JP2004253458A - Composite semiconductor substrate, method of manufacturing same, electrooptic device, and electronic equipment - Google Patents

Composite semiconductor substrate, method of manufacturing same, electrooptic device, and electronic equipment Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite semiconductor substrate and its manufacturing method by which the formation of slips, dislocation, lattice defects, and HF defects in a single-crystal semiconductor layer is prevented by relieving the thermal stress generated in a heat-treating step performed for increasing the lamination strength between substrates, and to provide an electrooptic device and electronic equipment. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the composite semiconductor substrate 600 constituted by laminating a semiconductor substrate provided with the single-crystal semiconductor layer 220 upon a supporting substrate includes a step of forming a laminated substrate 600 by laminating the semiconductor substrate provided with the single-crystal semiconductor layer 220 upon the supporting substrate, a step of reducing the thickness of a prescribed area 230 of the single-crystal semiconductor layer 220 in the laminated substrate 600 by etching the area 230, and a step of heat-treating the laminated substrate 600 after the thickness of the prescribed area 230 is reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、SOI構造を備えた複合半導体基板の製造方法、この方法で製造された複合半導体基板、この複合半導体基板を用いた電気光学装置並びに電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
絶縁体層上に設けられたシリコン層を半導体装置の形成に利用するSOI(Silicon On Insulator)技術は、α線耐性、ラッチアップ特性、あるいはショートチャネルの抑制効果など、通常の単結晶シリコン基板では達成し得ない優れた特性を示すため、半導体装置の高集積化等を目的としてその開発が進められている。
【0003】
近年では、100nm以下の厚さにまで薄膜化されたSOI層にデバイスを形成したものにより、優れたショートチャネル抑制効果が見いだされている。また、このようにして形成されたSOIデバイスは、放射線耐性に優れていることによる高信頼性を備えるとともに、寄生容量の低減による素子の高速化や低消費電力化を図れること、あるいは完全空乏型電界効果トランジスタを作製できることによるプロセスルールの微細化を図れることなどの優れた点を備えている。
【0004】
このようなSOI構造を形成する方法としては、単結晶シリコン基板の貼り合わせによるSOI基板の製造方法がある。一般に貼り合わせ法と呼ばれるこの方法は、単結晶シリコン基板と支持基板とを酸化膜を介して重ね合わせ、基板表面のOH基を利用して室温程度で貼り合わせた後、単結晶シリコン基板を研削や研磨、またはエッチングによって薄膜化し、続いて700℃〜1200℃程度の熱処理によってシロキサン結合(Si−O−Si)させ、貼り合わせ強度を上げて単結晶シリコン層を支持基板上に形成するものである。この手法によれば、単結晶シリコン基板を直接薄膜化するので、シリコン薄膜が結晶性に優れたものとなり、したがって高性能のデバイスを作製することができる。
【0005】
また、この貼り合わせ法を応用したものとして、単結晶シリコン基板に水素イオンを注入し、これを支持基板と貼り合わせた後、400〜600℃程度の熱処理によって薄膜シリコン層を単結晶シリコン基板の水素注入領域から分離し、次に1100℃程度までの熱処理で貼り合わせ強度を上げる手法や、表面を多孔質化したシリコン基板上に単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させ、これを支持基板と貼り合わせた後にシリコン基板を除去し、多孔質シリコン層をエッチングすることにより支持基板上にエピタキシャル単結晶シリコン薄膜を形成する手法などが知られている。
【0006】
貼り合わせ法によるSOI基板は、通常のバルク半導体基板(半導体集積回路)と同様に様々なデバイスの作製に用いることができる。一方、従来のバルク基板と異なる点としては、支持基板に様々な材料を使用することが可能であることを挙げることができる。すなわち、支持基板としては、通常のシリコン基板はもちろんのこと、透光性を備えた石英基板、あるいはガラス基板などを用いることができる。したがって、透光性基板上に単結晶シリコン薄膜を形成することにより、光透過性を必要とするデバイス、例えば、透過型の液晶装置などの電気光学装置においても、アクティブマトリクス基板上に、結晶性に優れた単結晶シリコン層を用いて高性能なトランジスタ素子を形成することができる。すなわち、画素電極を駆動する画素スイッチング用MIS形トランジスタや、画像表示領域の周辺領域で駆動回路を構成する駆動回路用MIS形トランジスタを単結晶シリコン層であるSOI層に形成することにより表示の微細化、高速化を図ることができるのである。
【0007】
ここで、透過型の液晶装置などの電気光学装置にSOI基板を用いた場合、支持基板である石英基板などの透光性基板とSOI層の熱膨張係数が異なるため、前述の貼り合わせ強度を上げるための熱処理工程や熱酸化処理工程などにおいて、熱膨張係数の違いによる熱応力が発生し、その結果単結晶半導体層(SOI層)にスリップや転位、格子欠陥、HF欠陥等が形成され、デバイス特性に支障をきたすおそれがある。
【0008】
このような熱膨張係数の違いによる熱応力に対応する技術として、従来、半導体単結晶領域とガラス物質との間に応力緩和層を設け、基板の反り等を低減した技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、貼り合わせ時の熱応力が単結晶半導体層(単結晶シリコン層)に残存してしまうのを防止するため、単結晶シリコン薄膜をパターニングして島状シリコン層を形成し、この島状シリコン層に対して熱酸化処理を行う技術が知られている(例えば、特許文献2参照)。
さらに、陽極酸化によって単結晶半導体基板の一部を多孔質層に変化させ、この多孔質層を応力緩和層として用いる技術が知られている(例えば、特許文献3参照)。
【0009】
【特許文献1】
特開平7−142570号公報
【特許文献2】
特開2000−12864号公報
【特許文献3】
特開2000−106424号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の半導体単結晶領域とガラス物質との間に応力緩和層を設ける技術では、形成した応力緩和層を除去することができず、また、この応力緩和層は有色であり非透明であることから、例えば得られた複合半導体基板から透過型の液晶装置を製造することができないといった課題がある。
【0011】
また、島状シリコン層に対して熱酸化処理を行う技術では、特にシリコン層を薄厚化するため犠牲酸化を行い、その後犠牲酸化層をウエットエッチングで除去する場合に、ウエットエッチング液が島状シリコン層の間を通ってシリコン層の下地の絶縁層を溶解し、支持基板との間の貼り合わせ界面にまで到達してしまうおそれがある。このようにウエットエッチング液が貼り合わせ界面にまで到達してしまうと、貼り合わせ界面に剥離を生じさせてしまうなどの不都合を生じさせ、例えば得られた複合半導体基板から透過型の液晶装置(ライトバルブ)を製造した場合に、貼り合わせ界面の剥離に起因して表示不良を起こしてしまう。
【0012】
また、多孔質層を応力緩和層として用いる技術では、前述したように貼り合わせ後に単結晶シリコン層を薄膜化するため予め水素イオンを注入しておき、熱処理によって薄膜シリコン層を単結晶シリコン基板の水素注入領域から分離する際、単結晶シリコン層と多孔質層との間で水素イオン注入のプロファイルが異なってしまっていることにより、分離が良好になされないおそれがある。また、このようにして分離した後の単結晶シリコン基板については、通常はそのまま別のSOI基板作製に用いるものの、この技術では、多孔質層が分離した後の単結晶シリコン基板にも残存しているため、これを直接用いることができない。また、貼り合わせのための酸化シリコン層を形成した際、単結晶シリコン層から形成される酸化シリコン層と多孔質層から形成される酸化シリコン層との間に膜質の差が生じ、これによって貼り合わせにむらが生じるおそれもある。
【0013】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、貼り合わせ強度を上げるための熱処理工程などで生じる熱応力を緩和して単結晶半導体層にスリップや転位、格子欠陥、HF欠陥等が形成されるのを防止することができ、さらに透過型の液晶装置の製造にも適用でき、その場合に表示不良を起こすことも防止することができ、また、貼り合わせむらも生じないようにした複合半導体基板の製造方法と複合半導体基板、及び電気光学装置並びに電子機器を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の複合半導体基板の製造方法は、単結晶半導体層を備えた半導体基板を、支持基板上に貼り合わせてなる複合半導体基板の製造方法であって、前記支持基板上に前記半導体基板を貼り合わせて貼り合わせ基板とする工程と、前記貼り合わせ基板における前記単結晶半導体層の所定領域をエッチングによって薄厚化する工程と、前記所定領域を薄厚化した後の貼り合わせ基板を熱処理する工程と、を備えたことを特徴としている。
この複合半導体基板の製造方法によれば、貼り合わせ基板における前記単結晶半導体層の、所定領域をエッチングによって薄厚化し、その後熱処理を行っているので、この熱処理によって貼り合わせ強度を向上させることができるのはもちろん、その際、前記単結晶半導体層での薄厚化している部分に応力が集中し易くなることでこの薄厚化部分が応力緩和層として機能するようになり、したがって前記所定領域以外の領域における単結晶半導体層にスリップや転位、格子欠陥、HF欠陥等が形成されるのが防止される。
また、単結晶半導体層の所定領域をエッチングによって薄厚化する際、ウエットエッチングを採用しても、薄厚化した単結晶半導体層がそのまま残るので、エッチング液が貼り合わせ界面にまで浸透してしまうことがなく、したがって貼り合わせ界面に剥離が生じるといった不都合が防止される。
【0015】
また、前記複合半導体基板の製造方法においては、前記支持基板と前記半導体基板とを貼り合わせて貼り合わせ基板とする工程と、この貼り合わせ基板における前記所定領域をエッチングによって薄厚化する工程との間に、前記貼り合わせ基板の前記半導体基板をその厚さ方向で分離して前記単結晶半導体層を薄厚化する工程を備えているのが好ましい。
このようにした場合に、貼り合わせ基板における前記半導体基板をその厚さ方向で分離して前記単結晶半導体層を薄厚化した際、この薄厚化前の単結晶半導体層には多孔質層等が設けられていないことから、分離後の単結晶半導体基板については、そのまま別の複合半導体基板(SOI基板)作製に用いることができる。また、前記半導体基板に貼り合わせのための酸化層を形成した場合に、前記単結晶半導体層には多孔質層等が設けられていないことから、単結晶半導体層から形成される酸化層と多孔質層から形成される酸化層との間に膜質の差による貼り合わせむらの発生も防止される。
【0016】
また、前記複合半導体基板の製造方法においては、前記貼り合わせ基板を熱処理する工程の後に、前記貼り合わせ基板における前記単結晶半導体層を熱酸化する熱酸化工程をさらに有し、前記単結晶半導体層における前記所定領域の薄厚化を、薄厚化された前記所定領域の単結晶半導体層が前記熱酸化工程によって全て消費されるような厚さとなるように行うのが好ましい。
このようにすれば、熱酸化工程によって形成した熱酸化膜をエッチング除去することにより、先に所定領域のエッチングで薄厚化した部分をそのまま除去することができる。したがって、例えば素子形成領域に形成する単結晶半導体パターンの形成工程を省略することができるなど、工程の簡略化を図ることができる。
【0017】
また、前記複合半導体基板の製造方法においては、前記貼り合わせ基板における前記単結晶半導体層をエッチングによって薄厚化する工程においては、前記単結晶半導体層のうち素子が形成される領域以外の領域が薄厚化されるのが好ましい。
このようにすれば、前述したように前記単結晶半導体層での薄厚化している部分に応力が集中し易くなることでこの薄厚化部分が応力緩和層として機能するようになることから、前記素子が形成される領域における単結晶半導体層にスリップや転位、格子欠陥、HF欠陥等が形成されるのが防止される。
【0018】
また、前記複合半導体基板の製造方法においては、前記所定領域を薄厚化した後の前記貼り合わせ基板の熱処理を、700℃以上、1200℃以下の範囲で行うのが好ましい。
このようにすれば、この熱処理で貼り合わせ基板における貼り合わせ強度を十分に高めることができる。
【0019】
また、前記複合半導体基板の製造方法においては、前記単結晶半導体層が、単結晶シリコンからなるのが好ましい。
このようにすれば、単結晶半導体層が一般的な単結晶シリコンからなることにより、他の単結晶半導体層を用いた場合に比べ複合半導体基板を安価に製造することが可能になる。
【0020】
また、前記複合半導体基板の製造方法においては、前記支持基板は、透光性基板であるのが好ましい。
このようにすれば、得られた複合半導体基板から例えば透過型の液晶装置(ライトバルブ)を製造することが可能になる。
【0021】
本発明の複合半導体基板は、前記のいずれかの製造方法によって得られたことを特徴としている。
