[發(fā)明專利]玻璃和玻璃－陶瓷上鍺結(jié)構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680052647.2
• 申請日: 2006-12-22
• 公開（公告）號: CN101371348A
• 公開（公告）日: 2009-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: P·S·丹尼爾森;M·J·德內(nèi)卡;K·P·加德卡里;J·C·拉普;L·R·平克尼
• 申請（專利權(quán)）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762;H01L21/20;C03C3/04;H01L21/84
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 朱黎明

相關(guān)申請的交叉參考

本發(fā)明申請根據(jù)35?U.S.§119(e)要求于2006年1月3日提交的美國臨 時申請序列第60/755934號的優(yōu)先權(quán)。

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及絕緣體上的半導(dǎo)體(SOI)結(jié)構(gòu)，如在玻璃或玻璃陶瓷上的半導(dǎo)體， 以及涉及這種絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法。具體地，本發(fā)明涉及玻璃或玻璃- 陶瓷上鍺結(jié)構(gòu)(GeOG)，更具體地是在膨脹匹配的玻璃或玻璃-陶瓷基材上的鍺。

迄今為止，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。在文獻(xiàn)中 將這種結(jié)構(gòu)稱為“絕緣體上硅結(jié)構(gòu)”(silicon-on-insulator?structure)，這種結(jié)構(gòu)使 用縮寫“SOI”。絕緣體上硅的技術(shù)在以下應(yīng)用中的重要性日益增加：高性能 光伏應(yīng)用(如，太陽能電池)，薄膜晶體管應(yīng)用，以及有源矩陣顯示器之類的顯 示器。已知的絕緣體上硅晶片包含在絕緣材料上的基本為單晶硅的薄層(厚度 一般為0.1-0.3微米，但是，在某些情況厚度可達(dá)5微米)。

為了便于陳述，下文的討論將時常使用術(shù)語“絕緣體上硅結(jié)構(gòu)”。通過借 用這種特定種類的絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)來方便對本發(fā)明的解釋，但絕不是、也 不應(yīng)理解為對本發(fā)明的范圍構(gòu)成任何限制。在本文中，縮寫SOI一般地表示絕 緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括但不限于絕緣體上硅和絕緣體上鍺結(jié)構(gòu)。類似地，縮 寫SOG用來一般地表示玻璃上半導(dǎo)體(semiconductor-on-glass)結(jié)構(gòu)，其包括但 不限于玻璃上硅(silicon-on-glass)(SiOG)和玻璃上鍺(GeOG)結(jié)構(gòu)。術(shù)語SOG還 包括玻璃-陶瓷上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括但不限于玻璃-陶瓷上硅結(jié)構(gòu)。縮寫SOI 包括SOG結(jié)構(gòu)。

得到SOI結(jié)構(gòu)的各種方法包括在晶格匹配的基材上外延生長Si。另一種方 法包括將單晶硅晶片結(jié)合在另一硅晶片上，后者之上已生長有SiO₂的氧化層， 然后將頂部晶片拋光或蝕刻至例如0.1-0.3微米的單晶硅層。其他方法包括離子 注入法，在此方法中，注入氫離子或氧離子，對于氧離子注入情況，在頂部具 有Si的硅晶片中形成埋置的氧化物層，或者對于氫離子注入情況，使薄Si層分 離(剝落)，使另一Si晶片與氧化層結(jié)合。

從成本和/或結(jié)合強(qiáng)度(bond?stregth)以及耐久性方面考慮，前兩種方法 都不能得到滿意的結(jié)構(gòu)。后一種方法包括氫離子注入，這種方法已引起人們的 注意，并被認(rèn)為比前兩種方法具有優(yōu)勢，因為這種方法所需的注入能量小于注 入氧離子時的能量的50％，所需的注入劑量比前兩種方法小兩個數(shù)量級。

通過氫離子注入的剝落方法通常由以下步驟組成。在單晶硅晶片上生長熱 氧化層。然后將氫離子注入該晶片中，產(chǎn)生表面下的裂紋。注入能量決定了產(chǎn) 生裂紋的深度，注入劑量決定了裂紋密度。然后在室溫下將該晶片與另一硅晶 片(支承基片)相接觸地放置，形成暫時性結(jié)合。然后將晶片加熱處理至大約600 ℃，造成表面下的裂紋生長，使硅薄層從硅晶片上分離。然后將所得的組件加 熱至高于1,000℃，使具有SiO₂下層的Si膜與支承基片(即未進(jìn)行注入的Si晶片) 充分結(jié)合。因此該方法形成了一種SOI結(jié)構(gòu)，在此結(jié)構(gòu)中，硅膜與另一硅晶片 互相結(jié)合，其間具有氧化物絕緣體層。

成本是SOI結(jié)構(gòu)用于工業(yè)應(yīng)用的一個重要問題。迄今為止，上述方法和結(jié)構(gòu) 的成本中的主要部分是硅晶片的成本，該硅晶片支承著所述頂部具有Si薄膜的 氧化層，也就是說成本中的主要部分是支承基片的成本。盡管在各專利中已經(jīng) 提到了使用石英作為支承基片(參見美國專利第6,140,209號；第6,211,041號；第 6,309,950號；第6,323,108號；第6,335,231號；以及第6,391,740號)，但是石英本 身是較為昂貴的材料。在討論支承基片的時候，上述一些參考文獻(xiàn)提到了石英 玻璃、玻璃和玻璃-陶瓷。這些文獻(xiàn)中所列的其它支承基材包括金剛石、藍(lán)寶石、 碳化硅、氮化硅、陶瓷、金屬和塑料。