專(zhuān)利名稱(chēng)：：超薄單晶半導(dǎo)體tft及其制造工藝的制作方法超薄單晶半導(dǎo)體TFT及其制造工藝相關(guān)申請(qǐng)的交叉參照本申請(qǐng)要求2007年8月23日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.11/895125的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)又要求2007年7月30提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.60/962522的優(yōu)先權(quán)，上述申請(qǐng)的內(nèi)容作為本申請(qǐng)的依據(jù)并通過(guò)引用整體結(jié)合于此。背景本發(fā)明涉及使用制造薄膜晶體管(TFT)的改進(jìn)工藝在絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)結(jié)構(gòu)上制造薄膜晶體管。迄今為止，最常用于絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料是硅。此類(lèi)結(jié)構(gòu)在文獻(xiàn)中稱(chēng)為絕緣體上硅結(jié)構(gòu)，而簡(jiǎn)稱(chēng)“S0I”已經(jīng)應(yīng)用于此類(lèi)結(jié)構(gòu)。SOI技術(shù)對(duì)于高性能薄膜晶體管、太陽(yáng)能電池以及諸如有源矩陣顯示器之類(lèi)的顯示器越來(lái)越重要。SOI結(jié)構(gòu)可包括絕緣材料上的基本為單晶硅的薄層(一般為0.1-0.3微米厚度，但在某些情況下有5微米那么厚)。用于在多晶硅上形成TFT的現(xiàn)有技術(shù)工藝導(dǎo)致硅厚度處于約50nm量級(jí)。對(duì)多晶硅TFT中的硅的薄度的諸多限制因素中的一個(gè)是硅結(jié)構(gòu)中晶粒邊界的存在。為便于表示，以下討論將時(shí)常根據(jù)SOI結(jié)構(gòu)。對(duì)該特定類(lèi)型的SOI結(jié)構(gòu)的參照是為了便于說(shuō)明本發(fā)明，而不旨在且不應(yīng)當(dāng)被解釋為以任何方式限制本發(fā)明的范圍。本文所使用的SOI簡(jiǎn)稱(chēng)是為了統(tǒng)指絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括但不限于絕緣體上硅結(jié)構(gòu)。同樣，所使用的SiOG簡(jiǎn)稱(chēng)是為了統(tǒng)指玻璃上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括但不限于玻璃上硅結(jié)構(gòu)。術(shù)語(yǔ)SiOG旨在包括玻璃_陶瓷上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括但不限于玻璃_陶瓷上硅結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)稱(chēng)SOI包含SiOG結(jié)構(gòu)。獲得SOI結(jié)構(gòu)晶片的多種方式包括在晶格匹配的襯底上外延生長(zhǎng)硅(Si)。一種替代工藝包括將單晶硅晶片接合到其上已生長(zhǎng)了SiO2氧化物層的另一硅晶片，接著將上晶片拋光或向下蝕刻至例如0.05至0.3微米的單晶硅層。其它方法包括離子注入法，其中注入氫或氧離子，以在氧離子注入的情況下在硅晶片中形成Si在上的掩埋氧化物層，或在氫離子注入的情況下分離(剝離)薄Si層以接合至具有氧化物層的另一Si晶片。就成本和/或接合強(qiáng)度和耐久度而言，前兩種方法未能得到令人滿(mǎn)意的結(jié)構(gòu)。涉及氫離子注入的后一種方法已經(jīng)引起注意，而且已被認(rèn)為優(yōu)于前面的方法，因?yàn)樗璧淖⑷肽芰啃∮谘蹼x子注入所需的注入能量的50%，而且所需劑量低兩個(gè)數(shù)量級(jí)。美國(guó)專(zhuān)利No.5，374，564公開(kāi)了使用熱處理在襯底上獲得單晶硅膜的工藝。具有平坦表面的硅晶片進(jìn)行以下步驟的處理(i)通過(guò)離子轟擊硅晶片的表面來(lái)注入從而產(chǎn)生微氣泡層，該層限定硅晶片的下區(qū)和構(gòu)成薄硅膜的上區(qū)；(ii)用剛性材料層(諸如絕緣氧化物材料)接觸硅晶片的平坦表面；以及(iii)在高于執(zhí)行離子轟擊的溫度下熱處理硅晶片和絕緣材料的組件的第三階段。該第三階段采用了足以使薄硅膜與絕緣材料接合在一起的溫度，以在微泡中產(chǎn)生壓力效應(yīng)，并在薄硅膜與硅晶片的余下質(zhì)量之間引起分離。(由于該高溫步驟，該工藝在較低成本剝離或玻璃_陶瓷襯底下不可行。)美國(guó)專(zhuān)利No.7，176，528公開(kāi)了制造SiOG結(jié)構(gòu)的工藝。這些步驟包括(i)將硅晶片表面暴露給氫離子注入以產(chǎn)生接合表面；(ii)使該晶片的接合表面與玻璃襯底接觸；(iii)對(duì)晶片和玻璃襯底施加壓力、溫度以及電壓以便于它們之間的接合；以及(iv)將該結(jié)構(gòu)冷卻至常溫以便于玻璃襯底和薄硅層從硅晶片的分離。剛剝離之后得到的SOI結(jié)構(gòu)可能呈現(xiàn)出過(guò)大的表面粗糙度(例如約IOnm或更大)、過(guò)度的硅層厚度(即使該層被認(rèn)為“薄”)以及硅層的注入損傷(例如由無(wú)定形的硅層引起)。