この複合半導体基板によれば、単結晶半導体層にスリップや転位、格子欠陥、HF欠陥等が形成されるのが防止されていることから、例えばこの単結晶半導体層を薄膜トランジスタなどの半導体素子に形成した場合に良好で信頼性の高いものとなる。
【0022】
本発明の電気光学装置は、前記複合半導体基板を備えたことを特徴としている。
この電気光学装置によれば、例えば前記の良好で信頼性の高い半導体素子を有することにより、この電気光学装置自体も良好で信頼性の高いものとなる。
【0023】
本発明の電子機器は、前記電気光学装置を備えたことを特徴としている。
この電子機器によれば、前記の良好で信頼性の高い電気光学装置を備えることにより、この電子機器自体も良好で信頼性の高いものとなる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
[実施の形態1]
図1〜図3は、それぞれ本発明の実施の形態1に係るSOI構造の複合半導体基板(貼り合せ基板)の製造方法を示す工程断面図である。
【0025】
本実施の形態では、まず図1(A)に示すように、厚さが例えば750μmの単結晶シリコン基板(半導体基板)200を用意し、その後、その第1の面201および第2の面202のうちの少なくとも第1の面201の全面に、シリコン酸化膜(絶縁層)210を形成する。このシリコン酸化膜210は、後述する貼り合わせ工程において第1の面201が親水性となる厚さ以上であればよいが、本例では200nm程度に形成する。
【0026】
次に、図1(B)に示すように第1の面201側から水素イオンをシリコン酸化膜210が形成された単結晶シリコン基板200に注入する。その結果、単結晶シリコン基板200の内部には、図1(B)中破線で示すような進入深さ分布を備えるイオン注入層が形成される。このときのイオン注入条件としては、例えば加速エネルギーを60〜150keV、ドーズ量を5×1016cm−2〜10×1016cm−2とする。
【0027】
次に、図1(C)に示すように支持基板500を準備し、続いて、支持基板500の表面全体にスパッタリング法、CVD法などにより、シリコン酸化膜、NSG(ノンドープトシリケートガラス)などの酸化膜(絶縁層)510を形成する。次いで、この酸化膜510の表面をCMP法などによって研磨し、平坦化する。ここで、酸化膜510の膜厚は、例えば、約400〜1000nm、より好ましくは800nm程度とする。なお、支持基板500として石英などのSiOを主成分とする基板を用いた場合には、この酸化膜510の形成工程を省くこともできる。
【0028】
ここで、前記酸化膜(絶縁層)210、510は、単結晶シリコン基板(半導体基板)200と支持基板500との密着性を確保するために形成されたものである。支持基板500としては、ガラスや石英などの透光性材料からなる基板(透光性基板)を用いることができる。その場合、得られた複合半導体基板を透過型の電気光学装置、例えば透過型の液晶装置(ライトバルブ)などに応用することができる。
【0029】
次に、図1(D)に示すように、単結晶シリコン基板200の酸化膜510側の面501と、支持基板500のシリコン酸化膜210側の面とを接合させ、酸化膜210、510を介して単結晶基板200を支持基板500上に室温〜200℃程度で貼り合わせる。すると、基板表面のOH基の作用により、図1(E)に示すように単結晶シリコン層220と支持基板500とが絶縁層550(酸化膜210、510)を介して貼り合わされ、これにより複合半導体基板(貼り合わせ基板)600が形成される。
【0030】
ここで、貼り合わ後の複合半導体基板600における単結晶シリコン基板200については、その単結晶シリコン層を例えば200nm程度に薄厚化して図1(E)に示した単結晶シリコン層220とする。この単結晶シリコン層220は、例えば400℃〜600℃の低温で熱処理することにより、前記イオン注入層の位置で単結晶シリコン基板200が分離切断されて形成されたものである。この分離切断現象は、単結晶シリコン基板200内に導入されたイオンによって半導体結晶の結合が分断されるために生じるものであり、イオン注入層におけるイオン濃度のピーク位置でより顕著なものとなる。したがって、熱処理によって分離切断される位置は、前記イオン濃度のピーク位置と同一となる。なお、上記の分離切断によって露出した単結晶シリコン層220の表面は、数nm程度の凹凸を有するため、CMP法により平滑化を行うか、もしくは水素雰囲気中で熱処理を行う水素アニール法によって表面を平滑化しておくのが好ましい。また、このようにして分離した後の単結晶シリコン基板200については、そのまま別のSOI基板作製に用いることができる。
【0031】
また、支持基板500の表面において、酸化膜510の下層側に、モリブデン、タングステンなどの膜を形成しておいてもよい。このような膜は、例えば、熱伝導性膜として機能するので、支持基板500の温度分布を改善することができる。したがって、例えば、支持基板500と単結晶シリコン基板200とを貼り合わせる工程においては、この熱伝導性膜によって貼り合わせ界面の温度分布を均一化することができ、これによりこの界面での貼り合わせを均一にし、貼り合わせ強度を向上させることができる。さらに、透過型の液晶装置などに用いる場合には、モリブデン、タングステンなどの膜は、遮光層として機能させることができる。なお、このような膜に用いることができる材料は上記に挙げたもの以外にも、タンタル、コバルト、チタン等の高融点金属またはそれらを含む合金、もしくは多結晶シリコン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド等に代表されるシリサイド膜などを用いることができる。
【0032】
続いて、前記単結晶シリコン層220上にレジスト層を形成し、さらに露光・現像処理を行うことにより、図2(A)に示すように単結晶シリコン層220の素子非形成領域230を露出させるレジストパターン610を形成する。ここで、素子非形成領域とは、単結晶シリコン層220において、能動素子、例えばスイッチング素子や論理回路、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)による素子等を形成しない領域であり、後工程においてエッチング除去する領域である。
【0033】
ただし、本工程では、図2(A)中に示すように素子非形成領域230の全体を露出させることなく、素子形成領域240に接する部分、例えば素子形成領域240との境界から幅1μm程度の部分については、これを露出させることなくレジストパターン610で覆うようにする。これは、後述するようにレジストパターン610をマスクにして素子非形成領域230の単結晶シリコン層220を薄厚化する際の、マージンとするためである。
【0034】
このようにしてレジストパターン610を形成したら、図2(B)に示すようにこのレジストパターン610をマスクにして、露出した素子非形成領域230をエッチングし、薄厚化する。この薄厚化のためのエッチングについては、ウエットエッチングで行ってもドライエッチングで行ってもよいが、本例ではエッチング液としてKOHやTMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)等のエッチング液を用いたウエットエッチングで行うものとする。
【0035】
ウエットエッチングを採用した場合、多少サイドエッチングが起こることが予想されるが、前述したようにレジストパターン610にマージンを設け、素子形成領域240との境界近傍の素子非形成領域230までレジストパターン610で覆っているので、サイドエッチングが起こっても素子形成領域240がエッチングされてしまうといったことが防止される。
また、この単結晶シリコン層220のエッチングについては、単に薄厚化するだけでその厚み全体をエッチング除去することはなく、したがって薄厚化した単結晶シリコン層220aがそのまま残るため、エッチング液が貼り合わせ界面にまで浸透してしまうことがなく、よって貼り合わせ界面に剥離が生じるといった不都合が防止される。
【0036】
また、薄厚化の度合い、すなわちエッチングによって薄厚化する深さについては、前述したように単結晶シリコン層220の厚さを200nm程度、シリコン酸化膜210の厚さを200nm程度としている本例の場合に、50nm以上、150nm未満とし、これにより薄厚化した単結晶シリコン層220aの厚さを150nm〜50nm程度とする。ここで、このような薄厚化のためのエッチングについては、予め実験等によって求めたエッチング速度を基に、時間で管理して行う。
薄厚化する深さを50nm以上とし、薄厚化した単結晶シリコン層220aの厚さを150nm以下とするのは、素子形成領域240の単結晶シリコン層220について、後述するように犠牲酸化およびエッチング処理を行ってこれを所望の厚さ、本例では50nm程度に薄厚化するからである。
【0037】
厚さ200nmの単結晶シリコン層220を犠牲酸化およびエッチング処理によって厚さ50nmにするためには、厚さ150nm分を犠牲酸化しさらにこれをエッチング除去する必要がある。その際、素子非形成領域230の薄厚化した単結晶シリコン層220aの厚さが150nm以下であれば、犠牲酸化(熱酸化)によってその全厚が消費されるようになり、したがってその後のエッチングによって犠牲酸化膜(熱酸化膜)をエッチング除去することができ、これにより、例えば素子形成領域240に形成する単結晶シリコンパターンの形成工程を省略することも可能になるからである。
なお、薄厚化しない単結晶シリコン層220との厚さの差が50nm未満では、この薄厚化した単結晶シリコン層220aの後述する応力緩和層としての機能が、十分に発揮されなくなるおそれもある。
【0038】
一方、薄厚化する深さを150nm未満とし、薄厚化した単結晶シリコン層220aの厚さを50nm以上とするのは、薄厚化した単結晶シリコン層220aの厚さが50nm未満になると、素子形成領域240の単結晶シリコン層220を犠牲酸化およびエッチング処理して所望の厚さ、本例では50nm程度にした際に、薄厚化した単結晶シリコン層220aから形成された酸化層だけでなくその下地層であるシリコン酸化膜210の全厚までエッチングされてしまうからである。すなわち、このようにシリコン酸化膜210の全厚までエッチングされてしまうと、特にエッチングとしてウエットエッチングを採用した場合に、エッチング液が貼り合わせ界面にまで浸透してしまい、貼り合わせ界面に剥離が生じるおそれがあるからである。
【0039】
このようにして単結晶シリコン層220の素子非形成領域230を薄厚化して薄厚の単結晶シリコン層220aを形成したら、図2(C)に示すようにレジストパターン610を除去し、その後、この複合半導体基板(貼り合わせ基板)600を好ましくは700℃以上、1200℃以下の温度範囲で熱処理し、その貼り合わせ強度を向上させる。このような熱処理を行うと、複合半導体基板600の酸化膜210、510の貼り合わせ界面に存在する水素(H)をこの熱処理で揮散させ、Si−O−Si結合を起こさせることにより、貼り合わせ界面の密着性を上げることができる。
【0040】
この熱処理については、特に限定されないものの、例えば一般的な加熱装置(焼成装置)によって行うことができる。その場合、予め加熱装置内の温度を700℃以上、1200℃以下に調整しておき、ここに前記の複合半導体基板(貼り合わせ基板)600を入れて熱処理を行ってもよいが、加熱装置内を700℃より低い温度、例えば200℃〜400℃程度の低温状態にしておいてここに複合半導体基板600を入れ、その後700℃以上に温度を上げ、熱処理を行うようにしてもよい。このようにすれば、常温からいきなり高温での熱処理を行うことにより、複合半導体基板600に過度な熱応力が発生するのを防止することができる。なお、ここでの熱処理については、前記の加熱装置による加熱に代えて、レーザーアニール法などを採用してもよい。
【0041】
このようにして熱処理を行うと、単結晶シリコン基板200(単結晶シリコン層220)と支持基板500とが異なる材質からなり、したがって通常はこれらの間で熱膨張係数に差があることから、熱応力が生じる。しかして、本実施の形態では、先に単結晶シリコン層220を部分的に薄厚化しているので、この薄厚化部分220aを応力緩和層として機能させることができ、したがって単結晶シリコン層220の素子形成領域240にスリップや転位、格子欠陥、HF欠陥等が形成されるのを防止することができる。
【0042】
次いで、前述したように単結晶シリコン層220を犠牲酸化法によって所望の厚さ(本例では50nm程度)にするべく、該単結晶シリコン層220を熱酸化(犠牲酸化)して図3(A)に示すように単結晶シリコン層220の上部を厚さ300nm程度(250nm〜350nm)の熱酸化膜225にする。このとき、薄厚化した単結晶シリコン層220aの厚さを150nm〜50nm程度としているので、前述したようにこの薄厚化した単結晶シリコン層220aの部分ではその全厚が熱酸化によって消費され、熱酸化膜225となる。
【0043】
次いで、図3(B)に示すように、この熱酸化によって形成した熱酸化膜225をエッチングで除去し、所望厚さの単結晶シリコン層220bにする。
この熱酸化膜225のエッチングにあたっては、その前期ではエッチングの速度を速めて処理時間を短縮するため反応性イオンエッチング(RIE)等のドライエッチングを採用し、後期では熱酸化膜225の下地層である単結晶シリコン層220にダメージを与えないよう、ウエットエッチングを採用するのが好ましい。ここで、前述したように薄厚化した単結晶シリコン層220aの部分はその全厚が熱酸化膜225となっており、しかもその下地側には厚さ200nm程度のシリコン酸化膜210があるので、熱酸化膜225の後期のエッチング除去にウエットエッチングを採用しても、シリコン酸化膜210の全厚がエッチングされてエッチング液が貼り合わせ界面にまで浸透し、貼り合わせ界面に剥離が生じるといったことはない。
【0044】
このようにして単結晶シリコン層220bを所望厚さにしたら、本例では、前述したように素子非形成領域230の単結晶シリコン層220を全て薄厚化せず、したがってその一部を単結晶シリコン層220bに残していることから、これを除去するべく、まず、図3(C)に示すように、単結晶シリコン層220bの素子形成領域240のみを覆うレジストパターン620を形成する。続いて、これをマスクにして素子非形成領域230の単結晶シリコン層220bをエッチング除去し、さらに図3(D)に示すようにレジストパターン620を除去し、素子形成領域240に単結晶シリコンパターン220cを形成する。ここで、素子非形成領域230の単結晶シリコン層220bのエッチングについては、形成する単結晶シリコンパターン220cにダメージが与えられないよう、ウエットエッチングを採用するのが好ましい。
【0045】
このようにして素子非形成領域230の単結晶シリコン層220bをエッチング除去すると、特に前記の熱処理工程において薄厚化した部分の単結晶シリコン層220aが応力緩和層として機能しており、したがって図2(C)に示した薄厚化していない単結晶シリコン層220の肩部230aに応力が集中し易くなっていることから、図3(D)に示したようにこの部分を除去することで、得られた単結晶シリコンパターン220cは応力によるダメージなどのない良好な単結晶シリコン層となる。すなわち、この素子形成領域240に形成された単結晶シリコンパターン220cは、前述したようにスリップや転位、格子欠陥、HF欠陥等が形成されておらず、しかもダメージのない良好な単結晶シリコン層となっているのである。
