JP2004087606A - Soi基板およびそれを用いる表示装置ならびにsoi基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板2に、室温から700℃程度の温度範囲で、熱膨張率が単結晶シリコン以上の非晶質無アルカリガラス基板を用い、単結晶シリコン片6の基板2への接着力を高める熱処理の温度が300℃程度でよいことから、前記単結晶シリコン片6の薄膜への分離も合わせて、最高温度が600℃程度で熱処理する。したがって、その熱処理の際に、基板2が下に凸方向に反り、単結晶シリコン片6の端から剥がれる力が反る方向と一致して、剥がれが起こらないようになる。これによって、低コストな高歪点無アルカリガラスを使用し、またスループットを向上することができる。
【選択図】 図4
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素イオンを注入し、その水素イオンの打込み層で分割させることで得られる単結晶シリコン薄膜を基板に貼合わせて作成されるSOI基板に関し、さらにそれを用いる表示装置ならびにSOI基板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、単結晶シリコン基板を加工して、基板上に数億個程度のトランジスタを形成する集積回路素子技術や、ガラス基板などの非晶質材料の上に、シリコン膜などの多結晶半導体薄膜を形成した後、トランジスタに加工して、液晶ディスプレイの絵素やドライバを製造する薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor::TFT)液晶ディスプレイ技術は、コンピュータや液晶ディスプレイを用いたパーソナル情報端末の普及とともに、大いなる発展を遂げてきた。
【0003】
これらのうち、集積回路素子は、市販されている厚さ1mm足らず、直径300mm程度の単結晶シリコンウエハを加工して、多数のトランジスタをその上に形成することで作成される。また、TFT液晶ディスプレイでは、非晶質無アルカリガラス基板上の非晶質シリコン膜をレーザなどの熱で溶融・多結晶化し、それを加工して、スイッチング素子であるMOS型トランジスタを作成している。
【0004】
前記TFTを用いる前記液晶ディスプレイや有機ELディスプレイの分野では、透明なガラス基板上に、アモルファスシリコン膜やポリシリコン膜のTFTを形成し、前記絵素の駆動を行う、いわゆるアクティブマトリクス駆動のためにシリコンによるデバイスが形成されてきた。さらに、そのアクティブマトリクス駆動から、周辺ドライバ、タイミングコントローラ等のシステム集積化のために、より高性能なシリコンのデバイスを形成することが研究されてきた。これは、多結晶シリコン膜では、結晶性の不完全性に起因するギャップ内の局在準位や、結晶粒界付近の欠陥ギャップ内における局在準位の存在のため、移動度の低下やサブスレッショルド係数(S係数)の増大によって、高性能なシリコンのデバイスを形成するには、トランジスタの性能が不十分であるという問題があるためである。
【0005】
そこで、SOI技術が注目されている。前記SOIとは、Silicon on Insulatorの略で、絶縁性基板の上に単結晶半導体薄膜を形成する技術のことである(多結晶シリコン膜を形成するのには、あまり用いられない)。この技術は、1981年頃から盛んに研究されている分野である。そして、集積回路の分野において用いられるSOI基板は、良好なトランジスタを作って半導体素子の機能を飛躍的に向上させることが目的であるため、基板は、絶縁膜であればよく、それが透明であっても不透明であっても、或いは結晶質であっても非晶質であっても構わない。この分野においては、SOI基板によってトランジスタを作成することは、素子が完全分離されるため、動作上の制約が少なく、トランジスタとして良好な特性を示す。
【0006】
現在、そのSOI基板の代表としては、SIMOX(Silicon Implanted Oxygen)基板が市販されている。このSOI基板では、シリコンウエハに酸素を注入し、形成された酸化シリコン層によって、基板のバルクから単結晶シリコン薄膜を分離している。したがって、酸素という水素より遥かに重い元素を所定の深さに注入するため、注入時に大きい加速電圧をかけており、結晶のダメージが大きく、単結晶の性質が十分ではない、あるいは二酸化珪素膜の部分のストイキオメトリーからのずれによる絶縁性が不完全であるという課題がある。
【0007】
そこで、単結晶シリコンを基板上に貼合わせて、これを薄膜化する技術が、特開平5−211128号公報に開示されている。この先行技術は、スマートカット法と称され、単結晶シリコン片にイオンプランテーション法によって水素イオンを打込み、補剛材と貼合わせた後、熱処理によって前記水素イオンの打込み層に微小気泡を生じさせ、前記単結晶シリコン片を前記打込み層で分割させて単結晶シリコン薄膜を形成するようにした技術である。そして、得られた単結晶シリコン薄膜から前記補剛材を除去し、またはそのままで、単結晶シリコン薄膜を基板上に貼合わせることで、素子特性の高い単結晶トランジスタを製造することができる非常に優れた技術である。
【0008】
しかしながら、この先行技術によると、単結晶シリコン基板上に酸化膜を形成し、その上に単結晶シリコン薄膜を形成することしか記載されておらず、前記ディスプレイ用のガラス基板などの他の基板との適性は検討されていない。そこで、他の基板との接合を検討した例が、特開平11−163363号公報に記載されている。その従来技術では、前記石英基板との接合強度を向上するための加熱工程での石英基板の破壊を防止するために、結晶化ガラスを用い、その組成を変えて熱膨張率をシリコン片と合わせて接合する方法が開示されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の先行技術では、単結晶シリコン片を基板に貼合わせる際に、高温下に晒さないと充分な接合強度が得られないと考えられており、熱処理を行う温度が800〜1200℃にも達している。このため歪点が750℃以上の高耐熱結晶化ガラスが適しているとされており、アクティブマトリクス駆動による液晶表示パネル等に一般的に使用される歪点が700℃以下の高歪点無アルカリガラスに用いることができないという問題がある。
【0010】
