改进的薄化法制造的玻璃绝缘体上的半导体的制作方法

专利名称：改进的薄化法制造的玻璃绝缘体上的半导体的制作方法
改进的薄化法制造的玻璃绝缘体上的半导体
背景技术：
本发明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 型来说明本发明，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 发明的范围。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发明概述
根据本发明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。
结合附图对本发明进行描述后，本领域的技术人员能更清楚理解本发明的
其他方面、特征、优点等。 附图简述
为说明本发明的各方面的目的，在附图中示出优选形式，但是，应理解， 本发明不限于所示的精确排列和设施。
图l是说明按照本发明的一个或多个实施方式的SiOG装置的结构的框图2是说明制造

图1的SiOG结构的步骤的流程图； 图3-6是说明采用图2的方法形成的中间结构和最终结构的框图。 图7是说明用于对中间结构进行处理以产生图1的SiOG结构的蚀刻浴结 构的框图；和
图8是说明与蚀刻方法联合使用的另外或附加的抛光过程，以产生另一种 SiOG结构的框图。
发明详述
参见附图，其中，相同的附图标记包括相同的元件，图l中示出按照本发 明的一个或多个实施方式的SiOG结构100。 SiOG结构100可以包括玻璃基片 102和半导体层104。该SiOG结构100适用于制造以下装置薄膜晶体管(TFT)， 如用于显示应用，包括有机发光二极管(OLED)显示器和液晶显示器(LCD)，集 成电路，光电装置等。
层104的半导体材料可以是基本为单晶材料的形式。在描述层104中所用 的术语"基本上"是考虑到半导体材料通常含有一些固有或有目的加入的内部 缺陷或表面缺陷的事实，如晶格缺陷或很少的晶粒边界。该术语还基本上反映 了以下事实，特定的掺杂剂可以歪曲或者影响半导体材料的晶体结构。为便于讨论的目的，假设半导体层104是由硅形成的。但是，应理解，所 述半导体材料可以是基于硅的半导体或者是其他任何类型的半导体，如半导体 类III-V, II-IV， II-IV-V等。这些材料的例子包括硅(Si)、掺杂锗的硅 (SiGe)、碳化硅(SiC)、锗(Ge)、砷化镓(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。虽然没有要求，
但是本文所述的实施方式可以包括应变点约低于i，ooo x:的氧化物玻璃或玻璃
陶瓷。如玻璃制造领域常规定义的，应变点是玻璃或玻璃陶瓷的粘度为1014'6 泊(10136 Pa.s)时的温度。在氧化物玻璃和氧化物玻璃陶瓷之间，玻璃可能具 有制造简便的优点，因此玻璃更广泛易得并且更廉价。
例如，玻璃基片102可以由含碱土离子的玻璃基片形成，例如，由康宁有 限公司的玻璃组合物(CORNING INCORPORATED GLASS COMPOSITION)NO. 1737或 者康宁有限公司的玻璃组合物NO. EAGLE 2000tm制造的基片。这些玻璃材料的特 别用途是例如制造液晶显示器。
玻璃基片的厚度在约0. 1-10毫米范围，如约0. 5-3毫米。对某些SOI结 构，要求绝缘层厚度大于或等于约l微米，如用以避免具有硅/二氧化硅/硅构 形的标准SOI结构在高频下运行时出现的寄生电容效应。过去，很难达到这样 的厚度。按照本发明，通过简单使用厚度大于或等于约l微米的玻璃基片102， 可以简便地实现绝缘层厚度大于1微米的SOI结构。玻璃基片的厚度的下限可 以约为l微米。
一般而言，玻璃基片102应有足够的厚度，以在整个结合处理步骤，以及 在SiOG结构100上进行的后续处理期间支承半导体层104。尽管对玻璃基片 102的厚度没有理论上的上限，超出支承功能所需或者对最终SiOG结构100要 求的厚度都是不利的，因为玻璃基片102的厚度越大，在完成形成SiOG结构 100的处理步骤的至少某些步骤中遇到的困难越多。