【0046】
このように本実施の形態によれば、複合半導体基板(貼り合わせ基板)600中の前記単結晶シリコン層220の、素子非形成領域230をエッチングによって薄厚化し、その後、貼り合わせ強度向上のための熱処理を行っているので、この熱処理によって貼り合わせ強度を向上させることができるのはもちろん、その際、前記の薄厚化部分220aが応力緩和層として機能するようになり、したがって得られる単結晶シリコンパターン220cにスリップや転位、格子欠陥、HF欠陥等が形成されるのが防止される。
【0047】
なお、前記実施の形態では、図2(A)に示したように、素子非形成領域230の全体を露出させることなく、マージンをとってレジストパターン610を形成したが、本発明はこれに限定されることなく、マージンをとらずに素子非形成領域230の全体を露出させ、かつ素子形成領域240の全体を覆うようにしてレジストパターン610を形成し、これをマスクにして単結晶シリコン層220をエッチングするようにしてもよい。その際、エッチングとしては、ウエットエッチングでもドライエッチングでも採用可能であるが、よりパターニング精度の高いドライエッチングを用いるのが好ましい。
【0048】
このようにすれば、図3(C)、(D)に示した素子非形成領域230の単結晶シリコン層220bのエッチング除去工程が不要になり、したがって、前述したように薄厚化した素子非形成領域230の単結晶シリコン層220aの厚さを、その後の熱酸化によって全て消費されるような厚さとなるようにすることにより、素子形成領域240に形成する単結晶シリコンパターン220c形成のためのパターニング工程を省略することができ、工程の簡略化を図ることができる。
【0049】
また、前記の実施の形態においては、絶縁層550の少なくとも一部に、PSG(リンシリケートガラス)、BSG(ボロンシリケートガラス)、BPSG(ボロンリンシリケートガラス)などの少なくとも1200℃以下の熱処理時に流動性もしくは弾性をもつ層を形成しておくようにしてもよい。半導体プロセスで一般的に使われるBPSGであれば850℃以上で流動性を持つ。B、Pの濃度によっては700℃から流動性を持たせることができる。この流動性の層によって熱応力がより緩和されるため、熱膨張係数の異なる複合半導体基板(SOI基板)に好適である。なお、PSG、BSG、BPSGを流動性の層に適用する場合には、単結晶シリコンパターン220bに形成される半導体素子に悪影響を及ぼさないように、窒化シリコン膜などの保護層を流動性の層の上部に設けるのが好ましい。
【0050】
[実施の形態2]
上記の実施の形態1で説明した方法を各種半導体装置の製造に適用することができる。そこで、本形態では、実施の形態1で説明した複合半導体基板(貼り合せ基板)600を用いて、液晶装置(電気光学装置)のアクティブマトリクス基板(半導体装置)を構成した例を説明する。
【0051】
(液晶装置の全体構成)
図4は、液晶装置をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図であり、図5は、対向基板を含めて示す図4のH−H′断面図である。
図4において、液晶装置100のアクティブマトリクス基板10の上には、シール材52がその縁に沿って設けられており、その内側領域には、遮光性材料からなる額縁53が形成されている。シール材52の外側の領域には、データ線駆動回路101および外部入力端子102がアクティブマトリクス基板10の一辺に沿って設けられており、走査線駆動回路104が、この一辺に隣接する2辺に沿って形成されている。
【0052】
走査線に供給される走査信号の遅延が問題にならない場合には、走査線駆動回路104は片側だけでもよいことは言うまでもない。また、データ線駆動回路101を画像表示領域10aの辺に沿って両側に配列してもよい。例えば、奇数列のデータ線は画像表示領域10aの一方の辺に沿って配設されたデータ線駆動回路から画像信号を供給し、偶数列のデータ線は画像表示領域10aの反対側の辺に沿って配設されたデータ線駆動回路から画像信号を供給するようにしてもよい。このようにデータ線を櫛歯状に駆動するようにすれば、データ線駆動回路101の形成面積を拡張することが出来るため、複雑な回路を構成することが可能となる。さらにアクティブマトリクス基板10の残る一辺には、画像表示領域10aの両側に設けられた走査線駆動回路104間をつなぐための複数の配線105が設けられており、さらに、額縁53の下などを利用して、プリチャージ回路や検査回路が設けられることもある。また、対向基板20のコーナー部の少なくとも1箇所においては、アクティブマトリクス基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための上下導通材106が形成されている。
【0053】
そして、図5に示すように、図4に示したシール材52とほぼ同じ輪郭をもつ対向基板20がこのシール材52によりアクティブマトリクス基板10に固着されている。なお、シール材52は、アクティブマトリクス基板10と対向基板20とをそれらの周辺で貼り合わせるための光硬化樹脂や熱硬化性樹脂などからなる接着剤であり、両基板間の距離を所定値とするためのグラスファイバー、あるいはガラスビーズ等のギャップ材が配合されている。
【0054】
詳しくは後述するが、アクティブマトリクス基板10には、画素電極9aがマトリクス状に形成されている。これに対して、対向基板20には、アクティブマトリクス基板10に形成されている画素電極(後述する)の縦横の境界領域と対向する領域にブラックマトリクス、あるいはブラックストライプなどと称せられる遮光膜23が形成され、その上層側には、ITO膜からなる対向電極21が形成されている。
【0055】
このように形成した液晶装置は、たとえば、後述する投射型液晶表示装置(液晶プロジェクタ)において使用される。この場合、3枚の液晶装置100がRGB用のライトバルブとして各々使用され、各液晶装置100の各々には、RGB色分解用のダイクロイックミラーを介して分解された各色の光が投射光として各々入射されることになる。従って、前記した各形態の液晶装置100にはカラーフィルタが形成されていない。
【0056】
ただし、対向基板20において各画素電極9aに対向する領域にRGBのカラーフィルタをその保護膜とともに形成することにより、投射型液晶表示装置以外にも、後述するモバイルコンピュータ、携帯電話機、液晶テレビなどといった電子機器のカラー液晶表示装置として用いることができる。
【0057】
さらに、対向基板20に対して、各画素に対応するようにマイクロレンズを形成することにより、入射光の画素電極9aに対する集光効率を高めることができるので、明るい表示を行うことができる。さらにまた、対向基板20に何層もの屈折率の異なる干渉層を積層することにより、光の干渉作用を利用して、RGB色をつくり出すダイクロイックフィルタを形成してもよい。このダイクロイックフィルタ付きの対向基板によれば、より明るいカラー表示を行うことができる。
【0058】
(液晶装置100の構成および動作)
次に、アクティブマトリクス型の液晶装置(電気光学装置)の電気的構成および動作について、図6ないし図8を参照して説明する。
【0059】
図6は、液晶装置100の画像表示領域10aを構成するためにマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、および配線などの等価回路図である。図7は、データ線、走査線、画素電極などが形成されたアクティブマトリクス基板において相隣接する画素の平面図である。図8は、図7のA−A′線に相当する位置での断面、およびアクティブマトリクス基板と対向基板との間に電気光学物質としての液晶を封入した状態の断面を示す説明図である。なお、これらの図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
【0060】
図6において、液晶装置100の画像表示領域10aにおいて、マトリクス状に形成された複数の画素の各々には、画素電極9a、および画素電極9aを制御するための画素スイッチング用のMIS形トランジスタ30が形成されており、画素信号を供給するデータ線6aが該MIS形トランジスタ30のソースに電気的に接続されている。データ線6aに書き込む画素信号S1、S2・・・Snは、この順に線順次に供給する。また、MIS形トランジスタ30のゲートには走査線3aが電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線3aにパルス的に走査信号G1、G2・・・Gmを、この順に線順次で印加するように構成されている。画素電極9aは、MIS形トランジスタ30のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるMIS形トランジスタ30を一定期間だけそのオン状態とすることにより、データ線6aから供給される画素信号S1、S2・・・Snを各画素に所定のタイミングで書き込む。このようにして画素電極9aを介して液晶に書き込まれた所定レベルの画素信号S1、S2、・・・Snは、後述する対向基板に形成された対向電極との間で一定期間保持される。
【0061】
ここで、保持された画素信号がリークするのを防ぐことを目的に、画素電極9aと対向電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量70(キャパシタ)を付加することがある。この蓄積容量70によって、画素電極9aの電圧は、例えば、ソース電圧が印加された時間よりも3桁も長い時間だけ保持される。これにより、電荷の保持特性は改善され、コントラスト比の高い表示を行うことのできる液晶装置が実現できる。なお、蓄積容量70を形成する方法としては、容量を形成するための配線である容量線3bとの間に形成する場合、あるいは前段の走査線3aとの間に形成する場合もいずれであってもよい。
【0062】
図7において、液晶装置100のアクティブマトリクス基板10上には、マトリクス状に複数の透明な画素電極9a(点線で囲まれた領域)が各画素毎に形成され、画素電極9aの縦横の境界領域に沿ってデータ線6a(一点鎖線で示す)、走査線3a(実線で示す)、および容量線3b(実線で示す)が形成されている。
図8に示すように、液晶装置100は、アクティブマトリクス基板10と、これに対向配置される対向基板20とを備えている。
【0063】
本形態において、アクティブマトリクス基板10の基体は、後述する貼り合せ基板(複合半導体基板)600からなり、対向基板20の基体は、石英基板や耐熱性ガラス板などの透明基板20bからなる。アクティブマトリクス基板10には画素電極9aが形成されており、その上側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜16が形成されている。画素電極9aは、たとえばITO(Indium Tin Oxide)膜等の透明な導電性薄膜からなる。また、配向膜16は、たとえばポリイミド薄膜などの有機薄膜に対してラビング処理を行うことにより形成される。なお、対向基板20において、対向電極21の上層側にも、ポリイミド膜からなる配向膜22が形成され、この配向膜22も、ポリイミド膜に対してラビング処理が施された膜である。
【0064】
アクティブマトリクス基板10の画像表示領域10aにおいて、各画素電極9aに隣接する位置には、各画素電極9aをスイッチング制御する画素スイッチング用のMIS形トランジスタ30が形成されている。また、貼り合せ基板600の内部には、MIS形トランジスタ30と平面的に重なる領域に、クロム膜などからなる遮光膜11aが形成されている。この遮光膜11aの表面側には層間絶縁膜12が形成され、この層間絶縁膜12の表面側にMIS形トランジスタ30が形成されている。すなわち、層間絶縁膜12は、MIS形トランジスタ30を構成する半導体層1aを遮光膜11aから電気的に絶縁するために設けられるものである。
【0065】
図7および図8に示すように、画素スイッチング用のMIS形トランジスタ30は、LDD(Lightly Doped Drain)構造を有しており、半導体層1aには、走査線3aからの電界によりチャネルが形成されるチャネル領域1a′、低濃度ソース領域1b、低濃度ドレイン領域1c、高濃度ソース領域1d、並びに高濃度ドレイン領域1eが形成されている。また、半導体層1aの上層側には、この半導体層1aと走査線3aとを絶縁するゲート絶縁膜2が形成されている。
ここで、半導体層1aは、前述した方法で形成された単結晶シリコン層220bからなっている。
【0066】
このように構成したMIS形トランジスタ30の表面側には、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜4、7が形成されている。層間絶縁膜4の表面には、データ線6aが形成され、このデータ線6aは、層間絶縁膜4に形成されたコンタクトホールを介して高濃度ソース領域1dに電気的に接続している。層間絶縁膜7の表面にはITO膜からなる画素電極9aが形成されている。画素電極9aは、層間絶縁膜4、7およびゲート絶縁膜2に形成されたコンタクトホールを介して高濃度ドレイン領域1eに電気的に接続している。この画素電極9aの表面側にはポリイミド膜からなる配向膜16が形成されている。この配向膜16は、ポリイミド膜に対してラビング処理が施された膜である。
【0067】
また、高濃度ドレイン領域1eからの延設部分1f(下電極)に対しては、ゲート絶縁膜2aと同時形成された絶縁膜(誘電体膜)を介して、走査線3aと同層の容量線3bが上電極として対向することにより、蓄積容量70が構成されている。
【0068】
なお、MIS形トランジスタ30は、好ましくは上述のようにLDD構造をもつが、低濃度ソース領域1b、および低濃度ドレイン領域1cに相当する領域に不純物イオンの打ち込みを行わないオフセット構造を有していてもよい。また、MIS形トランジスタ30は、ゲート電極(走査線3aの一部)をマスクとして高濃度で不純物イオンを打ち込み、自己整合的に高濃度のソースおよびドレイン領域を形成したセルフアライン型のTFTであってもよい。また、本形態では、MIS形トランジスタ30のゲート電極(走査線3a)をソース−ドレイン領域の間に1個のみ配置したシングルゲート構造としたが、これらの間に2個以上のゲート電極を配置してもよい。この際、各々のゲート電極には同一の信号が印加されるようにする。このようにデュアルゲート(ダブルゲート)、あるいはトリプルゲート以上でMIS形トランジスタ30を構成すれば、チャネルとソース−ドレイン領域の接合部でのリーク電流を防止でき、オフ時の電流を低減することが出来る。これらのゲート電極の少なくとも1個をLDD構造或いはオフセット構造にすれば、さらにオフ電流を低減でき、安定したスイッチング素子を得ることができる。
【0069】
