專利名稱：使用輻照退火制造的絕緣體上半導體結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用包括輻照退火尤其是激光退火用于對半導體層整飾的 改進工藝制造絕緣體上半導體(SOI)結構的系統(tǒng)、方法和產(chǎn)品。
背景技術：
迄今為止，在絕緣體上半導體結構中最普遍使用的半導體材料是硅。
這種結構在文獻中被稱為絕緣體上的硅結構，并將縮寫"sor用于這種結 構。對于高性能薄膜晶體管、太陽能電池、圖像傳感器、及諸如有源矩陣 顯示器之類的顯示器，soi技術正變得日益重要。soi結構可包括在絕緣材
料上的基本為單晶硅的薄層，其厚度一般為0.05-0.3微米(50 - 300nm)， 但在一些情況下有20微米(20000 nm)厚的薄層。
為便于介紹，以下的討論有時按照SOI結構的術語進行。參考這種特 定類型的SOI結構是以便于對本發(fā)明解釋，而不打算且不應被解釋為以任 何方式限制本發(fā)明的范圍。本文使用的縮寫SOI泛指絕緣體上的半導體結 構，包括但不限于絕緣體上的硅結構。類似地，縮寫SiOG—般指玻璃上 是半導體結構，包括但不限于玻璃上的硅結構。術語SiOG還旨在包括玻璃 -陶瓷上的半導體結構，包括但不限于玻璃-陶瓷上的硅結構?？s寫SOI包括 SiOG結構。
獲得SOI結構晶片的各種方式包括(1)在晶格匹配的襯底上外延生長 硅(Si) ; (2)將單晶硅晶片與另一個其上已生長Si02氧化物層的硅晶片 接合，然后對頂部的晶片向下拋光或刻蝕至例如0.05至0.3微米(50 - 300 nm)的單晶硅層；以及(3)離子注入方法，該方法中，注入氫離子或氧離 子，在注入氧離子的情況形成嵌埋在硅晶片中的氧化物層，其上覆蓋硅， 或在注入氫離子的情況從一個硅晶片分離(脫落)出與具有氧化物層的另 一個Si晶片接合的薄硅層。前兩種方法即外延生長和晶片-晶片接合在成本和/或接合強度和耐久 度方面沒有得到令人滿意的結構。涉及離子注入的后一種方法已經(jīng)引起了 一些注意，特別是氫離子注入已被認為更有優(yōu)勢，因為它所需的注入能量 通常比氧離子注入所需的能量低50%，并且所需的劑量減小兩個數(shù)量級。
美國專利第5,374，564號公開了一種使用熱工藝在襯底上獲得單晶硅 薄膜的工藝。對具有平坦表面的硅晶片進行以下步驟(i)通過離子裝
置轟擊硅晶片表面注入離子，形成氣態(tài)微氣泡層，限定硅晶片下部區(qū)域和
構成薄硅膜的上部區(qū)域；(ii)使硅晶片的平坦表面與硬質(zhì)材料層(諸如絕 緣氧化物材料)接觸；以及(iii)在高于進行離子轟擊的溫度下對硅晶片 和絕緣材料的組件進行熱處理的第三階段。第三階段采用足以將硅薄膜和 絕緣材料接合到一起的溫度，以在微氣泡中產(chǎn)生壓力效果，并引起硅薄膜 和硅晶片的剩余物質(zhì)之間分離。因為高溫步驟，這種工藝不適合于低成本 玻璃或玻璃-陶瓷襯底。
美國專利申請公報第2004/0229444好公開了一種制造SiOG結構的方
法。該方法包括以下步驟(i)使硅晶片表面接觸氫離子注入以產(chǎn)生接合 表面；(ii)使晶片的接合表面與玻璃襯底接觸；(iii)對晶片和玻璃襯底 施加壓力、溫度及電壓以促進它們之間的接合；以及(iv)冷卻該結構以促 使玻璃襯底和硅薄層與硅晶片分離。
剛脫落之后所得的SOI結構可能呈現(xiàn)出過大的表面粗糙度(例如，約 10nm或更大)、過大的硅層厚度(即使該層被認為"薄"時)、多余的氫離 子、以及對硅晶體層的注入損害(例如，由于形成非晶化的硅層)。因為 SiOG材料的主要優(yōu)點之一在于膜的單晶本質(zhì)，所以必須恢復或去除這種晶 格損害。其次，在接合工藝期間沒有完全去除來自注入物的氫離子，而且
因為氫原子是電活性的，所以必須將它們從膜排除以確保器件穩(wěn)定工作。 最后，硅層的裂開作用產(chǎn)生粗糙的表面，已知這會使晶體管的運行劣化， 所以應在器件制造之前將其表面粗糙度減小至優(yōu)選小于1 nmRA。
這些問題可以分別處理。例如，首先可將厚硅膜(500 nm)轉移到玻 璃上。然后通過拋光去除上部420 nm的部分，以恢復表面光潔度(fmish) 并消除硅上的受損區(qū)。然后將剩余硅膜在爐子中在60(TC下退火最多8小一些人已建議在將硅薄膜從硅材料晶片剝離之后使用化學機械拋光
(CMP)來進一步處理SOI結構。然而，不利地是，在拋光過程中CMP
工藝不能在硅薄膜表面上均勻地去除材料。對于半導體薄膜常規(guī)的表面不
均勻度(標準偏差/平均去除厚度)在3-5%范圍之內(nèi)。當硅膜的更多厚度被 去除時，膜厚度的差異相應地變差。
對于一些玻璃上硅的應用，CMP工藝的上述缺點尤其是個問題，因為 在一些情況下，需要去除厚達約300-400 nm的材料以獲得所需的硅膜厚度。 例如，在薄膜晶體管(TFT)制造工藝中，需要硅膜厚度在100nm或更小 的范圍內(nèi)。而且，TFT結構還需要低的表面粗糙度。
CMP工藝的另一個問題是當對矩形SOI結構(例如具有銳角的SOI 結構)拋光時它呈現(xiàn)出相當差的結果。實際上，相比于SOI結構中心處的 表面不均勻度其彎角處的上述表面不均勻度被放大。再者，當考慮大的SOI 結構時(例如用于光電應用)，所得的矩形SOI結構對常規(guī)CMP設備(通 常設計用于300 mm標準晶片尺寸)來說太大。成本也是SOI結構的商業(yè) 化應用的一個重要考慮因素。然而，CMP工藝在時間和金錢上都是高費用 的。如果需要能容納大尺寸SOI結構的非常規(guī)的CMP設備，那么會明顯加 劇成本問題。
另外，會使用爐內(nèi)退火(FA)以去除所有殘留的氫。但是，高溫退火 不適合于低成本玻璃或玻璃-陶瓷襯底。而更低溫度退火(低于70(TC)需 要更長的時間來去除殘留氫，而且不能有效修復由離子注入引起的晶體損 害。而且，CMP和爐內(nèi)退火都增加了成本并降低了制造生產(chǎn)率。因此，需 要在退火之前至少部分去除氫以縮短退火步驟的時間。
因此，希望能獲得可與CMP(可能與爐內(nèi)退火組合)的結果可比擬或更 好的結果，但沒有CMP或爐內(nèi)退火及它們相關缺點。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個或更多實施方式，形成絕緣體上半導體結構的系統(tǒng)、 方法和裝置包括對絕緣體上半導體結構的至少一個未整飾(unfinished)的
