專利名稱：玻璃-陶瓷基絕緣體上半導體結構及其制造方法
技術領域：
本發明一般涉及半導體結構，更具體來說，涉及包含玻璃-陶瓷的絕緣體上半導體結構以及用來制造玻璃-陶瓷基絕緣體上半導體結構的方法。迄今，最廣泛用于絕緣體上半導體結構的半導體材料是硅。文獻中將這種結構稱作絕緣體上硅結構，并縮寫為“S0I”。本發明一般涉及絕緣體上半導體結構，包括絕緣體上硅結構。為便于陳述，有時下面的討論按絕緣體上硅結構進行。參照這種特定絕緣體上半導體結構類型來說明本發明，但是這種做法并不意圖，并且也不應以任何方式限制本發明的范圍。本文中使用SOI縮寫來一般性表示絕緣體上半導體結構，包括但不限于絕緣體上硅結構。類似地，本文中使用SOG縮寫來一般性表示玻璃上半導體結構，包括但不限于玻璃上硅結構。SOG術語還意圖包括玻璃-陶瓷上半導體結構，包括但不限于玻璃-陶瓷上硅結構。縮寫SOI包括S0G。2.
背景技術：
絕緣體上硅技術對高性能薄膜晶體管、太陽能電池和有源矩陣顯示器之類的顯示器越來越重要。絕緣體上硅晶片由絕緣材料上的基本為單晶硅的薄層(厚度一般為 0. 1-0. 3微米，但有些情況，厚度可達5微米)構成。獲得這樣的晶片的各種方法包括在晶格匹配的基片上外延生長Si的方法；將單晶硅晶片與另一個其上已生長SiO2的氧化物層的硅晶片接合，然后對頂部的晶片向下拋光或蝕刻例如0. 1-0. 3微米的單晶硅層的方法；或離子注入法，該方法中，將氫或者氧離子注入，在氧離子注入情況形成嵌埋在硅晶片中的氧化物層，其上覆蓋Si，或者在氫離子注入情況下，則分離(剝離)出與具有氧化物層的另一 Si晶片相接合的薄硅層。這三種方法中， 發現基于離子注入的方法更多在商業上實施。特別是氫離子注入方法具有好于氧注入法的優點，因為氫離子注入法需要的注入能量小于氧離子注入的50%，并且所需劑量小兩個量級。通過氫離子注入方法進行剝離最初是例如由Bister等在“Si和Ge中的0. 3-2兆電子伏特H+和 0. 7-2 兆電子伏特H2+離子范圍(Ranges of the 0. 3_2MeV H+and 0.7-2 KeV H2+ Ions in Si and Ge)”，Radiation Effects，1982，59 :199-202 中披露的，并由 Michel Bruel 進一步證實。參見美國專利第 5，374，564 號(Bruel) ；M. Bruel, Electronic Lett.， 31，1995，第 1201-1202 頁和 L. Dicioccio, Y. Letiec, F. Letertre, C. Jaussad 和 M. Bruel, Electronic Lett.，32，1996，第 1144-1145 頁。所述方法通常由以下步驟組成。在單晶硅晶片上生長熱氧化物層。然后將氫離子注入到該晶片中以生成表面下裂紋。注入能量決定生成裂紋處的深度，而劑量決定裂紋密度。然后在室溫下將該晶片放置在與另一硅晶片(支承基片)接觸的位置，以形成暫時性的接合。然后在大約600°C對所述晶片進行熱處理，使得表面下裂紋生長，用來從Si晶片分離硅薄層。然后將所得的組合件加熱到高于1000°c的溫度以將具有S^2下層的Si膜完全接合到支承基片，即未注入的Si晶片上。該方法因此形成了絕緣體上硅結構，該結構具有接合至另一硅晶片的硅薄膜，其間有氧化物絕緣體層。成本也是SOI結構的商業化應用的一個重要考慮因素。至今，這種結構的成本的主要部分是頂部由Si薄膜覆蓋的支承氧化層的硅晶片的成本，即成本的主要部分是支承基片。在討論支承基片時，上述參考文獻中的某些提到了石英玻璃、玻璃和玻璃-陶瓷。