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JP2010147313A - Method of manufacturing soi substrate - Google Patents

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JP2010147313A
JP2010147313A JP2008324080A JP2008324080A JP2010147313A JP 2010147313 A JP2010147313 A JP 2010147313A JP 2008324080 A JP2008324080 A JP 2008324080A JP 2008324080 A JP2008324080 A JP 2008324080A JP 2010147313 A JP2010147313 A JP 2010147313A
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JP
Japan
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semiconductor layer
single crystal
substrate
crystal semiconductor
base substrate
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Withdrawn
Application number
JP2008324080A
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Japanese (ja)
Inventor
Junpei Momo
純平 桃
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a substrate (base substrate) provided with a semiconductor substrate with good yield, even when using the substrate easy to warp as the base substrate. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the substrate provided with the semiconductor layer includes a process wherein the semiconductor layer provided on the substrate is irradiated with a laser beam to flatten the surface of the semiconductor layer. In the process of flattening the surface of the semiconductor layer, when the minimum irradiating energy density required for completely melting the semiconductor layer by irradiation of the laser beam is 100%, the irradiating energy density of the laser beam for irradiating the semiconductor layer is 72-98%, preferably 85-96%. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本明細書に開示する発明は、半導体層が設けられた基板の作製方法に関する。また、絶縁層を介して半導体層が設けられた基板の作製方法に関し、特にSOI(Silicon on Insulator)基板の作製方法に関する。また、これらの基板を用いた半導体装置の作製方法に関する。また、これらの基板を用いた表示装置の作製方法に関する。   The invention disclosed in this specification relates to a method for manufacturing a substrate provided with a semiconductor layer. In addition, the present invention relates to a method for manufacturing a substrate provided with a semiconductor layer with an insulating layer interposed therebetween, and particularly relates to a method for manufacturing an SOI (Silicon on Insulator) substrate. Further, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using these substrates. Further, the present invention relates to a method for manufacturing a display device using these substrates.

近年、バルク状のシリコンウエハに代わり、絶縁表面に薄い単結晶半導体層が設けられた基板(代表的には、SOI基板)を用いた集積回路の開発が活発に行われている。SOI基板を用いて集積回路を形成した場合、トランジスタのドレインと基板間における寄生容量が低減されるため、半導体集積回路の性能を向上させることができる。   In recent years, an integrated circuit using a substrate (typically, an SOI substrate) provided with a thin single crystal semiconductor layer on an insulating surface instead of a bulk silicon wafer has been actively developed. When an integrated circuit is formed using an SOI substrate, the parasitic capacitance between the drain of the transistor and the substrate is reduced, so that the performance of the semiconductor integrated circuit can be improved.

SOI基板を製造する方法の1つとしては、水素イオン注入剥離法が知られている(例えば、特許文献1参照)。水素イオン注入剥離法によるSOI基板の作製方法の概要を以下に説明する。まず、シリコンウエハにイオン注入法を用いて水素イオンを注入することによって表面から所定の深さに微小気泡層を形成する。次に、酸化シリコン膜を介して、水素イオンを注入したシリコンウエハを別のシリコンウエハに接合させる。その後、熱処理を行うことにより、微小気泡層が劈開面となり、水素イオンが注入されたシリコンウエハの一部が微小気泡層を境に薄膜状に分離し、接合させた別のシリコンウエハ上に単結晶シリコン膜を形成することができる。   As one method for manufacturing an SOI substrate, a hydrogen ion implantation separation method is known (for example, see Patent Document 1). An outline of a method for manufacturing an SOI substrate by a hydrogen ion implantation separation method will be described below. First, a microbubble layer is formed at a predetermined depth from the surface by implanting hydrogen ions into a silicon wafer using an ion implantation method. Next, the silicon wafer implanted with hydrogen ions is bonded to another silicon wafer through the silicon oxide film. After that, by performing heat treatment, the microbubble layer becomes a cleavage plane, and a part of the silicon wafer into which hydrogen ions are implanted is separated into a thin film with the microbubble layer as a boundary, and is simply put on another bonded silicon wafer. A crystalline silicon film can be formed.

分離後の単結晶半導体層の表面(剥離面)には、表面段差及び欠陥層が存在している。このため、機械研磨により表面段差及び欠陥層を除去することが提案されている(例えば、特許文献2参照)。   On the surface (peeled surface) of the single crystal semiconductor layer after separation, a surface step and a defect layer exist. For this reason, it has been proposed to remove the surface step and the defective layer by mechanical polishing (see, for example, Patent Document 2).

また、特許文献2においては、素子形成用の半導体層を設けるベース基板として、ガラス基板を用いることが可能であると記載されている。
特開平05−211128号公報 特開平11−97379号公報
Patent Document 2 describes that a glass substrate can be used as a base substrate on which a semiconductor layer for element formation is provided.
Japanese Patent Laid-Open No. 05-211128 JP 11-97379 A

ガラス基板はシリコンウエハに比較して大面積化が容易であり、且つ安価であることから、ベース基板としてガラス基板を用いることにより、大面積で安価なSOI基板を作製することが可能となる。一方で、ガラス基板はシリコンウエハに比較して撓みやすく、表面にうねりがあるという欠点がある。このため、ベース基板としてガラス基板を用いた場合、加工精度や、歩留まり等の観点から、機械研磨による剥離面の平坦化処理は好ましいものとはいえない。特に、一辺が30cmを超える大面積のガラス基板に対して機械研磨による処理を行うことは困難である。   Since a glass substrate is easy to increase in area as compared with a silicon wafer and is inexpensive, using a glass substrate as a base substrate makes it possible to manufacture a large area and inexpensive SOI substrate. On the other hand, the glass substrate has a drawback that it is more flexible than a silicon wafer and has a undulation on the surface. For this reason, when a glass substrate is used as the base substrate, the planarization treatment of the peeled surface by mechanical polishing is not preferable from the viewpoint of processing accuracy, yield, and the like. In particular, it is difficult to perform mechanical polishing on a large-area glass substrate having a side exceeding 30 cm.

このように、ガラス基板のような撓みやすい基板をベース基板として用いると、薄膜状に分離された単結晶半導体層表面の凹凸を改善することが困難であるという問題が顕在化する。   As described above, when a flexible substrate such as a glass substrate is used as the base substrate, the problem that it is difficult to improve the unevenness of the surface of the single crystal semiconductor layer separated into a thin film shape becomes obvious.

本明細書に開示する発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、撓みやすい基板をベース基板として用いる場合であっても、半導体層が設けられた基板(ベース基板)を歩留まりよく作製することを目的の一つとする。また、高性能な半導体装置を歩留まりよく作製することを目的の一つとする。   The invention disclosed in this specification has been made in view of the above problems, and even when a flexible substrate is used as a base substrate, a substrate (base substrate) provided with a semiconductor layer is manufactured with high yield. One of the purposes. Another object is to manufacture a high-performance semiconductor device with high yield.

上記課題を解決するため、本明細書に開示する発明の一態様は、以下の構成を用いる。すなわち、本発明の例示的な一態様は、半導体層が設けられた基板の作製方法において、基板上に設けられた半導体層にレーザ光を照射して当該半導体層の表面を平坦化する工程を有することを特徴とする。そして、半導体層の表面を平坦化する工程において、レーザ光の照射により半導体層が完全溶融するのに必要な最小の照射エネルギー密度を100%としたとき、半導体層に照射する前記レーザ光の照射エネルギー密度を72%以上98%以下とし、好ましくは85%以上96%以下とすることを特徴とする。   In order to solve the above problems, one embodiment of the invention disclosed in this specification uses the following configuration. That is, an exemplary embodiment of the present invention includes a step of planarizing a surface of a semiconductor layer by irradiating the semiconductor layer provided over the substrate with laser light in a method for manufacturing the substrate provided with the semiconductor layer. It is characterized by having. Then, in the step of flattening the surface of the semiconductor layer, when the minimum irradiation energy density necessary for completely melting the semiconductor layer by laser light irradiation is set to 100%, the irradiation of the laser light irradiated to the semiconductor layer The energy density is from 72% to 98%, preferably from 85% to 96%.

また、本発明の例示的な一態様は、単結晶半導体基板にイオンを照射して、前記単結晶半導体基板中に脆化領域を形成する工程と、絶縁層を介して前記単結晶半導体基板とベース基板とを貼り合わせる工程と、前記脆化領域において前記単結晶半導体基板と前記ベース基板とを分離して、前記ベース基板上に前記絶縁層を介して半導体層を形成する工程と、前記半導体層にレーザ光を照射して、前記半導体層の表面を平坦化する工程とを有する。そして、前記半導体層の表面を平坦化する工程において、前記レーザ光の照射により前記半導体層が完全溶融するのに必要な最小の照射エネルギー密度を100%としたとき、前記半導体層に照射する前記レーザ光の照射エネルギー密度を72%以上98%以下とすることを特徴とする。   An exemplary embodiment of the present invention includes a step of irradiating a single crystal semiconductor substrate with ions to form an embrittlement region in the single crystal semiconductor substrate, and the single crystal semiconductor substrate through an insulating layer. A step of bonding a base substrate, a step of separating the single crystal semiconductor substrate and the base substrate in the embrittled region, and forming a semiconductor layer over the base substrate via the insulating layer; and the semiconductor Irradiating the layer with laser light to planarize the surface of the semiconductor layer. Then, in the step of flattening the surface of the semiconductor layer, when the minimum irradiation energy density required for the semiconductor layer to be completely melted by irradiation with the laser beam is 100%, the semiconductor layer is irradiated The irradiation energy density of laser light is 72% to 98%.

また、本発明の例示的な一態様は、単結晶半導体基板にイオンを照射して、前記単結晶半導体基板中に脆化領域を形成する工程と、ベース基板上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層を介して前記単結晶半導体基板と前記ベース基板とを貼り合わせる工程と、前記脆化領域において前記単結晶半導体基板と前記ベース基板とを分離して、前記ベース基板上に前記絶縁層を介して半導体層を形成する工程と、前記半導体層にレーザ光を照射して、前記半導体層の表面を平坦化する工程とを有する。そして、前記半導体層の表面を平坦化する工程において、前記レーザ光の照射により前記半導体層が完全溶融するのに必要な最小の照射エネルギー密度を100%としたとき、前記半導体層に照射する前記レーザ光の照射エネルギー密度を72%以上98%以下とすることを特徴とする。   An exemplary embodiment of the present invention includes a step of irradiating a single crystal semiconductor substrate with ions to form an embrittlement region in the single crystal semiconductor substrate, and a step of forming an insulating layer over the base substrate. Bonding the single crystal semiconductor substrate and the base substrate through the insulating layer; separating the single crystal semiconductor substrate and the base substrate in the embrittled region; and isolating the insulating material on the base substrate. Forming a semiconductor layer through the layer; and irradiating the semiconductor layer with laser light to planarize a surface of the semiconductor layer. Then, in the step of flattening the surface of the semiconductor layer, when the minimum irradiation energy density required for the semiconductor layer to be completely melted by irradiation with the laser beam is 100%, the semiconductor layer is irradiated The irradiation energy density of laser light is 72% to 98%.

また、本発明の例示的な一態様は、前記絶縁層を、パルス変調した電力を印加してプラズマを生成するプラズマCVD装置を用いて形成することを特徴とする。   An exemplary aspect of the present invention is characterized in that the insulating layer is formed using a plasma CVD apparatus that generates plasma by applying pulse-modulated power.

また、本発明の例示的な一態様は、前記半導体層の表面を平坦化した後に、前記半導体層を640℃以上前記ベース基板の歪み点以下の温度で加熱する工程を有することを特徴とする。   An exemplary embodiment of the present invention includes a step of heating the semiconductor layer at a temperature of 640 ° C. or higher and lower than a strain point of the base substrate after the surface of the semiconductor layer is planarized. .

また、本発明の例示的な一態様は、前記レーザ光は線状のパルスレーザ光であり、前記半導体層に前記線状のパルスレーザ光を照射する際に、前記線状のパルスレーザ光を複数回照射することを特徴とする。そして、好ましくは前記線状のパルスレーザ光の複数回の照射を、オーバーラップ率が100%となるように行うことを特徴とする。   According to an exemplary aspect of the present invention, the laser beam is a linear pulsed laser beam, and the linear pulsed laser beam is emitted when the semiconductor layer is irradiated with the linear pulsed laser beam. Irradiated a plurality of times. Preferably, the linear pulse laser beam is irradiated a plurality of times so that the overlap rate is 100%.

また、本発明の例示的な一態様は、前記ベース基板として、ガラス基板を用いることを特徴とする。   One exemplary embodiment of the present invention is characterized in that a glass substrate is used as the base substrate.

また、本発明の例示的な一態様は、前記半導体層は、単結晶からなることを特徴とする。   An exemplary embodiment of the present invention is characterized in that the semiconductor layer is made of a single crystal.

本明細書において「単結晶」とは、ある結晶軸に注目した場合、その結晶軸の方向が試料のどの部分においても同じ方向を向いている結晶のことをいい、かつ結晶と結晶との間に結晶粒界が存在しない結晶を指す。そして、本明細書においては、結晶欠陥やダングリグボンドを含んでいても、上記のように結晶軸の方向が揃っており、粒界が存在していない結晶であるものは単結晶とする。   In this specification, the term “single crystal” refers to a crystal in which the direction of the crystal axis is the same in any part of the sample when attention is paid to a crystal axis, and between the crystals. Refers to a crystal having no grain boundary. In the present specification, even if crystal defects and dangling bonds are included, a crystal in which the directions of crystal axes are aligned and no grain boundary exists as described above is a single crystal.

また、本明細書中において「半導体装置」とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路及び電子機器は全て半導体装置に含まれるものとする。   In this specification, a “semiconductor device” refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics, and an electro-optical device, a semiconductor circuit, and an electronic device are all included in the semiconductor device.

また、本明細書中において「表示装置」とは、発光装置や液晶表示装置を含む。発光装置は発光素子を含み、液晶表示装置は液晶素子を含む。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機EL(Electro Luminescence)素子、有機EL素子等が含まれる。   In this specification, the “display device” includes a light-emitting device and a liquid crystal display device. The light emitting device includes a light emitting element, and the liquid crystal display device includes a liquid crystal element. The light emitting element includes, in its category, an element whose luminance is controlled by current or voltage, and specifically includes an inorganic EL (Electro Luminescence) element, an organic EL element, and the like.

また、本明細書において、「AとBとが電気的に接続されている」と記載する場合は、AとBとが電気的に接続されている場合(つまり、AとBとの間に別の素子や別の回路を挟んで接続されている場合)と、AとBとが機能的に接続されている場合(つまり、AとBとの間に別の回路を挟んで機能的に接続されている場合)と、AとBとが直接接続されている場合(つまり、AとBとの間に別の素子や別の回路を挟まずに接続されている場合)とを含むものとする。   In addition, in this specification, when “A and B are electrically connected” is described, when A and B are electrically connected (that is, between A and B) When connected with another element or another circuit) and when A and B are functionally connected (that is, functionally with another circuit between A and B) And the case where A and B are directly connected (that is, the case where A and B are connected without sandwiching another element or another circuit). .

また、本明細書において、「第1」、「第2」等として付される序数詞は、様々な要素、部材、領域、層、区域を他のものと区別して記述するために便宜上用いているものであって、発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。したがって、「第1の」を「第2の」または「第3の」等と適宜置き換えることが可能である。   In this specification, ordinal numbers attached as “first”, “second”, and the like are used for convenience to describe various elements, members, regions, layers, and sections separately from others. It does not indicate a unique name as a matter for specifying the invention. Therefore, “first” can be appropriately replaced with “second”, “third”, or the like.

本発明により、撓みやすい基板をベース基板として用いる場合であっても、ベース基板上に設けられた単結晶半導体層を平坦化することができる。また、撓みやすい基板をベース基板として用いる場合であっても、高性能な半導体素子を形成することができる。   According to the present invention, even when a flexible substrate is used as a base substrate, the single crystal semiconductor layer provided over the base substrate can be planarized. Further, even when a flexible substrate is used as the base substrate, a high-performance semiconductor element can be formed.

本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更しうることは当業者であれば容易に理解される。なお、以下に説明する実施の形態それぞれにおいて、同じ物を指し示す符号は異なる図面において共通とする。また、以下に説明する実施の形態及び実施例それぞれにおいて、特に断りがない限り、本発明は、本明細書に記載されている他の実施形態及び実施例と適宜組み合わせて実施することが可能である。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Note that in each of the embodiments described below, the same reference numeral is used in different drawings. In addition, in each of the embodiments and examples described below, the present invention can be implemented in appropriate combination with the other embodiments and examples described in this specification unless otherwise specified. is there.

(実施の形態1)
本実施の形態では、半導体層が設けられた基板の作製方法の一例について説明する。具体的には、絶縁層を介して単結晶シリコン層が設けられた基板の作製方法(SOI基板の作製方法)について説明する。しかしながら、本発明は、本実施の形態で説明する構成に限定されるものではない。
(Embodiment 1)
In this embodiment, an example of a method for manufacturing a substrate provided with a semiconductor layer will be described. Specifically, a method for manufacturing a substrate provided with a single crystal silicon layer with an insulating layer interposed therebetween (method for manufacturing an SOI substrate) will be described. However, the present invention is not limited to the configuration described in this embodiment.

