JP2010147313A - Method of manufacturing soi substrate - Google Patents
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Abstract
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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/cm2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
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
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
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/cm2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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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(OC2H5)4)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
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
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
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
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/cm3〜1×1021atoms/cm3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
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
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
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、NF3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
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
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
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
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、H2)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
ここで、水素ガスから生成されるイオン種(H+、H2 +、H3 +)の総量に対してH3 +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、H3 +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(H3 +)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
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H3 +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。H3 +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、H3 +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
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H3 +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
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PH3を励起して生成されたH+イオンおよびH2 +イオンを質量分離して、H+イオンまたはH2 +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
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
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
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
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
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/cm2、好ましくは1〜20N/cm2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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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.
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
Claims (8)
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%.
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%.
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.
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.
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.
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%.
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.
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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