這些參考文獻中列出的其它支承基片材料包括金剛石、藍寶石、碳化硅、氮化硅、陶瓷、金屬和塑料。盡管現有技術中已經提出了將玻璃和玻璃-陶瓷用于代替硅作為基礎基片，但是迄今為止，人們尚未開發出用來使用玻璃或玻璃-陶瓷作為支承基片形成SOI結構的實際技術。美國專利第7，176，528號和第7，192，844號揭示了一些SOI結構，所述結構包括一個或多個區域，所述區域由附連在由氧化物玻璃或者氧化物玻璃-陶瓷組成的支承基片上的基本單晶的半導體(例如摻雜硅)層組成。所述氧化物玻璃或者氧化物玻璃-陶瓷優選是透明的，優選其應變點低于1000°C，在250°C的電阻率小于或等于IO16Q-Cm,包含正離子(例如堿金屬離子或堿土金屬離子)，這些正離子可以在升高的溫度下(例如 300-1000°C )，在電場作用下在玻璃或玻璃-陶瓷內移動。盡管這些基于氧化物玻璃或者基于氧化物玻璃-陶瓷的SOI結構是優于上述現有技術的SOI結構的一個改進，但是，用于所述基于氧化物玻璃或氧化物玻璃-陶瓷的SOI 結構的玻璃無法耐受高性能顯示器或電子應用中采用的高溫加工而不導致晶片的變形；例如，用來在硅膜上制造高性能TFT的高溫熱柵氧化物的生長。共同轉讓給本受讓人的美國專利申請第2006/00382 號解決了該問題。該參考文獻揭示了一種絕緣體上半導體結構，其包括包含半導體材料的第一層，該第一層附連于包含玻璃或玻璃-陶瓷的第二層，所述玻璃或玻璃-陶瓷的應變點約等于或高于800°C。這些結構能夠用于這些高性能顯示器或電子應用，而且其制造成本顯著低于現有技術的基于氧化硅/石英的SOI結構，由此滿足了高性能顯示器或電子領域中對低成本的SOI結構和所得的器件的需求。盡管這些基于氧化物玻璃或者基于玻璃-陶瓷的SOI結構相對于上述現有技術的SOI結構獲得了改進，但是基于玻璃-陶瓷的絕緣體上半導體結構難以制造，會形成具有足夠大的原位阻擋層的牢固接合的結構，這部分是由于玻璃陶瓷中缺乏可移動的離子造成的，在所述玻璃-陶瓷基片與硅接合之前，所述玻璃陶瓷便已陶瓷化/晶體化。本發明對這些現有技術的玻璃-陶瓷基SOI結構進行了改良，提供了新穎的玻璃-陶瓷基SOI結構，該結構牢固接合，具有足夠大的阻擋層。這些玻璃-陶瓷基SOI結構可以用于上述高性能顯示器或者電子應用。
發明內容
本發明的一個實施方式涉及一種絕緣體上半導體結構，該結構包括半導體部件， 該半導體部件由基本單晶的半導體材料層和具有提高的氧含量的單晶半導體材料層組成； 氧化物玻璃材料層；以及玻璃-陶瓷層。另一個實施方式涉及一種絕緣體上半導體層狀結構，該結構包括基本單晶的半導體材料以及含氧化物的材料。所述單晶半導體材料由兩個層組成一個層包含單晶半導體材料，一個層包含具有提高的氧含量的單晶半導體材料。所述含氧化物的材料由以下的層組成(1)包含氧化物玻璃材料的層，其中正離子濃度減小，基本不含改性劑正離子；(2)包含玻璃-陶瓷材料的層，其中改性劑正離子的正離子濃度增大，包含來自具有減小的正離子濃度的氧化物玻璃材料的至少一種堿土金屬改性劑離子；以及(4)包含體相玻璃陶瓷材料的層。在任意上述絕緣體上半導體結構的實施方式中，所述玻璃-陶瓷包含尖晶石或莫來石晶相，所述尖晶石或莫來石玻璃-陶瓷在25-300°C的溫度范圍內的熱膨脹系數約為 22-42X 10_7°C。在另一個實施方式中，所述尖晶石或莫來石玻璃-陶瓷在25-300°C溫度范圍的熱膨脹系數約為35-40X10_7°C。根據本發明的一個或多個方面，用來形成上述玻璃-陶瓷/絕緣體上半導體結構的方法包括對給體半導體晶片的一個注入表面進行離子注入操作，形成給體半導體晶片的剝離層；通過電解將所述剝離層的注入表面與玻璃基片接合；將所述剝離層與給體半導體晶片分離，從而形成中間的前體玻璃上半導體結構；對所述中間的前體玻璃上半導體結構進行熱處理步驟，使得前體玻璃結晶化，從而形成玻璃-陶瓷上半導體結構。