まず、単結晶半導体基板100とベース基板120とを準備する(図1(A)、(B)参照)。   First, the single crystal semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 are prepared (see FIGS. 1A and 1B).

単結晶半導体基板100としては、単結晶シリコン基板、単結晶ゲルマニウム基板、単結晶シリコンゲルマニウム基板等の第14族元素でなる単結晶半導体基板、またはガリウムヒ素、インジウムリン等の化合物半導体基板を用いることができる。市販のシリコン基板としては、直径5インチ(125mm)、直径6インチ(150mm)、直径8インチ(200mm)、直径12インチ(300mm)、直径16インチ(400mm)サイズの円形のものが代表的であり、いずれのサイズのシリコン基板を用いることができる。なお、単結晶半導体基板100の形状は円形に限られず、矩形状等に加工して用いることも可能である。本実施の形態では、単結晶半導体基板100として単結晶シリコン基板を用いる場合について説明する。   As the single crystal semiconductor substrate 100, a single crystal semiconductor substrate made of a Group 14 element such as a single crystal silicon substrate, a single crystal germanium substrate, or a single crystal silicon germanium substrate, or a compound semiconductor substrate such as gallium arsenide or indium phosphide is used. Can do. As a commercially available silicon substrate, a circular substrate having a diameter of 5 inches (125 mm), a diameter of 6 inches (150 mm), a diameter of 8 inches (200 mm), a diameter of 12 inches (300 mm), and a diameter of 16 inches (400 mm) is typical. Yes, any size silicon substrate can be used. Note that the shape of the single crystal semiconductor substrate 100 is not limited to a circle, and the single crystal semiconductor substrate 100 can be processed into a rectangular shape or the like. In this embodiment, the case where a single crystal silicon substrate is used as the single crystal semiconductor substrate 100 is described.

ベース基板120としては、絶縁基板を用いることが好ましい。絶縁基板の具体例としては、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われる各種ガラス基板や、石英基板、セラミック基板、サファイア基板、プラスチック基板が挙げられる。また、ベース基板120として単結晶半導体基板(例えば、単結晶シリコン基板)や多結晶半導体基板(例えば、多結晶シリコン基板)を用いることも可能であるが、量産性やコストの面を考慮すると、大面積化が可能で安価な絶縁基板を用いることが好ましい。本実施の形態では、ベース基板120として絶縁基板の一つであるガラス基板を用いる場合について説明する。   As the base substrate 120, an insulating substrate is preferably used. Specific examples of the insulating substrate include various glass substrates used in the electronic industry such as aluminosilicate glass, aluminoborosilicate glass, and barium borosilicate glass, quartz substrate, ceramic substrate, sapphire substrate, and plastic substrate. In addition, a single crystal semiconductor substrate (for example, a single crystal silicon substrate) or a polycrystalline semiconductor substrate (for example, a polycrystalline silicon substrate) can be used as the base substrate 120. However, in consideration of mass productivity and cost, It is preferable to use an inexpensive insulating substrate capable of increasing the area. In this embodiment, the case where a glass substrate which is one of insulating substrates is used as the base substrate 120 is described.

次に、単結晶半導体基板100の表面に絶縁層102を形成する。そして、単結晶半導体基板100の表面から所定の深さに結晶構造が損傷された脆化領域104を形成する。なお、脆化領域104は、運動エネルギーを有する水素等のイオンを単結晶半導体基板100に照射することにより形成することができる。   Next, the insulating layer 102 is formed on the surface of the single crystal semiconductor substrate 100. Then, an embrittled region 104 having a damaged crystal structure is formed at a predetermined depth from the surface of the single crystal semiconductor substrate 100. Note that the embrittlement region 104 can be formed by irradiating the single crystal semiconductor substrate 100 with ions of hydrogen or the like having kinetic energy.

絶縁層102は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の絶縁層を単層、または積層させて形成することができる。また、絶縁層102は、熱酸化法、CVD法、またはスパッタリング法等を用いて形成することができる。   The insulating layer 102 can be formed using a single layer or a stacked layer of insulating layers such as a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, and a silicon nitride oxide film. The insulating layer 102 can be formed by a thermal oxidation method, a CVD method, a sputtering method, or the like.

なお、本明細書において、「酸化窒化シリコン」とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、好ましくは、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry)及び水素前方散乱法(HFS:Hydrogen Forward Scattering)を用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が50〜70原子%、窒素が0.5〜15原子%、シリコンが25〜35原子%、水素が0.1〜10原子%の範囲で含まれるものをいう。また、本明細書において、「窒化酸化シリコン」とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、好ましくは、RBS及びHFSを用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が5〜30原子%、窒素が20〜55原子%、シリコンが25〜35原子%、水素が10〜30原子%の範囲で含まれるものをいう。ただし、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を100原子%としたとき、窒素、酸素、シリコン及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。   Note that in this specification, “silicon oxynitride” has a composition containing more oxygen than nitrogen, and is preferably Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS) and hydrogen front. When measured using a scattering method (HFS: Hydrogen Forward Scattering), the concentration ranges are 50 to 70 atomic% for oxygen, 0.5 to 15 atomic% for nitrogen, 25 to 35 atomic% for silicon, and 0.1 to 0.5 for hydrogen. The thing contained in the range of 1-10 atomic%. Further, in this specification, “silicon nitride oxide” has a composition containing more nitrogen than oxygen, and preferably has a concentration range when measured using RBS and HFS. The oxygen content is within a range of 5 to 30 atomic%, nitrogen is 20 to 55 atomic%, silicon is 25 to 35 atomic%, and hydrogen is 10 to 30 atomic%. However, when the total number of atoms constituting silicon oxynitride or silicon nitride oxide is 100 atomic%, the content ratio of nitrogen, oxygen, silicon, and hydrogen is included in the above range.

次に、絶縁層102を介して単結晶半導体基板100とベース基板120とを貼り合わせる(図1(C)参照)。   Next, the single crystal semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 are attached to each other with the insulating layer 102 interposed therebetween (see FIG. 1C).

次に、熱処理を行い脆化領域104において単結晶半導体基板100を分離することにより、ベース基板120上に、絶縁層102を介して単結晶半導体層124を設ける(図1(D)参照)。熱処理を行うことで、温度上昇によって脆化領域104に形成されている微小な孔には、添加された元素が析出し、内部の圧力が上昇する。圧力の上昇により、脆化領域104の微小な孔に体積変化が起こり、脆化領域104に亀裂が生じるので、脆化領域104に沿って単結晶半導体基板100が分離する。絶縁層102はベース基板120に接合しているので、ベース基板120上には単結晶半導体基板100から分離された単結晶半導体層124が形成される。この熱処理の加熱手段としては、拡散炉、抵抗加熱炉等の加熱炉、RTA(瞬間熱アニール、Rapid Thermal Anneal)装置、マイクロ波加熱装置等を用いることができる。例えば、RTA装置を用いる場合、加熱温度550℃以上730℃以下、処理時間0.5分以上60分以内で加熱すればよい。   Next, heat treatment is performed to separate the single crystal semiconductor substrate 100 in the embrittled region 104, whereby the single crystal semiconductor layer 124 is provided over the base substrate 120 with the insulating layer 102 interposed therebetween (see FIG. 1D). By performing the heat treatment, the added element is precipitated in the minute holes formed in the embrittled region 104 due to the temperature rise, and the internal pressure rises. As the pressure rises, volume changes occur in minute holes in the embrittled region 104 and cracks occur in the embrittled region 104, so that the single crystal semiconductor substrate 100 is separated along the embrittled region 104. Since the insulating layer 102 is bonded to the base substrate 120, a single crystal semiconductor layer 124 separated from the single crystal semiconductor substrate 100 is formed over the base substrate 120. As a heating means for the heat treatment, a heating furnace such as a diffusion furnace or a resistance heating furnace, an RTA (rapid thermal annealing) apparatus, a microwave heating apparatus, or the like can be used. For example, when an RTA apparatus is used, heating may be performed at a heating temperature of 550 ° C. or higher and 730 ° C. or lower and a processing time of 0.5 minutes or longer and within 60 minutes.

以上の工程により、図1(D)に示すように、絶縁層102を介してベース基板120上に単結晶半導体層124を有するSOI基板を作製することができる。なお、本実施の形態においては、単結晶半導体層124の膜厚を100nm以上300nm以下とすればよく、好ましく110nm以上200nm以下とすればよい。   Through the above steps, an SOI substrate including the single crystal semiconductor layer 124 over the base substrate 120 with the insulating layer 102 interposed therebetween can be manufactured as illustrated in FIG. Note that in this embodiment, the thickness of the single crystal semiconductor layer 124 may be greater than or equal to 100 nm and less than or equal to 300 nm, and preferably greater than or equal to 110 nm and less than or equal to 200 nm.

次に、単結晶半導体層124の表面を平坦化する工程(以下、「平坦化工程」という。)を行う。本実施の形態で説明する発明の一態様は、ベース基板120上に形成された単結晶半導体層124の表面にレーザ光130を照射することによって、単結晶半導体層124の表面を平坦化することを特徴とする(図1(E)参照)。   Next, a step of planarizing the surface of the single crystal semiconductor layer 124 (hereinafter referred to as a “planarization step”) is performed. In one embodiment of the invention described in this embodiment, the surface of the single crystal semiconductor layer 124 is planarized by irradiating the surface of the single crystal semiconductor layer 124 formed over the base substrate 120 with the laser light 130. (See FIG. 1E).

なお、レーザ光130の照射は、単結晶半導体層124のうち、平坦化を必要とする所望の領域に対してのみ行えばよい。したがって、単結晶半導体層124の全面にレーザ光130を照射して、単結晶半導体層124の全面を平坦化してもよいし、単結晶半導体層124の一部の領域にレーザ光130を照射して、単結晶半導体層124の一部の領域を平坦化してもよい。また、レーザ光130の照射は、平坦化を必要とする所望の領域に対して1回行う構成としてもよいし、複数回(例えば、5〜20回)行う構成としてもよい。ただし、平坦化を必要とする所望の領域に対してレーザ光130を複数回照射する場合、レーザ光をスキャンせず(すなわち、オーバーラップ率が100%となるよう)に照射することが好ましい。   Note that irradiation with the laser light 130 may be performed only on a desired region in the single crystal semiconductor layer 124 that needs planarization. Accordingly, the entire surface of the single crystal semiconductor layer 124 may be planarized by irradiating the entire surface of the single crystal semiconductor layer 124 with laser light 130, or the laser beam 130 may be irradiated to a partial region of the single crystal semiconductor layer 124. Thus, part of the region of the single crystal semiconductor layer 124 may be planarized. Further, the irradiation with the laser beam 130 may be performed once for a desired region that needs to be planarized, or may be performed a plurality of times (for example, 5 to 20 times). However, when the laser beam 130 is irradiated a plurality of times on a desired region that needs to be flattened, it is preferable to irradiate the laser beam without scanning (that is, the overlap rate is 100%).

また、レーザ光130のビームスポットの形状は、特に限定されず、どのような形状としてもよい。例えば、矩形(線状)、正方形、楕円、正円とすればよいが、代表的には矩形(線状)とすればよい。   Further, the shape of the beam spot of the laser beam 130 is not particularly limited, and may be any shape. For example, a rectangle (linear shape), a square, an ellipse, or a perfect circle may be used, but typically, a rectangle (linear shape) may be used.

一般的に、分離後にベース基板120上に形成された単結晶半導体層124の表層部には、脆化領域104の形成及び脆化領域104での分離等により凹凸が形成され、平坦性が損なわれている。本実施の形態では、図1(E)に示すように凹凸を有する単結晶半導体層124の表面側から単結晶半導体層124にレーザ光130を照射することによって、単結晶半導体層124の表層部を溶融させ、平坦性を向上させることができる。なお、単結晶半導体層124が設けられたベース基板120を加熱しながら、単結晶半導体層124にレーザ光を照射することもできる。加熱温度は、ベース基板120の歪み点以下の温度を採用すればよい。例えば、ガラス基板であれば、300℃以上700℃以下の温度範囲で加熱すればよい。   In general, unevenness is formed in the surface layer portion of the single crystal semiconductor layer 124 formed over the base substrate 120 after separation due to formation of the embrittled region 104, separation in the embrittled region 104, and the like, and flatness is impaired. It is. In this embodiment, as illustrated in FIG. 1E, the single crystal semiconductor layer 124 is irradiated with laser light 130 from the surface side of the single crystal semiconductor layer 124 having projections and depressions, whereby a surface layer portion of the single crystal semiconductor layer 124 is formed. Can be melted to improve the flatness. Note that the single crystal semiconductor layer 124 can be irradiated with laser light while the base substrate 120 provided with the single crystal semiconductor layer 124 is heated. The heating temperature may be a temperature below the strain point of the base substrate 120. For example, in the case of a glass substrate, heating may be performed in a temperature range of 300 ° C. to 700 ° C.

また、平坦化工程において、単結晶半導体層124に照射するレーザ光130のエネルギー密度を、当該レーザ光130の照射により単結晶半導体層124の結晶構造が変化する際のエネルギー密度未満とする。これは、単結晶半導体層124に照射するレーザ光130のエネルギー密度が高すぎる場合には、単結晶半導体層124が完全に溶融(完全溶融)して結晶構造が変化(微結晶化)し、半導体膜の表面に凹凸が生じるためである。本明細書において、「完全溶融」とは、レーザ光130の照射により溶融する単結晶半導体層124の深さが、単結晶半導体層124と絶縁層102との界面から単結晶半導体層124表面までの深さ方向の距離(単結晶半導体層124の厚さ)と等しくなる現象をいう。換言すれば、単結晶半導体層124が層全体に亘って溶融し、液相となる状態をいう。   In the planarization step, the energy density of the laser light 130 applied to the single crystal semiconductor layer 124 is set lower than the energy density when the crystal structure of the single crystal semiconductor layer 124 is changed by irradiation with the laser light 130. This is because when the energy density of the laser light 130 applied to the single crystal semiconductor layer 124 is too high, the single crystal semiconductor layer 124 is completely melted (completely melted) and the crystal structure is changed (microcrystallization). This is because irregularities occur on the surface of the semiconductor film. In this specification, “complete melting” means that the depth of the single crystal semiconductor layer 124 melted by irradiation with the laser light 130 is from the interface between the single crystal semiconductor layer 124 and the insulating layer 102 to the surface of the single crystal semiconductor layer 124. Is a phenomenon that is equal to the distance in the depth direction (the thickness of the single crystal semiconductor layer 124). In other words, the single crystal semiconductor layer 124 is melted over the entire layer to be in a liquid phase.

すなわち、本実施の形態で説明する発明の一態様は、単結晶半導体層124を完全に溶融させるのではなく、部分的に溶融(部分溶融)させるようなエネルギー密度を有するレーザ光130を単結晶半導体層124の表面側から照射して、単結晶半導体層124表面の平坦化を行うことを特徴とする。本明細書において、「部分溶融」とは、レーザ光130の照射により溶融する単結晶半導体層124の深さが、単結晶半導体層124と絶縁層102との界面から単結晶半導体層124表面までの深さ方向の距離(単結晶半導体層124の厚さ)よりも浅くなる現象をいう。つまり、単結晶半導体層124の上層は溶融して液相となる一方で、下層は溶けずに固相の単結晶半導体のままである状態をいう。   That is, according to one embodiment of the invention described in this embodiment, the single crystal semiconductor layer 124 is not completely melted but the laser light 130 having an energy density that partially melts (partly melts) the single crystal. Irradiation from the surface side of the semiconductor layer 124 is performed to planarize the surface of the single crystal semiconductor layer 124. In this specification, “partial melting” means that the depth of the single crystal semiconductor layer 124 melted by irradiation with the laser light 130 is from the interface between the single crystal semiconductor layer 124 and the insulating layer 102 to the surface of the single crystal semiconductor layer 124. This is a phenomenon that becomes shallower than the distance in the depth direction (the thickness of the single crystal semiconductor layer 124). That is, the upper layer of the single crystal semiconductor layer 124 is melted to be in a liquid phase, while the lower layer is not melted and remains a solid single crystal semiconductor.

単結晶半導体層124を部分溶融させることにより、レーザ光130の照射により溶融した部分の結晶成長は、溶融していない単結晶半導体層の面方位に基づいて行われるため、完全に溶融する場合と比較して単結晶半導体層124の結晶構造が変化(微結晶化)することを抑制しつつ、表面を平坦化することができる。   When the single crystal semiconductor layer 124 is partially melted, the crystal growth of the melted portion by irradiation with the laser light 130 is performed based on the plane orientation of the unmelted single crystal semiconductor layer, and therefore, the single crystal semiconductor layer 124 is completely melted. In comparison, the surface of the single crystal semiconductor layer 124 can be planarized while suppressing change (microcrystallization) of the crystal structure.

