[發(fā)明專利]具有強(qiáng)化層的玻璃上半導(dǎo)體基材及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201180031811.2
• 申請日: 2011-06-28
• 公開（公告）號: CN103262231A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 莊大可;J·S·西特斯;D·德爾帕特;N·B·默罕默德;A·烏森克
• 申請（專利權(quán)）人: 康寧股份有限公司;硅絕緣技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 項(xiàng)丹

要求在先提交的美國申請的權(quán)益

本申請要求2010年6月30日提交的美國專利申請系列第12/827,582號的優(yōu)先權(quán)。此文件的內(nèi)容以及本文提到的出版物、專利和專利文件的所有內(nèi)容都通過參考結(jié)合入本文中。

背景技術(shù)

本文一般地涉及玻璃上半導(dǎo)體（SOG）基材，更具體地涉及在玻璃和半導(dǎo)體之間具有強(qiáng)化層的SOG基材及其制備方法。

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)體材料是單晶硅。文獻(xiàn)中將這種結(jié)構(gòu)稱作絕緣體上硅結(jié)構(gòu)，并將縮寫“SOI”用于這種結(jié)構(gòu)。絕緣體上硅技術(shù)對高性能薄膜晶體管、太陽能電池和顯示器越來越重要。絕緣體上硅晶片由絕緣材料上的基本為單晶硅的薄層（厚度為0.01-1微米）構(gòu)成。本文所用術(shù)語“SOI”應(yīng)該被更廣泛地理解為薄層材料和除了硅之外的以及包含硅的絕緣半導(dǎo)體材料。

獲得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硅。另一種方法包括將單晶硅晶片與另一個(gè)其上已生長SiO₂的氧化物層的硅晶片結(jié)合，然后將上面的晶片向下拋光或蝕刻至例如0.05至0.3微米的單晶硅層。另一些方法包括離子注入法，在該方法中向給體硅晶片注入氫離子，以在硅晶片中產(chǎn)生弱化層，用于分離（剝離）硅薄層，該硅薄層與另一硅晶片層結(jié)合，之間具有絕緣（或阻隔）氧化物層。目前，涉及氫離子注入的后一個(gè)方法比前一個(gè)方法具有優(yōu)勢。

美國專利第5,374,564號揭示了用于制備SOI基材的“智能截止”的氫離子注入薄膜轉(zhuǎn)移和熱結(jié)合方法。通過氫離子注入方法的薄膜剝離和轉(zhuǎn)移通常由以下步驟組成。在單晶硅晶片（給體晶片）上生長熱氧化物膜。熱氧化物膜成為絕緣體/支撐晶片和單晶膜層之間的絕緣埋層或者阻隔層，形成SOI結(jié)構(gòu)。然后將氫離子注入到給體晶片中以產(chǎn)生表面下裂紋。還可以與氫離子一起共注入氦離子。注入能量決定產(chǎn)生裂紋處的深度，而劑量決定該深度處的裂紋密度。然后將給體晶片與另一硅支撐晶片（絕緣支撐、受體或處理基材或者晶片）在室溫下接觸放置，以在給體晶片和支撐晶片之間形成暫時(shí)的結(jié)合。然后在大約600℃對所述晶片進(jìn)行熱處理，引起表面下裂紋生長，使得從給體晶片分離硅薄層或薄膜。然后將組件加熱到高于1000℃的溫度使得硅與支撐晶片完全結(jié)合。該過程形成了硅薄膜與硅支撐晶片結(jié)合的SOI結(jié)構(gòu)，在硅膜和支撐晶片之間具有氧化物絕緣體或阻隔層。

如美國專利第7,176,528號所述，最近已經(jīng)對于SOI結(jié)構(gòu)使用離子注入薄膜分離技術(shù)，其中支撐基材是玻璃或玻璃陶瓷片而不是另一硅晶片。此類結(jié)構(gòu)還被稱作玻璃上硅（SiOG）結(jié)構(gòu)，雖然可以使用半導(dǎo)體材料而不是硅以形成玻璃上半導(dǎo)體（SOG）結(jié)構(gòu)。SiOG的一個(gè)潛在問題是玻璃支撐或者處理基材含有可能對硅或者其他半導(dǎo)體層有害的金屬或者其他組分。因此，在SiOG中的玻璃基材和硅層之間可能需要阻隔層。在一些情況下，該阻隔層通過使得硅層的結(jié)合表面變得親水性，促進(jìn)了硅層與玻璃支撐的結(jié)合。在此方面，SiO₂層可用于在玻璃支撐基材和硅層之間得到親水性表面條件。當(dāng)給體硅晶片在結(jié)合前與大氣接觸時(shí)，會(huì)在所述給體硅晶片上形成天然SiO₂層。此外，陽極結(jié)合工藝在硅給體晶片或者剝離層與玻璃基材之間產(chǎn)生了“原位”SiO₂層。如果需要的話，可以在結(jié)合之前在給體晶片上主動(dòng)沉積或者生長SiO₂層。通過美國專利第7,176,528號中揭示的陽極結(jié)合工藝提供的另一種類型的阻隔層是玻璃基材中的改性玻璃層，所述改性玻璃層與硅層相鄰，具有降低的離子水平。陽極結(jié)合工藝從與結(jié)合界面鄰接約100nm厚度的玻璃表面區(qū)域中充分去除了對硅有害的堿性和堿土玻璃組分以及其他改性劑正離子。

但是，陽極產(chǎn)生的基本無堿性玻璃阻隔層以及原位或沉積的SiO₂阻隔層可能不足以防止鈉從玻璃基材移動(dòng)進(jìn)入到硅層中。鈉在略微升高溫度，甚至是室溫下的電場影響下，容易地在SiO₂和玻璃中擴(kuò)散和漂移，可能導(dǎo)致玻璃基材上的硅層的鈉污染。硅層的鈉污染會(huì)導(dǎo)致形成在SiOG基材上或者其中的晶體管的閾值電壓發(fā)生偏移，進(jìn)而可能會(huì)引起構(gòu)建在SiOG上的電路的故障。