本発明の目的は、組成を調節した結晶化ガラスや高耐熱のガラスを用いることなく、低コストにSOI基板を製造することができるSOI基板およびそれを用いる表示装置ならびにSOI基板の製造方法を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明のSOI基板は、基板上に、水素イオンを注入した単結晶シリコン片を貼合わせ、前記単結晶シリコン片を前記水素イオンの打込み層で分割させて単結晶シリコン薄膜を形成するようにしたSOI基板において、前記基板を、非晶質無アルカリガラス基板とすることを特徴とする。
【0012】
上記の構成によれば、前記単結晶シリコン片にイオンプランテーション法によって水素イオンを打込み、熱処理によって前記水素イオンの打込み層に水素脆化を生じさせ、前記単結晶シリコン片を該水素イオンの打込み層で分割させて単結晶シリコン薄膜を形成するようにした、いわゆるスマートカット法などによって得られる単結晶シリコン薄膜を基板に貼合わせて作成されるSOI基板において、本件発明者は、前記単結晶シリコン片を基板に貼合わせる際に、300℃程度でも充分な接合強度が得られることに着目した、したがって、接合強度を高めるための熱処理温度を従来よりも低く設定することができ、歪点が700℃以下の非晶質無アルカリガラス基板を用いることができる。
【0013】
本件発明者らが検討を重ねたところ、単結晶シリコン片を単結晶シリコン薄膜に分割させるために、質量が酸素イオンよりはるかに軽い水素イオンを打込む場合、素子製造工程中で、熱処理温度は600℃程度で充分であることが判明した。この程度の温度による熱処理を加えることで、単結晶シリコン片内の水素イオンの打込み層から水素を消散させて単結晶シリコン薄膜に分離することができるとともに、単結晶シリコン薄膜の結晶質を水素イオン打込み前と同等な水準に戻し、結晶質の低下を抑える処理も併わせて行うことができる。したがって、この600℃程度の温度による熱処理を行うことで、前記分離および結晶質の改善とともに、単結晶シリコン片の基板への接着力を高めることもできる。
【0014】
したがって、組成を調節した結晶化ガラスや高耐熱のガラスを用いる必要が無くなり、アクティブマトリクス駆動による液晶表示パネル等に一般的に使用される高歪点無アルカリガラスを用いて、低コストにSOI基板を製造することができる。また、熱処理温度が低いために、半導体層へのアルカリ金属の拡散を防止することができる。これによって、そのアルカリ金属の拡散を防止するために、たとえば単結晶シリコン片側に形成される酸化膜や、基板側に形成される二酸化珪素膜などの膜厚を薄くすることができ、スループットを向上することができる。
【0015】
なお、本発明では、前記SOI基板としては、大面積のガラス基板の一部分に前記の単結晶シリコン片が貼付けられるSOIを含む基板であってもよい。
【0016】
また、本発明のSOI基板では、前記非晶質無アルカリガラス基板は、前記単結晶シリコンよりも熱膨張率が同等または大きいことを特徴とする。
【0017】
上記の構成によれば、単結晶シリコン薄膜の分離および基板への接着力を高める熱処理を行うために高温下に晒した際、その熱処理の温度範囲で基板の熱膨張率が単結晶シリコンの熱膨張率( 2.6×10−6deg −1)以上であるために、基板が下に凸方向に反る。この時、van der Waals 力によって接着している両者の内、単結晶シリコン片の基板付近の部分が横方向に引張られ、前記下に凸方向に反ることによって、単結晶シリコン片の端から剥がれる力が反る方向と一致し、これが単結晶シリコン片が接着面から剥れる力を相殺して接着面から剥がれが起こらず、ボンドが形成される要因となる。こうして、単結晶シリコン薄膜の基板からの剥離や、基板の割れを防止することができる。
【0018】
さらにまた、本発明のSOI基板では、前記非晶質無アルカリガラス基板は、アルカリ土類−アルミノ硼珪酸ガラス、バリウム−アルミノ硼珪酸ガラス、アルカリ土類−亜鉛−鉛−アルミノ硼珪酸ガラスまたはアルカリ土類−亜鉛−アルミノ硼珪酸ガラスであることを特徴とする。
【0019】
上記の構成によれば、上述の単結晶シリコンよりも熱膨張率が同等または大きい基板を得ることができる。
【0020】
また、本発明のSOI基板では、前記単結晶シリコン片は、貼合わせられる表面が(111)面、(110)面または(100)面であることを特徴とする。
【0021】
上記の構成によれば、上記の面方位を有する単結晶シリコン片を用いることによって、全く同様に、できた時から、表面研磨が必要ない程平坦なシリコン膜面を有するSOI基板を製造することができる。
【0022】
そして、前記単結晶シリコン片として、最も入手し易い表面が(100)方位のものに比べて、(110)方位のものでは、最近接原子同士がこの(110)面に最も沢山並んでいるので、該単結晶シリコン片を分離した際に、分離面が頗る平坦になり、本SOI基板に作成したシリコントランジスタの不良率を小さくすることができる。
【0023】
また、(111)方位のものにすると、分離する面が単結晶シリコン塊のへき開面と一致し、かつ同平面内では、最近接原子同士がこの(111)面から小さいずれの角度に存在するので、該単結晶シリコン片を分離した際に、分離面が頗る平坦になり、本SOI基板に作成したシリコントランジスタの不良率をさらに小さくすることができる。
【0024】
さらにまた、本発明の表示装置では、前記非晶質無アルカリガラス基板は、可視光を透過する非晶質ガラス材料であり、前記の何れかのSOI基板を用いることを特徴とする。
【0025】
上記の構成によれば、前記非晶質無アルカリガラス基板を可視光を透過する非晶質ガラス材料とし、前記単結晶シリコン薄膜に、別途形成した多結晶シリコン膜などとともにトランジスタを形成することで、液晶表示装置や有機EL表示装置の基板を構成することができる。
【0026】
したがって、表示装置用の大面積の基板の必要な部分に、高性能なトランジスタを形成することができる。
【0027】
また、本発明のSOI基板の製造方法は、基板上に、水素イオンを注入した単結晶シリコン片を貼合わせ、熱処理によって前記単結晶シリコン片を前記水素イオンの打込み層で分割させて単結晶シリコン薄膜を形成するようにしたSOI基板の製造方法において、前記基板に非晶質無アルカリガラス基板を用いるとともに、前記熱処理による単結晶シリコンの分割工程において、最高温度が600℃付近の温度で熱処理することを特徴とする。
【0028】
上記の構成によれば、前記スマートカット法などで得られる単結晶シリコン薄膜を基板に貼合わせて作成されるSOI基板の製造方法において、本件発明者は、前記単結晶シリコン片を基板に貼合わせる際に、300℃程度でも充分な接合強度が得られることに着目し、熱処理の最高温度を前記単結晶シリコン片を分割する600℃付近の温度とし、一例として600℃、30〜60分で処理を行う。
【0029】