なお、単結晶半導体層124の結晶性は、光学顕微鏡による観察や、ラマン分光スペクトルから得られるラマンシフトまたは半値全幅等により、評価することができる。例えば、単結晶半導体層124が完全溶融し、微結晶化する際のレーザ光130の照射エネルギーをラマンシフトの値(値A)を用いて求めておくとともに、単結晶半導体層124が部分溶融するレーザ光130の照射エネルギーをラマンシフトの値(値B)を用いて求めておく。そして、レーザ光の照射エネルギー条件を複数設定して単結晶シリコン層に照射した後、それぞれの条件におけるラマンシフトを測定し、ラマンシフトの値が値Bから値Aに変化した点を、単結晶半導体層124の結晶構造が変化する際のエネルギー密度と見なすことができる。換言すれば、ラマンシフトの値が値Bから値Aに変化した点が、単結晶半導体層124が完全溶融するのに必要な最小のエネルギー密度に対応しているといえる。   Note that the crystallinity of the single crystal semiconductor layer 124 can be evaluated by observation with an optical microscope, a Raman shift obtained from a Raman spectrum, a full width at half maximum, or the like. For example, the irradiation energy of the laser light 130 when the single crystal semiconductor layer 124 is completely melted and microcrystallized is obtained using the value of Raman shift (value A), and the single crystal semiconductor layer 124 is partially melted. The irradiation energy of the laser beam 130 is obtained using the Raman shift value (value B). Then, after irradiating the single crystal silicon layer with a plurality of laser beam irradiation energy conditions, the Raman shift under each condition is measured, and the point at which the value of the Raman shift changes from the value B to the value A It can be regarded as the energy density when the crystal structure of the semiconductor layer 124 changes. In other words, it can be said that the point at which the Raman shift value changes from the value B to the value A corresponds to the minimum energy density necessary for the single crystal semiconductor layer 124 to be completely melted.

本実施の形態で適用可能なレーザ発振器は、パルス発振方式のレーザであり、その発振波長は、レーザ光の表皮深さ(skin depth)等を考慮して、単結晶半導体層124に吸収されるような波長を選択することができる。例えば、紫外光の領域(180nm以上400nm以下)の波長を選択すればよい。また、繰り返し周波数は100kHz以下とし、パルス幅は10n秒以上500n秒以下とすることが好ましい。また、レーザ媒質は、固体、液体、気体のいずれでも用いることができる。代表的なパルス発振レーザは、400nm以下の波長のレーザ光を発振するエキシマレーザである。このようなエキシマレーザとして、例えば、繰り返し周波数10Hz〜300Hz、パルス幅25n秒、波長308nmのXeClエキシマレーザを用いることができる。   The laser oscillator applicable to this embodiment is a pulse oscillation type laser, and its oscillation wavelength is absorbed by the single crystal semiconductor layer 124 in consideration of the skin depth of the laser light and the like. Such a wavelength can be selected. For example, the wavelength of the ultraviolet light region (180 nm or more and 400 nm or less) may be selected. The repetition frequency is preferably 100 kHz or less and the pulse width is preferably 10 to 500 nsec. The laser medium can be any of solid, liquid, and gas. A typical pulsed laser is an excimer laser that oscillates laser light having a wavelength of 400 nm or less. As such an excimer laser, for example, an XeCl excimer laser having a repetition frequency of 10 Hz to 300 Hz, a pulse width of 25 nsec, and a wavelength of 308 nm can be used.

また、単結晶半導体層124に照射するレーザ光の照射エネルギー密度は、レーザ光の波長、レーザ光の表皮深さ、単結晶半導体層124の膜厚等を考慮して、単結晶半導体層124が完全に溶融しない(すなわち、部分溶融する)程度の照射エネルギー密度とする。換言すると、単結晶半導体層124に照射するレーザ光の照射エネルギー密度は、単結晶半導体層124が完全溶融するのに必要な最小の照射エネルギー密度よりも小さくすることが必要である。   In addition, the irradiation energy density of the laser light applied to the single crystal semiconductor layer 124 is determined by considering the wavelength of the laser light, the skin depth of the laser light, the thickness of the single crystal semiconductor layer 124, and the like. The irradiation energy density is such that it does not melt completely (that is, partially melts). In other words, the irradiation energy density of the laser light with which the single crystal semiconductor layer 124 is irradiated needs to be smaller than the minimum irradiation energy density necessary for the single crystal semiconductor layer 124 to be completely melted.

図3(A)に、照射エネルギー密度と、単結晶半導体層の表面粗さとの関係を示す。
被照射物となる対象は、ガラス基板(ベース基板120)上に窒化酸化シリコン膜及び酸化窒化シリコン膜(絶縁層102)を介して形成された単結晶シリコン(単結晶半導体層124)とした。単結晶半導体層124の膜厚は、140nmとした。また、照射したレーザ光の各種条件は、以下のとおりである。
FIG. 3A shows the relationship between the irradiation energy density and the surface roughness of the single crystal semiconductor layer.
The object to be irradiated was a single crystal silicon (single crystal semiconductor layer 124) formed on a glass substrate (base substrate 120) with a silicon nitride oxide film and a silicon oxynitride film (insulating layer 102) interposed therebetween. The thickness of the single crystal semiconductor layer 124 was 140 nm. Various conditions of the irradiated laser light are as follows.

レーザの種類:XeClエキシマレーザ
波長:308nm
発振方式:パルス発振
繰り返し周波数:30Hz
パルス幅:25n秒
単結晶半導体層124に対するレーザ光の照射回数:1回、5回、10回
Laser type: XeCl excimer Laser wavelength: 308 nm
Oscillation method: Pulse oscillation repetition frequency: 30Hz
Pulse width: 25 ns Number of times of laser light irradiation on the single crystal semiconductor layer 124: once, five times, ten times

図3(A)に示すとおり、照射エネルギー密度を変化させたときの単結晶半導体層124の表面粗さの変化の度合いは、レーザ光の照射回数に依存せず、ほぼ同様な傾向にあることがわかる。また、単結晶半導体層124の表面粗さは、所定の値(図3(A)においては、750mJ/cm付近)以上の照射エネルギー密度を有するレーザ光の照射を行うと、平坦化の効果が急激に損なわれてしまうことがわかる。これは、単結晶半導体層124が完全溶融してしまうことが原因だと考えられる。単結晶半導体層124が完全溶融してしまうと、単結晶半導体層124とその下層の絶縁層との界面において種結晶が多量に生成される。このように多量の種結晶が生成されると、各種結晶は十分に成長することができず、粒界(リッジ)が多量に生じてしまう結果、平坦性が著しく損なわれてしまう。 As shown in FIG. 3A, the degree of change in the surface roughness of the single crystal semiconductor layer 124 when the irradiation energy density is changed does not depend on the number of times of laser light irradiation and has almost the same tendency. I understand. Further, when the surface roughness of the single crystal semiconductor layer 124 is irradiated with laser light having an irradiation energy density equal to or higher than a predetermined value (in the vicinity of 750 mJ / cm 2 in FIG. 3A), the planarization effect is obtained. It can be seen that is suddenly damaged. This is considered to be because the single crystal semiconductor layer 124 is completely melted. When the single crystal semiconductor layer 124 is completely melted, a large amount of seed crystals are generated at the interface between the single crystal semiconductor layer 124 and the insulating layer therebelow. When a large amount of seed crystals are generated in this way, the various crystals cannot be grown sufficiently, and a large amount of grain boundaries (ridges) are produced, resulting in a significant loss of flatness.

レーザ光の照射により単結晶半導体層124が完全溶融するのに必要な最小の照射エネルギー密度を100%として、図3(A)における横軸の照射エネルギー密度を相対値(%で表記)に変換したものを図3(B)に示す。   The minimum irradiation energy density necessary for completely melting the single crystal semiconductor layer 124 by laser light irradiation is set to 100%, and the irradiation energy density on the horizontal axis in FIG. 3A is converted into a relative value (expressed in%). The result is shown in FIG.

本実施の形態で説明する発明の一態様は、レーザ光の照射により単結晶半導体層124が完全溶融するのに必要な最小の照射エネルギー密度を100%としたとき、少なくとも100%を超えないような照射エネルギー密度を有するレーザ光を単結晶半導体層124に照射することにより、単結晶半導体層124の完全溶融を防止することを特徴とする。そして、好ましくは98%を上限値とし、さらに好ましくは96%を上限値とする。このように上限値を定めることにより、レーザ光の照射によって単結晶半導体層124が完全溶融することを防止できるため、単結晶半導体層124の表面を十分に平坦化することができる。   In one embodiment of the invention described in this embodiment, at least 100% is not exceeded when the minimum irradiation energy density necessary for the single crystal semiconductor layer 124 to be completely melted by laser light irradiation is 100%. The single crystal semiconductor layer 124 is prevented from being completely melted by irradiating the single crystal semiconductor layer 124 with laser light having an appropriate irradiation energy density. Preferably, 98% is the upper limit, and more preferably 96% is the upper limit. By determining the upper limit in this manner, the single crystal semiconductor layer 124 can be prevented from being completely melted by laser light irradiation, so that the surface of the single crystal semiconductor layer 124 can be sufficiently planarized.

一方、図3(B)に示すとおり、単結晶半導体層124の表面粗さは、所定の値以下(図3(A)においては、550mJ/cm付近)の照射エネルギー密度を有するレーザ光の照射を行っても、平坦化が十分に行われていないことがわかる。これは、単結晶半導体層124の平坦化を行うために必要な照射エネルギーに達していないことが原因だと考えられる。 On the other hand, as shown in FIG. 3B, the surface roughness of the single crystal semiconductor layer 124 is a laser beam having an irradiation energy density equal to or lower than a predetermined value (near 550 mJ / cm 2 in FIG. 3A). It can be seen that even if irradiation is performed, the planarization is not sufficiently performed. This is considered to be because the irradiation energy necessary for planarization of the single crystal semiconductor layer 124 has not been reached.

そこで、本実施の形態で説明する発明の一態様は、レーザ光の照射により単結晶半導体層124が完全溶融するのに必要な最小の照射エネルギー密度を100%としたとき、72%を下限値とし、好ましくは85%を下限値とする。少なくとも72%以上の値の照射エネルギー密度を有するレーザ光を照射することにより、単結晶半導体層124の表面を十分に平坦化することができる。   Thus, according to one embodiment of the invention described in this embodiment, when the minimum irradiation energy density necessary for the single crystal semiconductor layer 124 to be completely melted by laser light irradiation is 100%, 72% is the lower limit. And preferably 85% is the lower limit. By irradiation with laser light having an irradiation energy density of at least 72% or more, the surface of the single crystal semiconductor layer 124 can be sufficiently planarized.

以上のように、本実施の形態における発明の一態様は、単結晶半導体層124が完全溶融するのに必要な最小の照射エネルギー密度を100%としたとき、単結晶半導体層124に照射するレーザ光のエネルギー密度を72%以上98%以下とし、好ましくは85%以上96%以下とする。このように照射するレーザ光のエネルギー密度の条件を規定することにより、絶縁層102を介してベース基板120上に設けられた単結晶半導体層124の平坦化を十分に行うことができる。なお、このような条件下でのレーザ光の照射による単結晶半導体層124の表面の平坦化の効果は、上述した範囲内におけるレーザ光の波長や発振方式、繰り返し周波数等を適宜選択すれば得られる。   As described above, according to one embodiment of the present invention in this embodiment, laser irradiation to the single crystal semiconductor layer 124 is performed when the minimum irradiation energy density necessary for the single crystal semiconductor layer 124 to be completely melted is 100%. The energy density of light is set to 72% to 98%, preferably 85% to 96%. By defining the energy density condition of the laser light to be irradiated in this manner, the single crystal semiconductor layer 124 provided over the base substrate 120 can be sufficiently planarized with the insulating layer 102 interposed therebetween. Note that the effect of planarizing the surface of the single crystal semiconductor layer 124 by irradiation with laser light under such conditions can be obtained by appropriately selecting the wavelength, oscillation method, repetition frequency, and the like of the laser light within the above-described range. It is done.

なお、レーザ光を照射する際の雰囲気は、レーザ光を照射するチャンバー内における酸素濃度を極力低くして、平坦化工程において単結晶半導体層124に酸素が取り込まれることを抑制することが好ましい。雰囲気中の酸素が単結晶半導体層124に取り込まれてしまうと、単結晶半導体層124の表面に酸化膜が形成される。そして、表面に酸化膜が形成された単結晶半導体層124の領域に再度レーザ光を照射すると、単結晶半導体層124の表面の平坦性が著しく損なわれてしまう。このため、平坦化工程においてレーザ光を単結晶半導体層124の所定の領域に複数回照射する構成を採用する場合、十分な平坦化を行うためにチャンバー内における酸素濃度を極力低くして、単結晶半導体層124に酸素が取り込まれることを抑制することが特に好ましい。チャンバー内における酸素濃度を低くするための具体的な方法としては、チャンバー内の雰囲気を還元性雰囲気または不活性雰囲気(例えば、窒素雰囲気)とすればよい。そして、好ましくは還元性雰囲気または不活性雰囲気中の酸素濃度を100ppm未満とし、より好ましくは1ppm未満とするとよい。   Note that the atmosphere for laser light irradiation is preferably such that the oxygen concentration in the chamber for laser light irradiation is reduced as much as possible so that oxygen is not taken into the single crystal semiconductor layer 124 in the planarization step. When oxygen in the atmosphere is taken into the single crystal semiconductor layer 124, an oxide film is formed on the surface of the single crystal semiconductor layer 124. When the region of the single crystal semiconductor layer 124 with the oxide film formed on the surface is irradiated again with laser light, the flatness of the surface of the single crystal semiconductor layer 124 is significantly impaired. For this reason, in the case where a structure in which laser light is irradiated to a predetermined region of the single crystal semiconductor layer 124 a plurality of times in the planarization step is employed, the oxygen concentration in the chamber is reduced as much as possible in order to perform sufficient planarization. It is particularly preferable to prevent oxygen from being taken into the crystalline semiconductor layer 124. As a specific method for reducing the oxygen concentration in the chamber, the atmosphere in the chamber may be a reducing atmosphere or an inert atmosphere (for example, a nitrogen atmosphere). Preferably, the oxygen concentration in the reducing atmosphere or the inert atmosphere is less than 100 ppm, more preferably less than 1 ppm.

また、雰囲気中の酸素が単結晶半導体層124に取り込まれてしまうと、当該単結晶半導体層124を用いた素子(例えば、トランジスタ)の特性に悪影響を及ぼすおそれがある。このような悪影響を防止するためには、レーザ光を照射するチャンバー内の雰囲気を還元性雰囲気または不活性雰囲気とし、還元性雰囲気または不活性雰囲気中の酸素濃度を1ppb未満とし、好ましくは1ppt未満とするとよい。   In addition, when oxygen in the atmosphere is taken into the single crystal semiconductor layer 124, characteristics of an element (eg, a transistor) including the single crystal semiconductor layer 124 may be adversely affected. In order to prevent such adverse effects, the atmosphere in the chamber irradiated with the laser light is a reducing atmosphere or an inert atmosphere, and the oxygen concentration in the reducing atmosphere or the inert atmosphere is less than 1 ppb, preferably less than 1 ppt. It is good to do.

また、平坦化工程を行った後に、熱処理を行うことが好ましい。熱処理を行うことにより、単結晶半導体層124中の欠陥や、単結晶半導体層124と絶縁層102との界面の欠陥を修復することができる。   Further, it is preferable to perform heat treatment after the planarization step. By performing heat treatment, defects in the single crystal semiconductor layer 124 or defects at the interface between the single crystal semiconductor layer 124 and the insulating layer 102 can be repaired.

特に、レーザ光130を照射した後の単結晶半導体層124は溶融しなかった領域に多くの欠陥を含んでいるが、高い温度で熱処理を行うことにより、単結晶半導体層124中の結晶欠陥等を効果的に修復することができる。本実施の形態では、単結晶半導体層124の加熱温度を、後の工程における熱処理の温度より高い温度であって、好ましくは640℃以上(より好ましくは700℃以上)とし、且つ単結晶半導体層124を完全溶融させない温度であって、ベース基板120の歪み点より低い温度とする。例えばベース基板としてガラス基板を用いる場合、640℃以上750℃以下の熱処理を行うとよい。   In particular, the single crystal semiconductor layer 124 after being irradiated with the laser light 130 includes many defects in a region that has not been melted. However, by performing heat treatment at a high temperature, crystal defects in the single crystal semiconductor layer 124 and the like Can be repaired effectively. In this embodiment, the heating temperature of the single crystal semiconductor layer 124 is higher than the temperature of heat treatment in a later step, preferably 640 ° C. or higher (more preferably 700 ° C. or higher), and the single crystal semiconductor layer 124 The temperature at which 124 is not completely melted is lower than the strain point of the base substrate 120. For example, when a glass substrate is used as the base substrate, heat treatment at 640 ° C. to 750 ° C. is preferably performed.