在該薄硅膜已經(jīng)從硅材料晶片剝離之后，某些技術(shù)人員已經(jīng)建議使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)來(lái)進(jìn)一步處理該SOI結(jié)構(gòu)。然而，不幸的是，CMP工藝在拋光期間不能從薄硅膜的表面上均勻地去除材料。對(duì)于半導(dǎo)體膜而言，典型的表面不均勻(標(biāo)準(zhǔn)差/平均去除厚度)在3-5%范圍內(nèi)。隨著更多的硅膜厚度被去除，膜厚度的變化相應(yīng)地變?cè)愀?。CMP工藝的上述缺點(diǎn)對(duì)于某些玻璃上硅應(yīng)用而言尤其是個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樵谀承┣闆r下，需要去除多達(dá)約300-400nm的材料以獲得期望的硅膜厚度。例如，在薄膜晶體管(TFT)制造工藝中，需要IOOnm或更小范圍內(nèi)的硅膜厚度。近來(lái)，已需要IOnm或更小范圍的硅膜厚度，這在之前還未實(shí)現(xiàn)。用于減薄硅膜的上述工藝還未被證實(shí)能產(chǎn)生IOnm范圍內(nèi)的硅膜厚度。CMP工藝的另一問(wèn)題是，當(dāng)拋光矩形SOI結(jié)構(gòu)(即具有尖角的結(jié)構(gòu))時(shí)，它呈現(xiàn)出特別糟糕的結(jié)果。實(shí)際上，相比于SOI結(jié)構(gòu)中心處的不均勻，上述表面不均勻在SOI結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角處被放大。再者，當(dāng)構(gòu)想大的SOI結(jié)構(gòu)(例如用于光伏應(yīng)用)時(shí)，所得的矩形SOI結(jié)構(gòu)對(duì)于典型的CMP設(shè)備(通常針對(duì)300mm的標(biāo)準(zhǔn)晶片大小而設(shè)計(jì))而言太大。成本也是SOI結(jié)構(gòu)的商業(yè)用途的重要考慮事項(xiàng)。然而，CMP工藝就時(shí)間和金錢(qián)而言都是高成本的。如果需要非常規(guī)CMP機(jī)器來(lái)容納大尺寸的SOI結(jié)構(gòu)，則成本問(wèn)題會(huì)被顯著地放大。雖然在減薄硅層時(shí)已經(jīng)考慮了濕法蝕刻工藝，但這樣的工藝到目前為止還未實(shí)現(xiàn)IOnm范圍內(nèi)的硅膜厚度。此外，濕法蝕刻工藝包括不利的特點(diǎn)；即，由蝕刻過(guò)程的各向同性引起的凹割。概述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，形成TFT的方法和裝置包括對(duì)供體單晶半導(dǎo)體晶片的注入表面進(jìn)行離子注入工藝處理，以產(chǎn)生供體半導(dǎo)體晶片的剝離層；利用電解將該剝離層的注入表面接合至玻璃襯底；從供體半導(dǎo)體晶片分離該剝離層，從而使剝離層的解理面暴露；對(duì)剝離層的解理面進(jìn)行干法蝕刻工藝處理，以產(chǎn)生約5-20nm厚度的單晶半導(dǎo)體層；以及在薄半導(dǎo)體層中形成薄膜晶體管。干法蝕刻工藝可以是反應(yīng)離子蝕刻(RIE)工藝。例如，該RIE速率可以是約18_25埃/秒，諸如約21.62埃/秒。該干法蝕刻工藝參數(shù)可包括(i)約10-25mTorr之間的壓力；(ii)約50-100W的RF功率；(iii)約60-100高斯的磁場(chǎng)強(qiáng)度；(iv)約45-60°C的溫度；和/或(ν)約70-90%三氟化氮和約10-30%氧氣的氣氛。在另一實(shí)施例中，RIE工藝參數(shù)包括(i)約18mTorr的壓力；(ii)約80W的RF功率；(iii)約80高斯的磁場(chǎng)強(qiáng)度；(iv)約55°C的溫度；和/或(ν)約80%三氟化氮和約20%氧氣的氣氛。接合步驟可包括加熱玻璃襯底和供體半導(dǎo)體晶片中的至少一個(gè)；使玻璃襯底與供體半導(dǎo)體晶片直接接觸或通過(guò)剝離層間接接觸；以及在玻璃襯底與供體半導(dǎo)體晶片上施加電壓電位以引發(fā)接合。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的薄膜晶體管(TFT)包括玻璃或玻璃陶瓷襯底；以及其中形成了TFT的單晶半導(dǎo)體層，該單晶半導(dǎo)體層為約5-20nm厚，并通過(guò)電解與玻璃或玻璃陶瓷襯底接合。至少在其中形成TFT之前，該單晶半導(dǎo)體層可呈現(xiàn)約IOnm或更小的厚度。此外或或者，至少在其中形成TFT之前，該單晶半導(dǎo)體層可呈現(xiàn)小于約25埃RMS的表面粗糙度。該TFT可由硅(Si)、摻鍺硅(SiGe)、碳化硅(SiC)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、GaP和/或InP的單晶層形成。該單晶半導(dǎo)體層可以是硅，而該TFT可以是ρ型，并同時(shí)呈現(xiàn)大于約150cm2/Vs的載流子遷移率、小于約lpA/um的截止電流、以及小于約250mV/dec的亞閾值斜率。或者，該TFT可以是η型，并同時(shí)呈現(xiàn)大于約400cm2/VS的載流子遷移率、小于約lpA/um的截止電流、以及小于約250mV/dec的亞閾值斜率。