したがって、組成を調節した結晶化ガラスや高耐熱のガラスを用いる必要が無くなり、アクティブマトリクス駆動による液晶表示パネル等に一般的に使用される高歪点無アルカリガラスを用いて、低コストにSOI基板を製造することができる。また、熱処理温度が低いために、半導体層へのアルカリ金属の拡散を防止することができる。これによって、そのアルカリ金属の拡散を防止するために、たとえば単結晶シリコン片側に形成される酸化膜や、基板側に形成される二酸化珪素膜などの膜厚を薄くすることができ、スループットを向上することができる。
【0030】
さらにまた、本発明のSOI基板の製造方法は、前記熱処理を、300℃以上700℃以下の温度範囲において、多段階の温度ステップで行うことを特徴とする。
【0031】
上記の構成によれば、多段階の温度ステップで熱処理をすることで、単結晶シリコン薄膜の剥がれをさらに減少することができる。特に、単結晶シリコン片が水素イオンの打込み面で分離しない温度で接着力強化のための第1段階目の熱処理を行い、その後に、分離のための第2段階目の熱処理を行うことで、接合面から膜が剥がれ、単結晶シリコン片そのものが熱処理後剥がれてしまう不良品の数を低減することができる。
【0032】
また、本発明のSOI基板の製造方法は、基板上に、水素イオンを注入した単結晶シリコン片を貼合わせ、熱処理によって前記単結晶シリコン片を前記水素イオンの打込み層で分割させて単結晶シリコン薄膜を形成するようにしたSOI基板の製造方法において、前記基板に非晶質無アルカリガラス基板を用いるとともに、前記熱処理による単結晶シリコンの分割工程において、概ね850℃以上のピーク温度を含むランプアニールで熱処理することを特徴とする。
【0033】
上記の構成によれば、前記スマートカット法などで得られる単結晶シリコン薄膜を基板に貼合わせて作成されるSOI基板の製造方法において、本件発明者は、前記単結晶シリコン片を基板に貼合わせる際に、最高温度が600℃程度でも充分な接合強度が得られることに着目し、概ね850℃以上のピーク温度を含むランプアニールで熱処理を行う。
【0034】
したがって、組成を調節した結晶化ガラスや高耐熱のガラスを用いる必要が無くなり、アクティブマトリクス駆動による液晶表示パネル等に一般的に使用される高歪点無アルカリガラスを用いて、低コストにSOI基板を製造することができる。また、熱処理温度が低いために、半導体層へのアルカリ金属の拡散を防止することができる。これによって、そのアルカリ金属の拡散を防止するために、たとえば単結晶シリコン片側に形成される酸化膜や、基板側に形成される二酸化珪素膜などの膜厚を薄くすることができ、スループットを向上することができる。
【0035】
また、電気炉による加熱では、熱容量が大きいので、ガラス基板を急激に昇温、降温すると割れてしまうのに対して、瞬間熱アニ−ル(Rapid Thermal Anneal、以下RTAと記す。)であるレーザなどの光(ランプ)アニールによる加熱は熱容量が小さいので、急激に昇温、降温してもガラス基板に割れを生じることはない。さらにまた、SOI基板を製造する上でのスループットを向上することができる。
【0036】
なお、ランプアニールのピーク温度が高い程トランジスタの特性は向上するけれども、基板の反りや伸縮が大きくなるので、基板サイズや形成するデバイスの種類に応じて適切な温度および保持時間を選べばよい。一例として、300〜400mmクラスの基板では、700℃で5分程度保持する。
【0037】
さらにまた、本発明のSOI基板の製造方法は、前記非晶質無アルカリガラス基板の表面に二酸化珪素膜および非晶質シリコン膜を順次堆積する工程と、前記非晶質シリコン膜を加熱結晶化することで多結晶シリコン層を成長させ、前記多結晶シリコン薄膜を形成する工程と、予め定める領域の前記多結晶シリコン層をエッチング除去するとともに、同じ領域の前記二酸化珪素膜の厚さ方向における一部をエッチング除去する工程と、予め前記単結晶シリコン片の表面を酸化または二酸化珪素膜を積層し、前記水素イオンを注入する工程と、前記水素イオンを注入された単結晶シリコン片を前記エッチング除去した領域を覆う形状に切断する工程と、前記切断された単結晶シリコン片を、前記水素イオンの注入側の面を前記エッチング除去した領域に密着させ、貼合わせる工程と、前記熱処理を施し、前記水素脆化によって前記単結晶シリコン片を分割させて単結晶シリコン薄膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【0038】
上記の構成によれば、前述のようにして貼合わせられる単結晶シリコン薄膜とともに、CVDなどで堆積される多結晶シリコン薄膜にも併せてトランジスタがが形成されるSOI基板を作成するにあたって、前記貼合わせの前に、その貼合わせられる領域を含む予め定める領域の多結晶シリコン層をエッチング除去するとともに、同じ領域の前記二酸化珪素膜の厚さ方向における一部をエッチング除去しておく。
【0039】
したがって、貼合わせられた単結晶シリコン薄膜の領域と多結晶シリコン薄膜の領域とが概ね同等の高さであるSOI基板を得ることができる。その結果、島エッチングを含め、以降の殆どの工程を、前記単結晶シリコン薄膜の領域と多結晶シリコン薄膜の領域とで同時に処理することができる。また、段差の小さいトランジスタや回路が形成され、たとえば液晶パネルの場合、セル厚制御において優位となる。
【0040】
また、本発明のSOI基板の製造方法は、前記水素イオンの注入深さが40〜200nmであることを特徴とする。
【0041】
上記の構成によれば、上記のように水素イオンの注入深さ、したがって単結晶シリコン薄膜の厚さが、200nm程度までの薄さであれば完全空乏化したトランジスタが得られ、特性を飛躍的に向上することができるとともに、加工も容易になる。一方、40nmよりも薄くなると、割れ易くなり、製造上の安全係数が低くなってしまう。
【0042】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について、図1〜図4に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【0043】
図1は、本発明の実施の一形態のSOI基板1の断面図である。このSOI基板1は、前記スマートカット法で作成されたものであり、非晶質無アルカリガラス基板である高歪点無アルカリガラス基板2の表面に二酸化珪素膜3が積層され、その上に、二酸化珪素膜4で被覆された単結晶シリコン薄膜5が貼合わせられている。
【0044】
