使用高純度離子噴淋制造soi結(jié)構(gòu)的制作方法

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專利名稱：使用高純度離子噴淋制造soi結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造絕緣體上半導體("sor，)結(jié)構(gòu)的方法。具體地，本發(fā)明涉及使
用高純度離子噴淋注入(ion shower implantation)制造SOI結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明可用于例如絕緣體上半導體結(jié)構(gòu)如絕緣體上硅結(jié)構(gòu)，玻璃上半導體結(jié)構(gòu)如玻璃上硅結(jié)構(gòu)，以及相關(guān)的半導體器件。
背景技術(shù)：
本文中，縮寫"SiOI"表示絕緣體上硅。縮寫"SOI" —般表示絕緣體上半導體，包括但不限于SiOI?？s寫"Si0G"表示玻璃上硅?？s寫"S0G" —般表示玻璃上半導體，包括但不限于Si0G。 SOG術(shù)語還意圖包括陶瓷上的半導體和在玻璃-陶瓷上的半導體結(jié)構(gòu)。類似地，SiOG意圖包括陶瓷上硅和玻璃-陶瓷上硅結(jié)構(gòu)。
S0I技術(shù)對高性能薄膜晶體管、太陽能電池和如有源矩陣顯示器的顯示器越來越重要。SiOI晶片通常包括在絕緣材料上的基本為單晶硅的薄層(厚度一般為0. 1--0.3微米，但有些情況，厚度可達5微米)。
獲得SiOI晶片的各種方法包括在晶格匹配的基片上外延生長Si的方法；將單晶晶片與另一個其上已生長Si02的氧化物層的硅晶片接合，然后對頂部的晶片向下拋光或蝕刻例如0. 1-0. 3微米的單晶硅層的方法；或離子注入法，該方法中，將氫或者氧離子注入，在氧離子注入情況形成嵌埋在硅晶片中的氧化物層，其上覆蓋Si，或者在氫離子注入情況下，則分離(脫落)出與具有氧化物層的另一Si晶片相接合的薄硅層。這三種方法中，發(fā)現(xiàn)基于離子注入的方法更多在商業(yè)上實施。特別是氫離子注入方法具有好于氧注入法的優(yōu)點，因為氫離子注入法需要的注入能量小于氧離子注入的50%,并且所需劑量小兩個量級。
通過氫離子注入方法進行脫落最初是例如由Bister等在"Ranges of the 0. 3-2 KeV H+ and 0. 2-2 KeV H2+ Ions in Si and Ge， " Radiation Effects, 1982， 59:199-202中披露的，并由Michel Bruel進一步證實。參見美國專利第5， 374， 564 號(Bruel); M. Bruel， Electronic Lett. ， 31， 1995， 1201-02和L. Dicioccio, Y.Letiec， F. Letertre， C. Jaussad禾口 M. Bruel， Electronic Lett. ， 32, 1996，
1144-45。
氫離子注入一般由以下步驟構(gòu)成。在單晶硅晶片上生長熱氧化物層。然后將氫離子注入到該晶片中以生成表面下裂紋。注入能量決定生成裂紋處的深度，而劑量決定裂紋密度。然后在室溫下將該晶片放置在與另一硅晶片(支承基片)接觸的位置，以形成暫時性的接合。
然后在約60(TC對晶片進行熱處理，以使表面下裂紋生長，用于將硅薄層從 Si晶片分離。將所得的組件加熱到IOO(TC以上以將具有Si02下層的Si膜完全接合到支承基片，即未注入的Si晶片上。該方法因此形成了 SiOI結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有接合至另一硅晶片的硅薄膜，其間有氧化物絕緣體層。
成本也是SOI和SiOI結(jié)構(gòu)的商業(yè)化應用的一個重要考慮因素。至今，這種結(jié) 構(gòu)的成本的主要部分是頂部由Si薄膜覆蓋的支承氧化層的硅晶片的成本，即成本的主要部分是支承基片。
盡管在各專利(參見美國專利第6， 140， 209號、第6， 211， 041號、第6， 309, 950 號、第6， 323， 108號、第6，335,231號和第6,391，740號)中提到了將石英用作支承基片，但石英本身是相對昂貴的材料。在討論支承基片時，上述參考文獻中的某些提到了石英玻璃、玻璃和玻璃-陶瓷。這些參考文獻中列出的其它支承基片材料包括金剛石、藍寶石、碳化硅、氮化硅、陶瓷、金屬和塑料。
用低成本材料制造的基片代替S0I結(jié)構(gòu)中的硅晶片并不是一個簡單的事情。特別是，很難用大規(guī)模制造的低成本的玻璃或玻璃-陶瓷或陶瓷類材料代替硅晶片，即，很難制造成本合理的S0G和Si0G結(jié)構(gòu)。
共同轉(zhuǎn)讓的臨時美國專利申請第10/779， 582號(公開為US2004/0229444 Al) 描述制造Si0G和S0G結(jié)構(gòu)以及這種結(jié)構(gòu)的新穎形式的方法。許多這類發(fā)明的申請中是在如光電子，F(xiàn)R電子和混合信號(模擬/數(shù)字)電子學以及顯示器(如LCD和OLED) 應用的領(lǐng)域，與基于非晶形或多晶的器件相比，這些發(fā)明顯著提高了性能。此外，高效率的光伏器件和太陽能電池也成為可能。這些處理技術(shù)和其新穎的S0I結(jié)構(gòu)顯著降低了S0I結(jié)構(gòu)的成本。
另一個顯著影響制造SOI、 SiOI、 S0G和SiOG結(jié)構(gòu)的離子注入方法的成本的因素是離子注入法的效率。通常使用氫離子注入或氧離子注入，但因為其高效率而優(yōu)選氫離子注入。但是，常規(guī)的離子注入方法需要窄的離子束，這將導致注入時間長和高成本。因此，現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域開發(fā)并且公開了替代的離子源。例如，美國專利第6， 027， 988號提出使用等離子體的離子浸入注入(plasmaion immersion implantation) ("PIII")，該方法中，將如硅晶片的半導體基片置于等離子體氣氛和電場中，因而能夠同時進行大面積注入。但是，PIII存在表面帶電和被等離子體蝕刻的缺陷，以及在較高能量條件下缺乏靈活性、缺乏精確劑量控制，不能精確控制離子注入?yún)^(qū)的厚度和脫落膜的厚度。
另一種可選的窄區(qū)域離子束注入的方法是離子噴淋注入(ion showerimplantation) (ISI)。離子噴淋注入通常是通過提取電極(extraction electrode )和任選的后加速系統(tǒng)從等離子體源提取的大面積離子束。離子噴淋不同于Pin，因為離子噴淋使用遠程等離子體，在進行離子注入的基片周圍具有無場區(qū)域，連續(xù)離子束替代脈沖式離子束的特征。ISI系統(tǒng)的這些特征消除了 PIII的表面帶電和蝕刻問題，并能夠精確控制劑量。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，雖然ISI可以實現(xiàn)快速離子注入，但是在制造SOG結(jié)構(gòu)時采用常規(guī)的ISI可能導致薄膜與基片分離時發(fā)生不能接受的損害。對許多半導體器件的制造而言，重要的一點是在注入和薄膜與基片分離時基本保持薄膜的晶格整體性。
因此，仍需要一種能將半導體材料的薄膜有效分離，并且不會損害該薄膜的所需結(jié)構(gòu)的方法。具體地，需要一種制造SOG結(jié)構(gòu)的方法，該方法能有效而高效率地實施離子注入法。
本發(fā)明滿足了這一長期存在的需要。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供一種形成SOI結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括
以下步驟
提供施主基片，該基片包括具有第一施主外表面的半導體材料；和使用通過電磁分離純化的第一離子噴淋，將屬于第一類物質(zhì)的許多離子注入通過第一施主外表面，以一定的深度進入在第一施主外表面下面的離子注入?yún)^(qū)，使夾在離子注入?yún)^(qū)和第一施主外表面之間的材料薄膜("脫落膜")的至少50納米厚度部分，在一些實施方式中為至少100納米厚度部分，一些實施方式中至少為150納米厚度部分，一些實施方式中為至少200納米厚度部分的結(jié)構(gòu)基本不受損害。本發(fā)明方法的一些實施方式中，脫落膜包含單晶硅。在本發(fā)明第一方面的方法的一些實施方式中，在步驟(n)中，離子注入?yún)^(qū)的深度小于約1000納米，在一些實施方式小于約500納米，在一些實施方式小于約300納米，在一些實施方式小于約150納米，在一些實施方式小于約100nm。在該方法的一些實施方式中，脫落膜的未受損部分的厚度至少為脫落膜總厚度的大部分(50%),在一些實施方式中為至少60%，在一些實施方式中為至少80%，在一些實施方式中為至少90%。
在本發(fā)明該方法的一些實施方式中，在步驟(n)中，離子注入?yún)^(qū)的厚度不大
于約1微米，在一些實施方式中不大于約500納米，在一些實施方式中不大于約300納米，在一些實施方式中不大于約200納米。
在本發(fā)明該方法的一些實施方式中，在步驟(II)中，第一離子噴淋主要包括屬于第一類物質(zhì)的離子。在一些實施方式中，屬于第一類物質(zhì)的離子是選自以下的單一離子物質(zhì)H:;， H+， H2+， D2+, D/， HD+, H2D+, HD2+， He+, He2+， 0+, 0/ 02+和03+。在一些實施方式中，屬于第一類物質(zhì)的離子基本上不含磷、硼、砷、碳、氮、氧、氟、氯和金屬。
本發(fā)明方法的一些實施方式還包括分開的獨立于步驟(II)的以下步驟(III):
使用通過電磁分離純化的第二離子噴淋，將屬于第二類物質(zhì)的許多離子注入通過第一施主外表面，以一定的深度進入在第一施主外表面下面的離子注入?yún)^(qū)，使
脫落膜的至少50納米厚度部分，一些實施方式中至少為IOO納米厚度部分，一些實施方式中至少為150納米厚度部分，一些實施方式中為至少200納米厚度部分的結(jié)構(gòu)基本不受損害，所述屬于第二類物質(zhì)的離子不同于屬于第一類物質(zhì)的離子。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的一些實施方式，離子注入?yún)^(qū)包括注入了屬于第一類物質(zhì)的離子的第一離子注入?yún)^(qū)和注入了屬于第二類物質(zhì)的離子的第二離子注入?yún)^(qū)，第一離子注入?yún)^(qū)和第二離子注入?yún)^(qū)基本上重疊。在一些實施方式中，離子物質(zhì)峰之間的距離小于約200納米，在一些實施方式中小于約150納米，在一些實施方式中小于約100納米，在一些實施方式中小于約50nm。
在本發(fā)明方法的一些特定實施方式中，屬于第一類物質(zhì)的離子是H"屬于第二類物質(zhì)的離子是He+。在一些實施方式中，H"離子的能量與He+離子的能量比約為2:1。在該方法的一些實施方式中，tf+的能量約為60 KeV， He+的能量約為30 KeV。在某些優(yōu)選實施方式中，H3+注入?yún)^(qū)和He+注入?yún)^(qū)都在施主基片的離子注入?yún)^(qū)中，它們基本上重疊。在根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法的一些實施方式中，所述方法還包括分開的獨立于步驟(II)的以下步驟(IIIA):
(IIIA) 使用束-線注入器(beam-line implanter)將許多離子注入通過第一施主外表面，以一定的深度進入在第一施主外表面下面的離子注入?yún)^(qū)。
在根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法的一些實施方式中，所述方法還包括分開的獨立于步驟(II)的以下步驟(niB):
(IIIB) 使用常規(guī)的離子噴淋，將許多離子注入通過第一施主外表面，以一定的深度進入在第一施主外表面下面的離子注入?yún)^(qū)。
本發(fā)明第一方面的方法的一些實施方式包括以下步驟(IV):使第一外表面與受主基片接合。
本發(fā)明第一方面的方法的一些實施方式包括以下步驟(V):
在注入?yún)^(qū)內(nèi)的一定位置，使脫落膜的至少一部分與注入?yún)^(qū)中材料的至少一部分分離。
本發(fā)明第一方面的方法的一些實施方式包括以下步驟(IV)和(V):(IV)使第一施主外表面與受主基片接合；和
在注入?yún)^(qū)的一定位置，使脫落膜的至少一部分與注入?yún)^(qū)中材料的至少一部分分離。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法的一些實施方式，其中，如上所述，使施主基片與受主基片接合，所述受主基片選自下組具有氧化物表面層或者沒有氧化物表面層的半導體晶片；玻璃片；以及玻璃-陶瓷片。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法的一些實施方式，其中，如上所述，使施主基片
