200931507 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於使用改進的處理方法，來製造絕緣體上 半導體(SOI)結構。 【先前技#ί】 到目岫為止，农普遍使用在絕緣底半導體結構中的半 導體材質秘。這些結齡議幅為絕_上覆矽結構 ❹ 祕為ns〇「。對於肖魏的薄職^(TFT)，太陽能電 池，和顯示器，例如主動式矩陣顯示器來說，絕緣層上覆石夕 的技術變得越來越重要。絕緣層上 質上一層薄的大體單晶矽(通常厚度為〇丨—O. 3微米但是 在一些情況中厚度為5微米）。在多晶石夕上开》成τρτ的先進 技術，所產生的矽厚度在大約50奈米的等級。在多晶矽TFT 中，石夕效能的限制因素之一是在矽結構中存在晶粒邊界。 為了方便介紹，底下的討論偶爾會針對s〇I結構。參考 ❹ 這種特定的SOI結構類型以協助轉此項發明，並非也不應 4被解釋成以任何方式來限制此項發明的範圍。這裡使用 的SOI縮寫是代表-般的絕緣底半導體結橡包括但不局限 於絕緣層上覆矽結構。同樣的，所使用的si0G縮寫，是代表 -般的玻璃上料體，紐但; 。SiOG的命名也包含玻璃-陶瓷上半導體結構，包括但不局 限於，玻璃-陶瓷層上覆石夕結構。縮寫SOI涵蓋SiQQ結構。 獲得SOI結構晶片的各種方式，包括石夕(Si)在晶格匹配 基板上的磊晶成長。另一種處理包括將單晶矽晶片接合到 第5 頁 200931507 另一個已經成長Si〇2氧化物層的矽晶片；接下來將上方晶 片向下拋光或蝕刻到，例如單晶矽的〇· 〇5到〇. 3微米層。進 二步的方法包括離子植入法，在其中將氫或氧離子植^在 氧離子植人的情財，會在碎晶#巾形成上财的埋氧層； 或者在氫離子植入的情況中，則會分離(剝離)出薄石夕層，接 合到另一個含有氧化物層的矽晶片。 月’j面兩種方法在成本和/或接合強度和耐受性方面都 ❹ 無法產生令人滿意的結構。後者牽涉到氫離子植入的方法 爻到-些關注，被認為優於前面的方法，因為所需要的植入 能量比氧離子植入還少5⑽，而所需要的劑量則低了兩個數 量級。 、美國專利編號5, 374, 564提出了一種處理，其利用加熱 法在勤反上獲得單晶矽舰。讓含有平坦面的石夕晶片接受 底下的步驟··⑴利用離子轟擊矽晶片表面來執行植入產生 ^層氣體微魏界定財晶㈣下方區域，社方區域構 ❹ 成薄矽膜;（ii)使用剛性材質層(例如絕緣氧化物材質)接 ，石夕晶片的平坦面;以及⑽第三階段，在高於執行離子 擊的咖度下，加熱此辦0片和絕緣材質組合。第三階段 應用足以將薄矽臈和絕緣材質接合在一起的溫度，在微氣 泡中產生壓力效應，讓薄麵和發郎的剩餘部分分離。（ :於高溫步驟’此處理不能應用在較低成本的玻璃或玻璃-陶瓷基板）。 美國專利編號7, i76,528提出了製造離結構的處理 、步驟包括:⑴將石夕晶片表面曝露到氫離子植入以產生 200931507 接合表面;（11)讓晶片的接合表面接觸玻璃基板;（Ui)將 麼力’溫度和電壓施加到晶片和玻璃基板以促進其間的接 合;以及(iv)將此結構冷卻到常溫以協助玻璃基板和矽薄 層跟梦晶片分離。 Ο