7表面進行輻照退火工藝。根據(jù)一個實施方式，輻照退火工藝包括激光退火 工藝.根據(jù)另一個實施方式，輻照退火工藝包括微波退火工藝。
根據(jù)本發(fā)明的一個或更多實施方式，形成絕緣體上半導體結構的系統(tǒng)、 方法和裝置包括晶體對晶體施主半導體晶片的注入表面進行離子注入工 藝，以在該施主半導體晶片中產(chǎn)生脫落層；使該脫落層的注入表面與絕緣 體襯底接合；將脫落層與施主半導體晶片分離，從而露出至少一個裂開表 面；以及對該至少一個裂開表面進行輻照退火工藝。
輻照退火工藝將硅層的至少一部分加熱到接近或超過其熔點，能夠使 捕獲的氫的至少一部分逃逸，并當材料冷卻時修復對晶格的損害。而且， 由于高溫時原子遷移率升高，或因為如果材料被加熱到液態(tài)時的表面張力， 而減小了初始表面的粗糙度。因此，對于結合爐內(nèi)退火(FA)的CMP的 上述缺點，根據(jù)本發(fā)明使用諸如受激準分子激光退火(ELA)或微波退火 之類的輻照退火有可能克服CMP的缺點并減少除氫所需的退火時間。
至少一個裂開的表面可包括晶體施主半導體晶片的的第一裂開表面和 脫落層的第二裂開表面。激光退火工藝可應用于脫落層的第二裂開表面和/ 或施主半導體晶片的第一裂開表面。
激光退火工藝可包括使至少一個裂開表面經(jīng)受受激準分子激光。舉例 來說，受激準分子激光可包括作為增益介質(zhì)的真正受激的二聚物或激基復 合物，諸如氯化氤XeCl。在輻照源或激光產(chǎn)生制造所需效果的足夠功率的 范圍內(nèi)，可使用其它增益介質(zhì)的輻照源和激光代替準分子激光。優(yōu)選每個 脈沖或每次曝光的輻照能量密度應當足以熔化部分半導體層，但不應當完 全溶解該半導體層。根據(jù)本發(fā)明工藝的某些實施方式，所處理的表面首先 進行第一激光輻照，接著進行輻射強度小于第一激光輻照的第二激光輻照。
應當選擇輻照波長以使半導體層部分熔化。但是，希望晶體層的下層 部分不熔化。因此，光穿透到半導體材料中的深度相比于半導體層的厚度 不能太大。如同下文參考示例數(shù)據(jù)所討論的，當晶體硅半導體層厚度約為 500 nm時，波長為約308 nm (XeCl激光)、高于約800 mJ/cm2閾值的每 個脈沖的能量密度可導致表面粗糙度和晶體質(zhì)量有可觀測到的改善。預期 半導體組成和厚度的各組合都具有各自實現(xiàn)所需效果的能量閾值。因此，使用更薄半導體硅層時應將能量閾值減小到800 mJ/cm2以下，同時保持其 它參數(shù)恒定。
輻照和激光領域的普通技術人員有能力選擇在半導體材料中具有合適 的穿透深度并達到最小功率閾值的輻照源和激光，同時使該激光在足夠低 的功率水平運行以防止損壞或完全熔化該半導體層。類似地，雖然可能不
是最好，但是相信能以組合或按順序使用多個可能不同增益介質(zhì)的輻照源 或激光來實現(xiàn)所需結果。
注意施主半導體晶片可以是結構的一部分，所述結構包括基本為單晶 的施主半導體晶片和任選地包括設置在該施主半導體晶片上的外延半導體 層。因此，脫落層(例如，與絕緣體襯底結合并與施主半導體結構分離的 層)基本上是由單晶施主半導體晶片材料形成的?；蛘?，脫落層基本上可 由外延半導體層(而且可能還包括一些單晶施主半導體晶片材料)形成。
上述激光退火工藝可應用到脫落層上而與該層是基本上由單晶施主半 導體晶片材料形成還是由外延半導體層形成無關。
在一個或多個實施方式中，接合步驟可包括對至少一個絕緣體襯底 和施主半導體晶片加熱；使該絕緣體襯底與施主半導體晶片的脫落層直接 接觸或間接接觸；以及在該絕緣體襯底和該施主半導體晶片上施加電壓電 勢以促使接合。將該絕緣體襯底和該半導體晶片的溫度升高到絕緣體襯底 的應變點的約15(TC之內(nèi)。可將該絕緣體襯底和該半導體晶片的溫度升高到 不同溫度。該絕緣體襯底和該半導體晶片上的電壓電勢在約100到10000 伏特之間?？梢霊σ允勾笾略诿撀鋵犹幇l(fā)生裂縫。相對于周圍的晶片， 氫缺陷相的熱和微分熱膨脹系數(shù)導致脫落層在氫缺陷相處裂開。其結果是 與絕緣體接合的硅薄膜。
在閱讀對技術的詳細描述之后并相對于現(xiàn)有SiOG工藝可以很好理解 本發(fā)明的優(yōu)點。盡管如此，本發(fā)明的一個或多個實施方式包括以下主要優(yōu) 點更薄的硅膜的轉移；具有高晶體質(zhì)量的更均勻的硅膜；快速制造的產(chǎn) 量；提高的制造生產(chǎn)率；減少污染；以及大襯底的易量測性(scalability)。
或者，將厚硅膜轉移到絕緣體襯底，然后進行拋光以去除受損的表面。 對于非常薄的膜很難控制該過程。因為如本發(fā)明中所描述在該過程中沒有去除材料，所以硅薄膜可以直接轉移。
極需要均勻的膜。此外，因為在該過程中沒有去除材料，所以該硅膜 厚度均勻性由離子注入決定。已經(jīng)顯示這種硅膜相當均勻，其標準偏差約 為lnm。相比之下，拋光通常造成膜厚度5%去除量的偏差。
提高制造生產(chǎn)率對于減少浪費和降低成本同樣重要。通過以一個工藝 步驟代替兩個工藝步驟，預期能提高總體制造生產(chǎn)率。如所預期的，如果 拋光過程的步驟產(chǎn)率較低，這將是特別確切的。雖然已知對非晶形硅膜的 受激準分子激光結晶的產(chǎn)率較低，但是因為硅的單晶本質(zhì)在這種特定情況 下反過來是真實的。因為膜的晶體本質(zhì)，預期工藝窗口會很大，而且因此 預期產(chǎn)率會很高。
因為半導體的敏感特性，污染會不利地影響性能，所以非常需要減少 污染?？紤]到這點，激光工藝比用磨料漿進行拋光更清潔。而且相比于長 時間的熱退火工藝，在快速激光脈沖期間減少了污染物的擴散。當制造電 子器件時這是一個重要因素。
該工藝容易擴大到大面積。目前受激準分子激光退火已被顯示器制造
商應用到尺寸最大至730 mmx920 mm (Gen4)的襯底。當在激光束下掃描 襯底時可容易地增大襯底尺寸。當用戶的襯底尺寸需求增大時這種可量測 性能夠延長產(chǎn)品壽命。相比之下，對于更大襯底尺寸，表面拋光和爐內(nèi)退 火變得更加困難。
當結合附圖對本發(fā)明進行描述時，對本領域普通技術人員將更清楚其 它方面、特征、優(yōu)點等。


出于說明本發(fā)明的各方面的目的，示出了當前優(yōu)選的附圖形式，然而， 應當理解，本發(fā)明不限于所示精確設置和手段，而應當僅由權利要求書來限定。
圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式的S0I器件結構的框圖。 圖2是說明為制造圖1的SOI結構進行的工藝步驟的流程圖。 圖3-6是采用圖2的工藝形成的中間結構和最終結構的框圖。圖7是激光退火之后的SOI結構的框圖。
圖8圖示說明形成絕緣體上半導體結構的工藝步驟的流程圖。
圖9示出在激光退火之前的未完成的示例半導體層的原子力顯微圖像。
圖IO示出圖9的同樣半導體層在激光退火之后的原子力顯微圖像。
圖IIA和IIB分別示出示例的半導體層在退火之前和退火之后的透射 電子顯微(TEM)截面圖像。
圖12A和12B分別示出示例的半導體層在退火之前和退火之后的掃描 電子顯微(SEM)平面圖像。
圖13是根據(jù)本發(fā)明的預激光退火樣品的光反射比數(shù)據(jù)相對于激光退 火后樣品的光反射比數(shù)據(jù)的曲線圖。
具體實施例方式
除非另外說明，在說明書和權利要求書中所使用的諸如那些表示組分
的重量百分比、尺寸、及某些物理性質(zhì)的所有數(shù)字應被理解為在所有情況
都用術語"約"修飾。還應當理解在說明書和權利要求書中所使用的精確數(shù)
值構成本發(fā)明另外的實施方式。己經(jīng)盡力確保在實施例中公開的數(shù)值的精
確性。然而，由于在各自測量技術中存在的標準偏差，所測得的任意數(shù)值
都固有地包含一定的誤差。
用"晶體半導體材料"表示該材料完全是晶體的或基本是晶體的，其中
存在或不存在有意或無意地引入的缺陷和/或摻雜劑。因此它應當包括(i) 用來形成具有半導電性質(zhì)的材料的本身為半導電性或非半導電性的前體材 料，及(ii)通過例如摻雜前體材料形成的本身為半導電性的材料。晶體半 導體材料可以是單晶或多晶的。實際上，半導電材料通常至少包含一些諸
如晶格缺陷或晶粒邊界之類的固有的或特意添加的內(nèi)部或表面缺陷。術語 "基本是晶體的"還反映出某些摻雜劑將扭曲或影響半導體材料的晶體結構 的事實。
參考附圖，其中相同的附圖標記表示相同要素，在圖1中示出了根據(jù) 本發(fā)明的一個或多個實施方式的SOI結構100。關于附圖，SOI結構100
11被示例為SiOG結構。該SiOG結構IOO可包括玻璃襯底102、及半導體層 104。 SiOG結構IOO適用于制造例如用于包括有機發(fā)光二極管(OLED)顯 示器和液晶顯示器(LCD)的顯示器、集成電路、光伏器件等應用的薄膜 晶體管(TFT)。
為了討論的目的，假定半導體層104由硅形成。然而，應當理解該半 導體材料可以是硅基半導體或諸如III-V族、II-IV族半導體等之類的任何 其它類型的半導體。這些材料的實例包括硅(Si)、鍺-硅(SiGe)、碳 化硅(SiC)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)及磷化銦(InP)。
玻璃襯底102可由氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷形成。雖然沒有要求， 但是本文所描述的實施方式可包括其應變點低于約IOO(TC的氧化物玻璃或 玻璃-陶瓷。如玻璃制造工藝中所常見，應變點是玻璃或玻璃-陶瓷具有1014'6 泊(1013'6Pa.s)的粘度時的溫度。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，因此使它們更易得到和更廉價。
作為示例，玻璃襯底102可由包含堿土離子的玻璃基材形成，諸如由 可從美國紐約州康寧的康寧公司(Corning Incorporated, Corning, New York) 得到的No. 1737玻璃和Eagle 2000tm制成的基材。這些玻璃材料尤其能用
于例如液晶顯示器的制造。
該玻璃襯底的厚度在約O.l mm到約10mm的范圍內(nèi)，諸如在約0.5mm 到約3 mm的范圍內(nèi)。對于一些SOI結構，需要厚度大于或等于約1微米 的絕緣層，如避免當具有硅/二氧化硅/硅配置的標準SOI結構在高頻率下運 行時產(chǎn)生的寄生電容效應。在過去，難以實現(xiàn)這樣的厚度。根據(jù)本發(fā)明， 簡單地通過使用厚度大于或等于約1微米的玻璃襯底102能容易地獲得厚 度大于約1微米的SOI結構。玻璃襯底102的厚度下限可以是約1微米， 即1000 nm。不過，要得到高機械強度的最終結構，需要該襯底厚度大于 10微米。在一些實施方式中，需要該玻璃襯底厚度大于30微米(其原因是 例如商業(yè)可用性)。
總而言之，玻璃襯底102應當足夠厚以支承半導體層104通過接合工 藝步驟以及在SiOG結構100上進行的后續(xù)處理。雖然對玻璃襯底102的厚 度沒有理論上限，但超過支承功能所需或為最終SiOG結構IOO要求的厚度的可能是沒有優(yōu)勢的，因為玻璃襯底102的厚度越厚，約難以完成形成SiOG
結構100的至少一些工藝步驟。
氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷襯底102可以是氧化硅基。因此，氧化 物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷中Si02的摩爾百分比可大于30摩爾％，也可大 于40摩爾％。在玻璃-陶瓷的情況下，其晶相可以是多鋁紅柱石、堇青石、 鈣長石、尖晶石、或玻璃-陶瓷領域公知的其它晶相。非氧化硅基的玻璃和 玻璃-陶瓷可用于實施本發(fā)明的一個或多個實施方式，但是因為它們較高的 成本和/或較差的性能特性一般不具優(yōu)勢。
類似地，對于一些應用，例如對于使用非硅基的半導體材料的SOI結 構，可能需要例如非氧化物玻璃的非氧化物基玻璃襯底，但因為它們較高 的成本一般不具優(yōu)勢。如下文更具體討論的，在一個或多個實施方式中， 玻璃或玻璃-陶瓷襯底102被設計成與接合到其上的層104的一種或多種半 導體材料(例如硅、鍺等)的熱膨脹系數(shù)(CTE)相匹配。CTE匹配能確 保在包括例如沉積步驟的后續(xù)處理步驟的加熱周期期間要求的機械性質(zhì)。
對于一些應用，例如顯示器應用或太陽能電池應用，玻璃或玻璃-陶瓷 102在可見光、近紫外、近紅外和/或紅外波長范圍中可以是透明的，例如， 玻璃或玻璃陶瓷102在350 nm到2微米波長范圍中可以是透明的。