単結晶半導体層124にレーザ光130を照射した後に、当該単結晶半導体層124に熱処理を行うことにより、単結晶半導体層124の結晶欠陥を修復することができる。このようにして得られた単結晶半導体層124を用いて半導体素子を形成することによって、撓みやすい基板をベース基板として用いる場合であっても高性能な半導体素子を得ることができる。   After the single crystal semiconductor layer 124 is irradiated with the laser light 130, heat treatment is performed on the single crystal semiconductor layer 124, so that crystal defects in the single crystal semiconductor layer 124 can be repaired. By forming a semiconductor element using the single crystal semiconductor layer 124 thus obtained, a high-performance semiconductor element can be obtained even when a flexible substrate is used as a base substrate.

熱処理の加熱手段としては、拡散炉、抵抗加熱炉等の加熱炉、RTA(瞬間熱アニール、Rapid Thermal Anneal)装置等を用いることができる。   As a heating means for heat treatment, a diffusion furnace, a heating furnace such as a resistance heating furnace, an RTA (rapid thermal annealing) apparatus, or the like can be used.

また、単結晶半導体層124にレーザ光130を照射した後、単結晶半導体層124をエッチングして、薄膜化してもよい。エッチング後の単結晶半導体層124の表面は、エッチング前の単結晶半導体層124の表面状態に依存するため、エッチング前にレーザ光130を照射して単結晶半導体層124の表面を平坦化しておくことにより、薄膜化後においても平坦性を有する単結晶半導体層124を得ることができる。   Alternatively, after the single crystal semiconductor layer 124 is irradiated with the laser light 130, the single crystal semiconductor layer 124 may be etched to reduce the thickness. Since the surface of the single crystal semiconductor layer 124 after etching depends on the surface state of the single crystal semiconductor layer 124 before etching, the surface of the single crystal semiconductor layer 124 is planarized by irradiation with laser light 130 before etching. Accordingly, the single crystal semiconductor layer 124 having flatness can be obtained even after thinning.

上述の薄膜化のプロセスにおけるエッチングには、ドライエッチング法またはウエットエッチング法を用いることができる。ドライエッチング法を用いる場合、エッチングガスとして、塩化硼素、塩化シリコンまたは四塩化炭素等の塩化物ガス、塩素ガス、弗化硫黄、弗化窒素等の弗化物ガス、酸素ガス等を用いればよい。ウエットエッチング法を用いる場合、エッチング液としてTMAH溶液を用いればよい。   For etching in the above-described thinning process, a dry etching method or a wet etching method can be used. When the dry etching method is used, a chloride gas such as boron chloride, silicon chloride, or carbon tetrachloride, a fluoride gas such as chlorine gas, sulfur fluoride, or nitrogen fluoride, or an oxygen gas may be used as an etching gas. When the wet etching method is used, a TMAH solution may be used as an etching solution.

なお、薄膜化のプロセスを追加する場合、薄膜化した後の単結晶半導体層124の厚さは、後に単結晶半導体層124から形成される素子の特性に合わせて適宜決めることができる。例えば、薄膜化した後の単結晶半導体層124の厚さを5nm以上200nm以下、好ましくは10nm以上70nm以下とすればよい。   Note that in the case of adding a thinning process, the thickness of the single crystal semiconductor layer 124 after thinning can be determined as appropriate in accordance with characteristics of an element formed later from the single crystal semiconductor layer 124. For example, the thickness of the single crystal semiconductor layer 124 after thinning may be 5 nm to 200 nm, preferably 10 nm to 70 nm.

また、単結晶半導体層124の薄膜化を行う場合には、平坦化工程の後であって、熱処理の前に行うことが好ましい。すなわち、薄膜化処理の後に熱処理を行うことで、薄膜化処理のエッチングによる単結晶半導体層124表面の損傷を修復することができる。   In the case of reducing the thickness of the single crystal semiconductor layer 124, it is preferable to perform it after the planarization step and before the heat treatment. That is, by performing heat treatment after the thinning treatment, damage to the surface of the single crystal semiconductor layer 124 due to the etching of the thinning treatment can be repaired.

本実施の形態で説明した方法を用いることによって、耐熱性が低いガラス等の基板をベース基板として用いた場合であっても、当該ベース基板上に設けられた単結晶半導体層の表面を十分に平坦化することができる。   By using the method described in this embodiment, the surface of the single crystal semiconductor layer provided over the base substrate can be sufficiently obtained even when a substrate such as glass with low heat resistance is used as the base substrate. It can be flattened.

(実施の形態2)
本実施の形態では、図1で示したSOI基板の製造プロセスにおいて、単結晶半導体基板100とベース基板120との貼り合わせ方法に関して図面を参照して詳細に説明する。しかしながら、本発明は、本実施の形態で説明する構成に限定されるものではない。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a method for bonding the single crystal semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 in the manufacturing process of the SOI substrate illustrated in FIG. 1 will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the configuration described in this embodiment.

まず、単結晶半導体基板100を準備する(図2(A−1)参照)。単結晶半導体基板100の表面は、あらかじめ硫酸過水(SPM)、アンモニア過水(APM)、塩酸過水(HPM)、希フッ酸(DHF)等を用いて適宜洗浄することが汚染除去の点から好ましい。また、希フッ酸とオゾン水を交互に吐出して洗浄してもよい。   First, the single crystal semiconductor substrate 100 is prepared (see FIG. 2A-1). The surface of the single crystal semiconductor substrate 100 may be cleaned appropriately in advance using sulfuric acid / hydrogen peroxide (SPM), ammonia / hydrogen peroxide (APM), hydrochloric acid / hydrogen peroxide (HPM), dilute hydrofluoric acid (DHF), etc. To preferred. Further, cleaning may be performed by alternately discharging dilute hydrofluoric acid and ozone water.

次に、単結晶半導体基板100の表面に酸化膜132を形成する(図2(A−2)参照)。   Next, an oxide film 132 is formed on the surface of the single crystal semiconductor substrate 100 (see FIG. 2A-2).

酸化膜132の一例としては、酸化シリコン膜もしくは酸化窒化シリコン膜の単層膜、またはこれらを積層させた膜を用いることができる。酸化膜132は、熱酸化法、CVD法、またはスパッタリング法等を用いて形成すればよい。特に、CVD法を用いて酸化膜132を形成する場合には、テトラエトキシシラン(略称;TEOS:化学式Si(OC)等の有機シランを用いて作製される酸化シリコン膜を酸化膜132に用いることが生産性の点から好ましい。 As an example of the oxide film 132, a single-layer film of a silicon oxide film or a silicon oxynitride film, or a film in which these layers are stacked can be used. The oxide film 132 may be formed by a thermal oxidation method, a CVD method, a sputtering method, or the like. In particular, when the oxide film 132 is formed using a CVD method, a silicon oxide film formed using an organic silane such as tetraethoxysilane (abbreviation: TEOS: chemical formula Si (OC 2 H 5 ) 4 ) is oxidized. Use in the membrane 132 is preferable from the viewpoint of productivity.

本実施の形態では、単結晶半導体基板100に熱酸化処理を行うことにより酸化膜132(ここでは、SiOx膜)を形成する。熱酸化処理は、酸化性雰囲気中にハロゲンを添加して行うことが好ましい。   In this embodiment, an oxide film 132 (here, a SiOx film) is formed by performing thermal oxidation treatment on the single crystal semiconductor substrate 100. The thermal oxidation treatment is preferably performed by adding halogen in an oxidizing atmosphere.

例えば、塩素(Cl)が添加された酸化性雰囲気中で単結晶半導体基板100に熱酸化処理を行うことにより、塩素酸化された酸化膜132を形成する。この場合、酸化膜132は、塩素原子を含有した膜となる。   For example, the single crystal semiconductor substrate 100 is subjected to thermal oxidation treatment in an oxidizing atmosphere to which chlorine (Cl) is added, so that the oxide film 132 subjected to chlorine oxidation is formed. In this case, the oxide film 132 is a film containing chlorine atoms.

酸化膜132中に含有された塩素原子は、歪みを形成する。その結果、酸化膜132の水分に対する吸収割合が向上し、拡散速度が増大する。つまり、酸化膜132表面に水分が存在する場合に、当該表面に存在する水分を酸化膜132中に素早く吸収し、拡散させることができる。   Chlorine atoms contained in the oxide film 132 form strain. As a result, the moisture absorption ratio of the oxide film 132 is improved and the diffusion rate is increased. That is, when moisture is present on the surface of the oxide film 132, moisture present on the surface can be quickly absorbed and diffused into the oxide film 132.

熱酸化処理の一例としては、酸素に対し塩化水素(HCl)を0.5〜10体積%(好ましくは2体積%)の割合で含む酸化性雰囲気中で、900℃〜1150℃の温度(代表的には1000℃)で行うことができる。処理時間は0.1〜6時間、好ましくは0.5〜1時間とすればよい。熱酸化処理により形成される酸化膜の膜厚は、10nm〜1000nm(好ましくは50nm〜300nm)、例えば100nmの厚さとすればよい。   As an example of the thermal oxidation treatment, a temperature of 900 ° C. to 1150 ° C. (typical) in an oxidizing atmosphere containing hydrogen chloride (HCl) at a ratio of 0.5 to 10% by volume (preferably 2% by volume) with respect to oxygen. Specifically, it can be performed at 1000 ° C.). The treatment time may be 0.1 to 6 hours, preferably 0.5 to 1 hour. The thickness of the oxide film formed by the thermal oxidation treatment may be 10 nm to 1000 nm (preferably 50 nm to 300 nm), for example, 100 nm.

本実施の形態では、酸化膜132に含まれる塩素原子の濃度を1×1017atoms/cm〜1×1021atoms/cmとなるように制御する。酸化膜132に塩素原子を含有させることによって外因性不純物である重金属(例えば、Fe、Cr、Ni、Mo等)を捕集し、単結晶半導体基板100の汚染を防止することができる。 In this embodiment, the concentration of chlorine atoms contained in the oxide film 132 is controlled to be 1 × 10 17 atoms / cm 3 to 1 × 10 21 atoms / cm 3 . By including chlorine atoms in the oxide film 132, heavy metals (eg, Fe, Cr, Ni, Mo, etc.) that are extrinsic impurities can be collected and contamination of the single crystal semiconductor substrate 100 can be prevented.

また、酸化膜132として、HCl酸化等によって膜中に塩素等のハロゲンを含ませることにより、単結晶半導体基板に悪影響を与える不純物(例えば、Na等の可動イオン)をゲッタリングすることができる。つまり、酸化膜132を形成した後に行われる熱処理により、単結晶半導体基板に含まれる不純物が酸化膜132に析出し、ハロゲン(例えば塩素)と反応して捕獲されることとなる。それにより酸化膜132中に捕集した当該不純物を固定して単結晶半導体基板100の汚染を防ぐことができる。また、酸化膜132はガラス基板と貼り合わせた場合に、ガラスに含まれるNa等の不純物を固定する膜として機能しうる。   In addition, when the oxide film 132 includes halogen such as chlorine by HCl oxidation or the like, impurities (for example, movable ions such as Na) that adversely affect the single crystal semiconductor substrate can be gettered. In other words, by heat treatment performed after the oxide film 132 is formed, impurities contained in the single crystal semiconductor substrate are deposited on the oxide film 132 and are captured by reacting with halogen (eg, chlorine). Accordingly, the impurity collected in the oxide film 132 can be fixed and contamination of the single crystal semiconductor substrate 100 can be prevented. Further, the oxide film 132 can function as a film for fixing impurities such as Na contained in the glass when bonded to a glass substrate.

特に、酸化膜132として、HCl酸化等によって膜中に塩素等のハロゲンを含ませることは、半導体基板の洗浄が不十分である場合や、繰り返し再利用して用いられる半導体基板の汚染除去に有効となる。   In particular, inclusion of halogen such as chlorine in the film as the oxide film 132 by HCl oxidation or the like is effective in removing contamination of a semiconductor substrate that is used repeatedly or repeatedly when the semiconductor substrate is not sufficiently cleaned. It becomes.

また、酸化膜132に含有させるハロゲン原子としては塩素原子に限られず、例えば酸化膜132にフッ素原子を含有させてもよい。単結晶半導体基板100の表面をフッ素酸化するには、単結晶半導体基板100表面にフッ酸に浸漬した後に酸化性雰囲気中で熱酸化処理を行うことや、NFを酸化性雰囲気に添加して熱酸化処理を行えばよい。 Further, the halogen atoms contained in the oxide film 132 are not limited to chlorine atoms. For example, the oxide film 132 may contain fluorine atoms. In order to fluorinate the surface of the single crystal semiconductor substrate 100, the surface of the single crystal semiconductor substrate 100 is immersed in hydrofluoric acid and then subjected to thermal oxidation treatment in an oxidizing atmosphere, or NF 3 is added to the oxidizing atmosphere. Thermal oxidation treatment may be performed.

次に、運動エネルギーを有するイオンを単結晶半導体基板100に照射することにより、単結晶半導体基板100の所定の深さに結晶構造が損傷された脆化領域104を形成する(図2(A−3)参照)。図2(A−3)に示すように、酸化膜132を介して、加速されたイオン103を単結晶半導体基板100に照射することで、単結晶半導体基板100の表面から所定の深さの領域にイオン103が添加され、脆化領域104を形成することができる。イオン103は、ソースガスを励起して、ソースガスのプラズマを生成し、このプラズマに含まれるイオンを、電界の作用によりプラズマから引き出して、加速したイオンである。   Next, by irradiating the single crystal semiconductor substrate 100 with ions having kinetic energy, an embrittled region 104 having a damaged crystal structure is formed at a predetermined depth of the single crystal semiconductor substrate 100 (FIG. 2A-A). 3)). As shown in FIG. 2A-3, a region having a predetermined depth from the surface of the single crystal semiconductor substrate 100 is obtained by irradiating the single crystal semiconductor substrate 100 with the accelerated ions 103 through the oxide film 132. The ions 103 can be added to the fragile regions 104 to be formed. The ions 103 are ions that are excited by generating a plasma of the source gas by exciting the source gas and extracting ions contained in the plasma from the plasma by the action of an electric field.

脆化領域104が形成される領域の深さは、イオン103の運動エネルギー、質量と電荷、イオン103の入射角によって調節することができる。ここで、運動エネルギーは加速電圧、ドーズ量等により調節できる。脆化領域104は、イオン103の平均侵入深さとほぼ同じ深さの領域に形成されるため、イオン103を添加する深さで、単結晶半導体基板100から分離される単結晶半導体層の厚さが決定される。本実施の形態では、単結晶半導体層の厚さが10nm以上500nm以下、好ましくは50nm以上200nm以下になるように、脆化領域104が形成される深さを調節する。   The depth of the region where the embrittlement region 104 is formed can be adjusted by the kinetic energy, mass and charge of the ions 103, and the incident angle of the ions 103. Here, the kinetic energy can be adjusted by the acceleration voltage, the dose amount, and the like. Since the embrittlement region 104 is formed in a region having a depth substantially equal to the average penetration depth of the ions 103, the thickness of the single crystal semiconductor layer separated from the single crystal semiconductor substrate 100 at a depth to which the ions 103 are added. Is determined. In this embodiment, the depth at which the embrittlement region 104 is formed is adjusted so that the thickness of the single crystal semiconductor layer is 10 nm to 500 nm, preferably 50 nm to 200 nm.

脆化領域104は、イオンドーピング装置を用いたイオンドーピング処理によって形成することが好ましいが、イオン注入装置を用いたイオン注入処理によって形成することもできる。イオンドーピング装置の代表的な装置は、プロセスガスをプラズマ励起して生成された全てのイオン種をチャンバー内に配置された被処理体に照射する非質量分離型の装置である。非質量分離型の装置であるのは、プラズマ中のイオン種を質量分離しないで、全てのイオン種を被処理体に照射しているからである。これに対して、イオン注入装置は質量分離型の装置である。イオン注入装置は、プラズマ中のイオン種を質量分離し、ある特定の質量のイオン種を被処理体に照射する装置である。   The embrittlement region 104 is preferably formed by an ion doping process using an ion doping apparatus, but can also be formed by an ion implantation process using an ion implantation apparatus. A typical ion doping apparatus is a non-mass separation type apparatus that irradiates an object to be processed disposed in a chamber with all ion species generated by plasma excitation of a process gas. The non-mass separation type apparatus is because the object to be processed is irradiated with all ion species without mass separation of ion species in the plasma. On the other hand, the ion implantation apparatus is a mass separation type apparatus. An ion implantation apparatus is an apparatus that mass-separates ion species in plasma and irradiates a target object with ion species having a specific mass.

