專利名稱：改進的薄化法制造的玻璃絕緣體上的半導(dǎo)體的制作方法
改進的薄化法制造的玻璃絕緣體上的半導(dǎo)體
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及采用改進的膜薄化法制造絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)結(jié)構(gòu)。
迄今，最廣泛用于絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料是硅。文獻中將這種
結(jié)構(gòu)稱作絕緣體上硅結(jié)構(gòu)，并縮寫為"SOI" 。 SOI技術(shù)對高性能薄膜晶體管、 太陽能電池和如有源矩陣顯示器的顯示器越來越重要。SOI結(jié)構(gòu)可以包括在絕 緣材料上的基本為單晶硅的薄層(厚度一般為O. 1- 0.3微米，但有些情況，厚 度可達5微米)。
為便于陳述，有時下面的討論按SOI結(jié)構(gòu)進行。參照這種特定SOI結(jié)構(gòu)類 型來說明本發(fā)明，但是這種特定結(jié)構(gòu)并不意圖，并且也不會以任何方式限制本 發(fā)明的范圍。本文中使用SOI縮寫來一般性表示絕緣體上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括 但不限于絕緣體上的硅結(jié)構(gòu)。類似地，本文中使用SiOG縮寫來一般性表示玻 璃上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括但不限于玻璃上的硅結(jié)構(gòu)。SiOG術(shù)語還意圖包括在玻 璃-陶瓷上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括但不限于在玻璃-陶瓷上的硅結(jié)構(gòu)?？s寫S0I包 括SiOG結(jié)構(gòu)。
獲得SOI結(jié)構(gòu)晶片的各種方法包括在晶格匹配的基片上外延生長硅(Si)。 另一種方法包括將單晶硅晶片與另一個其上已生長Si02的氧化物層的硅晶片 結(jié)合，然后對頂部的晶片向下拋光或蝕刻例如0.05-0.3微米的單晶硅層。另 一些方法包括離子注入法，該方法中，將氫或者氧注入，在氧離子注入情況形 成嵌埋在硅晶片中的氧化物層，其上覆蓋Si，或者在氫離子注入情況下，則分 離(脫落)出與具有氧化物層的另一Si晶片相結(jié)合的薄硅層。
前兩種方法無法得到在成本和/或結(jié)合強度以及耐久性方面都令人滿意的 結(jié)構(gòu)。涉及氫離子注入的后一種方法已經(jīng)引起注意，并被認為好于前面的方法， 因為氫離子注入法需要的注入能量小于氧離子注入的50%，并且所需劑量小兩 個量級。
美國專利第5， 374， 564號公開一種采用熱法獲得基材上單晶硅膜的方法。 對具有平坦面的硅晶片進行以下步驟(i)通過由離子轟擊硅晶片的一個面進
行注入，形成氣態(tài)微氣泡層，該層限定出硅晶片的下部區(qū)域以及構(gòu)成硅薄膜的上部區(qū)域；(ii)使硅晶片的平坦面與剛性材料層(如絕緣氧化物材料)接觸；和 (iii)在高于進行離子轟擊溫度的溫度下，對硅晶片和絕緣材料的組件進行熱 處理的第三階段。第三階段采用的足夠高的溫度，以將硅薄膜和絕緣材料結(jié)合 在一起，在微氣泡中產(chǎn)生壓力效應(yīng)，使硅薄膜與剩余的硅晶片體分離。(因為 該高溫步驟，該方法不能用低成本的玻璃或玻璃陶瓷基材運作。)
美國專利申請第2004/0229444號揭示一種制備SiOG結(jié)構(gòu)的方法。該方法 的步驟包括(i)對硅晶片表面進行氫離子注入，產(chǎn)生結(jié)合表面；(ii)使該硅 晶片的結(jié)合表面與玻璃基片接觸；(iii)在該晶片和玻璃基片上施加壓力、溫 度和電壓，促進它們之間的結(jié)合；和(iv)冷卻該結(jié)構(gòu)至常溫，促進玻璃基片和 硅薄層從硅晶片分離。
剛脫落后形成的SOI結(jié)構(gòu)可能顯示過高的表面粗糙度(如，約大于或等于 10納米)，硅層厚度過大(即使可以認為該層是"薄的")，以及對硅層的注入 損害(如，由于形成非晶形硅層)。 一些人提議在硅表面從硅材料晶片脫落后采 用化學(xué)機械拋光(CMP)對SOI結(jié)構(gòu)進一步處理。但是，不利的是，CMP法在拋光 時不能從硅薄膜表面均勻地去除材料。對半導(dǎo)體薄膜，典型的薄膜非均勻性(標 準偏差/平均去除厚度)在3-5%范圍。去除的薄膜厚度越多，薄膜厚度的變化相 應(yīng)更差。
CMP法的上述缺點對一些玻璃上硅的應(yīng)用而言尤其成為問題，因為在某些 情況下需要去除高達約300-400納米的材料來獲得所需的硅膜厚度。例如，在 薄膜晶體管(TFT)制造方法中，可能要求硅膜厚度在小于或等于100納米范圍。 另外，對TFT結(jié)構(gòu)還要求表面粗糙度小。