このように構成したアクティブマトリクス基板10と対向基板20とは、画素電極9aと対向電極21とが対面するように配置され、かつ、これらの基板間には、前記のシール材53(図4および図5を参照)により囲まれた空間内に電気光学物質としての液晶50が封入され、挟持される。液晶50は、画素電極9aからの電界が印加されていない状態で配向膜により所定の配向状態をとる。液晶50は、例えば一種または数種のネマティック液晶を混合したものなどからなる。
【0070】
なお、対向基板20およびアクティブマトリクス基板10の光入射側の面あるいは光出射側には、使用する液晶50の種類、すなわち、TN(ツイステッドネマティック)モード、STN(スーパーTN)モード等々の動作モードや、ノーマリホワイトモード/ノーマリブラックモードの別に応じて、偏光フィルム、位相差フィルム、偏光板などが所定の向きに配置される。
【0071】
(駆動回路の構成)
再び図4において、本形態の液晶装置100では、アクティブマトリクス基板10の表面側のうち、画像表示領域10aの周辺領域を利用してデータ線駆動回路101および走査線駆動回路104(周辺回路)が形成されている。このようなデータ線駆動回路101および走査線駆動回路104は、基本的には、図9および図10に示すNチャネル型のMIS形トランジスタとPチャネル型のMIS形トランジスタとによって構成されている。
【0072】
図9は、走査線駆動回路104およびデータ線駆動回路101等の周辺回路を構成するMIS形トランジスタの構成を示す平面図である。図10は、この周辺回路を構成するMIS形トランジスタを図9のB−B′線で切断したときの断面図である。なお、図10にはアクティブマトリクス基板10の画像表示領域10aに形成した画素スイッチング用MIS形トランジスタ30も示してある。
【0073】
図9および図10において、周辺回路を構成するMIS形トランジスタは、Pチャネル型のMIS形トランジスタ80とNチャネル型のMIS形トランジスタ90とからなる相補型MIS形トランジスタとして構成されている。これらの駆動回路用のMIS形トランジスタ80、90を構成する半導体層60(輪郭を点線で示す)は、貼り合せ基板600上に形成された層間絶縁膜12を介して島状に形成されている。
【0074】
MIS形トランジスタ80、90には、高電位線71と低電位線72がコンタクトホール63、64を介して、半導体層60のソース領域に電気的にそれぞれ接続されている。また、入力配線66は、共通のゲート電極65にそれぞれ接続されており、出力配線67は、コンタクトホール68、69を介して、半導体層60のドレイン領域に電気的にそれぞれ接続されている。
【0075】
このような周辺回路領域も、画像表示領域10aと同様なプロセスを経て形成されるため、周辺回路領域にも、層間絶縁膜4、7およびゲート絶縁膜2が形成されている。また、駆動回路用のMIS形トランジスタ80、90も、画素スイッチング用のMIS形トランジスタ30と同様、LDD構造を有しており、チャネル形成領域81、91の両側には、高濃度ソース領域82、92および低濃度ソース領域83、93からなるソース領域と、高濃度ドレイン領域84、94および低濃度ドレイン領域85、95からなるドレイン領域とを備えている。
なお、半導体層60は、半導体層1aと同様、前述した方法で形成された単結晶シリコン層220bからなっている。
【0076】
(アクティブマトリクス基板の製造方法)
このような構成のアクティブマトリクス基板10を製造するには、前記の実施の形態1で作製した複合半導体基板(貼り合せ基板)600を用いて行う。ただし、本形態では、以下に説明するように、貼り合せ基板600の内部に遮光膜11a(図8を参照)を形成しておく。
【0077】
図11〜図13は、いずれも本形態のアクティブマトリクス基板10の製造方法を示す工程断面図である。
本形態では、まず、図3(D)に示した状態の複合半導体基板600、すなわち図11(A)に示す複合半導体基板600を用意する。ここで、図11(A)では、説明の都合上、図3(D)と縮尺を変え、また要部の寸法も変えている。また、図11(A)に示した複合半導体基板600では、絶縁層12(図3(D)中の絶縁層500)中に遮光膜11aを形成しており、さらに、前述した方法で形成された単結晶シリコン層220bからなる半導体層1a、半導体層60を備えている。
【0078】
また、これら半導体層1a、半導体層60については、それぞれの犠牲酸化の度合いを調整したことにより、異なる厚さに形成したものとする。そして、これら複数の単結晶シリコンパターン220bにより、画素スイッチング用のMIS形トランジスタ30を構成する半導体層1aと、駆動回路用のMIS形トランジスタ80、90を構成する半導体層60とを島状に形成している。ここで、画素スイッチング用のMIS形トランジスタ30を構成する半導体層1aは、厚さが100nm以下の単結晶シリコン層であり、駆動回路用のMIS形トランジスタ80、90を構成する半導体層60は、厚さが200〜500nm程度の単結晶シリコン層である。
【0079】
このようにして形成した複合半導体基板600に対し、図11(B)に示すように、熱酸化法などを用いて、半導体膜1a、60の表面にシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜2を形成する。なお、図示を省略するが、所定のレジストマスクを介して半導体膜1aの延設部分1fに不純物イオンを打ち込んで、容量線3bとの間に蓄積容量70を構成するための下電極を形成する。
【0080】
次に、CVD法などにより、基板表面全体に、走査線3a、容量線3b、およびゲート電極65を形成するための多結晶シリコン膜、およびモリブデン膜、タングステン膜、チタン膜、コバルト膜、またはこれらの金属のシリサイド膜からなる導電膜を350nm程度の厚さに形成した後、図11(C)に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、走査線3a、容量線3b、およびゲート電極65を形成する。
【0081】
次に、図12(A)に示すように、Pチャネル型の駆動回路用のMIS形トランジスタ80を形成するための半導体層60をレジストマスク301で覆った状態で、画素スイッチング用のMIS形トランジスタ30を構成する半導体層1aと、Nチャネル型の駆動回路用のMIS形トランジスタ90を構成する半導体層60とに対して、走査線3aやゲート電極65をマスクとして、約0.1×1013/cm〜約10×1013/cmのドーズ量で低濃度の不純物イオン(リンイオン)を打ち込んで、走査線3aに対して自己整合的に低濃度ソース領域1b、93、および低濃度ドレイン領域1c、95を形成する。ここで、走査線3aの真下に位置しているため、不純物イオンが導入されなかった部分は半導体膜1aのままのチャネル領域1a′、91となる。
【0082】
次に、図12(B)に示すように、走査線3aおよびゲート電極65より幅が広く、かつ、Pチャネル型の駆動回路用のMIS形トランジスタ80を形成するための半導体層60を覆うレジストマスク302を形成し、この状態で、高濃度の不純物イオン(リンイオン)を約0.1×1015/cm〜約10×1015/cmのドーズ量で打ち込み、高濃度ソース領域1b、92、およびドレイン領域1d、94を形成する。
【0083】
なお、図示を省略するが、Nチャネル型のMIS形トランジスタ30、90の側を覆った状態でゲート電極65をマスクとして、Pチャネル型の駆動回路用のMIS形トランジスタ80を形成するための半導体層60に対して、約0.1×1015/cm〜約10×1015/cmのドーズ量でボロンイオンを打ち込んだ後、ゲート電極65より幅の広いマスクを形成した状態で、Pチャネル型の駆動回路用のMIS形トランジスタ80を形成するための半導体層60に対して高濃度の不純物(ボロンイオン)を約0.1×1015/cm〜約10×1015/cmのドーズ量で打ち込んで、図12(C)に示すように、低濃度ソース領域83、低濃度ドレイン領域85、およびチャネル領域81を形成するとともに、高濃度ソース領域82、およびドレイン領域84を形成する。
【0084】
次に、CVD法などによって走査線3aの表面側にシリコン酸化膜などからなる層間絶縁膜4を形成し、その後、フォトリソグラフィ技術を用いてコンタクトホールをそれぞれ形成する。
【0085】
次に、図13(A)に示すように、層間絶縁膜4の表面側に、データ線6a(ソース電極)などを構成するためのアルミニウム膜、チタンナイトライド膜、チタン膜、またはこれらの金属のいずれかを主成分とする合金膜からなる導電膜をスパッタ法などで350nm程度の厚さに形成し、その後、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、データ線6a、高電位線71、低電位線72、入力配線66、出力配線67を形成する。その結果、周辺回路領域では、Pチャネル型およびNチャネル型のMIS形トランジスタ80、90が完成する。
【0086】
次に、図13(B)に示すように、データ線6aなどの表面側にプラズマCVD法などにより、シリコン窒化膜あるいはシリコン酸化膜などからなる層間絶縁膜5を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、層間絶縁膜5にコンタクトホールを形成する。
次いで、図8および図10に示すように画素電極9aを所定パターンに形成し、その後、配向膜16を形成する。その結果、アクティブマトリクス基板10が完成する。
【0087】
[電子機器への適用]
次に、電気光学装置を備えた電子機器の一例として投射型液晶表示装置を、図14、図15を参照して説明する。
まず、図14には、上記の各形態に係る電気光学装置と同様に構成された液晶装置100を備えた電子機器の構成をブロック図で示してある。
【0088】
図14において、電子機器が、表示情報出力源1000、表示情報処理回路1002、駆動回路1004、液晶装置100、クロック発生回路1008、および電源回路1010を含んで構成される。表示情報出力源1000は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Randam Access Memory)、光ディスクなどのメモリ、テレビ信号の画信号を同調して出力する同調回路などを含んで構成され、クロック発生回路1008からのクロックに基づいて、所定フォーマットの画像信号を処理して表示情報処理回路1002に出力する。この表示情報出力回路1002は、たとえば増幅・極性反転回路、相展開回路、ローテーション回路、ガンマ補正回路、あるいはクランプ回路等の周知の各種処理回路を含んで構成され、クロック信号に基づいて入力された表示情報からデジタル信号を順次生成し、クロック信号CLKとともに駆動回路1004に出力する。駆動回路1004は、液晶装置100を駆動する。電源回路1010は、上述の各回路に所定の電源を供給する。なお、液晶装置100を構成するアクティブマトリクス基板の上に駆動回路1004を形成してもよく、それに加えて、表示情報処理回路1002もアクティブマトリクス基板の上に形成してもよい。
【0089】
このような構成の電子機器としては、図15を参照して説明する投射型液晶表示装置(液晶プロジェクタ)を挙げることができる。
【0090】
図15に示す投射型液晶表示装置1100は、前記の駆動回路1004がアクティブマトリクス基板上に搭載された液晶装置100を含む液晶モジュールを3個準備し、各々RGB用のライトバルブ100R、100G、100Bとして用いたプロジェクタとして構成されている。この液晶プロジェクタ1100では、メタルハライドランプなどの白色光源のランプユニット1102から光が出射されると、3枚のミラー1106および2枚のダイクロイックミラー1108によって、R、G、Bの3原色に対応する光成分R、G、Bに分離され(光分離手段)、対応するライトバルブ100R、100G、100B(液晶装置100/液晶ライトバルブ)に各々導かれる。この際に、光成分Bは、光路が長いので、光損失を防ぐために入射レンズ1122、リレーレンズ1123、および出射レンズ1124からなるリレーレンズ系1121を介して導かれる。そして、ライトバルブ100R、100G、100Bによって各々変調された3原色に対応する光成分R、G、Bは、ダイクロイックプリズム1112(光合成手段)に3方向から入射され、再度合成された後、投射レンズ1114を介してスクリーン1120などにカラー画像として投射される。
【0091】
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば実施の形態として説明した液晶装置の具体的な構成は、ほんの一例に過ぎず、その他、種々の構成を有する液晶装置に本発明を適用することができる。また、例えば、本発明は、エレクトロルミネッセンス(EL)、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、あるいはプラズマ発光や電子放出による蛍光等を用いた様々な電気光学素子を用いた電気光学装置および該電気光学装置を備えた電子機器に対しても適用可能であるということは言うまでもない。
また、本発明における単結晶半導体層としては、単結晶シリコンに限定されることなく、例えば単結晶ゲルマニウム等を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(E)は本発明に係る製造方法の工程断面図である。
【図2】(A)〜(C)は本発明に係る製造方法の工程断面図である。
【図3】(A)〜(D)は本発明に係る製造方法の工程断面図である。
【図4】本発明に係る液晶装置を対向基板側から見た平面図である。
【図5】図4のH−H′断面図である。
【図6】複数の画素に形成された各種素子、配線等の等価回路図である。
【図7】各画素の構成を示す平面図である。
【図8】図7のA−A′線に相当する位置で切断した断面図である。
【図9】画像表示領域の周辺領域に形成した回路の平面図である。
【図10】図9に示す駆動回路用トランジスタの断面図である。
【図11】(A)〜(C)は液晶装置の製造方法の工程断面図である。
【図12】(A)〜(C)は液晶装置の製造方法の工程断面図である。
【図13】(A)、(B)は液晶装置の製造方法の工程断面図である。
【図14】電子機器の回路構成を示すブロック図である。
【図15】電子機器の一例としての投射型電気光学装置の断面図である。
【符号の説明】
100…液晶装置(電気光学装置)、
200…単結晶シリコン基板(半導体基板)、
210…シリコン酸化膜(絶縁層)、
220、220b…単結晶シリコン層(単結晶半導体層)、
220a…薄厚化した単結晶シリコン層、
220c…単結晶シリコンパターン、225…熱酸化膜
230…素子非形成領域(所定領域)、240…素子形成領域、
500…支持基板、510…酸化膜(絶縁層)、550…絶縁層、
600…複合半導体基板(貼り合わせ基板)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a composite semiconductor substrate having an SOI structure, a composite semiconductor substrate manufactured by the method, an electro-optical device using the composite semiconductor substrate, and an electronic apparatus.