在SOI處理中，從施體半導體晶片除去第一矽(或其他 半導體材質)薄層之後可能只除去大約一微米，大約有娜 或更多的施辭導體晶片健可以作進—麵使用。施體 半，晶>}的再使用對於製造沏結構的成本來說有相當 顯著的影響，特別是對大面積的50〗結構。施體半導體晶片 再使用-可能絲響處軸本敝素_界定出成在製 U SOI結構的許多接合處理期間，特定施體半導體晶片可以 使用的次數。t使職她置在狀麟級上方的侧 半導體層狀結構(所謂嵌合)以製造大面積則時，此再使用 因數就變得更加重要。對於這類處理，特定施體半導體晶 片的再使用最好越多越好。 為了再使用，我們必須把施體半導體晶片的接合表面 回復到相對無-損壞的狀態。在傳統上，這是將由於剝離（ 分離)處理而受損的施體+導體晶片，除去紐厚度來完成 。這可以藉由標準拋光技術，例如化學機械拋光(CMP)來執 仃。然而，拋光是昂貴的。此外，拋光會造成表面下損壞 不均句的材質移除，還會損耗顯著的材料量。拋光處理以 ^伴隨的拋光-前和拋光-後清洗處理相當具有衝擊性，經 常會造成永久的晶片破裂。 ， 傳統的拋光處理例如CMP無法橫過施體半導體晶片表 200931507 面均勻地除去材質。最先進技術的圓形半導體晶片表面不 均勻度(標準差/平均瓣厚度)通常是移除材料厚度的5一 應。當越多半導體材質移除，厚度的變動就會相對地越糟 ° CMP處理的另—個問題，是當欲拋光的是長方形SOI結構( 例如’有尖角的那些)時會顯現特別差的結果。事實上，跟 中心比較起來，前面提到的表面不均勻度，在剡結構的角 落會被放大。當表面幾何(例如，長方形的角落附近)超過 ❹ 触⑽魏關_，使馳絲乡轉使祕體半導體 晶片會造成特定晶片之再使用循環壽命的過早結束。 由於在傳統拋光技術中所造成的不均勻度，如果有例 如〇· 150微米的實際損壞需要從施體半導體晶片的接合表 面除去’那麼為了確定損壞層已經完全從整個表面移除，目 私移除厚度至少要L (j微米。如此有超過實際損壞五倍的 厚度被除去以確定所有損壞都已移除。這是相當浪費，而 且也暗示顯著的負面成本效應。 ❹ 更進一步的，拋光處理會將侵襲性漿體(化學物質和磨 敍粒子)引進施體半導體晶片的接合表面。這些化學物質 和粒子必須在它們乾燥而永久黏附到接合表面之前從接 合表峨去。這是非料貴的處理，顯著地增加整體的抛 光處理成本。 【發明内容】 根據本發明的一或多個實施例，提供了絕緣上半導體 (S0D製造處理中’半導體施體晶片再使用的方法和裝置包 括:⑻讓施體半導體晶片的第一植入表面，接受離子植入 200931507 處理以赴施體半導體晶片的第一剝離層；⑹將此第一剝 離層的第-植入表面，接合到第一絕緣紐;(c)將第一剝 離層縣體轉體“分離，從崎露出碰半導體晶片 的第一劈開表面，此第一劈開表面有第-損縣度;以及 ⑷讓施體半導體晶片的第一劈開表面接受一或多個高溫 -段時間以將第-損_度降低到足夠產生第二植入表面 的程度。 ❾ 這二方法和裝置可以進一步包括(a)-⑷W重複步驟 ^產生更多的剝離層以製造更多SOI結構。這一或多個高 溫中’可以至少有-個溫度在大約7〇(rc到大約12〇阢的範 圍内，最好是大約100〇-1赋。退火時間可以在大約i到 大、，勺8小時之間，例如大約4小時(例如，在⑽叱）。 讓施體半導體晶片的第一劈開表面接受一個或多個高 溫-段時間的步驟可以在惰性大氣例如氬氣或其他適合的 ，性氣體巾執行。或者，此大氣可岐、大氣，例如包含 ❹ <或其他_細)，或是雜氣體和顧驗的混合。 業界熟知此技術者參考附圖閱讀詳說明書將清楚地了 解本發明之其他項目，特性，優點等。 【實施方式】 _參考晒’其幅似的龄代細似的元件。圖1中顯 不了根據本發明-個或多個實施例的則結構⑽別是，娜 、、·σ構)1GG。此S0G結構⑽包含絕緣基板，例如玻璃或玻璃 陶^反102’和半導體層1〇4。此s〇G結構1〇〇可以應用在 極體(GLED)顯示^和液晶顯示 200931507 器(^)，積體電路，光伏打裝置’薄膜電晶體應用等等。 導體材質層104可以是大體上單晶材質的形Ϊ。盆 =用”大體上”-詞__4是核解導體^通 料由於固有或故意加入，而包含至少一些内部或表面缺 fe，例如晶獅陷或-些晶粒邊界。大體上一詞也反映了 某些摻雜物可能扭肖或影響半導體材質之晶體結構的事 實。