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的摩尔百分比可以大于30摩尔％，并可以大 于40摩尔％。在玻璃陶瓷的情况，晶相可以是多铝红柱石、堇青石、钙长石、 尖晶石或为玻璃陶瓷领域已知的其他晶相。在实施本发明的一个或多个实施方 式中可以使用非二氧化硅基的玻璃和玻璃陶瓷，但是，因为这些玻璃和玻璃陶 瓷的较高成本和/或差的性能特性而一般不具有优势。类似地，对某些应用， 例如使用不是基于硅的半导体材料的SOI结构，可能需要不是基于氧化物的玻璃基片，如非氧化物的玻璃，但是因为这种玻璃的高成本而一般不具有优势。 如下面详细讨论的，在一个或多个实施方式中，将玻璃或玻璃陶瓷基片102设 计成能与其结合的层104的一种或多种半导体材料(如，硅、锗等)的热膨胀系
数(CTE)相配。CTE匹配能在沉积过程的加热周期中保证要求的机械性质。
对特定应用，如显示器应用，玻璃或玻璃陶瓷102在可见光、近UV和/或 IR波长范围可以是透明的，例如，玻璃或玻璃陶瓷102在350纳米至2微米波 长范围可以是透明的。
虽然玻璃基片102可以由单层玻璃或玻璃陶瓷层构成，需要时也可以使用 层叠的结构。使用层叠结构时，层叠物中最靠近半导体层104的层可具有本文 对单层玻璃或玻璃陶瓷构成的玻璃基片102讨论的性质。远离半导体层104的 层也可以具有这些性质，但是对性质的要求可以比较宽松，因为这些层没有和 半导体层104直接接触。在后一种情况，当不再能满足对玻璃基片规定的性质 时，认为玻璃基片102的作用终结。
下面参考附图2-6。图2说明制造图1 (和/或本文揭示的其他实施方式)的 SiOG结构IOO进行的方法步骤，而图3-6说明实施图2的方法形成的中间结构。 首先参见图2和3，在操作202中，制备给体半导体晶片120的注入表面121， 例如，通过抛光、清洁等，产生适合与玻璃或玻璃陶瓷基片102结合的相对平 坦和均匀的注入表面121。为了便于讨论的目的，半导体晶片120可以是基本 为单晶Si晶片，尽管如上讨论的可以使用任何其他合适的半导体导体材料。
在操作204中，脱落层122是通过以下方式形成的，即通过对注入表面121 进行一个或多个离子注入过程，在给体半导体晶片120的注入表面121之下形 成弱化的区域。虽然本发明的实施方式不限于形成脱落层122的任何具体方法， 一种合适的方法规定给体半导体晶片120的注入表面121可以进行氢离子注入 过程，以至少引发在给体半导体晶片120中产生脱落层122。可采用常规方法 调节注入能量，以获得一般厚度的脱落层122，如约300-500纳米。例如，可
以采用氢离子注入，尽管可以采用其他离子或多种离子，例如硼+氢，氦+氢， 或者从有关文献获知的其他用于脱落的离子。在不偏离本发明的精神和范围条
件下，可以使用任何其他已知的技术或以下开发的适合形成脱落层122的技术。 操作206中，对给体半导体晶片120进行处理，以降低例如在注入表面121 上的氢离子浓度。例如，可以对给体半导体晶片120进行清洗和清洁，并对脱 落层122的注入给体表面121进行温和的氧化。该温和氧化处理可包括氧等离子体中的处理，臭氧处理，用过氧化氢、过氧化氢和氨、过氧化氢和酸进行 处理，或者这些处理方式的组合。预期在这些处理清洁，氢封端的表面基团氧 化为羟基，而羟基又会使硅晶片表面变为亲水性。对氧等离子体，可以在室温
进行该处理，对氨或酸处理，可以在25-15(TC温度进行。
参见图2和4，在操作208，可以采用电解方法，使玻璃基片102与脱落 层122结合。合适的电解结合方法在美国专利申请No. 2004/0229444中描述， 该专利申请的全文通过参考结合。下面讨论这种方法的各步骤。在结合过程中， 对玻璃基片102(和脱落层122，如果还未完成)进行适当的表面清洁。然后， 使中间结构直接或间接接触，实现图4所示的排列。在该接触之前或之后，对 包括给体半导体晶片120、脱落层122和玻璃基片102的结构体在不同的温度 梯度下加热。加热玻璃基片102至高于给体半导体晶片120和脱落层122的温 度。例如，玻璃基片102与给体半导体晶片120(和脱落层122)之间的温度差 至少为rC，但是，该温度差可以高达约100-150°C。该温度差对具有与给体 半导体晶片120匹配(如与硅的CTE匹配)的热膨胀系数(CTE)的玻璃是理想的， 因为该温度差可促进之后脱落层122与半导体晶片120因热应力而分离。
玻璃基片102与给体半导体晶片120之间的温度差达到稳定后，向该中间 组件施加机械压力。该压力范围约为1-50 psi。施加较高的压力，如大于IOO psi的压力可能引起玻璃基片102碎裂。
