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JP4298009B2 - Method for manufacturing SOI substrate and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing SOI substrate and method for manufacturing semiconductor device Download PDF

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JP4298009B2
JP4298009B2 JP20599898A JP20599898A JP4298009B2 JP 4298009 B2 JP4298009 B2 JP 4298009B2 JP 20599898 A JP20599898 A JP 20599898A JP 20599898 A JP20599898 A JP 20599898A JP 4298009 B2 JP4298009 B2 JP 4298009B2
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Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本願発明は絶縁表面を有する基板上に単結晶半導体薄膜を有するSOI(Silicon on Insulator)基板の作製方法に関する。また、その様なSOI基板を用いた形成された薄膜トランジスタ(以下、TFTと呼ぶ)を含む半導体装置の作製方法に関する。
【0002】
なお、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す。従って、液晶表示装置や光電変換装置に代表される電気光学装置、TFTを集積化した半導体回路、またその様な電気光学装置や半導体回路を部品として含む電子機器も半導体装置である。
【0003】
【従来の技術】
近年、VLSI技術が飛躍的な進歩を遂げる中で低消費電力を実現するSOI(Silicon on Insulator)構造が注目されている。この技術は従来バルク単結晶シリコンで形成されていたFETの活性領域(チャネル形成領域)を、薄膜単結晶シリコンとする技術である。
【0004】
SOI基板では単結晶シリコン上に酸化シリコンでなる埋め込み酸化膜が存在し、その上に単結晶シリコン薄膜が形成される。この様なSOI基板の作製方法は様々な方法が知られているが、最近では貼り合わせSOI基板が注目されている。貼り合わせSOI基板とは、その名の通り2枚のシリコン基板を貼り合わせることでSOI構造を実現するものである。この技術を用いればセラミックス基板などの上にも単結晶シリコン薄膜を形成できる。
【0005】
その貼り合わせSOI基板の中でも最近特に注目されているのがELTRAN(キャノン株式会社の登録商標)と呼ばれる技術である。この技術は多孔質シリコン層の選択性エッチングを利用したSOI基板の作製方法である。ELTRAN法の詳細な技術に関しては、「T.Yonehara,K.Sakaguchi and T.Hamaguchi:Appl.Phys.Lett.43[3],253(1983)」に詳しい。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来のELTRAN法では多孔質シリコン層の上にエピタキシャル成長させた単結晶シリコン層を半導体素子に用いていた。しかしながら、エピタキシャルシリコン層の膜厚が50nmをきる程度にまで薄膜化されると均一な膜厚及び膜質の確保が困難となる。
【0007】
本願発明は上記問題点を解決するための手段を提供するものであり、5〜30nmといった極めて薄い単結晶半導体薄膜を形成するための手段を提供することを課題とするものである。そして、その様な極めて薄い単結晶半導体薄膜を有するSOI基板を用いた半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明の構成は、
第1単結晶半導体基板上に多孔質半導体層を形成する工程と、
還元雰囲気で第1加熱処理を施すことにより前記多孔質半導体層の表面近傍を閉塞させて単結晶半導体層を形成する工程と、
前記単結晶半導体層の主表面に第1酸化シリコン層を形成する工程と、
第2基板の主表面に第2酸化シリコン層を形成する工程と、
前記第1酸化シリコン層と前記第2酸化シリコン層とを接着させて前記第1単結晶半導体基板と前記第2基板とを貼り合わせる工程と、
前記第1単結晶半導体基板を裏面側から研削して前記多孔質半導体層を露呈させる工程と、
露呈した前記多孔質半導体層を除去し、前記単結晶半導体層を露呈させる工程と、
を有することを特徴とする。
【0009】
本願発明は従来のELTRAN法を改善するための技術であり、5〜30nm(代表的には5〜10nm)といった極めて薄い単結晶半導体薄膜を形成するためのものである。なお、単結晶半導体薄膜としては、単結晶シリコン薄膜に限らず、単結晶シリコンゲルマニウム薄膜なども含む。
【0010】
従来のELTRAN法では多孔質シリコン層を形成した後、水素雰囲気中で加熱処理を行い、多孔質シリコン層の表面を平坦化する。その際、多孔質シリコン層の表面では自然酸化膜が還元除去され、表面エネルギーを最小化することを駆動能力とするシリコン原子の増速表面拡散が起こる。その結果、多孔質シリコン層の表面近傍では表面孔(表面に観察される微細な空孔)が消失する。
【0011】
これは多孔質シリコン層の表面近傍において、個々の表面孔がシリコン原子によって閉塞され、表面孔が観察されなくなった状態を言う。従って、表面近傍よりも深い部分では多孔質シリコン層がそのまま残ることになる。
【0012】
従来ならばこの後単結晶半導体層をエピタキシャル成長させて単結晶半導体薄膜を得るのであるが、本願発明では多孔質半導体層の表面孔閉塞されることによって形成された極めて薄い単結晶半導体薄膜を、そのまま薄膜トランジスタの活性層として利用する点に特徴がある。即ち、従来のELTRAN法とは半導体薄膜をエピタキシャル成長させる工程がない点で大きく異なっている。
【0013】
【発明の実施の形態】
本願発明の実施の形態について、以下に記載する実施例でもって詳細な説明を行うこととする。
【0014】
【実施例】
(実施例1)
本願発明の構成について、図1を用いて説明する。まず、第1基板として単結晶シリコン基板101を用意する。ここではP型基板を用いるが、N型であっても良い。勿論、単結晶シリコンゲルマニウム基板を用いることもできる。
【0015】
次に、その主表面を陽極酸化することにより多孔質シリコン層102を形成する。陽極酸化工程はフッ酸とエタノールの混合溶液中で行えば良い。多孔質シリコン層102は柱状の表面孔が表面密度にして1011個/cm3程度設けられた単結晶シリコン層と考えられ、単結晶シリコン基板101の結晶状態(配向性等)をそのまま受け継ぐ。なお、ELTRAN法自体が公知であるので詳細な説明はここでは省略する。
【0016】
そして、その多孔質シリコン層102を形成したら、還元雰囲気中で900〜1200℃(好ましくは1000〜1150℃)の温度範囲の熱処理工程を行う。ここでは水素雰囲気中で1050℃、2時間の加熱処理を行う。(図1(A))
【0017】
還元雰囲気としては水素雰囲気、アンモニア雰囲気、水素又はアンモニアを含む不活性雰囲気(水素と窒素又は水素とアルゴンの混合雰囲気など)が望ましいが、不活性雰囲気でも結晶性珪素膜の表面の平坦化は可能である。しかし、還元作用を利用して自然酸化膜の還元を行うとエネルギーの高いシリコン原子が多く発生し、結果的に平坦化効果が高まるので好ましい。
【0018】
ただし、特に注意が必要なのは雰囲気中に含まれる酸素又は酸素化合物(例えばOH基)の濃度を10ppm以下(好ましくは1ppm以下)にしておくことである。さもないと水素による還元反応が起こらなくなってしまう。
【0019】
この時、多孔質シリコン層102の表面近傍(主表面から深さ5〜30nm、代表的には5〜10nm程度まで)では表面孔がシリコン原子の移動によって閉塞され、その結果として極めて薄い単結晶シリコン層103が形成される。
【0020】
単結晶シリコン層103を形成したら、その表面近傍を酸化して極薄い酸化シリコン層(第1酸化シリコン層)104を形成する。酸化シリコン層104は前述の単結晶シリコン層103がなくなってしまわない様に注意して形成する必要がある。形成方法としては、熱酸化、プラズマ酸化、レーザー酸化などを用いることが可能であるが、極薄い酸化シリコン層を形成するにはマイクロ波励起のプラズマ酸化が好適である。なお、酸化シリコン層104の膜厚は5〜15nmもあれば十分である。(図1(B))
【0021】