この図1においては、単結晶シリコン薄膜5が高歪点無アルカリガラス基板2より小さく描かれているが、これは現在市販されている高歪点無アルカリガラス基板とシリコンウエハとの一般的な大小関係によるものであり、単結晶シリコン薄膜5が高歪点無アルカリガラス基板2と同じ大きさであってもよい。またこの図1は、模式図であるため、厚さの大小関係が現実的ではない。一般に、高歪点無アルカリガラス基板3は、厚さ0.7mm程度、二酸化珪素膜3,4は、厚さ50〜300nm程度である。
【0045】
また、単結晶シリコン薄膜5は、厚さ40〜200nmである。単結晶シリコン薄膜5の厚さ、すなわち水素イオンの注入深さが、200nm程度までの薄さであれば完全空乏化したトランジスタが得られ、特性を飛躍的に向上することができるとともに、加工も容易になる。一方、40nmよりも薄くなると、膜厚ばらつきが大きくなり、製造上の安全係数が低くなってしまう。したがって、上記のように選ぶことで、安全係数を保ちつつ、高い素子特性を得ることができる。
【0046】
図2には、単結晶シリコン片6を前記高歪点無アルカリガラス基板2に貼合わせる前の状態を示す。単結晶シリコン片の二酸化珪素膜4は、この膜を化学気相成長法(CVD法)などによる成膜で得る場合には、この図2のように、単結晶シリコン片6の表面のみに形成される。下記に述べる熱酸化法で形成する場合には、単結晶シリコン片6の表面と裏面との両方に形成される。そして、前記スマートカット法で単結晶シリコン片6が分割されると、表面側の二酸化珪素膜も除去され、前記図1で示すように単結晶シリコン薄膜5となる。
【0047】
図3は、上述のようなSOI基板1の作成手順を示す図である。前記高歪点無アルカリガラス基板2は、そのままでは、ぬれ性(親水性)が不十分であるため、ぬれ性を増すために、図3(a)から図3(b)で示すように、二酸化珪素(SiO2 )膜3が、前記50〜300nm程度形成される。その成膜は、たとえばプラズマ化学気相成長法(プラズマCVD法)によって、真空チャンバー中にTEOS(Tetra Ortho Silicate)ガスと酸素ガスとを流し、プラズマ放電をたてることによって行うことができる。前記プラズマCVD法では、材料ガスをプラズマ放電により活性化して成膜するので、600℃以上の高温に上げることができない該高歪点無アルカリガラス基板2上への成膜には適している。具体的な成膜法の概要は、次のとおりである。
【0048】
前記真空チャンバー内に材料ガスであるTEOSガスと酸素ガスとを流し、真空度を133〜1330Paに調整する。基板温度は、200〜400℃程度にしておく。その基板が置いてある載置台は、高周波電源の一方の電極にもなっており、他方の電極と載置台との間にRADIO FREQUENCY帯(RF帯)である周波数13.56MHzの高周波をかけ、プラズマ放電を生じさせる。その高周波のパワー密度は、0.1W/cm2 程度である。このプラズマ放電によって、1分程度の時間で、前記50〜300nm程度の二酸化珪素膜3を形成することができる。
【0049】
ここで、プラズマ周波数は、必ずしも前記RF帯でなくてもよく、マイクロ波帯(2.456GHz程度)であってもよい。また、高歪点無アルカリガラス基板2がぬれ性が十分でない理由は、その化学組成にある。二酸化珪素(SiO2 )は、ぬれ性が良い材料であるが、これは同基板には50%程度しか含有されておらず、これが不十分なぬれ性を示す理由である。上記のように、二酸化珪素膜3を上記の厚さだけコーティングすることで、十分なぬれ性を得ることができる。
【0050】
一方、単結晶シリコン片6は、一般に、6、8、12インチの円板形状をしている。また、一般には、ある濃度のホウ素や燐などの不純物がドープされており、比抵抗値は、10Ωcm程度と低くしてある。結晶方位は、(100)面を有しているものが最も入手し易い。これを、表面から不純物が拡散しないように、熱酸化法などで、先ず図3(c)から図3(d)で示すように、二酸化珪素膜4を、50〜300nm程度形成する。前記熱酸化法としは、ドライO2 酸化でもよいが、この方法では酸化速度が遅いので、前記300nmの酸化膜を形成しようとすると膨大な時間がかかる。このため、パイロ酸化やスチーム酸化など、酸化速度が大きい方法を用いてもよい。
【0051】
この後、図3(e)で示すように、水素イオンを注入する。その注入条件の一例は、加速電圧が12〜36kV、注入量が4〜6×1016cm−2程度である。この水素イオン注入によって、参照符10で示すように、単結晶シリコン片6中の所定の深さ(前記40〜200nm)の面に水素イオン打込み面が形成される。
【0052】
このように準備された高歪点無アルカリガラス基板2および単結晶シリコン片6は、表面のパーティクルを除去するために、アンモニア水および過酸化水素水を純水で希釈した、いわゆるSCI溶液で洗浄される。前記SCI溶液は、たとえば市販の28%アンモニア水と、35%の過酸化水素水と、比抵抗10MΩcm以上の純水とを、容積比1:2:12などの比率で混合し、30〜80℃の温度に熱して作成される。このSCI溶液に前記高歪点無アルカリガラス基板2および単結晶シリコン片6を10分程度浸漬させて、表面のパーティクルを除去する。この後、超音波下あるいはメガソニック下での純水洗浄によるパーティクル除去を5分程度した後、純水流水下で10分程度洗浄して、それぞれの表面から薬液を取除き、スピンドライヤーなどで乾燥させる。
【0053】
このようにして洗浄した高歪点無アルカリガラス基板2と単結晶シリコン片6とは、互いに表面を近付けると、van der Waals 力によって接着する。この様は、図3(f)に示した。この際、単結晶シリコン片6を逆さにして、前記水素イオンの注入面を高歪点無アルカリガラス基板2に密着させる。密着させる時の力は、良好な洗浄がなされており、表面のパーティクルが除去されていて表面が十分活性化されている場合には、ほんの僅かでよい(たとえば、数百g程度)。前記van der Waals 力による引力とは、原子間距離の6乗に反比例して変化するものである。そこで、表面の原子同士が固体の原子間距離と比較できるような距離に近付くと接着した状態になる。接着した状態は、高歪点無アルカリガラス基板2が透明基板である場合には、裏面から目視で見て干渉色が消失することで確認可能である。
【0054】