雖然玻璃襯底102可由單層的玻璃或玻璃-陶瓷組成，但是如果需要也 可以使用層疊結構。當使用層疊結構時，層疊物中最靠近半導體層104的 層可具有本文針對由單層玻璃或玻璃-陶瓷組成的玻璃襯底102所討論的性
質(zhì)。遠離半導體層104的層也可具有那些性質(zhì)，但可具有不受約束的性質(zhì)， 因為它們不與半導體層104直接作用。在后一種情況下，當不再滿足對玻 璃襯底102所指定的性質(zhì)時可認為玻璃襯底102已經(jīng)終結。
現(xiàn)參考圖2至6。圖2圖示說明制造圖1的SiOG結構100 (和/或本文 公開的其它實施方式)所進行的工藝步驟，而圖3至6示出在進行圖2的 工藝中可能形成的中間結構。在圖3中，箭頭表示離子物流(諸如氫離子) 及其注入時的大致方向。在圖2中，附圖標記具有以下含義
202:制備施主半導體晶片的表面；
204:對施主半導體晶片進行離子注入步驟；206:使脫落層發(fā)生適度氧化； 208:在脫落層和玻璃之間形成陽極結合； 210:使玻璃層/脫落層與施主半導體晶片分離；以及 212:使施主半導體晶片或脫落層進行激光退火工藝。 首先再參見圖2和圖3，在操作202，通過諸如拋光、清洗等制備施主 半導體晶片120的注入表面121，以制備適合與玻璃或玻璃-陶瓷襯底102 接合的相對平坦和均勻的注入表面121。注入表面121將形成半導體層104 的下側面。為了討論的目的，半導體晶片120可以是基本為單晶的硅晶片， 但是如上所述可使用任意其它合適的半導體導體材料。
在操作204，通過對注入表面121進行一次或多次離子注入步驟以在 施主半導體晶片；120的注入表面121的下面形成弱化區(qū)而形成脫落層122。 雖然本發(fā)明的各個實施方式不限于形成脫落層122的任何特定方法，但一 種適合的方法是，對施主半導體晶片120的注入表面121進行氫離子注入 工藝，以至少開始在施主半導體晶片120中形成脫落層122。
可使用常規(guī)技術調(diào)節(jié)注入能量以達到脫落層122的大約厚度。作為實 例，可采用氫離子注入，但是也可采用其它離子或多種離子，如硼+氫、氦 +氫、或有關脫落的文獻中已知的其它離子之類。再者，在不背離本發(fā)明精 神和范圍的情況下，可采用適合于形成脫落層122的任意其它己知技術或 下文中所開發(fā)的技術。例如，可使用單束離子注入、等離子浸入離子注入 (Pill)以及離子噴淋，涉及使用單一離子物種或多離子物種。
在以下示例數(shù)據(jù)部分所討論的實驗中，脫落層122的厚度約為500 nm， 但因為激光退火重新分布質(zhì)量，所以相比于去除質(zhì)量，可使脫落層122按 要求和/或盡可能地薄。而且，如果以具有需要激光退火的半導體層(例如 厚度大于所需)的SOI開始，則在激光退火整飾表面以前，可使用諸如CMP 或拋光之類的去除質(zhì)量的已知方法來減小該層的厚度。然而，使用去除質(zhì) 量步驟增加了總體制造工藝的時間和費用，而激光退火則可避免增加總體 制造工藝的時間和費用。
在操作206，可對施主半導體晶片120進行處理以減小例如離子注入 表面121上的氫離子濃度。例如，可對施主半導體晶片120進行清洗和清潔，并使脫落層122的注入施主表面121發(fā)生適度氧化。適度的氧化處理 可包括氧等離子體中的處理、臭氧處理、過氧化氫處理、過氧化氫和氨處 理、過氧化氫和酸處理或這些工藝的組合。預期在這些處理期間以氫封端 的表面基團氧化為羥基，而這又使硅晶片表面為親水性?？梢栽谑覝剡M行
氧等離子體處理，而氨水或酸處理可在25-15(TC之間的溫度下進行。
參考圖2和圖4，在操作208使玻璃襯底102與脫落層122接合。在 美國專利申請公報第2004/0229444號中描述了一種合適的接合工藝，其全 部內(nèi)容通過引用結合于本文。以下討論該工藝中稱作陽極結合的部分。在 陽極結合工藝中，可對玻璃襯底102 (以及如果還沒完成的脫落層122)進 行適當?shù)谋砻媲逑?。之后，使該中間結構直接或間接接觸以獲得圖4中示 意性示出的配置。
在接觸之前或接觸之后，在一定的溫差梯度下對包括施主半導體晶片 120、脫落層122、以及玻璃襯底102的結構加熱?？蓪⒉Ａбr底102加熱 至高于施主半導體晶片120和脫落層122的溫度。舉例來說，玻璃襯底102
和施主半導體晶片120 (以及脫落層122)之間的溫差至少為rc，不過該
溫差可高達約10(TC-15(TC。對于具有與施主半導體晶片120匹配(例如與 硅匹配)熱膨脹系數(shù)(CTE)的玻璃要求該溫差，因為它促進了稍后脫落 層122因為熱應力從半導體晶片120的分離。玻璃襯底102和施主半導體 晶片120的溫度可在玻璃襯底102的應變點約15(TC之內(nèi)。
一旦玻璃襯底102和施主半導體晶片120之間的溫差達到穩(wěn)定，可對 該中間組件施加機械壓力。壓力范圍可在約1至50 psi之間。施加例如約 100 psi的更高壓力可能導致玻璃襯底102破裂。
接著，在該中間組件上施加電壓，例如以施主半導體晶片120在正極 而玻璃襯底102在負極。施加電壓電勢引起玻璃襯底102中的堿金屬或堿 土金屬離子從半導體/玻璃界面遷移進一步遷移到玻璃襯底102中。這樣可 實現(xiàn)以下兩種功能(O形成堿金屬或堿土金屬離子的自由界面；以及(ii) 使玻璃襯底102成為高反應性而且與施主半導體晶片120的脫落層122牢 固接合。
參考圖2和5，在操作210，在中間組件保持上述條件一段時間(例如約1小時或更少)之后，移除電壓并使該中間組件冷卻至室溫。然后將施 主半導體晶片120和玻璃襯底102分離，如果它們還沒有成為完全自由則
其中可能包括一些剝離，以得到玻璃襯底102，該玻璃襯底具有接合于其上 的施主半導體層120的半導體材料構成的相對薄脫落層122?？赏ㄟ^由熱應 力引起的脫落層122的碎裂實現(xiàn)該分離?；蛘呋蛄硗?，可使用諸如水射流 切割或化學蝕刻之類的機械應力來促使分離。
如圖5所示，在分離之后，所得的結構可包括玻璃襯底102和接合于 其上的半導體材料的脫落層122。剛脫落之后的SOI結構的裂開表面123 呈現(xiàn)過高的表面粗糙度(在圖5中抽象地示出)、可能過大的硅層厚度、 以及硅層的注入損害122A (例如因為氫離子和非晶體化硅層的形成)。不 過，如在圖13中確認的，當使用激光退火時可一開始使剝離層122更薄， 因為不需要去除122A的受損材料，而通過激光退火工藝損傷將得以恢復。
