离子注入过程，在该给体半导体晶片中产生脱落层；采用电解使脱落层的注入表面与玻璃基片结合；将脱落层与给体半导体晶片分离，因而露出至少一个裂开的表面；和对至少一个裂开的表面进行湿蚀刻。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】改进的薄化法制造的玻璃绝缘体上的半导体
技术介绍
本专利技术涉及采用改进的膜薄化法制造绝缘体上半导体(SOI)结构。迄今，最广泛用于绝缘体上半导体结构的半导体材料是硅。文献中将这种结构称作绝缘体上硅结构，并縮写为SOI 。 SOI技术对高性能薄膜晶体管、 太阳能电池和如有源矩阵显示器的显示器越来越重要。SOI结构可以包括在绝 缘材料上的基本为单晶硅的薄层(厚度一般为O. 1- 0.3微米，但有些情况，厚 度可达5微米)。为便于陈述，有时下面的讨论按SOI结构进行。参照这种特定SOI结构类 型来说明本专利技术，但是这种特定结构并不意图，并且也不会以任何方式限制本 专利技术的范围。本文中使用SOI縮写来一般性表示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，本文中使用SiOG縮写来一般性表示玻 璃上的半导体结构，包括但不限于玻璃上的硅结构。SiOG术语还意图包括在玻 璃-陶瓷上的半导体结构，包括但不限于在玻璃-陶瓷上的硅结构。缩写S0I包 括SiOG结构。获得SOI结构晶片的各种方法包括在晶格匹配的基片上外延生长硅(Si)。 另一种方法包括将单晶硅晶片与另一个其上已生长Si02的氧化物层的硅晶片 结合，然后对顶部的晶片向下抛光或蚀刻例如0.05-0.3微米的单晶硅层。另 一些方法包括离子注入法，该方法中，将氢或者氧注入，在氧离子注入情况形 成嵌埋在硅晶片中的氧化物层，其上覆盖Si，或者在氢离子注入情况下，则分 离(脱落)出与具有氧化物层的另一Si晶片相结合的薄硅层。前两种方法无法得到在成本和/或结合强度以及耐久性方面都令人满意的 结构。涉及氢离子注入的后一种方法已经引起注意，并被认为好于前面的方法， 因为氢离子注入法需要的注入能量小于氧离子注入的50%，并且所需剂量小两 个量级。美国专利第5， 374， 564号公开一种采用热法获得基材上单晶硅膜的方法。 对具有平坦面的硅晶片进行以下步骤(i)通过由离子轰击硅晶片的一个面进行注入，形成气态微气泡层，该层限定出硅晶片的下部区域以及构成硅薄膜的上部区域；(ii)使硅晶片的平坦面与刚性材料层(如绝缘氧化物材料)接触；和 (iii)在高于进行离子轰击温度的温度下，对硅晶片和绝缘材料的组件进行热 处理的第三阶段。第三阶段采用的足够高的温度，以将硅薄膜和绝缘材料结合 在一起，在微气泡中产生压力效应，使硅薄膜与剩余的硅晶片体分离。(因为 该高温步骤，该方法不能用低成本的玻璃或玻璃陶瓷基材运作。)美国专利申请第2004/0229444号揭示一种制备SiOG结构的方法。该方法 的步骤包括(i)对硅晶片表面进行氢离子注入，产生结合表面；(ii)使该硅 晶片的结合表面与玻璃基片接触；(iii)在该晶片和玻璃基片上施加压力、温 度和电压，促进它们之间的结合；和(iv)冷却该结构至常温，促进玻璃基片和 硅薄层从硅晶片分离。刚脱落后形成的SOI结构可能显示过高的表面粗糙度(如，约大于或等于 10纳米)，硅层厚度过大(即使可以认为该层是薄的)，以及对硅层的注入 损害(如，由于形成非晶形硅层)。 一些人提议在硅表面从硅材料晶片脱落后采 用化学机械抛光(CMP)对SOI结构进一步处理。但是，不利的是，CMP法在抛光 时不能从硅薄膜表面均匀地去除材料。对半导体薄膜，典型的薄膜非均匀性(标 准偏差/平均去除厚度)在3-5%范围。去除的薄膜厚度越多，薄膜厚度的变化相 应更差。CMP法的上述缺点对一些玻璃上硅的应用而言尤其成为问题，因为在某些 情况下需要去除高达约300-400纳米的材料来获得所需的硅膜厚度。例如，在 薄膜晶体管(TFT)制造方法中，可能要求硅膜厚度在小于或等于100纳米范围。 另外，对TFT结构还要求表面粗糙度小。CMP法的另一个问题是在对矩形SOI结构(如，有尖锐的角)进行抛光时的 结果很差。确实，与SOI结构的中心部分相比其角部分存在的上述表面非均匀 性被扩大。此外，预期大的SOI结构(如，用于光电应用)，其产生的矩形SOI 结构对常规CMP设备(通常设计用于300毫米的标准晶片尺寸)而言太大。成本 也是SOI结构的商业化应用的一个重要考虑因素。但是，CMP法在时间和金钱 方面的费用都较高。如果需要非常规的CMP设备来满足大的SOI结构尺寸，则 成本问题将会明显恶化。6专利技术概述根据本专利技术的一个或多个实施方式，提供形成玻璃上半导体结构的方法和 设备，其包括对给体半导体晶片的注入表面进行离子注入过程，在该给体半 导体晶片中产生脱落层；采用电解使脱落层的注入表面与玻璃基片结合；将脱落层与给体半导体晶片分离，因而露出至少一个裂开的表面；和对所述至少一 个裂开的表面进行湿蚀刻。湿蚀刻方法可以在约20-IO(TC温度下进行，在该湿蚀刻方法之前或之后没有使用氢退火过程。湿蚀刻方法可以在约20-6(TC，例如25'C下进行。至少一个裂开的表面可包括给体半导体晶片的第一裂开表面以及脱落层的第二裂开表面。可以将湿蚀刻步骤应用于脱落层的第二裂开表面和/或给体半导体晶片的第一裂开表面。湿蚀刻方法可包括使至少一个裂开表面接触酸溶液和碱溶液中的一种或两者。作为例子，酸溶液可以包括氢氟酸、硝酸和乙酸中的至少一种。如果使用碱溶液，碱溶液可以包括KOH， NH4OH，氢氧化四甲铵(TMAH)中的一种或多种。该溶液或者/另外包括添加剂，如异丙醇，过氧化氢或臭氧化的去离子水(ozonated deionized water)。