JP2012503879A - ガラス−セラミックベース絶縁体上半導体構造及びその作成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(以降のガラス-セラミック層及び酸化物ガラスバリア層を形成するための)前駆体ガラスは、当業者には周知の様々な手法を用いて通常の原材料から作成でき、本明細書で以下に、また名称を「ガラスベースSOI構造(GLASS-BASED SOI STRUCTURES)」とする特許文献3に、説明される方法を用いて半導体層/コンポーネントに張り付けることができる。特許文献3はその全体が本明細書に参照として含まれる。
102 半導体コンポーネント
104 単結晶半導体材料層
106 酸素含有量が高められた単結晶半導体材料層
108 酸化物ガラス材料層
110 ガラス-セラミック材料層(基板)
204 高陽イオン濃度酸化物ガラス-セラミック層
206 バルク陽イオン濃度酸化物ガラス-セラミック層
302 剥離層
304 ドナー半導体ウエハ
306 残余ドナー半導体ウエハ
308 弱化領域
310 ドナー半導体ウエハ表面
312 前駆体ガラス基板
314 前駆体ガラス基板表面
Claims (28)
- 絶縁体上半導体層状構造において、
実質的に単結晶の半導体材料層及び酸素含有量が高められた単結晶半導体材料層を含む半導体材料コンポーネント、
酸化物ガラス材料層、及び
ガラス-セラミック層、
を有することを特徴とする絶縁体上半導体構造。 - 前記ガラス-セラミック層がさらに、前記酸化物ガラス材料層からの少なくとも1つのアルカリ土類修飾元素イオンを含む、修飾元素陽イオンの高められた陽イオン濃度を有する第1の層及びバルクガラス-セラミックを含む第2の層を含むことを特徴とする請求項1に記載の絶縁体上半導体構造。
- 前記酸化物ガラス及び前記ガラス-セラミックが1つないしさらに多くのタイプの陽イオンを含有し、酸化物ベースでの前記ガラスまたは前記ガラス-セラミック内のリチウムイオン、ナトリウムイオン及びカリウムイオンの和が約5重量%より少ないことを特徴とする請求項1に記載の絶縁体上半導体構造。
- 前記酸化物ガラス内及び前記ガラス-セラミック内にアルカリイオンが存在しないことを特徴とする請求項1に記載の絶縁体上半導体構造。
- 前記ガラス-セラミックがスピネル結晶相またはムライト結晶相を含むことを特徴とする請求項1に記載の絶縁体上半導体構造。
- 前記酸化物ガラス及び前記ガラス-セラミックが25〜300℃の温度範囲にわたり約22〜42×10−7/℃の範囲内の熱膨張係数を有することを特徴とする請求項1に記載の絶縁体上半導体構造。
- 前記酸化物ガラス及び前記ガラス-セラミックが25〜300℃の温度範囲にわたり約35〜40×10−7/℃の範囲内の熱膨張係数を有することを特徴とする請求項1に記載の絶縁体上半導体構造。
- 前記半導体材料がシリコンベース半導体材料であり、アンドープシリコン、n-ドープシリコン、p-ドープシリコン、ゲルマニウムドープシリコン(SiGe)及びシリコンカーバイド(SiC)からなる群から選ばれることを特徴とする請求項1に記載の絶縁体上半導体構造。
- 前記半導体材料が、Ge,GaAs,GaP及びInPベース材料からなる群から選ばれることを特徴とする請求項1に記載の絶縁体上半導体構造。
- 前記ガラス-セラミックが主結晶相としてスピネル結晶相を有し、酸化物ベースの重量%で、55〜65%のSiO2,15〜25%のAl2O3,6〜15%のZnO,0〜6%のMgO,0〜10%のTiO2,0〜10%のZrO2,0〜15%のCs2O,0〜5%のBaO,合わせて約8%以上のZnO+MgO,及び合わせて約4%より多いTiO2+ZrO2を含む組成を有するケイ酸ベース透明ガラス-セラミックであることを特徴とする請求項6に記載の絶縁体上半導体構造。
- 前記半導体材料と前記酸化物ガラス材料の間の接合強度が少なくとも8J/m2であることを特徴とする請求項1に記載の絶縁体上半導体構造。
- 実質的に単結晶の半導体材料及び酸化物含有材料を有する絶縁体上半導体層状構造において、
前記半導体材料が、単結晶半導体材料層及び酸素含有量が高められた単結晶半導体材料を含む層を含み、
前記酸化物含有材料が、修飾元素陽イオンを実質的に含んでいない、陽イオン濃度が低められた酸化物ガラス材料層、陽イオン濃度が低められた前記酸化物ガラス材料層からの少なくとも1つのアルカリ土類修飾元素イオンを含む、修飾元素陽イオンの陽イオン濃度が高められたガラス-セラミックを含む層及びバルクガラス-セラミックを含む層を含む、