為了討論的目的，我們假定半導體層104是由石夕形成 °然而’要瞭解的是，半導體材質可以是以矽-為主的半導 體，或任何其他類型的半導體，例如ΙΠ ν，π ιν，ii iv v 等分類的半導體。這些材質例子包括:石夕㈤，推雜錯的 矽(SiGe)，碳化矽(Sic)，鍺(Ge)，砷化鎵(_)，祕，以及 InP。 參考圖2’最好可以在—個魏雕巾，職很多這類 的S0G、，’。構1〇〇,用於各別產品中，或者用於需要多個娜結 構的整合裝置中。不管如何，產生多個娜結構酬的一個 方式是在_層122接合到玻璃紐⑽的處理期間，將薄 剝離層122半導體材質從施體半_晶片12〇劈開(或剝離) 。在從施體半導體晶片12〇除去第一剝離層122半導體材質 之後，還有相當大量的施體半導體晶片12〇(可能95%或更多 )仍然可以進-步使用。施體半導體晶片⑽的再使用，對 於製造很乡SOG結構1〇〇的成本有相當顯著的影響制是 大面積的SOG結構。如同稍後將更詳細討論的必須將施體 半導體晶片120的接合表面121(或劈開表面）回復到相對無 第10 頁 200931507 矣損壞的狀態作為接下來的接合處理之用。用來處理劈開 121’使匕可以用來接合的特殊技術，對製造撕結構 的正體成本也有㈣的影響。趟技術將在猶後更詳 細地描述。 現在參考圖3到圖6,其顯示為了製造娜結構⑽，可能 形成的中間結構。首先參考圖3,準備施體半導體晶片120 的植入表面121，例如由拋光清洗等等以產生相當平坦且 ❹ 自勻的植入表面⑵，適合用來接合到玻璃或玻璃一陶究基 板102。為了討論的目的半導體晶片12〇可以是大體上單 晶的矽晶片，雖然如同上面所討論的任何其他適合的半導 體導電材質都可以使用。 讓植入表面121接受一個或多個離子植入處理以便在 施體半導體晶片⑽访人表面121的下方形成減弱區如 此產生剝離層122 〇雖然本發明的實施例並不局限於任何 开v成剝離層122的特定方法，但是一個適合的方法是，讓施 ❹ 體半導體晶片120的植入表面121接受氫離子植入處理，一 直到至少啟動施體半導體晶片12〇中之剝離層122的產生。 植入能量可以使用傳統技術來調整以達到一般厚度的剝離 層122,例如在大約300-500奈米之間。舉例來說，可以使用 氫離子植入，雖然其他離子或它們的組合也可以使用，例如 硼+氫，氦+氫，或其他在文獻中已知用來剝離的離子。再次 地，任何其他已知或者未來將發展適合用來形成剝離層122 的技術都可以使用，而不脫離本發明的精神和範圍。 施體半導體晶片120可以經過處理以降低例如植入表 第11 頁 200931507 面121上的氣離子濃度。例如，可以將施體 沖洗或去污，而讎層人_表自m 度氧化。輕度氧化處理可以包括，氧等離子體處理，臭氧處 理，使用過氧化氫，過氧化氫和氨，過氧化氫和酸的處理，或 者這些處理的組合。我們期望在這些處理期間，氫封端表 面的官能基能夠氧化成羥基，跟著使石夕晶片的表面親水化 。對於氧等離子體，此處理可以在室溫下進行;對於氨或酸 處理，在25-150°C之間的溫度下進行。 參考圖4到圖5,玻璃基板1〇2可以使用電解處理，接合 到剝離層122。