[0002]
[Prior art]
SOI (Silicon On Insulator) technology, which uses a silicon layer provided on an insulator layer for forming a semiconductor device, uses a normal single crystal silicon substrate such as an α-ray resistance, a latch-up characteristic, or a short channel suppression effect. In order to exhibit excellent characteristics that cannot be achieved, the development thereof has been promoted for the purpose of high integration of semiconductor devices and the like.
[0003]
In recent years, an excellent short channel suppression effect has been found by forming a device on an SOI layer thinned to a thickness of 100 nm or less. In addition, the SOI device formed in this manner has high reliability due to its excellent radiation resistance, and can achieve high speed and low power consumption of the element by reducing the parasitic capacitance. It has excellent features such as miniaturization of process rules by being able to manufacture a field effect transistor.
[0004]
As a method for forming such an SOI structure, there is a method for manufacturing an SOI substrate by bonding a single crystal silicon substrate. In this method, which is generally called a bonding method, a single-crystal silicon substrate and a supporting substrate are overlapped with each other via an oxide film and bonded at about room temperature using OH groups on the substrate surface, and then the single-crystal silicon substrate is ground. Or thinning by polishing or etching, followed by a siloxane bond (Si-O-Si) by a heat treatment at about 700 ° C. to 1200 ° C. to increase the bonding strength and form a single-crystal silicon layer on the supporting substrate. is there. According to this method, the single crystal silicon substrate is directly thinned, so that the silicon thin film has excellent crystallinity, and thus a high-performance device can be manufactured.
[0005]
In addition, as an application of this bonding method, hydrogen ions are implanted into a single crystal silicon substrate, bonded to a supporting substrate, and then heat-treated at about 400 to 600 ° C. to form a thin film silicon layer on the single crystal silicon substrate. Separated from the hydrogen implanted region and then increased the bonding strength by heat treatment up to about 1100 ° C., or a single crystal silicon layer was epitaxially grown on a porous silicon substrate and bonded to a support substrate. There is known a method of forming an epitaxial single-crystal silicon thin film on a supporting substrate by removing the silicon substrate and etching the porous silicon layer later.
[0006]
An SOI substrate formed by a bonding method can be used for manufacturing various devices in the same manner as a normal bulk semiconductor substrate (semiconductor integrated circuit). On the other hand, the difference from the conventional bulk substrate is that various materials can be used for the support substrate. That is, as the support substrate, not only a normal silicon substrate but also a quartz substrate or a glass substrate having a light-transmitting property can be used. Therefore, by forming a single-crystal silicon thin film on a light-transmitting substrate, even in a device requiring light transmissivity, for example, an electro-optical device such as a transmissive liquid crystal device, a crystalline silicon thin film is formed on the active matrix substrate. A high-performance transistor element can be formed using a single crystal silicon layer excellent in quality. That is, by forming a MIS transistor for pixel switching for driving a pixel electrode or a MIS transistor for a driving circuit constituting a driving circuit in a peripheral region of an image display region on an SOI layer which is a single crystal silicon layer, fine display can be achieved. Speed and speed can be achieved.
[0007]
Here, in the case where an SOI substrate is used for an electro-optical device such as a transmission type liquid crystal device, since the SOI layer has a different thermal expansion coefficient from that of a light-transmitting substrate such as a quartz substrate which is a supporting substrate, the bonding strength described above is reduced. In a heat treatment step or a thermal oxidation treatment step for raising the temperature, thermal stress occurs due to a difference in thermal expansion coefficient, and as a result, slips, dislocations, lattice defects, HF defects, and the like are formed in the single crystal semiconductor layer (SOI layer). Device characteristics may be affected.
[0008]
As a technique for coping with thermal stress due to such a difference in thermal expansion coefficient, a technique in which a stress relaxation layer is provided between a semiconductor single crystal region and a glass material to reduce substrate warpage or the like is conventionally known ( For example, see Patent Document 1).
Further, in order to prevent thermal stress during bonding from remaining in the single crystal semiconductor layer (single crystal silicon layer), the single crystal silicon thin film is patterned to form an island silicon layer. A technique of performing thermal oxidation treatment on a layer is known (for example, see Patent Document 2).
Further, a technique is known in which a part of a single crystal semiconductor substrate is changed to a porous layer by anodic oxidation, and this porous layer is used as a stress relaxation layer (for example, see Patent Document 3).
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-7-142570 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-12864 [Patent Document 3]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-106424
[Problems to be solved by the invention]
However, the technique of providing the stress relaxation layer between the semiconductor single crystal region and the glass material cannot remove the formed stress relaxation layer, and the stress relaxation layer is colored and non-transparent. Therefore, there is a problem that, for example, a transmission type liquid crystal device cannot be manufactured from the obtained composite semiconductor substrate.
[0011]
In the technique of performing thermal oxidation treatment on an island-shaped silicon layer, sacrificial oxidation is performed particularly to reduce the thickness of the silicon layer, and thereafter, when the sacrificial oxide layer is removed by wet etching, the wet etching liquid is used for the island-shaped silicon layer. There is a possibility that the insulating layer underlying the silicon layer is dissolved through the space between the layers and reaches the bonding interface with the supporting substrate. When the wet etchant reaches the bonding interface in this way, it causes inconvenience such as peeling off at the bonding interface. For example, a transmission type liquid crystal device (light When a valve is manufactured, display defects occur due to peeling of the bonding interface.
[0012]
In the technique using a porous layer as a stress relaxation layer, as described above, hydrogen ions are implanted in advance to reduce the thickness of the single-crystal silicon layer after bonding, and the thin-film silicon layer is subjected to heat treatment to form a single-crystal silicon substrate. At the time of separation from the hydrogen implantation region, the separation may not be properly performed because the hydrogen ion implantation profiles are different between the single crystal silicon layer and the porous layer. In addition, although the single-crystal silicon substrate separated in this manner is usually used as it is in another SOI substrate as it is, in this technique, the porous layer remains on the single-crystal silicon substrate after the separation. Therefore, it cannot be used directly. In addition, when a silicon oxide layer for bonding is formed, a difference in film quality occurs between a silicon oxide layer formed from a single crystal silicon layer and a silicon oxide layer formed from a porous layer. There is a possibility that the alignment may be uneven.
[0013]
The present invention has been made in view of the above circumstances, the purpose thereof is to reduce the thermal stress generated in a heat treatment step or the like for increasing the bonding strength, slip and dislocation in the single crystal semiconductor layer, lattice defects, HF defects and the like can be prevented from being formed. Further, the present invention can be applied to the manufacture of a transmissive liquid crystal device. In that case, display defects can be prevented, and uneven bonding occurs. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a composite semiconductor substrate, a composite semiconductor substrate, an electro-optical device, and an electronic apparatus.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a composite semiconductor substrate according to the present invention is a method for manufacturing a composite semiconductor substrate, comprising: bonding a semiconductor substrate having a single crystal semiconductor layer on a support substrate; Bonding the semiconductor substrate to form a bonded substrate, thinning a predetermined region of the single crystal semiconductor layer in the bonded substrate by etching, and bonding the thinned predetermined region to the bonded substrate. And a step of heat-treating.
According to this method for manufacturing a composite semiconductor substrate, a predetermined region of the single crystal semiconductor layer in the bonded substrate is thinned by etching, and then heat treatment is performed. Therefore, the heat treatment can improve the bonding strength. Of course, at this time, stress tends to concentrate on the thinned portion of the single crystal semiconductor layer, so that the thinned portion functions as a stress relieving layer. , A slip, a dislocation, a lattice defect, an HF defect and the like are prevented from being formed in the single crystal semiconductor layer.
In addition, when a predetermined region of the single crystal semiconductor layer is thinned by etching, even when wet etching is employed, the thinned single crystal semiconductor layer remains as it is, so that the etchant may penetrate to the bonding interface. Therefore, inconvenience such as peeling off at the bonding interface is prevented.
[0015]
In the method for manufacturing a composite semiconductor substrate, the step of bonding the support substrate and the semiconductor substrate to form a bonded substrate and the step of thinning the predetermined region of the bonded substrate by etching are performed. It is preferable that the method further includes a step of separating the semiconductor substrate of the bonded substrate in a thickness direction to reduce the thickness of the single crystal semiconductor layer.
In such a case, when the semiconductor substrate in the bonded substrate is separated in the thickness direction to reduce the thickness of the single crystal semiconductor layer, the single crystal semiconductor layer before the thinning has a porous layer or the like. Since the single crystal semiconductor substrate is not provided, the single crystal semiconductor substrate after separation can be used as it is for manufacturing another composite semiconductor substrate (SOI substrate). In the case where an oxide layer for bonding is formed over the semiconductor substrate, the single crystal semiconductor layer is not provided with a porous layer or the like. The occurrence of uneven bonding due to a difference in film quality between the oxide layer and the oxide layer formed from the porous layer is also prevented.
[0016]
Further, the method for manufacturing a composite semiconductor substrate further includes, after the step of heat-treating the bonded substrate, a thermal oxidation step of thermally oxidizing the single-crystal semiconductor layer in the bonded substrate, wherein the single-crystal semiconductor layer It is preferable that the thickness of the predetermined region in is reduced so that the thinned single crystal semiconductor layer in the predetermined region is entirely consumed in the thermal oxidation step.
By doing so, by etching and removing the thermal oxide film formed in the thermal oxidation step, it is possible to directly remove the thinned portion by etching the predetermined region. Therefore, the steps can be simplified, for example, a step of forming a single crystal semiconductor pattern formed in an element formation region can be omitted.