イオンドーピング装置の主要な構成は、被処理物を配置するチャンバー、所望のイオンを発生させるイオン源、およびイオンを加速し、照射するための加速機構である。イオン源は、所望のイオン種を生成するためのソースガスを供給するガス供給装置、ソースガスを励起して、プラズマを生成させるための電極等で構成される。プラズマを形成するための電極として、フィラメント型の電極や容量結合高周波放電用の電極等が用いられる。加速機構は、引出電極、加速電極、減速電極、接地電極等等の電極、及びこれらの電極に電力を供給するための電源等で構成される。加速機構を構成する電極には複数の開口やスリットが設けられており、イオン源で生成されたイオンは電極に設けられた開口やスリットを通過して加速される。なお、イオンドーピング装置の構成は上述したものに限定されず、必要に応じた機構が設けられる。   The main components of the ion doping apparatus are a chamber in which an object to be processed is arranged, an ion source for generating desired ions, and an acceleration mechanism for accelerating and irradiating ions. The ion source includes a gas supply device that supplies a source gas for generating a desired ion species, an electrode for generating a plasma by exciting the source gas, and the like. As an electrode for forming plasma, a filament-type electrode, an electrode for capacitively coupled high-frequency discharge, or the like is used. The acceleration mechanism includes electrodes such as an extraction electrode, an acceleration electrode, a deceleration electrode, and a ground electrode, and a power source for supplying power to these electrodes. The electrode constituting the acceleration mechanism is provided with a plurality of openings and slits, and ions generated by the ion source are accelerated through the openings and slits provided in the electrodes. Note that the configuration of the ion doping apparatus is not limited to that described above, and a mechanism according to need is provided.

本実施形態では、イオンドーピング装置で、水素を単結晶半導体基板100に添加する。このとき、プラズマソースガスとして水素を含むガス(例えば、H)を供給する。水素ガスを励起してプラズマを生成し、質量分離せずにプラズマ中に含まれるイオンを加速し、この加速されたイオンを単結晶半導体基板100に照射する。 In this embodiment, hydrogen is added to the single crystal semiconductor substrate 100 with an ion doping apparatus. At this time, a gas containing hydrogen (for example, H 2 ) is supplied as a plasma source gas. Hydrogen gas is excited to generate plasma, ions contained in the plasma are accelerated without mass separation, and the single crystal semiconductor substrate 100 is irradiated with the accelerated ions.

ここで、水素ガスから生成されるイオン種(H、H 、H )の総量に対してH の割合が50%以上となるように単結晶半導体基板100にイオンを照射する。そして、好ましくは、H の割合を80%以上とする。イオンドーピング装置は質量分離を行わないため、プラズマ中に生成される複数のイオン種のうち、1つ(H )を50%以上とすることが好ましく、80%以上とすることが好ましい。同じ質量のイオンを照射することで、単結晶半導体基板100の同じ深さに集中させてイオンを添加することができる。 Here, the single crystal semiconductor substrate 100 is irradiated with ions so that the ratio of H 3 + to the total amount of ion species (H + , H 2 + , H 3 + ) generated from hydrogen gas is 50% or more. To do. And preferably, the ratio of H 3 + is 80% or more. Since the ion doping apparatus does not perform mass separation, one (H 3 + ) of a plurality of ion species generated in plasma is preferably 50% or more, and more preferably 80% or more. By irradiation with ions having the same mass, ions can be added while being concentrated at the same depth in the single crystal semiconductor substrate 100.

脆化領域104を浅い領域に形成するためには、イオン103の加速電圧を低くする必要があるが、プラズマ中のH イオンの割合を高くすることで、水素イオンを効率よく、単結晶半導体基板100に添加できる。H イオンはHイオンの3倍の質量を持つことから、同じ深さに水素原子を1つ添加する場合、H イオンの加速電圧は、Hイオンの加速電圧の3倍にすることが可能となる。イオンの加速電圧を大きくできれば、イオンの照射工程のタクトタイムを短縮することが可能となり、生産性やスループットの向上を図ることができる。 In order to form the embrittled region 104 in a shallow region, the acceleration voltage of the ions 103 needs to be lowered. However, by increasing the proportion of H 3 + ions in the plasma, hydrogen ions can be efficiently converted into a single crystal. It can be added to the semiconductor substrate 100. Since H 3 + ions have a mass three times that of H + ions, when one hydrogen atom is added at the same depth, the acceleration voltage of H 3 + ions is three times the acceleration voltage of H + ions. It becomes possible to do. If the acceleration voltage of ions can be increased, the tact time of the ion irradiation process can be shortened, and productivity and throughput can be improved.

イオンドーピング装置は廉価で、大面積処理に優れているため、このようなイオンドーピング装置を用いてH を照射することで、半導体特性の向上、大面積化、低コスト化、生産性向上等の顕著な効果を得ることができる。また、イオンドーピング装置を用いた場合、重金属も単結晶半導体基板100に同時に導入されるおそれがあるが、塩素原子を含有する酸化膜132を介してイオンの照射を行うことによって、重金属による単結晶半導体基板100の汚染を防ぐことができる。 Since the ion doping apparatus is inexpensive and excellent in large area processing, irradiation with H 3 + using such an ion doping apparatus improves the semiconductor characteristics, increases the area, reduces the cost, and improves the productivity. A remarkable effect such as can be obtained. In addition, when an ion doping apparatus is used, heavy metal may be introduced into the single crystal semiconductor substrate 100 at the same time. However, by irradiating ions through the oxide film 132 containing chlorine atoms, a single crystal made of heavy metal is used. Contamination of the semiconductor substrate 100 can be prevented.

なお、前述したように、加速されたイオン103を単結晶半導体基板100に照射する工程は、イオン注入装置で行うこともできる。イオン注入装置は、チャンバー内に配置された被処理体に、ソースガスをプラズマ励起して生成された複数のイオン種を質量分離し、特定のイオン種を照射する質量分離型の装置である。したがって、イオン注入装置を用いる場合は、水素ガスやPHを励起して生成されたHイオンおよびH イオンを質量分離して、HイオンまたはH イオンの一方のイオンを加速して、単結晶半導体基板100に照射する。 Note that as described above, the step of irradiating the single crystal semiconductor substrate 100 with the accelerated ions 103 can be performed with an ion implantation apparatus. The ion implantation apparatus is a mass separation type apparatus that mass-separates a plurality of ion species generated by plasma-exciting a source gas from a target object disposed in a chamber and irradiates specific ion species. Therefore, when an ion implantation apparatus is used, H + ions and H 2 + ions generated by exciting hydrogen gas or PH 3 are mass-separated to accelerate one of the H + ions or the H 2 + ions. Then, the single crystal semiconductor substrate 100 is irradiated.

次に、ベース基板120を準備する(図2(B−1)参照)。ベース基板120を用いるに際し、ベース基板120の表面を予め洗浄しておくことが好ましい。具体的には、ベース基板120の表面を、塩酸過水(HPM)、硫酸過水(SPM)、アンモニア過水(APM)、希フッ酸(DHF)等を用いて超音波洗浄を行う。このような洗浄処理を行うことによって、ベース基板120表面の平坦化や残存する研磨粒子を除去することができる。   Next, the base substrate 120 is prepared (see FIG. 2B-1). When using the base substrate 120, it is preferable to clean the surface of the base substrate 120 in advance. Specifically, the surface of the base substrate 120 is subjected to ultrasonic cleaning using hydrochloric acid / hydrogen peroxide (HPM), sulfuric acid / hydrogen peroxide (SPM), ammonia / hydrogen peroxide (APM), dilute hydrofluoric acid (DHF), or the like. By performing such a cleaning process, the surface of the base substrate 120 can be planarized and the remaining abrasive particles can be removed.

次に、ベース基板120の表面に絶縁層121(例えば、窒化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜等の窒素を含有する絶縁膜)を形成する(図2(B−2)参照)。   Next, an insulating layer 121 (eg, an insulating film containing nitrogen such as a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film) is formed over the surface of the base substrate 120 (see FIG. 2B-2).

本実施の形態において、絶縁層121は、単結晶半導体基板100上に設けられた酸化膜132と貼り合わされる層(接合層)となる。また、ベース基板としてガラス基板を用いた場合、絶縁層121は、後にベース基板上に単結晶構造を有する単結晶半導体層を設けた際に、ベース基板に含まれるNa(ナトリウム)等の不純物が単結晶半導体層に拡散することを防ぐためのバリア層として機能する。   In this embodiment, the insulating layer 121 is a layer (a bonding layer) bonded to the oxide film 132 provided over the single crystal semiconductor substrate 100. In the case where a glass substrate is used as the base substrate, the insulating layer 121 has impurities such as Na (sodium) contained in the base substrate when a single crystal semiconductor layer having a single crystal structure is provided over the base substrate later. It functions as a barrier layer for preventing diffusion into the single crystal semiconductor layer.

また、絶縁層121は接合層となるため、接合不良を抑制するために絶縁層121の表面を平滑にしておくことが好ましい。具体的には、絶縁層121の表面の平均面粗さ(Ra)を0.5nm以下、自乗平均粗さ(Rms)を0.60nm以下、より好ましくは、平均面粗さを0.35nm以下、自乗平均粗さを0.45nm以下となるように絶縁層121を形成することが好ましい。絶縁層121の表面を平滑にするためには、例えばパルス変調した電力(高周波電力)を印加してプラズマを生成するプラズマCVD装置を用いて絶縁層121を形成することが好ましいが、必ずしもこの方法に限定されるものではなく、その他のCVD法、またはスパッタリング法等により形成してもよい。なお、絶縁膜の膜厚は、10nm以上200nm以下、好ましくは50nm以上100nm以下の範囲とするとよい。   Further, since the insulating layer 121 serves as a bonding layer, it is preferable to smooth the surface of the insulating layer 121 in order to suppress bonding defects. Specifically, the average surface roughness (Ra) of the surface of the insulating layer 121 is 0.5 nm or less, the root mean square roughness (Rms) is 0.60 nm or less, and more preferably the average surface roughness is 0.35 nm or less. The insulating layer 121 is preferably formed so that the root mean square roughness is 0.45 nm or less. In order to smooth the surface of the insulating layer 121, it is preferable to form the insulating layer 121 using a plasma CVD apparatus that generates plasma by applying pulse-modulated power (high-frequency power), for example. However, the present invention is not limited to this, and other CVD methods or sputtering methods may be used. Note that the thickness of the insulating film is greater than or equal to 10 nm and less than or equal to 200 nm, preferably greater than or equal to 50 nm and less than or equal to 100 nm.

次に、単結晶半導体基板100の表面とベース基板120の表面とを対向させ、酸化膜132の表面と絶縁層121の表面とを接合させる(図2(C)参照)。   Next, the surface of the single crystal semiconductor substrate 100 and the surface of the base substrate 120 are opposed to each other, and the surface of the oxide film 132 and the surface of the insulating layer 121 are bonded (see FIG. 2C).

本実施の形態では、単結晶半導体基板100とベース基板120とを、酸化膜132及び絶縁層121を介して密着させた後、単結晶半導体基板100の一箇所に1〜500N/cm、好ましくは1〜20N/cm程度の圧力を加える。圧力を加えた部分から酸化膜132と絶縁層121とが接合しはじめ、自発的に接合が形成され全面に及ぶ。この接合工程は、ファンデルワールス力や水素結合が作用しており、加熱処理を伴わず、常温で行うことができるため、ベース基板120としてガラス基板の如き耐熱温度が低い基板を用いることができる。 In this embodiment mode, after the single crystal semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 are closely attached to each other through the oxide film 132 and the insulating layer 121, 1 to 500 N / cm 2 , preferably at one place of the single crystal semiconductor substrate 100. Applies a pressure of about 1 to 20 N / cm 2 . The oxide film 132 and the insulating layer 121 start to be joined from the portion to which pressure is applied, and the junction is spontaneously formed and reaches the entire surface. Since this bonding process is performed at room temperature without van der Waals force or hydrogen bonding and without heat treatment, a substrate having a low heat-resistant temperature such as a glass substrate can be used as the base substrate 120. .

なお、単結晶半導体基板100とベース基板120との貼り合わせを行う前に、単結晶半導体基板100上に形成された酸化膜132と、ベース基板120上に形成された絶縁層121の表面処理を予め行うことが好ましい。   Note that before the single crystal semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 are bonded to each other, surface treatment of the oxide film 132 formed over the single crystal semiconductor substrate 100 and the insulating layer 121 formed over the base substrate 120 is performed. It is preferable to carry out in advance.

表面処理としては、プラズマ処理、オゾン処理、メガソニック洗浄、2流体洗浄(純水や水素添加水等の機能水を窒素等のキャリアガスとともに吹き付ける方法)、またはこれらの方法を適宜組み合わせて行うことができる。特に、酸化膜132、絶縁層121の少なくとも一方の表面にプラズマ処理を行った後に、オゾン処理、メガソニック洗浄、または2流体洗浄を行うことによって、酸化膜132、絶縁層121表面の有機物等のゴミを除去し、表面を親水化することができる。この結果、酸化膜132と絶縁層121の接合強度をさらに向上させることができる。   As the surface treatment, plasma treatment, ozone treatment, megasonic cleaning, two-fluid cleaning (a method of spraying functional water such as pure water or hydrogenated water together with a carrier gas such as nitrogen), or a combination of these methods as appropriate. Can do. In particular, after plasma treatment is performed on at least one surface of the oxide film 132 and the insulating layer 121, ozone treatment, megasonic cleaning, or two-fluid cleaning is performed, so that the organic matter on the surface of the oxide film 132 and the insulating layer 121 is removed. Dust can be removed and the surface can be hydrophilized. As a result, the bonding strength between the oxide film 132 and the insulating layer 121 can be further improved.

また、酸化膜132と絶縁層121を接合させた後、接合強度を増加させるための熱処理を行うことが好ましい。この熱処理の温度は、脆化領域104に亀裂を発生させない程度の温度とする。例えば、室温以上400℃未満の温度範囲で熱処理する。また、この温度範囲で加熱しながら、酸化膜132と絶縁層121を接合させてもよい。熱処理の加熱手段としては、拡散炉、抵抗加熱炉等の加熱炉、RTA(瞬間熱アニール、Rapid Thermal Anneal)装置、マイクロ波加熱装置等を用いることができる。   Further, after the oxide film 132 and the insulating layer 121 are bonded, heat treatment for increasing the bonding strength is preferably performed. The temperature of this heat treatment is set to a temperature that does not cause cracks in the embrittled region 104. For example, heat treatment is performed in a temperature range of room temperature to less than 400 ° C. Alternatively, the oxide film 132 and the insulating layer 121 may be bonded while heating in this temperature range. As a heating means for the heat treatment, a heating furnace such as a diffusion furnace or a resistance heating furnace, an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus, a microwave heating apparatus, or the like can be used.

一般的に、酸化膜132と絶縁層121を接合と同時または接合させた後に熱処理を行うと、接合界面において脱水反応が進行し、接合界面同士が近づき、水素結合の強化や共有結合が形成されることにより接合が強化される。脱水反応を促進させるためには、脱水反応により接合界面に生じる水分を高温で熱処理を行うことにより除去する必要がある。つまり、接合後の熱処理温度が低い場合には、脱水反応で接合界面に生じた水分を効果的に除去できないため、脱水反応が進まず接合強度を十分に向上させることが難しい。   In general, when heat treatment is performed at the same time as or after bonding the oxide film 132 and the insulating layer 121, a dehydration reaction proceeds at the bonding interface, the bonding interfaces approach each other, and hydrogen bonds are strengthened or covalent bonds are formed. This strengthens the bonding. In order to promote the dehydration reaction, it is necessary to remove moisture generated at the bonding interface by the dehydration reaction by performing a heat treatment at a high temperature. In other words, when the heat treatment temperature after bonding is low, moisture generated at the bonding interface due to the dehydration reaction cannot be effectively removed, so that the dehydration reaction does not proceed and it is difficult to sufficiently improve the bonding strength.

一方で、酸化膜132として、塩素原子等を含有させた酸化膜を用いた場合、当該酸化膜132が水分を吸収し拡散させることができるため、接合後の熱処理を低温で行う場合であっても、脱水反応で接合界面に生じた水分を酸化膜132へ吸収、拡散させ脱水反応を効率良く促進させることができる。この場合、ベース基板120としてガラス等の耐熱性が低い基板を用いた場合であっても、酸化膜132と絶縁層121の接合強度を十分に向上させることが可能となる。また、バイアス電圧を印加してプラズマ処理を行うことにより、酸化膜132の表面近傍にマイクロポアを形成し、水分を効果的に吸収し拡散させ、低温であっても酸化膜132と絶縁層121の接合強度を向上させることができる。   On the other hand, when an oxide film containing chlorine atoms or the like is used as the oxide film 132, the oxide film 132 can absorb and diffuse moisture, and thus heat treatment after bonding is performed at a low temperature. However, the moisture generated at the bonding interface by the dehydration reaction can be absorbed and diffused into the oxide film 132 to efficiently promote the dehydration reaction. In this case, even when a substrate having low heat resistance such as glass is used as the base substrate 120, the bonding strength between the oxide film 132 and the insulating layer 121 can be sufficiently improved. Further, by performing a plasma treatment by applying a bias voltage, micropores are formed in the vicinity of the surface of the oxide film 132 to effectively absorb and diffuse moisture, and the oxide film 132 and the insulating layer 121 can be diffused even at a low temperature. It is possible to improve the bonding strength.