在美國專利編號7176528中，描述了一個適 合的電解接合處理，我們在參考文獻中將它整個合併進來 。底下我們會时論這個處理的一部分。在接合處理中，可 能要對玻璃基板102(和剝離層122,如果還沒有做的話)做 適當的表面清洗。接下來，讓中間結構直接或間接接觸以 達到圖4中概略顯示的排列。在接觸之前或之後，將包含施 體半導體晶片120,剝離層122和玻璃基板1〇2的結橡在差 溫梯度下加熱。玻璃基板102可以比施體半導體晶片120和 剝離層122,加熱到更高的溫度。舉例來說，玻璃基板1〇2和 施體半導體晶片120(和剝離層122)之間的溫度差異至少有 1°C，雖然此差異可以高到大約100到大約15(TC。此溫度差 異對於熱膨脹係數跟施體半導體晶片120匹配(例如跟石夕的 熱膨脹係數匹配)的玻璃來說是需要的，因為它可以協助在 稍後透過熱應力讓剝離層122從半導體晶片120分離。 一旦玻璃基板102和施體半導體晶片120之間的溫度差 第12 頁 200931507 異穩疋後，將機械壓力施加到此中間組合。壓力範圍可以 在大約1到大約50碎/平方时(psi)之間。施加較高的壓力， 例如高於lOOpsi的壓力可能會使玻璃基板1〇2斷裂。 玻璃基板102和施體半導體晶片12〇可以加熱到玻璃基 板102之應變點大約±i5(Tc内的溫度。 接下來，橫過此中間組合施力0電壓，例如讓施體半導體 晶片120在正極，而玻璃基板102在負極。讓此中間組合保持 在上面條件下一段時間(例如，大約1小時或更少)，除去電壓 ，讓此中間組合冷卻到室溫。 參考圖5,在冷卻之前，期間，或之後，施體半導體晶片 120和玻璃基板1〇2會分離，如果它們還沒有完全分開，可以 利用某些去皮法以獲付玻璃基板102,其上含有相當薄，由 施體半導體晶片12〇之半導體材質形成的獅層122，兩者 接合在一起。此分離可以透過亲層122由於熱應力而破 裂來達成。或者，可以使用機械應力，例如水注切割或化學 蝕刻以促進此分離。 施體半導體晶片12G和玻璃絲⑽的分離是透過對植 入區施加應力來達成，例如加熱和/或冷卻處理。要瞭解的 是’加熱和/或冷卻處理的特性可以根據玻璃基板⑽的應 變點來建t °軸本發砸不受任何特_##_ ’但是我們相信，當施體半導體晶片12〇和玻璃級1〇2的各 別溫度在冷卻_正在下降紅下料具杨冑健 的玻璃練⑽可以促進分離。同樣的，我們相信當猶半 導體晶片120和玻璃紐102的各別溫度在加熱期間正在上 第13 頁 200931507 升或已上升時，具有相當高應變點的玻璃基板1〇2可以促進 分離。因此，根據本發明的一個或多個方面，分馳體半導 體晶片120和玻璃基板1〇2可以包括底τ的其中一種:冷卻 施體半導體晶>;12G和玻璃紐1〇2,使得在它們的各別溫 度下降時，產生分離；加熱施體半導體晶片12()和玻璃基^ ⑽，使得在它們的各別溫度上升時，產生分離;以及在^卩 或加熱期間，當它們的各別溫度大體上沒有上升也沒有下 降(例如，在某個穩定狀態，或閉鎖情況)時，達到施體半導 體晶片120和玻璃基板1〇2的分離。 參考圖6,剛剛分離之後的剝離層122劈開表面123會顯 現過度的表面粗糖度，過度的矽層厚度，和石夕層的植入損壞 (例如，由於形成非晶形矽層）。在一些情況中，非晶形石夕層 的厚度可能在大約5G-15G奈細秋。此外，決定於植人 能量和植入時間，剝離層122的厚度可能在大約3〇〇 5〇〇奈 米的等級。半導體層104的最終厚度應該在大約1〇 25〇奈 米之間。