本發明的絕緣體上半導體結構以及用來制造絕緣體上半導體結構的方法獲得了很多優于現有技術的優點。與基于熔融氧化硅或石英的SOI結構相比，本發明滿足了現有技術長期以來對于用于高性能和電子應用的低成本基片的需求。更具體來說，通過結合玻璃-陶瓷，可以使得SOI晶片在高溫工藝(例如熱柵氧化物)下處理，而不會發生變形，現有技術的較低溫度應變點的玻璃有可能會發生此種變形。另外，通過將這些高應變點的玻璃或玻璃-陶瓷用作SOI結構的基片材料，會導致盡可能減小的基片收縮(即尺寸變化)， 較低應變點的基片材料在TFT制造過程中通常會發生此種問題。在以下的詳細描述中提出了本發明的附加特征和優點，其中的部分特征和優點對本領域的技術人員而言由所述內容而容易理解，或按文字描述和其權利要求書以及附圖中所述實施本發明而被認識。應理解前面的一般性描述和以下的詳細描述都只是對本發明的示例，用來提供理解要求保護的本發明的性質和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對本發明的進一步理解，附圖被結合在本說明書中并構成說明書的一部分。附圖不一定按照比例繪制，為了清楚顯示，各種元件的尺寸可以變化。附示說明了本發明的一個或多個實施方式，并與說明書一起用來說明本發明的原理和操作。附圖簡要說明
圖1是根據本發明的一個實施方式的玻璃-陶瓷上半導體結構的截面示意圖；圖2是根據本發明的另一個實施方式的玻璃-陶瓷上半導體結構的截面示意圖；圖3-6是根據本發明一個實施方式的用來制造絕緣體上半導體結構的方法的各個步驟的截面示意圖。圖7是根據本發明制造、在實施例中詳細描述的玻璃上半導體結構的TOF-SIM深度輪廓圖。圖8是根據本發明制造、在實施例中詳細描述的玻璃上半導體結構的TEM顯微圖。圖9是根據本發明制造、在實施例中詳細描述的玻璃上半導體結構的X射線衍射圖。
具體實施例方式參見附圖，其中，類似的附圖標記表示類似的元件，圖1中示出按照本發明的一個或多個實施方式的SOG層狀結構100。SOG結構100優選包括半導體部件102，該半導體部件102由基本單晶的半導體材料層104和具有提高的氧含量的單晶半導體材料層106組成。所述SOG層狀結構還包括含有氧化物玻璃材料的第三層108，以及包含玻璃-陶瓷材料的第四層110。參見圖2，圖中顯示了本發明的SOG層狀結構200的另一個實施方式。該SOG結構 200由五層結構組成，該五層結構包括兩層的半導體部件102，氧化物玻璃層108，以及包含正離子的兩層氧化物玻璃-陶瓷基片110。具體來說，所述SOG層狀結構200由以下的層組成(1)基本單晶的半導體材料層104 ;(幻具有提高的氧含量的半導體阻擋層106 ； (3)氧化物玻璃材料阻擋層108 ； (4)具有提高的改性劑正離子的正離子濃度的氧化物玻璃-陶瓷層204，其中包含至少一種堿土金屬改性劑離子，所述堿土金屬改性劑離子來自具有減小的正離子濃度的氧化物玻璃材料層108;以及(5)由具有體相濃度的玻璃陶瓷組成的氧化物玻璃-陶瓷層210。所述玻璃-陶瓷上半導體結構能夠用于超過1000°C的高使用溫度，因此可以用于之前的現有技術的玻璃上硅產品不可能使用的RF/高性能電子器件、光伏器件、數字成像