次に、熱処理を行い脆化領域104にて分離することにより、ベース基板120上に、酸化膜132及び絶縁層121を介して単結晶半導体層124を設ける(図2(D)参照)。   Next, heat treatment is performed and separation at the embrittled region 104 is performed, so that the single crystal semiconductor layer 124 is provided over the base substrate 120 with the oxide film 132 and the insulating layer 121 interposed therebetween (see FIG. 2D).

熱処理を行うことにより、温度上昇によって脆化領域104に形成されている微小な孔には、添加された元素が析出し、内部の圧力が上昇する。圧力の上昇により、脆化領域104の微小な孔に体積変化が起こり、脆化領域104に亀裂が生じるので、脆化領域104に沿って単結晶半導体基板100が劈開する。酸化膜132はベース基板120に接合しているので、ベース基板120上には単結晶半導体基板100から分離された単結晶半導体層124が形成される。なお、ここでの熱処理の温度は、ベース基板120の歪み点を越えない温度とする。   By performing the heat treatment, the added element is precipitated in the minute holes formed in the embrittled region 104 due to the temperature rise, and the internal pressure rises. The increase in pressure causes a change in volume in a minute hole in the embrittled region 104 and a crack occurs in the embrittled region 104, so that the single crystal semiconductor substrate 100 is cleaved along the embrittled region 104. Since the oxide film 132 is bonded to the base substrate 120, the single crystal semiconductor layer 124 separated from the single crystal semiconductor substrate 100 is formed over the base substrate 120. Note that the heat treatment temperature here is set so as not to exceed the strain point of the base substrate 120.

この熱処理の加熱手段としては、拡散炉、抵抗加熱炉等の加熱炉、RTA(瞬間熱アニール、Rapid Thermal Anneal)装置、マイクロ波加熱装置等を用いることができる。例えば、RTA装置を用いる場合、加熱温度550℃以上730℃以下、処理時間0.5分以上60分以内で行うことができる。   As a heating means for the heat treatment, a heating furnace such as a diffusion furnace or a resistance heating furnace, an RTA (rapid thermal annealing) apparatus, a microwave heating apparatus, or the like can be used. For example, when an RTA apparatus is used, the heating can be performed at a heating temperature of 550 ° C. or more and 730 ° C. or less and a treatment time of 0.5 minutes or more and 60 minutes or less.

なお、上述したベース基板120と酸化膜132との接合強度を増加させるための熱処理を行わず、図2(D)における熱処理のみを行うことにより、酸化膜132と絶縁層121との接合強度の増加の熱処理工程と、脆化領域104における分離の熱処理工程を同時に行ってもよい。   Note that the heat treatment for increasing the bonding strength between the base substrate 120 and the oxide film 132 is not performed, and only the heat treatment in FIG. 2D is performed, so that the bonding strength between the oxide film 132 and the insulating layer 121 can be increased. The increase heat treatment step and the separation heat treatment step in the embrittled region 104 may be performed simultaneously.

以上の工程により、ベース基板120上に酸化膜132及び絶縁層121を介して単結晶半導体層124が設けられたSOI基板を作製することができる。   Through the above steps, an SOI substrate in which the single crystal semiconductor layer 124 is provided over the base substrate 120 with the oxide film 132 and the insulating layer 121 interposed therebetween can be manufactured.

本実施の形態で説明した貼り合わせ方法を用いることによって、絶縁層121を接合層として用いた場合であっても、ベース基板120と単結晶半導体層124との接合強度を向上させ、信頼性を向上させることができる。そして、ベース基板120としてガラス基板を用いた場合であっても、ベース基板120上に形成される単結晶半導体層124への不純物の拡散を抑制すると共に、ベース基板120と単結晶半導体層124とが強固に密着したSOI基板を形成することができる。   By using the bonding method described in this embodiment, even when the insulating layer 121 is used as a bonding layer, the bonding strength between the base substrate 120 and the single crystal semiconductor layer 124 can be improved and reliability can be improved. Can be improved. Even when a glass substrate is used as the base substrate 120, diffusion of impurities into the single crystal semiconductor layer 124 formed over the base substrate 120 is suppressed, and the base substrate 120 and the single crystal semiconductor layer 124 are used. Can be formed.

また、ベース基板側に窒素を含有する絶縁膜を形成し、半導体基板側に塩素等のハロゲンを有する酸化膜を形成することにより、作製工程を簡略化すると共にベース基板との貼り合わせ前に当該半導体基板へ不純物元素が浸入することを抑制することができる。また、半導体基板側に設ける接合層として塩素等のハロゲンを有する酸化膜を形成することにより、接合後の熱処理を低温で行う場合であっても、脱水反応が効率良く促進され、接合強度を向上させることができる。   In addition, an insulating film containing nitrogen is formed on the base substrate side, and an oxide film having a halogen such as chlorine is formed on the semiconductor substrate side, thereby simplifying the manufacturing process and before bonding to the base substrate. An impurity element can be prevented from entering the semiconductor substrate. In addition, by forming an oxide film containing halogen such as chlorine as a bonding layer provided on the semiconductor substrate side, even when heat treatment after bonding is performed at a low temperature, the dehydration reaction is efficiently promoted and the bonding strength is improved. Can be made.

なお、分離された単結晶半導体基板100は、上記実施の形態1で示したようにSOI基板の製造プロセスにおいて、再利用することができる。   Note that the separated single crystal semiconductor substrate 100 can be reused in the manufacturing process of an SOI substrate as described in Embodiment Mode 1.

なお、本実施の形態では、単結晶半導体基板100上に酸化膜132を形成し、ベース基板120上に絶縁層121を形成する場合を示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、単結晶半導体基板100上に酸化膜132と絶縁層121(例えば、窒素を含有する絶縁膜)を順に積層させて形成し、酸化膜132上に形成された絶縁層121の表面とベース基板120との表面とを接合させるようにしてもよい。この場合、絶縁層121は脆化領域104の形成前に設けてもよいし、脆化領域104の形成後に設けてもよい。また、酸化膜132上に形成された絶縁層121上に、さらに酸化膜(例えば、酸化シリコン膜)を形成し、当該酸化膜の表面とベース基板120の表面とを接合させるようにしてもよい。   Note that although the case where the oxide film 132 is formed over the single crystal semiconductor substrate 100 and the insulating layer 121 is formed over the base substrate 120 is described in this embodiment mode, the present invention is not limited to this structure. Absent. For example, the oxide film 132 and the insulating layer 121 (for example, an insulating film containing nitrogen) are sequentially stacked over the single crystal semiconductor substrate 100, and the surface of the insulating layer 121 formed over the oxide film 132 and the base substrate are formed. You may make it join the surface with 120. FIG. In this case, the insulating layer 121 may be provided before the embrittlement region 104 is formed or after the embrittlement region 104 is formed. Further, an oxide film (for example, a silicon oxide film) may be further formed over the insulating layer 121 formed over the oxide film 132, and the surface of the oxide film and the surface of the base substrate 120 may be bonded to each other. .

また、ベース基板120から単結晶半導体層124への不純物の混入がさほど問題とならないような場合等には、ベース基板120上に絶縁層121を設けず、単結晶半導体基板100上に設けられた酸化膜132の表面とベース基板120の表面とを直接接合させることができる。この場合、絶縁層121を設ける工程が省略できるため、プロセスの削減による低コスト化を図ることができる。   Further, in the case where mixing of impurities from the base substrate 120 to the single crystal semiconductor layer 124 does not cause a problem, the insulating layer 121 is not provided over the base substrate 120 and the single crystal semiconductor layer 124 is provided over the single crystal semiconductor substrate 100. The surface of the oxide film 132 and the surface of the base substrate 120 can be directly bonded. In this case, since the step of providing the insulating layer 121 can be omitted, cost reduction can be achieved by reducing the number of processes.

(実施の形態3)
本実施の形態では、SOI基板を用いて半導体装置を作製する方法の一例を説明する。より具体的には、半導体装置として、nチャネル型のTFT、及びpチャネル型のTFTを作製する方法の一例を説明する。しかしながら、本発明は、本実施の形態で説明する構成に限定されるものではない。
(Embodiment 3)
In this embodiment, an example of a method for manufacturing a semiconductor device using an SOI substrate will be described. More specifically, an example of a method for manufacturing an n-channel TFT and a p-channel TFT as a semiconductor device will be described. However, the present invention is not limited to the configuration described in this embodiment.

本実施の形態では、SOI基板として図2の工程を用いて作製したSOI基板を用いる場合について説明する。もちろん、上記実施の形態で示した他の方法で作製したSOI基板を用いることも可能である。   In this embodiment, the case where an SOI substrate manufactured using the process of FIG. 2 is used as an SOI substrate will be described. Needless to say, an SOI substrate manufactured by another method described in the above embodiment mode can also be used.

図4(A)は、図2を用いて説明した方法で作製されたSOI基板の断面図である。   FIG. 4A is a cross-sectional view of an SOI substrate manufactured by the method described with reference to FIG.

まず、エッチングにより、単結晶半導体層124を素子分離して、図4(B)に示すように半導体層251、252を形成する。半導体層251はnチャネル型のTFTを構成し、半導体層252はpチャネル型のTFTを構成する。   First, the single crystal semiconductor layer 124 is element-isolated by etching to form semiconductor layers 251 and 252 as shown in FIG. The semiconductor layer 251 constitutes an n-channel TFT, and the semiconductor layer 252 constitutes a p-channel TFT.

次に、図4(C)に示すように、半導体層251、252上に絶縁膜254を形成する。次に、絶縁膜254を介して半導体層251上にゲート電極255を形成し、半導体層252上にゲート電極256を形成する。ここで、絶縁膜254はゲート絶縁膜としての機能を有する。   Next, as illustrated in FIG. 4C, an insulating film 254 is formed over the semiconductor layers 251 and 252. Next, the gate electrode 255 is formed over the semiconductor layer 251 with the insulating film 254 interposed therebetween, and the gate electrode 256 is formed over the semiconductor layer 252. Here, the insulating film 254 functions as a gate insulating film.

なお、単結晶半導体層124のエッチングを行う前に、TFTのしきい値電圧を制御するために、ホウ素、アルミニウム、ガリウム等のp型を付与する不純物元素、またはリン、ヒ素等のn型を付与する不純物元素を単結晶半導体層124に添加することが好ましい。例えば、nチャネル型TFTが形成される領域にp型を付与する不純物元素を添加し、pチャネル型TFTが形成される領域にn型を付与する不純物元素を添加する。   Note that an impurity element imparting a p-type such as boron, aluminum, or gallium, or an n-type such as phosphorus or arsenic is used to control the threshold voltage of the TFT before the single crystal semiconductor layer 124 is etched. An impurity element to be added is preferably added to the single crystal semiconductor layer 124. For example, an impurity element imparting p-type conductivity is added to a region where an n-channel TFT is formed, and an impurity element imparting n-type conductivity is added to a region where a p-channel TFT is formed.

次に、図4(D)に示すように半導体層251にn型の低濃度不純物領域257を形成し、半導体層252にp型の高濃度不純物領域259を形成する。   Next, as illustrated in FIG. 4D, an n-type low concentration impurity region 257 is formed in the semiconductor layer 251, and a p-type high concentration impurity region 259 is formed in the semiconductor layer 252.

具体的には、pチャネル型TFTとなる半導体層252をレジストでマスクする。そして、ゲート電極255をマスクとして、イオンドーピング法またはイオン注入法によりn型を付与する不純物元素を半導体層251に添加し、自己整合的にn型の低濃度不純物領域257を形成する。なお、半導体層251のうち、ゲート電極255と重なる領域はチャネル形成領域258となる。   Specifically, the semiconductor layer 252 to be a p-channel TFT is masked with a resist. Then, an impurity element imparting n-type conductivity is added to the semiconductor layer 251 by an ion doping method or an ion implantation method using the gate electrode 255 as a mask, so that an n-type low-concentration impurity region 257 is formed in a self-aligning manner. Note that a region of the semiconductor layer 251 that overlaps with the gate electrode 255 is a channel formation region 258.

次に、半導体層252を覆うマスクを除去した後、nチャネル型TFTとなる半導体層251をレジストでマスクする。そして、ゲート電極256をマスクとして、イオンドーピング法またはイオン注入法によりp型を付与する不純物元素を半導体層252に添加し、自己整合的にp型の高濃度不純物領域259を形成する。ここで、p型の高濃度不純物領域259は、ソース領域またはドレイン領域として機能する。また、半導体層252のうち、ゲート電極256と重なる領域はチャネル形成領域260となる。   Next, after the mask covering the semiconductor layer 252 is removed, the semiconductor layer 251 to be an n-channel TFT is masked with a resist. Then, an impurity element imparting p-type conductivity is added to the semiconductor layer 252 by an ion doping method or an ion implantation method using the gate electrode 256 as a mask, so that a p-type high-concentration impurity region 259 is formed in a self-aligning manner. Here, the p-type high concentration impurity region 259 functions as a source region or a drain region. In the semiconductor layer 252, a region overlapping with the gate electrode 256 is a channel formation region 260.

また、ここでは、n型の低濃度不純物領域257を形成した後、p型の高濃度不純物領域259を形成する方法を説明したが、先にp型の高濃度不純物領域259を形成した後、n型の低濃度不純物領域257を形成することもできる。   Although the method of forming the p-type high-concentration impurity region 259 after forming the n-type low-concentration impurity region 257 has been described here, after the p-type high-concentration impurity region 259 is formed first, An n-type low concentration impurity region 257 can also be formed.

次に、半導体層251を覆うレジストを除去した後、窒化シリコン等の窒素化合物や酸化シリコン等の酸化物を用いた単層構造または積層構造の絶縁膜をプラズマCVD法等によって形成する。   Next, after removing the resist covering the semiconductor layer 251, an insulating film having a single-layer structure or a stacked structure using a nitrogen compound such as silicon nitride or an oxide such as silicon oxide is formed by a plasma CVD method or the like.

次に、この絶縁膜を、SOI基板の表面に対して垂直方向となる異方性エッチングすることで、図5(A)に示すように、ゲート電極255、256の側面に接するサイドウォール絶縁膜261、262を形成する。この異方性エッチングにより、絶縁膜254もエッチングされる。   Next, the insulating film is anisotropically etched in a direction perpendicular to the surface of the SOI substrate, so that the side wall insulating film in contact with the side surfaces of the gate electrodes 255 and 256 is formed as shown in FIG. 261 and 262 are formed. By this anisotropic etching, the insulating film 254 is also etched.

次に、図5(B)に示すように、半導体層252をレジスト265でマスクする。そして、ゲート電極255及びサイドウォール絶縁膜261をマスクとして、イオンドーピング法またはイオン注入法によりn型を付与する不純物元素を半導体層251に添加し、自己整合的にn型の高濃度不純物領域267を形成する。ここで、n型の高濃度不純物領域267は、ソース領域またはドレイン領域として機能する。   Next, as illustrated in FIG. 5B, the semiconductor layer 252 is masked with a resist 265. Then, an impurity element imparting n-type conductivity is added to the semiconductor layer 251 by an ion doping method or an ion implantation method using the gate electrode 255 and the sidewall insulating film 261 as a mask, and the n-type high-concentration impurity region 267 is self-aligned. Form. Here, the n-type high concentration impurity region 267 functions as a source region or a drain region.

次に、不純物元素の活性化のために加熱処理を行う。以上の工程により、nチャネル型のTFTとpチャネル型のTFTを有する半導体装置を作製することができるが、必要に応じて、以下の工程を追加することが好ましい。   Next, heat treatment is performed to activate the impurity elements. Through the above steps, a semiconductor device including an n-channel TFT and a p-channel TFT can be manufactured. However, it is preferable to add the following steps as necessary.

この加熱処理の後、図5(C)に示すように、水素を含む絶縁膜268を形成する。絶縁膜268を形成後、350℃以上450℃以下の温度による加熱処理を行い、絶縁膜268中に含まれる水素を半導体層251、252中に拡散させる。絶縁膜268の形成方法の一例としては、プロセス温度が350℃以下のプラズマCVD法により窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを堆積することで形成できる。半導体層251、252に水素を供給することで、半導体層251、半導体層252の層内や、これらの半導体層251、半導体層252と絶縁膜254との界面において捕獲中心となるような欠陥を効果的に補償することができる。   After this heat treatment, an insulating film 268 containing hydrogen is formed as illustrated in FIG. After the insulating film 268 is formed, heat treatment is performed at a temperature of 350 ° C. to 450 ° C., and hydrogen contained in the insulating film 268 is diffused into the semiconductor layers 251 and 252. As an example of a method for forming the insulating film 268, silicon nitride or silicon nitride oxide can be deposited by a plasma CVD method with a process temperature of 350 ° C. or lower. By supplying hydrogen to the semiconductor layers 251 and 252, defects that become trapping centers in the semiconductor layer 251 and the semiconductor layer 252 and at the interface between the semiconductor layer 251 and the semiconductor layer 252 and the insulating film 254 are formed. It can compensate effectively.