CMP法的另一個問題是在對矩形SOI結(jié)構(gòu)(如，有尖銳的角)進行拋光時的 結(jié)果很差。確實，與SOI結(jié)構(gòu)的中心部分相比其角部分存在的上述表面非均勻 性被擴大。此外，預(yù)期大的SOI結(jié)構(gòu)(如，用于光電應(yīng)用)，其產(chǎn)生的矩形SOI 結(jié)構(gòu)對常規(guī)CMP設(shè)備(通常設(shè)計用于300毫米的標準晶片尺寸)而言太大。成本 也是SOI結(jié)構(gòu)的商業(yè)化應(yīng)用的一個重要考慮因素。但是，CMP法在時間和金錢 方面的費用都較高。如果需要非常規(guī)的CMP設(shè)備來滿足大的SOI結(jié)構(gòu)尺寸，則 成本問題將會明顯惡化。
6發(fā)明概述
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式，提供形成玻璃上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法和 設(shè)備，其包括對給體半導(dǎo)體晶片的注入表面進行離子注入過程，在該給體半 導(dǎo)體晶片中產(chǎn)生脫落層；采用電解使脫落層的注入表面與玻璃基片結(jié)合；將脫
落層與給體半導(dǎo)體晶片分離，因而露出至少一個裂開的表面；和對所述至少一 個裂開的表面進行濕蝕刻。
濕蝕刻方法可以在約20-IO(TC溫度下進行，在該濕蝕刻方法之前或之后沒
有使用氫退火過程。濕蝕刻方法可以在約20-6(TC，例如25'C下進行。
至少一個裂開的表面可包括給體半導(dǎo)體晶片的第一裂開表面以及脫落層
的第二裂開表面?？梢詫裎g刻步驟應(yīng)用于脫落層的第二裂開表面和/或給體
半導(dǎo)體晶片的第一裂開表面。
濕蝕刻方法可包括使至少一個裂開表面接觸酸溶液和堿溶液中的一種或
兩者。作為例子，酸溶液可以包括氫氟酸、硝酸和乙酸中的至少一種。如果使
用堿溶液，堿溶液可以包括KOH， NH4OH，氫氧化四甲銨(TMAH)中的一種或多種。
該溶液或者/另外包括添加劑，如異丙醇，過氧化氫或臭氧化的去離子水
(ozonated deionized water)。
蝕刻方法可以包括使至少一個裂開表面在含蝕刻劑溶液中攪拌。例如，該 攪拌包括溶液攪拌，溶液磁力攪拌，溶液內(nèi)的超聲波傳播以及溶液的噴霧施涂 中的至少一種。
應(yīng)注意，給體半導(dǎo)體晶片可以是結(jié)構(gòu)的一部分，該結(jié)構(gòu)包括基本為單晶的 給體半導(dǎo)體晶片并任選包括設(shè)置在該給體半導(dǎo)體晶片上的外延半導(dǎo)體層。因 此，基本上由單晶給體的半導(dǎo)體晶片材料形成外延層(如，與玻璃基片結(jié)合并 與給體半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)分離的層)?；蛘撸撀鋵邮腔旧嫌赏庋影雽?dǎo)體層(也可包 括單晶給體半導(dǎo)體晶片材料的一部分)形成。
上述濕蝕刻方法可以應(yīng)用于脫落層，而與脫落層是基本上由給體半導(dǎo)體晶 片材料形成還是由外延半導(dǎo)體層形成無關(guān)。
此外/或者，該方法還可包括對脫落層的蝕刻表面和/或給體半導(dǎo)體晶片 (或結(jié)構(gòu))的蝕刻表面進行拋光。拋光步驟可包括使用基于二氧化硅的漿料或半
導(dǎo)體工業(yè)領(lǐng)域己知的類似材料對蝕刻表面進行拋光。拋光壓力可約為1-100 psi，拋光壓盤速度可約為25-1000 rpm。如本領(lǐng)域已知，該拋光過程可能是確 定性的拋光技術(shù)。在一個或多個實施方式中，結(jié)合步驟可包括對玻璃基片和給體半導(dǎo)體晶 片中的至少一個加熱；通過脫落層使玻璃基片與給體半導(dǎo)體晶片直接或間接接
觸；在玻璃基片和給體半導(dǎo)體晶片上施加電壓電勢，引起結(jié)合。玻璃基片和半 導(dǎo)體晶片的溫度升高至玻璃基片應(yīng)變點的約15(TC之內(nèi)。玻璃基片和半導(dǎo)體晶 片的溫度可以升高至不同溫度。在玻璃基片和半導(dǎo)體晶片上的電壓電勢可約為 100-2000伏。通過對結(jié)合的玻璃基片、脫落層和給體半導(dǎo)體晶片冷卻，可誘發(fā)
應(yīng)力，使在脫落層發(fā)生顯著的碎裂。
結(jié)合附圖對本發(fā)明進行描述后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能更清楚理解本發(fā)明的
其他方面、特征、優(yōu)點等。 附圖簡述