等應用。實際上本發明的玻璃-陶瓷上半導體結構可以具有任意所需的半導體、玻璃和玻璃-陶瓷層厚度。例如，各個層的厚度優選約小于1毫米。更優選，所述半導體層的厚度約小于1微米。在本發明的某些優選的實施方式中，所述第一半導體部件的厚度約為10-500 納米。所述玻璃和玻璃-陶瓷層各自的厚度約為0. 1-10毫米。更優選的是，所述玻璃-陶瓷層的厚度約為0. 5-1毫米。對于玻璃-陶瓷上半導體結構的一些應用，優選厚度大于或等于1微米的玻璃-陶瓷層，例如用來避免當具有硅/SiO2/硅結構的標準絕緣體上半導體結構在高頻率下操作的時候出現的寄生電容效應。過去，很難達到這樣的厚度。一般來說，玻璃-陶瓷層需要足夠厚，以便在本發明的工藝步驟中，以及隨后對玻璃-陶瓷上半導體結構進行的加工步驟中支承半導體部件。盡管對玻璃-陶瓷基片的厚度沒有理論上限，但是通常不優選厚度超過支承功能或者最終的玻璃-陶瓷上半導體結構所
7需的厚度，這是因為前體玻璃和由此形成的玻璃-陶瓷基片的厚度越大，則在下文所述以及美國專利第7，192，844號所述的方法的接合步驟中(B，具體來說是施加電勢的B3)，在相同的施加的電勢差條件下，基片內的電場強度越低。所述半導體層/部件中的半導體材料可以是硅基半導體材料，或者可以是任何其他合適種類的半導體材料，例如III-V半導體，II-IV半導體，II-IV-V半導體，或者IV半導體。適合用作第一層的半導體材料的硅基半導體材料的例子包括硅(例如未摻雜的硅， η-摻雜的硅，ρ-摻雜的硅)；鍺摻雜的硅(SiGe)；以及碳化硅(SiC)。可以用于第一層的其他半導體材料的例子包括Ge-，GaAS-，GaP-，以及基材料。根據材料，所述半導體層材料可以具有很寬的CTE范圍。例如，第一層的半導體材料的CTE(25°C)可以約為20x10_7°C 至 70x10"7/"C ο半導體材料層是基本為單晶材料的形式。在描述第一層的時候所用的術語“基本上”是考慮到半導體材料通常含有至少一些固有或有目的加入的內部缺陷或表面缺陷的事實，如晶格缺陷或很少的晶粒邊界。術語“基本上”還反映了以下事實，特定的摻雜劑可以扭曲或者以其他方式影響體相半導體材料的晶體結構。所述玻璃前體和由此形成的玻璃阻擋層108以及玻璃-陶瓷基片110由氧化物基玻璃形成。雖然沒有要求，但是本文所述的實施方式優選包括應變點高于900°C的氧化物玻璃或玻璃陶瓷。如玻璃制造領域常規定義的，應變點是玻璃或玻璃陶瓷的粘度為IO14 6泊 (IO13-6Pa. s)時的溫度。氧化物玻璃阻擋層和玻璃-陶瓷層優選由基于氧化硅的玻璃前體形成。在一個實施方式中，在前體玻璃以及由此形成的玻璃-陶瓷中的SiA的濃度至少約為50重量％。在另一個實施方式中，SiO2W濃度至少約為55重量％。適合用于本發明的玻璃-陶瓷包括具有莫來石和尖晶石晶相的那些。對于某些應用，例如顯示器應用，所述玻璃-陶瓷優選在可見、近紫外和/或近紅外波長范圍內是基本透明的。例如，所述玻璃-陶瓷優選在350納米至2微米的波長范圍內是基本透明的。所述前體玻璃(用來形成隨后的玻璃-陶瓷層和氧化物玻璃阻擋層)可以使用本領域技術人員熟知的各種技術，由常規原料制備，可以使用下文所述以及題為“玻璃基SOI 結構(GLASS-BASED SOI STRUCTURES) ”的美國專利第7，192，844號(該專利全文參考結合入本文中)所述的方法附連于半導體層/部件。在本發明的某些實施方式中，所述前體玻璃優選包含至少一些正離子，在下文所述以及美國專利第7，192，844號所述的方法的接合步驟(步驟B，具體來說是施加電壓的步驟B3)中，所述正離子沿著施加的電場的方向移動，即離開接合的第一層(半導體)和第二層(前體玻璃)之間的界面，向著第二層的背側移動。堿金屬離子，例如Li+，Na+，和/或 K+離子是適于該目的的正離子，這是因為它們的移動性通常高于玻璃和玻璃-陶瓷中通常結合的其他種類的正離子。不含堿金屬離子的前體玻璃優選用于本發明，但是對于某些應用，少量的堿金屬也是可以接受的。