次に、第2基板としてセラミックス基板106を用意する。セラミックス基板の代わりに石英基板、ガラスセラミックス基板、半導体基板(単結晶も多結晶も含
【0022】
そしてその主表面に第2酸化シリコン層107を形成する。第2酸化シリコン層107の形成方法は減圧熱CVD法、スパッタ法、プラズマCVD法などの気相法を用いても良いし、第2基板が半導体基板(例えばシリコン基板)であれば熱酸化法やプラズマ酸化法を用いても良い。
【0023】
こうして第1基板と第2基板の準備が完了したら、互いの主表面を向かい合わせる形で両基板を貼り合わせる。この場合、第1酸化シリコン層104と第2酸化シリコン層107とが接着させる。(図1(C))
【0024】
貼り合わせが終了したら、次に1050〜1150℃の温度で熱処理工程を行い、酸化シリコン同士でなる貼り合わせ界面の安定化を行う。本実施例ではこの熱処理工程を1100℃、2時間で行う。なお、点線で示しているのは完全に接着された貼り合わせ界面である。また、第1酸化シリコン層と第2酸化シリコン層とでなる埋め込み絶縁層108は最終的にSOI基板の埋め込み絶縁層として機能することになる。(図1(D))
【0025】
次に、CMP等の機械的な研磨により単結晶シリコン基板101を裏面側から研削し、多孔質シリコン層102が露呈したところで研削工程を終了する。こうして図2(A)の状態を得る。
【0026】
次に、多孔質シリコン層102をウェットエッチングして選択的に除去する。用いるエッチャントはフッ酸水溶液と過酸化水素水溶液との混合溶液が良い。49%HFと30%H22を1:5で混合した溶液は、単結晶シリコン層と多孔質シリコン層との間で10万倍以上の選択比を持つことが報告されている。
【0027】
こうして図2(B)の状態が得られる。この状態ではセラミックス基板106上に埋め込み絶縁層108が設けられ、その上に単結晶シリコン層109が形成されている。
【0028】
この時点でSOI基板は完成しているのだが、単結晶シリコン層109の表面には微小な凹凸が存在するので、水素雰囲気中で熱処理工程を行い、平坦化を施すことが望ましい。この平坦化現象は前述した様に自然酸化膜を還元することによるシリコン原子の増速表面拡散によるものである。
【0030】
こうして膜厚が5〜30nm(代表的には5〜10nm)と極めて薄い単結晶シリコン薄膜を得ることができる。TFTを形成する際、活性層の膜厚を薄くすることでオフ電流値(TFTがオフ状態にある時のリーク電流に相当)を低減することができるが、本願発明の半導体薄膜は十分にその効果を発揮できる。
【0031】
(実施例2)
本実施例では、実施例1の構成を用いて形成された島状半導体層を用いてTFTを作製する場合について図3を用いて説明する。
【0032】
まず、実施例1に示した工程を経てSOI基板を形成する。301は絶縁表面を有する基板であり、実際にはシリコン基板やセラミックス基板上に埋め込み絶縁層を設けた構成となっている。SOI基板が得られたら、単結晶シリコン層をパターニングして島状シリコン層302を形成する。
【0033】
次に、熱酸化工程を行って島状シリコン層302の表面に10nm厚の酸化シリコン膜303を形成する。この酸化シリコン膜303はゲート絶縁膜として機能する。ゲート絶縁膜303を形成したら、その上に導電性を有するポリシリコン膜を形成し、パターニングによりゲート配線304を形成する。(図3(A))
【0034】
なお、本実施例ではゲート配線としてN型導電性を持たせたポリシリコン膜を利用するが、材料はこれに限定されるものではない。特に、ゲート配線の抵抗を下げるにはタンタル、タンタル合金又はタンタルと窒化タンタルとの積層膜を用いることも有効である。さらに低抵抗なゲート配線を狙うならば銅や銅合金を用いても有効である。
【0035】
図3(A)の状態が得られたら、N型導電性又はP型導電性を付与する不純物を添加して不純物領域306を形成する。この時の不純物濃度で後にLDD領域の不純物濃度が決定する。本実施例では1×1018atoms/cm3の濃度で砒素を添加するが、不純物も濃度も本実施例に限定される必要はない。
【0036】
次に、ゲート配線の表面に5〜10nm程度の薄い酸化シリコン膜307を形成する。これは熱酸化法やプラズマ酸化法を用いて形成すれば良い。この酸化シリコン膜307の形成には、次のサイドウォール形成工程でエッチングストッパーとして機能させる目的がある。
【0037】
エッチングストッパーとなる酸化シリコン膜307を形成したら、窒化シリコン膜を形成してエッチバックを行い、サイドウォール308を形成する。こうして図3(B)の状態を得る。
【0038】
なお、本実施例ではサイドウォールとして窒化シリコン膜を用いたが、ポリシリコン膜やアモルファスシリコン膜を用いることもできる。勿論、ゲート配線の材料が変われば、それに応じてサイドウォールとして用いることのできる材料の選択幅も広がることは言うまでもない。
【0039】
次に、再び先程と同一導電型の不純物を添加する。この時に添加する不純物濃度は先程の工程よりも高い濃度とする。本実施例では不純物として砒素を用い、濃度は1×1021atoms/cm3とするがこれに限定する必要はない。この不純物の添加工程によりソース領域309、ドレイン領域310、LDD領域311及びチャネル形成領域312が画定する。(図3(C))
【0040】
こうして各不純物領域が形成されたらファーネスアニール、レーザーアニール又はランプアニール等の手段により不純物の活性化を行う。
【0041】
次に、ゲート配線304、ソース領域309及びドレイン領域310の表面に形成された酸化シリコン膜を除去し、それらの表面を露呈させる。そして、5nm程度のコバルト膜313を形成して熱処理工程を行う。この熱処理によりコバルトとシリコンとの反応が起こり、シリサイド層(コバルトシリサイド層)314が形成される。(図3(D))
【0042】
この技術は公知のサリサイド技術である。従って、コバルトの代わりにチタンやタングステンを用いても構わないし、熱処理条件等は公知技術を参考にすれば良い。本実施例ではランプアニールを用いて熱処理工程を行う。
【0043】
こうしてシリサイド層314を形成したら、コバルト膜313を除去する。その後、1μm厚の層間絶縁膜315を形成する。層間絶縁膜315としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜又は樹脂膜を用いれば良い。また、これらの絶縁膜を積層しても良い。
【0044】
次に、層間絶縁膜315にコンタクトホールを形成してアルミニウムを主成分とする材料でなるソース配線316及びドレイン配線317を形成する。最後に素子全体に対して水素雰囲気中で300℃2時間のファーネスアニールを行い、水素化を完了する。
【0045】
こうして、図3(E)に示す様なTFTが得られる。なお、本実施例で説明した構造は一例であって本願発明を適用しうるTFT構造はこれに限定されない。従って、公知のあらゆる構造のTFTに対して適用可能である。
【0046】
勿論、トップゲート構造に限らず、逆スタガ型TFTに代表されるボトムゲート構造に対しても容易に適用することが可能である。
【0047】
また、本実施例ではNチャネル型TFTを例にとって説明したが、Pチャネル型TFTを作製することも容易である。さらに同一基板上にNチャネル型TFTとPチャネル型TFTとを形成して相補的に組み合わせ、CMOS回路を形成することも可能である。
【0048】
さらに、図3(E)の構造においてドレイン配線317と電気的に接続する画素電極(図示せず)を公知の手段で形成すればアクティブマトリクス型表示装置の画素スイッチング素子を形成することも容易である。
【0049】
即ち、本願発明は液晶表示装置やEL(エレクトロルミネッセンス)表示装置などの電気光学装置の作製方法としても非常に有効な技術である。
【0050】
(実施例3)
本実施例では実施例1とは異なる方法で単結晶シリコン薄膜を形成する例について説明する。説明には図7を用いる。
【0051】
本実施例では、N型又はP型の単結晶シリコン基板701上に実施例1と同様の陽極酸化法により多孔質シリコン層702を形成する。そして、多孔質シリコン層702上にアモルファスシリコン層703を形成する。アモルファスシリコン層703の形成方法は減圧熱CVD法、プラズマCVD法又はスパッタ法のいずれかの手法を用いれば良い。
【0052】
また、アモルファスシリコン層703の膜厚は15〜100nm(代表的には25〜70nm)で良い。
【0053】
本実施例の様に多孔質シリコン層上にアモルファスシリコン層を成膜すると、多孔質シリコン層の表面孔内部(但し主表面から10〜50nm程度の深さまで)にアモルファスシリコンが充填される。その様子は図7(A)の点線で囲んだ拡大図に示した通りである。
【0054】