[0017]
In the method for manufacturing a composite semiconductor substrate, in the step of thinning the single crystal semiconductor layer in the bonded substrate by etching, a region of the single crystal semiconductor layer other than a region where an element is formed is thin. It is preferred that the
With this configuration, as described above, stress tends to concentrate on the thinned portion of the single crystal semiconductor layer, and the thinned portion functions as a stress relieving layer. Formation of slip, dislocations, lattice defects, HF defects, and the like in the single crystal semiconductor layer in the region where the is formed.
[0018]
In the method for manufacturing a composite semiconductor substrate, it is preferable that the heat treatment of the bonded substrate after the predetermined region is thinned is performed at a temperature of 700 ° C. or more and 1200 ° C. or less.
By doing so, the bonding strength of the bonded substrate can be sufficiently increased by this heat treatment.
[0019]
In the method for manufacturing a composite semiconductor substrate, the single crystal semiconductor layer is preferably made of single crystal silicon.
With this configuration, the single crystal semiconductor layer is made of general single crystal silicon, so that a composite semiconductor substrate can be manufactured at a lower cost than when another single crystal semiconductor layer is used.
[0020]
In the method for manufacturing a composite semiconductor substrate, the support substrate is preferably a light-transmitting substrate.
In this manner, for example, a transmission-type liquid crystal device (light valve) can be manufactured from the obtained composite semiconductor substrate.
[0021]
A composite semiconductor substrate according to the present invention is obtained by any one of the above manufacturing methods.
According to this composite semiconductor substrate, slip, dislocation, lattice defect, HF defect, and the like are prevented from being formed in the single crystal semiconductor layer. For example, this single crystal semiconductor layer is formed in a semiconductor element such as a thin film transistor. In this case, it is good and reliable.
[0022]
An electro-optical device according to the present invention includes the composite semiconductor substrate.
According to this electro-optical device, for example, by having the above-described good and highly reliable semiconductor element, the electro-optical device itself becomes good and highly reliable.
[0023]
An electronic apparatus according to another aspect of the invention includes the electro-optical device.
According to this electronic device, by providing the above-described good and highly reliable electro-optical device, the electronic device itself is also good and highly reliable.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
1 to 3 are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a composite semiconductor substrate (laminated substrate) having an SOI structure according to the first embodiment of the present invention.
[0025]
In this embodiment mode, first, as shown in FIG. 1A, a single crystal silicon substrate (semiconductor substrate) 200 having a thickness of, for example, 750 μm is prepared, and then, a first surface 201 and a second surface 202 thereof are provided. A silicon oxide film (insulating layer) 210 is formed on at least the entire surface of the first surface 201. The silicon oxide film 210 may be formed to a thickness of about 200 nm or more in the present embodiment, as long as the first surface 201 has a thickness that is hydrophilic in a bonding step described later.
[0026]
Next, as shown in FIG. 1B, hydrogen ions are implanted into the single crystal silicon substrate 200 on which the silicon oxide film 210 is formed from the first surface 201 side. As a result, an ion implantation layer having a penetration depth distribution as shown by a broken line in FIG. 1B is formed inside the single crystal silicon substrate 200. The ion implantation conditions at this time are, for example, an acceleration energy of 60 to 150 keV and a dose of 5 × 10 16 cm −2 to 10 × 10 16 cm −2 .
[0027]
Next, a support substrate 500 is prepared as shown in FIG. 1C, and then a silicon oxide film, NSG (non-doped silicate glass), or the like is formed on the entire surface of the support substrate 500 by a sputtering method, a CVD method, or the like. An oxide film (insulating layer) 510 is formed. Next, the surface of the oxide film 510 is polished and flattened by a CMP method or the like. Here, the thickness of the oxide film 510 is, for example, about 400 to 1000 nm, and more preferably about 800 nm. In the case where a substrate mainly composed of SiO 2 such as quartz is used as the support substrate 500, the step of forming the oxide film 510 can be omitted.
[0028]
Here, the oxide films (insulating layers) 210 and 510 are formed to secure adhesion between the single crystal silicon substrate (semiconductor substrate) 200 and the support substrate 500. As the support substrate 500, a substrate (light-transmitting substrate) made of a light-transmitting material such as glass or quartz can be used. In that case, the obtained composite semiconductor substrate can be applied to a transmission type electro-optical device, for example, a transmission type liquid crystal device (light valve).
[0029]
Next, as shown in FIG. 1D, the surface 501 of the single crystal silicon substrate 200 on the oxide film 510 side and the surface of the support substrate 500 on the silicon oxide film 210 side are joined to form the oxide films 210 and 510. The single crystal substrate 200 is bonded on the supporting substrate 500 at room temperature to about 200 ° C. Then, the single crystal silicon layer 220 and the supporting substrate 500 are attached to each other through the insulating layer 550 (the oxide films 210 and 510) by the action of the OH group on the substrate surface as shown in FIG. A semiconductor substrate (laminated substrate) 600 is formed.
[0030]
Here, with respect to the single crystal silicon substrate 200 in the bonded composite semiconductor substrate 600, the single crystal silicon layer is thinned to, for example, about 200 nm to obtain a single crystal silicon layer 220 illustrated in FIG. The single-crystal silicon layer 220 is formed by performing a heat treatment at a low temperature of, for example, 400 ° C. to 600 ° C. to separate and cut the single-crystal silicon substrate 200 at the position of the ion-implanted layer. This separation and cutting phenomenon occurs because the bond of the semiconductor crystal is cut by the ions introduced into the single crystal silicon substrate 200, and becomes more prominent at the peak position of the ion concentration in the ion implantation layer. Therefore, the position where the cutting is performed by the heat treatment is the same as the peak position of the ion concentration. Note that since the surface of the single crystal silicon layer 220 exposed by the above separation and cutting has irregularities of about several nm, the surface is smoothed by a CMP method or the surface is subjected to a hydrogen annealing method of performing a heat treatment in a hydrogen atmosphere. Preferably, it is smoothed. Further, the single crystal silicon substrate 200 separated in this manner can be used for another SOI substrate as it is.
[0031]
Further, a film of molybdenum, tungsten, or the like may be formed below the oxide film 510 on the surface of the supporting substrate 500. Since such a film functions as, for example, a heat conductive film, the temperature distribution of the supporting substrate 500 can be improved. Therefore, for example, in the step of bonding the supporting substrate 500 and the single-crystal silicon substrate 200, the temperature distribution of the bonding interface can be made uniform by the heat conductive film, and thus the bonding at this interface can be performed. It can be made uniform and the bonding strength can be improved. Further, when used for a transmissive liquid crystal device or the like, a film of molybdenum, tungsten, or the like can function as a light-blocking layer. Materials that can be used for such a film include, besides those described above, tantalum, cobalt, titanium and other high-melting metals or alloys containing them, or polycrystalline silicon, tungsten silicide, molybdenum silicide, and the like. A typical silicide film or the like can be used.
[0032]
Subsequently, a resist layer is formed on the single crystal silicon layer 220, and further, exposure and development are performed to expose the element non-formation region 230 of the single crystal silicon layer 220 as shown in FIG. A resist pattern 610 is formed. Here, the element non-formation region is a region in the single crystal silicon layer 220 where no active element, for example, a switching element or a logic circuit, an element by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), or the like is not formed, and is etched away in a later step. Area.
[0033]
However, in this step, as shown in FIG. 2A, a portion in contact with the element formation region 240, for example, a width of about 1 μm from a boundary with the element formation region 240 without exposing the entire element non-formation region 230. The portion is covered with the resist pattern 610 without exposing the portion. This is to provide a margin when the thickness of the single crystal silicon layer 220 in the element non-forming region 230 is reduced using the resist pattern 610 as a mask, as described later.
[0034]
After forming the resist pattern 610 in this manner, the exposed element non-formation region 230 is etched and thinned using the resist pattern 610 as a mask as shown in FIG. 2B. The etching for reducing the thickness may be performed by wet etching or dry etching. In this example, wet etching using an etching solution such as KOH or TMAH (tetramethylammonium hydroxide) is used. It is assumed that it is performed.
[0035]
When wet etching is employed, side etching is expected to occur to some extent. However, as described above, a margin is provided in the resist pattern 610, and the resist pattern 610 extends to the element non-forming region 230 near the boundary with the element forming region 240. Since it covers, the element formation region 240 is prevented from being etched even if side etching occurs.
Further, in the etching of the single crystal silicon layer 220, only the thickness is reduced and the entire thickness is not removed by etching. Therefore, the thinned single crystal silicon layer 220a remains as it is. Therefore, inconvenience such as peeling off at the bonding interface is prevented.
[0036]
Further, as to the degree of thinning, that is, the depth of thinning by etching, as described above, in the case of this example where the thickness of the single crystal silicon layer 220 is about 200 nm and the thickness of the silicon oxide film 210 is about 200 nm First, the thickness of the single crystal silicon layer 220a is set to be about 150 nm to about 50 nm. Here, such etching for reducing the thickness is controlled by time based on an etching rate obtained in advance by experiments or the like.
The reason why the thickness of the thinned single crystal silicon layer 220a is set to be equal to or less than 150 nm and the thickness of the thinned single crystal silicon layer 220a is set to be equal to or less than 50 nm is as follows. Is performed to reduce the thickness to a desired thickness, in this example, about 50 nm.
[0037]
In order to make the single-crystal silicon layer 220 having a thickness of 200 nm to a thickness of 50 nm by sacrificial oxidation and etching, it is necessary to sacrificial oxidize a thickness of 150 nm and then remove the same by etching. At this time, if the thickness of the thinned single-crystal silicon layer 220a in the element non-forming region 230 is 150 nm or less, the entire thickness is consumed by sacrificial oxidation (thermal oxidation), and therefore, by subsequent etching, This is because the sacrificial oxide film (thermal oxide film) can be removed by etching, which makes it possible to omit the step of forming a single crystal silicon pattern formed in the element formation region 240, for example.
If the thickness difference between the single crystal silicon layer 220 and the non-thinned single crystal silicon layer 220 is less than 50 nm, the function of the thinned single crystal silicon layer 220a as a stress relaxation layer described later may not be sufficiently exhibited.
[0038]
On the other hand, the reason why the thickness of the thinned single-crystal silicon layer 220a is set to be less than 50 nm and the thickness of the thinned single-crystal silicon layer 220a is set to be less than 50 nm is that the thickness of the single-crystal silicon layer 220a becomes smaller than 50 nm. When the single crystal silicon layer 220 in the region 240 is subjected to sacrificial oxidation and etching treatment to have a desired thickness, in this example, about 50 nm, not only the oxide layer formed from the thinned single crystal silicon layer 220a but also the lower layer. This is because the entire thickness of the silicon oxide film 210 as the underlying layer is etched. That is, if the silicon oxide film 210 is etched to the entire thickness in this manner, particularly when wet etching is employed as an etching, the etchant penetrates to the bonding interface, and separation occurs at the bonding interface. This is because there is a fear.
[0039]
After the element non-forming region 230 of the single crystal silicon layer 220 is thinned in this way to form a thin single crystal silicon layer 220a, the resist pattern 610 is removed as shown in FIG. The semiconductor substrate (bonded substrate) 600 is preferably subjected to a heat treatment in a temperature range of 700 ° C. or more and 1200 ° C. or less to improve the bonding strength. When such heat treatment is performed, hydrogen (H) existing at the bonding interface between the oxide films 210 and 510 of the composite semiconductor substrate 600 is volatilized by this heat treatment to generate a Si—O—Si bond, so that bonding is performed. The adhesion at the interface can be improved.
[0040]
The heat treatment is not particularly limited, but can be performed by, for example, a general heating device (sintering device). In that case, the temperature in the heating device may be adjusted in advance to 700 ° C. or more and 1200 ° C. or less, and the composite semiconductor substrate (bonded substrate) 600 may be placed therein and heat-treated. May be set at a temperature lower than 700 ° C., for example, at a low temperature of about 200 ° C. to 400 ° C., the composite semiconductor substrate 600 may be put here, and then the temperature may be raised to 700 ° C. or higher to perform heat treatment. In this manner, by performing the heat treatment from room temperature to a high temperature immediately, it is possible to prevent the composite semiconductor substrate 600 from generating excessive thermal stress. Note that, for the heat treatment here, a laser annealing method or the like may be adopted instead of the heating by the heating device.
[0041]
When the heat treatment is performed in this manner, the single-crystal silicon substrate 200 (single-crystal silicon layer 220) and the support substrate 500 are made of different materials, and usually have a difference in thermal expansion coefficient between them. Stress occurs. In the present embodiment, since the single crystal silicon layer 220 is partially thinned first, the thinned portion 220a can function as a stress relaxation layer. The formation of a slip, a dislocation, a lattice defect, an HF defect, or the like in the formation region 240 can be prevented.
