形成绝缘体上半导体结构的方法技术

公开了一种将半导体薄膜接合到矩形衬底（２２）的方法。该方式使矩形半导体膜从圆形前体半导体晶片剥落成为可能，从而用半导体膜提供衬底的有效平铺。该方法包括通过晶片的离子注入在前体晶片（１０）中产生损伤带（１２）的步骤、去除晶片的部分（１６）以形成凸起部分（１８）、将晶片（１０）的凸起部分接合到衬底（２２）、以及剥落所接合的凸起部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
专利
本专利技术涉及一种，尤其涉及形成玻璃体上硅结构的方法。
技术介绍
经济制造用于生产半导体器件的硅晶片是已知的。所有这些晶片都是薄的圆盘，并且半导体制造系统已被最优化以便进行薄圆盘的生产。当前硅晶片的标准大小是直径约为300 mm。诸如那些用于制造例如液晶显示器的平面显示玻璃板需要硅薄膜被沉积在其上以生产半导体像素开关。执行此沉积的一种方法是通过将剥落薄膜从生产用硅晶片(prime silicon wafer)转移到显示玻璃上。在剥落之前，晶片被离子注入以在经抛光晶片表面下方产生损伤层。晶片被接合到显示玻璃，且薄膜沿着从离子注入层形成的破裂面剥落。剥落厚度的均匀性决定性地取决于离子注入之的晶片表面纹理的均匀性。为了均匀的离子注入和剥落，对生产用半导体晶片表面的抛光质量有要求。为了最大化可用于生产矩形显示板的硅的面积，所沉积的硅膜也应当为矩形。更进一步地，为了在经济上可行，用于沉积膜的晶片必须能被重复使用很多次。这将要求晶片在准备用于另一剥落过程时被重新抛光和重新注入。半导体器件通常是正方形或矩形的，然而它们总在圆形晶片上制造，从而导致相当的晶片浪费。这种浪费程度在半导体领域内能被忍受是因为制造圆形晶片相比矩形晶片的优点胜过与所浪费材料相关联的成本。为了最大化平板生产率，矩形半导体膜必须尽可能地大，通常是能从标准晶片生产出的最大可能单个小片(tile)(通常直径为100mm、 150mm、 200mm和300mm)，并且被平铺在平板衬底的表面上。理想地，因为用于制造平板显示器件的玻璃平板是矩形的，所以半导体小片也是矩形的。但是即使矩形半导体晶片可用，经抛光表面的均匀性也很难实现。抛光均匀性在圆形晶片内通过相对于圆形抛光垫旋转圆形晶片来维持。表面纹理和晶片厚度控制是通过由圆形垫抛光的圆形晶片的平均效应来维持。晶片的所有区域都经历相同的压力和与抛光垫接触的时间。如果矩形晶片被抛光，则在整个表面上压力以及与抛光垫接触的时间都比圆形晶片更可变，尤其在晶片趋于被优先机械加工的角落上，从而导致晶片厚度和表面纹理不均匀。因而，所需要的是形成矩形半导体薄膜并将该矩形半导体薄膜从圆形半导体晶片转移到矩形玻璃板的方法。概要在本专利技术一实施例中，绝缘体上半导体(SOI)结构是通过提供包含硅的晶片、离子注入硅晶片，去除硅晶片的一部分以形成凸起部分，将凸起部分接合到衬底上、并使该凸起部分与晶片分离从而在衬底上形成半导体膜来形成的。在另一实施例中，提出了一种在衬底上形成半导体膜的方法，包括在半导体晶片中形成分离带，去除半导体晶片的一部分从而形成凸起部分，将凸起部分阳极接合到玻璃衬底，使凸起部分与晶片分离。接合包括约束(restrain)晶片的边缘并向凸起部分施压使其与衬底接触。在又一实施例中，SOI结构通过以下步骤形成a. 提供具有至少一个基本平坦的第一表面和与该第一表面相对的第二表面的圆形半导体晶片；b. 通过离子注入在晶片内距晶片第一表面预定深度处形成缺陷边界；c. 从晶片去除材料，以使凸起的矩形区在晶片的第一表面上形成；d. 将晶片置于平坦衬底之上，以使凸起矩形区的表面与衬底的表面基本平行；e. 约束晶片的边缘；f. 通过将加热板推向晶片第二表面而使凸起矩形区与硅晶片接触；g. 通过阳极接合使凸起矩形区与衬底接合；h.沿缺陷边界分离晶片，从而在衬底上形成半导体层。在以下参考附图给出的说明性描述过程中，本专利技术将更容易被理解且其其 他目的、特性、细节和优点也将变得更显而易见，该说明性描述过程并非旨在 以任何方式表示限制。其旨在将所有这些附加的系统、方法特征和优点包括在 本说明书内，本专利技术的范围内，且受所附权利要求书保护。附图简述附图说明图1是示出损伤或分离带以及晶片的将被接合并剥落到衬底的岸面部分(landportion)的半导体晶片的截面图。图2是图1的晶片的透视图，示出晶片的被去除以产生岸面部分的部分。 图3是被推动与衬底接触并与之接合的图2晶片的岸面部分的截面图。 图4是以图3的方式接合到衬底从而用半导体膜平铺衬底的附加半导体膜 的透视图。详细描述在以下详细描述中，为了说明而非限制的目的，陈述公开具体细节的示例 实施例以提供对本专利技术的透彻理解。然而，对受益于本公开的本领域技术人员 而言将显而易见的是本专利技术可在背离在此公开的具体细节的其他实施例中实 践。此外，关于已知器件、方法及材料的描述可被省略，以便于不混淆本专利技术 的描述。最后在适用的情况下，相同的附图标记指的是相同的元件。根据本专利技术一实施例，公开了一种从圆形前体晶片转移矩形半导体材料晶 片的方法。参考图1-2，具有基本平坦和平行的第一和第二表面的圆形半导体 晶片10根据已知技术被离子注入以在圆形晶片10的第一表面14下面的预定 深度5处形成损伤边界12。半导体晶片材料的部分16被去除到与损伤边界12 的深度S相对应的深度S，从而使硅晶片的未去除材料的部分18在暴露表面20 上延伸到高度S。