次に、アモルファスシリコン層703を設けた後で還元雰囲気における熱処理工程(本実施例では水素雰囲気で1100℃1時間)を行う。この工程によりアモルファスシリコン層703は結晶化するが、その際、多孔質シリコン層702の結晶状態を反映して結晶化が進行するため、結果的に単結晶シリコン層704を得ることができる。勿論、熱処理工程は実施例1に示した他の条件を採用して行っても構わない。
【0055】
こうして単結晶シリコン層704を形成したら、後は実施例1の工程に従って単結晶シリコン層を有するSOI基板を作製し、さらに実施例2の工程に従ってTFTを形成すれば良い。そして、そのTFTで基板上に回路を組み、様々な半導体装置を作製すれば良い。
【0056】
(実施例4)
本実施例では多孔質シリコン層上に選択的に単結晶シリコン層を形成する場合の例について説明する。説明には図8を用いる。
【0057】
まず、単結晶シリコン基板801上に実施例1に従って多孔質シリコン層802を形成する。そして、多孔質シリコン層802を酸素雰囲気中に形成したプラズマに曝し、表面に50nm厚の酸化シリコン層803を形成する。この工程をプラズマ酸化工程と呼ぶ。(図8(A))
【0058】
酸化シリコン層803の膜厚は50〜100nmもあれば良い。また、本実施例ではプラズマ酸化法を用いたが、熱酸化法であっても構わないし、CVD法やスパッタ法を用いても構わない。
【0059】
さらに本実施例では酸化シリコン層を例にとって説明しているが、窒化シリコン層や酸化窒化シリコン層(SiOxNyで示される)をCVD法やスパッタ法で形成して用いても良い。
【0060】
次に、酸化シリコン層803をパターニングしてマスク804を形成する。なお、酸化シリコン層803のエッチングはフッ酸水溶液を用いたウェットエッチング処理が好ましい。フッ酸水溶液ならば多孔質シリコン層802を殆どエッチングしないで、酸化シリコン層803をエッチングできる。
【0061】
また、マスク804と同時に開口部805が形成される。この開口部805は後に単結晶シリコン層を形成する箇所に設けられる。(図8(B))
【0062】
こうして図8(B)の状態が得られたら、窒素雰囲気に3%の水素を添加した雰囲気中で1150℃1時間の熱処理工程を行い、開口部805で露呈した多孔質シリコン層802の主表面近傍(マスク804の形成されていない領域)に単結晶シリコン層806を形成する。詳細な熱処理条件は実施例1に従えば良い。(図8(C))
【0063】
こうして形成された単結晶シリコン層806は選択的に形成されることになるため、後で活性層としてパターニングする必要がない。
【0064】
次に、マスク804を除去した後、貼り合わせ工程に必要な酸化シリコン膜807を形成する。本工程では5〜10nm程度の極めて薄い酸化シリコン層が形成されれば良いので、なるべく薄い酸化シリコン膜を制御性良く形成できる手段が望ましい。そういった意味でプラズマ酸化法が最も好ましいと言える。勿論、熱酸化法を用いても良いし、CVD法やスパッタ法を用いて成膜するのであっても構わない。(図8(D))
【0065】
こうして図8(D)の状態が得られたら、後は実施例1の工程に従って絶縁表面を有する第2基板と貼り合わせて単結晶シリコン層を有するSOI基板を作製し、さらに実施例2の工程に従ってTFTを形成すれば良い。そして、そのTFTで基板上に回路を組み、様々な半導体装置を作製すれば良い。
【0066】
(実施例5)
本実施例では、本願発明のSOI基板を用いて作製された反射型液晶表示装置の例を図4に示す。画素TFT(画素スイッチング素子)の作製方法やセル組工程は公知の手段を用いれば良いので詳細な説明は省略する。
【0067】
図4(A)において11は絶縁表面を有する基板、12は画素マトリクス回路、13はソースドライバー回路、14はゲイトドライバー回路、15は対向基板、16はFPC(フレキシブルプリントサーキット)、17は信号処理回路である。信号処理回路17としては、D/Aコンバータ、γ補正回路、信号分割回路などの従来ICで代用していた様な処理を行う回路を形成することができる。勿論、ガラス基板上にICチップを設けて、ICチップ上で信号処理を行うことも可能である。
【0068】
さらに、本実施例では液晶表示装置を例に挙げて説明しているが、アクティブマトリクス型の表示装置であればEL(エレクトロルミネッセンス)表示装置やEC(エレクトロクロミックス)表示装置に本願発明を適用することも可能であることは言うまでもない。
【0069】
ここで図4(A)のドライバー回路13、14を構成する回路の一例を図4(B)に示す。なお、TFT部分については既に実施例2で説明しているので、ここでは必要箇所のみの説明を行うこととする。
【0070】
図4(B)において、401、402はNチャネル型TFT、403はPチャネル型TFTであり、401と403のTFTでCMOS回路を構成している。404は窒化シリコン膜/酸化シリコン膜/樹脂膜の積層膜でなる絶縁層、その上にはチタン配線405が設けられ、前述のCMOS回路とTFT402とが電気的に接続されている。チタン配線はさらに樹脂膜でなる絶縁層406で覆われている。二つの絶縁層404、406は平坦化膜としての機能も有している。
【0071】
また、図4(A)の画素マトリクス回路12を構成する回路の一部を図4(C)に示す。図4(C)において、407はダブルゲート構造のNチャネル型TFTでなる画素TFTであり、画素領域内に大きく広がる様にしてドレイン配線408が形成されている。
【0072】
その上には絶縁層404が設けられ、その上にチタン配線405が設けられている。この時、絶縁層404の一部には凹部が落とし込み部が形成され、最下層の窒化シリコン及び酸化シリコンのみが残される。これによりドレイン配線408とチタン配線405との間で補助容量が形成される。
【0073】
また、画素マトリクス回路内に設けられたチタン配線405はソース・ドレイン配線と後の画素電極との間において電界遮蔽効果をもたらす。さらに、複数設けられた画素電極間の隙間ではブラックマスクとしても機能する。
【0074】
そして、チタン配線405を覆って絶縁層406が設けられ、その上に反射性導電膜でなる画素電極409が形成される。勿論、画素電極409の表面に反射率を上げるための工夫をなしても構わない。
【0075】
また、実際には画素電極409の上に配向膜や液晶層が設けられるが、ここでの説明は省略する。
【0076】
本願発明を用いて以上の様な構成でなる反射型液晶表示装置を作製することができる。勿論、公知の技術と組み合わせれば容易に透過型液晶表示装置を作製することもできる。さらに、公知の技術と組み合わせればアクティブマトリクス型のEL表示装置も容易に作製することができる。
【0077】
(実施例6)
本願発明は従来のIC技術全般に適用することが可能である。即ち、現在市場に流通している全ての半導体回路に適用できる。例えば、ワンチップ上に集積化されたRISCプロセッサ、ASICプロセッサ等のマイクロプロセッサに適用しても良いし、D/Aコンバータ等の信号処理回路から携帯機器(携帯電話、PHS、モバイルコンピュータ)用の高周波回路に適用しても良い。
【0078】
図5に示すのは、マイクロプロセッサの一例である。マイクロプロセッサは典型的にはCPUコア21、RAM22、クロックコントローラ23、キャッシュメモリー24、キャッシュコントローラ25、シリアルインターフェース26、I/Oポート27等から構成される。
【0079】
勿論、図5に示すマイクロプロセッサは簡略化した一例であり、実際のマイクロプロセッサはその用途によって多種多様な回路設計が行われる。
【0080】
しかし、どの様な機能を有するマイクロプロセッサであっても中枢として機能するのはIC(Integrated Circuit)28である。IC28は半導体チップ29上に形成された集積化回路をセラミック等で保護した機能回路である。
【0081】
そして、その半導体チップ29上に形成された集積化回路を構成するのが本願発明の構造を有するNチャネル型TFT30、Pチャネル型TFT31である。なお、基本的な回路はCMOS回路を最小単位として構成することで消費電力を抑えることができる。
【0082】
また、本実施例に示したマイクロプロセッサは様々な電子機器に搭載されて中枢回路として機能する。代表的な電子機器としてはパーソナルコンピュータ、携帯型情報端末機器、その他あらゆる家電製品が挙げられる。また、車両(自動車や電車等)の制御用コンピュータなども挙げられる。
【0083】
(実施例7)
本願発明の電気光学装置は、様々な電子機器のディスプレイとして利用される。その様な電子機器としては、ビデオカメラ、スチルカメラ、プロジェクター、プロジェクションTV、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話等)など
【0084】