當(dāng)結(jié)合附圖在本文中對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述時(shí)，本發(fā)明的其它方面、特征、優(yōu)點(diǎn)等對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見(jiàn)。附圖簡(jiǎn)述為說(shuō)明本發(fā)明的多個(gè)方面，在附圖中示出了當(dāng)前優(yōu)選的形式，然而應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于所示的這些精確設(shè)置和設(shè)備。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的形成為SOG器件的薄膜晶體管(TFT)的結(jié)構(gòu)的框圖；圖2-6是示出使用本發(fā)明的工藝形成的中間結(jié)構(gòu)的框圖，這些中間結(jié)構(gòu)用于制造其上可形成TFT的基SOG結(jié)構(gòu)；圖7是示出用于處理中間結(jié)構(gòu)之一以產(chǎn)生超薄特性的SOG結(jié)構(gòu)的干法蝕刻工藝的框圖；圖8-9是示出使用本發(fā)明的工藝形成的中間結(jié)構(gòu)的框圖，這些中間結(jié)構(gòu)用于在圖6的基SOG結(jié)構(gòu)上制造圖1的TFT；圖10是示出圖6的基SOG結(jié)構(gòu)在干法蝕刻工藝之后的表面粗糙度特性的曲線(xiàn)圖；圖11A-11B是示出圖6的基SOG結(jié)構(gòu)在干法蝕刻工藝之前和之后的表面粗糙度特性的曲線(xiàn)圖；以及圖12-13示出使用本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面形成的TFT的電特性。詳細(xì)描述參照其中相同標(biāo)記指示相同元件的附圖，圖1示出了在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的SOG結(jié)構(gòu)上形成的薄膜晶體管TFT100。該TFT100包括玻璃或玻璃陶瓷襯底102以及半導(dǎo)體層104。該TFT100還包括絕緣(例如氧化物)區(qū)105、柵觸點(diǎn)106、源區(qū)107和源觸點(diǎn)108、以及漏區(qū)109和漏觸點(diǎn)110。TFT100可應(yīng)用于顯示器，包括有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示器和液晶顯示器(LCD)、集成電路、光伏器件等。如本說(shuō)明書(shū)中稍后更詳細(xì)討論的那樣，半導(dǎo)體層104超薄，且例如至少在其中形成TFT部件之前具有約5-20nm范圍內(nèi)、尤其約IOnm厚的厚度。此外或或者，至少在其中形成TFT之前，該半導(dǎo)體層104可呈現(xiàn)小于約25埃RMS的表面粗糙度。這些特性單獨(dú)或共同產(chǎn)生具有迄今尚未實(shí)現(xiàn)的高質(zhì)量的TFT。層104的半導(dǎo)體材料可以是基本單晶材料的形式。使用術(shù)語(yǔ)“基本”來(lái)描述層104是為了考慮半導(dǎo)體材料一般包含固有或人為添加的至少某些內(nèi)部或表面缺陷，諸如晶格缺陷或一些晶粒邊界。術(shù)語(yǔ)“基本”還反映了某些摻雜劑可能使半導(dǎo)體材料的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變或以其它方式發(fā)生影響。為了進(jìn)行討論，假定半導(dǎo)體層104由硅形成。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，該半導(dǎo)體材料可以是硅基半導(dǎo)體或任一其它類(lèi)型的半導(dǎo)體，諸如III-V、II-IV、II-IV-V族等等半導(dǎo)體。這些材料的示例包括硅(Si)、摻鍺硅(SiGe)、碳化硅(SiC)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、GaP以及InP。玻璃襯底102可由氧化物玻璃或氧化物玻璃_陶瓷形成。雖然不需要，但本文所描述的實(shí)施例可包括呈現(xiàn)出低于約l，000°c的應(yīng)變點(diǎn)的氧化物玻璃或玻璃-陶瓷。如玻璃制造領(lǐng)域中常見(jiàn)地，應(yīng)變點(diǎn)是玻璃或玻璃-陶瓷具有1014.6泊(1013.6Pa.s)的粘度的溫度。在氧化物玻璃和氧化物玻璃_陶瓷之間，玻璃具有更容易制造的優(yōu)點(diǎn)，從而使它們更廣泛可用和更便宜。作為示例，玻璃襯底102可由包含堿土離子的玻璃襯底形成，諸如由康寧公司玻璃組分NO.1737(CORNINGINCORPORATEDGLASSC0MP0SITI0NNO.1737)或康寧公司玻璃組分NO.EAGLE2000(CORNINGINCORPORATEDGLASSCOMPOSITIONNO.EAGLE2000)組成的襯底。這些玻璃材料例如在液晶顯示器制造中具有特定用途。該玻璃襯底可具有約0.Imm到約IOmm范圍內(nèi)的厚度，諸如約0.5mm到約3mm范圍內(nèi)的厚度。對(duì)于某些SOG結(jié)構(gòu)，需要厚度大于或等于約1微米的絕緣層，例如用于避免當(dāng)具有硅/氧化硅/硅構(gòu)造的標(biāo)準(zhǔn)SOG結(jié)構(gòu)在高頻下工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生的寄生電容效應(yīng)。