例如，包含其他移動性離子、例如堿土金屬離子(例如 Ca2+，Mg2+，Ba2+，Sr2+)或其他正離子(例如Ag+，Cu+, Zn2+)和各種過渡金屬離子的玻璃優選用于本發明的絕緣體上半導體結構的第二層。在前體玻璃包含堿金屬離子或堿土金屬離子的本發明的實施方式中，所述堿金屬和堿土金屬離子的濃度可以在很寬的范圍內變化，以氧化物為基準計，代表性的濃度為 0. 1-40重量％。對于堿金屬離子，以氧化物為基準計，優選的堿金屬離子和堿土金屬離子的濃度為0. 1-5重量％。許多常規的不含堿金屬的玻璃的堿金屬污染物含量為數十至數百 ppm，可以在下文所述方法的步驟3過程中除去這些堿金屬污染物。以氧化物重量百分數計，用于本發明的SOI結構的前體玻璃(用來形成隨后的玻璃-陶瓷層110以及氧化物玻璃阻擋層108)包括具有以下組成的一系列透明玻璃 50-65% SiO2,15-25% Al2O3,6-15% ZnO,0-6% MgO,0-10% TiO2,0-10% ZrO,0-15% Cs2O, 0-5% Ba0，Zn0+Mg0之和約大于或等于8%，Ti&+Zr02之和約大于4%。用于本發明的代表性的組合物詳細列于表I。由此形成的玻璃-陶瓷材料層110包含尖晶石作為主要晶相。所謂主要晶相表示該種晶相占總晶相的至少大約75體積％，更優選至少85體積％，最優選至少95體積％。本發明的玻璃-陶瓷是分散在玻璃狀基質中的至少約20重量％的晶相。較佳的是，所述玻璃氧化物阻擋層108和玻璃-陶瓷基片110在25-300°C的溫度范圍的熱膨脹系數約為22-42X10_7°C .，更優選約為30-42X10_7°C .，最優選約為 35-40X IO-V0C .，提供了與硅的緊密熱膨脹匹配。所謂透明表示厚度為1. 1毫米的本發明的玻璃-陶瓷片對可見光譜范圍000-700納米)的透射率大于85%。較佳的是，對于某些應用，還需要這些片在近紫外范圍具有一定的透射性，例如在350-400納米范圍的透射率大于50%。在題為“玻璃-陶瓷(Glass-Ceramics)，，的美國專利第5，968，857號中更詳細地描述了包含尖晶石作為主要晶相的透明玻璃-陶瓷材料，所述美國專利全文參考結合入本文中。表 I
組成(重量％)實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5實施例6實施例 SiO260. 358. 357. 055. 057. 057. 359. 3Al2O319. 020. 218. 021. 021. 818. 519. 1ZnO9. 08. 414. 013. 514. 011. 69. 0MgO2. 14. 22. 42. 5BaO2. 12. 12. 02. 1Cs2O4. 04. 0TiO23. 05. 55. 25. 05. 0ZrO27. 55. 07. 03. 03. 0As2O51. 01. 01. 01. 01. 01. 01. 0
權利要求
1.一種絕緣體上半導體層狀結構，其包括半導體材料部件，其包括基本單晶的半導體材料層，以及具有提高的氧含量的單晶半導體材料層；氧化物玻璃材料層；和玻璃-陶瓷層。
2.如權利要求1所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述玻璃陶瓷還包括第一層，該第一層具有提高的改性劑正離子的正離子濃度，包含至少一種來自所述第一玻璃-陶瓷層的堿土金屬改性劑離子；以及第二層，其包含體相玻璃-陶瓷。