次に、絶縁膜268を覆うように層間絶縁膜269を形成する。層間絶縁膜269を構成する材料の一例としては、酸化シリコン膜、BPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)膜等の無機材料でなる絶縁膜や、ポリイミド、アクリル等の有機樹脂膜を用いることができる。また、層間絶縁膜269は単層構造としてもよいし、積層構造膜としてもよい。   Next, an interlayer insulating film 269 is formed so as to cover the insulating film 268. As an example of a material forming the interlayer insulating film 269, an insulating film made of an inorganic material such as a silicon oxide film or a BPSG (Boron Phosphorus Silicon Glass) film, or an organic resin film such as polyimide or acrylic can be used. The interlayer insulating film 269 may have a single layer structure or a stacked structure film.

次に、層間絶縁膜269にコンタクトホールを形成した後、配線270を形成する。この配線270は、ソース領域またはドレイン領域に電気的に接続されている。また、配線270の形成方法の一例として、アルミニウム膜またはアルミニウム合金膜等の低抵抗金属膜をバリアメタル膜で挟んだ3層構造の導電膜で形成することができる。バリアメタル膜としては、モリブデン、クロム、チタン等を用いることができる。   Next, after forming a contact hole in the interlayer insulating film 269, a wiring 270 is formed. The wiring 270 is electrically connected to the source region or the drain region. As an example of a method for forming the wiring 270, the wiring 270 can be formed using a conductive film having a three-layer structure in which a low-resistance metal film such as an aluminum film or an aluminum alloy film is sandwiched between barrier metal films. As the barrier metal film, molybdenum, chromium, titanium, or the like can be used.

本実施の形態では半導体装置の一例としてTFTの作製方法を説明したが、TFTに加えて、容量、抵抗等の半導体素子を一体として形成することで、高付加価値の半導体装置を作製することができる。   Although this embodiment mode describes a method for manufacturing a TFT as an example of a semiconductor device, a high-value-added semiconductor device can be manufactured by integrally forming semiconductor elements such as a capacitor and a resistor in addition to a TFT. it can.

(実施の形態4)
本実施の形態では、半導体装置の一例として、マイクロプロセッサについて説明する。図6はマイクロプロセッサ500の構成例を示すブロック図である。しかしながら、本発明は、本実施の形態で説明する構成に限定されるものではない。
(Embodiment 4)
In this embodiment, a microprocessor is described as an example of a semiconductor device. FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of the microprocessor 500. However, the present invention is not limited to the configuration described in this embodiment.

マイクロプロセッサ500は、演算回路501(Arithmetic logic unit。ALUともいう。)、演算回路制御部502(ALU Controller)、命令解析部503(Instruction Decoder)、割り込み制御部504(Interrupt Controller)、タイミング制御部505(Timing Controller)、レジスタ506(Register)、レジスタ制御部507(Register Controller)、バスインターフェース508(Bus I/F)、読み出し専用メモリ509、およびメモリインターフェース510を有している。   The microprocessor 500 includes an arithmetic circuit 501 (also referred to as Arithmetic logic unit. ALU), an arithmetic circuit controller 502 (ALU Controller), an instruction analyzer 503 (Instruction Decoder), an interrupt controller 504 (Interrupt Controller), and a timing controller. 505 (Timing Controller), a register 506 (Register), a register controller 507 (Register Controller), a bus interface 508 (Bus I / F), a read-only memory 509, and a memory interface 510.

バスインターフェース508を介してマイクロプロセッサ500に入力された命令は、命令解析部503に入力され、デコードされた後、演算回路制御部502、割り込み制御部504、レジスタ制御部507、タイミング制御部505に入力される。演算回路制御部502、割り込み制御部504、レジスタ制御部507、タイミング制御部505は、デコードされた命令に基づき様々な制御を行う。   An instruction input to the microprocessor 500 via the bus interface 508 is input to the instruction analysis unit 503 and decoded, and then to the arithmetic circuit control unit 502, the interrupt control unit 504, the register control unit 507, and the timing control unit 505. Entered. The arithmetic circuit control unit 502, the interrupt control unit 504, the register control unit 507, and the timing control unit 505 perform various controls based on the decoded instruction.

演算回路制御部502は、演算回路501の動作を制御するための信号を生成する。また、割り込み制御部504は、マイクロプロセッサ500のプログラム実行中に、外部の入出力装置や周辺回路からの割り込み要求を処理する回路であり、割り込み制御部504は、割り込み要求の優先度やマスク状態を判断して、割り込み要求を処理する。レジスタ制御部507は、レジスタ506のアドレスを生成し、マイクロプロセッサ500の状態に応じてレジスタ506の読み出しや書き込みを行う。タイミング制御部505は、演算回路501、演算回路制御部502、命令解析部503、割り込み制御部504、およびレジスタ制御部507の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えば、タイミング制御部505は、基準クロック信号CLK1を元に、内部クロック信号CLK2を生成する内部クロック生成部を備えている。図6に示すように、内部クロック信号CLK2は他の回路に入力される。   The arithmetic circuit control unit 502 generates a signal for controlling the operation of the arithmetic circuit 501. The interrupt control unit 504 is a circuit that processes an interrupt request from an external input / output device or a peripheral circuit while the microprocessor 500 is executing a program. And processing an interrupt request. The register control unit 507 generates an address of the register 506 and reads and writes the register 506 in accordance with the state of the microprocessor 500. The timing control unit 505 generates a signal that controls the operation timing of the arithmetic circuit 501, the arithmetic circuit control unit 502, the instruction analysis unit 503, the interrupt control unit 504, and the register control unit 507. For example, the timing control unit 505 includes an internal clock generation unit that generates an internal clock signal CLK2 based on the reference clock signal CLK1. As shown in FIG. 6, the internal clock signal CLK2 is input to another circuit.

次に、非接触でデータの送受信を行う機能、および演算機能を備えた半導体装置の一例を説明する。図7は、このような半導体装置の構成例を示すブロック図である。図7に示す半導体装置は、無線通信により外部装置と信号の送受信を行って動作するコンピュータ(以下、「RFCPU」という)と呼ぶことができる。   Next, an example of a semiconductor device having a function of performing transmission / reception of data without contact and an arithmetic function will be described. FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of such a semiconductor device. The semiconductor device illustrated in FIG. 7 can be referred to as a computer that operates by transmitting and receiving signals to and from an external device by wireless communication (hereinafter referred to as “RFCPU”).

図7に示すように、RFCPU511は、アナログ回路部512とデジタル回路部513を有している。アナログ回路部512として、共振容量を有する共振回路514、整流回路515、定電圧回路516、リセット回路517、発振回路518、復調回路519と、変調回路520を有している。デジタル回路部513は、RFインターフェース521、制御レジスタ522、クロックコントローラ523、インターフェース524、中央処理ユニット525、ランダムアクセスメモリ526、読み出し専用メモリ527を有している。   As illustrated in FIG. 7, the RFCPU 511 includes an analog circuit unit 512 and a digital circuit unit 513. The analog circuit portion 512 includes a resonance circuit 514 having a resonance capacity, a rectifier circuit 515, a constant voltage circuit 516, a reset circuit 517, an oscillation circuit 518, a demodulation circuit 519, and a modulation circuit 520. The digital circuit unit 513 includes an RF interface 521, a control register 522, a clock controller 523, an interface 524, a central processing unit 525, a random access memory 526, and a read only memory 527.

RFCPU511の動作の概要は以下の通りである。アンテナ528が受信した信号は共振回路514により誘導起電力を生じる。誘導起電力は、整流回路515を経て容量部529に充電される。この容量部529はセラミックコンデンサーや電気二重層コンデンサー等のキャパシタで形成されていることが好ましい。容量部529は、RFCPU511を構成する基板に集積されている必要はなく、他の部品としてRFCPU511に組み込むこともできる。   The outline of the operation of the RFCPU 511 is as follows. A signal received by the antenna 528 generates an induced electromotive force by the resonance circuit 514. The induced electromotive force is charged in the capacitor unit 529 through the rectifier circuit 515. Capacitance portion 529 is preferably formed of a capacitor such as a ceramic capacitor or an electric double layer capacitor. The capacitor portion 529 does not need to be integrated on the substrate constituting the RFCPU 511, and can be incorporated into the RFCPU 511 as another component.

リセット回路517は、デジタル回路部513をリセットし初期化する信号を生成する。例えば、電源電圧の上昇に遅延して立ち上がる信号をリセット信号として生成する。発振回路518は、定電圧回路516により生成される制御信号に応じて、クロック信号の周波数とデューティー比を変更する。復調回路519は、受信信号を復調する回路であり、変調回路520は、送信するデータを変調する回路である。   The reset circuit 517 generates a signal that resets and initializes the digital circuit portion 513. For example, a signal that rises after a rise in the power supply voltage is generated as a reset signal. The oscillation circuit 518 changes the frequency and duty ratio of the clock signal in accordance with the control signal generated by the constant voltage circuit 516. The demodulation circuit 519 is a circuit that demodulates the received signal, and the modulation circuit 520 is a circuit that modulates data to be transmitted.

例えば、復調回路519はローパスフィルタで形成され、振幅変調(ASK)方式の受信信号を、その振幅の変動をもとに、二値化する。また、送信データを振幅変調(ASK)方式の送信信号の振幅を変動させて送信するため、変調回路520は、共振回路514の共振点を変化させることで通信信号の振幅を変化させている。   For example, the demodulation circuit 519 is formed of a low-pass filter, and binarizes an amplitude modulation (ASK) reception signal based on the amplitude fluctuation. In addition, in order to transmit transmission data by changing the amplitude of an amplitude modulation (ASK) transmission signal, the modulation circuit 520 changes the amplitude of the communication signal by changing the resonance point of the resonance circuit 514.

クロックコントローラ523は、電源電圧または中央処理ユニット525における消費電流に応じてクロック信号の周波数とデューティー比を変更するための制御信号を生成している。電源電圧の監視は電源管理回路530が行っている。   The clock controller 523 generates a control signal for changing the frequency and duty ratio of the clock signal in accordance with the power supply voltage or the current consumption in the central processing unit 525. The power supply management circuit 530 monitors the power supply voltage.

アンテナ528からRFCPU511に入力された信号は復調回路519で復調された後、RFインターフェース521で制御コマンドやデータ等に分解される。制御コマンドは制御レジスタ522に格納される。制御コマンドには、読み出し専用メモリ527に記憶されているデータの読み出し、ランダムアクセスメモリ526へのデータの書き込み、中央処理ユニット525への演算命令等が含まれている。   A signal input from the antenna 528 to the RFCPU 511 is demodulated by the demodulation circuit 519 and then decomposed into a control command, data, and the like by the RF interface 521. The control command is stored in the control register 522. The control command includes reading of data stored in the read-only memory 527, writing of data to the random access memory 526, calculation instructions to the central processing unit 525, and the like.

中央処理ユニット525は、インターフェース524を介して読み出し専用メモリ527、ランダムアクセスメモリ526、制御レジスタ522にアクセスする。インターフェース524は、中央処理ユニット525が要求するアドレスより、読み出し専用メモリ527、ランダムアクセスメモリ526、制御レジスタ522のいずれかに対するアクセス信号を生成する機能を有している。   The central processing unit 525 accesses the read-only memory 527, the random access memory 526, and the control register 522 via the interface 524. The interface 524 has a function of generating an access signal for any of the read-only memory 527, the random access memory 526, and the control register 522 from the address requested by the central processing unit 525.

中央処理ユニット525の演算方式は、読み出し専用メモリ527にOS(オペレーティングシステム)を記憶させておき、起動とともにプログラムを読み出し実行する方式を採用することができる。また、専用回路で演算回路を構成して、演算処理をハードウェア的に処理する方式を採用することもできる。ハードウェアとソフトウェアを併用する方式では、専用の演算回路で一部の演算処理を行い、プログラムを使って、残りの演算を中央処理ユニット525が処理する方式を適用できる。   As a calculation method of the central processing unit 525, a method in which an OS (operating system) is stored in the read-only memory 527 and a program is read and executed together with activation can be employed. Further, it is also possible to adopt a method in which an arithmetic circuit is configured by a dedicated circuit and arithmetic processing is processed in hardware. In the system using both hardware and software, a system in which a part of arithmetic processing is performed by a dedicated arithmetic circuit and the remaining arithmetic operations are processed by the central processing unit 525 using a program can be applied.

(実施の形態5)
本実施の形態では、SOI基板を用いて表示装置を作製する方法の一例について説明する。しかしながら、本発明は、本実施の形態で説明する構成に限定されるものではない。
(Embodiment 5)
In this embodiment, an example of a method for manufacturing a display device using an SOI substrate will be described. However, the present invention is not limited to the configuration described in this embodiment.

図8は液晶表示装置を説明するための図面である。図8(A)は液晶表示装置の画素の平面図であり、図8(B)は、J−K切断線による図8(A)の断面図である。   FIG. 8 is a diagram for explaining a liquid crystal display device. 8A is a plan view of a pixel of the liquid crystal display device, and FIG. 8B is a cross-sectional view of FIG. 8A taken along the line JK.

図8(A)に示すように、画素は、単結晶半導体層320、単結晶半導体層320と交差している走査線322、走査線322と交差している信号線323、画素電極324、画素電極324と単結晶半導体層320を電気的に接続する電極328を有する。単結晶半導体層320は、ベース基板120上に設けられた単結晶半導体層から形成された層であり、画素のTFT325を構成する。   As shown in FIG. 8A, the pixel includes a single crystal semiconductor layer 320, a scan line 322 intersecting with the single crystal semiconductor layer 320, a signal line 323 intersecting with the scan line 322, a pixel electrode 324, and a pixel. An electrode 328 that electrically connects the electrode 324 and the single crystal semiconductor layer 320 is provided. The single crystal semiconductor layer 320 is a layer formed from a single crystal semiconductor layer provided over the base substrate 120 and constitutes a pixel TFT 325.

SOI基板には上記実施の形態で示したSOI基板が用いられている。図8(B)に示すように、ベース基板120上に、酸化膜132及び絶縁層121を介して単結晶半導体層320が積層されている。ベース基板120としては、ガラス基板を用いることができる。TFT325の単結晶半導体層320は、SOI基板の単結晶半導体層をエッチングにより素子分離して形成された膜である。単結晶半導体層320には、チャネル形成領域340、不純物元素が添加されたn型の高濃度不純物領域341が形成されている。TFT325のゲート電極は走査線322に含まれ、ソース電極およびドレイン電極の一方は信号線323に含まれている。   As the SOI substrate, the SOI substrate described in the above embodiment is used. As shown in FIG. 8B, a single crystal semiconductor layer 320 is stacked over the base substrate 120 with the oxide film 132 and the insulating layer 121 interposed therebetween. As the base substrate 120, a glass substrate can be used. The single crystal semiconductor layer 320 of the TFT 325 is a film formed by element isolation of the single crystal semiconductor layer of the SOI substrate by etching. In the single crystal semiconductor layer 320, a channel formation region 340 and an n-type high concentration impurity region 341 to which an impurity element is added are formed. The gate electrode of the TFT 325 is included in the scanning line 322, and one of the source electrode and the drain electrode is included in the signal line 323.

層間絶縁膜327上には、信号線323、画素電極324および電極328が設けられている。層間絶縁膜327上には、柱状スペーサ329が形成されている。信号線323、画素電極324、電極328および柱状スペーサ329を覆って配向膜330が形成されている。対向基板332には、対向電極333、対向電極を覆う配向膜334が形成されている。柱状スペーサ329は、ベース基板120と対向基板332の隙間を維持するために形成される。柱状スペーサ329によって形成される隙間に液晶層335が形成されている。信号線323および電極328と高濃度不純物領域341との接続部は、コンタクトホールの形成によって層間絶縁膜327に段差が生じるので、この接続部では液晶層335の液晶の配向が乱れやすい。そのため、この段差部に柱状スペーサ329を形成して、液晶の配向の乱れを防ぐ。   A signal line 323, a pixel electrode 324, and an electrode 328 are provided over the interlayer insulating film 327. A columnar spacer 329 is formed on the interlayer insulating film 327. An alignment film 330 is formed to cover the signal line 323, the pixel electrode 324, the electrode 328, and the columnar spacer 329. The counter substrate 332 is provided with a counter electrode 333 and an alignment film 334 that covers the counter electrode. The columnar spacer 329 is formed to maintain a gap between the base substrate 120 and the counter substrate 332. A liquid crystal layer 335 is formed in a gap formed by the columnar spacers 329. At the connection portion between the signal line 323 and the electrode 328 and the high-concentration impurity region 341, a step is generated in the interlayer insulating film 327 due to the formation of the contact hole, so that the alignment of the liquid crystal in the liquid crystal layer 335 is easily disturbed at this connection portion. For this reason, columnar spacers 329 are formed at the step portions to prevent disorder of the alignment of the liquid crystal.

次に、エレクトロルミネセンス表示装置(以下、EL表示装置という。)について図9を参照して説明する。図9(A)はEL表示装置の画素の平面図であり、図9(B)は、J−K切断線による図9(A)の断面図である。   Next, an electroluminescent display device (hereinafter referred to as an EL display device) will be described with reference to FIG. FIG. 9A is a plan view of a pixel of the EL display device, and FIG. 9B is a cross-sectional view of FIG. 9A taken along the line JK.