過(guò)去，這樣的厚度難以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)簡(jiǎn)單地使用厚度大于或等于約1微米的玻璃襯底102，容易實(shí)現(xiàn)絕緣層厚度大于1微米的SOG結(jié)構(gòu)。玻璃襯底102的厚度下限可以是約1微米。一般而言，玻璃襯底102應(yīng)當(dāng)足夠厚，以支持半導(dǎo)體層104通過(guò)接合工藝步驟，以及對(duì)SOG結(jié)構(gòu)所執(zhí)行的用于制造TFT100的后續(xù)處理。雖然玻璃襯底102的厚度不存在理論上限，但超過(guò)支持功能所需或最終TFT結(jié)構(gòu)100所需的厚度可能是不利的，因?yàn)椴Ａбr底102的厚度越大，形成TFT100的至少某些工藝步驟越難以實(shí)現(xiàn)。氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷襯底102可基于二氧化硅。因此，SiO2在氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷中的摩爾百分比可能大于30%摩爾百分比，且可能大于40%摩爾百分比。在玻璃-陶瓷的情況下，晶相可以是富鋁紅柱石、堇青石、鈣長(zhǎng)石、尖晶石或本領(lǐng)域已知的玻璃_陶瓷的其它晶相。非二氧化硅基的玻璃和玻璃_陶瓷可在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的實(shí)施中使用，但一般更為不利，因?yàn)樗鼈兂杀靖吆?或性能特性低劣。同樣，對(duì)某些應(yīng)用而言，例如對(duì)于使用采用非二氧化硅基的半導(dǎo)體材料的SOG結(jié)構(gòu)的TFT而言，可能需要非氧化物基的玻璃襯底——例如非氧化物玻璃，但由于它們成本較高而無(wú)優(yōu)勢(shì)。如以下將更詳細(xì)討論的那樣，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，玻璃或玻璃_陶瓷襯底102被設(shè)計(jì)成與其接合的層104的一種或多種半導(dǎo)體材料(例如硅、鍺等)的熱膨脹系數(shù)(CTE)匹配。該CTE匹配確保分解過(guò)程的加熱周期期間所需的機(jī)械性質(zhì)。對(duì)于例如顯示應(yīng)用的某些應(yīng)用而言，玻璃或玻璃-陶瓷102在可見(jiàn)光、近UV和或IR波長(zhǎng)范圍中透明，例如玻璃或玻璃-陶瓷102在350nm到2微米波長(zhǎng)范圍中為透明。雖然玻璃襯底102由單層玻璃或玻璃_陶瓷層構(gòu)成，但在需要時(shí)還可使用層疊結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用層疊結(jié)構(gòu)時(shí)，最接近半導(dǎo)體層104的疊層的層可具有本文中針對(duì)由單種玻璃或玻璃_陶瓷組成的玻璃襯底102所討論的性質(zhì)。離半導(dǎo)體層104更遠(yuǎn)的層也可具有那些性質(zhì)，但可能具有馳豫(relaxed)性質(zhì)，因?yàn)樗鼈儾慌c半導(dǎo)體層104直接相互作用。在后一種情況下，當(dāng)對(duì)玻璃襯底102指定的性質(zhì)不再滿(mǎn)足時(shí)，玻璃襯底102被認(rèn)為已經(jīng)結(jié)束?，F(xiàn)參照?qǐng)D2-6，圖2-6示出了為了制造其上可形成TFT100的基SOG結(jié)構(gòu)101(圖6)而形成的中間結(jié)構(gòu)。首先參照?qǐng)D2，通過(guò)諸如拋光、清潔等等手段制備了供體半導(dǎo)體晶片120的注入表面121，以產(chǎn)生適于接合至玻璃或玻璃-陶瓷襯底102的相對(duì)平坦和均勻的注入表面121。為討論目的，半導(dǎo)體晶片120可以是基本單晶的半導(dǎo)體晶片，但如上所述，可采用任何其它合適的半導(dǎo)體材料。通過(guò)使注入表面121進(jìn)行一次或多次離子注入工藝處理以在供體半導(dǎo)體晶片120的注入表面121之下產(chǎn)生弱化區(qū)域從而產(chǎn)生剝離層122。雖然本發(fā)明的實(shí)施例不限于形成剝離層122的任何特定方法，但一種合適的方法規(guī)定供體半導(dǎo)體晶片120可進(jìn)行氫離子注入工藝處理以至少發(fā)起剝離層122在供體半導(dǎo)體晶片120中的產(chǎn)生?？墒褂贸Ｒ?guī)技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)注入能量，以實(shí)現(xiàn)剝離層122的一般厚度，諸如約300-500nm之間的厚度。例如，可采用氫離子注入，但也可采用其它離子或諸如硼+氫、氦+氫之類(lèi)的多種離子、或針對(duì)剝離的文獻(xiàn)中已知的其它離子。而且，可采用適用于形成剝離層122的任何已知或以后開(kāi)發(fā)的技術(shù)，而不背離本發(fā)明的精神和范圍。供體半導(dǎo)體晶片120可被處理以降低例如注入表面121上的氫離子濃度。例如，供體半導(dǎo)體晶片120可被清洗和清潔，而且剝離層122的注入供體表面121可進(jìn)行溫和氧化處理。溫和氧化處理可包括氧等離子體中的處理、臭氧處理、用過(guò)氧化氫、過(guò)氧化氫和氨水、過(guò)氧化氫和酸的處理或這些工藝的組合。預(yù)期在這些處理期間，以氫封端的表面基團(tuán)氧化成羥基，羥基又使硅晶片的表面親水。對(duì)于氧等離子體，可在室溫下執(zhí)行該處理，而對(duì)于氨水或酸處理，可在25-150°C之間的溫度下執(zhí)行該處理。