因此，劈開表面123要接受後處理可以包括:將; 開表面123抛光，_，或其他處理，纟箭頭顯示材質的移除 。此後處理是用來除去剝離層122材質124,留下半導體声 104。 曰 參考圖7,施體半導體晶片12〇的劈開表面12U也可能 顯現過度的表面_造度和植入損壞_損壞區的厚度可能是 200不米或更夕。根據本發明的一個或多個方面，讓施體半 導體晶片120的劈開表面121Α接受一個或多個高溫一段時 間(退火)’以便將損壞降低到足夠的水平以產生適合製造 第14 頁 200931507 更多S0G結構100的更多植入表面121(圖3)。我們可以考慮 ，讓產生剝離層122,將剝離層122接合到基板1〇2,分離剝離 層122,以及接下來之加熱處理-修復施體半導體晶片12〇之 表面121A-的這些步驟重複很多次，以便利用絕大部分的施 體半導體晶片120(圖2)，如此來降低製造成本。 傳統用來產生跟接合相容之表面質也並除去損壞層 的拋光處理必須除去過多的材質以確定所有損壞都已經移 除。根據本發明之熱修復處理的使用有另一個好處。當使 用熱修復處理來降低或消除損壞層時可以使用非常淺的 拋光深度(如10奈米）以便讓表面質地跟接合處理相容。有 一個簡單的非破壞檢測可以用來決定是否全部的表面質地 都已經充分除去，這使得我們可以簡單地發展出最佳的材 質移除處理。例如，可以對退火表面進行附加的觸摸拋光 或接觸拋光以除去任何剩餘的粗輪點。觸摸抛光處理包含 小量材質的移除，例如在大約10—100奈米之間對比於標準 拋光的材質移除大約是1000奈米。結合淺拋光處理和熱修 復處理還可以除去未剝離點，這在單獨使用熱或化學處理 時是無法移除的。 參考圖8,為了達到熱處理(退火)程式可以將施體半 導體晶片120放在溫控室150中。然後可以讓劈開表面121A 接受一個或多個高溫一段時間以降低損壞(例如，降低損壞 區的厚度)到足夠的程度以達成另一個植入表面121。這些 高溫可以至少包含一個在大約70(TC到大約1200。(：内的溫 度。較好的溫度大約是1000_110(rc。應用加熱處理的持 第丨5 頁 200931507 續時間，可以在大約1到大約8小時之間最好是大約4小時 。槽室150内的大氣可以是惰性A氣或還原大氣。惰性大 氣可以包含氬，或其他適合的惰性氣體。當使用還原大氣 時，此大氣可以包含氳，或者可以是氬(或其他惰性氣體)加 上氫的混合。 在一個實驗中，以8X1016離子/平方公分的劑量，和 100千電子伏特的植入能量，對直徑公釐，厚度微米 的矽施體晶片作氫離子植入。然後在氧等離子體中處理石夕 施體晶片將表面官能基氧化。直徑100公爱的EAGLE 2000 玻璃晶片經過:⑴在超音波浴中，使用Fischer Contrad 70洗潔劑沖洗15分鐘;（ii)在超音波浴中，以蒸鶴 水沖洗15分鐘;（iii)在1〇%确酸中沖洗;以及(iv)在蒸顧水 中沖洗。在乾淨的居室環境中，在自旋沖洗—烘乾兩用機中 ，使用蒸餾水來清洗石夕施體晶片和玻璃晶片。將石夕施體晶 片和玻璃晶片放在Suss Microtech接合器中。玻璃晶片放 I 在負極，而石夕施體晶片放在正極，其中使用分隔物讓石夕施體 晶片跟玻璃晶片保持分開。在氮大氣中，將石夕施體晶片加 熱到525°C，而玻璃晶片加熱到575X：。然後讓這些晶片彼 此接觸。橫過晶片表面施加1750伏特電壓20分鐘。然後將 這些晶片冷卻到室溫。這些晶片可以很容易分離。產生一 個牢固黏附的薄矽膜(大約500奈米)，接合到玻璃^板。