為說明本發(fā)明的各方面的目的，在附圖中示出優(yōu)選形式，但是，應(yīng)理解， 本發(fā)明不限于所示的精確排列和設(shè)施。
圖l是說明按照本發(fā)明的一個或多個實施方式的SiOG裝置的結(jié)構(gòu)的框圖2是說明制造

圖1的SiOG結(jié)構(gòu)的步驟的流程圖； 圖3-6是說明采用圖2的方法形成的中間結(jié)構(gòu)和最終結(jié)構(gòu)的框圖。 圖7是說明用于對中間結(jié)構(gòu)進行處理以產(chǎn)生圖1的SiOG結(jié)構(gòu)的蝕刻浴結(jié) 構(gòu)的框圖；和
圖8是說明與蝕刻方法聯(lián)合使用的另外或附加的拋光過程，以產(chǎn)生另一種 SiOG結(jié)構(gòu)的框圖。
發(fā)明詳述
參見附圖，其中，相同的附圖標記包括相同的元件，圖l中示出按照本發(fā) 明的一個或多個實施方式的SiOG結(jié)構(gòu)100。 SiOG結(jié)構(gòu)100可以包括玻璃基片 102和半導(dǎo)體層104。該SiOG結(jié)構(gòu)100適用于制造以下裝置薄膜晶體管(TFT)， 如用于顯示應(yīng)用，包括有機發(fā)光二極管(OLED)顯示器和液晶顯示器(LCD)，集 成電路，光電裝置等。
層104的半導(dǎo)體材料可以是基本為單晶材料的形式。在描述層104中所用 的術(shù)語"基本上"是考慮到半導(dǎo)體材料通常含有一些固有或有目的加入的內(nèi)部 缺陷或表面缺陷的事實，如晶格缺陷或很少的晶粒邊界。該術(shù)語還基本上反映 了以下事實，特定的摻雜劑可以歪曲或者影響半導(dǎo)體材料的晶體結(jié)構(gòu)。為便于討論的目的，假設(shè)半導(dǎo)體層104是由硅形成的。但是，應(yīng)理解，所 述半導(dǎo)體材料可以是基于硅的半導(dǎo)體或者是其他任何類型的半導(dǎo)體，如半導(dǎo)體 類III-V, II-IV， II-IV-V等。這些材料的例子包括硅(Si)、摻雜鍺的硅 (SiGe)、碳化硅(SiC)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs) 、 GaP和InP。
玻璃基片102可以由氧化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷形成。雖然沒有要求，
但是本文所述的實施方式可以包括應(yīng)變點約低于i，ooo x:的氧化物玻璃或玻璃
陶瓷。如玻璃制造領(lǐng)域常規(guī)定義的，應(yīng)變點是玻璃或玻璃陶瓷的粘度為1014'6 泊(10136 Pa.s)時的溫度。在氧化物玻璃和氧化物玻璃陶瓷之間，玻璃可能具 有制造簡便的優(yōu)點，因此玻璃更廣泛易得并且更廉價。
例如，玻璃基片102可以由含堿土離子的玻璃基片形成，例如，由康寧有 限公司的玻璃組合物(CORNING INCORPORATED GLASS COMPOSITION)NO. 1737或 者康寧有限公司的玻璃組合物NO. EAGLE 2000tm制造的基片。這些玻璃材料的特 別用途是例如制造液晶顯示器。
玻璃基片的厚度在約0. 1-10毫米范圍，如約0. 5-3毫米。對某些SOI結(jié) 構(gòu)，要求絕緣層厚度大于或等于約l微米，如用以避免具有硅/二氧化硅/硅構(gòu) 形的標準SOI結(jié)構(gòu)在高頻下運行時出現(xiàn)的寄生電容效應(yīng)。過去，很難達到這樣 的厚度。按照本發(fā)明，通過簡單使用厚度大于或等于約l微米的玻璃基片102， 可以簡便地實現(xiàn)絕緣層厚度大于1微米的SOI結(jié)構(gòu)。玻璃基片的厚度的下限可 以約為l微米。
一般而言，玻璃基片102應(yīng)有足夠的厚度，以在整個結(jié)合處理步驟，以及 在SiOG結(jié)構(gòu)100上進行的后續(xù)處理期間支承半導(dǎo)體層104。盡管對玻璃基片 102的厚度沒有理論上的上限，超出支承功能所需或者對最終SiOG結(jié)構(gòu)100要 求的厚度都是不利的，因為玻璃基片102的厚度越大，在完成形成SiOG結(jié)構(gòu) 100的處理步驟的至少某些步驟中遇到的困難越多。