このように単結晶シリコン片6を接着させた高歪点無アルカリガラス基板2は、前述のように相互に近付けたことによる接着(van der Waals結合) から、熱処理を施すことによって、化学的に結合したボンドとなる。つまり、表面の水素が熱により消散し、それぞれの基体上にある原子同士の空いた手が結合してゆき、接着力が強化される。これらは、本件発明者によれば、前記特開平11−163363号のような800〜1200℃の高温でなくとも、300℃程度以上の温度でなされることが確認された。一方、基板である高歪点無アルカリガラスは、歪点が700℃以下である為、これ以上の温度に上げると変形してしまうので、本発明のように基板に高歪点無アルカリガラスを用いた場合、上述のような接着力強化の熱処理の最高温度は、650℃程度に制約され、本件発明者によれば、最高温度が600℃程度でも充分な接合強度が得られることが確認された。
【0055】
このようにして接着された高歪点無アルカリガラス基板2と単結晶シリコン片6とは、界面で、1×105dyn/cm2程度の接着力を有しており、これはCVD装置などで形成された薄膜の接着力と比較することができる値である。この接着力の評価は、密着している単結晶シリコン薄膜5を端の部分から剥がす試験によりなされる。「弾性理論」(エリ・デ・ランダウ=イェ・エム・リフシッツ著、佐藤常三訳、東京図書)には、物体から薄層(厚さh)が分離面上で表面牽引力に逆らってこれに作用する外力によって剥ぎ取られる際、単位長さあたりの接着力αは、
【0056】
【数1】
【0057】
で表される。ここで、Eは薄膜のヤング率、σは薄膜のポアッソン比、hは薄膜の厚さ、xは薄膜が密着している平面の横方向の軸、ζは薄膜の法線方向の剥ぎ取られようとしている膜の変位である。この接着力αは、ζという法線方向の変位のx軸に対する2階偏微分係数を求めることで得られる。
【0058】
また、接着力強化のための熱処理を行う際は、ガラス基板の熱膨張率が単結晶シリコン片6のそれよりも大きいことが、安定した接着が行われる要因となる。シリコンの熱膨張率は、室温付近では2.6×10−6deg −1程度、500℃程度の温度では4.1×10−6deg −1程度である。一方、本発明で用いる前記高歪点無アルカリガラス基板は、室温から700℃程度の温度範囲で単結晶シリコンよりも熱膨張率が同等または大きい基板を得ることができるもので、たとえばアルカリ土類−アルミノ硼珪酸ガラス、バリウム−アルミノ硼珪酸ガラス、アルカリ土類−亜鉛−鉛−アルミノ硼珪酸ガラスまたはアルカリ土類−亜鉛−アルミノ硼珪酸ガラスから成り、50〜300℃の温度範囲に亘って、熱膨張率は、4.7×10−6deg −1程度である。したがって、前記50〜300℃の温度範囲では、高歪点無アルカリガラス基板2の方が熱膨張率が大きい。なお、本発明では、前記非晶質無アルカリガラス基板とは、アルカリ含有量が1%以下の微量の物を言い、具体的な製品では、たとえばコーニング社のコーニング#1737ガラスなどが挙げられる。
【0059】
前記熱処理のために、接着された高歪点無アルカリガラス基板2および単結晶シリコン片6が炉に入れられ、高温になっている際の反りの様子を、図4に模式的に示す。上述のような熱膨張率の関係で、熱処理を行うための高温下に晒した際、高歪点無アルカリガラス基板2は下に凸方向に反る。この時、前記van der Waals 力により接着している両者の内、単結晶シリコン片6の高歪点無アルカリガラス基板2付近の部分が横方向に引張られるけれども、前記のように高歪点無アルカリガラス基板2が下に凸方向に反ることによって、単結晶シリコン片6の端から剥がれる力が反る方向と一致し、これが単結晶シリコン片6が接着面から剥れる力を相殺して剥がれが起こらず、ボンドが形成される要因となる。
【0060】
しかしながら、前記水素イオンの打込み面10での水素脆化による分離は、600℃程度以上の温度でないと生じないので、600℃程度の温度とすることで、前記接着力を強化する熱処理と、この単結晶シリコン片6の分離のための熱処理とを、一括して効率的に行うことができる。一例として、600℃、30〜60分の熱処理を行うと、前述のように接着した面の接着力が強化されるとともに、単結晶シリコン片6が前記水素イオンの打込み面10で分離する。この分離した状態を示したのが、前記図1および図3(g)である。
【0061】
その熱処理の際に、TDS(Temperature Desorption Spectroscopy)の評価を行うと、単結晶シリコン片6中あるいは二酸化珪素膜3,4の表面からは、300℃を超える温度あたりから水素が抜けてゆく様が観測される。この水素が抜ける際に、単結晶シリコン片6の水素イオンの打込み面10の所から水素が急激に消散し、該単結晶シリコン片6が単結晶シリコン薄膜5と単結晶シリコン片6aとに分離し、高歪点無アルカリガラス基板2上に単結晶シリコン薄膜5が得られる。以上のような処理によって、前記膜厚40〜200nmの単結晶シリコン薄膜5を有するSOI基板1が形成される。この膜厚範囲内で、素子形成したトランジスタのチャネル部が完全空乏化していることが重要である。
【0062】
なお、上述の説明では、熱処理を1段階で説明したが、多段階で行うことで、接着力をより強化することができる。特に、接着力強化のための熱処理(300〜550℃程度の温度)と、分離のための熱処理とを個別の段階に分けて行ってもよい。その場合、接着力の強化は、上記のように300℃程度以上の温度でなされるので、300〜550℃の単結晶シリコン片6が打込み面10で分離しない温度で、15分程度以下の短時間の処理で、該接着力強化のための第1段階目の熱処理を行い、その後に、600〜700℃の温度で、分離のための第2段階目の熱処理を行うことで、接合面から膜が剥がれ、単結晶シリコン片6そのものが熱処理後剥がれてしまう不良品の数を低減することができる。
【0063】
また、上述の説明では、前記熱処理には、電気炉を用いる例を示しているが、レーザなどの光(ランプ)アニールによる概ね850℃以上のピーク温度を含む瞬間熱アニ−ルによって行ってもよい。前記電気炉による加熱では、熱容量が大きいので、高歪点無アルカリガラス基板2を急激に昇温、降温すると割れてしまうのに対して、この瞬間熱アニ−ルによる加熱は熱容量が小さいので、急激に昇温、降温しても前記割れを生じることはない。さらにまた、SOI基板1を製造する上でのスループットを向上することができる。
【0064】
以上のようにして作成されたSOI基板1は、たとえば前記高歪点無アルカリガラス基板2に可視光を透過する材料を用いた場合、前記単結晶シリコン薄膜5の層に薄膜トランジスタを形成して、TFT液晶ディスプレイ(LCD:LiquidCrystal Display)装置、TFT有機エレクトロ・ルミネッセンス(OLED:Organic Light Emitting Diode)表示装置などに加工される。このようなアクティブマトリクス駆動の表示パネルに、本発明によるSOI基板1を導入することで、トランジスタの特性の均一化、安定化、高性能化を図ることができ、前記アクティブマトリクスのドライバから、周辺ドライバ、タイミングコントローラ等のシステムを集積化することも可能になる。また、必要な部分に単結晶シリコン片6を貼付ければよく、大面積の基板にも対応することができる。