參照?qǐng)D3-4，玻璃襯底102可利用電解工藝接合至剝離層122。美國(guó)專(zhuān)利No.7，176，528中描述了合適的電解接合工藝，該專(zhuān)利的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此。以下討論了該工藝的多個(gè)部分。在接合工藝中，可執(zhí)行對(duì)玻璃襯底102(以及剝離層122——如果還未剝離)的適當(dāng)?shù)谋砻媲鍧?。之后，可使中間結(jié)構(gòu)直接或間接接觸以實(shí)現(xiàn)圖3中所示的設(shè)置。在接觸之前或之后，在溫差梯度下加熱包括供體半導(dǎo)體晶片120、剝離層122以及玻璃襯底102的結(jié)構(gòu)。玻璃襯底102可被加熱至比供體半導(dǎo)體晶片120和剝離層122更高的溫度。作為示例，玻璃襯底102與供體半導(dǎo)體晶片120(以及剝離層122)之間的溫差至少為1°C，但該溫差可高達(dá)約100至約150°C。該溫差是熱膨脹系數(shù)(CTE)與供體半導(dǎo)體晶片120匹配(諸如與硅的CTE匹配)的玻璃所需的，因?yàn)樗阌趧冸x層122與半導(dǎo)體晶片120稍后由于熱應(yīng)力而分離。一旦玻璃襯底102與供體半導(dǎo)體晶片120之間的溫差穩(wěn)定，則對(duì)中間組件施加機(jī)械壓力。該壓力范圍可以在約1到約50psi之間。施加更高的壓力，例如高于IOOpsi的壓力會(huì)引起玻璃襯底102的斷裂?？蓪⒉Ａбr底102和供體半導(dǎo)體晶片120置于玻璃襯底102的應(yīng)變點(diǎn)的約+/-150°C的溫度下。接著，在中間組件上施加電壓，例如其中供體半導(dǎo)體晶片120處于正電極處，而玻璃襯底102處于負(fù)電極處。中間組件被保持在上述條件下一段時(shí)間(例如約1小時(shí)或更少)，移除電壓，并允許中間組件冷卻至室溫。參照?qǐng)D4，供體半導(dǎo)體晶片120和玻璃襯底102然后被分離——如果它們未完全自由則可能包括某些剝離，以獲得具有相對(duì)薄的剝離層122的玻璃襯底102，該剝離層122由與其接合的供體半導(dǎo)體層120的半導(dǎo)體材料形成?？赏ㄟ^(guò)剝離層122的由于熱應(yīng)力引起的斷裂來(lái)實(shí)現(xiàn)分離?；蛘呋虼送?，可使用諸如水射流切割之類(lèi)的機(jī)械應(yīng)力或化學(xué)蝕刻來(lái)便于分離。施加電壓電位使玻璃襯底102中的堿或堿土離子從半導(dǎo)體/玻璃界面移開(kāi)并進(jìn)一步進(jìn)入玻璃襯底102中。更具體地，玻璃襯底102的正離子，包括基本上所有的改性劑正離子從半導(dǎo)體/玻璃界面的較高電壓電位遷移開(kāi)，從而形成(1)玻璃襯底102中的毗鄰半導(dǎo)體/玻璃界面的濃度減小的正離子層112；以及(2)玻璃襯底102中的毗鄰濃度減小的正離子層112的濃度增大的正離子層112。這實(shí)現(xiàn)了多種功能(i)無(wú)堿或無(wú)堿土離子的界面(或?qū)?112在玻璃襯底102中產(chǎn)生；(ii)堿或堿土離子增強(qiáng)界面(或?qū)?112在玻璃襯底102中產(chǎn)生；(iii)氧化物層116在剝離層122與玻璃襯底102之間產(chǎn)生；以及(iv)玻璃襯底102變得非?；钚裕⑼ㄟ^(guò)在相對(duì)低溫下加熱而牢固地接合至剝離層122。在圖4中所示的示例中，電解工藝所得的中間結(jié)構(gòu)按順序包括體玻璃襯底118(在玻璃襯底102中)；堿或堿土離子增強(qiáng)層114(在玻璃襯底102中)；堿或堿土離子減少層112(在玻璃襯底102中)；氧化物層116；以及剝離層122。現(xiàn)在將描述玻璃襯底102的某些結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。電解過(guò)程將剝離層122與玻璃襯底102之間的界面變成包括層112(為正離子耗盡區(qū))和層114(為正離子增強(qiáng)區(qū))的界面區(qū)。該界面區(qū)還可包括在正離子耗盡層112的遠(yuǎn)端邊緣附近的一個(gè)或多個(gè)正離子堆積區(qū)。該正離子增強(qiáng)層114具有增大的氧濃度且具有一厚度。該厚度可根據(jù)在玻璃襯底102之上的基準(zhǔn)表面(未示出)處的氧的基準(zhǔn)濃度來(lái)定義。該基準(zhǔn)表面基本平行于玻璃襯底102與剝離層120之間的接合表面，并與該接合表面分開(kāi)一段距離。利用該基準(zhǔn)表面，正離子增強(qiáng)層114的厚度通常將滿(mǎn)足以下關(guān)系T≤200nm,其中T是接合表面與以下表面之間的距離(i)基本平行于接合表面的表面，以及()離接合表面最遠(yuǎn)且滿(mǎn)足以下關(guān)系的表面CO(χ)-C0/Ref≥50%,0≤χ≤Τ,其中CO(x)是作為離接合表面的距離χ的函數(shù)的氧濃度，CO/Ref是在上述基準(zhǔn)表面處的氧濃度，以及CO(X)和CO/Ref是原子百分比。通常，T將顯著小于200納米，例如為約50到約100納米量級(jí)。應(yīng)當(dāng)注意的是，CO/Ref通常為零，因此上述關(guān)系在多數(shù)情況下縮減為CO(X)≥50%，0≤χ≤T。連同正離子耗盡層112，氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷襯底102優(yōu)選包括以所施加電場(chǎng)的方向移動(dòng)的某些正離子，即背離接合表面并進(jìn)入玻璃襯底102的層114的某些正離子。