氧化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷基片102可以是基于二氧化硅的。因此，氧 化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷中Si02的摩爾百分比可以大于30摩爾％，并可以大 于40摩爾％。在玻璃陶瓷的情況，晶相可以是多鋁紅柱石、堇青石、鈣長石、 尖晶石或為玻璃陶瓷領(lǐng)域已知的其他晶相。在實施本發(fā)明的一個或多個實施方 式中可以使用非二氧化硅基的玻璃和玻璃陶瓷，但是，因為這些玻璃和玻璃陶 瓷的較高成本和/或差的性能特性而一般不具有優(yōu)勢。類似地，對某些應(yīng)用， 例如使用不是基于硅的半導(dǎo)體材料的SOI結(jié)構(gòu)，可能需要不是基于氧化物的玻璃基片，如非氧化物的玻璃，但是因為這種玻璃的高成本而一般不具有優(yōu)勢。 如下面詳細討論的，在一個或多個實施方式中，將玻璃或玻璃陶瓷基片102設(shè) 計成能與其結(jié)合的層104的一種或多種半導(dǎo)體材料(如，硅、鍺等)的熱膨脹系
數(shù)(CTE)相配。CTE匹配能在沉積過程的加熱周期中保證要求的機械性質(zhì)。
對特定應(yīng)用，如顯示器應(yīng)用，玻璃或玻璃陶瓷102在可見光、近UV和/或 IR波長范圍可以是透明的，例如，玻璃或玻璃陶瓷102在350納米至2微米波 長范圍可以是透明的。
雖然玻璃基片102可以由單層玻璃或玻璃陶瓷層構(gòu)成，需要時也可以使用 層疊的結(jié)構(gòu)。使用層疊結(jié)構(gòu)時，層疊物中最靠近半導(dǎo)體層104的層可具有本文 對單層玻璃或玻璃陶瓷構(gòu)成的玻璃基片102討論的性質(zhì)。遠離半導(dǎo)體層104的 層也可以具有這些性質(zhì)，但是對性質(zhì)的要求可以比較寬松，因為這些層沒有和 半導(dǎo)體層104直接接觸。在后一種情況，當不再能滿足對玻璃基片規(guī)定的性質(zhì) 時，認為玻璃基片102的作用終結(jié)。
下面參考附圖2-6。圖2說明制造圖1 (和/或本文揭示的其他實施方式)的 SiOG結(jié)構(gòu)IOO進行的方法步驟，而圖3-6說明實施圖2的方法形成的中間結(jié)構(gòu)。 首先參見圖2和3，在操作202中，制備給體半導(dǎo)體晶片120的注入表面121， 例如，通過拋光、清潔等，產(chǎn)生適合與玻璃或玻璃陶瓷基片102結(jié)合的相對平 坦和均勻的注入表面121。為了便于討論的目的，半導(dǎo)體晶片120可以是基本 為單晶Si晶片，盡管如上討論的可以使用任何其他合適的半導(dǎo)體導(dǎo)體材料。
在操作204中，脫落層122是通過以下方式形成的，即通過對注入表面121 進行一個或多個離子注入過程，在給體半導(dǎo)體晶片120的注入表面121之下形 成弱化的區(qū)域。雖然本發(fā)明的實施方式不限于形成脫落層122的任何具體方法， 一種合適的方法規(guī)定給體半導(dǎo)體晶片120的注入表面121可以進行氫離子注入 過程，以至少引發(fā)在給體半導(dǎo)體晶片120中產(chǎn)生脫落層122?？刹捎贸Ｒ?guī)方法 調(diào)節(jié)注入能量，以獲得一般厚度的脫落層122，如約300-500納米。例如，可
以采用氫離子注入，盡管可以采用其他離子或多種離子，例如硼+氫，氦+氫， 或者從有關(guān)文獻獲知的其他用于脫落的離子。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍條
件下，可以使用任何其他已知的技術(shù)或以下開發(fā)的適合形成脫落層122的技術(shù)。 操作206中，對給體半導(dǎo)體晶片120進行處理，以降低例如在注入表面121 上的氫離子濃度。例如，可以對給體半導(dǎo)體晶片120進行清洗和清潔，并對脫 落層122的注入給體表面121進行溫和的氧化。該溫和氧化處理可包括氧等離子體中的處理，臭氧處理，用過氧化氫、過氧化氫和氨、過氧化氫和酸進行 處理，或者這些處理方式的組合。預(yù)期在這些處理清潔，氫封端的表面基團氧 化為羥基，而羥基又會使硅晶片表面變?yōu)橛H水性。對氧等離子體，可以在室溫
進行該處理，對氨或酸處理，可以在25-15(TC溫度進行。
參見圖2和4，在操作208，可以采用電解方法，使玻璃基片102與脫落 層122結(jié)合。合適的電解結(jié)合方法在美國專利申請No. 2004/0229444中描述， 該專利申請的全文通過參考結(jié)合。下面討論這種方法的各步驟。在結(jié)合過程中， 對玻璃基片102(和脫落層122，如果還未完成)進行適當?shù)谋砻媲鍧?。然后?使中間結(jié)構(gòu)直接或間接接觸，實現(xiàn)圖4所示的排列。在該接觸之前或之后，對 包括給體半導(dǎo)體晶片120、脫落層122和玻璃基片102的結(jié)構(gòu)體在不同的溫度 梯度下加熱。加熱玻璃基片102至高于給體半導(dǎo)體晶片120和脫落層122的溫 度。例如，玻璃基片102與給體半導(dǎo)體晶片120(和脫落層122)之間的溫度差 至少為rC，但是，該溫度差可以高達約100-150°C。該溫度差對具有與給體 半導(dǎo)體晶片120匹配(如與硅的CTE匹配)的熱膨脹系數(shù)(CTE)的玻璃是理想的， 因為該溫度差可促進之后脫落層122與半導(dǎo)體晶片120因熱應(yīng)力而分離。