為了討論的目的假定半導體層104的最終厚度會小于1微米(即1000 nm)，例如小于約200 nm，如80nm或更小。因此，應當形成具有大約所 需厚度的適當薄的剝離層122。歷史地，非晶體化的硅層厚度在約50-150 nm 的量級，而根據(jù)注入能量和注入時間，剝離層122的厚度在約300-500 nm 的量級。不過，在激光退火的情況下，可形成薄的剝離層122以及必須是 薄的非晶體化的硅層。
因此，參考圖2、操作212及圖6，對裂開的表面123進行后處理，包
括對裂開的表面123進行激光退火工藝。用本體硅(bulksilicon)進行的實驗
顯示激光輻照在數(shù)十納秒可將硅表面加熱超過其熔化溫度(1685 K)。在
SiOG的情況下，如果峰值溫度超過1685 K，而且如果在膜中保留有未熔化
的晶種，則膜在冷卻后為晶體，并預期將是近乎完美的晶體。在輻照之后，
之前受損的硅表面比本體硅晶片具有的缺陷更少。另外的激光退火還能使 多晶膜和本體硅表面平滑。
參考圖6，可使用受激準分子激光150進行退火過程，該受激準分子 激光對裂開的表面123輻照輻射155。如圖6中的符號示出的，在裂開的表 面123上可看見許多大的不規(guī)則體122B。通過激光組成、激光波長、輻照 功率、曝光時間、以及曝光脈沖數(shù)量中的一個或多個來控制激光退火工藝(以及因此控制材料124的重新分布和表面粗糙度的平滑)。當所需量的
材料124已重新分布而形成退火的表面123A時，可終止該激光退火工藝。 對比于圖6的不規(guī)則體122B，在退火的表面123A上可見少量的相對更小 的不規(guī)則體122C，如圖7中的符號所示的。
雖然此描述所提到的輻射源為激光器，因為激光是優(yōu)選的實施方式， 但是輻射源本身不必是激光器。取而代之，具有類似激光效果的輻射源也 能滿足要求。為此目的，輻射源可具有能滿足以下三個要求的的類似激光 的效果1)如果能夠有適當(高)的能量密度；2)如果它能控制在半導體 材料中的輻射穿透深度；以及3)如果它能控制輻照時間(例如，通過使用 脈沖源)。尤其相比于激光器，輻射源不需要是相干的。根據(jù)設計和材料 參數(shù)，可接受的輻射源可以是例如發(fā)射微波輻射的微波發(fā)射器。
任何激光或一般的輻射源可用于本發(fā)明只要該輻射源能配置成對半導 體層104退火，這很大程度地取決于SOI結構100的參數(shù)，如材料、厚度 等。在這方面上，有許多配置變體，不僅在輻射源的選擇方面，而且與輻 照方法有關，諸如脈沖發(fā)射相對于連續(xù)波(CW)發(fā)射，以及掃描曝光相對 于泛光曝光(flood exposure)。
一般而言，關于激光器，該詞語"激光器"是由通過受激的輻射發(fā)射的 光方文大(Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation)的首字 母縮寫詞LASER的派生詞。LASER的逆序造詞——建立的動詞"激射"被 用來表示"通過受激發(fā)射產(chǎn)生相干光"。激光器系統(tǒng)一般包括三個重要部分--能量源(通常稱為泵浦或泵浦源)；增益介質(zhì)；以及形成光諧振器的反射 鏡(mirror)或反射鏡系統(tǒng)。
存在許多不同類型的激光器。 一般通過所采用的增益介質(zhì)類型來表示 激光器，增益介質(zhì)也稱作為激光材料或激射材料。增益介質(zhì)可以是例如氣 體、蒸氣、液體、固體、或半導體。
氣體激光器中最常見的是氬和氦氖(He-Ne)，氣體激光器主要發(fā)射可見 紅光范圍的輻射。另一示例是C02激光器，其發(fā)射能量位于遠紅外，可用 于切割硬質(zhì)材料。
蒸氣激光器具有作為增益介質(zhì)的汽化金屬。通常通過電氣放電實現(xiàn)激發(fā)，諸如銅蒸氣或金蒸氣激光的情況。在氦-鎘(He-Cd)、氦-硒(He-Se) 以及氦-汞(He-Hg)激光器的情況下汽化金屬可與如用作緩沖劑的氦氣的 其它材料混合。
液體激光器包括染料激光器，其中增益介質(zhì)是在液體溶液或懸浮液中 的諸如若丹明6G(rhodamine 6G)之類的配合有機染料。通過改變?nèi)玖先芤?和/或其性質(zhì)，可在寬波長范圍上調(diào)諧染料激光器。
固態(tài)增益介質(zhì)激光器也可稱為固態(tài)激光器，它具有分布在固體基質(zhì)中 的激射材料。實例包括發(fā)射波長為1,064納米的紅外光的紅寶石或釹釔鋁 石榴石("Nd-YAG，，)激光器。
半導體激光器使用二極管作為增益介質(zhì)，使它們有時被稱為二極管激 光器。半導體激光器一般使用低功率而且可以非常小，有利于它們用于諸 如激光打印機和CD播放器之類的各種電子產(chǎn)品。
化學激光器使用化學反應，實現(xiàn)在針對連續(xù)操作的高功率下的激發(fā)。 兩個實例包括發(fā)射2700-2900 nm光的氟化氫激光器和發(fā)射3800 nm光的氟 化氘激光器，這些激光器利用了氫氣或氘氣分別與乙烯在三氟化氮中的燃 燒產(chǎn)物的反應。
氣體激光器的子類型，受激準分子激光器使用當電受激時產(chǎn)生的稱為 受激二聚體也稱作受激準分子的偽分子的反應性氣體。當激射時受激準分
子產(chǎn)生紫外波段的光。在化學中，二聚體指的是由兩個類似的子單元或單 體連接在一起組成的分子。真正的受激準分子是由處于激發(fā)態(tài)的相同分子 形成的二聚體的分子，而激基復合物是由處于激發(fā)狀態(tài)的不同分子形成的 二聚體的分子。目前激基復合物非常普遍地被誤稱為受激準分子，為此說 明書的目的，對受激準分子的引用包括激基復合物?？墒褂萌缏葰夂头鷼?之類的氣體，單獨使用這些氣體時形成受激準分子，而與如氬、氪、或氙 之類的惰性氣體混合使用時形成激基復合物。
在本申請的各實施方式中，本發(fā)明人使用的激光輻射源的例子包括 XeCl激光器(308 nm) ; KrF激光器(248 nm);以及CW氬氣體激光器。 在例如H. J. Kahlert, F. Simon和B. Burghardt的Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 685E, paper D6.2 (2001)中描述了一種激光曝光系統(tǒng)，其相關部分通過引用結合于本文。鑒于本申請的公開內(nèi)容，該激光系統(tǒng)可適合用于本發(fā)明 中。