與受主基片接合，受主基片是具有Si02表面層的硅晶片，在步驟(IV)中使施主基片的第一施主外表面與該Si02表面層接合。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法的一些實施方式，其中，如上所述，使施主基片與受主基片接合，所述受主基片是Si02玻璃片。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法的一些實施方式，其中，如上所述，使施主基片與受主基片接合
所述受主基片包括氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷；和
在步驟(IV)中，通過應用以下條件進行所述的接合(a)在施主基片和受主基片上施加壓力使它們密切接觸；(b)在施主基片和受主基片內(nèi)施加電場，使施主基片上的電勢高于受主基片上的電勢；和(c)在施主基片和受主基片之間的溫度梯度。根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法的一些實施方式，在步驟(II)中，通過磁裝置實施第一離子噴淋的電磁分離。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提供一種形成SOI結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括以下步驟
(Al)提供施主基片和受主基片，其中
施主基片包括半導體材料以及與受主基片接合的第一施主外表面(第一接合表面)和第二施主外表面；
所述受主基片包括氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷以及以下兩個外表面(i) 用于與第一基片接合的第一受主外表面(第二接合表面)；和(ii)第二受主外表面；
(A2)使用通過電磁分離純化的第一離子噴淋，將屬于第一類物質(zhì)的許多離子注入通過第一施主外表面，以一定的深度進入在第一施主外表面下面的離子注入區(qū)，使夾在離子注入?yún)^(qū)和第一施主外表面的至少大部分之間的材料薄膜("脫落膜") 的至少50納米厚度部分，在一些實施方式中為至少100納米厚度部分，一些實施方式中至少為150納米厚度部分，一些實施方式中為至少200納米厚度部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本不受損害；
(B) 步驟(Al)和(A2)之后，使第一和第二接合表面接觸；
(C) 同時在以下條件下保持足夠的時間，使施主基片和受主基片在第一和第二
接合表面相互接合
(1) 在施主基片和/或受主基片上施加壓力使第一和第二接合表面接觸；
(2) 在施主基片和受主基片上施加電場，所述電場具有從第二受主外表面至第二施主外表面的大體方向；和
(3) 對施主基片和受主基片加熱，所述加熱的特征在于第二施主外表面和第二受主外表面分別具有平均溫度7i和72，對所述溫度進行選擇，使冷卻至常溫時，施主基片和受主基片發(fā)生差式收縮，從而使施主基片在離子注入?yún)^(qū)的強度下降；和
(D) 對接合的施主基片和受主基片冷卻，使施主基片在離子注入?yún)^(qū)發(fā)生開裂；
其中，氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷包含正離子，所述正離子在步驟(C)期
間以離開第二接合表面向著第二受主外表面的方向在受主基片中遷移。
本發(fā)明方法的第二方面的一些實施方式中，脫落膜包含單晶半導體材料。在本發(fā)明第二方面的一些實施方式中，在步驟(A2)中，離子注入?yún)^(qū)的深度小于約1000納米，在一些實施方式小于約500納米，在一些實施方式小于約300納米，在一些實施方式小于約150納米，在一些實施方式小于約IOO納米。在該方法的一些實施方式中，脫落膜的未受損部分的厚度至少為脫落膜總厚度的50%，在一些實施方式中為至少60%，在一些實施方式中為至少80%，在一些實施方式中為
至少90%。
本發(fā)明方法的第二方面的一些實施方式中，脫落膜包含單晶硅。
在本發(fā)明第二方面的一些實施方式中，在步驟(A2)中，離子注入?yún)^(qū)的厚度不大于約1微米，在一些實施方式中不大于約500納米，在一些實施方式中不大于約 300納米，在一些實施方式中不大于約200納米。
在本發(fā)明第二方面的一些實施方式中，在步驟(A2)中，第一離子噴淋主要包括屬于第一類物質(zhì)的離子。
在本發(fā)明第二方面的一些實施方式中，屬于第一類物質(zhì)的離子是選自以下的單一離子物質(zhì)H,， H+， H2+， D/， D:i+， HD+， H2D+， HD2+, He+， He2+。
在本發(fā)明第二方面的一些實施方式中，屬于第一類物質(zhì)的離子基本上不含磷、硼、砷、碳、氮、氧、氟、氯和金屬。
本發(fā)明第二方面的一些實施方式還包括分開的獨立于步驟(A2)的以下步驟
(A3):
(A3)使用通過電磁分離純化的第二離子噴淋，將屬于第二類物質(zhì)的許多離子注入通過第一施主外表面，以一定的深度進入在第一施主外表面下面的離子注入區(qū)，使脫落膜的至少為50納米厚度部分，一些實施方式中至少為IOO納米厚度部分，一些實施方式中至少為150納米厚度部分，一些實施方式中為至少200納米厚度部分的結(jié)構(gòu)基本不受損害，所述屬于第二類物質(zhì)的離子不同于屬于第一類物質(zhì)的離子。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的一些實施方式，離子注入?yún)^(qū)包括注入了屬于第一類物質(zhì)的離子的第一離子注入?yún)^(qū)和注入了屬于第二類物質(zhì)的離子的第二離子注入?yún)^(qū)，第一離子注入?yún)^(qū)和第二離子注入?yún)^(qū)基本上重疊。在一些實施方式中，離子的第一類物質(zhì)和第二類物質(zhì)的峰之間的距離小于約200納米，在一些實施方式中小于約150 納米，在一些實施方式中小于約IOO納米，在一些實施方式中小于約50nm。
在一些實施方式中，屬于第一類物質(zhì)的離子是H"屬于第二類物質(zhì)的離子是 He+。選擇H/和He+的能量，使注入后它們基本分布在離子注入?yún)^(qū)中。在一些實施方式中，H'"離子的能量與He+離子的能量比約為2:l。例如，H/的平均能量可以約為 60KeV， He+的平均能量可以約為30KeV。在一些實施方式中，將H/離子注入到離子注入?yún)^(qū)，He+離子注入到He+離子注入?yún)^(qū)，H/和He+的離子注入?yún)^(qū)都在施主基片的離子注入?yún)^(qū)內(nèi)，它們基本重疊。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的一些實施方式，在步驟(A2)中，通過磁裝置實施第一離子噴淋的電磁分離。
在本發(fā)明第二方面的一些實施方式，對第一接合表面(第一施主外表面)進行處理，以在離子注入后但在與第一受主外表面(第二接合表面)接觸進行接合之前降低氫的濃度。這些降低氫濃度的方式可選自氧等離子體處理，1￥)2處理，仏02和氨處理，&02和酸處理，以及它們的組合。
在本發(fā)明第二方面的方法的一些實施方式中，在該方法的終點，受主基片和脫落膜之間的接合強度至少為8焦耳/厘米2，在一些實施方式中至少為10焦耳/ 厘米2，在一些實施方式中至少為15焦耳/厘米2。
在本發(fā)明第二方面的方法的一些實施方式中，在步驟(A2)中，通過磁裝置實施第一離子噴淋的電磁分離。
在根據(jù)本發(fā)明第二方面的方法的一些實施方式中，所述方法還包括分開的獨立于步驟(A2)的以下步驟(A3. 1):
(A3. 1)使用束-線注入器將許多離子注入，通過第一施主外表面以一定的深度進入在第一施主外表面下面的離子注入?yún)^(qū)。
在根據(jù)本發(fā)明第二方面的方法的一些實施方式中，所述方法還包括分開的獨立于步驟(A2)的以下步驟(A3. 2):
(A3.2)使用常規(guī)的離子噴淋，將許多離子注入通過第一施主外表面，以一定的深度進入在第一施主外表面下面的離子注入?yún)^(qū)。
本發(fā)明具有傳統(tǒng)的非質(zhì)量分離的離子噴淋式離子注入技術(shù)的優(yōu)點，因為本發(fā) 明能夠同時大面積離子注入，沒有或只有低的表面蝕刻，并且是高效和低成本的。通過使用純化的離子噴淋，本發(fā)明還避免了由傳統(tǒng)非質(zhì)量分離的離子噴淋對注入的半導體材料造成的損害和污染。因此，本發(fā)明能夠進行適合于制造各種SOI結(jié)構(gòu)的有利的、高效的離子注入，所述SOI結(jié)構(gòu)包括但不限于SiOI結(jié)構(gòu)，特別是SOG結(jié) 構(gòu)，包括但不限于SiOG結(jié)構(gòu)。
在以下的詳細描述中提出了本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點，其中的部分特性和優(yōu) 點對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言由所述內(nèi)容而容易理解，并通過示出的描述和其權(quán)利要求書以及附圖中所述實施本發(fā)明而被認可。應理解前面的一般性描述和以下的詳細描述都只是對本發(fā)明的示例，用來提供理解本發(fā)明的性質(zhì)和特性的總體評述或結(jié)構(gòu)。
包括的附圖提供了對本發(fā)明的進一步的理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu) 成說明書的一部分。

附圖中
圖1是采用本發(fā)明的方法離子注入的施主基片的一個實施方式的示意圖。圖2是采用本發(fā)明的方法離子注入的施主基片的另一個實施方式的示意圖。圖3是用于離子注入基片的常規(guī)非質(zhì)量分離的離子噴淋設備的示意圖。圖4是采用本發(fā)明的方法用于離子注入基片的設備的示意圖，其中離子噴淋
通過磁裝置進行純化。
圖5是在電場、溫度梯度和壓力條件下與受主基片接合的離子注入施主基片
的示意圖。
圖6是圖5的結(jié)構(gòu)冷卻至73溫度后該結(jié)構(gòu)幵裂形成SOI結(jié)構(gòu)的示意圖。圖7是采用常規(guī)非質(zhì)量分離的離子噴淋獲得的脫落的硅薄膜的TEM照片，圖中顯示出對其晶體結(jié)構(gòu)造成的破壞。
具體實施例方式
如本文所用，術(shù)語"半導體材料"表示一種進行或未進行額外的改性如摻雜，而顯示半導體性質(zhì)的材料。因此，例如，在本發(fā)明的含義中半導體材料可以是純的單晶硅，或者是摻雜有磷、硼、砷或其他元素的硅。半導體材料通常是基本為單晶材料的形式。在描述材料時所用的術(shù)語"基本上"是考慮到半導體材料通常含有一些固有或有目的加入的至少一些內(nèi)部缺陷或表面缺陷的事實，如晶格缺陷或很少的晶粒邊界。術(shù)語"基本上"還反映了以下事實，特定的摻雜劑可以扭曲或者影響主體半導體的晶體結(jié)構(gòu)。
如本文所用，術(shù)語"第一離子注入?yún)^(qū)"表示施主基片中的區(qū)域，該區(qū)域在離子注入后，按照在其中部的單位體積中的離子數(shù)量，具有屬于第一類物質(zhì)的注入離子的局部峰值密度，并包含至少50%的屬于第一類物質(zhì)的注入離子。如本文所用，術(shù)語"第二離子注入?yún)^(qū)"表示施主基片中的區(qū)域，該區(qū)域在離子注入后，按照在其中部的單位體積中的離子數(shù)量，具有屬于第二類物質(zhì)的注入離子的局部峰值密度，并包含至少50%的屬于第二類物質(zhì)的注入離子。"基本上重疊"表示第一離子注入
區(qū)和第二離子注入?yún)^(qū)有至少50%重疊。對離子注入單一物質(zhì)的離子的施主基片，整
個基片的離子注入?yún)^(qū)是第一離子注入?yún)^(qū)。對離子注入第一類物質(zhì)和第二類物質(zhì)，甚至更多種物質(zhì)的離子的施主基片，整個基片的離子注入?yún)^(qū)是第一離子注入?yún)^(qū)、第二離子注入?yún)^(qū)和存在的其他離子注入?yún)^(qū)的組合。本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本申請揭示的內(nèi)容可以預定出整個離子注入?yún)^(qū)。
本申請中，離子物質(zhì)具有特定的質(zhì)量和電荷。因此，具有不同質(zhì)量或者不同
電荷的任何離子是不同的物質(zhì)。例如，H+， H2+, H3+， D+， D2+， D3+， HD+， H2D+， HD2+， He+， He2+在本申請中是完全不同的離子物質(zhì)。
本申請中的電磁分離表示通過對離子施加電場和/或磁場對不同的離子物質(zhì) 進行分離。