蚀刻方法可以包括使至少一个裂开表面在含蚀刻剂溶液中搅拌。例如，该 搅拌包括溶液搅拌，溶液磁力搅拌，溶液内的超声波传播以及溶液的喷雾施涂 中的至少一种。应注意，给体半导体晶片可以是结构的一部分，该结构包括基本为单晶的 给体半导体晶片并任选包括设置在该给体半导体晶片上的外延半导体层。因 此，基本上由单晶给体的半导体晶片材料形成外延层(如，与玻璃基片结合并 与给体半导体结构分离的层)。或者，脱落层是基本上由外延半导体层(也可包 括单晶给体半导体晶片材料的一部分)形成。上述湿蚀刻方法可以应用于脱落层，而与脱落层是基本上由给体半导体晶 片材料形成还是由外延半导体层形成无关。此外/或者，该方法还可包括对脱落层的蚀刻表面和/或给体半导体晶片 (或结构)的蚀刻表面进行抛光。抛光步骤可包括使用基于二氧化硅的浆料或半导体工业领域己知的类似材料对蚀刻表面进行抛光。抛光压力可约为1-100 psi，抛光压盘速度可约为25-1000 rpm。如本领域已知，该抛光过程可能是确 定性的抛光技术。在一个或多个实施方式中，结合步骤可包括对玻璃基片和给体半导体晶 片中的至少一个加热；通过脱落层使玻璃基片与给体半导体晶片直接或间接接触；在玻璃基片和给体半导体晶片上施加电压电势，引起结合。玻璃基片和半 导体晶片的温度升高至玻璃基片应变点的约15(TC之内。玻璃基片和半导体晶 片的温度可以升高至不同温度。在玻璃基片和半导体晶片上的电压电势可约为 100-2000伏。通过对结合的玻璃基片、脱落层和给体半导体晶片冷却，可诱发应力，使在脱落层发生显著的碎裂。结合附图对本专利技术进行描述后，本领域的技术人员能更清楚理解本专利技术的其他方面、特征、优点等。 附图简述为说明本专利技术的各方面的目的，在附图中示出优选形式，但是，应理解， 本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成玻璃上半导体结构的方法，该方法包括：　对给体半导体晶片的注入表面进行离子注入操作，产生给体半导体晶片的脱落层；　采用电解将脱落层的注入表面与玻璃基片结合；　使脱落层与给体半导体晶片分离，露出至少一个裂开的表面；和　 　在湿蚀刻过程之前或之后，在不使用氢退火操作的情况下，对至少一个裂开的表面在约２０－１００℃进行湿蚀刻过程。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-4-21 60/793,8221. 一种形成玻璃上半导体结构的方法，该方法包括对给体半导体晶片的注入表面进行离子注入操作，产生给体半导体晶片的脱落层；采用电解将脱落层的注入表面与玻璃基片结合；使脱落层与给体半导体晶片分离，露出至少一个裂开的表面；和在湿蚀刻过程之前或之后，在不使用氢退火操作的情况下，对至少一个裂开的表面在约20-100℃进行湿蚀刻过程。2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，至少一个裂开的表面包括给体 半导体晶片的第一裂开表面以及脱落层的第二裂开表面。3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述湿蚀刻步骤至少应用于脱 落层的第二裂开表面。4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述湿蚀刻步骤至少应用于给 体半导体晶片的第一裂开表面。5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述湿蚀刻过程在约20-60°C 的温度下进行。6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述湿蚀刻过程在约25X:的温 度下进行。7. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述湿蚀刻过程包括使至少一 个裂开表面与酸溶液和碱溶液之一接触。8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，酸溶液包括氢氟酸、硝酸和乙 酸中的至少一种。9. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述溶液包含水。10. 如权利耍求7所述的方法，其特征在于，所述溶液包含碱蚀刻剂。11. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述碱蚀刻剂选自下组K0H、 NH40H、氢氧化四甲铵，即TMAH。12. 如权利耍求7所述的方法，其特征在于，所述溶液包含添加剂。13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述添加剂是以下的一种 异丙醇、过氧化氢和臭氧化水。14. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蚀刻过程包括对至少一个裂开表面进行含蚀刻剂的溶液的搅拌。15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述搅拌包括以下的至少一 种搅拌溶液，溶液磁力搅拌，溶液内的超声波传播以及溶液的喷雾施用。16. 如权利要求l所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯江蔚，KP加德卡里，JF麦齐，MJ莫尔，MA斯托克，
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]