図9(A)に示すように、画素は、TFTでなる選択用トランジスタ401、表示制御用トランジスタ402、走査線405、信号線406、および電流供給線407、画素電極408を含む。エレクトロルミネセンス材料を含んで形成される層(EL層)が一対の電極間に挟んだ構造の発光素子が各画素に設けられている。発光素子の一方の電極が画素電極408である。また、半導体層403は、選択用トランジスタ401のチャネル形成領域、ソース領域およびドレイン領域が形成されている。半導体層404は、表示制御用トランジスタ402のチャネル形成領域、ソース領域およびドレイン領域が形成されている。半導体層403、404は、ベース基板上に設けられた単結晶半導体層124から形成された層である。   As shown in FIG. 9A, the pixel includes a selection transistor 401 made of TFT, a display control transistor 402, a scanning line 405, a signal line 406, a current supply line 407, and a pixel electrode 408. Each pixel is provided with a light-emitting element having a structure in which a layer (EL layer) formed including an electroluminescent material is sandwiched between a pair of electrodes. One electrode of the light emitting element is a pixel electrode 408. In the semiconductor layer 403, a channel formation region, a source region, and a drain region of the selection transistor 401 are formed. In the semiconductor layer 404, a channel formation region, a source region, and a drain region of the display control transistor 402 are formed. The semiconductor layers 403 and 404 are layers formed from the single crystal semiconductor layer 124 provided over the base substrate.

選択用トランジスタ401において、ゲート電極は走査線405に含まれ、ソース電極またはドレイン電極の一方は信号線406に含まれ、他方は電極410として形成されている。表示制御用トランジスタ402は、ゲート電極412が電極411と電気的に接続され、ソース電極またはドレイン電極の一方は、画素電極408に電気的に接続される電極413として形成され、他方は、電流供給線407に含まれている。   In the selection transistor 401, the gate electrode is included in the scanning line 405, one of the source electrode and the drain electrode is included in the signal line 406, and the other is formed as the electrode 410. In the display control transistor 402, the gate electrode 412 is electrically connected to the electrode 411, one of the source electrode and the drain electrode is formed as an electrode 413 electrically connected to the pixel electrode 408, and the other is supplied with current. Included in line 407.

表示制御用トランジスタ402はpチャネル型のTFTである。図9(B)に示すように、半導体層404には、チャネル形成領域451、およびp型の高濃度不純物領域452が形成されている。なお、SOI基板は、実施の形態で作製したSOI基板が用いられている。   The display control transistor 402 is a p-channel TFT. As shown in FIG. 9B, a channel formation region 451 and a p-type high concentration impurity region 452 are formed in the semiconductor layer 404. Note that the SOI substrate manufactured in the embodiment is used as the SOI substrate.

表示制御用トランジスタ402のゲート電極412を覆って、層間絶縁膜427が形成されている。層間絶縁膜427上に、信号線406、電流供給線407、電極411、413等が形成されている。また、層間絶縁膜427上には、電極413に電気的に接続されている画素電極408が形成されている。画素電極408は周辺部が絶縁性の隔壁層428で囲まれている。画素電極408上にはEL層429が形成され、EL層429上には対向電極430が形成されている。補強板として対向基板431が設けられており、対向基板431は樹脂層432によりベース基板120に固定されている。   An interlayer insulating film 427 is formed to cover the gate electrode 412 of the display control transistor 402. On the interlayer insulating film 427, a signal line 406, a current supply line 407, electrodes 411, 413, and the like are formed. Further, a pixel electrode 408 that is electrically connected to the electrode 413 is formed over the interlayer insulating film 427. The peripheral portion of the pixel electrode 408 is surrounded by an insulating partition layer 428. An EL layer 429 is formed over the pixel electrode 408, and a counter electrode 430 is formed over the EL layer 429. A counter substrate 431 is provided as a reinforcing plate, and the counter substrate 431 is fixed to the base substrate 120 by a resin layer 432.

EL表示装置の階調の制御は、発光素子の輝度を電流で制御する電流駆動方式と、電圧でその輝度を制御する電圧駆動方式とがあるが、電流駆動方式は、画素ごとでトランジスタの特性値の差が大きい場合、採用することは困難であり、そのためには特性のばらつきを補正する補正回路が必要になる。SOI基板の作製工程を含む製造方法でEL表示を作製することで、選択用トランジスタ401および表示制御用トランジスタ402は画素ごとに特性のばらつきがなくなるため、電流駆動方式を採用することができる。   There are two methods for controlling the gradation of an EL display device: a current driving method in which the luminance of a light-emitting element is controlled by current, and a voltage driving method in which the luminance is controlled by voltage. When the difference in values is large, it is difficult to adopt, and for this purpose, a correction circuit for correcting variation in characteristics is required. When an EL display is manufactured by a manufacturing method including a manufacturing process of an SOI substrate, the selection transistor 401 and the display control transistor 402 have no variation in characteristics from pixel to pixel, so that a current driving method can be employed.

(実施の形態6)
本実施の形態では、SOI基板を搭載した電子機器の具体例について説明する。しかしながら、本発明は、本実施の形態で説明する構成に限定されるものではない。
(Embodiment 6)
In this embodiment, a specific example of an electronic device mounted with an SOI substrate will be described. However, the present invention is not limited to the configuration described in this embodiment.

電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機、電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的には、DVD(digital versatile disc)、ブルーレイディスク(Blu―ray Disk)等の記録媒体に記憶された音声データを再生し、かつ記憶された画像データを表示可能な表示装置)等が含まれる。それらの一例を図10に示す。   Electronic devices include video cameras, digital cameras, navigation systems, sound playback devices (car audio, audio components, etc.), computers, game devices, portable information terminals (mobile computers, mobile phones, portable game machines, electronic books, etc.) , An image reproducing apparatus provided with a recording medium (specifically, reproducing audio data stored in a recording medium such as a DVD (digital versatile disc), a Blu-ray Disc), and storing the stored image data For example). An example of them is shown in FIG.

図10は、本発明を適用した携帯電話の一例であり、図10(A)が正面図、図10(B)が背面図、図10(C)が2つの筐体をスライドさせたときの正面図である。携帯電話700は、筐体701及び筐体702二つの筐体で構成されている。携帯電話700は、携帯電話と携帯情報端末の双方の機能を備えており、コンピュータを内蔵し、音声通話以外にも様々なデータ処理が可能な所謂スマートフォンである。   10A and 10B illustrate an example of a mobile phone to which the present invention is applied. FIG. 10A is a front view, FIG. 10B is a rear view, and FIG. 10C is when two housings are slid. It is a front view. The cellular phone 700 is composed of two housings 701 and 702. The cellular phone 700 is a so-called smartphone that has both functions of a cellular phone and a portable information terminal, has a built-in computer, and can perform various data processing in addition to voice calls.

携帯電話700は、筐体701及び筐体702で構成されている。筐体701においては、表示部703、スピーカ704、マイクロフォン705、操作キー706、ポインティングデバイス707、表面カメラ用レンズ708、外部接続端子ジャック709及びイヤホン端子710等を備え、筐体702においては、キーボード711、外部メモリスロット712、裏面カメラ713、ライト714等により構成されている。また、アンテナは筐体701に内蔵されている。   A cellular phone 700 is composed of a housing 701 and a housing 702. The housing 701 includes a display portion 703, a speaker 704, a microphone 705, operation keys 706, a pointing device 707, a front camera lens 708, an external connection terminal jack 709, an earphone terminal 710, and the like. 711, an external memory slot 712, a rear camera 713, a light 714, and the like. The antenna is built in the housing 701.

また、携帯電話700には、上記の構成に加えて、非接触型ICチップ、小型記録装置、赤外線通信機能、USBポート、テレビワンセグ受信機能、イヤホンジャック等を適宜備えたものであってもよい。   In addition to the above configuration, the mobile phone 700 may appropriately include a non-contact IC chip, a small recording device, an infrared communication function, a USB port, a TV one-seg reception function, an earphone jack, and the like. .

重なり合った筐体701と筐体702(図10(A)に示す)は、スライドさせることが可能であり、スライドさせることで図10(C)のように展開する。表示部703には、実施の形態2及び実施の形態3で説明した表示装置の作製方法を適用した表示パネルまたは表示装置を組み込むことが可能である。携帯電話700は、表示部703と表面カメラ用レンズ708を同一の面に備えているため、テレビ電話としての使用が可能である。また、筐体702の裏面(図10(B))には、裏面カメラ713及びライト714が備えられており、表示部703をファインダーとして用いることで静止画及び動画の撮影が可能である。   The housings 701 and 702 (shown in FIG. 10A) which overlap with each other can be slid and developed as shown in FIG. 10C. In the display portion 703, a display panel or a display device to which the method for manufacturing the display device described in Embodiments 2 and 3 is applied can be incorporated. Since the cellular phone 700 includes the display portion 703 and the front camera lens 708 on the same surface, the cellular phone 700 can be used as a video phone. Further, the rear surface of the housing 702 (FIG. 10B) is provided with a rear camera 713 and a light 714, and a still image and a moving image can be taken by using the display portion 703 as a viewfinder.

また、表示部703にタッチパネルとしての機能を付加した場合、携帯電話700の使用者は直感で操作することができるようになるため、好ましい。携帯電話700を直感で操作できることにより、お年寄りや子供も容易に取り扱うことができるので、幅広い年齢層に利用してもらうことが可能となる。なお、表示部にタッチパネルとしての機能を付加する構成は、携帯電話に限らず、表示部を有する電子機器であれば適用可能である。例えば、上述した電子機器である、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ナビゲーションシステム、音響再生装置、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末、記録媒体を備えた画像再生装置の表示部に適用可能である。   In addition, it is preferable to add a function as a touch panel to the display portion 703 because the user of the mobile phone 700 can operate with intuition. Since the cellular phone 700 can be operated intuitively, the elderly and children can be easily handled, so that it can be used by a wide range of age groups. Note that a structure in which a function as a touch panel is added to the display portion is not limited to a mobile phone, and can be applied to any electronic device having a display portion. For example, the present invention can be applied to a display unit of an image playback device including the above-described electronic device, such as a video camera, a digital camera, a navigation system, an audio playback device, a computer, a game device, a portable information terminal, and a recording medium.

なお、表示部703にタッチパネルとしての機能を付加する方法の一例としては、実施の形態9で説明した液晶表示装置またはEL表示装置の画素が設けられている領域内に、フォトセンサ等の素子を形成する方法が挙げられる。   Note that as an example of a method for adding a function as a touch panel to the display portion 703, an element such as a photosensor is provided in a region where the pixel of the liquid crystal display device or the EL display device described in Embodiment 9 is provided. The method of forming is mentioned.

図10において説明したこれらの電子機器は、上述したトランジスタ及び表示装置の作製方法を適宜用いて作製することができる。   These electronic devices described with reference to FIGS. 10A to 10C can be manufactured using the above-described method for manufacturing the transistor and the display device as appropriate.

SOI基板の作製方法の一例を示す断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. 単結晶半導体層の表面粗さを示す図。The figure which shows the surface roughness of a single-crystal semiconductor layer. SOI基板の作製方法の一例を示す断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板を用いた半導体装置の一例を示すブロック図。FIG. 11 is a block diagram illustrating an example of a semiconductor device using an SOI substrate. SOI基板を用いた表示装置の一例を示す上面図及び断面図。4A and 4B are a top view and a cross-sectional view illustrating an example of a display device using an SOI substrate. SOI基板を用いた表示装置の一例を示す上面図及び断面図。4A and 4B are a top view and a cross-sectional view illustrating an example of a display device using an SOI substrate. SOI基板を搭載した電子機器の一例を示す外観図。FIG. 14 is an external view illustrating an example of an electronic device on which an SOI substrate is mounted.

符号の説明Explanation of symbols

100 単結晶半導体基板
102 絶縁層
103 イオン
104 脆化領域
120 ベース基板
121 絶縁層
124 単結晶半導体層
130 レーザ光
132 酸化膜
100 Single crystal semiconductor substrate 102 Insulating layer 103 Ion 104 Embrittlement region 120 Base substrate 121 Insulating layer 124 Single crystal semiconductor layer 130 Laser beam 132 Oxide film

Claims (8)

単結晶半導体基板にイオンを照射して、前記単結晶半導体基板中に脆化領域を形成する工程と、
絶縁層を介して前記単結晶半導体基板とベース基板とを貼り合わせる工程と、
前記脆化領域において前記単結晶半導体基板と前記ベース基板とを分離して、前記ベース基板上に前記絶縁層を介して半導体層を形成する工程と、
前記半導体層にレーザ光を照射して、前記半導体層の表面を平坦化する工程とを有し、
前記半導体層の表面を平坦化する工程において、前記レーザ光の照射により前記半導体層が完全溶融するのに必要な最小の照射エネルギー密度を100%としたとき、前記半導体層に照射する前記レーザ光の照射エネルギー密度を72%以上98%以下とすることを特徴とするSOI基板の作製方法。
Irradiating the single crystal semiconductor substrate with ions to form an embrittled region in the single crystal semiconductor substrate;
Bonding the single crystal semiconductor substrate and the base substrate through an insulating layer;
Separating the single crystal semiconductor substrate and the base substrate in the embrittled region, and forming a semiconductor layer on the base substrate through the insulating layer;
Irradiating the semiconductor layer with laser light to planarize the surface of the semiconductor layer,
In the step of planarizing the surface of the semiconductor layer, when the minimum irradiation energy density required for the semiconductor layer to be completely melted by the irradiation of the laser beam is 100%, the laser beam that irradiates the semiconductor layer A method for manufacturing an SOI substrate, wherein the irradiation energy density is set to 72% to 98%.
単結晶半導体基板にイオンを照射して、前記単結晶半導体基板中に脆化領域を形成する工程と、
ベース基板上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層を介して前記単結晶半導体基板と前記ベース基板とを貼り合わせる工程と、
前記脆化領域において前記単結晶半導体基板と前記ベース基板とを分離して、前記ベース基板上に前記絶縁層を介して半導体層を形成する工程と、
前記半導体層にレーザ光を照射して、前記半導体層の表面を平坦化する工程とを有し、
前記半導体層の表面を平坦化する工程において、前記レーザ光の照射により前記半導体層が完全溶融するのに必要な最小の照射エネルギー密度を100%としたとき、前記半導体層に照射する前記レーザ光の照射エネルギー密度を72%以上98%以下とすることを特徴とするSOI基板の作製方法。
Irradiating the single crystal semiconductor substrate with ions to form an embrittled region in the single crystal semiconductor substrate;
Forming an insulating layer on the base substrate;
Bonding the single crystal semiconductor substrate and the base substrate through the insulating layer;
Separating the single crystal semiconductor substrate and the base substrate in the embrittled region, and forming a semiconductor layer on the base substrate through the insulating layer;
Irradiating the semiconductor layer with laser light to planarize the surface of the semiconductor layer,
In the step of planarizing the surface of the semiconductor layer, when the minimum irradiation energy density required for the semiconductor layer to be completely melted by the irradiation of the laser beam is 100%, the laser beam that irradiates the semiconductor layer A method for manufacturing an SOI substrate, wherein the irradiation energy density is set to 72% to 98%.
請求項2において、
前記絶縁層を、パルス変調した電力を印加してプラズマを生成するプラズマCVD装置を用いて形成することを特徴とするSOI基板の作製方法。
In claim 2,
A method for manufacturing an SOI substrate, wherein the insulating layer is formed using a plasma CVD apparatus that generates plasma by applying pulse-modulated power.
請求項1乃至3のいずれか一において、
前記半導体層の表面を平坦化した後に、前記半導体層を640℃以上前記ベース基板の歪み点以下の温度で加熱することを特徴とするSOI基板の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
A method for manufacturing an SOI substrate, comprising: planarizing a surface of the semiconductor layer; and heating the semiconductor layer at a temperature of 640 ° C. to a strain point of the base substrate.
請求項1乃至4のいずれか一において、
前記レーザ光は線状のパルスレーザ光であり、前記半導体層に前記線状のパルスレーザ光を照射する際に、前記線状のパルスレーザ光を複数回照射することを特徴とするSOI基板の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The laser beam is a linear pulsed laser beam, and when the semiconductor layer is irradiated with the linear pulsed laser beam, the linear pulsed laser beam is irradiated a plurality of times. Manufacturing method.
請求項5において、
前記線状のパルスレーザ光の複数回の照射を、オーバーラップ率が100%となるように行うことを特徴とするSOI基板の作製方法。
In claim 5,
A method for manufacturing an SOI substrate, wherein the irradiation with the linear pulse laser light is performed a plurality of times so that an overlap rate is 100%.
請求項1乃至6のいずれか一において、
前記ベース基板として、ガラス基板を用いることを特徴とするSOI基板の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
A method for manufacturing an SOI substrate, wherein a glass substrate is used as the base substrate.
請求項1乃至7のいずれか一において、
前記半導体層は、単結晶からなることを特徴とするSOI基板の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
The method for manufacturing an SOI substrate, wherein the semiconductor layer is made of a single crystal.
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