本發(fā)明可應用于制造任何SOI結(jié)構(gòu)。下面針對制造SiOI結(jié)構(gòu)，詳細描述本發(fā) 明，該描述用于說明目的。應理解，本發(fā)明不限于制造SiOI結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明可應用于制造各種SOG結(jié)構(gòu)。下面針對制造SiOG結(jié)構(gòu)，詳細描述本發(fā) 明，該描述用于說明目的。但是，應理解，本發(fā)明不限于制造SiOG結(jié)構(gòu)。采用本發(fā)明方法制造SiOG構(gòu)成了本發(fā)明的一個方面。共同轉(zhuǎn)讓的臨時美國專利申請第 10/779,582，目前公開為US 2004/0229444 Al，描述了制造SOG結(jié)構(gòu)，特別是SiOG 結(jié)構(gòu)以及這些結(jié)構(gòu)的新穎形式的方式，該材料申請的內(nèi)容全文參考結(jié)合于本文。
離子注入是制造SOI結(jié)構(gòu)中最昂貴的步驟之一。在S0G結(jié)構(gòu)中，使用價廉的基片材料如玻璃和玻璃-陶瓷材料可以顯著降低S0G的總成本。在制造S0G結(jié)構(gòu)時，如US 2004/0229444 Al揭示的，可以采用氫離子注入將如單晶硅的薄膜半導體材料與施主基片分離。傳統(tǒng)的束-線離子注入方法和設備可用于這一目的。但是，使用傳統(tǒng)的束-線離子注入設備的費用很高。實際上，這種薄膜分離方法一般需要大劑量的氫離子。對束-線注入，常需要耗費長時間來達到要求的注入水平。這明顯增加了 SOG結(jié)構(gòu)的制造成本。此外，使用束離子氫注入通常導致從施主基片分離并與受主基片接合的薄膜，所述受主基片的厚度大于要求的厚度。對許多指定的應用需要進一步的后處理，包括對厚膜薄化和拋光，后處理增加了總體過程的復雜性，降低生產(chǎn)率和產(chǎn)量，因此增加最終產(chǎn)品的成本。
如上面所述，現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域提出供選擇的離子注入方法和設備來替代束-線離子注入。美國專利6， 027, 988(其相關(guān)部分參考結(jié)合于本文)公開使用等離子體浸入
的離子注入(pin)用于該目的。在pin方法中，產(chǎn)生等離子體，將受主晶片置于等離子體和電場內(nèi)部，使許多離子被該電場加速并注入到施主基片。該方法還存在施主基片發(fā)生表面蝕刻以及劑量控制中的困難。此外，因為產(chǎn)生多種離子物質(zhì)并存在于等離子體中，在注入時離子會具有寬的能級分布，難以控制注入深度，因此難以控制進行分離的薄膜厚度。此外，等離子體中有害的污染離子可能被注入施主基片，導致不希望的摻雜甚至對進行分離的薄膜的損害。
在美國專利6， 027， 988也提到作為非質(zhì)量分離的離子注入方法的離子噴淋，該專利中的相關(guān)部分被參考結(jié)合于本文。但是，該文獻沒有詳細描述離子噴淋，也沒有提供使用離子噴淋進行離子注入的任何具體實例。離子噴淋注入(ISI)使用來自等離子體源的大面積離子束，該等離子體源使用例如提取電極。離子在注入之前司以被力口速。例如F. Kr6ner等在Phosphorus Ion Shower Implantation for Special Power IC Applications, Ion Implantation Technology (2000)， 476-79 中描述了離子噴淋用于離子注入的典型用途，該文獻的相關(guān)部分通過參考結(jié)合于本文。圖3圖示說明使用常規(guī)的離子噴淋用于離子注入。在設備301中，有以下兩個單獨的室等離子體室307，包含在電極303和電極柵格305之間的等離子體；和注入室313，其中放置有晶片315。離子311任選被進一步加速，遷移并部分地進入晶片315。因此，很清楚，常規(guī)的離子噴淋具有以下特征(i)使用在單獨的等離子體室中產(chǎn)生的遠程等離子體*, (ii)用于注入的晶片不放置在電場中；和(iii) 與PIII不同，離子源是連續(xù)的，而不是脈沖式的；和(iv)沒有質(zhì)量分離離子，因此撞擊在進行注入的晶片上的離子實際含有許多不同質(zhì)量、電荷和能量的物質(zhì)。
為了諸如摻雜的目的，采用離子噴淋向半導體材料注入大離子如磷等。但是，由于在如美國專利第6， 027， 988號的文獻中不完整的內(nèi)容，本發(fā)明人由現(xiàn)有技術(shù)還不能明確離子噴淋是否能夠成功用于使薄膜從施主半導體晶片開裂。而且，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)用離子噴淋代替在制造半導體器件的現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域采用的束線離子注入設備和方法并不是那么簡單和容易的事項。遇到大量技術(shù)上的挑戰(zhàn)。
如下面所述，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過使用非質(zhì)量分離的離子噴淋，可能對脫落膜的晶體結(jié)構(gòu)造成損害。這種損害的程度很嚴重，使這種離子噴淋不能用于制造許多的微電子結(jié)構(gòu)，如集成電路的電路特征，因此是非常不希望的。
不希望受到任何特定理論的束縛，本發(fā)明人相信，是常規(guī)離子噴淋中的雜質(zhì) 對脫落膜的晶體結(jié)構(gòu)造成損害的。在常規(guī)離子噴淋的離子束中，同時產(chǎn)生許多具有不同質(zhì)量和電荷的離子，并使它們撞擊在施主基片上并注入其中。例如，在使用氫離子噴淋時，在氫等離子體中產(chǎn)生不同比例的屬于不同物質(zhì)的離子，如H+, H/和H3+。因為不同的尺寸和質(zhì)量，這些離子在施主基片中遷移不同的距離。其中一些不能到達離子注入?yún)^(qū)，而是注入脫落膜中，造成不希望的改性和損害。而且，因為等離子體室的污染，等離子體還包括如P+， B+,氧離子，碳離子，氟離子和氯離子以及金屬離子的離子。這些大而重的離子很可能保留在脫落膜中并造成損害。
因此，本發(fā)明人完成了本發(fā)明，以解決現(xiàn)有技術(shù)方法如PIII和束線離子注入的方法的問題，以及常規(guī)離子噴淋注入的缺陷。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供一種形成SOI結(jié)構(gòu)的方法，該方法具體
包括以下步驟
(I) 提供施主基片，該基片包括具有第一施主外表面的半導體材料；和
(II) 使用通過電磁分離純化的第一離子噴淋，將屬于第一類物質(zhì)的許多離子注入，通過第一施主外表面以一定的深度進入在第一施主外表面下面的離子注入區(qū)，使夾在離子注入?yún)^(qū)和第一施主外表面之間的材料薄膜("脫落薄膜")的至少 50納米部分，在一些實施方式中為至少IOO納米厚度部分，一些實施方式中至少
為150納米厚度部分，一些實施方式中為至少200納米厚度部分的結(jié)構(gòu)基本不受損害。
如上所述，在步驟(I)中，施主基片可以包含任何半導體材料，如硅基半導體材料和非硅基的半導體材料。半導體材料可以是基本上純的和單晶的，或者預先摻雜有所需的摻雜劑，以改進結(jié)構(gòu)和其電導率。目前的半導體工業(yè)中，最廣泛使用的
施主基片是基于單晶硅，最普遍制造的結(jié)構(gòu)是SiOI結(jié)構(gòu)，如在氧化的硅晶片上的硅。本發(fā)明可以優(yōu)選用于這類工藝以降低其成本。
在典型的半導體工藝中，所用的施主基片具有精確拋光的高度平坦和光滑的表面。在許多情況中，施主基片是具有基本上平行的主表面的晶片。本發(fā)明可應用于這類情況。但是，還應理解，根據(jù)接受脫落膜的受主基片的表面形貌或者制造的 SOI結(jié)構(gòu)的預定用途，施主基片可具有一個成形的表面，甚至一個以上的成形的表面。施主基片還可能具有凹槽和其他特征來表征的外表面。根據(jù)本發(fā)明方法的純化離子噴淋的用途可以應用于這些施主基片。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)SOI結(jié)構(gòu)的預定用途以及本申請揭示的內(nèi)容可以知道在施主基片中的離子注入?yún)^(qū)的所需深度。離子注入?yún)^(qū)在第一施主外表面下面的深度決定了脫落膜的厚度。通常，為了從施主基片產(chǎn)生脫落膜的目的，離子注入?yún)^(qū)的深度小于約1000納米，在一些實施方式中小于約500納米，在一些實施方式中小于約300納米，在一些實施方式中小于約150納米，在一些實施方式中小于約100納米。一般而言，使用離子噴淋，尤其是根據(jù)本發(fā)明的質(zhì)量分離的離子噴淋可能產(chǎn) 生深度較小的離子注入?yún)^(qū)，因此產(chǎn)生較薄的脫落膜，所述深度小于采用現(xiàn)有技術(shù)的束線離子注入的深度，因此減少了對脫落膜進行的下游薄化。通過改變注入離子的動能，可以改變離子注入?yún)^(qū)的深度。例如，在單晶硅施主基片上注入H/離子時，
選擇該離子的能量在約40-70 KeV范圍，以獲得所需厚度的脫落膜。
如上面所述，為了將離子注入離子注入?yún)^(qū)，要求包含在離子噴淋中的離子為純的。因此，希望屬于第一類物質(zhì)的離子如H+， H2+， H:i+， He+， &2+等的純度至少為 90摩爾％，在一些實施方式中至少為95摩爾％，在一些實施方式中至少為99摩爾％，在一些實施方式中至少為99.5%，在一些實施方式中至少為99.9%，在一些實施方式中至少為99. 99%。
已知具有不同質(zhì)量和電荷的離子可以通過使它們遷移通過交叉的電場和/或
磁場進行分離。根據(jù)以下等式，依據(jù)各離子的質(zhì)量和電荷，通過洛倫茲力將離子遷移的路徑改變?yōu)椴煌某潭?br> 其中，f是洛倫茲力向量；S是電場強度向量；P是瞬時速度向量；^是磁場強度向量；《是該離子的電荷。因此，洛倫茲力具有兩個分裂因子(split element): 電力因子和磁力因子。根據(jù)右手定律，磁力與向量》的方向垂直。本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本文揭示的內(nèi)容，能夠確定對離子噴淋中產(chǎn)生的各離子物質(zhì)進行分離，選擇所需的離子物質(zhì)，將它們導向施主基片表面，并濾出或者導出不希望的污染離子所用的磁場》。
圖4圖示說明了設置用于本發(fā)明的方法的設備。因此，與圖示說明常規(guī)離子噴淋的圖3相比，在等離子體室307和注入室313之間放置磁分析儀403。在該分析儀403上施加磁場405，該分析儀將不同的離子物質(zhì)依據(jù)其各自的質(zhì)量和電荷進行分離。因此，將所需物質(zhì)的純化的離子導入注入室，用于注入目的。
一般而言，使用離子噴淋作為離子源時，所述離子噴淋包括常規(guī)的離子噴淋和本發(fā)明的質(zhì)量分離的離子噴淋，不將進行離子注入的施主基片放置在電場中。但是，在一些情況下，在激發(fā)柵極后，或在電磁分析儀中分離后，要求對離子加速或減速，使離子具有注入一定深度所需的能級。這可以通過對離子施加額外的加速/ 減速電場來實現(xiàn)?？梢詫⑹┲骰O置在加速/減速電場內(nèi)部或外部。因此，根據(jù)第一方面的方法能夠離子注入高純度，基本不含有害物質(zhì)，具有
窄范圍能級的離子。這樣又能夠精確控制離子注入?yún)^(qū)的深度和厚度，這是制造SOI 結(jié)構(gòu)時非常希望的。
圖1圖示說明采用本發(fā)明方法注入的施主基片101，該方法包括根據(jù)本發(fā)明的
質(zhì)量分離的離子噴淋。103是第一施主外表面，105是第二施主外表面，113是離子注入?yún)^(qū)，其中注入了許多離子，如H/或He+。夾在離子注入?yún)^(qū)113和第一施主外表面103之間的材料膜115是脫落膜。該圖中的109表示緊靠離子注入?yún)^(qū)113下面的區(qū)域。離子注入?yún)^(qū)113具有厚度t在第一施主外表面下面的深度"。^也是預定脫落膜115的厚度。
如上面所述，在單一離子注入操作中，一般不希望離子束中存在多種離子物質(zhì)。但是，在制造一些SOI結(jié)構(gòu)時可能需要使用多種離子的離子注入。本發(fā)明人方向，在制造一些SOG結(jié)構(gòu)時，使用多種離子物質(zhì)的離子注入實際可能降低了實現(xiàn)要求的脫落所需的注入離子的總量并提高注入過程的總效率。根據(jù)本發(fā)明，這種注入多種離子物質(zhì)可以通過例如在完成將第一離子物質(zhì)注入離子注入?yún)^(qū)后，實施如下的第二離子注入步驟來實現(xiàn)
(III)使用通過電磁分離純化的第二離子噴淋，將屬于第二類物質(zhì)的許多離子注入通過第一施主外表面，以一定的深度進入在第一施主外表面下面的離子注入區(qū)，使材料脫落膜的結(jié)構(gòu)基本不受損害，所述屬于第二類物質(zhì)的離子不同于屬于第一類物質(zhì)的離子。
施主基片內(nèi)第一離子注入?yún)^(qū)可以略不同于第二離子注入?yún)^(qū)。但是，因為上面所述的本發(fā)明方法的可控制性，在本申請揭示的內(nèi)容的領(lǐng)域的技術(shù)人員可能選擇適當?shù)墓に噮?shù)，使它們都位于離子注入?yún)^(qū)內(nèi)。確實，可以控制這兩個區(qū)域使它們基本上重疊。一般而言，要求Dp^ 300，所述Dp是在施主基片中，第一離子注入?yún)^(qū) 中屬于第一類物質(zhì)的離子的峰與在第二離子注入?yún)^(qū)內(nèi)屬于第二類物質(zhì)的離子的峰之間的距離。一些實施方式中，優(yōu)選Dp^ 200納米，在其他一些實施方式中優(yōu)選 Dp S 100納米。在一些實施方式中，Dp S 50納米。