図6(A)は携帯電話であり、本体2001、音声出力部2002、音声入力部2003、表示装置2004、操作スイッチ2005、アンテナ2006で構成される。本願発明を音声出力部2002、音声入力部2003、表示装置2004やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0085】
図6(B)はビデオカメラであり、本体2101、表示装置2102、音声入力部2103、操作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部2106で構成される。本願発明を表示装置2102、音声入力部2103やその他の信号制
【0086】
図6(C)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体2201、カメラ部2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表示装置2205で構成される。本願発明は表示装置2205やその他の信号制御回路に適用できる。
【0087】
図6(D)はヘッドマウントディスプレイであり、本体2301、表示装置2302、バンド部2303で構成される。本発明は表示装置2302やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0088】
図6(E)はリア型プロジェクターであり、本体2401、光源2402、表示装置2403、偏光ビームスプリッタ2404、リフレクター2405、2406、スクリーン2407で構成される。本発明は表示装置2403やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0089】
図6(F)はフロント型プロジェクターであり、本体2501、光源2502、表示装置2503、光学系2504、スクリーン2505で構成される。本発明は表示装置2503やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0090】
以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。
【0091】
【発明の効果】
本願発明を実施することで、従来のELTRAN法ではなしえなかった5〜30nm(代表的には5〜10nm)という極めて薄い単結晶シリコン薄膜を有するSOI基板を実現することが可能となる。
【0092】
そして、そのSOI基板を用いて高性能でオフ電流値の小さい薄膜トランジスタを作製することが可能となり、複数のTFTで回路が組まれる全ての半導体装置の性能を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 SOI基板の作製工程を示す図。
【図2】 SOI基板の作製工程を示す図。
【図3】 TFTの作製工程を示す図。
【図4】 半導体装置(電気光学装置)の構成を示す図。
【図5】 半導体装置(半導体回路)の構成を示す図。
【図6】 半導体装置(電子機器)の構成を示す図。
【図7】 SOI基板の作製工程を示す図。
【図8】 SOI基板の作製工程を示す図。
[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a method for manufacturing an SOI (Silicon on Insulator) substrate having a single crystal semiconductor thin film on a substrate having an insulating surface. The present invention also relates to a method for manufacturing a semiconductor device including a thin film transistor (hereinafter referred to as a TFT) formed using such an SOI substrate.
[0002]
Note that in this specification, a semiconductor device refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics. Accordingly, an electro-optical device typified by a liquid crystal display device or a photoelectric conversion device, a semiconductor circuit in which TFTs are integrated, and an electronic device including such an electro-optical device or semiconductor circuit as a component are also semiconductor devices.
[0003]
[Prior art]
In recent years, an SOI (Silicon on Insulator) structure that realizes low power consumption has attracted attention as VLSI technology has made great progress. This technique is a technique in which the active region (channel formation region) of an FET that has been conventionally formed of bulk single crystal silicon is thin film single crystal silicon.
[0004]
In an SOI substrate, a buried oxide film made of silicon oxide exists on single crystal silicon, and a single crystal silicon thin film is formed thereon. Various methods are known for manufacturing such an SOI substrate. Recently, a bonded SOI substrate has attracted attention. A bonded SOI substrate, as its name suggests, realizes an SOI structure by bonding two silicon substrates. By using this technique, a single crystal silicon thin film can be formed on a ceramic substrate or the like.
[0005]
Among the bonded SOI substrates, a technique called ELTRAN (registered trademark of Canon Inc.) has recently attracted particular attention. This technique is a method for manufacturing an SOI substrate using selective etching of a porous silicon layer. The detailed technique of the ELTRAN method is detailed in “T.Yonehara, K. Sakaguchi and T. Hamaguchi: Appl. Phys. Lett. 43 [3], 253 (1983)”.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional ELTRAN method, a single crystal silicon layer epitaxially grown on a porous silicon layer is used for a semiconductor element. However, if the thickness of the epitaxial silicon layer is reduced to a level of less than 50 nm, it becomes difficult to ensure a uniform thickness and film quality.