參 考圖9,使用穿透式電子顯微鏡(τ圆來檢查此石夕施體晶片 120。損壞表面121Α顯現大約200奈米的厚度。 參考圖10,在氬大氣中，讓石夕施體晶片在l〇〇〇°C下受熱 第16 頁 200931507 四小時。然後使用TEM來檢查矽施體晶片120的表面121，結 果損壞已經大大修復。對矽施體晶片120再次作氫離子植 入，並重複矽薄膜移轉過程。結果產生另一個牢固黏附的 薄矽膜(大約500奈米)接合到玻璃基板。此外，可以進行觸 摸拋光來降低表面梱趁度。加熱處理程式降低並/或消除 碎施體晶片120的損壞，而觸摸拋光除去表面粗輪度。 根據 J.L. Vasal 等人的論文，11A Novel Method For Achieving Very Low Cops in CZ Wafers"), MEMC Electronic Materials Inc.(出版狀態未知)，首先使用氫大氣，其次使 用氬大氣可以達到石夕晶片的連續修復以除去損壞並增進表 面質地-以便產生較少鋸齒狀的表面質地。根據本發明的 一個或多個其他方面，氫離子植入處理可能在損壞表面 121A留下現存氫，因此在非還原性大氣(例如，只有氮）中加 熱處理可以達到良好的表面質地，而不需要分開的氫大氣 步驟。 現在我們要描述玻璃基板1〇2之接合—前和接合—後的 -些結構細節。首先看玻璃紐1〇2的接^_前結構方面， 玻璃基fe 102可以由氧化玻璃或氧化玻璃_陶瓷來开誠。雖 然非必要，但是其中描_實施例可以包含應變點小於大 、、勺1，000 C的氧化玻璃或玻璃—陶究。如同玻璃製造技術的 傳統-樣，應變點是指玻璃或玻璃—喊的黏度在丨刚.6泊 (1013. t帕斯卡秒)的溫度。至於選擇氧化玻璃和氧化玻璃 陶兗’疋因為這些玻璃具有較容易製造的優點，因此使它 們可以更廣泛地取得，而且也比較便宜。 第17頁 200931507 舉例來s兒，玻璃基板i〇2可以由包含驗土離子的玻璃基 板來形成，例如由本公司玻璃組成份編號1737或EAGLE 2〇〇〇 所製造的基板。這些玻璃材質在例如液晶顯示器的製造上 有特別的用途。 玻璃基板的厚度範圍可以在大約〇. 1公釐到大約1〇公 麓，例如在大約0.5公釐到大約3公釐的範圍。對一些soq結 構來說，厚度大於等於大約1微米的絕緣層是較好的，例如 0 對於含有石夕/二氧化石夕A夕結構的標準SOG結構，在高頻率運 作時可以避免寄生電容效應的發生。在過去這樣的厚度 很難達到。根據本發明，絕緣層厚度大於大約1微米的s〇G 結構很容易達到，只要使用厚度大於等於大約i微米的玻璃 基板102。玻璃基板1〇2厚度的下限可以是大約1微米。 一般來說，玻璃基板102應該夠厚，以便在整個接合處 理步驟，以及在接下來對SOG結構進行，用來產生1〇〇的 處理中’支樓半導體層1〇4。雖然玻璃絲1〇2的厚度沒有 〇 理淪的上限，但是超過支樓功能，或者最終TFT結構1〇〇所需 要的厚度可能不是有利的，因為玻璃級102的厚度越大， 它就越難完成至少一些製造TFT 100的處理步驟。 氧化玻璃或氧化玻璃-陶竞基板1〇2可以是石夕石基質的 。因此，Si02在氧化玻璃或氧化玻璃—陶瓷中的莫耳%，可以 大於30莫耳%，也可以大於4〇莫耳％。在玻璃陶曼的情況中 ’晶相可以是富紹紅姑，堇#石，舞斜長石，尖晶石，或其 他玻璃-陶瓷技術中所熟知的晶相。非—石夕石基質的玻璃和 玻璃—陶瓷也可以用來操作本發明的一個或多個實施例，但 200931507 是通常比較不利，因為它們較高的成本贼/或較差的效 能特性。