圖2圖示說明離子注入兩種離子物質(zhì)后的施主基片201。在整個離子注入?yún)^(qū) 113中，有以下兩個基本重疊的區(qū)域第一離子注入?yún)^(qū)111和第二離子注入?yún)^(qū)115。在根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法的特定實施方式中，使用HZ和He+作為進行注入的第一離子物質(zhì)和第二離子物質(zhì)，反之亦然。注入H/或He+的順序并不重要，但是在一些實施方式中要求首先注入H/離子。本發(fā)明的H/和He+的這種組合特別適合用于注入和脫落硅施主基片。對單晶硅基片進行注入時，為到達同時用于H/和He+的同一離子注入?yún)^(qū)，He+所需的能量較低。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過使用以下方式可能成功地實現(xiàn)硅表面的脫落(i)只離子注入H/離子，或(ii)H3+和He+離子注入的組合。但是，因為(ii)的較低總能量和較高的效率，因此相對于(i)而更優(yōu)選(ii)。在(ii) 的一個特定實施方式中，H2+離子的能量約為70 KeV， He+的能量約為40 KeV，導致硅薄膜的良好脫落。
如上面所述，采用離子注入方法，對采用本發(fā)明方法制備的脫落膜的至少50 納米厚度部分，在一些實施方式中為至少100納米厚度部分，在一些實施方式中為至少150納米厚度部分，在一些實施方式中為至少200納米厚度部分不會造成損害。優(yōu)選脫落膜的至少大部分的厚度的結(jié)構(gòu)沒有受到損害。"大部分"表示脫落膜的至少一半厚度沒有受到損害。"沒有受到損害"表示在離子注入期間膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或其未損害部分沒有發(fā)生顯著的變化而使得脫落膜或其相關(guān)部分可能不適合用于預定的應用。
根據(jù)本發(fā)明的方法，可以將包含注入的單一離子物質(zhì)或多種離子物質(zhì)的離子注入?yún)^(qū)的厚度控制為小于約IOOO納米，在一些實施方式中小于約500納米，在一些實施方式中小于約300納米，在一些實施方式中小于約200納米。
進行離子注入后，可以采用US 2004/0229444中所述的方法，使脫落膜與施主晶片的其余部分分離。不希望受任何特定理論的束縛，相信在進一步處理如加熱時注入的離子通過如形成微氣泡在離子注入?yún)^(qū)產(chǎn)生缺陷。在該區(qū)域中高密度的缺陷導致在在離子注入?yún)^(qū)內(nèi)的某一位置發(fā)生開裂以及脫落膜和離子注入?yún)^(qū)的一部分從施主基片的剩余部分脫落。
在以下步驟(V)中，在離子注入后，通過使脫落膜從施主基片開裂產(chǎn)生基本分離的脫落膜
在注入?yún)^(qū)的一定位置，使脫落薄膜和離子注入?yún)^(qū)中材料的至少一部分與施主基片分離。
然后，如通過與絕緣體受主基片接合，該薄膜可用于制造SOI結(jié)構(gòu)的下游處理。但是，因為脫落膜很薄，在沒有預接合的支承件地情況下通常很難進行處理。因此，在根據(jù)本發(fā)明第一方面的制造SOI結(jié)構(gòu)的方法中，通常在步驟(V)分離脫落膜之前，進行以下步驟(IV):
(IV)使第一施主外表面與受主基片接合。用于與施主基片接合的受主基片可以是具有或沒有氧化物表面層的半導體晶片；玻璃片，晶體材料片和玻璃-陶瓷片。在一些實施方式中，受主晶片是單晶硅晶片，該晶片具有通過例如熱生長Si02層等形成的表面氧化層。在一些實施方式中，受主基片包含Si02。
一些實施方式中，受主基片是高純度的Si02片。
在一些實施方式中，受主基片包括晶體材料如藍寶石。
在一些實施方式中，受主基片包括氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷材料。如US
2004/0229444 Al中所述，在一些實施方式中，受主基片包括具有金屬離子的氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷材料。因此，根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法可優(yōu)選用于制造以下(i)常規(guī)的SOI和SiOI結(jié)構(gòu)，其中使用后束線離子注入，和(ii)如in US 2004/0229444 Al中所述的非常規(guī)SOI結(jié)構(gòu)，如SOG和SiOG結(jié)構(gòu)。
用于半導體工業(yè)的常規(guī)接合方法例如晶片接合，熔融接合和陽極接合。
在US 2004/0229444 Al中說明的特別用于將施主基片與玻璃或玻璃-陶瓷受主基片接合的方法包括應用以下條件(a)在施主基片和受主基片上施加壓力使它們密切接觸；(b)在施主基片和受主基片上施加電場，使施主基片上的電勢高于受主基片上的電勢；禾B(c)在施主基片和受主基片之間的溫度梯度。
在對施主基片進行離子注入后但在施主基片與受主基片接合之前，通常需要對兩個基片都進行表面清潔，以獲得足夠強度的接合。例如，氫離子注入硅基片后，在脫落膜的表面產(chǎn)生許多氫基團。由于表面氫基團產(chǎn)生的排斥，在沒有減少或消除表面氫基團條件下將脫落膜表面與受主基片的表面直接接合通常需要明顯更大的外部力。因此，在離子注入之后但在接合之前需要一個步驟從表面減少氫基團。如 US 2004/0229444 Al中揭示的，這種氫基團減少尤其可以下處理進行氧等離子體處理，臭氧處理，HA處理，HA和氨處理，&02和酸處理。
本發(fā)明的第二方面涉及采用質(zhì)量分離的離子噴淋制造SOG結(jié)構(gòu)的方法。廣義
上，該方法包括以下步驟
(Al)提供施主基片和受主基片，其中
(1) 施主基片包括半導體材料以及用來與受主基片接合的第一施主外表面 (第一接合表面)和第二施主外表面；
(2) 所述受主基片包括氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷以及以下兩個外表面(i)用于與第一基片接合的第一受主外表面(第二接合表面)；和(ii)第二受主外表面；(A2)使用通過電磁分離純化的第一離子噴淋，將屬于第一類物質(zhì)的許多離子注入通過第一施主外表面，以一定的深度進入在第一施主外表面下面的離子注入區(qū)，使夾在離子注入?yún)^(qū)和第一施主外表面之間的材料薄膜("脫落薄膜")的至少 50納米厚度部分，在一些實施方式中為至少100納米厚度部分，一些實施方式中
至少為150納米厚度部分，一些實施方式中為至少200納米厚度部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本不受損害；
(B) 步驟(Al)和(A2)之后，使第一和第二接合表面接觸；
(C) 同時在以下條件下保持足夠的時間，使施主基片和受主基片在第一和第二接合表面相互接合
(1) 在施主基片和/或受主基片上施加壓力使第一和第二接合表面接觸；
(2) 在施主基片和受主基片上施加電場，所述電場具有從第二受主外表面至第二施主外表面的大體方向；和
(3) 對施主基片和受主基片加熱，所述加熱的特征在于第二施主外表面和第二受主外表面分別具有平均溫度71和L對所述溫度進行選擇，使冷卻至常溫時，施主基片和受主基片發(fā)生不同的收縮，從而使施主基片在離子注入?yún)^(qū)的強度下降；和
(D) 對接合的施主基片和受主基片冷卻，使施主基片在離子注入?yún)^(qū)發(fā)生開裂；其中，氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷包含正離子，所述正離子在步驟(C)期
間以離開第二接合表面向著第二受主外表面的方向在受主基片中遷移。
因此，第二方面是上面概括描述的本發(fā)明第一方面的一個實施方式。本發(fā)明的第一方面可由以下對第二方面的描述進一步說明。上面對本發(fā)明第一方面的概括描述也可應用于第二方面，但在細節(jié)上作必要改動。
圖5和圖6圖示說明根據(jù)本發(fā)明的第二方面的方法的實施方式。圖5中，使圖1所示的半導體施主基片101與玻璃或玻璃-陶瓷受主基片501接合，該受主基片具有第一受主外表面503(第二接合表面)和第二受主外表面505。施加壓力P，使第一施主外表面103 (第一接合表面)與第一受主外表面503 (第二接合表面)緊密接觸。加熱施主基片101至溫度7i并施加電壓V,。加熱受主基片501至不同的溫度T2并施加較低電壓V2。因此，通過施加外部壓力、溫度梯度和電場實施施主基片101和受主基片501的接合。接合足夠的時間后，停止在基片上施加的電壓和壓力，使基片冷卻至常溫K (如室溫)。由于兩個基片的差式收縮(下面詳細說明)，離子注入?yún)^(qū)113的強度下降并分成以下兩個部分與脫落膜115接合的113a，脫落膜115與受主基片接合；以及與施主基片的其余部分接合的U3b。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面的方法的一些具體實施方式
可包括以下步驟
(A')提供第一基片和第二基片，其中
(1) 第一基片包含用于與第二基片接合的第一外表面(第一接合表面)，用于向第一基片施加力的第二外表面(第一施加力的表面)，用于將第一基片分出第一部分和第二部分的中間區(qū)(以下稱作"分離區(qū)"，即為采用按照上面所述的本發(fā)明第一方面的純化離子噴淋注入形成的離子注入?yún)^(qū))，其中
(a')第一接合表面、第一施加力的表面和分離區(qū)基本上相互平行； (b')第二部分在分離區(qū)和第一接合表面之間；和 (c')第一基片包含基本為單晶的半導體材料；和
(2) 第二基片包括兩個外表面，其中一個外表面用于和第一基片接合(第二接合表面)，另一個用于在第二基片上施加力(第二施加力的表面)，其中
(a，)第二接合表面和第二施加力的表面基本上相互平行，相互間隔距離D2;
和
(b')第二基片包含氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷；
(B，)使第一基片和第二基片接觸(一旦接觸，第一基片和第二基片形成在它們之間的"界面"(本文中的稱呼))；
(C')同時在以下條件下保持足夠的時間，使第一基片和第二基片在第一接合表面和第二接合表面(即界面)上相互接合
(1) 在第一施加力的表面和第二施加力的表面上施加力，將第一接合表面
和第二接合表面壓在一起；
(2) 在第一基片和第二基片上施加電場，其特征是，在第一施加力的表面
和第二施加力的表面上分別施加第一電壓和第二電壓v,和v2，這些表面上的電
壓均勻，V,高于V2，使電場方向為從第一基片朝向第二基片；和
(3) 對第一基片和第二基片加熱，所述加熱的特征是，在第一施加力的表面和第二施加力的表面上分別有第一和第二溫度L和T2，這些表面上的溫度均勻，并選擇溫度，使冷卻至常溫后，第一基片和第二基片發(fā)生差式收縮，因而使分離區(qū)中的第一基片的強度下降；和
(D，)將接合的第一基片和第二基片冷卻(如，至常溫如室溫)并在分離區(qū)分成第一部分和第二部分；其中，氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷具有以下組中的一個或兩個特征
(i) 氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷的應變點低于l，OOO'C，并包含正離子 (如，堿金屬或堿土金屬離子)，所述正離子在步驟(C，)期間，以離開第二接合表面向著第二施加力的表面的方向在第二基片中遷移；和/或
(ii) 氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷包含(a')非橋連氧和(b')正離子(如，
堿金屬或堿土金屬離子)，所述正離子在步驟(c，)期間，以離開第二接合表面向
著第二施加力的表面的方向在第二基片中遷移。
如本領(lǐng)域已知的，氧化物玻璃中的或氧化物玻璃-陶瓷的玻璃相中的非橋
連氧是通過玻璃的非成網(wǎng)組分供給該玻璃的那些氧。例如，在可商購的LCD顯示器玻璃，如康寧公司玻璃(Corning Incorporated Glass)No. 1737和No. EAGLE 2000tm的情況，非橋連氧包括通過在玻璃組合物中加入堿土金屬氧化物 (如，Mg0， Ca0， Sr0和/或Ba0)成為玻璃的組成部分的那些氧。
雖然不希望受任何特定理論的束縛，但是相信在步驟(C')中發(fā)生電解類的反應。具體地，相信半導體基片(第一基片)用作為電解型反應的正電極，在第一基片和第二基片的界面區(qū)域產(chǎn)生反應性氧。相信這種氧與半導體材料(如硅) 反應，原位形成氧化的半導體的雜化區(qū)域(如，用于硅基半導體的氧化硅區(qū)域)。這種雜化區(qū)開始于界面并延伸至第一基片。相信在第二基片的氧化物玻璃中或氧化物玻璃-陶瓷中存在的非橋連氧在產(chǎn)生與第一基片的半導體材料反應的氧時發(fā)揮了作用。