[0007]
The present invention provides means for solving the above problems, and an object of the present invention is to provide means for forming an extremely thin single crystal semiconductor thin film of 5 to 30 nm. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device using an SOI substrate having such an extremely thin single crystal semiconductor thin film.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The configuration of the invention disclosed in this specification is as follows.
Forming a porous semiconductor layer on the first single crystal semiconductor substrate;
Forming a single crystal semiconductor layer by closing the vicinity of the surface of the porous semiconductor layer by performing a first heat treatment in a reducing atmosphere;
Forming a first silicon oxide layer on a main surface of the single crystal semiconductor layer;
Forming a second silicon oxide layer on the main surface of the second substrate;
Bonding the first single crystal semiconductor substrate and the second substrate by bonding the first silicon oxide layer and the second silicon oxide layer;
Grinding the first single crystal semiconductor substrate from the back side to expose the porous semiconductor layer; and
Removing the exposed porous semiconductor layer and exposing the single crystal semiconductor layer;
It is characterized by having.
[0009]
The present invention is a technique for improving the conventional ELTRAN method, and is for forming an extremely thin single crystal semiconductor thin film of 5 to 30 nm (typically 5 to 10 nm). Note that the single crystal semiconductor thin film includes not only a single crystal silicon thin film but also a single crystal silicon germanium thin film.
[0010]
In the conventional ELTRAN method, after forming a porous silicon layer, heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere to flatten the surface of the porous silicon layer. At this time, the natural oxide film is reduced and removed on the surface of the porous silicon layer, and accelerated surface diffusion of silicon atoms occurs with the driving ability to minimize the surface energy. As a result, surface holes (fine vacancies observed on the surface) disappear near the surface of the porous silicon layer.
[0011]
This means a state in which individual surface holes are blocked by silicon atoms in the vicinity of the surface of the porous silicon layer, and the surface holes are not observed. Therefore, the porous silicon layer remains as it is in a portion deeper than the vicinity of the surface.
[0012]
Conventionally, after that, the single crystal semiconductor layer is epitaxially grown thereafter to obtain a single crystal semiconductor thin film. However, in the present invention, an extremely thin single crystal semiconductor thin film formed by blocking the surface holes of the porous semiconductor layer is used as it is. It is characterized in that it is used as an active layer of a thin film transistor. That is, it differs greatly from the conventional ELTRAN method in that there is no step of epitaxially growing a semiconductor thin film.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The embodiment of the present invention will be described in detail with the examples described below.
[0014]
【Example】
Example 1
The configuration of the present invention will be described with reference to FIG. First, a single crystal silicon substrate 101 is prepared as a first substrate. Although a P-type substrate is used here, an N-type substrate may be used. Of course, a single crystal silicon germanium substrate can also be used.
[0015]
Next, the porous silicon layer 102 is formed by anodizing the main surface. The anodizing step may be performed in a mixed solution of hydrofluoric acid and ethanol. The porous silicon layer 102 is considered to be a single crystal silicon layer in which columnar surface holes are provided with a surface density of about 10 11 pieces / cm 3 , and inherits the crystal state (orientation, etc.) of the single crystal silicon substrate 101 as it is. Since the ELTRAN method itself is known, a detailed description is omitted here.
[0016]
When the porous silicon layer 102 is formed, a heat treatment step in a temperature range of 900 to 1200 ° C. (preferably 1000 to 1150 ° C.) is performed in a reducing atmosphere. Here, heat treatment is performed at 1050 ° C. for 2 hours in a hydrogen atmosphere. (Fig. 1 (A))
[0017]
The reducing atmosphere is preferably a hydrogen atmosphere, an ammonia atmosphere, or an inert atmosphere containing hydrogen or ammonia (such as a mixed atmosphere of hydrogen and nitrogen or hydrogen and argon), but the surface of the crystalline silicon film can be planarized even in an inert atmosphere. It is. However, it is preferable to reduce the natural oxide film by using the reducing action because many silicon atoms with high energy are generated and as a result, the planarization effect is enhanced.
[0018]
However, it is particularly necessary to keep the concentration of oxygen or oxygen compounds (for example, OH groups) in the atmosphere at 10 ppm or less (preferably 1 ppm or less). Otherwise, the hydrogen reduction reaction will not occur.
[0019]
At this time, in the vicinity of the surface of the porous silicon layer 102 (from the main surface to a depth of 5 to 30 nm, typically about 5 to 10 nm), the surface holes are blocked by the movement of silicon atoms, and as a result, an extremely thin single crystal A silicon layer 103 is formed.
[0020]
When the single crystal silicon layer 103 is formed, the vicinity of the surface is oxidized to form an extremely thin silicon oxide layer (first silicon oxide layer) 104. The silicon oxide layer 104 needs to be formed with care so that the single crystal silicon layer 103 is not lost. As a formation method, thermal oxidation, plasma oxidation, laser oxidation, or the like can be used, but microwave-excited plasma oxidation is suitable for forming an extremely thin silicon oxide layer. It is sufficient that the silicon oxide layer 104 has a thickness of 5 to 15 nm. (Fig. 1 (B))
[0021]
Next, a ceramic substrate 106 is prepared as a second substrate. Instead of ceramic substrate, quartz substrate, glass ceramic substrate, semiconductor substrate (including single crystal and polycrystal)
Then, a second silicon oxide layer 107 is formed on the main surface. As a method for forming the second silicon oxide layer 107, a vapor phase method such as a low pressure thermal CVD method, a sputtering method, a plasma CVD method or the like may be used. If the second substrate is a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate), a thermal oxidation method is used. Alternatively, a plasma oxidation method may be used.
[0023]
When the preparation of the first substrate and the second substrate is thus completed, the two substrates are bonded together so that their main surfaces face each other. In this case, the first silicon oxide layer 104 and the second silicon oxide layer 107 are bonded. (Figure 1 (C))
[0024]
When the bonding is completed, a heat treatment step is then performed at a temperature of 1050 to 1150 ° C. to stabilize the bonding interface made of silicon oxides. In this embodiment, this heat treatment step is performed at 1100 ° C. for 2 hours. In addition, what is shown with the dotted line is the bonding interface completely bonded. Further, the buried insulating layer 108 composed of the first silicon oxide layer and the second silicon oxide layer finally functions as a buried insulating layer of the SOI substrate. (Figure 1 (D))
[0025]
Next, the single crystal silicon substrate 101 is ground from the back side by mechanical polishing such as CMP, and the grinding process is terminated when the porous silicon layer 102 is exposed. In this way, the state of FIG.
[0026]
Next, the porous silicon layer 102 is selectively removed by wet etching. The etchant used is preferably a mixed solution of a hydrofluoric acid aqueous solution and a hydrogen peroxide aqueous solution. It has been reported that a solution in which 49% HF and 30% H 2 O 2 are mixed at a ratio of 1: 5 has a selectivity ratio of 100,000 times or more between the single crystal silicon layer and the porous silicon layer.
[0027]
In this way, the state of FIG. In this state, a buried insulating layer 108 is provided on the ceramic substrate 106, and a single crystal silicon layer 109 is formed thereon.
[0028]
Although the SOI substrate is completed at this point, since there are minute irregularities on the surface of the single crystal silicon layer 109, it is desirable to perform planarization by performing a heat treatment step in a hydrogen atmosphere. As described above, this flattening phenomenon is due to accelerated surface diffusion of silicon atoms by reducing the natural oxide film.