玻璃基片102與給體半導(dǎo)體晶片120之間的溫度差達到穩(wěn)定后，向該中間 組件施加機械壓力。該壓力范圍約為1-50 psi。施加較高的壓力，如大于IOO psi的壓力可能引起玻璃基片102碎裂。
玻璃基片102和給體半導(dǎo)體晶片120的溫度可以在玻璃基片120的應(yīng)變點 的+/-約15(TC內(nèi)的溫度。
然后，在中間組件上施加電壓，例如，以給體半導(dǎo)體晶片120在正電極， 玻璃基片102在負電極的方式施加電壓。施加電壓電勢使玻璃基片102中的堿 金屬離子或堿土金屬離子移動離開半導(dǎo)體/玻璃界面，進一步進入玻璃基片 102。施加電壓電勢實現(xiàn)以下兩個功能(i)產(chǎn)生無堿金屬或堿土金屬離子的界 面；和(ii)在相對較低溫度下加熱，玻璃基片102成為高反應(yīng)性并能與給體半 導(dǎo)體晶片120的脫落層122牢固結(jié)合。
參見圖2和5，中間組件在上述條件下保持一段時間(如，約等于或小于l 小時)后，在操作210，解除電壓，使中間組件冷卻至室溫。然后，將給體半導(dǎo) 體晶片120和玻璃基片102分離，如果半導(dǎo)體晶片和玻璃基片還沒有完全分離， 可包括某些剝離，獲得具有相對薄的脫落層122的玻璃基片102，該脫落層是 由與之結(jié)合的給體半導(dǎo)體層120的半導(dǎo)體材料形成的。該分離可以通過脫落層
11122由于熱應(yīng)力造成碎裂來實現(xiàn)?；蛘?另外，可以使用機械應(yīng)力(如熱水射流 切割)或化學(xué)蝕刻來實施分離。
如圖5所示，分離后，產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)可以包括玻璃基片102和與之結(jié)合的半 導(dǎo)體材料的脫落層122。剛脫落后的SOI結(jié)構(gòu)的裂開表面123顯示過高的表面 粗糙度，硅層厚度過大以及對硅層的注入損害(如，因為形成非晶形硅層)。在 某些情況，非晶形硅層的厚度在約50-150納米數(shù)量范圍。此外，依據(jù)注入能 量和注入時間，脫落層的厚度約為300-500納米范圍。為了便于討論的目的， 假設(shè)半導(dǎo)體層104的最終厚度應(yīng)小于l微米，例如，小于約100納米，如小于 或等于40納米。
因此，參見圖2的操作212和圖6，裂開的表面123進行后處理，該后處 理包括對裂開的表面123進行相對低溫濕蝕刻處理。濕蝕刻過程的溫度約為 20-IO(TC，或者為20-60°C，例如，25°C。優(yōu)選在濕蝕刻過程之前或之后不使 用氫退火過程的條件下進行該濕蝕刻過程。
參見圖7，濕蝕刻過程可以在蝕刻浴150中進行，可以控制蝕刻浴的溫度。 蝕刻浴150可以包括蝕刻溶液152,在該溶液中放入SOI中間結(jié)構(gòu)。蝕刻過程 的目的是去除脫落層122的一部分124，留下半導(dǎo)體層104。蝕刻溶液152可 以包括酸溶液和堿溶液中的一種。作為例子，使用酸溶液的時候，蝕刻溶液152 可以包括氫氟酸、硝酸和乙酸中的至少一種。使用堿溶液時，蝕刻溶液152可 以包括KOH， NH40H，氫氧化四甲銨(TMAH)等中的一種或多種。該蝕刻溶液152
或包括或者附加包括添加劑，如異丙醇，過氧化氫或臭氧化的去離子水。
該蝕刻過程包括使裂開的表面123進行蝕刻溶液152攪拌。例如，可以預(yù) 備蝕刻浴150，使所述攪拌包括例如通過磁力攪拌，攪拌溶液。或者或附加地， 可預(yù)備浴150，使所述攪拌可包括在溶液152內(nèi)的超聲波和/或超大聲波 (megasonic wave)傳播。應(yīng)理解，可以采用其他攪拌技術(shù)，例如，通過采用向 裂開的表面123噴霧施用蝕刻溶液152。
通過蝕刻劑組成、蝕刻時間和蝕刻溫度中的一種或多種控制該蝕刻過程 (并因此控制材料124的去除和表面粗糙度)。已除去所需量的材料124時，可 以終止該蝕刻過程，對蝕刻劑中和(例如，進行水漂洗或使用另一種中和劑)。 蝕刻在SiOG結(jié)構(gòu)100的半導(dǎo)體層104上產(chǎn)生相對平滑的蝕刻表面123A。
參見圖2，操作214和圖8，該方法還附加/或者包括對半導(dǎo)體層104的蝕 刻表面123A進行拋光。拋光步驟的目的是通過對蝕刻表面123A拋光至拋光的表面123B，從半導(dǎo)體層104去除額外的材料126。拋光步驟可包括使用拋光(或 磨光)設(shè)備，基于二氧化硅的漿料或半導(dǎo)體工業(yè)領(lǐng)域已知的類似材料對蝕刻表 面123A進行磨光。拋光壓力可約為1-100psi，拋光壓盤速度約為25-1000 rpm。 如本領(lǐng)域已知，該拋光過程可能是確定性的拋光技術(shù)。
