[发明专利]玻璃-陶瓷基绝缘体上半导体结构及其制造方法

说明书

优先权

本申请要求2008年9月26日提交的题为“玻璃-陶瓷基绝缘体上半导体结构及其制备方法(Glass-Ceramic-Based Semiconductor-On-Insulator Structures And Methods For Making The Same)”的美国临时专利申请第61/100,379号的优先权。

相关申请交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119(E)要求2007年3月30日提交的美国临时申请系列号第60/920986号的优先权，本申请根据35U.S.C.§120要求2008年3月25日提交的指定美国的国际专利申请系列号第PCT/US08/03859号的优先权。

背景技术

1.技术领域

本发明一般涉及半导体结构，更具体来说，涉及包含玻璃-陶瓷的绝缘体上半导体结构以及用来制造玻璃-陶瓷基绝缘体上半导体结构的方法。

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，并缩写为“SOI”。本发明一般涉及绝缘体上半导体结构，包括绝缘体上硅结构。

为便于陈述，有时下面的讨论按绝缘体上硅结构进行。参照这种特定绝缘体上半导体结构类型来说明本发明，但是这种做法并不意图，并且也不应以任何方式限制本发明的范围。

本文中使用SOI缩写来一般性表示绝缘体上半导体结构，包括但不限于绝缘体上硅结构。类似地，本文中使用SOG缩写来一般性表示玻璃上半导体结构，包括但不限于玻璃上硅结构。SOG术语还意图包括玻璃-陶瓷上半导体结构，包括但不限于玻璃-陶瓷上硅结构。缩写SOI包括SOG。

2.背景技术

绝缘体上硅技术对高性能薄膜晶体管、太阳能电池和有源矩阵显示器之类的显示器越来越重要。绝缘体上硅晶片由绝缘材料上的基本为单晶硅的薄层(厚度一般为0.1-0.3微米，但有些情况，厚度可达5微米)构成。

获得这样的晶片的各种方法包括：在晶格匹配的基片上外延生长Si的方法；将单晶硅晶片与另一个其上已生长SiO₂的氧化物层的硅晶片接合，然后对顶部的晶片向下抛光或蚀刻例如0.1-0.3微米的单晶硅层的方法；或离子注入法，该方法中，将氢或者氧离子注入，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(剥离)出与具有氧化物层的另一Si晶片相接合的薄硅层。这三种方法中，发现基于离子注入的方法更多在商业上实施。特别是氢离子注入方法具有好于氧注入法的优点，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。

通过氢离子注入方法进行剥离最初是例如由Bister等在“Si和Ge中的0.3-2兆电子伏特H+和0.7-2兆电子伏特H₂⁺离子范围(Ranges of the 0.3-2MeV H+and 0.7-2 KeV H₂⁺ Ions in Si and Ge)”，Radiation Effects，1982，59：199-202中披露的，并由Michel Bruel进一步证实。参见美国专利第5,374,564号(Bruel)；M.Bruel，Electronic Lett.，31，1995，第1201-1202页和L.Dicioccio，Y.Letiec，F.Letertre，C.Jaussad和M.Bruel，Electronic Lett.，32，1996，第1144-1145页。

所述方法通常由以下步骤组成。在单晶硅晶片上生长热氧化物层。然后将氢离子注入到该晶片中以生成表面下裂纹。注入能量决定生成裂纹处的深度，而剂量决定裂纹密度。然后在室温下将该晶片放置在与另一硅晶片(支承基片)接触的位置，以形成暂时性的接合。然后在大约600℃对所述晶片进行热处理，使得表面下裂纹生长，用来从Si晶片分离硅薄层。然后将所得的组合件加热到高于1000℃的温度以将具有SiO₂下层的Si膜完全接合到支承基片，即未注入的Si晶片上。该方法因此形成了绝缘体上硅结构，该结构具有接合至另一硅晶片的硅薄膜，其间有氧化物绝缘体层。