[0030]
Thus, an extremely thin single crystal silicon thin film having a thickness of 5 to 30 nm (typically 5 to 10 nm) can be obtained. When forming a TFT, the thickness of the active layer can be reduced to reduce the off-current value (corresponding to the leakage current when the TFT is in the off state), but the semiconductor thin film of the present invention is sufficiently The effect can be demonstrated.
[0031]
(Example 2)
In this example, the case where a TFT is manufactured using an island-shaped semiconductor layer formed using the structure of Example 1 will be described with reference to FIGS.
[0032]
First, an SOI substrate is formed through the steps shown in the first embodiment. Reference numeral 301 denotes a substrate having an insulating surface, which actually has a structure in which a buried insulating layer is provided on a silicon substrate or a ceramic substrate. After the SOI substrate is obtained, the island-like silicon layer 302 is formed by patterning the single crystal silicon layer.
[0033]
Next, a thermal oxidation process is performed to form a silicon oxide film 303 having a thickness of 10 nm on the surface of the island-like silicon layer 302. This silicon oxide film 303 functions as a gate insulating film. After the gate insulating film 303 is formed, a conductive polysilicon film is formed thereon, and a gate wiring 304 is formed by patterning. (Fig. 3 (A))
[0034]
In this embodiment, a polysilicon film having N-type conductivity is used as the gate wiring, but the material is not limited to this. In particular, it is effective to use a tantalum, a tantalum alloy, or a laminated film of tantalum and tantalum nitride to lower the resistance of the gate wiring. Furthermore, if a low resistance gate wiring is aimed, it is effective to use copper or a copper alloy.
[0035]
When the state of FIG. 3A is obtained, an impurity region 306 is formed by adding an impurity imparting N-type conductivity or P-type conductivity. The impurity concentration in the LDD region is determined later by the impurity concentration at this time. In this embodiment, arsenic is added at a concentration of 1 × 10 18 atoms / cm 3 , but neither the impurity nor the concentration need be limited to this embodiment.
[0036]
Next, a thin silicon oxide film 307 of about 5 to 10 nm is formed on the surface of the gate wiring. This may be formed using a thermal oxidation method or a plasma oxidation method. The formation of the silicon oxide film 307 has the purpose of functioning as an etching stopper in the next sidewall formation step.
[0037]
After the silicon oxide film 307 serving as an etching stopper is formed, a silicon nitride film is formed and etched back to form sidewalls 308. In this way, the state of FIG.
[0038]
In this embodiment, a silicon nitride film is used as the sidewall, but a polysilicon film or an amorphous silicon film can also be used. Of course, if the material of the gate wiring changes, it goes without saying that the range of selection of materials that can be used as sidewalls also increases accordingly.
[0039]
Next, an impurity having the same conductivity type as before is added again. The impurity concentration added at this time is higher than that in the previous step. In this embodiment, arsenic is used as an impurity and the concentration is 1 × 10 21 atoms / cm 3 , but it is not necessary to be limited to this. By this impurity addition step, a source region 309, a drain region 310, an LDD region 311 and a channel formation region 312 are defined. (Figure 3 (C))
[0040]
When each impurity region is thus formed, the impurity is activated by means such as furnace annealing, laser annealing or lamp annealing.
[0041]
Next, the silicon oxide film formed on the surfaces of the gate wiring 304, the source region 309, and the drain region 310 is removed, and the surfaces thereof are exposed. Then, a cobalt film 313 having a thickness of about 5 nm is formed and a heat treatment process is performed. By this heat treatment, a reaction between cobalt and silicon occurs, and a silicide layer (cobalt silicide layer) 314 is formed. (Fig. 3 (D))
[0042]
This technique is a known salicide technique. Therefore, titanium or tungsten may be used instead of cobalt, and heat treatment conditions may be referred to known techniques. In this embodiment, the heat treatment process is performed using lamp annealing.
[0043]
When the silicide layer 314 is thus formed, the cobalt film 313 is removed. Thereafter, an interlayer insulating film 315 having a thickness of 1 μm is formed. As the interlayer insulating film 315, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or a resin film may be used. Further, these insulating films may be stacked.
[0044]
Next, contact holes are formed in the interlayer insulating film 315 to form source wirings 316 and drain wirings 317 made of a material containing aluminum as a main component. Finally, furnace annealing is performed on the entire device in a hydrogen atmosphere at 300 ° C. for 2 hours to complete the hydrogenation.
[0045]
In this way, a TFT as shown in FIG. 3E is obtained. Note that the structure described in this embodiment is merely an example, and the TFT structure to which the present invention can be applied is not limited thereto. Therefore, the present invention can be applied to any known TFT structure.
[0046]
Needless to say, the present invention can be easily applied not only to the top gate structure but also to a bottom gate structure typified by an inverted staggered TFT.
[0047]
In this embodiment, an N-channel TFT is described as an example, but a P-channel TFT can be easily manufactured. Further, an N-channel TFT and a P-channel TFT can be formed on the same substrate and complementarily combined to form a CMOS circuit.
[0048]
Further, if a pixel electrode (not shown) electrically connected to the drain wiring 317 in the structure of FIG. 3E is formed by a known means, it is easy to form a pixel switching element of an active matrix display device. is there.
[0049]
That is, the present invention is a very effective technique as a method for manufacturing an electro-optical device such as a liquid crystal display device or an EL (electroluminescence) display device.
[0050]
(Example 3)
In this embodiment, an example in which a single crystal silicon thin film is formed by a method different from that in Embodiment 1 will be described. FIG. 7 is used for the description.
[0051]
In this embodiment, a porous silicon layer 702 is formed on an N-type or P-type single crystal silicon substrate 701 by an anodic oxidation method similar to that in Embodiment 1. Then, an amorphous silicon layer 703 is formed on the porous silicon layer 702. As a method for forming the amorphous silicon layer 703, any one of a low pressure thermal CVD method, a plasma CVD method, and a sputtering method may be used.
[0052]
The film thickness of the amorphous silicon layer 703 may be 15 to 100 nm (typically 25 to 70 nm).
[0053]
When an amorphous silicon layer is formed on the porous silicon layer as in this embodiment, the amorphous silicon is filled inside the surface holes of the porous silicon layer (however, to a depth of about 10 to 50 nm from the main surface). This is as shown in the enlarged view surrounded by the dotted line in FIG.
[0054]
Next, after the amorphous silicon layer 703 is provided, a heat treatment step in a reducing atmosphere (in this embodiment, 1100 ° C. for 1 hour in a hydrogen atmosphere) is performed. In this step, the amorphous silicon layer 703 is crystallized. At this time, the crystallization proceeds reflecting the crystal state of the porous silicon layer 702, and as a result, the single crystal silicon layer 704 can be obtained. Of course, the heat treatment process may be performed using other conditions shown in the first embodiment.
[0055]
After the single crystal silicon layer 704 is formed in this way, an SOI substrate having a single crystal silicon layer is manufactured according to the steps of Embodiment 1 and then a TFT is formed according to the steps of Embodiment 2. Then, various semiconductor devices may be manufactured by assembling a circuit on the substrate with the TFT.
[0056]
(Example 4)
In this embodiment, an example in which a single crystal silicon layer is selectively formed over a porous silicon layer will be described. FIG. 8 is used for the description.