玻璃基片102和给体半导体晶片120的温度可以在玻璃基片120的应变点 的+/-约15(TC内的温度。
然后，在中间组件上施加电压，例如，以给体半导体晶片120在正电极， 玻璃基片102在负电极的方式施加电压。施加电压电势使玻璃基片102中的碱 金属离子或碱土金属离子移动离开半导体/玻璃界面，进一步进入玻璃基片 102。施加电压电势实现以下两个功能(i)产生无碱金属或碱土金属离子的界 面；和(ii)在相对较低温度下加热，玻璃基片102成为高反应性并能与给体半 导体晶片120的脱落层122牢固结合。
参见图2和5，中间组件在上述条件下保持一段时间(如，约等于或小于l 小时)后，在操作210，解除电压，使中间组件冷却至室温。然后，将给体半导 体晶片120和玻璃基片102分离，如果半导体晶片和玻璃基片还没有完全分离， 可包括某些剥离，获得具有相对薄的脱落层122的玻璃基片102，该脱落层是 由与之结合的给体半导体层120的半导体材料形成的。该分离可以通过脱落层
11122由于热应力造成碎裂来实现。或者/另外，可以使用机械应力(如热水射流 切割)或化学蚀刻来实施分离。
如图5所示，分离后，产生的结构可以包括玻璃基片102和与之结合的半 导体材料的脱落层122。刚脱落后的SOI结构的裂开表面123显示过高的表面 粗糙度，硅层厚度过大以及对硅层的注入损害(如，因为形成非晶形硅层)。在 某些情况，非晶形硅层的厚度在约50-150纳米数量范围。此外，依据注入能 量和注入时间，脱落层的厚度约为300-500纳米范围。为了便于讨论的目的， 假设半导体层104的最终厚度应小于l微米，例如，小于约100纳米，如小于 或等于40纳米。
因此，参见图2的操作212和图6，裂开的表面123进行后处理，该后处 理包括对裂开的表面123进行相对低温湿蚀刻处理。湿蚀刻过程的温度约为 20-IO(TC，或者为20-60°C，例如，25°C。优选在湿蚀刻过程之前或之后不使 用氢退火过程的条件下进行该湿蚀刻过程。
参见图7，湿蚀刻过程可以在蚀刻浴150中进行，可以控制蚀刻浴的温度。 蚀刻浴150可以包括蚀刻溶液152,在该溶液中放入SOI中间结构。蚀刻过程 的目的是去除脱落层122的一部分124，留下半导体层104。蚀刻溶液152可 以包括酸溶液和碱溶液中的一种。作为例子，使用酸溶液的时候，蚀刻溶液152 可以包括氢氟酸、硝酸和乙酸中的至少一种。使用碱溶液时，蚀刻溶液152可 以包括KOH， NH40H，氢氧化四甲铵(TMAH)等中的一种或多种。该蚀刻溶液152
或包括或者附加包括添加剂，如异丙醇，过氧化氢或臭氧化的去离子水。
该蚀刻过程包括使裂开的表面123进行蚀刻溶液152搅拌。例如，可以预 备蚀刻浴150，使所述搅拌包括例如通过磁力搅拌，搅拌溶液。或者或附加地， 可预备浴150，使所述搅拌可包括在溶液152内的超声波和/或超大声波 (megasonic wave)传播。应理解，可以采用其他搅拌技术，例如，通过采用向 裂开的表面123喷雾施用蚀刻溶液152。
通过蚀刻剂组成、蚀刻时间和蚀刻温度中的一种或多种控制该蚀刻过程 (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时，可 以终止该蚀刻过程，对蚀刻剂中和(例如，进行水漂洗或使用另一种中和剂)。 蚀刻在SiOG结构100的半导体层104上产生相对平滑的蚀刻表面123A。
参见图2，操作214和图8，该方法还附加/或者包括对半导体层104的蚀 刻表面123A进行抛光。抛光步骤的目的是通过对蚀刻表面123A抛光至抛光的表面123B，从半导体层104去除额外的材料126。抛光步骤可包括使用抛光(或 磨光)设备，基于二氧化硅的浆料或半导体工业领域已知的类似材料对蚀刻表 面123A进行磨光。抛光压力可约为1-100psi，抛光压盘速度约为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。
抛光步骤后，保留的半导体层104A比只进行蚀刻的半导体层明显更薄和/ 或更光滑。
下面参照上述SiOG进一步详细描述本发明的另一些实施方式。例如，脱 落层122从给体半导体晶片120分离的结果可能产生给体半导体晶片120的第 一裂开表面和脱落层122的第二裂开表面123。如上面讨论的，湿蚀刻方法可 应用于脱落层122的第二裂开表面122。附加或者可替代地，湿蚀刻方法可以 应用于给体半导体晶片120的第一裂开表面(采用以上所述的一种或多种技 术)。
