[发明专利]制备用于结合的表面的氧等离子体转化方法

说明书

要求在先提交的美国申请的权益

本申请根据35U.S.C.§120，要求2010年6月30日提交的美国申请系列号第12/827,666号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

背景技术

本申请一般地涉及一种制备与另一种材料表面进行结合的材料表面的方法，更具体地，涉及一种对基材的不可结合表面进行处理的氧等离子体转化方法，该方法使得所述基材的不可结合表面与另一种基材的表面变得可结合，更具体地，涉及制备给体晶片的可结合表面，该可结合表面可以与玻璃板的表面结合以形成玻璃上半导体（SOG）基材。

迄今为止，最广泛用于绝缘体上半导体结构的半导体材料是单晶硅。文献中将这种结构称作绝缘体上硅结构，并将缩写“SOI”用于这种结构。绝缘体上硅技术对高性能薄膜晶体管、太阳能电池和显示器越来越重要。绝缘体上硅晶片由绝缘材料上的基本为单晶硅的薄层（厚度为0.01-1微米）构成。本文所用术语“SOI”应该被更广泛地理解为薄层材料和除了硅之外的以及包含硅的绝缘半导体材料。

获得SOI结构的各种方法包括在晶格匹配的基材上外延生长硅。另一种方法包括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结合，然后将上面的晶片向下抛光或蚀刻至例如0.05-0.3微米的单晶硅层。另一些方法包括离子注入法，在该方法中向给体硅晶片注入氢离子，以在硅晶片中产生弱化层，用于分离（剥离）硅薄层，该硅薄层与另一硅晶片层粘结，之间具有绝缘（或阻隔）氧化物层。目前，涉及氢离子注入的后一个方法比前一个方法具有优势。

美国专利第5,374,564号揭示了用于制备SOI基材的“智能截止”的氢离子注入薄膜转移和热粘结方法。通过氢离子注入方法的薄膜剥离和转移通常由以下步骤组成。在单晶硅晶片（给体晶片）上生长热氧化物膜。热氧化物膜成为绝缘体/支撑晶片和单晶膜层之间的绝缘埋层或者阻隔层，形成SOI结构。然后将氢离子注入到给体晶片中以产生表面下裂纹。还可以与氢离子一起共注入氦离子。注入能量决定产生裂纹处的深度，而剂量决定该深度处的裂纹密度。然后将给体晶片与另一硅支撑晶片（绝缘支撑、受体或处理基材或者晶片）在室温下接触放置，以在给体晶片和支撑晶片之间形成暂时的粘结。然后在大约600℃对所述晶片进行热处理，引起表面下裂纹生长，使得从给体晶片分离硅薄层或薄膜。然后将组件加热到高于1000℃的温度使得硅与支撑晶片完全粘结。该过程形成了硅薄膜与硅支撑晶片粘结的SOI结构，在硅膜和支撑晶片之间具有氧化物绝缘体或阻隔层。

如美国专利第7,176,528号所述，最近已经对于SOI结构使用离子注入薄膜分离技术，其中支撑基材是玻璃或玻璃陶瓷片而不是另一硅晶片。此类结构还被称作玻璃上硅（SiOG）结构，虽然可以使用半导体材料而不是硅以形成玻璃上半导体（SOG）结构。玻璃比硅提供更廉价的处理基材。此外，由于玻璃的透明特性，SOI的应用可以扩展到例如显示器、图像检测器、热电电池、光伏电池、太阳能电池和光之装置领域。

SOG的一个潜在问题是玻璃支撑或者处理基材含有可能对硅或者其他半导体层有害的金属或者其他组分。因此，在SiOG中的玻璃基材和硅层之间可能需要阻隔层。在一些情况下，通过使得硅层的粘结表面变得亲水性，该阻隔层促进了硅层与玻璃支撑的粘结。在此方面，SiO₂层可用于在玻璃支撑基材和硅层之间得到亲水性表面条件。当给体硅晶片在粘结前与大气接触时，会在所述给体硅晶片上形成天然SiO₂层。此外，美国专利第7,176,528号所揭示的阳极结合方法（在结合过程中施加热和电压，这使得离子移动进入玻璃）在硅给体晶片或者剥离层与玻璃基材之间产生“原位”SiO₂层。如果需要的话，可以在结合之前在给体晶片上主动沉积或者生长SiO₂层。通过美国专利第7,176,528号中揭示的阳极结合方法提供的另一种类型的阻隔层是玻璃基材中的改性离子消耗玻璃层，所述改性离子消耗玻璃层与硅层相邻。阳极结合方法从与结合界面邻接的约100nm厚度的玻璃表面区域中充分去除了对硅有害的碱性和碱土玻璃组分。