[0057]
First, a porous silicon layer 802 is formed on a single crystal silicon substrate 801 according to the first embodiment. Then, the porous silicon layer 802 is exposed to plasma formed in an oxygen atmosphere to form a silicon oxide layer 803 having a thickness of 50 nm on the surface. This process is called a plasma oxidation process. (Fig. 8 (A))
[0058]
The film thickness of the silicon oxide layer 803 may be 50 to 100 nm. In this embodiment, the plasma oxidation method is used. However, a thermal oxidation method may be used, and a CVD method or a sputtering method may be used.
[0059]
Further, in this embodiment, the silicon oxide layer is described as an example, but a silicon nitride layer or a silicon oxynitride layer (indicated by SiOxNy) may be formed by a CVD method or a sputtering method.
[0060]
Next, the silicon oxide layer 803 is patterned to form a mask 804. Note that the etching of the silicon oxide layer 803 is preferably a wet etching process using a hydrofluoric acid aqueous solution. If the aqueous hydrofluoric acid solution is used, the silicon oxide layer 803 can be etched without substantially etching the porous silicon layer 802.
[0061]
In addition, an opening 805 is formed simultaneously with the mask 804. This opening 805 is provided in a place where a single crystal silicon layer is formed later. (Fig. 8 (B))
[0062]
8B is obtained, a main surface of the porous silicon layer 802 exposed at the opening 805 is obtained by performing a heat treatment step at 1150 ° C. for 1 hour in an atmosphere in which 3% hydrogen is added to a nitrogen atmosphere. A single crystal silicon layer 806 is formed in the vicinity (a region where the mask 804 is not formed). Detailed heat treatment conditions may be in accordance with Example 1. (Fig. 8 (C))
[0063]
Since the single crystal silicon layer 806 thus formed is selectively formed, there is no need to pattern as an active layer later.
[0064]
Next, after removing the mask 804, a silicon oxide film 807 necessary for the bonding process is formed. In this step, an extremely thin silicon oxide layer of about 5 to 10 nm may be formed. Therefore, a means that can form a silicon oxide film as thin as possible with good controllability is desirable. In this sense, the plasma oxidation method is most preferable. Of course, a thermal oxidation method may be used, or a film may be formed using a CVD method or a sputtering method. (Fig. 8 (D))
[0065]
After the state shown in FIG. 8D is obtained in this way, an SOI substrate having a single crystal silicon layer is manufactured by bonding to a second substrate having an insulating surface in accordance with the steps of Embodiment 1, and then the steps of Embodiment 2. A TFT may be formed according to the above. Then, various semiconductor devices may be manufactured by assembling a circuit on the substrate with the TFT.
[0066]
(Example 5)
In this embodiment, an example of a reflective liquid crystal display device manufactured using the SOI substrate of the present invention is shown in FIG. Since a known method may be used for a manufacturing method of a pixel TFT (pixel switching element) and a cell assembly process, detailed description thereof is omitted.
[0067]
In FIG. 4A, 11 is a substrate having an insulating surface, 12 is a pixel matrix circuit, 13 is a source driver circuit, 14 is a gate driver circuit, 15 is a counter substrate, 16 is an FPC (flexible printed circuit), and 17 is signal processing. Circuit. As the signal processing circuit 17, it is possible to form a circuit that performs processing such as a D / A converter, a γ correction circuit, a signal division circuit, or the like that has been substituted for a conventional IC. Of course, it is also possible to provide an IC chip on a glass substrate and perform signal processing on the IC chip.
[0068]
Further, in this embodiment, the liquid crystal display device is described as an example, but the present invention is applied to an EL (electroluminescence) display device and an EC (electrochromic) display device as long as it is an active matrix display device. It goes without saying that it is also possible to do.
[0069]
Here, FIG. 4B shows an example of a circuit constituting the driver circuits 13 and 14 in FIG. Since the TFT portion has already been described in Embodiment 2, only necessary portions will be described here.
[0070]
In FIG. 4B, 401 and 402 are N-channel TFTs, and 403 is a P-channel TFT. The TFTs 401 and 403 constitute a CMOS circuit. Reference numeral 404 denotes an insulating layer made of a laminated film of silicon nitride film / silicon oxide film / resin film, and a titanium wiring 405 is provided on the insulating layer, and the aforementioned CMOS circuit and TFT 402 are electrically connected. The titanium wiring is further covered with an insulating layer 406 made of a resin film. The two insulating layers 404 and 406 also have a function as a planarization film.
[0071]
FIG. 4C illustrates part of a circuit included in the pixel matrix circuit 12 in FIG. In FIG. 4C, reference numeral 407 denotes a pixel TFT formed of an N-channel TFT having a double gate structure, and a drain wiring 408 is formed so as to spread widely in the pixel region.
[0072]
An insulating layer 404 is provided thereon, and a titanium wiring 405 is provided thereon. At this time, a recess is dropped into a part of the insulating layer 404, and only the lowermost silicon nitride and silicon oxide are left. As a result, an auxiliary capacitance is formed between the drain wiring 408 and the titanium wiring 405.
[0073]
Further, the titanium wiring 405 provided in the pixel matrix circuit provides an electric field shielding effect between the source / drain wiring and the subsequent pixel electrode. Further, it functions as a black mask in the gaps between a plurality of pixel electrodes.
[0074]
An insulating layer 406 is provided to cover the titanium wiring 405, and a pixel electrode 409 made of a reflective conductive film is formed thereon. Of course, the surface of the pixel electrode 409 may be devised to increase the reflectance.
[0075]
In practice, an alignment film or a liquid crystal layer is provided on the pixel electrode 409, but the description thereof is omitted here.
[0076]
A reflection type liquid crystal display device having the above-described configuration can be manufactured using the present invention. Needless to say, a transmission type liquid crystal display device can be easily manufactured by combining with a known technique. Further, an active matrix EL display device can be easily manufactured by combining with a known technique.
[0077]
(Example 6)
The present invention can be applied to all conventional IC technologies. That is, it can be applied to all semiconductor circuits currently on the market. For example, the present invention may be applied to a microprocessor such as a RISC processor or an ASIC processor integrated on a single chip, or from a signal processing circuit such as a D / A converter to a portable device (cell phone, PHS, mobile computer). You may apply to a high frequency circuit.
[0078]
FIG. 5 shows an example of a microprocessor. The microprocessor typically includes a CPU core 21, a RAM 22, a clock controller 23, a cache memory 24, a cache controller 25, a serial interface 26, an I / O port 27, and the like.
[0079]
Needless to say, the microprocessor shown in FIG. 5 is a simplified example, and various circuit designs are performed on an actual microprocessor depending on its application.
[0080]
However, it is an IC (Integrated Circuit) 28 that functions as the center of a microprocessor having any function. The IC 28 is a functional circuit in which an integrated circuit formed on the semiconductor chip 29 is protected with ceramic or the like.
[0081]
The N-channel TFT 30 and the P-channel TFT 31 having the structure of the present invention constitute an integrated circuit formed on the semiconductor chip 29. Note that power consumption can be suppressed by configuring a basic circuit with a CMOS circuit as a minimum unit.
[0082]
The microprocessor shown in this embodiment is mounted on various electronic devices and functions as a central circuit. Typical electronic devices include personal computers, portable information terminal devices, and all other home appliances. Further, a computer for controlling a vehicle (such as an automobile or a train) may be used.