3.如權利要求1所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述氧化物玻璃和玻璃-陶瓷包含一種或多種正離子，其中，以氧化物為基準計，所述玻璃或玻璃-陶瓷中的鋰離子、 鈉離子和鉀離子之和約小于5重量％。
4.如權利要求1所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述氧化物玻璃和玻璃-陶瓷不含堿金屬離子。
5.如權利要求1所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述玻璃-陶瓷包含尖晶石晶相或者莫來石晶相。
6.如權利要求1所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述氧化物玻璃和玻璃-陶瓷在25-300°C的溫度范圍的熱膨脹系數約為22-42X10_7°C。
7.如權利要求1所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述氧化物玻璃和玻璃-陶瓷在25-300°C的溫度范圍的熱膨脹系數約為35-40X10_7°C。
8.如權利要求1所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述半導體材料是硅基半導體材料，選自未摻雜的硅、η摻雜的硅、ρ摻雜的硅、鍺摻雜的硅(SiGe)和碳化硅(SiC)。
9.如權利要求1所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述半導體材料選自Ge， GeAs，GaP 和 InP-基材料。
10.如權利要求6所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述玻璃-陶瓷是透明的硅酸鹽基玻璃-陶瓷，其包含尖晶石晶相作為主要晶相，以氧化物的重量百分數為基準計， 具有以下組成55-65 % SiO2,15-25% Al2O3,6-15% ZnO,0-6% MgO,0-10% TiO2,0-10% ZrO, 0-15% Cs20,0-5% BaO, ZnO+MgO 之和約大于或等于 8%，Ti02+^02 之和約大于 4%。
11.如權利要求1所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述半導體材料與氧化物玻璃材料之間的結合強度至少為8J/m2。
12.—種絕緣體上半導體層狀結構，該結構包括基本單晶的半導體材料以及含氧化物的材料所述半導體材料包括單晶半導體材料層，以及包含具有提高的氧含量的單晶半導體材料的層；所述含氧化物的材料包括以下的層氧化物玻璃材料層，其中正離子濃度減小，基本不含改性劑正離子；包含玻璃-陶瓷的層，其中改性劑正離子的正離子濃度增大，包含來自具有減小的正離子濃度的氧化物玻璃材料層的至少一種堿土金屬改性劑離子；以及包含體相玻璃-陶瓷材料的層。
13.如權利要求12所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述含氧化物的材料包含一種或多種正離子，其中，以氧化物為基準計，所述玻璃或玻璃-陶瓷中的鋰離子、鈉離子和鉀離子之和約小于2重量％。
14.餅又利要求12戶;M的 Μ體上_體辯勾，斯寺征在于，戶;M^fl化物白餅才料不含石J^JS離子。
15.如權利要求12所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述玻璃-陶瓷包含尖晶石晶相或者莫來石晶相。
16.如權利要求12所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述含氧化物的材料在 25-300°C的溫度范圍的熱膨脹系數約為22-42X10_7°C。