例如Li+1、Na+1和/或K+1離子之類(lèi)的堿離子是適用于此用途的正離子，因?yàn)樗鼈兿啾妊趸锊ＡШ脱趸锊Ａ陶瓷中通常包含的例如堿土離子之類(lèi)的其它類(lèi)型的正離子而言具有較高的遷移率。然而，具有除堿離子之外的正離子的氧化物玻璃和氧化物玻璃_陶瓷，例如僅具有堿土離子的氧化物玻璃和氧化物玻璃_陶瓷可用于本發(fā)明的實(shí)施。堿和堿土離子的濃度可在寬泛范圍上變化，代表性的濃度為以氧化物為基準(zhǔn)的0.1到40%重量百分比之間。優(yōu)選的堿和堿土離子濃度在堿離子的情況下為以氧化物為基準(zhǔn)的0.1到10%重量百分比之間，而在堿土離子的情況下為以氧化物為基準(zhǔn)的0到25%重量百分比之間。在電解工藝中施加的電場(chǎng)使正離子(陽(yáng)離子)進(jìn)一步移入玻璃襯底102，從而形成正離子耗盡層108。當(dāng)氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷包含堿離子時(shí)，因?yàn)橐阎祟?lèi)離子會(huì)干擾半導(dǎo)體器件的工作，所以尤其需要形成正離子耗盡層112。例如Mg+2、Ca+2、Sr+2和/或Ba+2之類(lèi)的堿土離子也會(huì)干擾半導(dǎo)體器件的工作，因此耗盡區(qū)也優(yōu)選具有降低濃度的這些離子。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一旦正離子耗盡層112形成，則即使SOG結(jié)構(gòu)100被加熱至與用于電解工藝的溫度相當(dāng)甚至更高的溫度，該正離子耗盡層112仍一直穩(wěn)定。由于在升高的溫度下形成，正離子耗盡層112在SOG結(jié)構(gòu)的正常工作和形成溫度下尤其穩(wěn)定。這些因素確保在使用或進(jìn)一步的器件處理期間，堿和堿土離子將不會(huì)從氧化物玻璃或氧化物玻璃_陶瓷102擴(kuò)散回稍后直接涂敷玻璃襯底102或氧化物層116的任何半導(dǎo)體材料，這是使用電場(chǎng)作為電解工藝的一部分所獲得的重要好處。根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易確定實(shí)現(xiàn)期望寬度和針對(duì)所有正離子的期望降低的正離子濃度的正離子耗盡層112所需的操作參數(shù)。當(dāng)存在時(shí)，正離子耗盡層112是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例制造的SOG結(jié)構(gòu)的一個(gè)特征。返回參照用于形成TFT100的工藝，在分離之后，得到的圖4的基本結(jié)構(gòu)包括玻璃襯底102和接合至玻璃襯底的半導(dǎo)體材料的剝離層122。剛剝離之后的SOI結(jié)構(gòu)的解理面123會(huì)呈現(xiàn)過(guò)大的表面粗糙度、過(guò)大的硅層厚度以及硅層的注入損傷(例如由于無(wú)定形的硅層的形成)。在某些情況下，無(wú)定形硅層的厚度可為約50-150nm量級(jí)。此外，取決于注入能量和注入時(shí)間，剝離層122的厚度可為約300-500nm量級(jí)。半導(dǎo)體層104的最終厚度應(yīng)當(dāng)在約5-20nm之間，諸如10nm。因此，參照?qǐng)D5，解理面123進(jìn)行后處理，該后處理可包括對(duì)解理面123進(jìn)行干法蝕刻工藝處理，如示出材料去除的箭頭所示。該干法蝕刻工藝旨在去除剝離層122的材料124，從而剩下半導(dǎo)體層104。干法蝕刻工藝的特性使得基SOG結(jié)構(gòu)101(圖6)包括約5-20nm厚(具體為約IOnm厚)的單晶半導(dǎo)體層104。此外或或者，至少在其中形成TFT之前，該半導(dǎo)體層104可呈現(xiàn)小于約25埃RMS的表面粗糙度。在一個(gè)實(shí)施例中，蝕刻工藝是如圖7所示的反應(yīng)離子蝕刻(RIE)工藝。該干法蝕刻工藝涉及設(shè)置室150，在室150中在適當(dāng)?shù)臍夥障聦?shí)現(xiàn)各向異性蝕刻(單向蝕刻)。該室150包括產(chǎn)生電場(chǎng)156的第一和第二電極152、154。該場(chǎng)156使離子向剝離層122的表面123加速。(替代工藝可能涉及替代地使用磁場(chǎng)或附加使用磁場(chǎng)來(lái)加速離子。)包含帶正電和帶負(fù)電的離子(等量)的某體積的等離子體由泵浦到室150中的氣體產(chǎn)生。在所采用的氣體中，當(dāng)剝離層122的半導(dǎo)體材料由硅形成時(shí)，NF3和氧氣的混合物是優(yōu)選的。根據(jù)所采用的半導(dǎo)體材料，可使用其它氣體化學(xué)品。這導(dǎo)致具有許多氟(F-)離子的等離子體。這些氟離子在電場(chǎng)中被加速并與剝離層122的表面123碰撞，從而產(chǎn)生蝕刻表面123A。在需要時(shí)可使用硬掩模(未示出)來(lái)保護(hù)某些區(qū)域不受蝕刻。干法蝕刻工藝的工藝參數(shù)包括氣體化學(xué)性質(zhì)(氣體)；氣體壓力；對(duì)電極152、154供電的交流電源；電場(chǎng)強(qiáng)度(和/或磁場(chǎng)強(qiáng)度)；溫度等等。所有這些參數(shù)都影響蝕刻速率和蝕刻工藝之后的最終表面質(zhì)量。