拋光步驟后，保留的半導(dǎo)體層104A比只進行蝕刻的半導(dǎo)體層明顯更薄和/ 或更光滑。
下面參照上述SiOG進一步詳細描述本發(fā)明的另一些實施方式。例如，脫 落層122從給體半導(dǎo)體晶片120分離的結(jié)果可能產(chǎn)生給體半導(dǎo)體晶片120的第 一裂開表面和脫落層122的第二裂開表面123。如上面討論的，濕蝕刻方法可 應(yīng)用于脫落層122的第二裂開表面122。附加或者可替代地，濕蝕刻方法可以 應(yīng)用于給體半導(dǎo)體晶片120的第一裂開表面(采用以上所述的一種或多種技 術(shù))。
在本發(fā)明的另一個實施方式中，給體半導(dǎo)體晶片可以是給體結(jié)構(gòu)的一部 分，包括基本為單晶的給體半導(dǎo)體晶片120以及設(shè)置在該給體半導(dǎo)體晶片上的 外延半導(dǎo)體層。(有關(guān)SOI中外延生長的半導(dǎo)體層的詳細內(nèi)容可參見2005年6 月23日提交的美國專利臨時申請No. 11/159, 889，其全文通過參考結(jié)合于本文。) 因此，脫落層122是基本上由外延半導(dǎo)體層(也包括從晶片120的單晶給體半 導(dǎo)體材料的一部分)形成。因此，上述濕蝕刻方法可應(yīng)用于脫落層的裂開表面， 所述脫落層基本上由外延半導(dǎo)體材料和/或外延半導(dǎo)體材料與單晶半導(dǎo)體材料 的組合形成。
在本發(fā)明的另一個實施方式中，上述拋光處理可應(yīng)用于給體半導(dǎo)體晶片 120的蝕刻表面。
實施例1
進行以下試驗，以證明上述薄化方法在SiOG結(jié)構(gòu)上的適應(yīng)性。將具有500 納米厚的硅脫落層的SiOG結(jié)構(gòu)浸在35% KOH蝕刻溶液中，于約25'C蝕刻4分 鐘。采用磁力攪拌的方法攪拌蝕刻溶液。然后，從蝕刻溶液中取出SiOG結(jié)構(gòu)， 并用去離子水清洗，終止該蝕刻操作。測量蝕刻的表面的表面粗糙度，顯示粗 糙度為7.1埃(RMS)。半導(dǎo)體層的厚度約為470納米，對大多數(shù)蝕刻表面，均 勻性偏離遠小于10納米。采用半導(dǎo)體層厚度測量來計算蝕刻速率，蝕刻速率 為7納米/分鐘。實施例2
將具有500納米厚的硅脫落層的SiOG結(jié)構(gòu)浸在25。/。 KOH蝕刻溶液中，于 約25"C蝕刻4分鐘。采用超聲波攪拌的方法攪拌蝕刻溶液。然后，從蝕刻溶液 中取出SiOG結(jié)構(gòu)，并用去離子水清洗，終止該蝕刻操作。測量蝕刻的表面的 表面粗糙度，顯示粗糙度為7.6埃(RMS)。半導(dǎo)體層的厚度約為344納米，均 勻性偏離約為8納米。蝕刻速率為38納米/分鐘。
實施例3
將具有500納米厚的硅脫落層的SiOG結(jié)構(gòu)浸在45% KOH蝕刻溶液中，于 約25'C蝕刻4分鐘。采用磁力攪拌的方法攪拌蝕刻溶液。然后，從蝕刻溶液中 取出SiOG結(jié)構(gòu)，并用去離子水清洗。終止該蝕刻操作。蝕刻表面的表面粗糙 度為8.埃(RMS)。半導(dǎo)體層的厚度約為438納米，均勻性偏離約為8納米。蝕 刻速率為18納米/分鐘。
實施例4
重復(fù)實施例3的試驗，但使用超聲波攪拌蝕刻溶液。蝕刻表面的表面粗糙 度為9.7埃(RMS)。半導(dǎo)體層的厚度約為414納米，均勻性偏離約為6納米。 蝕刻速率為21納米/分鐘。
實施例5
將具有500納米厚的硅脫落層的SiOG結(jié)構(gòu)浸在15 %氨(NH40H)蝕刻溶液 中，于約25。C蝕刻4分鐘。采用超聲波攪拌的方法攪拌蝕刻溶液。然后，從蝕 刻溶液中取出SiOG結(jié)構(gòu)，并用去離子水清洗，終止該蝕刻操作。蝕刻表面的 表面粗糙度為9埃(RMS)。半導(dǎo)體層的厚度約為472納米，均勻性偏離約為46 納米。蝕刻速率為6納米/分鐘。
實施例6
將具有500納米厚的硅脫落層的SiOG結(jié)構(gòu)浸在157:1:10 (體積比)的 麗03(70%，重量％)，(49%，重量。/。)CH3C00H (86%,重量％)的混合物中，于約 25。C蝕刻2.5分鐘。采用lMHz的超大聲波攪拌的方法攪拌蝕刻溶液。然后， 從蝕刻溶液中取出SiOG結(jié)構(gòu)，并用去離子水清洗，終止該蝕刻操作。蝕刻表
14面的表面粗糙度為2-4埃(RMS)。半導(dǎo)體層的厚度約為349納米，均勻性偏離 約為11納米。蝕刻速率為64.8納米/分鐘。
實施例7