可使用低頻和高頻微波進行微波曝光。優(yōu)選高頻曝光(例如1.10 GHz 陀螺振子源(gyrotron source))，因為它和硅膜電磁耦合良好，而和玻璃耦 合較差。因此可實現(xiàn)超過10(TC/秒的加熱速率同時對襯底傳熱最少。實際 上，來自陀螺振子源的能量可以通過波導耦合到特別設計的抽空的樣品室 中。該室應具有至少一個可變的尺寸，用于對微波諧振模式進行調(diào)諧。膜 的溫度由模式樣式支配，因此為能更均勻地加熱，需要樣品相對于諧振模 式樣式移動(例如通過旋轉)。
可使用各種方法來曝光表面，例如通過激光束。以激光束曝光為例， 設想以下非限制性的步驟
-使用單個激光束對要處理的表面曝光；
-使用多個激光束同時地、連續(xù)地或按照其它方式對要處理的表面曝
光；
-使用大面積光束對已通過例如泛光曝光的處理的表面曝光；
-在曝光中可采用在光刻工藝中典型的分步重復(step-and-repeat)工藝。
-可使用線性、窄光束對要處理的表面掃描；
-可使用小面積光束通過如矢量掃描、光柵掃描等對表面掃描；
-使用脈沖激光束并且通過控制其脈沖的總數(shù)量來控制曝光量；
-使用連續(xù)激光束并且控制曝光時間來控制總輻照能量；以及
-通過控制激光束相對于要曝光表面的速度控制曝光時間，例如控制
放置襯底的平臺的傳送速度。
與曝光手段和激光源無關，希望在一個或多個實施方式中對已處理的
表面施加基本平均的輻照能量，以將該表面退火至基本相同的程度。所以，
需要均勻的激光束。
可使用光學系統(tǒng)在半導體層表面上產(chǎn)生均勻光束。該光學系統(tǒng)可包括
均化器。能產(chǎn)生均勻激光束的光學系統(tǒng)可以買到。對激光束均勻性的要求
由工藝窗口支配，而工藝窗口又取決于半導體層厚度和受損層的厚度?，F(xiàn)在將參考上述SiOG工藝和另外的細節(jié)描述本發(fā)明的可選實施方式。
例如，將脫落層122從施主半導體晶片120分離的結果會產(chǎn)生施主半導體 晶片120的第一裂開表面和脫落層122的第二裂開表面123。如上所述，可 將激光退火工藝應用到脫落層122的第二裂開表面123上。另外或或者， 可將激光退火工藝應用于施主半導體晶片120的第一裂開表面上(使用一 種或多種上述技術)。
在本發(fā)明另一實施例中，施主半導體晶片可以是施主結構的一部分， 包括基本為單晶的施主半導體晶片120和設置在施主半導體晶片上的外延 半導體層。(有關在SOI中的外延生長的半導體層的詳細內(nèi)容可參見2005 年6月23日提交的共同待審的美國專利申請第11/159,889號，其全部內(nèi)容 通過引用結合于本文。)因此，脫落層122基本上可由外延半導體層(而 且也可能包括一些來自晶片120的施主單晶半導體晶片材料)形成。因此，
可將上述激光退火工藝應用到基本由外延半導體材料和/或外延半導體材料 和單晶半導體材料的組合形成的脫落層的裂開表面上。
而且，在用于形成絕緣體上半導體結構100的系統(tǒng)中，激光退火工藝 可以自動化進行。圖8示出示例性的形成步驟802-808。在該圖中，附圖標 記具有以下含義
802:制備未退火的絕緣體上半導體結構；
804:將SOI結構傳送并定位在激光退火組件中；
806:進行激光退火；以及
808:將SOI結構從激光退火組件傳送出。
該系統(tǒng)可包括絕緣體上半導體處理組件和激光退火組件，絕緣體上半 導體處理組件對半導體結構100進行加工以便處理。激光退火組件可包括 激光器，用于對由絕緣體上半導體處理組件加工的絕緣體上半導體結構100 進行輻照。處理組件還可包括在輻照之前清洗結構100，以去除如果存在的 和可能需要去除的表面污染或天然氧化物層。激光退火組件還可在真空或 受控的氣氛中運行，也可以控制污染。
例如，在部分制備了 SOI結構100后(步驟802)，處理組件可以將 具有需要進行激光退火的未整飾的表面如裂開表面123的SOI結構100傳送到并定位在激光退火組件中(步驟804)。不僅是由剝離形成的裂開表面
123受益于激光退火，而且由任意次SOI形成工序形成的半導體層104的 表面(具有對其晶體結構的損害，不希望的離子雜質(zhì)，和/或薄膜粗糙度)可 表征為需要進行激光退火的未整飾的表面823。
激光退火組件將進行激光退火(步驟806)，處理組件可將具有經(jīng)激 光退火的表面如經(jīng)退火的表面123A的SOI結構100從激光退火組件中傳 送出以便進一步處理。激光退火組件可針對不同的半導體層材料、厚度、 制造歷史等可編程調(diào)節(jié)，諸如通過調(diào)節(jié)激光退火工藝的強度和脈沖次數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明在輻照退火工藝期間，將進行退火的晶體層的至少一部分 加熱至升高的溫度，這樣能夠使至少部分氫或注入的其它離子物質(zhì)逃逸。 如果需要這樣的下游熱退火工藝，這可導致較短的熱退火工藝。實際上， 如同本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)的，本發(fā)明的輻照退火工藝在恢復表面缺陷中是如此 有效率，以致該步驟的總時間不會使全部被捕獲的注入物質(zhì)發(fā)生除氣。在 這些實施發(fā)生中，在輻照退火之后需要進行另外的熱退火步驟，該步驟中 能夠使被捕獲的離子注入的物質(zhì)除氣至要求的程度。甚至在這些實施發(fā)生 中，由于輻照退火步驟期間的部分除氣，相比于CMP表面增強工藝可減少 熱退火所需的總時間。
本發(fā)明人進一步設想在本發(fā)明的輻照退火工藝之前，以及在輻照退火 工藝期間，將進行輻照退火的晶體半導體層加熱至升高的溫度。在某些實 施方式中，此溫度范圍可以為100'C到Tsp—10(TC之間，如果使用玻璃襯底 則其中Tsp是玻璃襯底的應變點，或如果襯底使用晶體材料則其中Tsp是該 晶體襯底的熔點。這通常需要將整個SOI結構，或至少其絕大部分加熱至 此溫度范圍。對晶體層這樣的預熱尤其具有以下優(yōu)點(i)它減少了輻照 退火步驟期間晶體半導體層中呈現(xiàn)的溫度梯度，減少了碎裂的可能性；(ii) 它能使更多的離子注入的物質(zhì)在輻照退火步驟期間發(fā)生除氣；(iii)它減 少了可能需要的后續(xù)進行的熱退火的時間；以及(iv)它使基本同時地進行 輻照退火和熱退火成為可能。