相信這樣產(chǎn)生的反應性氧和其與半導體材料的接合是第一基片的半導體材料與第二基片的氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷之間的強接合的來源，艮口，
第一基片和第二基片之間的接合的至少一部分(很可能全部)是通過半導體材料與來自第二基片的反應性氧的反應形成的。與現(xiàn)有技術(shù)明顯不同，不需要高
溫處理(即高于100(TC的處理)就可以實現(xiàn)這種強接合。
這種避免高溫處理的能力使第二基片材料可以是大量低成本制造的材料。即，通過取消高溫處理，本發(fā)明不需要由高價的高溫材料如硅、石英、金剛石、藍寶石等構(gòu)成的支承基材。
具體地，不需要高溫處理能實現(xiàn)強接合的能力使第二基片可以由氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷構(gòu)成，一個實施方式中，所述玻璃或玻璃-陶瓷的應變點低于1，000。C。更具體地，對顯示器應用，氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷的應變點通常低于800。C，在另一些實施方式中低于7Q0。C。對電子和其他的應用，應變點優(yōu)選低于l,OOO'C。如玻璃制造領(lǐng)域皆知的，具有低應變點的玻璃和玻璃-陶瓷比高應變點的玻璃和玻璃-陶瓷更容易制造。
為促進接合，氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷應至少能一定程度導電。氧化物玻璃和氧化物玻璃-陶瓷的電導率取決于它們的溫度，因此要實現(xiàn)半導體材料和氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷之間的強接合，需要在以下方面達到均
衡1)玻璃或玻璃-陶瓷的電導率，2)步驟(C')中使用的溫度(T,和T2)， 3)步驟(C')中在低于基片和第二基片上施加的電場強度，和4)步驟(C')進行的時間
作為總體指導方針，氧化物玻璃和氧化物玻璃-陶瓷的25(TC的電阻率p優(yōu) 選小于或等于1016 Ocm(g卩，25(TC的電導率大于或等于10—16西門子/厘米)。更優(yōu)選，250。C時的p小于或等于1013 ^cm，最優(yōu)選小于或等于1011'5 ^cm。應注意，盡管石英具有要求的25(TC的電阻率a0"'8Ocm)，但是石英缺乏在步驟 (C，)中可以遷移的正離子，因此，在根據(jù)上述過程制造S0I結(jié)構(gòu)時，石英不適合用作第二基片。
對任何特定組的第一基片和第二基片，本領(lǐng)域的技術(shù)人員由本揭示內(nèi)容能容易地確定步驟(C，)的時間、溫度和場強度的適當組合。具體地，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠選擇這些參數(shù)的組合，形成在半導體與氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷之間的強接合，該接合足以使SOI結(jié)構(gòu)能夠承受在進一步處理和/或使用期間所遇到的各種力和環(huán)境條件。
除了上述在接合中的作用外，在步驟(C，)中施加的電場也能使正離子(陽離子)在第二基片內(nèi)以自第二基片的接合表面(第二接合表面)向著其施加力的表面(第二施加力的表面)的方向遷移。這種遷移優(yōu)選形成損耗區(qū)(23)，該區(qū)域始于第一基片和第二基片之間的界面，并延伸至第二基片，即，該損耗區(qū)始于第二接合表面并向著第二施加力的表面延伸至第二基片。
當氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷含有堿金屬離子如Li+1， Na"和/或K+'離子時，特別需要形成這樣的損耗區(qū)，因為已知堿金屬離子會干擾半導體器件的運行。堿土金屬離子如Mg+2， Ca+2， Sr+2和/或Ba+2也可能干擾半導體器件的運行，因此損耗區(qū)也優(yōu)選包含減小的這些離子的濃度。
顯然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，損耗層一旦形成，便隨時間穩(wěn)定，即使S0I結(jié)構(gòu)加熱至高于或者一定程度高于步驟(C，)中使用的溫度時也同樣隨時間穩(wěn)定。在升高的溫度形成的損耗區(qū)在SOI的常規(guī)操作溫度和形成溫度下特別穩(wěn)定。這些因素確保堿金屬和堿土金屬的離子不會在器件使用或進一步處理期間從氧化物玻璃或
氧化物玻璃-陶瓷擴散返回到SOI結(jié)構(gòu)的半導體中，這是源自使用電場作為步
驟(C')的接合過程組成部分的一個重要的益處。
因為通過選擇操作參數(shù)來實現(xiàn)強接合，因此本領(lǐng)域的技術(shù)人員由本揭示內(nèi) 容內(nèi)容易地地確定為實現(xiàn)具有所要求的寬度和對所有關(guān)注的正離子要求的降低的正離子濃度的損耗區(qū)所需的操作參數(shù)。存在損耗區(qū)時，所述損耗區(qū)是根據(jù) 本發(fā)明的方法制造的S0工結(jié)構(gòu)的特性特征。
除了損耗區(qū)外，施加電場也可以對氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷中包含的一種或多種可遷移正離子產(chǎn)生"堆積(pile-卯)"區(qū)。這種區(qū)域存在時位于
遠離第一基片和第二基片之間的界面的損耗區(qū)的側(cè)(邊)或靠近該側(cè)(邊)。在堆積區(qū)內(nèi)，正離子的濃度大于其體相濃度(bulk concentration)。例如，按照原子％測定時，正離子在堆積區(qū)的峰值濃度可以例如比體相濃度高5倍。和損耗區(qū)類似，當存在這種堆積區(qū)時，該堆積區(qū)是根據(jù)本發(fā)明的第二方面制造的SOI 結(jié)構(gòu)的特性特征。
可以選擇步驟(C')期間第一基片和第二基片的溫度即L和T2，以實施對在分離區(qū)的半導體基片(第一基片)的重要的弱化功能(如碎裂)，使第一基片分成第一部分和第二部分，所述第二部分將與第二基片接合。這樣，可以實現(xiàn)具有所需厚度的半導體部分的SOI結(jié)構(gòu)，所述厚度如厚度Ds例如為10-500納米，一些情況下最大為5微米。
雖然不希望受任何具體操作理論的限制，但是相信半導體基片在分離區(qū)的弱化主要在步驟(C')之后接合的第一和第二基片冷卻至如室溫時發(fā)生。通過適當選擇T,和T2(參見下文)，冷卻可以使第一基片和第二基片發(fā)生差式收縮。這種差式收縮向第一基片施加應力，該應力本身表現(xiàn)為第一基片在分離區(qū)的弱化 /碎裂。如下面所述，較好地，差式收縮應使第二基片的收縮程度大于第一基片。
如本文所用，詞語"冷卻至常溫時的差式收縮"以及類似的詞語表示如果第一基片和第二基片沒有接合，則它們在所述冷卻時收縮的程度不同。但是，因為第一基片和第二基片在步驟(C')期間接合，并且都是剛性材料，各基片實際發(fā)生的收縮量將不同于沒有接合時發(fā)生的收縮量。這種差別導致其中一個基片經(jīng)受張力和因冷卻產(chǎn)生的其他壓縮。本文使用詞語"企圖收縮"和類似的詞語來反映以下事實，即，基片接合時的收縮一般不同于其未接合時的收縮，如，所討論的基片可能因為冷卻的原因而發(fā)生一定程度的收縮，但是因與其他基片接合一般不可能，而且實際上也不會產(chǎn)生這種程度的收縮。
在步驟(C')中采用的T,和T2值取決于第一基片和第二基片的相對熱膨脹系數(shù)，選擇這些值的目的是確保其中一個基片，優(yōu)選第二基片可能發(fā)生的收縮程度大于其他基片，優(yōu)選第一基片，以在冷卻期間向分離區(qū)施加應力因此使該區(qū) 域弱化。
概括地，為使第二基片可能發(fā)生的收縮的程度大于第一基片在冷卻時的收
縮程度，L， T2以及第一基片和第二基片的CTE(分別為CTE,和CTE2)應滿足以
下關(guān)系式
CTE2'T2 > CTErT,，
其中，CTE,是基本為單晶半導體材料的0t:時熱膨脹系數(shù)，CTE2是氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷的0-30(TC的熱膨脹系數(shù)。該關(guān)系式假設第一基片和第二基片冷卻至共同的參比溫度0°C，則T,和T2的單位用'C表示。
應用該關(guān)系式時，應考慮氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷的0-30(TC熱膨脹系數(shù)優(yōu)選滿足以下關(guān)系式
5x10—7°C 2 CTE S 75x10—V°C。
為進行比較，基本為單晶硅的0。C的熱膨脹系數(shù)約為24xl(T7。C，而0-300 。C的平均CTE約為32. 3x10—7°C 。雖然一般優(yōu)選第二基片的CTE小于或等于 75xlO—7。C，但是在有些情況，第二基片的CTE可能高于75x10—7°C，例如在用于諸如太陽能電池的應用中的鈉鈣玻璃的情況。
由關(guān)系式CTE2.T2〉 CTE卩L可以知道，當氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷的 CTE(CTE2)小于半導體材料的(CTE,)時，為使冷卻期間第二基片發(fā)生的收縮大于第一基片，要求較大的T2 - T,差值。相反，如果氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷的CTE大于半導體材料的CTE，可以使用較小的T2 - L差值。當然，如果氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷的CTE顯著大于半導體材料的CTE， T2-T,差值可以為零甚至是負值。但是，一般而言，選擇氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷的 CTE相對接近半導體材料的CTE，因此需要正的T2 - L差值來保證冷卻期間第二基片可能發(fā)生的收縮大于第一基片。T2 > T,也是所希望的，因為L 〉 T,有助于氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷與半導體材料接合，會使氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷具有較高反應性。也希望T2 > T"因為可以促進正離子向著離開第一基片和第二基片的界面的方向遷移。采用除使第二基片在冷卻期間企圖發(fā)生大于第一基片的收縮外的其他方法，可以實現(xiàn)冷卻期間第一基片和第二基片之間的差式收縮以及第一基片在分離區(qū)產(chǎn)生弱化/碎裂。具體地，可以使第一基片企圖發(fā)生大于第二基片的收縮。這種差式收縮也可以通過選擇第一基片和第二基片的CTE和溫度來實現(xiàn)。概括
地，對這種情況，要求CTE,^大于CTE2.T2。
當?shù)谝换髨D發(fā)生的收縮大于第二基片時，第一基片，特別是第一基片的第二部分在冷卻結(jié)束時會在張力下完全破壞(endup)，而不是壓縮下被破壞。一般而言，優(yōu)選完成的SOI結(jié)構(gòu)中的半導體薄膜(第一基片的第二部分)處于壓縮狀況，這種情況優(yōu)選以下方式，即，差式收縮使冷卻期間第二基片企圖發(fā)生的收縮大于第一基片。但是，對某些應用，優(yōu)選半導體薄膜處于一定程度的張力狀態(tài)。
因此，雖然在實施本發(fā)明時可以采用其他的條件組，但是在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，在步驟(C，)中L高于T,，并且從步驟(C')采用的升高的溫度進行冷卻期間第二基片企圖發(fā)生的收縮大于第一基片。
此外，對本發(fā)明的任何特定應用(如，任何特定半導體材料和任何特定的氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本揭示內(nèi)容以及US 2004/0229444A揭示的內(nèi)容能容易地選擇T,和12值，應提供足以使分離區(qū)弱化的差式收縮水平，使第一基片的第一部分和第二部分相互分離，產(chǎn)生所需的SOI 結(jié)構(gòu)。
第一部分和第二部分在分離區(qū)分離導致各部分在發(fā)生分離時具有"脫落" 表面。如本領(lǐng)域已知的，在最初形成后，即在進行任何后續(xù)表面處理之前，這種脫落表面的特征是表面粗糙度，一般至少在小于1納米賜S的量級，如在 1-100納米范圍，依據(jù)采用的處理條件，用于形成分離區(qū)的注入離子如氫、氦等的濃度通常高于第一部分或第二部分主體內(nèi)的濃度。在常規(guī)應用中，在使用前對脫落表面拋光，使其RMS表面粗糙度降低至小于或等于l納米，如對電子應用，腹S表面粗糙度在O. l納米量級。如本文所用，詞語"脫落表面"包括最初形成的表面以及后續(xù)處理后的表面。
步驟(C，)期間施加在第一基片和第二基片上的壓力確保這些基片密切接觸，同時進行該步驟的加熱和電場處理。這樣，可以實現(xiàn)在基片之間的強接合。
一般而言，半導體基片(第一基片，也是施主基片)所能夠承受的施加的壓力水平大于玻璃或玻璃-陶瓷基片(第二基片)。因此，選擇壓力，提供基片之間的密切接觸，而不會損害第二基片。