同樣的，對於一些應用，例如使用非_石夕石基質之 半導體材質的S0G結構來製造TFT，非—氧化物基f，例如非— 氧化玻璃，的玻璃基板可能是較好的，但是通常不是有利的 ，因為它們的成本較高。如同底下將更詳細討論的，在一個 或多個實施例中，將玻璃或玻璃-陶瓷基板1〇2經過設計，讓 它能匹配所接合之層104的一個或多個半導體材質(例如， 矽，鍺等等）的熱膨脹係數。此熱膨脹係數的匹配是用來確 保在沈積處理的加熱循環期間所需要的機械特性。 對於某些應用來說，例如顯示器應用，玻璃或玻璃一陶 竟102在可見光，近紫外線，和/或紅外線的波長範圍内可 以是透明的，例如，玻璃或玻璃-陶瓷1〇2可以在35〇奈米到2 微米的波長範圍内透明。 雖然玻璃基板102可以由單一玻璃或玻璃—陶瓷層來構 成’但是如果想要的話也可以使用層疊結構。當使用層疊 結構時，最靠近半導體層104的那一層可以擁有其中^二論 之由單一玻璃或玻璃-陶瓷構成之玻璃基板1〇2的特性。離 半導體層104較遠的幾層也可以有那些特性，但是可以有寬 鬆的特性，因為它們沒有直接跟半導體層1〇4互相作用。在 後者的情況中，當玻璃基板1〇2所規定的特性不再滿足時 就視為是破璃基板102結束的地方。 ’ 現在我們來看玻璃基板102的處理-後方面和特性參 考圖5,施加電壓會使得玻璃基板102中的鹼或鹼土離子移 離開半導體/玻璃介面，而深入玻璃基板102中。更具體的 第19 頁 200931507 说，玻璃基板102的正離子包含大體上所有改質的正離子會 遷移離開半導體/玻璃介面的較高電壓，形成:（1)在鄰接半 導體/玻璃介面之玻璃基板102中的降低正離子濃度層112; 和(2)在鄰接降低正離子濃度層112之玻璃基板1〇2的增加 正離子》辰度層112 °這可以達成很多功能:（丨)在玻璃基板 102中產生無驗金屬或驗土金屬離子的介面(或層）ι丨2;⑴ )在玻璃基板102中產生驗金屬或驗土金屬離子增加的介面 (或層）112;(i i i)在剝離層122和玻璃基板1 〇2之間產生氧 化層116;以及(iv)玻璃基板102變得非常易反應，而在施加 相當低溫度的熱量之後牢固地接合到剝離層122。 在圖5顯示的例子中，由電解處理所產生的中間結構依 次包括:大塊玻璃基板118(在玻璃基板1〇2中）;增加驗金屬 或鹼土金屬離子層114(在玻璃基板1〇2中）；降低鹼金屬或 鹼土金屬離子層112(在玻璃基板1〇2中）；氧化層116;和剝 離層122。因此，電解處理將剝離層122和玻璃基板1〇2之間 的介面轉變成包含層112(正離子耗盡區)和層114(正離子 增加區）的"介面區n。此介面區也可以包含在正離子耗盡 層112遠端附近的一個或多個正離子堆疊區。 正離子增加層114是增加氧濃度，而且有厚度。此厚度 可以根據玻璃基板102上方參考表面（沒有顯示）的氧參考 濃度界定出。此參考表面大體上平行於玻璃基板1〇2和剝 離層120之間的接合表面跟該表面分開一段距離。使用參 考表面’正離子增加層114的厚度通常會滿足底下的關係： TS200奈米’其中T是接合表面和某表面之間的距離，此某 第20 頁 200931507 表面符合:（i)大體上平行於接合表面，且(丨丨）是滿足底下 關係的表面中，離接合表面最遠的表面:c〇(x)_c〇/Ref ^ 50%, OSx^T,其中C0(x)是離接合表面距離χ地方的氧濃度 ，CO/Ref是參考表面上方的氧濃度，而c〇(x)和c〇/Ref都是 原子百分比。 通常，T大體上小於2〇〇奈米，例如大約5〇到大約丨〇〇奈 米的等級。