通過以下非限制性實施例進一步說明本發(fā)明。實施例
進行了一系列實驗以證明上述激光退火工藝在SiOG結構上的可應用
性。將具有500 nm厚的硅脫落層122的SiOG結構100在受激準分子激光 150的400-1250 mJ/cn^的輻射155下曝光1到IOO個脈沖。所使用的受激 準分子激光150是來自Lambda Physik的XeCl受激準分子激光器，該激光 器以最高至100Hz，以308納米光的28納秒脈沖下操作。308 nm波長的 UV光在硅中的穿透深度僅幾納米，如果正確選擇了硅表面上的激光束的能 量密度，將僅硅層的上部發(fā)生熔化。該激光器與光學系統(tǒng)包括均化器一起 使用以產(chǎn)生均勻的5mmx0.8mm光束。在本申請的實例中使用了分步重復 曝光，使比光束尺寸更大的面積曝光。相同的激光能量足以是非晶形硅膜 結晶，產(chǎn)生多晶硅。然而，在本情況下，脫落層122是僅具有注入損傷122A 的單晶膜，允許該單晶膜作為籽晶。在本實驗中，超過約800 mJ/cn^的閾 值的能量在表面粗糙度中產(chǎn)生可觀測到的改善。
以下的表1描述針對不同強度和脈沖次數(shù)對表面粗糙度(以納米表示 的Ra)的各種改善。測量的初始表面粗糙度是6.6nmRA (9.4nmRMS)， 而在1250 mJ/cm2的一次激光脈沖之后測得的經(jīng)激光退火的表面123A的表 面粗糙度低于1.0nm。類似地，在1000 mJ/cr^下的IO次脈沖之后，經(jīng)激 光退火的表面123A的表面粗糙度也減小為低于1.0 nm。
表1:
1250 mJ/cm21000 mJ/cm2800 mJ/cm2
0次脈沖6.616.616.61
1次脈沖0.991.42—
2次脈沖0.981.161.45
10次脈沖0.630.741.29
類似地，圖9、 10、和11可視地描述對表面粗糙度的改善和表面粗糙 度的顯著減小。圖9是使用上述制造工藝的實施例形成的SiOG結構100 的初始裂開表面123的原子力顯微(AFM)圖像。圖10是圖9中的同樣
22SiOG結構100的經(jīng)退火的表面123A在1250 mJ/cm2的十次激光脈沖之后 的原子力顯微圖像。將圖9的圖像與圖IO的圖像比較，很明顯該退火步驟 去除了表面不規(guī)則體。
用相對高的脈沖能量密度(1250 mJ/cm2)已獲得良好的表面粗糙度減 小。然而，在這些高能量密度下，退火步驟可能會在硅膜中產(chǎn)生諸如裂縫 之類的局部缺陷，其原因大概是由于氫向外擴散。在一些情況下在退火步 驟中連續(xù)使用不同的能量密度可能是有益的，以允許(一些)氫外擴散的 較低能量密度開始并后繼以高能量密度。
如圖IIA、 IIB、 12A和12B中更生動地描述的，退火工藝在SiOG結 構IOO的半導體層104上產(chǎn)生相對平滑的、恢復了注入損害122A的退火的 表面123A。圖11A和11B分別示出形成的半導體層104在退火之前和退 火之后的截面的透射電子顯微(TEM)圖像。在圖IIB的情況下，退火過 程包括在800 mJ.cm—2下的IO次脈沖。圖12A和12B分別示出形成的半導 體層104在退火之前和退火之后的平面的掃描電子顯微(SEM)圖像。在 此實施例中，用800 mJ.cm—2下的15次脈沖然后1200 mJ'cm—2下的10次脈 沖完成退火。在圖IIA和12A中，最初的裂開表面123的表面損傷122A 很明顯，而圖11B和12B中的經(jīng)退火表面123A更加清楚，并顯示出更高 質(zhì)量的結晶度。
同樣，圖13示出SiOG結構IOO的光反射數(shù)據(jù)，包括所形成的裂開表 面123和在1000 mJ/cn^的IO次脈沖之后的退火表面123A。在該圖的右邊 示出對經(jīng)輻照的膜和未經(jīng)輻照的膜的干涉條紋160幾乎一樣，表明激光照 射沒有改變膜厚度，在表面形貌測量中確認了該發(fā)現(xiàn)。然而在左邊示出經(jīng) 退火表面123A對于400 nm以下的波長的絕對反射率超過裂開表面123的 絕對反射比。這種額外的反射比是表面粗糙度減小的表征，如已從AFM數(shù) 據(jù)中推斷的，并是膜表面晶體缺陷減少的表征。而且，經(jīng)輻照的樣品的數(shù) 據(jù)與純的單晶硅表面的相應數(shù)據(jù)(未示出)一致。
還可在樣品上進行電氣測量以確認經(jīng)退火的表面123A的近單晶的結 晶度。這些測量還表示膜中不需要的電活性氫原子數(shù)量的減少。因此，除 了使半導體層的表面123A平滑外，激光退火工藝通過釋放俘獲的氫離子和將半導體層104恢復至接近單晶狀態(tài)，而基本上去除了注入損傷122A。
總而言之，相信本發(fā)明代表將激光退火應用到由氫離子注入形成的
SOI襯底第一應用。它提供用于同時改善硅的表面粗糙度和晶體質(zhì)量的獨
特解決方案。
雖然本文已參考特定實施例描述了本發(fā)明，但應當理解這些實施例僅 僅是說明本發(fā)明的原理和應用。因此應當理解的是，在不背離由所附權利 要求所限定的本發(fā)明精神和范圍的情況下，可對說明性實施例作出許多修 改，并且可修改其它設置。
權利要求
1. 一種形成絕緣體上半導體結構的方法，包括對晶體層的至少一個未整飾的表面進行輻照退火工藝。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述輻照退火工藝包括對所 述至少一個未整飾的表面進行微波輻照。
3. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述輻照退火工藝包括激光 退火工藝。
4. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括 對晶體施主半導體晶片的注入表面進行離子注入工藝，以產(chǎn)生所述施主半導體晶片的脫落層；將脫落層的所述注入表面與絕緣體襯底接合；以及將所述脫落層與所述施主半導體晶片分離，從而露出至少一個裂開表面； 其中，在分離所述脫落層后對所述至少一個未整飾的表面進行輻照退火工 藝，并且所述至少一個未整飾的表面包括所述至少一個裂開的表面。
5. 如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少一個裂開的表面包 括所述施主半導體晶片的的第-一裂開表面和所述脫落層的第二裂開表面。