在本发明的另一个实施方式中，给体半导体晶片可以是给体结构的一部 分，包括基本为单晶的给体半导体晶片120以及设置在该给体半导体晶片上的 外延半导体层。(有关SOI中外延生长的半导体层的详细内容可参见2005年6 月23日提交的美国专利临时申请No. 11/159, 889，其全文通过参考结合于本文。) 因此，脱落层122是基本上由外延半导体层(也包括从晶片120的单晶给体半 导体材料的一部分)形成。因此，上述湿蚀刻方法可应用于脱落层的裂开表面， 所述脱落层基本上由外延半导体材料和/或外延半导体材料与单晶半导体材料 的组合形成。
在本发明的另一个实施方式中，上述抛光处理可应用于给体半导体晶片 120的蚀刻表面。
实施例1
进行以下试验，以证明上述薄化方法在SiOG结构上的适应性。将具有500 纳米厚的硅脱落层的SiOG结构浸在35% KOH蚀刻溶液中，于约25'C蚀刻4分 钟。采用磁力搅拌的方法搅拌蚀刻溶液。然后，从蚀刻溶液中取出SiOG结构， 并用去离子水清洗，终止该蚀刻操作。测量蚀刻的表面的表面粗糙度，显示粗 糙度为7.1埃(RMS)。半导体层的厚度约为470纳米，对大多数蚀刻表面，均 匀性偏离远小于10纳米。采用半导体层厚度测量来计算蚀刻速率，蚀刻速率 为7纳米/分钟。实施例2
将具有500纳米厚的硅脱落层的SiOG结构浸在25。/。 KOH蚀刻溶液中，于 约25"C蚀刻4分钟。采用超声波搅拌的方法搅拌蚀刻溶液。然后，从蚀刻溶液 中取出SiOG结构，并用去离子水清洗，终止该蚀刻操作。测量蚀刻的表面的 表面粗糙度，显示粗糙度为7.6埃(RMS)。半导体层的厚度约为344纳米，均 匀性偏离约为8纳米。蚀刻速率为38纳米/分钟。
实施例3
将具有500纳米厚的硅脱落层的SiOG结构浸在45% KOH蚀刻溶液中，于 约25'C蚀刻4分钟。采用磁力搅拌的方法搅拌蚀刻溶液。然后，从蚀刻溶液中 取出SiOG结构，并用去离子水清洗。终止该蚀刻操作。蚀刻表面的表面粗糙 度为8.埃(RMS)。半导体层的厚度约为438纳米，均匀性偏离约为8纳米。蚀 刻速率为18纳米/分钟。
实施例4
重复实施例3的试验，但使用超声波搅拌蚀刻溶液。蚀刻表面的表面粗糙 度为9.7埃(RMS)。半导体层的厚度约为414纳米，均匀性偏离约为6纳米。 蚀刻速率为21纳米/分钟。
实施例5
将具有500纳米厚的硅脱落层的SiOG结构浸在15 %氨(NH40H)蚀刻溶液 中，于约25。C蚀刻4分钟。采用超声波搅拌的方法搅拌蚀刻溶液。然后，从蚀 刻溶液中取出SiOG结构，并用去离子水清洗，终止该蚀刻操作。蚀刻表面的 表面粗糙度为9埃(RMS)。半导体层的厚度约为472纳米，均匀性偏离约为46 纳米。蚀刻速率为6纳米/分钟。
实施例6
将具有500纳米厚的硅脱落层的SiOG结构浸在157:1:10 (体积比)的 丽03(70%，重量％)，(49%，重量。/。)CH3C00H (86%,重量％)的混合物中，于约 25。C蚀刻2.5分钟。采用lMHz的超大声波搅拌的方法搅拌蚀刻溶液。然后， 从蚀刻溶液中取出SiOG结构，并用去离子水清洗，终止该蚀刻操作。蚀刻表
14面的表面粗糙度为2-4埃(RMS)。半导体层的厚度约为349纳米，均匀性偏离 约为11纳米。蚀刻速率为64.8纳米/分钟。
实施例7
将具有500纳米厚的硅脱落层的SiOG结构浸在臭氧化的HF溶液中，于约 25"C蚀刻20分钟。03浓度保持在55-60ppm， 49重量％的HF用去离子水稀释， 稀释比按照体积计为1:100。采用超大声波搅拌的方法搅拌蚀刻溶液。然后， 从蚀刻溶液中取出SiOG结构，并用去离子水清洗，终止该蚀刻操作。蚀刻表 面的表面粗糙度为2-5埃(RMS)。半导体层的厚度约为232纳米，均匀性偏离 约为23纳米。蚀刻速率为11. 5纳米/分钟。
实施例8
为证实采用湿蚀刻方法制备再用于SiOG方法的给体半导体晶片的适应性， 用各种浓度的KOH溶液、酸溶液于室温进行试验。将三个给体半导体晶片浸在 烧杯中的25。C的25MK0H溶液中，分别蚀刻20分钟、40分钟和60分钟，并采 用超声波搅拌。然后从溶液中取出晶片，立用去离子水进行漂洗。蚀刻速率为 50纳米/分钟，表面粗糙度为6-8埃(RMS)。蚀刻40分钟或更长时间，可以除 去表面缺陷如圆形空隙。