[0083]
(Example 7)
The electro-optical device of the present invention is used as a display of various electronic devices. Such electronic devices include video cameras, still cameras, projectors, projection TVs, head mounted displays, car navigation systems, personal computers, personal digital assistants (mobile computers, mobile phones, etc.), etc.
FIG. 6A illustrates a mobile phone, which includes a main body 2001, an audio output unit 2002, an audio input unit 2003, a display device 2004, an operation switch 2005, and an antenna 2006. The present invention can be applied to the audio output unit 2002, the audio input unit 2003, the display device 2004, and other signal control circuits.
[0085]
FIG. 6B illustrates a video camera which includes a main body 2101, a display device 2102, an audio input portion 2103, operation switches 2104, a battery 2105, and an image receiving portion 2106. The present invention is applied to a display device 2102, a voice input unit 2103, and other signal controls.
FIG. 6C illustrates a mobile computer, which includes a main body 2201, a camera unit 2202, an image receiving unit 2203, operation switches 2204, and a display device 2205. The present invention can be applied to the display device 2205 and other signal control circuits.
[0087]
FIG. 6D illustrates a head mounted display which includes a main body 2301, a display device 2302, and a band portion 2303. The present invention can be applied to the display device 2302 and other signal control circuits.
[0088]
FIG. 6E illustrates a rear projector, which includes a main body 2401, a light source 2402, a display device 2403, a polarizing beam splitter 2404, reflectors 2405 and 2406, and a screen 2407. The present invention can be applied to the display device 2403 and other signal control circuits.
[0089]
FIG. 6F illustrates a front type projector which includes a main body 2501, a light source 2502, a display device 2503, an optical system 2504, and a screen 2505. The present invention can be applied to the display device 2503 and other signal control circuits.
[0090]
As described above, the application range of the present invention is extremely wide and can be applied to electronic devices in various fields.
[0091]
【The invention's effect】
By implementing the present invention, it is possible to realize an SOI substrate having an extremely thin single crystal silicon thin film of 5 to 30 nm (typically 5 to 10 nm) which cannot be achieved by the conventional ELTRAN method.
[0092]
Then, it is possible to manufacture a thin film transistor with high performance and a small off-current value using the SOI substrate, and it is possible to improve the performance of all semiconductor devices in which a circuit is assembled with a plurality of TFTs.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1C illustrate a manufacturing process of an SOI substrate. FIGS.
FIGS. 2A and 2B illustrate a manufacturing process of an SOI substrate. FIGS.
FIG. 3 is a view showing a manufacturing process of a TFT.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a semiconductor device (electro-optical device).
FIG. 5 illustrates a structure of a semiconductor device (semiconductor circuit).
FIG. 6 illustrates a structure of a semiconductor device (electronic device).
FIGS. 7A to 7C illustrate a manufacturing process of an SOI substrate. FIGS.
FIGS. 8A and 8B illustrate a manufacturing process of an SOI substrate. FIGS.

Claims (2)

第1基板である単結晶シリコン基板上に多孔質シリコン層を形成し、
前記多孔質シリコン層にプラズマ酸化をおこなって酸化シリコン層を形成し、
前記酸化シリコン層の一部をエッチングしてマスク及び開口部を形成し、
水素を含む窒素雰囲気で加熱処理を施すことにより前記開口部における前記多孔質シリコン層の表面近傍に単結晶シリコン層を形成し、
前記マスクを除去し、
前記単結晶シリコン層の表面近傍にプラズマ酸化をおこなって第1酸化シリコン層を形成し、
第2基板の主表面に第2酸化シリコン層を形成し、
前記第1酸化シリコン層と前記第2酸化シリコン層とを接着させて前記第1基板と前記第2基板とを貼り合わせ、
前記第1基板を裏面側から研削して前記多孔質シリコン層を露呈させ、
露呈した前記多孔質シリコン層を除去して前記単結晶シリコン層を露呈させ、
水素雰囲気中で熱処理を行って露呈した前記単結晶シリコン層を平坦化させて、厚さが5〜30nmの単結晶シリコン膜を形成することを特徴とするSOI基板の作製方法。
Forming a porous silicon layer on a single crystal silicon substrate as a first substrate;
Plasma oxidation is performed on the porous silicon layer to form a silicon oxide layer,
Etching a portion of the silicon oxide layer to form a mask and an opening;
A single crystal silicon layer is formed near the surface of the porous silicon layer in the opening by performing a heat treatment in a nitrogen atmosphere containing hydrogen,
Removing the mask,
Plasma oxidation is performed near the surface of the single crystal silicon layer to form a first silicon oxide layer,
Forming a second silicon oxide layer on the main surface of the second substrate;
Bonding the first substrate and the second substrate by bonding the first silicon oxide layer and the second silicon oxide layer;
Grinding the first substrate from the back side to expose the porous silicon layer;
Removing the exposed porous silicon layer to expose the single crystal silicon layer;
A method for manufacturing an SOI substrate, wherein the single crystal silicon layer exposed by heat treatment in a hydrogen atmosphere is planarized to form a single crystal silicon film having a thickness of 5 to 30 nm.
第1基板である単結晶シリコン基板上に多孔質シリコン層を形成し、
前記多孔質シリコン層にプラズマ酸化をおこなって酸化シリコン層を形成し、
前記酸化シリコン層の一部をエッチングしてマスク及び開口部を形成し、
水素を含む窒素雰囲気で加熱処理を施すことにより前記開口部における前記多孔質シリコン層の表面近傍に単結晶シリコン層を形成し、
前記マスクを除去し、
前記単結晶シリコン層の表面近傍にプラズマ酸化をおこなって第1酸化シリコン層を形成し、
第2基板の主表面に第2酸化シリコン層を形成し、
前記第1酸化シリコン層と前記第2酸化シリコン層とを接着させて前記第1基板と前記第2基板とを貼り合わせ、
前記第1基板を裏面側から研削して前記多孔質シリコン層を露呈させ、
露呈した前記多孔質シリコン層を除去して前記単結晶シリコン層を露呈させ、
水素雰囲気中で熱処理を行って露呈した前記単結晶シリコン層を平坦化させて、厚さが5〜30nmの単結晶シリコン膜を形成し、
前記単結晶シリコン膜を島状シリコン層として利用し、複数の薄膜トランジスタを形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a porous silicon layer on a single crystal silicon substrate as a first substrate;
Plasma oxidation is performed on the porous silicon layer to form a silicon oxide layer,
Etching a portion of the silicon oxide layer to form a mask and an opening;
A single crystal silicon layer is formed near the surface of the porous silicon layer in the opening by performing a heat treatment in a nitrogen atmosphere containing hydrogen,
Removing the mask,
Plasma oxidation is performed near the surface of the single crystal silicon layer to form a first silicon oxide layer,
Forming a second silicon oxide layer on the main surface of the second substrate;
Bonding the first substrate and the second substrate by bonding the first silicon oxide layer and the second silicon oxide layer;
Grinding the first substrate from the back side to expose the porous silicon layer;
Removing the exposed porous silicon layer to expose the single crystal silicon layer;
The single crystal silicon layer exposed by performing a heat treatment in a hydrogen atmosphere is planarized to form a single crystal silicon film having a thickness of 5 to 30 nm,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the single crystal silicon film is used as an island-shaped silicon layer to form a plurality of thin film transistors.
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