6. 如權利要求5所述的方法，其特征在于，將所述輻照退火工藝應用到 所述脫落層的至少第二裂開表面上。
7. 如權利要求5所述的方法，其特征在于，將所述輻照退火工藝應用到 所述施主半導體晶片的至少第一裂開表面上。
8. 如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述輻照退火工藝包括對所 述至少一個未整飾的表面進行激光輻照。
9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述至少一個未整飾的表面 包括晶體硅。
10. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，對所述至少一個未整飾的表 面進行激光輻照包括首先對所述至少一個未整飾的表面進行第一激光輻照， 然后對所述至少一個未整飾的表面進行第二激光輻照，所述第二激光輻照的強度低于所述第一激光輻照。
11. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，在對晶體層的至少一個未整飾的表面進行輻照退火工藝的步驟之前，將所述整個晶體層加熱至從iocrc到Tsp—10(TC的升高的溫度，其中T,p是所述絕緣體上半導體結構中包含的玻璃的應變點，或所述絕緣體上半導體結構中具有最低熔化溫度的組分的熔點。
12. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，在對晶體層的所述至少一個未整飾的表面進行輻照退火工藝之前，對所述至少一個未整飾的表面清潔和/ 或去除表面氧化物層。
13. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述激光輻照具有足以暫 時熔化至少部分的所述至少一個未整飾的表面的能量水平。
14. 如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述接合步驟包括 對所述絕緣體襯底和所述施主半導體晶片中的至少一個加熱； 使所述絕緣體襯底與所述施主半導體晶片的脫落層直接或間接接觸；以及 在所述絕緣體襯底和所述施主半導體晶片上施加電壓電勢以促使接合。
15. 如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述施主半導體晶片選自硅(Si)、鍺-硅(SiGe)、碳化硅(SiC)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、磷 化鎵(GaP)及磷化銦(InP)。
16. 如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述施主半導體晶片包括基 本為單晶的施主半導體晶片，并且所述分離層基本由單晶施主半導體晶片材料 形成。
17. 如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述施主半導體晶片包括施 主半導體晶片和設置在所述施主半導體晶片上的外延半導體層，所述分離層基 本由外延半導體層形成。
18. —種絕緣體上半導體結構，包括-絕緣體結構；以及接合在所述絕緣體結構上的半導體層，其中所述半導體層包括經(jīng)輻照退火 的表面。
19. 如權利要求18所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述經(jīng)輻照退火的表面包括經(jīng)激光退火的表面。
20. 如權利要求18所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述經(jīng)輻 照退火的表面包括經(jīng)微波退火的表面。
21. 如權利要求18所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述半導體層包括接合到所述絕緣體結構的下側面，所述經(jīng)輻照退火的表面與所述下側 面相對。
22. 如權利要求18所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述絕緣 體結構包括絕緣體襯底，所述半導體層包括晶體硅。
23. —種用于形成絕緣體上半導體結構的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 絕緣體上半導體處理組件，以及輻照退火組件，其中，所述輻照退火組件包括對通過所述絕緣體上半導體處理組件處理的 絕緣體上半導體結構進行輻照的輻射源。
24. 如權利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輻射源包括激光。
25. 如權利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述激光包括受激準分子 激光。
26. 如權利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述受激準分子激光是氯 化氙(XeCl)激光。
27. 如權利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輻射源包括微波發(fā)射器。
28. 如權利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輻照退火組件在真空 條件下運行。
29. 如權利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輻照退火組件在受控 的氣氛中運行。
全文摘要
用于絕緣體上半導體(SOI)結構的系統(tǒng)和方法及其產(chǎn)品，包括對至少一個未整飾的表面進行激光退火工藝。制造SOI結構還可包括對施主半導體晶片的注入表面進行離子注入工藝以在施主半導體晶片中產(chǎn)生脫落層；將該脫落層的注入表面與絕緣體襯底接合；將脫落層從施主半導體晶片分離，從而使至少一個裂開表面露出；以及對至少一個裂開表面進行激光退火工藝。
文檔編號H01L21/268GK101454875SQ200780019709
公開日2009年6月10日 申請日期2007年5月24日 優(yōu)先權日2006年5月31日
發(fā)明者J·G·庫亞德, P·勒于得, S·A·瓦隆 申請人:康寧股份有限公司