ことを特徴とする絶縁体上半導体構造。 - 前記酸化物含有材料が1つないしさらに多くのタイプの陽イオンを含有し、酸化物ベースでの前記ガラス内または前記ガラス-セラミック内のリチウムイオン、ナトリウムイオン及びカリウムイオンの和が約2重量%より少ないことを特徴とする請求項12に記載の絶縁体上半導体構造。
- 前記酸化物含有材料内にアルカリイオンが存在しないことを特徴とする請求項12に記載の絶縁体上半導体構造。
- 前記ガラス-セラミックがスピネル結晶相またはムライト結晶相を含むことを特徴とする請求項12に記載の絶縁体上半導体構造。
- 前記酸化物含有材料が25〜300℃の温度範囲にわたり約22〜42×10−7/℃の範囲内の熱膨張係数を有することを特徴とする請求項12に記載の絶縁体上半導体構造。
- 前記酸化物含有材料が25〜300℃の温度範囲にわたり約35〜40×10−7/℃の範囲内の熱膨張係数を有することを特徴とする請求項12に記載の絶縁体上半導体構造。
- 前記半導体材料がシリコンベース半導体材料であり、アンドープシリコン、n-ドープシリコン、p-ドープシリコン、ゲルマニウムドープシリコン(SiGe)及びシリコンカーバイド(SiC)からなる群から選ばれることを特徴とする請求項12に記載の絶縁体上半導体構造。
- 前記半導体材料が、Ge,GaAs,GaP及びInPベース材料からなる群から選ばれることを特徴とする請求項12に記載の絶縁体上半導体構造。
- 前記酸化物含有材料が、酸化物ベースの重量%で、55〜65%のSiO2,15〜25%のAl2O3,6〜15%のZnO,0〜6%のMgO,0〜10%のTiO2,0〜10%のZrO2,0〜15%のCs2O,0〜5%のBaO,合わせて約8%以上のZnO+MgO,及び合わせて約4%より多いTiO2+ZrO2を含む組成を有することを特徴とする請求項16に記載の絶縁体上半導体構造。
- 前記半導体材料と前記酸化物含有材料の間の接合強度が少なくとも8J/m2であることを特徴とする請求項12に記載の絶縁体上半導体構造。
- ガラス-セラミック上半導体構造を形成する方法において、
(a)ドナー半導体ウエハの剥離層を形成するために前記ドナー半導体ウエハの注入表面にイオン注入プロセスを施す工程、
(b)電解を用いて前記剥離層の前記注入表面の前駆体ガラス基板との接合を形成する工程、
(c)前記ドナー半導体ウエハから前記剥離層を分離し、よって中間前駆体ガラス上半導体構造を形成する工程、及び
(d)前記中間前駆体ガラス上半導体構造に熱処理工程を施して前記前駆体ガラスを結晶化させ、よってガラス-セラミック上半導体構造を形成する工程、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記接合を形成する工程が、
前記ガラス基板及び前記ドナー半導体ウエハの少なくとも一方を加熱する工程、
前記前駆体ガラス基板を前記剥離層を間にして直接または間接に前記ドナー半導体ウエハに接触させる工程、及び
前記接合を誘起するために前記前駆体ガラス基板及び前記ドナー半導体ウエハにかけて電圧を印加する工程、
を含むことを特徴とする請求項22に記載の方法。 - 前記前駆体ガラス基板及び前記半導体ウエハの温度が前記ガラス基板の歪点から約150℃の範囲内まで高められることを特徴とする請求項23に記載の方法。
- 前記前駆体ガラス基板の温度と前記半導体ウエハの温度が異なるレベルに高められることを特徴とする請求項23に記載の方法。
- 前記前駆体ガラス基板及び前記ドナー半導体ウエハにかかる前記電圧が、約100〜2000ボルトの範囲内にあることを特徴とする請求項23に記載の方法。
- 前記ドナー半導体ウエハが、シリコン(Si),ゲルマニウムドープシリコン(SiGe),シリコンカーバイド(SiC),ゲルマニウム(Ge),ヒ化ガリウム(GaAs),GaP及びInPからなる群から選ばれることを特徴とする請求項22に記載の方法。
- 前記前駆体ガラス及び前記ガラス-セラミックが25〜300℃の温度範囲にわたり約22〜42×10−7/℃の範囲内の熱膨張係数を有し、前記ガラス-セラミックがスピネル結晶相またはムライト結晶相を含むことを特徴とする請求項22に記載の方法。
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