[发明专利]对绝缘体上半导体结构进行抛光的方法

说明书

技术领域

本发明涉及绝缘体上半导体(SOI)结构，尤其涉及对这种结构的半导体层进行抛光的方法。

背景技术

到目前为止，绝缘体上半导体结构中最常使用的半导体材料是硅。这种结构在文献中被称为绝缘体上硅结构，缩写″SOI″已应用于这种结构。对于高性能薄膜晶体管、太阳能电池以及像有源矩阵显示器这样的显示器而言，绝缘体上硅技术正变得越来越重要。绝缘体上硅晶片包括位于绝缘材料上的单晶硅薄层(通常0.1-0.3微米厚，但在某些情况下达5微米厚)。如本文所使用的那样，SOI应该被解释得更宽泛，以包括硅和其它半导体材料。

获得SOI结构的各种方式包括在晶格匹配基板上外延生长硅(Si)。备选工艺包括：将单晶硅晶片接合到另一个其上已生长有二氧化硅层的硅晶片，之后对顶部晶片进行抛光或蚀刻，直到形成0.1-0.3微米厚的单晶硅层。其它方法包括离子注入方法，其中注入了氢或氧离子，从而在氧离子注入的情况下在硅晶片中形成掩埋的氧化层且其顶部有硅，或者在氢离子注入的情况下分离(使剥落)薄硅层以接合到另一个具有氧化层的硅晶片。

就成本和/或接合强度和耐用性而言，前两种方法没有产生令人满意的结构。后一种涉及氢离子注入的方法引起了人们的注意，并且被认为优于前面的方法，因为所需的注入能量比氧离子注入所需的要少50％并且所需的剂量低两个数量级。

通过氢离子注入方法进行剥落通常包括下列步骤。在单晶硅晶片上生长热氧化层。然后，将氢离子注入到该晶片中以产生表面下的缺陷。注入能量决定了产生缺陷的深度，剂量决定了缺陷密度。然后，使该晶片与另一个硅晶片(支持基板)在室温下接触从而形成临时性接合。然后，对该晶片热处理到约600℃，从而促使表面下的缺陷的生长，这些缺陷可用于从硅晶片上分离一层很薄的硅。所得的组件接下来被加热到1,000℃以上，使具有二氧化硅底层的硅膜完全接合到支持基板即未注入的硅晶片。由此，该工艺形成了一种SOI结构，该结构具有接合到另一个硅晶片的硅薄膜，同时氧化物绝缘层介于其间。该技术最近已应用于SOI结构，其中该基板是玻璃或玻璃陶瓷，而非另一个硅晶片。

一旦将SOI结构接合到硅薄膜上，则通常必须对硅层的表面进行抛光以产生厚度基本上均匀的层，从而便于在该硅上形成薄膜晶体管(TFT)电路。抛光硅晶片的常规方法通常使用片段方式的处理方法。即，首先确定与晶片上的位置相关的晶片厚度。然后，该晶片被置于合适的抛光夹具之内，且晶片表面被抛光。不时地从夹具中取出晶片并且重新测量以确定抛光步骤的进展。这种不连续的方法假定了抛光过程是稳定的：即，在操作过程中，抛光参数是一致的(比如温度、浆体的PH值、晶片位置等)。在实践中，这些参数可以是可变的，从而影响抛光过程的结果。当将该技术应用于制造电致发光显示器面板过程中所用的大且薄的片状玻璃基板时，上述可变性就增大了。最终从中切割出这种面板的玻璃片可能是若干个平方米那么大，且厚度小于约0.5毫米。尺寸和厚度较大的玻璃基板会导致玻璃基板下凹，并且很难准确地对其表面上的半导体层进行抛光。

发明内容

本发明的实施方式提供了一种对基板上所形成的半导体层进行抛光的方法。更具体地讲，可以使用该方法对透明玻璃基板(比如常用于制造平板显示器的基板)上所形成的薄半导体层或膜进行抛光。这种基板通常在厚度方面小于约2毫米(比如小于约1毫米，小于约0.7毫米更佳)，并且比电子/计算机工业所用的半导体晶片要大得多。例如，平板显示器应用中所用的玻璃基板常常超过约0.25平方米的表面面积(在单个表面测得，比如顶面或底面)，其面积可以是至少若干个平方米。正是基板具有大且薄这样的特点，才导致很难用常规方法对粘附的半导体层进行抛光，除非该基板由刚性支持物或卡盘支撑着，这通常导致无法从基板背面接触到它。另一方面，当大且薄的片状玻璃基板仅由基板边缘水平地支撑着时，基板往往因重力效应而在中央向下垂。

简单地讲，根据本发明的方法的一个实施方式可以像本文所描述的那样来实现。该实施方式包括：提供一绝缘基板，该基板最好在约200nm-2μm的波长范围中是透明的并且具有第一侧面和第二侧面，该基板还包括在基板第一侧面上的一层半导体材料；抛光该半导体层以产生位于第一侧面上且厚度基本上均匀的半导体材料；以及与抛光半导体材料的步骤同时进行的是，从基板的第二侧面测量半导体层的厚度并使用该半导体厚度测量结果来调整该抛光操作。绝缘基板最好是玻璃或玻璃-陶瓷，且厚度通常小于约1mm。较佳地，半导体厚度是在材料除去区域处测量的。