17.如權利要求12所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述含氧化物的材料在 25-300°C的溫度范圍的熱膨脹系數約為35-40X10_7°C。
18.如權利要求12所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述半導體材料是硅基半導體材料，選自未摻雜的硅、η摻雜的硅、ρ摻雜的硅、鍺摻雜的硅(SiGe)和碳化硅(SiC)。
19.如權利要求12所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述半導體材料選自Ge， GeAs，GaP 和 InP-基材料。
20.如權利要求16所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，以氧化物的重量百分數為基準計，所述含氧化物的材料的組成包含55-65% SiO2,15-25% Al2O3'6-15% ZnO, 0-6% MgO, 0-10% TiO2,0-10% ZrO, 0-15% Cs20,0-5% BaO, ZnO+MgO 之和約大于或等于 8%, Ti02+Zr02之和約大于4%。
21.如權利要求12所述的絕緣體上半導體結構，其特征在于，所述半導體材料與含氧化物的材料之間的結合強度至少為8J/m2。
22.—種形成玻璃-陶瓷上半導體結構的方法，該方法包括(a)對給體半導體晶片的注入表面進行離子注入法，產生給體半導體晶片的剝離層；(b)采用電解將剝離層的注入表面與前體玻璃基片結合；(c)將所述剝離層與給體半導體晶片分離，從而形成中間的前體玻璃上半導體結構；(d)對所述中間的前體玻璃上半導體結構進行熱處理步驟，使得所述前體玻璃結晶化， 形成玻璃-陶瓷上半導體結構。
23.如權利要求22所述的方法，其特征在于，所述結合步驟包括對玻璃基片和給體半導體晶片中的至少一個進行加熱；通過剝離層，使前體玻璃基片與給體半導體晶片直接或間接接觸；和在前體玻璃基片和給體半導體晶片上施加電壓電勢，以誘發該結合。
24.如權利要求23所述的方法，其特征在于，所述前體玻璃基片和半導體晶片的溫度升高到與玻璃基片的應變點相差大約150°C之內。
25.如權利要求23所述的方法，其特征在于，所述前體玻璃基片和半導體晶片的溫度升高到不同的水平。
26.如權利要求23所述的方法，其特征在于，所述前體玻璃基片和半導體晶片上的電壓電勢約為100-2000伏。
27.如權利要求22所述的方法，其特征在于，所述給體半導體晶片選自下組硅(Si)、 摻雜鍺的硅(SiGe)、碳化硅(SiC)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、GaP和hP。
28.如權利要求22所述的方法，其特征在于，所述前體玻璃和玻璃-陶瓷在25-300°C 的溫度范圍的熱膨脹系數約為22-42X 10_7°C，所述玻璃-陶瓷包含尖晶石晶相或莫來石晶相。
全文摘要
本發明涉及一種絕緣體上半導體結構，該結構包括半導體部件，該半導體部件由基本單晶的半導體材料層和具有提高的氧含量的單晶半導體材料層組成；氧化物玻璃材料層；以及玻璃-陶瓷層。
文檔編號H01L21/762GK102203932SQ200980143693
公開日2011年9月28日 申請日期2009年9月25日 優先權日2008年9月26日
發明者K·P·加德卡里, L·R·平克尼 申請人:康寧股份有限公司