約18-25埃/秒的RIE蝕刻速率適合于本發(fā)明的目的，其中約21.62埃/秒的RIE速率已被證實(shí)在半導(dǎo)體層104上實(shí)現(xiàn)合適的表面質(zhì)量。干法蝕刻工藝參數(shù)可包括以下的至少一個(gè)(i)約10-25mTorr之間的壓力；(ii)約50-100W的RF功率；(iii)約60-100高斯的磁場(chǎng)強(qiáng)度；(iv)約45-60°C的溫度；以及(v)約70-90%三氟化氮和約10-30%氧氣的氣氛。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，以下蝕刻工藝參數(shù)已表現(xiàn)為可行(i)約ISmTorr的壓力；(ii)約80W的RF功率；(iii)約80高斯的磁場(chǎng)強(qiáng)度；(iv)約55°C的溫度；以及(v)約80%三氟化氮和約20%氧氣的氣氛。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明通過(guò)干法蝕刻工藝減薄之后的半導(dǎo)體層104可包含微量的N、F、H以及0——來(lái)自在RIE減薄工藝期間所使用的NF3/02氣體。以下表格列出了200nm樣品(區(qū)域1和區(qū)域2)和50nmSiOG樣品(區(qū)域1和區(qū)域2)的表面組分。所檢測(cè)到的元素包括碳(C)、氮(N)、氧(0)、氟(F)以及硅(Si)。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>該工藝還可以或替代地包括對(duì)半導(dǎo)體層104的經(jīng)蝕刻表面123A進(jìn)行拋光處理。拋光步驟的目的是通過(guò)將蝕刻表面123A向下拋光來(lái)將附加材料從半導(dǎo)體層104去除至拋光表面。該拋光步驟可包括使用拋光(或磨光)設(shè)備利用二氧化硅基漿液或半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域已知的相似材料來(lái)磨光蝕刻表面123A。該拋光工藝可以是本領(lǐng)域已知的確定性的拋光技術(shù)。在該拋光步驟之后，剩下的半導(dǎo)體層104比通過(guò)單獨(dú)蝕刻獲得的半導(dǎo)體層顯著更薄和/或更光滑。參照?qǐng)D8-9，基S0G結(jié)構(gòu)101可使用已知過(guò)程進(jìn)一步處理以形成TFT100。例如，參照?qǐng)D8，半導(dǎo)體層104可進(jìn)行氧化物(例如二氧化硅)105A沉積，然后沉積金屬層106A。參照?qǐng)D9，可使用蝕刻技術(shù)和利用離子浴技術(shù)摻雜(和或任何其它已知技術(shù))來(lái)圖案化氧化物層105A和金屬層106A。最后，可使用已知制造技術(shù)來(lái)設(shè)置中間層、接觸孔以及金屬觸點(diǎn)來(lái)制造圖1的TFT100。參照?qǐng)D10，對(duì)采用單晶硅的基S0G結(jié)構(gòu)101進(jìn)行上述減薄工藝處理，得到了小于約25埃RMS、具體是24.4埃RMS的表面粗糙度，其中平均粗糙度為18.2埃。參照?qǐng)D11A-11B，對(duì)200nm厚的單晶硅層(或晶片)執(zhí)行上述減薄工藝處理，且該單晶硅層具有以下表面粗糙度特性1200埃的峰-峰值、55.2埃冊(cè)5以及27.2埃平均值。在與本文中公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例相稱(chēng)的RIE減薄工藝處理之后，該單晶硅層呈現(xiàn)出50nm的厚度，以及以下表面粗糙度特性117埃的峰-峰值、42.5埃RMS以及31.4埃平均值。參照?qǐng)D12，示出了與采用30nm和50nm硅層厚度的相應(yīng)TFT的截止電流相比較的本發(fā)明的TFT的截止電流(lOnm硅層)。具有l(wèi)Onm硅層的TFT的截止電流可呈現(xiàn)小于約lpA/um的截止電流。參照?qǐng)D13，示出了與采用30nm和50nm硅層厚度的相應(yīng)TFT的特性相比較的本發(fā)明的TFT(10nm硅層)的場(chǎng)效應(yīng)遷移率和閾值電壓。具有l(wèi)Onm硅層的TFT的場(chǎng)效應(yīng)遷移率可實(shí)現(xiàn)大于約150cm2/VS(例如p型載流子遷移率)。此外，還可實(shí)現(xiàn)小于約250mV/dec的亞閾值斜率。N型TFT可呈現(xiàn)大于約400cm2/VS的n型載流子遷移率、小于約lpA/um的截止電流、和/或理想情況下小于約250mV/dec的亞閾值斜率。雖然本文已經(jīng)參照特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解這些實(shí)施例僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明的原理和應(yīng)用。因此應(yīng)當(dāng)理解，可對(duì)說(shuō)明性實(shí)施例作出多種修改，而且可設(shè)計(jì)其它設(shè)置，而不背離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。權(quán)利要求一種薄膜晶體管(TFT)，包括玻璃或玻璃陶瓷襯底；以及其中形成了所述TFT的單晶半導(dǎo)體層，所述單晶半導(dǎo)體層為約5-20nm厚，并通過(guò)電解與所述玻璃或玻璃陶瓷襯底接合。2.如權(quán)利要求1所述的TFT，其特征在于，至少在所述單晶半導(dǎo)體層中形成所述TFT之前，所述單晶半導(dǎo)體層呈現(xiàn)約lOnm或更小的厚度。