[0042]
Next, as described above, the single-crystal silicon layer 220 is thermally oxidized (sacrificial oxidation) so that the single-crystal silicon layer 220 has a desired thickness (about 50 nm in this example) by a sacrificial oxidation method. As shown in (), the upper portion of the single crystal silicon layer 220 is formed as a thermal oxide film 225 having a thickness of about 300 nm (250 nm to 350 nm). At this time, since the thickness of the thinned single-crystal silicon layer 220a is about 150 nm to 50 nm, the entire thickness of the thinned single-crystal silicon layer 220a is consumed by thermal oxidation as described above, The oxide film 225 is formed.
[0043]
Next, as shown in FIG. 3B, the thermal oxide film 225 formed by the thermal oxidation is removed by etching to form a single-crystal silicon layer 220b having a desired thickness.
In the etching of the thermal oxide film 225, dry etching such as reactive ion etching (RIE) is employed in the first half to increase the etching speed and shorten the processing time, and in the latter half, the underlying layer of the thermal oxide film 225 is used. It is preferable to use wet etching so as not to damage a single crystal silicon layer 220. Here, as described above, the entire portion of the thinned single-crystal silicon layer 220a is a thermal oxide film 225, and the underlying silicon oxide film 210 has a thickness of about 200 nm. Even when wet etching is used for the later etching removal of the thermal oxide film 225, the fact that the entire thickness of the silicon oxide film 210 is etched, the etchant penetrates to the bonding interface, and the separation occurs at the bonding interface. Absent.
[0044]
When the single-crystal silicon layer 220b has a desired thickness in this manner, in this example, as described above, the single-crystal silicon layer 220 in the element non-forming region 230 is not entirely reduced in thickness, and therefore a part thereof is changed to single-crystal silicon. First, as shown in FIG. 3C, a resist pattern 620 covering only the element formation region 240 of the single crystal silicon layer 220b is formed to remove the layer 220b. Subsequently, using this as a mask, the single crystal silicon layer 220b in the element non-forming region 230 is removed by etching, and the resist pattern 620 is further removed as shown in FIG. 220c is formed. Here, as for the etching of the single crystal silicon layer 220b in the element non-formation region 230, wet etching is preferably employed so that the single crystal silicon pattern 220c to be formed is not damaged.
[0045]
When the single-crystal silicon layer 220b in the element non-forming region 230 is removed by etching in this manner, the single-crystal silicon layer 220a in the thinned portion in the heat treatment step in particular functions as a stress relaxation layer. Since stress tends to concentrate on the shoulder 230a of the non-thinned single-crystal silicon layer 220 shown in FIG. 3C, it can be obtained by removing this portion as shown in FIG. The formed single crystal silicon pattern 220c becomes a good single crystal silicon layer without any damage due to stress. That is, as described above, the single crystal silicon pattern 220c formed in the element formation region 240 has a good single crystal silicon layer in which slips, dislocations, lattice defects, HF defects, and the like are not formed and which is not damaged. It has become.
[0046]
As described above, according to the present embodiment, the element non-formation region 230 of the single crystal silicon layer 220 in the composite semiconductor substrate (bonded substrate) 600 is thinned by etching, and thereafter, for improving the bonding strength. Since the heat treatment is performed, the bonding strength can be improved by the heat treatment, and at this time, the thinned portion 220a functions as a stress relieving layer, and thus the obtained single crystal silicon pattern The formation of slips, dislocations, lattice defects, HF defects, and the like in 220c is prevented.
[0047]
In the above embodiment, as shown in FIG. 2A, the resist pattern 610 is formed with a margin without exposing the entire element non-forming region 230, but the present invention is not limited to this. The resist pattern 610 is formed so as to expose the entire non-element formation region 230 without taking a margin and to cover the entire element formation region 240 without using a margin. May be etched. At this time, as the etching, either wet etching or dry etching can be adopted, but it is preferable to use dry etching with higher patterning accuracy.
[0048]
This eliminates the need for the step of etching and removing the single crystal silicon layer 220b in the element non-forming region 230 shown in FIGS. 3C and 3D. By setting the thickness of the single crystal silicon layer 220a in the region 230 to a thickness that is completely consumed by the subsequent thermal oxidation, patterning for forming the single crystal silicon pattern 220c formed in the element formation region 240 is performed. The steps can be omitted, and the steps can be simplified.
[0049]
Further, in the above embodiment, at least a part of the insulating layer 550 is made to flow during heat treatment of at least 1200 ° C. or less, such as PSG (phosphosilicate glass), BSG (boron silicate glass), or BPSG (boron phosphorus silicate glass). A layer having properties or elasticity may be formed in advance. BPSG commonly used in semiconductor processes has fluidity at 850 ° C. or higher. Depending on the concentration of B and P, fluidity can be provided from 700 ° C. Since the thermal stress is further alleviated by this fluid layer, it is suitable for a composite semiconductor substrate (SOI substrate) having a different coefficient of thermal expansion. Note that when PSG, BSG, or BPSG is applied to the fluid layer, a protective layer such as a silicon nitride film is formed on the fluid layer so as not to adversely affect the semiconductor element formed on the single crystal silicon pattern 220b. It is preferable to provide it on the upper part.
[0050]
[Embodiment 2]
The method described in the first embodiment can be applied to the manufacture of various semiconductor devices. Therefore, in this embodiment, an example in which an active matrix substrate (semiconductor device) of a liquid crystal device (electro-optical device) is formed using the composite semiconductor substrate (bonded substrate) 600 described in Embodiment 1 will be described.
[0051]
(Overall configuration of liquid crystal device)
FIG. 4 is a plan view of the liquid crystal device together with the components formed thereon viewed from the counter substrate side, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line HH ′ of FIG. 4 including the counter substrate. .
In FIG. 4, a sealing material 52 is provided along an edge of the active matrix substrate 10 of the liquid crystal device 100, and a frame 53 made of a light-shielding material is formed in an inner region thereof. In a region outside the sealing material 52, a data line driving circuit 101 and an external input terminal 102 are provided along one side of the active matrix substrate 10, and a scanning line driving circuit 104 is provided on two sides adjacent to this one side. It is formed along.
[0052]
If the delay of the scanning signal supplied to the scanning line does not matter, it goes without saying that the scanning line driving circuit 104 may be provided on only one side. Further, the data line driving circuits 101 may be arranged on both sides along the side of the image display area 10a. For example, an odd-numbered data line supplies an image signal from a data line driving circuit disposed along one side of the image display area 10a, and an even-numbered data line is connected to the opposite side of the image display area 10a. An image signal may be supplied from a data line driving circuit disposed along the line. If the data lines are driven in a comb-tooth shape as described above, the formation area of the data line driving circuit 101 can be expanded, so that a complicated circuit can be formed. Further, on the remaining one side of the active matrix substrate 10, a plurality of wirings 105 for connecting between the scanning line driving circuits 104 provided on both sides of the image display area 10a are provided. Then, a precharge circuit or an inspection circuit may be provided. In at least one of the corners of the opposing substrate 20, an upper / lower conductive material 106 for establishing electric conduction between the active matrix substrate 10 and the opposing substrate 20 is formed.
[0053]
Then, as shown in FIG. 5, the opposing substrate 20 having substantially the same contour as the sealing material 52 shown in FIG. 4 is fixed to the active matrix substrate 10 by the sealing material 52. The sealing material 52 is an adhesive made of a photo-curing resin or a thermosetting resin for bonding the active matrix substrate 10 and the counter substrate 20 around the periphery thereof. And a gap material such as glass fiber or glass beads.
[0054]
As will be described in detail later, the active matrix substrate 10 has pixel electrodes 9a formed in a matrix. On the other hand, a light-shielding film 23 called a black matrix or a black stripe is formed on the opposing substrate 20 in a region facing a vertical and horizontal boundary region of a pixel electrode (described later) formed on the active matrix substrate 10. A counter electrode 21 made of an ITO film is formed on the upper layer side.
[0055]
The liquid crystal device thus formed is used, for example, in a projection type liquid crystal display device (liquid crystal projector) described later. In this case, three liquid crystal devices 100 are each used as a light valve for RGB, and each of the liquid crystal devices 100 receives light of each color separated through a dichroic mirror for RGB color separation as projection light. Will be incident. Therefore, no color filter is formed in the liquid crystal device 100 of each of the above embodiments.
[0056]
However, by forming an RGB color filter together with its protective film in a region facing each pixel electrode 9a on the opposing substrate 20, in addition to the projection type liquid crystal display device, a mobile computer, a mobile phone, a liquid crystal television, etc., which will be described later. It can be used as a color liquid crystal display device of electronic equipment.
[0057]
Furthermore, by forming microlenses on the opposing substrate 20 so as to correspond to each pixel, the efficiency of condensing incident light on the pixel electrode 9a can be increased, so that bright display can be performed. Furthermore, a dichroic filter that creates RGB colors by utilizing the interference effect of light may be formed by stacking a number of interference layers having different refractive indexes on the counter substrate 20. According to the counter substrate with the dichroic filter, a brighter color display can be performed.
[0058]
(Configuration and Operation of Liquid Crystal Device 100)
Next, the electrical configuration and operation of an active matrix liquid crystal device (electro-optical device) will be described with reference to FIGS.
[0059]
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of various elements and wiring in a plurality of pixels formed in a matrix to form the image display area 10a of the liquid crystal device 100. FIG. 7 is a plan view of adjacent pixels on an active matrix substrate on which data lines, scanning lines, pixel electrodes, and the like are formed. FIG. 8 is an explanatory diagram showing a cross section at a position corresponding to line AA ′ in FIG. 7 and a cross section in a state where liquid crystal as an electro-optical material is sealed between the active matrix substrate and the counter substrate. In these drawings, the scale of each layer and each member is different for each layer and each member in order to make the size recognizable in the drawings.
[0060]
6, in the image display area 10a of the liquid crystal device 100, each of a plurality of pixels formed in a matrix has a pixel electrode 9a and a MIS transistor 30 for pixel switching for controlling the pixel electrode 9a. A data line 6a formed and supplying a pixel signal is electrically connected to the source of the MIS transistor 30. The pixel signals S1, S2,... Sn to be written to the data line 6a are supplied line-sequentially in this order. A scanning line 3a is electrically connected to the gate of the MIS transistor 30. At predetermined timing, scanning signals G1, G2... Gm are pulsed to the scanning line 3a in a line-sequential order. It is configured to apply. The pixel electrode 9a is electrically connected to the drain of the MIS transistor 30. By turning on the MIS transistor 30 as a switching element for a certain period of time, the pixel signal S1 supplied from the data line 6a is turned on. , S2... Sn are written into each pixel at a predetermined timing. The pixel signals S1, S2,... Sn of a predetermined level written in the liquid crystal through the pixel electrode 9a in this manner are held for a certain period between the pixel electrodes S1, S2,...
[0061]
Here, a storage capacitor 70 (capacitor) may be added in parallel with a liquid crystal capacitor formed between the pixel electrode 9a and the counter electrode for the purpose of preventing the held pixel signal from leaking. The storage capacitor 70 holds the voltage of the pixel electrode 9a for a time that is, for example, three orders of magnitude longer than the time during which the source voltage is applied. Thereby, the charge retention characteristics are improved, and a liquid crystal device capable of performing display with a high contrast ratio can be realized. The method of forming the storage capacitor 70 may be either the case where the storage capacitor 70 is formed between the capacitor line 3b which is a wiring for forming a capacitor, or the case where the storage capacitor 70 is formed between the storage line 70 and the preceding scanning line 3a. Is also good.
[0062]
In FIG. 7, a plurality of transparent pixel electrodes 9a (regions surrounded by dotted lines) are formed in a matrix on the active matrix substrate 10 of the liquid crystal device 100 for each pixel, and the vertical and horizontal boundary regions of the pixel electrodes 9a are formed. A data line 6a (indicated by a dashed line), a scanning line 3a (indicated by a solid line), and a capacitance line 3b (indicated by a solid line) are formed along.
As shown in FIG. 8, the liquid crystal device 100 includes an active matrix substrate 10 and a counter substrate 20 that is disposed to face the active matrix substrate.
[0063]
In this embodiment, the base of the active matrix substrate 10 is formed of a bonded substrate (composite semiconductor substrate) 600 described later, and the base of the counter substrate 20 is formed of a transparent substrate 20b such as a quartz substrate or a heat-resistant glass plate. A pixel electrode 9a is formed on the active matrix substrate 10, and an alignment film 16 on which a predetermined alignment process such as a rubbing process is performed is formed above the pixel electrode 9a. The pixel electrode 9a is made of a transparent conductive thin film such as an ITO (Indium Tin Oxide) film. The alignment film 16 is formed by performing a rubbing process on an organic thin film such as a polyimide thin film. In the counter substrate 20, an alignment film 22 made of a polyimide film is also formed on the upper layer side of the counter electrode 21, and this alignment film 22 is also a film obtained by performing a rubbing process on the polyimide film.