要注意的是，C〇/Ref通常是零因此，上面的關 係在大多情況下可以簡化成:C〇(x)g5〇%，〇SxgT。為了 跟正離子耗盡層112連接，氧化玻璃或氧化玻璃-陶瓷基板 102最好至少包含一些正離子，在施加電場的方向移動，也 就是說遠離接合表面而進入玻璃基板1〇2的層Μ 〇驗離子 ’例如Li，Na+1,和/或p離子是適合於這個目的的正離 子，因為它們通常比一般合併在氧化玻璃和氧化玻璃_陶瓷 中的其他類型正離子(例如，驗土金屬離子)有更高的活動 性。然而，含有驗離子以外之其他正離子的氧化玻璃和氧 化玻璃-陶瓷，例如只有鹼土金屬離子的氧化玻璃和氧化玻 璃陶究也可以用來實施本發明。驗金屬和驗土金屬離子 的濃度可以有廣大的變動範圍，代表濃度以氧化物為基準 疋0.1到40重量%之間。在驗金屬離子的情況中最好的驗 和驗土金屬離子濃度以氧化物為基準在0.1到10重量%之間 ;而在驗土金屬離子的情況中以氧化物為基準的濃度最好 在0到25重量%之間。 在電解處理中所施加的電場，會將正離子(陽離子)移 動深入玻璃基板102中，形成正離子耗盡層1〇8。正離子耗 第21 頁 200931507 盡層112的形成，在氧化玻璃或氧化玻璃-陶瓷包含驗離子 的情況中是特別需要的，因為已知這些離子會干擾半導體 裝置的運作。驗土金屬離子例如Mg+2, Ca+2, Sr+2,和/或 Ba+2,也會干擾半導體裝置的運作，因此耗盡區中這些離 子的濃度最好也降低。 人們發現，一旦正離子耗盡層112形成之後，就可以保 持長時間的穩定，即使S0G結構1〇〇受熱到跟電解處理一樣 ❹ 或甚至更高的高溫。因為在高溫下形成，因此正離子耗盡 層112在正常運作，和S0G結構的形成溫度下特別穩定。這 些考量確定驗和鹼土金屬離子在使用，或進一步的裝置處 理期間，不會從氧化玻璃或氧化玻璃-陶莞102擴散回到稍 後可能直接施加到玻璃基板102,或施加到氧化層116的任 何半導體材質中，這是從使用電場作為電解處理一部分所 衍生出來的一個重要好處。 熟悉此技術的人從這份公開說明中，可以很容易決定 ^ 對所有相關正離子，欲達到預定寬度和預定降低正離子濃 度的正離子耗盡層112所需要的作業參數。如果存在的話， 正離子耗盡層112可以作為根據本發明一個或多個實施例 所產生之SOG結構的獨特特徵。 【圖式簡單說明】 為了顯示出本發明各項目，顯示出附圖中為優先的，不 過人們了解本發明並不受限於所顯示之精確排列及構造。 圖1為簡化侧視圖，其顯示出依據本發明一項或多項gQQ 裝置之結構。 第22 頁 200931507 圖2為簡化侧視圖，其顯示出依據本發明一項或多項實 施例再使用施體半導體晶片以使絲形成圖丨之娜裝置。 圖3-6為簡化側視圖，其顯示出使用本發明處理過程形 成之中間結構以製造出圖1S0G裝置。 圖7為側視圖，其顯示出施體半導體晶片接著由其中剝 離薄層以形成圖5之結構。 、' 圖8為示意圖，其顯示出熱處理過程以調節施體半導體 晶片之接合表面以配製相同的表面作為後續接合以及剝離 以 處理過程。 圖9-10為曲線圖，其分別地顯示出施體半導體晶片預 先以及後級熱處理接合表面之表面粗糖度特性。 【主要元件符號說明】 S0G結構100;玻璃或玻璃陶瓷基板102;半導體層 104;正離子耗盡層108,112;正離子增加層114;氧化層 116;大塊玻璃基板118;施體半導體晶片120;劈開表面 & 12U21A;剝離層122;劈開表面123;剝離層材質124; 溫控槽室150。 第23 頁