可以采用寬范圍的壓力。例如，在第一基片和第二基片的第一施加力的表面和第二施加力的表面上分別施加的單位面積上的力P'優(yōu)選滿足以下關(guān)系式
1 psi W《100 psi;
最優(yōu)選滿足以下關(guān)系式
1 psi W《50 psi;
本領(lǐng)域的技術(shù)人員由本揭示內(nèi)容能容易地確定用于本發(fā)明的特定應用的比壓值。
本發(fā)明的第二方面可以使用單一的第一基片和單一的第二基片實施?；?者，本發(fā)明的方法可用于在單一的第二基片上形成一個以上的SOI結(jié)構(gòu)。
例如，可采用步驟(A')至(D')形成第一SOI結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)沒有覆蓋第二基片的整個面積。然后，重復步驟(A')至(D')，形成第二SOI結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)覆蓋未被第一 SOI結(jié)構(gòu)覆蓋的區(qū)域的一部分或全部。第二 SOI結(jié)構(gòu)可以與第一 SOI 結(jié)構(gòu)相同或不同，例如，第二SOI結(jié)構(gòu)可以使用基本為單晶的半導體材料組成的第一基片構(gòu)成，所述半導體材料與制造第一 SOI結(jié)構(gòu)時使用的第一基片的半導體材料相同或不同。
更優(yōu)選，通過以下方式在單一的第二基片上形成多個SOI結(jié)構(gòu)，在步驟(A') 提供多個(即兩個或更多個)第一基片，在步驟(B')使這些第一基片與單一的第二基片接觸，然后在制成的多個第一基片/單一的第二基片的組件上進行步驟 (C')和(D，)。步驟(A')中提供的多個第一基片可以全部相同、全部不同、或者部分相同而部分不同。
無論采用何種方式，在單一的氧化物玻璃和氧化物玻璃-陶瓷基片上產(chǎn)生的多個SOI結(jié)構(gòu)可以是連續(xù)的或者對本發(fā)明的特定應用可適當隔開。需要時，在部分或全部相鄰的結(jié)構(gòu)之間的間隙中可以填充例如半導體材料，以獲得任意所需尺寸的氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷基片上的一個或多個連續(xù)的半導體層。
按照本發(fā)明第二方面制造的SOI結(jié)構(gòu)優(yōu)選是絕緣體上的半導體結(jié)構(gòu)，該結(jié) 構(gòu)包括直接相連或通過一個或多個中間層相連的第一層和第二層，其中 (a')第一層包含基本為單晶的半導體材料； (b')第二層包含氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷；和
(c，)第一層和第二層的結(jié)合強度至少為8焦耳/米2，優(yōu)選至少為10焦耳/米2，最優(yōu)選至少15焦耳/米2。
如本說明書和權(quán)利要求書中使用的，可以采用壓痕方法(indentation procedure)確定SOI結(jié)構(gòu)中半導體層與玻璃或玻璃-陶瓷的結(jié)合強度。這種方法廣泛用于評價薄膜和涂層與各種材料，包括聚合物、金屬和脆性材料的粘結(jié) 特性。該技術(shù)以界面應變能量釋出速率形式提供粘合性的定量測定。
如在美國專利申請公報No. 2004/0229444 Al的實施例中揭示的，對玻璃上硅涂層的壓痕測試可以采用NaNo壓痕計II(Nano Indenter II) (MTS系統(tǒng)公司(MTS Systems Corporation, Eden Prairie, MN)進行，該壓痕計裝備有 Berkovich金剛石壓痕頭(indenter)。當然，可以使用其他設備測定結(jié)合強度值。如美國專利申請公報No. 2004/0229444 Al的實施例12中揭示的，使壓痕包括一定范圍的載荷，檢測直接包圍壓痕的區(qū)域的分層跡象。按照以下文獻計算結(jié)合能，文獻中的相關(guān)部分通過參考結(jié)合于本文D. B. Marshall和A. G. Evans, Measurement of Adherence of Residually Stressed Thin Films by Indentation, I. Mechanics of Interface Delamination, J. Appl. Phys., 56[10] 2632-2638(1984)?？梢圆捎迷撐墨I中的方法計算在下面的權(quán)利要求書中所稱的結(jié)合能。
采用本發(fā)明的第二方面的方法制造SOI結(jié)構(gòu)時，第一層理想地具有距第二層最遠的表面，該表面是脫落表面。這種情況下，第二層的氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷也優(yōu)選具有以下性質(zhì)
(a，) 0-300。C的熱膨脹系數(shù)CTE和25(TC時電阻率/ 滿足以下關(guān)系式
5xl(T7。C S CTE S 75x1(T7。C，和 1016 cm，和
(b')應變點L低于l，OO(TC。
氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷還可以包含正離子，當該氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷的溫度T滿足以下關(guān)系式時，通過電場可以改變正離子在氧化
物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷內(nèi)的分布
Ts - 350《T S Ts + 350，式中，Ts和T都按"C計。
應理解，玻璃或玻璃-陶瓷層與半導體層如硅層之間的結(jié)合強度是SOI結(jié) 構(gòu)的關(guān)鍵性質(zhì)。高結(jié)合強度和耐久性對保證SOI結(jié)構(gòu)能夠承受與在該結(jié)構(gòu)上或之內(nèi)制造薄膜晶體管和其他器件相關(guān)的處理是很重要的。例如，高的結(jié)合強度對在切割、拋光和類似加工步驟中保持器件完整性很重要。高的結(jié)合強度還能夠?qū)Ω鞣N厚度的半導體薄膜進行處理，同時與玻璃或玻璃-陶瓷基片包括半導體薄膜相連。
已知在制造SOI加工的標準熱處理的Si-Si02鍵的結(jié)合能取決于退火溫度，在IIO(TC退火后為1-4焦耳/米2范圍。參見Semiconductor Wafer Bonding(半導體晶片的結(jié)合)，Q. Y. Tong, U. Gosele， John Wiley & Sons Inc. ， New York, New York,第108頁(1994)。如在US 2004/0229444 Al中的實施例證實的，按照本發(fā)明的第二方面，提供的SOI結(jié)構(gòu)的結(jié)合能顯著大于以前能達到的，即結(jié)合能至少為8焦耳/米2。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的方法，可以制造具有以下特性的SOI結(jié)構(gòu)
I: 絕緣體上半導體的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括直接相連或通過一個或多個中
間層相連的第一層和第二層，其中 (a，) 第一層
(i) 包含基本為單晶的半導體材料；
(ii) 具有基本平行的第一面和第二面，相互間隔距離Ds，第一面比第二面
更靠近第二層；
(iii) 具有參比表面，該表面具有以下特性l)在第一層內(nèi)，2)與第一面基本平行，和3)與第一面間隔距離Ds/2;和
(iv) 具有提高氧濃度的區(qū)域，該區(qū)域始于第一面并向第二面延伸，其厚度 5 滿足以下關(guān)系式
5H 2 200納米，
式中，5 是第一面與具有以下特性的表面之間的距離，該表面l)位于第一
層內(nèi)，2)與第一面基本平行，和3)是滿足以下關(guān)系式的離第一面最遠的表面
GoCx) — Go/參比》50%， 0 S x S 5H，
式中
C。(x)是氧的濃度，隨距第一面的距離x變化，
c(),參比是參比表面上的氧濃度，和
Co (x)和Co/參比按原子。％計；禾口
(b')第二層包含氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷。
應注意，按照本發(fā)明的該方面提高氧濃度的區(qū)域應區(qū)別于結(jié)合前在半導體基片外部形成的氧化物層(例如參見美國專利第5， 909, 627號)，因為本發(fā)明的該區(qū)域是在半導體材料內(nèi)。具體地，當采用本發(fā)明第二方面的方法制造SOI間隔時，當形成半導體層和氧化物玻璃或氧化物玻璃層的復合體時原位形成提高了氧濃度的區(qū)域。
II:絕緣體上半導體的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括直接相連或通過一個或多個中間層相連的第一層和第二層，其中
(a')第一層包括基本為單晶的半導體材料，所述層具有距第二層最遠的表面，該表面為脫落表面；和
(b')第二層
(ii) 具有基本平行的第一面和第二面，相互間隔距離D2，第一面比第二面更靠近第一層；
(iii) 具有參比表面，該表面具有以下特性l)在第二層內(nèi)，2)與第一面基本平行，和3)與第一面間隔距離02/2;
包含氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷，所述氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷
包含一種或多種類型的正離子，每種類型的正離子在參比表面具有參比濃度Ci, 夢比；禾口
具有始于第一面并向參比表面延伸的區(qū)域，其中的至少一種正離子的濃度
相對該離子的參比濃度C，/參"皮消耗(正離子損耗區(qū))。
III:絕緣體上半導體的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括直接相連或通過一個或多個中間層相連的第一層和第二層，其中
(a，)第一層包括基本為單晶的半導體材料，所述層的厚度小于10微米(在一些實施方式中，小于5微米，在一些其他實施方式中小于1微米)；和
(b')第二層
(i) 具有基本平行的第一面和第二面，相互間隔距離D2，第一面比第二面更靠近第一層；
(ii) 具有參比表面，該表面具有以下特性l)在第二層內(nèi)，2)與第一面基本平行，和3)與第一面間隔距離02/2;
包含氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷，所述氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷包含一種或多種類型的正離子，每種類型的正離子在參比表面具有參比濃度Ci/ 參比；禾口
(iv) 具有始于第一面并向參比表面延伸的區(qū)域，其中的至少一種正離子的濃度相對該離子的參比濃度C,職t被消耗(正離子損耗區(qū))。與這種SOI間隔相關(guān)，應注意子段落(a，〉中IO微米的限制明顯小于半導體晶片的厚度。例如，可商購的硅晶片的厚度一般大于IOO微米。
IV:絕緣體上半導體的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括直接相連或通過一個或多個中間層相連的第一層和第二層，其中
(a')第一層包含基本為單晶的半導體材料；和
(b')第二層包含包含氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷，所述氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷包含一種或多種類型的正離子，以氧化物為基準，氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷中的鋰、鈉和鉀離子的濃度總和小于1.0重量％,優(yōu)選
小于0. 1重量％ (即，重量％ Li20 +重量°/。 K20 +重量％ Na20 〈 1. 0重量％，優(yōu) 選< 0. 1重量％)，
其中，第一層具有最大尺寸(如，對圓形層情況的直徑，矩形層情況的對角線等)大于IO厘米。
V: 絕緣體上半導體的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括直接相連或通過一個或多個中間層相連的第一層和第二層，其中
(a')第一層包含基本為單晶的半導體材料；和
(b')第二層
(i) 具有基本平行的第一面和第二面，相互間隔距離D2，第一面比第二面更靠近第一層；
(ii) 具有參比表面，該表面具有以下特性l)在第二層內(nèi)，2)與第一面基本平行，和3)與第一面間隔距離D2/2;
(iii) 包含氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷，所述氧化物玻璃或氧化物玻璃 -陶瓷包含一種或多種類型的正離子，每種類型的正離子在參比表面具有參比
濃度Ci/參比；
(iv) 具有始于第一面并向參比表面延伸的區(qū)域，其中的至少一種類型的正離子的濃度相對該離子的參比濃度C，t被消耗(正離子損耗區(qū))，所述區(qū)域具有遠邊(即最靠近參比表面的邊緣)；和