3.如權(quán)利要求1所述的TFT，其特征在于，至少在所述單晶半導(dǎo)體層中形成所述TFT之前，所述單晶半導(dǎo)體層呈現(xiàn)小于約25埃RMS的表面粗糙度。4.如權(quán)利要求1所述的TFT，其特征在于所述單晶半導(dǎo)體層是硅；以及所述TFT是p型，并同時(shí)呈現(xiàn)大于約150cm2/Vs的載流子遷移率、小于約lpA/um的截止電流、以及小于約250mV/dec的亞閾值斜率。5.如權(quán)利要求1所述的TFT，其特征在于所述單晶半導(dǎo)體層是硅；以及所述TFT是n型，并同時(shí)呈現(xiàn)大于約400cm2/Vs的載流子遷移率、小于約lpA/um的截止電流、以及小于約250mV/dec的亞閾值斜率。6.如權(quán)利要求1所述的TFT，其特征在于，所述單晶半導(dǎo)體層從以下組中選取硅(Si)、摻鍺硅(SiGe)、碳化硅(SiC)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、GaP以及InP。7.如權(quán)利要求1所述的TFT，其特征在于所述玻璃或玻璃陶瓷襯底按順序包括體材料層、濃度增大的正離子層、濃度減小的正離子層，其中所述濃度增大的正離子層包含從所述濃度減小的正離子層遷移而來(lái)的基本上所有的改性劑正離子；以及導(dǎo)電或半導(dǎo)電的氧化物層位于所述襯底的濃度減小的正離子層與所述單晶半導(dǎo)體層之間。8.一種形成薄膜晶體管(TFT)的方法，包括對(duì)供體單晶半導(dǎo)體晶片的注入表面進(jìn)行離子注入工藝處理，以產(chǎn)生所述供體半導(dǎo)體晶片的剝離層；利用電解將所述剝離層的所述注入表面接合至玻璃襯底；從所述供體半導(dǎo)體晶片分離所述剝離層，從而使所述剝離層的解理表面暴露；對(duì)所述剝離層的所述解理表面進(jìn)行干法蝕刻工藝處理，以產(chǎn)生約5-20nm厚度的單晶半導(dǎo)體層；以及在所述薄半導(dǎo)體層中形成薄膜晶體管。9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述干法蝕刻工藝是反應(yīng)離子蝕刻(RIE)工藝。10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述RIE速率約為18-25埃/秒。11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述RIE速率約為21.62埃/秒。12.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述干法蝕刻工藝參數(shù)包括以下至少一個(gè)⑴約10-25mTorr之間的壓力；(ii)約50-100W的RF功率；(iii)約60-100高斯的磁場(chǎng)強(qiáng)度；(iv)約45-60°C的溫度；和(v)約70-90%三氟化氮和約10-30%氧氣的氣氛。13.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述干法蝕刻工藝參數(shù)包括(i)約18mTorr的壓力；(ii)約80W的RF功率；(iii)約80高斯的磁場(chǎng)強(qiáng)度；(iv)約55°C的溫度；和(v)約80%三氟化氮和約20%氧氣的氣氛。14.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述接合步驟包括加熱所述玻璃襯底和所述供體半導(dǎo)體晶片中的至少一個(gè)；使所述玻璃襯底與所述供體半導(dǎo)體晶片直接或通過(guò)所述剝離層間接接觸；以及在所述玻璃襯底和所述供體半導(dǎo)體晶片上施加電壓電勢(shì)以引發(fā)所述接合。15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括保持所述接觸、加熱以及電壓，以使(i)氧化物層在襯底上形成于所述供體半導(dǎo)體晶片與所述襯底之間；以及(ii)包括基本上所有改性劑正離子的所述襯底的正離子從所述供體半導(dǎo)體晶片的較高電壓電位遷移開(kāi)，從而形成(1)所述襯底中毗鄰所述供體半導(dǎo)體晶片的濃度減小的正離子層；以及(2)所述襯底中毗鄰所述濃度減小的正離子層的濃度增大的正離子層。16.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述供體半導(dǎo)體晶片從以下組中選取硅(Si)、摻鍺硅(SiGe)、碳化硅(SiC)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、GaP以及InP。全文摘要用于制造玻璃上的半導(dǎo)體(SiOG)結(jié)構(gòu)的方法和裝置包括對(duì)供體單晶半導(dǎo)體晶片的注入表面進(jìn)行離子注入工藝處理，以產(chǎn)生供體半導(dǎo)體晶片的剝離層；利用電解將該剝離層的注入表面接合至玻璃襯底；從供體半導(dǎo)體晶片分離該剝離層，從而使剝離層的解理面暴露；對(duì)剝離層的解理面進(jìn)行干法蝕刻工藝處理，以產(chǎn)生約5-20nm厚度的單晶半導(dǎo)體層；以及在薄半導(dǎo)體層中形成薄膜晶體管。文檔編號(hào)H01L21/762GK101836298SQ200880106055公開(kāi)日2010年9月15日申請(qǐng)日期2008年7月22日優(yōu)先權(quán)日2007年7月30日發(fā)明者C·A·威廉姆斯,J·S·希特斯,安圣殷,張震,王傳哲申請(qǐng)人:康寧股份有限公司