在表面14上延伸的部分在以下将称为半导体晶片10的岸面 部分18。参考图3，经离子注入的半导体晶片10然后被置于玻璃衬底22上方， 以使岸面部分18的表面14靠近并基本平行于玻璃衬底22的表面24。半导体 晶片10的边缘被约束，且使加热元件26与晶片10的背面28接触。加热元件26向晶片10背面的第二表面降低，推动半导体晶片10的岸面部分18与玻璃 衬底22接触。通过热、压力、电势(由或经由加热元件池极26传递)和时间 的作用，岸面部分16的表面14被接合到玻璃衬底22的表面24。 一旦接合完 成，加热元件/电极26被抬高，且半导体晶片10的岸面部分18沿损伤边界12 分离，从而留下半导体材料的薄膜接合到玻璃衬底。以下将详细描述这个以及 其他实施例的详情。使用便宜的材料作为支承衬底，且尤其使用基于玻璃的材料(例如氧化物 玻璃和氧化物玻璃-陶瓷)作为支承衬底的一个主要挑战是包括基于玻璃晶片 的多数玻璃不能耐受如通常用于本领域的U00。C的接合处理。因而，玻璃基 层和例如硅的半导体材料之间的共价键合必须在显著低于U00。C的温度下完 成。对于更低温度的需求还使得将半导体晶片在通过例如氢离子注入形成的损 伤边界或分离带分离成各部分成为挑战。此外，在基于玻璃的材料代替硅用作支承衬底材料时，基于玻璃的材料的 热膨胀应与绝缘体上半导体(SOI)结构的半导体层的热膨胀匹配，从而避免 半导体层从绝缘支承衬底分离。虽然一些其热膨胀接近例如硅的半导体材料的 热膨胀的玻璃基材料是已知的，但是精确匹配仍然难以获得。热膨胀失配对高 应力可引起半导体层松解的大晶片尤其棘手。因而，多个问题必须被解决并克服以提供采用由基于玻璃材料的构成的支 承衬底的SOI结构。离子注入和半导体材料与玻璃基衬底的阳极接合已被发现 能解决一些上述问题。 一种用于执行半导体材料的阳极接合的有用方法在例如 2004年2月12日提交的美国专利申请No. 10/779,582中描述，该专利申请通 过引用完全结合于此。为表达清楚起见，以下将称基于玻璃的材料为玻璃衬底， 并且理解还引用诸如玻璃-陶瓷之类的其他基于玻璃的材料。如美国专利申请No. 10/779,582中所述的使阳极接合在其当前实践中低效 的一个问题是大多数的(如果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在衬底（２２）上形成半导体膜的方法，包括：　提供半导体晶片（１０）；　离子注入所述半导体晶片；　去除所述半导体晶片（１０）的各部分（１６）以在所述晶片上形成凸起部分（１８）；　将所述晶片（１０）的所述凸起部分（１ ８）接合到所述衬底（２２）；　使所述凸起部分（１８）与所述晶片（１０）分离以在所述衬底上形成所述半导体膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-5-12 11/433,0861. 一种在衬底(22)上形成半导体膜的方法，包括提供半导体晶片(10)；离子注入所述半导体晶片；去除所述半导体晶片(10)的各部分(16)以在所述晶片上形成凸起部分(18)；将所述晶片(10)的所述凸起部分(18)接合到所述衬底(22)；使所述凸起部分(18)与所述晶片(10)分离以在所述衬底上形成所述半导体膜。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接合包括约束所述晶片 的边缘并向所述凸起部分(18)施压以使其与所述衬底接触。3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述约束包括以相同角间距 将所述晶片边缘约束在所述晶片(10)的圆周周围。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凸起部分(18)是矩形的。5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接合是阳极接合。6. —种在玻璃衬底(22)上形成半导体膜的方法，包括 在半导体晶片(10)上形成分离带(12);去除所述半导体晶片(10)的一部分(16)以在所述晶片上形成凸起部分 (18);使所述凸起部分(18)阳极接合到所述玻璃衬底(22); 使所述凸起部分(18)与所述晶片(10)分离；以及 其中所述接合包括约束所述晶片的边缘，并且向所述凸起部分施压以使其 与所述衬底接触。7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述接合之前 加热所述晶片和所述衬底。8. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述半导体晶片包括硅。9. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述去除包括从由光刻、子孔径确定性和选择性抛光、以及通过等离子体辅助化学蚀刻的子孔径加工构成 的组中选出的方法。10. 如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：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]