[发明专利]用于形成软膏抛光垫的方法和装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2007年12月31日提交的美国临时申请序列号第11/967818号的优先权权益。

背景技术

本发明涉及一种诸如用于抛光半导体器件的新型软膏垫构造，以及制造该新型软膏垫的方法和制造该软膏垫所用的装置。

诸如但不限于绝缘体上的半导体(SOI)结构的半导体器件制备成可有相对平坦的半导体层可利用，在该半导体层上形成电子部件。SOI技术对于在包括有机发光二极管(OLED)显示器、液晶显示器(LCD)、有源矩阵显示器在内的显示器，集成电路，光伏器件，薄膜晶体管应用等中的使用变得日益重要。

最通常用于绝缘体结构上的半导体的半导体材料是硅。SOI结构可包括绝缘材料上的基本上为单晶硅的一个薄层(通常0.05-0.3微米厚，但在某些情况下厚5微米)。用于在多晶硅上形成TFT的现有技术工艺致使硅的厚度在约50nm数量级。

如稍后将讨论的那样，可通过控制将硅层键合到衬底(例如玻璃或玻璃陶瓷衬底)的工艺参数来调整硅层厚度。在显示器应用中，硅层厚度通常在50-150nm范围内。除了硅层厚度之外，硅层的表面粗糙度对于获得高性能TFT也是很关键的。在将硅层刚刚键合到衬底(所谓的“制造状态”SOI)之后表面粗糙度通常在1-10nm范围内。因此，通常进行后续工艺来降低半导体(硅)层厚度并降低硅层粗糙度。以下将讨论这些工艺。

缩写SOI在此总地用于指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，缩写SiOG可总地用于指玻璃上的半导体结构，包括但不限于玻璃上的硅和/或玻璃陶瓷上的硅结构。SOI结构包含SiOG结构。

得到SOI的各种方法包括硅(Si)在晶格匹配衬底上的外延生长。一种替代工艺包括将单晶硅晶片键合到已经生长SiO₂的氧化层的另一硅晶片上，接着将顶部晶片向下抛光或蚀刻成例如0.05至0.3微米的单晶硅层。其它方法包括离子注入方法，其中注入氢离子或氧离子，以在注入氧离子的情况下在由Si覆盖的硅晶片内成形埋入的氧化层，或在注入氢离子的情况下将薄Si层分离(剥离)以键合到具有氧化层的另一Si晶片上。

前两种方法在成本和/或键合强度和耐久性方面并未产生令人满意的结构。包括氢离子注入的后一种方法已经引起了一定的关注，并被认为优于前面的方法，因为所需要的注入能量小于氧离子注入的50％且所需要的剂量要低两个量级。

美国专利第5,374,564号揭示了一种使用热处理获得衬底上的单晶硅膜的工艺。具有平坦面的硅晶片经受以下步骤：(i)通过离子对硅晶片表面的轰击注入形成一层气体微泡，气体微泡限定构成硅晶片的下部区域和构成薄硅膜的上部区域；(ii)用刚性材料层(诸如绝缘氧化材料)接触硅晶片的平坦表面；以及(iii)对硅晶片和绝缘材料的组件热处理的第三阶段，热处理的温度在进行离子轰击的温度以上。该第三阶段采用足以将硅薄膜和绝缘材料键合到一起的温度，以形成微泡内的压力效应，并使薄硅膜与硅晶片的其余部分分离。(由于这些高温步骤，该工艺不能用于较低成本的玻璃或玻璃陶瓷衬底)。

美国专利第7,176,528号中揭示了一种生产SiOG结构的工艺。步骤包括：(i)将硅晶片表面暴露于氢离子注入以形成键合表面；(ii)使晶片的键合表面与玻璃衬底接触；(iii)对晶片和玻璃衬底施加压力、温度和电压以促进其间的键合；以及(iv)将结构冷却到常温以便于玻璃衬底和硅薄层与硅晶片分离。

如果在注入之前在硅表面上没有氧化的话，通过调节注入能量，可将半导体(例如硅)层厚度降低到300-500nm，这对于SiOG工艺来说是理想的。应当将该层从300-500nm的厚度降低到小于约100nm。

在刚剥离后形成的SOI结构可能呈现表面粗糙(例如约10nm或更大)、过大的硅层厚度(即使认为该层“薄”)以及硅层的注入损坏(例如由于形成非晶化硅层)。非晶化硅层的厚度可以是约50-150nm且应当将非晶化硅层去除以得到用于后来形成的电子部件的所要求的电子特性。

化学机械抛光(CMP)是在硅层已经从施主硅晶片剥离之后减薄硅层厚度、降低硅层粗糙度并去除非晶化硅层的典型工艺。使用与包含研磨膏的织物抛光垫(有时是纤维的)联接的研磨膏来完成用于SiOG结构应用的CMP。研磨膏是研磨颗粒和液体载体的混合物，液体载体可能是去离子水。抛光垫键合(通过粘结剂)到转动压板。所要抛光的SOI结构和抛光垫经受泵吸的浆液流，且通过将充有研磨剂的抛光垫强制抵靠SOI的半导体材料，致使半导体表面的材料去除并随后抛光来完成抛光作用。