將具有500納米厚的硅脫落層的SiOG結(jié)構(gòu)浸在臭氧化的HF溶液中，于約 25"C蝕刻20分鐘。03濃度保持在55-60ppm， 49重量％的HF用去離子水稀釋， 稀釋比按照體積計為1:100。采用超大聲波攪拌的方法攪拌蝕刻溶液。然后， 從蝕刻溶液中取出SiOG結(jié)構(gòu)，并用去離子水清洗，終止該蝕刻操作。蝕刻表 面的表面粗糙度為2-5埃(RMS)。半導(dǎo)體層的厚度約為232納米，均勻性偏離 約為23納米。蝕刻速率為11. 5納米/分鐘。
實施例8
為證實采用濕蝕刻方法制備再用于SiOG方法的給體半導(dǎo)體晶片的適應(yīng)性， 用各種濃度的KOH溶液、酸溶液于室溫進行試驗。將三個給體半導(dǎo)體晶片浸在 燒杯中的25。C的25MK0H溶液中，分別蝕刻20分鐘、40分鐘和60分鐘，并采 用超聲波攪拌。然后從溶液中取出晶片，立用去離子水進行漂洗。蝕刻速率為 50納米/分鐘，表面粗糙度為6-8埃(RMS)。蝕刻40分鐘或更長時間，可以除 去表面缺陷如圓形空隙。
實施例9
重復(fù)實施例8的試驗，使用濃度為10%， 35%和45%的KOH溶液，于25'C在 超聲浴中，各進行6分鐘蝕刻，然后進行相同的漂洗過程。發(fā)現(xiàn)后蝕刻的表面 粗糙度在6-9埃(RMS)范圍。
實施例10
重復(fù)實施例8的試驗，其中，在濃度為10%， 25%, 35%和45%的KOH溶液 中加入飽和IPA。將給體半導(dǎo)體晶片浸在上述溶液中6分鐘，并使用超聲攪拌。 如前所述用去離子水對晶片進行漂洗。測定后蝕刻的表面粗糙度，在6-8埃(RMS) 范圍。
雖然參照特定實施方式描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，這些實施方式僅是對本 發(fā)明的原理和應(yīng)用進行說明。因此，應(yīng)理解，在不偏離由所附權(quán)利要求書定義的本發(fā)明的精神和范圍下，可以對說明性實施方式進行各種修改并設(shè)計其他的 設(shè)置。
權(quán)利要求
1. 一種形成玻璃上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括對給體半導(dǎo)體晶片的注入表面進行離子注入操作，產(chǎn)生給體半導(dǎo)體晶片的脫落層；采用電解將脫落層的注入表面與玻璃基片結(jié)合；使脫落層與給體半導(dǎo)體晶片分離，露出至少一個裂開的表面；和在濕蝕刻過程之前或之后，在不使用氫退火操作的情況下，對至少一個裂開的表面在約20-100℃進行濕蝕刻過程。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，至少一個裂開的表面包括給體 半導(dǎo)體晶片的第一裂開表面以及脫落層的第二裂開表面。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述濕蝕刻步驟至少應(yīng)用于脫 落層的第二裂開表面。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述濕蝕刻步驟至少應(yīng)用于給 體半導(dǎo)體晶片的第一裂開表面。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述濕蝕刻過程在約20-60°C 的溫度下進行。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述濕蝕刻過程在約25X:的溫 度下進行。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述濕蝕刻過程包括使至少一 個裂開表面與酸溶液和堿溶液之一接觸。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，酸溶液包括氫氟酸、硝酸和乙 酸中的至少一種。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述溶液包含水。
10. 如權(quán)利耍求7所述的方法，其特征在于，所述溶液包含堿蝕刻劑。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述堿蝕刻劑選自下組K0H、 NH40H、氫氧化四甲銨，即TMAH。
12. 如權(quán)利耍求7所述的方法，其特征在于，所述溶液包含添加劑。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述添加劑是以下的一種 異丙醇、過氧化氫和臭氧化水。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述蝕刻過程包括對至少一個裂開表面進行含蝕刻劑的溶液的攪拌。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述攪拌包括以下的至少一 種攪拌溶液，溶液磁力攪拌，溶液內(nèi)的超聲波傳播以及溶液的噴霧施用。
16. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述結(jié)合步驟包括-對玻璃基片和給體半導(dǎo)體晶片中的至少一個進行加熱； 通過脫落層，使玻璃基片與給體半導(dǎo)體晶片直接或間接接觸；和 在玻璃基片和給體半導(dǎo)體晶片上施加電壓電勢，以誘發(fā)該結(jié)合。
17. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述給體半導(dǎo)體晶片選自下 組硅(Si)、摻雜鍺的硅(SiGe)、碳化硅(SiC)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、 GaP 和InP。
18. —種形成玻璃上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括 使用電解，使給體半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面與玻璃基片結(jié)合；通過脫落，將結(jié)合在玻璃基片上的層從給體半導(dǎo)體晶片分離，因而露出至 少一個裂開表面；和在濕蝕刻過程之前或之后，在不使用氫退火過程的情況下，使至少一個裂 開的表面在約20-10(TC進行濕蝕刻過程。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述給體半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括基 本上單晶的給體半導(dǎo)體晶片，所述分離的層基本上由該單晶給體半導(dǎo)體晶片材 料形成。
20. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述給體半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括給 體半導(dǎo)體晶片和設(shè)置在該給體半導(dǎo)體晶片上的外延半導(dǎo)體層，所述分離的層基本上由該外延半導(dǎo)體層形成。
21. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，至少一個裂開的表面可包括給體半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一裂開表面以及分離層的第二裂開表面。
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述濕蝕刻步驟應(yīng)至少用于分離層的第二裂開表面。
23. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述濕蝕刻步驟至少應(yīng)用于 給體半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一裂開表面。
24. 如權(quán)利要求18所述的方法，該方法還包括對分離層和給體半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)中至少一個的蝕刻表面進行拋光。
25. 如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述拋光步驟包括用二氧化硅基漿料對蝕刻表面進行磨光。
26. 如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述拋光壓力約為1-100psi。
27. 如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述拋光壓盤的速度約為 25-1000 rpm。
28. 如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，拋光步驟是確定性的拋光 技術(shù)。
全文摘要
制造玻璃上半導(dǎo)體(SiOG)結(jié)構(gòu)的方法和設(shè)備，其包括對給體半導(dǎo)體晶片的注入表面進行離子注入過程，在該給體半導(dǎo)體晶片中產(chǎn)生脫落層；采用電解使脫落層的注入表面與玻璃基片結(jié)合；將脫落層與給體半導(dǎo)體晶片分離，因而露出至少一個裂開的表面；和對至少一個裂開的表面進行濕蝕刻。
文檔編號H01L21/425GK101438395SQ200780014202
公開日2009年5月20日 申請日期2007年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月21日
發(fā)明者J·F·麥齊, K·P·加德卡里, M·A·斯托克, M·J·莫爾, 馮江蔚 申請人:康寧股份有限公司