(v) 具有鄰近所述正離子損耗區(qū)的所述遠邊的區(qū)域，其中的至少一種類型的正離子的濃度相對與該離子的C"麵提高(堆積區(qū))。
VI:絕緣體上的半導體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括相互直接相連或通過一個或多個中間層相連的第一層和第二層，其結(jié)合強度至少為8焦耳/米2，在一些實施方式中至少為10焦耳/米2，在一些實施方式中至少為15焦耳/米2，所述第一層包含基本為單晶的半導體材料，所述第二層包含氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷，其中，第一層中靠近第二層的至少一部分包含凹進，所述凹進將所述部分分成基本上隔開的多個區(qū)域，這些區(qū)域可以相互相對獨立地膨脹和收縮。
這種SOI結(jié)構(gòu)的一些實施方式中，凹進延伸在第一層的整個厚度(Ds)上。 VII:絕緣體上的硅結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括相互直接相連的第一層和第二層，
所述第一層包含基本為單晶的硅材料，所述第二層(20)包含玻璃或玻璃-陶瓷，
所述玻璃或玻璃-陶瓷包含氧化硅和一種或多種其他氧化物作為網(wǎng)絡形成劑
(如，B203， Al203和/或P20s)，所述第一層包含與第二層接觸的區(qū)域，該區(qū)域包含硅氧化物(即，SiOx，其中1 S x S 2)， 2)但是不含一種或多種其他氧化物，所述區(qū)域的厚度小于或等于200納米。
VIII: 絕緣體上的半導體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含基本為單晶的半導體材料
(材料S)和氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷(材料G)，所述氧化物玻璃或氧化物
玻璃-陶瓷包含正離子，其中該結(jié)構(gòu)的至少一部分依次包括以下材料材料S;
具有提高的氧含量的材料S;
材料G，其中至少一種類型的正離子濃度降低；材料G，其中至少一種類型的正離子濃度提高；材料G。
關(guān)于前述SOI結(jié)構(gòu)I-VIII的各結(jié)構(gòu)，以及下面將描述的可以按照本發(fā)明的第二方面的方法制造的其他SOI結(jié)構(gòu)，應注意絕緣體上半導體結(jié)構(gòu)的"絕緣體"組分是由本發(fā)明通過使用氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷作為第二基片自動提供的。當?shù)谝换偷诙g的界面(30)包含正離子損耗區(qū)時，玻璃或玻璃-陶瓷的絕緣功能進一步增強。作為特定的實例，在SOI結(jié)構(gòu)VIII中，使用材料G都是絕緣體。此外，具有提高的氧濃度的材料S依據(jù)達到的氧濃度，至少一定程度用作絕緣體。這種情況下，材料S以后的每種材料構(gòu)成SOI結(jié)構(gòu) 的絕緣體。還應注意，例如為了提供半導體性質(zhì)的目的，單晶半導體材料也可以慘雜不同量的摻雜劑。
根據(jù)本發(fā)明的絕緣體功能的這種自動措施與常規(guī)SOI結(jié)構(gòu)形成對比，常規(guī) SOI結(jié)構(gòu)中半導體薄膜與半導體晶片相連。為達到絕緣功能，需要將絕緣體層如Si02層夾(嵌埋)在半導體薄膜和半導體晶片之間。
根據(jù)本發(fā)明第二方面，可以采用本發(fā)明方法制造在單一氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷上的多個SOI結(jié)構(gòu)，所述的多個SOI結(jié)構(gòu)可以全部相同，全部不同，或者部分相同而部分不同。類似地，由本發(fā)明第二方面制成的產(chǎn)品可以具有在單一的第二層上的多個第一層，而且多個第一層可以全部相同，全部不同，或者部分相同而部分不同。
無論是使用單一第一層還是多個第一層，產(chǎn)生的SOI結(jié)構(gòu)中第二層的所有或基本上所有(即〉95%)第一面與一種或多種基本上單晶的半導體材料相連 (或直接相連或者通過一個或多個中間層相連)，或者產(chǎn)生的SOI結(jié)構(gòu)中的第一面的大多數(shù)區(qū)域與基本上不是單晶半導體材料的材料結(jié)合(下面，稱為"非單晶半導體區(qū)域")。
在非單晶半導體區(qū)域中，第一面可以與例如非晶形和/或多晶半導體材料如非晶形和/或多晶硅直接相連，或者通過一個或多個中間層與之相連。使用這類價格低廉的材料對顯示器應用特別有益，顯示器應用中，顯示器電子器件中通常只有特定的一些部件需要基本上單晶的半導體材料，例如外圍驅(qū)動器，圖像處理器，計時控制器等，這些部件要求高性能的半導體材料。如本領(lǐng)域皆知的，多晶半導體材料特別是多晶硅可以通過以下方式獲得，即將非晶形材料應用于晶片如LCD玻璃基片后對該材料進行熱結(jié)晶(例如，基于激光的熱結(jié)晶) 獲得。
當然，第二層的整個第一面不一定與基本上單晶的半導體材料或者非單晶的半導體材料接合。而是特定區(qū)域可具有半導體材料，這些區(qū)域之間存在間隔，
其中可以是裸露的第二層或者是與一種或多種非半導體的材料相連的第二層。這些間隔的尺寸按照適合于本發(fā)明的特定應用可大或可小。例如，在顯示器熱
液晶顯示器應用的情況，大多數(shù)(例如大于約75-80%)的玻璃層通常既不與基本
上單晶的半導體材料接合也不與非單晶的半導體材料接合。
通過使用與單一第二層相連的多個第一層，可以獲得具有基本上單晶的半導體材料組成的大區(qū)域的SOI結(jié)構(gòu)。因此，根據(jù)本發(fā)明第二方面的方法，可以制造以下的其他SOI結(jié)構(gòu)
IX.絕緣體上半導體的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括直接相連或通過一個或多個中
間層相連的第一層和第二層，其中
(a')第一層包含多個區(qū)域，各區(qū)域包含基本上單晶的半導體材料-， (b')第二層包含氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷；和 (C')所述區(qū)域具有表面積A,，滿足以下關(guān)系式<formula>formula see original document page 37</formula>，
式中，如果所有區(qū)域都是圓形周邊，則^= 750厘米2，如果沒有一個區(qū) 域具有圓形周邊，則At = 500厘米2。
如上所述，不同區(qū)域中的基本上單晶的半導體材料可以全部相同，全部不同，或者部分相同而部分不同。類似地，如果使用一個或多個中間層，對不同的區(qū)域，中間層可以全部相同，全部不同，或者部分相同而部分不同。具體地，一個或多個區(qū)域可具有通過一個或多個中間層與第二層相連的基本上單晶的半導體材料，同時一個或多個另外的區(qū)域可以具有直接與所述第二層相連的所
述半導體材料。
關(guān)于按照本發(fā)明的第二方面制造的前述SOI結(jié)構(gòu)I-IX，如果第一基片和第二基片之間存在一個或多個中間層時，所述一個或多個中間層的總厚度優(yōu)選小于100納米，在一些實施方式中小于50納米，在一些實施方式中小于30納米。
除了上面列出的各SOI結(jié)構(gòu)I-IX外，本發(fā)明第二方面的方法還可以用于制造包括所述SOI結(jié)構(gòu)I-IX的特征的任意組合和全部組合的SOI結(jié)構(gòu)。例如， SOI結(jié)構(gòu)的一些實施方式中的結(jié)合強度至少為8焦耳/米2，在一些實施方式中至少為10焦耳/米2，在一些實施方式中至少為15焦耳/米2。類似地，SOI結(jié) 構(gòu)優(yōu)選包含至少一個脫落表面，至少一個正離子損耗區(qū)，至少一個堆積區(qū)，和 /或其厚度小于10微米的半導體層。
由下面的非限制性實施例進一步說明本發(fā)明。
實施例
實施例1 (比較例)
在標準的未改進的常規(guī)離子噴淋設備中，對直徑為150毫米，厚度為500 微米的硅晶片進行H3+離子注入，離子注入的劑量為2E16(即2xl016) H3+離子/ 厘米2，注入能量為60 KeV。然后，晶片在氧等離子體中處理，以氧化表面基團。然后，將康寧公司的Eagle 2000 (Corning Incorporated Eagle 2000 )) 玻璃晶片(直徑IOO毫米)在超聲浴中用費舍爾科學公司的Contrad 70(Fischer scientific Contrad 70)洗滌劑清洗15分鐘，再用蒸餾水超聲清洗15分鐘，然后，用10%硝酸清洗，然后再用蒸餾水清洗。這兩種晶片都在無塵室中，在旋轉(zhuǎn)清洗機干燥器(spin washer dryer)中用蒸餾水進行最后的清潔。然后，將兩個晶片接觸，保證晶片之間沒有夾有空氣，然后將晶片引入接
合器，按照US 2004/0229444 Al中所述進行接合。將玻璃晶片放置在負電極上，硅晶片放置在正電極上。將兩個晶片加熱至525i:(硅晶片)和575T:(玻璃晶片)。在晶片表面上施加1750 V的電勢。施加電壓20分鐘，結(jié)束時使電壓為零，將晶片冷卻至室溫。很容易將晶片分開。對脫落硅膜的截面拍攝TEM圖像。該圖像即圖7，顯示硅膜的整個厚度都受到損害，這種硅膜不能用于電子器件的應用。
實施例2 (本發(fā)明)
以同樣的試驗參數(shù)重復實施例1的試驗，但是工具中包含分析儀磁體，該磁體允許質(zhì)量分離，因此能夠只注入需要的物質(zhì)H二預計產(chǎn)生的硅膜中損害部分基本上僅限于碎裂區(qū)，這些區(qū)域可以通過拋光或蝕刻除去，露出能用于電子器件的良好未損壞的硅層。預計其他試驗中He+離子注入后的H/產(chǎn)生類似的結(jié)果。
對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，顯而易見可以在不偏離本發(fā)明的范圍和精神下對本發(fā)明進行各種修改和變動。因此，本發(fā)明意圖覆蓋本發(fā)明的修改和變動，只要這些修改和變動在權(quán)利要求書和其等同項的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種形成SOI結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括以下步驟(I)提供施主基片，該基片包括具有第一施主外表面的半導體材料；和(II)使用通過電磁分離純化的第一離子噴淋，將屬于第一類物質(zhì)的許多離子通過所述第一施主外表面注入在所述第一施主外表面下方一定深度的離子注入?yún)^(qū)，使夾在所述離子注入?yún)^(qū)和第一施主外表面之間的材料，即“脫落膜”，的至少50納米厚度部分的結(jié)構(gòu)基本不受損害。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(II)中，所述脫落膜的至少100納米厚度部分，一些實施方式中至少為150納米厚度部分，一些實施方式中為至少200納米厚度部分基本不受損害。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述脫落膜包含單晶硅。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，在步驟(II)中，所述離子注入?yún)^(qū) 的厚度不大于約1微米，在一些實施方式中不大于約500納米，在其它一些實施方式中不大于約300納米，在其它一些實施方式中不大于約200納米。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，在步驟(II)中，所述離子注入?yún)^(qū) 的深度小于約IOOO納米，在一些實施方式中小于約500納米，在其它一些實施方式中小于約300納米，在其它一些實施方式中小于約150納米，在其它一些實施方式中小于約100納米。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述脫落膜的未受損部分的厚度至少為脫落薄膜總厚度的50%，在一些實施方式中為至少60%，在一些實施方式中為至少80%，在一些實施方式中為至少90%。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，在步驟(n)中，所述第一離子噴淋主要由屬于第一類物質(zhì)的離子組成。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述屬于第一類物質(zhì)的離子是選自下組的單一離子物質(zhì)H:,+， H+, H/， D2+, D3+， HD+， H2D+， HD2+, He+， He2+, 0+, 02+, 02+和03+。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述屬于第一類物質(zhì)的離子基本上不含磷、硼、砷、碳、氧、氮、氟、氯和金屬。
10. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，該方法還包括分開的獨立于步驟(n)的以下步驟(in):使用通過電磁分離純化的第二離子噴淋，將屬于第二類物質(zhì)的許多離子通過所述第一施主外表面注入在所述第一施主外表面下方一定深度的離子注入?yún)^(qū)，使所述脫落膜的至少50納米厚度部分的結(jié)構(gòu)基本不受損害，所述屬于第二類物質(zhì)的離子不同于所述屬于第一類物質(zhì)的離子。
11.如權(quán)利要求io所述的方法，其特征在于，在步驟(in)中，所述脫落膜的至少100納米厚度部分，一些實施方式中至少為150納米厚度部分，一些實施方式中為至少200納米厚度部分基本不受損害。
12. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，所述離子注入?yún)^(qū)包括注入了所述屬于第一類物質(zhì)的離子的第一離子注入?yún)^(qū)和注入了所述屬于第二類物質(zhì)的離子的第二離子注入?yún)^(qū)，所述第一離子注入?yún)^(qū)和第二離子注入?yún)^(qū)基本上交疊。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在所述第一離子注入?yún)^(qū)中的第一離子物質(zhì)的密度峰與在所述第二離子注入?yún)^(qū)中的第二離子物質(zhì)的密度峰之間的距離小于約100納米。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括分開的獨立于步驟 (II)的以下步驟(IIIA):(IIIA)使用束-線注入器將許多離子通過所述第一施主外表面注入在所述第一施主外表面下方一定深度的離子注入?yún)^(qū)中。
15. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，該方法還包括分開的獨立于步驟(n)的以下步驟(niB):(niB)使用常規(guī)的離子噴淋，將許多離子通過所述第一施主外表面注入在所述第一施主外表面下方一定深度的離子注入?yún)^(qū)中。
16. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，所述屬于第一類物質(zhì)的離子是 H3+，所述屬于第二類物質(zhì)的離子是He+。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，H/的能量與He+的能量比約為2:l。
18. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，H"的能量約為60 KeV， He+的能量約為30 KeV。
19. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括以下步驟(IV):(IV) 使所述第一施主外表面與受主基片接合。
20. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括以下步驟(V):(V) 在所述注入?yún)^(qū)內(nèi)的一定位置，使所述脫落膜和離子注入?yún)^(qū)中材料的至少一部分與所述施主基片分離。
21. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，該方法還包括以下步驟(V):(V)在所述注入?yún)^(qū)內(nèi)的一定位置，使所述脫落膜和離子注入?yún)^(qū)中材料的至少一部分與所述施主基片分離。
22. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述受主基片選自具有氧化物表面層或者沒有氧化物表面層的半導體晶片；玻璃片；由晶體材料組成的片材以及玻璃-陶瓷片。
23. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述受主基片是具有Si02表面層的硅晶片，并且在步驟(IV)中，所述第一施主外表面與Si02表面層接合。
24. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述受主基片是Si02玻璃片。
25. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于(1) 所述受主基片包括氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷；和(2) 在步驟(IV)中，通過應用以下條件進行所述接合(a)在施主基片和受主基片上施加壓力使它們密切接觸；(b)在施主基片和受主基片內(nèi)施加電場，使施主基片上的電勢高于受主基片上的電勢；和(c)在施主基片和受主基片之間施加溫度梯度。
26. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(II)中，使用磁裝置進行所述第一離子噴淋的電磁分離。
27. —種形成SOI結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括以下步驟(Al)提供施主基片和受主基片，其中(1) 所述施主基片包括半導體材料以及與受主基片接合的第一施主外表面，即第一接合表面，以及第二施主外表面；(2) 所述受主基片包括氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷以及以下兩個外表面(i)用于與第一基片接合的第一受主外表面，即第二接合表面；和(ii)第二受主外表面；(A2)使用通過電磁分離純化的第一離子噴淋，將屬于第一類物質(zhì)的許多離子通過第一施主外表面注入在第一施主外表面下方一定深度的離子注入?yún)^(qū)，使夾在所述離子注入?yún)^(qū)和第一施主外表面之間的材料薄膜，即"脫落膜"，的至少50納米厚度部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本不受損害。(B) 在步驟(Al)和(A2)之后，使第一和第二接合表面接觸；(C) 同時在以下條件下保持足以使施主基片和受主基片在第一和第二接合表面上相互接合的時間(1) 在所述施主基片和/或受主基片上施加壓力使所述第一和第二接合表面接觸；(2) 在所述施主基片和受主基片上施加電場，所述電場具有大致從第二受主外表面至第二施主外表面的方向；和(3) 對所述施主基片和受主基片加熱，所述加熱的特征是第二施主外表面和第二受主外表面分別具有平均溫度K和72;對所述溫度進行選擇，使冷卻至常溫時，施主基片和受主基片發(fā)生差式收縮，從而使施主基片在離子注入?yún)^(qū)的強度下降；和(D)對接合的施主基片和受主基片冷卻，使施主基片在離子注入?yún)^(qū)發(fā)生開裂；其中，氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷包含正離子，所述正離子在步驟(c)期間以離開第二接合表面向著第二受主外表面的方向在受主基片中遷移。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，在步驟(A2)中，所述脫落膜的至少100納米厚度部分，一些實施方式中至少為150納米厚度部分，一些實施方式中為至少200納米厚度部分的結(jié)構(gòu)不受損害。
29 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述脫落膜包含單晶半導體材料。
30. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述脫落膜包含單晶硅。
31. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，在步驟(n)中，所述離子注入?yún)^(qū)的深度小于約IOOO納米，在一些實施方式中小于約500納米，在其它一些實施方式中小于約300納米，在其它一些實施方式中小于約150納米，在其它一些實施方式中小于約100納米。
32. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述脫落膜的未受損部分的厚度至少為脫落膜總厚度的50%，在一些實施方式中為至少60%，在一些實施方式中為至少80%，在一些實施方式中為至少90%。
33. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，在步驟(A2)中，所述離子注入?yún)^(qū)的厚度不大于約1微米，在一些實施方式中不大于約500納米，在其它一些實施方式中不大于約300納米，在其它一些實施方式中不大于約200納米。
34. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，在步驟(A2)中，所述第一離子噴淋主要由屬于第一類物質(zhì)的離子組成。
35. 如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，所述屬于第一類物質(zhì)的離子是選自下組的單一的離子物質(zhì)H,， H+, H2+, D2+， D3+， HD+， H2D+， HD2+， He+， He2+, 0+，0/， 02+和0/。
36. 如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，所述屬于第一類物質(zhì)的離子基本上不含磷、硼、砷、碳、氧、氮、氟、氯和金屬。
37. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，該方法還包括分開的獨立于步驟(A2)的以下步驟(A3):(A3)使用通過電磁分離純化的第二離子噴淋，將屬于第二類物質(zhì)的許多離子通過第一施主外表面注入在第一施主外表面下方一定深度的離子注入?yún)^(qū)，使脫落膜至少50納米厚度部分的結(jié)構(gòu)基本不受損害，所述屬于第二類物質(zhì)的離子不同于屬于第一類物質(zhì)的離子。
38. 如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，在步驟(A3)中，所述脫落膜的至少100納米厚度部分，一些實施方式中至少為150納米厚度部分，一些實施方式中為至少200納米厚度部分基本不受損害。
39. 如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，所述離子注入?yún)^(qū)包括注入了屬于第一類物質(zhì)的離子的第一離子注入?yún)^(qū)和注入了屬于第二類物質(zhì)的離子的第二離子注入?yún)^(qū)，所述第一離子注入?yún)^(qū)和第二離子注入?yún)^(qū)基本上交疊。
40. 如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，在第一離子注入?yún)^(qū)中的第一離子物質(zhì)的密度峰與在第二離子注入?yún)^(qū)中的第二離子物質(zhì)的密度峰之間的距離小于約100納米。
41. 如權(quán)利要求37中任一項所述的方法，其特征在于，所述屬于第一類物質(zhì)的離子是H"屬于第二類物質(zhì)的離子是He+。
42. 如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，H3+的能量與He+的能量比約為2:l。
43. 如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，H/的能量約為60 KeV， He+的能量約為30 KeV。
44. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，在步驟(A2)中，使用磁裝置進行所述第一離子噴淋的電磁分離。
45. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，在步驟(A2)之后但在步驟(B)之前，對所述施主基片的第一接合表面進行處理，以降低該表面的氫濃度。
46. 如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于，所述降低氫濃度的處理使第一接合表面為親水性。
47. 如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于，所述降低氫濃度的處理選自氧等離子體處理、臭氧處理，用^02進行處理，用HA和氨進行處理，用H202和酸進行處理，以及它們的組合。
全文摘要
公開使用純化的離子噴淋用于將離子注入施主基片，制造SOI和SOG結(jié)構(gòu)的方法。純化的離子噴淋提供了有利的，有效的，低成本而高效率的離子注入，同時使對脫落膜是損害最小。
文檔編號H01L21/762GK101461055SQ200780020321
公開日2009年6月17日申請日期2007年5月24日優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
發(fā)明者J·S·希特斯, K·P·加德卡里, R·O·馬斯克梅耶申請人:康寧股份有限公司

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