实施例9
重复实施例8的试验，使用浓度为10%， 35%和45%的KOH溶液，于25'C在 超声浴中，各进行6分钟蚀刻，然后进行相同的漂洗过程。发现后蚀刻的表面 粗糙度在6-9埃(RMS)范围。
实施例10
重复实施例8的试验，其中，在浓度为10%， 25%, 35%和45%的KOH溶液 中加入饱和IPA。将给体半导体晶片浸在上述溶液中6分钟，并使用超声搅拌。 如前所述用去离子水对晶片进行漂洗。测定后蚀刻的表面粗糙度，在6-8埃(RMS) 范围。
虽然参照特定实施方式描述了本发明，但应理解，这些实施方式仅是对本 发明的原理和应用进行说明。因此，应理解，在不偏离由所附权利要求书定义的本发明的精神和范围下，可以对说明性实施方式进行各种修改并设计其他的 设置。
权利要求
1. 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所述的方法，其特征在于，所述结合步骤包括-对玻璃基片和给体半导体晶片中的至少一个进行加热； 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；和 在玻璃基片和给体半导体晶片上施加电压电势，以诱发该结合。
17. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述给体半导体晶片选自下 组硅(Si)、掺杂锗的硅(SiGe)、碳化硅(SiC)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、 GaP 和InP。
18. —种形成玻璃上半导体结构的方法，该方法包括 使用电解，使给体半导体结构的表面与玻璃基片结合；通过脱落，将结合在玻璃基片上的层从给体半导体晶片分离，因而露出至 少一个裂开表面；和在湿蚀刻过程之前或之后，在不使用氢退火过程的情况下，使至少一个裂 开的表面在约20-10(TC进行湿蚀刻过程。
19. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述给体半导体结构包括基 本上单晶的给体半导体晶片，所述分离的层基本上由该单晶给体半导体晶片材 料形成。
20. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述给体半导体结构包括给 体半导体晶片和设置在该给体半导体晶片上的外延半导体层，所述分离的层基本上由该外延半导体层形成。
21. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，至少一个裂开的表面可包括给体半导体结构的第一裂开表面以及分离层的第二裂开表面。
22. 如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述湿蚀刻步骤应至少用于分离层的第二裂开表面。
23. 如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述湿蚀刻步骤至少应用于 给体半导体结构的第一裂开表面。
24. 如权利要求18所述的方法，该方法还包括对分离层和给体半导体结 构中至少一个的蚀刻表面进行抛光。
25. 如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述抛光步骤包括用二氧化硅基浆料对蚀刻表面进行磨光。
26. 如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述抛光压力约为1-100psi。
27. 如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述抛光压盘的速度约为 25-1000 rpm。
28. 如权利要求25所述的方法，其特征在于，抛光步骤是确定性的抛光 技术。
全文摘要
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。
文档编号H01L21/425GK101438395SQ200780014202
公开日2009年5月20日 申请日期2007年4月16日 优先权日2006年4月21日
发明者J·F·麦齐, K·P·加德卡里, M·A·斯托克, M·J·莫尔, 冯江蔚 申请人:康宁股份有限公司