【0065】
以上のように、本発明によるSOI基板1では、スマートカット法などで得られる単結晶シリコン薄膜5を基板に貼合わせて作成されるSOI基板において、貼合わせる際に300℃程度でも充分な接合強度が得られることに着目し、その基板に、非晶質無アルカリガラス基板である高歪点無アルカリガラス基板2を用いる。
【0066】
したがって、組成を調節した結晶化ガラスや高耐熱のガラスを用いる必要が無くなり、アクティブマトリクス駆動による液晶表示パネル等に一般的に使用される高歪点無アルカリガラスを用いて、低コストにSOI基板を製造することができる。また、前記熱処理の温度が低いために、800〜1200℃で熱処理を行う従来と比較して、半導体層へのアルカリ金属の拡散を何桁も小さくできる。これによって、前記拡散を防止するために形成される二酸化珪素膜3,4などの膜厚を従来よりも薄くすることができ、スループットを向上することができる。
【0067】
また、室温から700℃程度の温度範囲で単結晶シリコンの熱膨張率よりも熱膨張率が同等または大きい高歪点無アルカリガラス基板2を用いることで、最高温度が600℃程度の単結晶シリコン片6から前記単結晶シリコン薄膜5への分離および単結晶シリコン片6の該高歪点無アルカリガラス基板2への接着力を高める熱処理の際に、基板割れや単結晶シリコン薄膜5の剥離を抑えることができる。
【0068】
上述の説明では、単結晶シリコン片6は、最も入手し易い表面が(100)面のものを元に説明したが、(110)面や(100)面など、他の方位のものも、全く同様に、できた時から、表面研磨が必要ない程平坦なシリコン膜面を有するSOI基板を製造することができる。
【0069】
そして、(100)方位のものに比べて、(110)方位のものでは、最近接原子同士がこの(110)面に最も沢山並んでいるので、該単結晶シリコン片6を分離した際に、分離面が頗る平坦になり、本SOI基板1に作成したシリコントランジスタの不良率を小さくすることができる。
【0070】
また、(111)方位のものにすると、分離する面が単結晶シリコン塊のへき開面と一致し、かつ同平面内では、最近接原子同士がこの(111)面から小さいずれの角度に存在するので、該単結晶シリコン片6を分離した際に、分離面が頗る平坦になり、本SOI基板1に作成したシリコントランジスタの不良率をさらに小さくすることができる。
【0071】
本発明の実施の他の形態について、図5および図6に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【0072】
図5は、本発明の実施の他の形態のSOI基板11の作成手順を示す図である。このSOI基板11は、前述のSOI基板1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。注目すべきは、このSOI基板11では、図5(h)で示すように、多結晶シリコン薄膜12と前記単結晶シリコン薄膜5とを同一の高歪点無アルカリガラス基板2上に作成することである。
【0073】
先ず、図5(a)から図5(b)で示すように、高歪点無アルカリガラス基板2上に、アンダーコート膜となる絶縁膜13が、プラズマ化学気相成長法(PECVD法)によって、厚さ300nm程度形成される。このアンダーコート膜の最上層は、ぬれ性が良好な前記二酸化珪素膜とされる。次に、図5(c)で示すように、前記PECVD法で、アモルファスシリコン膜14が30〜200nm形成され、脱水素アニールを400〜500℃で行い、アモルファスシリコン膜14中の水素を抜く。その後、図5(d)から図5(e)で示すように、アモルファスシリコン膜14でTFTを形成する領域14aをエキシマレーザで溶融・結晶化(レーザ結晶化)し、多結晶シリコン薄膜12とする。この時の多結晶シリコン薄膜12の膜厚は、後で形成する単結晶シリコン薄膜5の膜厚、たとえば前記40〜200nmと合わせておくのが重要である。
【0074】
レーザ結晶化後は、図5(e)から図5(f)で示すように、単結晶シリコン薄膜5が貼合わせられる領域14bのシリコン膜をエッチングして除去しておく。この際、多結晶シリコン薄膜12の表面がフォトレジストと密着して汚染が気になる場合には、フォトレジスト塗布前に多結晶シリコン薄膜12の表面に二酸化珪素膜を厚さ30〜100nm程度形成しておけばよい。また、多結晶シリコン薄膜12の膜厚から、必要であれば、前記絶縁膜13の厚さ方向における一部も合わせて、単結晶シリコン薄膜5の膜厚が多結晶シリコン薄膜12の膜厚と一致するように、エッチング除去される。
【0075】
続いて、前記水素イオンを注入された単結晶シリコン片6が前記エッチング除去した領域14bを覆う形状に切断され、前記図3(f)から図3(g)と同様に、図5(g)から図5(h)で示すように、単結晶シリコン片6を前記エッチング処理された領域14bに貼合わせ、更に前記600℃程度の熱工程を経ることによって、単結晶シリコン片6を水素イオン打込み面10から分離させて、単結晶シリコン薄膜5を得る。
【0076】
これらの薄膜5,12が双方ある場合でも、また前述のSOI基板1のように単結晶シリコン薄膜5のみの場合でも、TFTの形成プロセスは以下の図6で示すとおりである。図6は、前記SOI基板11から作成した薄膜トランジスタ21の一例の断面図である。この薄膜トランジスタ21の作成手順を端的に説明すると、先ず前記薄膜5,12を、形成するトランジスタサイズに合わせてパターニングする。次に、ゲート絶縁膜22を形成する。このゲート絶縁膜22には、二酸化珪素を主成分とした膜が最適で、たとえば厚さ30〜200nmである。ゲート絶縁膜22は、200〜400℃の温度で成膜すると緻密性が劣る膜になるため、成膜後、600℃程度の温度で緻密化アニールをする。このアニールは、水素イオン注入した単結晶シリコン膜の結晶質を注入前の結晶質に戻すという処理も兼ねている。
【0077】
この後、ゲート電極膜23を300nm程度成膜し、適切な形状にパターニングする。さらに、前記ゲート電極膜23をマスクとして、前記薄膜5,12にイオンが打込まれ、n+ またはp+ 領域24が形成される。このとき、本発明では、前述のように単結晶シリコン薄膜5の厚さを200nm程度以下とすることで、チャネル領域25を完全空乏化することができる。
【0078】
続いて、層間絶縁膜26を400nm程度形成した後、ソース・ドレイン電極のコンタクトを取る箇所に穴をあける。その後、ソース・ドレインメタル膜27を400nm程度成膜し、パターニングする。場合によっては、n型MOSTFTでは、前記イオン打込み時に、LDD構造として、高信頼性を得るようにする。
【0079】
このようにして作成した薄膜トランジスタ21は、貼合わせ・分離によって単結晶シリコン薄膜5を得た箇所は、チャネル部となるシリコン膜が単結晶であるため、多結晶シリコン薄膜12で見られる粒界からの電気伝導がなく、高い特性を得ることができ、また同じ単結晶シリコン薄膜5上の全トランジスタに亘って特性が均一である。このため、たとえばLCDディスプレイに用いる場合には、ソースドライバ部や周辺回路に用いられる。これに対して、前記薄膜トランジスタ21を多結晶シリコン薄膜12から作成した箇所は、比較的特性の劣る絵素部やゲートドライバ部に用いられる。
【0080】
本件発明者の作成結果によると、単結晶シリコン薄膜トランジスタは、NMOSTFTでは、電界効果移動度が500cm2 /V・sec 、閾値電圧が1.0V、オフ電流が1×10−12 Aで、PMOSTFTでは、電界効果移動度が250cm2 /V・sec 、閾値電圧が−1.0V、オフ電流が1×10−12 Aで、共に均一性に優れた薄膜トランジスタが得られた。
【0081】
このように構成することによって、貼合わせられた単結晶シリコン薄膜5の領域14bと多結晶シリコン薄膜12の領域14aとが概ね同等の高さであるSOI基板11を得ることができる。その結果、島エッチングを含め、前記領域14a,14bに対して、以降の殆どの工程を同時に処理することができる。また、段差の小さいトランジスタや回路が形成され、たとえば液晶パネルの場合、セル厚制御において優位となる。
【0082】
【発明の効果】
本発明のSOI基板は、以上のように、いわゆるスマートカット法などで得られる単結晶シリコン薄膜を基板に貼合わせて作成されるSOI基板において、前記単結晶シリコン片を基板に貼合わせる際に、300℃程度でも充分な接合強度が得られることに着目し、その基板に、非晶質無アルカリガラス基板を用い、最高温度が600℃程度で、前記単結晶シリコン片の基板への貼合わせおよび薄膜への分離を行う。
【0083】
それゆえ、組成を調節した結晶化ガラスや高耐熱のガラスを用いる必要が無くなり、アクティブマトリクス駆動による液晶表示パネル等に一般的に使用される高歪点無アルカリガラスを用いて、低コストにSOI基板を製造することができる。また、半導体層へのアルカリ金属の拡散を防止するために、たとえば単結晶シリコン片側に形成される酸化膜や、基板側に形成される二酸化珪素膜などの膜厚を、前記熱処理の温度が低いために従来よりも薄くすることができ、スループットを向上することができる。
【0084】
また、本発明のSOI基板は、以上のように、前記非晶質無アルカリガラス基板を、前記単結晶シリコンよりも熱膨張率が同等または大きいものとする。
【0085】
それゆえ、単結晶シリコン片内に打込んだ水素イオンを消散させて分離する工程および単結晶シリコン片の基板への接着力を高める工程での熱処理の際に、基板が下に凸方向に反り、単結晶シリコン片の端から剥がれる力が反る方向と一致して、剥がれが起こらないようになる。これによって、基板割れや単結晶シリコン片の剥離を抑えることができる。
【0086】
さらにまた、本発明のSOI基板は、以上のように、前記非晶質無アルカリガラス基板を、アルカリ土類−アルミノ硼珪酸ガラス、バリウム−アルミノ硼珪酸ガラス、アルカリ土類−亜鉛−鉛−アルミノ硼珪酸ガラスまたはアルカリ土類−亜鉛−アルミノ硼珪酸ガラスとする。
【0087】
それゆえ、上述の単結晶シリコンよりも熱膨張率が同等または大きい基板を得ることができる。
【0088】
また、本発明のSOI基板は、以上のように、前記単結晶シリコン片の貼合わせられる表面を、(111)面、(110)面または(100)面とする。
【0089】
それゆえ、できた時から、表面研磨が必要ない程平坦なシリコン膜面を有するSOI基板を製造することができる。また、最も入手し易い表面が(100)方位のものに比べて、(110)方位のものでは、最近接原子同士がこの(110)面に最も沢山並んでいるので、該単結晶シリコン片を分離した際に、分離面が頗る平坦になり、本SOI基板に作成したシリコントランジスタの不良率を小さくすることができる。さらにまた、(111)方位のものにすると、分離する面が単結晶シリコン塊のへき開面と一致し、かつ同平面内では、最近接原子同士がこの(111)面から小さいずれの角度に存在するので、該単結晶シリコン片を分離した際に、分離面が頗る平坦になり、本SOI基板に作成したシリコントランジスタの不良率をさらに小さくすることができる。
【0090】
さらにまた、本発明の表示装置は、以上のように、前記非晶質無アルカリガラス基板を可視光を透過する非晶質ガラス材料とし、前記の何れかのSOI基板を用いる。
【0091】
それゆえ、表示装置用の大面積の基板に、高性能なトランジスタを形成することができる。
【0092】
また、本発明のSOI基板の製造方法は、以上のように、いわゆるスマートカット法などで得られる単結晶シリコン薄膜を基板に貼合わせて作成されるSOI基板の製造方法において、前記単結晶シリコン片を基板に貼合わせる際に、300℃程度でも充分な接合強度が得られることに着目し、その基板に非晶質無アルカリガラス基板を用い、最高温度が600℃程度で、前記単結晶シリコン片の基板への貼合わせおよび薄膜への分離を行う。
【0093】
それゆえ、組成を調節した結晶化ガラスや高耐熱のガラスを用いる必要が無くなり、アクティブマトリクス駆動による液晶表示パネル等に一般的に使用される高歪点無アルカリガラスを用いて、低コストにSOI基板を製造することができる。また、半導体層へのアルカリ金属の拡散を防止するために、たとえば単結晶シリコン片側に形成される酸化膜や、基板側に形成される二酸化珪素膜などの膜厚を、前記熱処理の温度が低いために従来よりも薄くすることができ、スループットを向上することができる。
【0094】
さらにまた、本発明のSOI基板の製造方法は、以上のように、前記熱処理を、300℃以上700℃以下の多段階の温度ステップで行う。
【0095】
それゆえ、単結晶シリコン薄膜の剥がれをさらに減少することができる。
【0096】
また、本発明のSOI基板の製造方法は、以上のように、スマートカット法などで得られる単結晶シリコン薄膜を基板に貼合わせて作成されるSOI基板の製造方法において、前記単結晶シリコン片を基板に貼合わせる際に、300℃程度でも充分な接合強度が得られることに着目し、概ね850℃以上のピーク温度を含むランプアニールで熱処理を行う。
【0097】
それゆえ、組成を調節した結晶化ガラスや高耐熱のガラスを用いる必要が無くなり、アクティブマトリクス駆動による液晶表示パネル等に一般的に使用される高歪点無アルカリガラスを用いて、低コストにSOI基板を製造することができる。また、半導体層へのアルカリ金属の拡散を防止するために、たとえば単結晶シリコン片側に形成される酸化膜や、基板側に形成される二酸化珪素膜などの膜厚を、前記熱処理の温度が低いために従来よりも薄くすることができ、スループットを向上することができる。
【0098】
また、電気炉による加熱では、熱容量が大きいので、ガラス基板を急激に昇温、降温すると割れてしまうのに対して、瞬間熱アニ−ルによる加熱は熱容量が小さいので、急激に昇温、降温してもガラス基板に割れを生じることはない。さらにまた、SOI基板を製造する上でのスループットを向上することができる。
【0099】
さらにまた、本発明のSOI基板の製造方法は、以上のように、単結晶シリコン薄膜とともに、多結晶シリコン薄膜にも併せてトランジスタがが形成されるSOI基板を作成するにあたって、前記貼合わせの前に、その貼合わせられる領域を含む予め定める領域の多結晶シリコン層をエッチング除去するとともに、同じ領域の前記二酸化珪素膜の厚さ方向における一部をエッチング除去しておく。
【0100】
それゆえ、貼合わせられた単結晶シリコン薄膜の領域と多結晶シリコン薄膜の領域とが概ね同等の高さであるSOI基板を得ることができ、以降の殆どの工程を、前記単結晶シリコン薄膜の領域と多結晶シリコン薄膜の領域とで同時に処理することができる。また、段差の小さいトランジスタや回路が形成され、たとえば液晶パネルの場合、セル厚制御において優位となる。
【0101】
また、本発明のSOI基板の製造方法は、以上のように、前記水素イオンの注入深さを40〜200nmとする。
【0102】
それゆえ、完全空乏化したトランジスタが得られ、特性を飛躍的に向上することができるとともに、加工も容易になるとともに製造上の安全係数も高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態のSOI基板の断面図である。
【図2】単結晶シリコン片を高歪点無アルカリガラス基板に貼合わせる前の状態を示す断面図である。
【図3】図1で示すSOI基板の作製手順を示す図である。
【図4】本発明による高歪点無アルカリガラス基板と接着された単結晶シリコン片との熱処理時の反りの様子を模式的に示す図である。
【図5】本発明の実施の他の形態のSOI基板の作製手順を示す図である。
【図6】図5で示すSOI基板から作製した薄膜トランジスタの一例の断面図である。
【符号の説明】
1,11 SOI基板
2 高歪点無アルカリガラス基板(非晶質無アルカリガラス基板)
3,4 二酸化珪素膜
5 単結晶シリコン薄膜
6 単結晶シリコン片
10 水素イオン打込み面
12 多結晶シリコン薄膜
13 絶縁膜
14 アモルファスシリコン膜
21 薄膜トランジスタ
22 ゲート絶縁膜
23 ゲート電極膜
24 n+ またはp+ 領域
25 チャネル領域
26 層間絶縁膜
27 ソース・ドレインメタル膜
Claims (10)
- 基板上に、水素イオンを注入した単結晶シリコン片を貼合わせ、前記単結晶シリコン片を前記水素イオンの打込み層で分断させて単結晶シリコン薄膜を形成するようにしたSOI基板において、
前記基板を、非晶質無アルカリガラス基板とすることを特徴とするSOI基板。 - 前記非晶質無アルカリガラス基板は、前記単結晶シリコンよりも熱膨張率が同等または大きいことを特徴とする請求項1記載のSOI基板。
- 前記非晶質無アルカリガラス基板は、アルカリ土類−アルミノ硼珪酸ガラス、バリウム−アルミノ硼珪酸ガラス、アルカリ土類−亜鉛−鉛−アルミノ硼珪酸ガラスまたはアルカリ土類−亜鉛−アルミノ硼珪酸ガラスであることを特徴とする請求項2記載のSOI基板。
- 前記単結晶シリコン片は、貼合わせられる表面が(111)面、(110)面または(100)面であることを特徴とする請求項1記載のSOI基板。
- 前記非晶質無アルカリガラス基板は、可視光を透過する非晶質ガラス材料であり、前記請求項1〜4の何れかに記載のSOI基板を用いることを特徴とする表示装置。
- 基板上に、水素イオンを注入した単結晶シリコン片を貼合わせ、熱処理によって前記単結晶シリコン片を前記水素イオンの打込み層で分割させて単結晶シリコン薄膜を形成するようにしたSOI基板の製造方法において、
前記基板に非晶質無アルカリガラス基板を用いるとともに、前記熱処理による単結晶シリコンの分割工程において、最高温度が600℃付近の温度で熱処理することを特徴とするSOI基板の製造方法。 - 前記熱処理を、300℃以上700℃以下の温度範囲において、多段階の温度ステップで行うことを特徴とする請求項6記載のSOI基板の製造方法。
- 基板上に、水素イオンを注入した単結晶シリコン片を貼合わせ、熱処理によって前記単結晶シリコン片を前記水素イオンの打込み層で分割させて単結晶シリコン薄膜を形成するようにしたSOI基板の製造方法において、
前記基板に非晶質無アルカリガラス基板を用いるとともに、前記熱処理による単結晶シリコンの分割工程において、概ね850℃以上のピーク温度を含むランプアニールで熱処理することを特徴とするSOI基板の製造方法。 - 前記非晶質無アルカリガラス基板の表面に二酸化珪素膜および非晶質シリコン膜を順次堆積する工程と、
前記非晶質シリコン膜を加熱結晶化することで多結晶シリコン層を成長させ、前記多結晶シリコン薄膜を形成する工程と、
予め定める領域の前記多結晶シリコン層をエッチング除去するとともに、同じ領域の前記二酸化珪素膜の厚さ方向における一部をエッチング除去する工程と、予め前記単結晶シリコン片の表面を酸化または二酸化珪素膜を積層し、前記水素イオンを注入する工程と、
前記水素イオンを注入された単結晶シリコン片を前記エッチング除去した領域を覆う形状に切断する工程と、
前記切断された単結晶シリコン片を、前記水素イオンの注入側の面を前記エッチング除去した領域に密着させ、貼合わせる工程と、
前記熱処理を施し、前記水素脆化によって前記単結晶シリコン片を分割させて単結晶シリコン薄膜を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項6または8記載のSOI基板の製造方法。 - 前記水素イオンの注入深さが40〜200nmであることを特徴とする請求項6〜9の何れかに記載のSOI基板の製造方法。
Priority Applications (8)
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