[0064]
In the image display region 10a of the active matrix substrate 10, a MIS transistor 30 for pixel switching for controlling switching of each pixel electrode 9a is formed at a position adjacent to each pixel electrode 9a. Further, inside the bonded substrate 600, a light-shielding film 11a made of a chromium film or the like is formed in a region overlapping with the MIS transistor 30 in a plane. An interlayer insulating film 12 is formed on the surface of the light-shielding film 11a, and an MIS transistor 30 is formed on the surface of the interlayer insulating film 12. That is, the interlayer insulating film 12 is provided to electrically insulate the semiconductor layer 1a constituting the MIS transistor 30 from the light shielding film 11a.
[0065]
As shown in FIGS. 7 and 8, the MIS transistor 30 for pixel switching has an LDD (Lightly Doped Drain) structure, and a channel is formed in the semiconductor layer 1a by an electric field from the scanning line 3a. A channel region 1a ', a low concentration source region 1b, a low concentration drain region 1c, a high concentration source region 1d, and a high concentration drain region 1e are formed. On the upper layer side of the semiconductor layer 1a, a gate insulating film 2 for insulating the semiconductor layer 1a from the scanning lines 3a is formed.
Here, the semiconductor layer 1a is composed of the single-crystal silicon layer 220b formed by the method described above.
[0066]
On the surface side of the MIS transistor 30 thus configured, interlayer insulating films 4 and 7 made of a silicon oxide film are formed. A data line 6a is formed on the surface of the interlayer insulating film 4, and the data line 6a is electrically connected to the high-concentration source region 1d via a contact hole formed in the interlayer insulating film 4. On the surface of the interlayer insulating film 7, a pixel electrode 9a made of an ITO film is formed. The pixel electrode 9a is electrically connected to the high-concentration drain region 1e via contact holes formed in the interlayer insulating films 4, 7 and the gate insulating film 2. An alignment film 16 made of a polyimide film is formed on the surface side of the pixel electrode 9a. The alignment film 16 is a film obtained by performing a rubbing process on a polyimide film.
[0067]
Further, the capacitance of the same layer as the scanning line 3a is provided to the extension 1f (lower electrode) from the high-concentration drain region 1e via an insulating film (dielectric film) formed simultaneously with the gate insulating film 2a. The storage capacitor 70 is formed by the line 3b facing the upper electrode.
[0068]
The MIS transistor 30 preferably has an LDD structure as described above, but has an offset structure in which impurity ions are not implanted into regions corresponding to the low-concentration source region 1b and the low-concentration drain region 1c. May be. The MIS transistor 30 is a self-aligned TFT in which high-concentration source and drain regions are formed in a self-aligned manner by implanting high-concentration impurity ions using the gate electrode (part of the scanning line 3a) as a mask. May be. In this embodiment, the MIS transistor 30 has a single gate structure in which only one gate electrode (scanning line 3a) is arranged between the source and drain regions. However, two or more gate electrodes are arranged between these. May be. At this time, the same signal is applied to each gate electrode. When the MIS transistor 30 is formed of a dual gate (double gate) or triple gate or more as described above, a leak current at a junction between a channel and a source-drain region can be prevented, and a current at the time of off can be reduced. I can do it. If at least one of these gate electrodes has an LDD structure or an offset structure, the off-state current can be further reduced and a stable switching element can be obtained.
[0069]
The active matrix substrate 10 and the opposing substrate 20 thus configured are arranged so that the pixel electrode 9a and the opposing electrode 21 face each other, and the sealing material 53 (see FIGS. A liquid crystal 50 as an electro-optical material is sealed in a space surrounded by (see FIG. 5) and sandwiched. The liquid crystal 50 assumes a predetermined alignment state by the alignment film in a state where no electric field is applied from the pixel electrode 9a. The liquid crystal 50 is composed of, for example, one or a mixture of several types of nematic liquid crystals.
[0070]
The type of liquid crystal 50 to be used, that is, an operation mode such as a TN (twisted nematic) mode, an STN (super TN) mode, or the like, is provided on the light incident side surface or the light emission side of the counter substrate 20 and the active matrix substrate 10. A polarizing film, a retardation film, a polarizing plate, and the like are arranged in a predetermined direction according to the normally white mode / normally black mode.
[0071]
(Configuration of drive circuit)
Referring to FIG. 4 again, in the liquid crystal device 100 of the present embodiment, the data line driving circuit 101 and the scanning line driving circuit 104 (peripheral circuits) are formed by utilizing the peripheral area of the image display area 10 a on the front side of the active matrix substrate 10. Is formed. Such a data line driving circuit 101 and a scanning line driving circuit 104 are basically constituted by an N-channel MIS transistor and a P-channel MIS transistor shown in FIGS.
[0072]
FIG. 9 is a plan view showing a configuration of a MIS transistor which forms a peripheral circuit such as the scanning line driving circuit 104 and the data line driving circuit 101. FIG. 10 is a cross-sectional view of the MIS transistor constituting the peripheral circuit taken along the line BB 'in FIG. FIG. 10 also shows a pixel switching MIS transistor 30 formed in the image display area 10a of the active matrix substrate 10.
[0073]
9 and 10, the MIS transistor constituting the peripheral circuit is configured as a complementary MIS transistor including a P-channel MIS transistor 80 and an N-channel MIS transistor 90. The semiconductor layers 60 (contours are indicated by dotted lines) constituting the MIS transistors 80 and 90 for these drive circuits are formed in an island shape via the interlayer insulating film 12 formed on the bonded substrate 600. .
[0074]
In the MIS transistors 80 and 90, a high potential line 71 and a low potential line 72 are electrically connected to the source region of the semiconductor layer 60 via contact holes 63 and 64, respectively. The input wiring 66 is connected to a common gate electrode 65, and the output wiring 67 is electrically connected to the drain region of the semiconductor layer 60 via contact holes 68 and 69, respectively.
[0075]
Since such a peripheral circuit region is also formed through the same process as that of the image display region 10a, the interlayer insulating films 4, 7 and the gate insulating film 2 are also formed in the peripheral circuit region. The MIS transistors 80 and 90 for the driving circuit also have an LDD structure, like the MIS transistor 30 for pixel switching, and the high concentration source regions 82 and The semiconductor device includes a source region 92 and low-concentration source regions 83 and 93, and a drain region including high-concentration drain regions 84 and 94 and low-concentration drain regions 85 and 95.
Note that, like the semiconductor layer 1a, the semiconductor layer 60 is composed of the single-crystal silicon layer 220b formed by the method described above.
[0076]
(Method of manufacturing active matrix substrate)
The active matrix substrate 10 having such a configuration is manufactured using the composite semiconductor substrate (laminated substrate) 600 manufactured in the first embodiment. However, in the present embodiment, as described below, the light shielding film 11a (see FIG. 8) is formed inside the bonded substrate 600.
[0077]
11 to 13 are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the active matrix substrate 10 of the present embodiment.
In this embodiment, first, the composite semiconductor substrate 600 in the state shown in FIG. 3D, that is, the composite semiconductor substrate 600 shown in FIG. 11A is prepared. Here, in FIG. 11A, the scale is changed from that in FIG. 3D and the dimensions of the main parts are changed for convenience of explanation. In the composite semiconductor substrate 600 shown in FIG. 11A, the light-shielding film 11a is formed in the insulating layer 12 (the insulating layer 500 in FIG. 3D), and further formed by the above-described method. A semiconductor layer 1a made of the single-crystal silicon layer 220b and the semiconductor layer 60.
[0078]
The semiconductor layer 1a and the semiconductor layer 60 are formed to have different thicknesses by adjusting the respective degrees of sacrificial oxidation. The semiconductor layer 1a forming the MIS transistor 30 for pixel switching and the semiconductor layer 60 forming the MIS transistors 80 and 90 for the drive circuit are formed in an island shape by the plurality of single crystal silicon patterns 220b. are doing. Here, the semiconductor layer 1a constituting the MIS transistor 30 for pixel switching is a single crystal silicon layer having a thickness of 100 nm or less, and the semiconductor layer 60 constituting the MIS transistors 80 and 90 for the driving circuit is The single-crystal silicon layer has a thickness of about 200 to 500 nm.
[0079]
As shown in FIG. 11B, a gate insulating film 2 made of a silicon oxide film is formed on the surfaces of the semiconductor films 1a and 60 by using a thermal oxidation method or the like on the composite semiconductor substrate 600 thus formed. I do. Although not shown, impurity ions are implanted into the extended portion 1f of the semiconductor film 1a through a predetermined resist mask to form a lower electrode for forming the storage capacitor 70 with the capacitor line 3b. .
[0080]
Next, a polycrystalline silicon film, a molybdenum film, a tungsten film, a titanium film, a cobalt film, or a polycrystalline silicon film for forming the scanning lines 3a, the capacitance lines 3b, and the gate electrodes 65 over the entire surface of the substrate by a CVD method or the like. After a conductive film made of a metal silicide film is formed to a thickness of about 350 nm, as shown in FIG. 11C, patterning is performed by using a photolithography technique to form a scanning line 3a, a capacitor line 3b, and a gate electrode. Form 65.
[0081]
Next, as shown in FIG. 12A, with the semiconductor layer 60 for forming the MIS transistor 80 for the P-channel drive circuit covered with the resist mask 301, the MIS transistor for pixel switching is used. The semiconductor layer 1a forming the semiconductor layer 30 and the semiconductor layer 60 forming the MIS transistor 90 for the N-channel type driving circuit are divided into about 0.1 × 10 13 A low-concentration source region 1b, 93 and a low-concentration drain are implanted in a self-aligned manner with respect to the scanning line 3a by implanting low-concentration impurity ions (phosphorous ions) at a dose of about 10 × 10 13 / cm 2 to about 10 × 10 13 / cm 2. Regions 1c and 95 are formed. Here, since it is located immediately below the scanning line 3a, the portion where the impurity ions are not introduced becomes the channel regions 1a 'and 91 as the semiconductor film 1a.
[0082]
Next, as shown in FIG. 12B, a resist wider than the scanning line 3a and the gate electrode 65 and covering the semiconductor layer 60 for forming the MIS transistor 80 for the P-channel drive circuit is formed. A mask 302 is formed, and in this state, high-concentration impurity ions (phosphorous ions) are implanted at a dose of about 0.1 × 10 15 / cm 2 to about 10 × 10 15 / cm 2 to form a high-concentration source region 1b, 92 and drain regions 1d and 94 are formed.
[0083]
Although not shown, a semiconductor for forming a MIS transistor 80 for a P-channel drive circuit using the gate electrode 65 as a mask in a state of covering the sides of the N-channel MIS transistors 30 and 90. After boron ions are implanted into the layer 60 at a dose of about 0.1 × 10 15 / cm 2 to about 10 × 10 15 / cm 2, a mask wider than the gate electrode 65 is formed. The semiconductor layer 60 for forming the MIS transistor 80 for the P-channel drive circuit is doped with a high concentration of impurity (boron ion) from about 0.1 × 10 15 / cm 2 to about 10 × 10 15 / cm. by implanting at 2 dose, as shown in FIG. 12 (C), to form a lightly doped source region 83, a lightly doped drain region 85 and channel region 81, a high concentration A source region 82 and a drain region 84 are formed.
[0084]
Next, an interlayer insulating film 4 made of a silicon oxide film or the like is formed on the surface side of the scanning line 3a by a CVD method or the like, and thereafter, contact holes are respectively formed by using a photolithography technique.
[0085]
Next, as shown in FIG. 13A, an aluminum film, a titanium nitride film, a titanium film, or a metal thereof for forming a data line 6a (source electrode) or the like is formed on the surface of the interlayer insulating film 4. A conductive film made of an alloy film containing any one of the above as a main component is formed to a thickness of about 350 nm by a sputtering method or the like, and then patterned by photolithography to form a data line 6a, a high potential line 71, and a low potential line. The line 72, the input wiring 66, and the output wiring 67 are formed. As a result, in the peripheral circuit region, P-channel and N-channel MIS transistors 80 and 90 are completed.
[0086]
Next, as shown in FIG. 13B, an interlayer insulating film 5 made of a silicon nitride film or a silicon oxide film is formed on the surface side of the data line 6a or the like by a plasma CVD method or the like. Then, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 5.
Next, as shown in FIGS. 8 and 10, the pixel electrode 9a is formed in a predetermined pattern, and thereafter, the alignment film 16 is formed. As a result, the active matrix substrate 10 is completed.
[0087]
[Application to electronic equipment]
Next, a projection type liquid crystal display device will be described as an example of an electronic apparatus including the electro-optical device with reference to FIGS.
First, FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of an electronic apparatus including the liquid crystal device 100 configured similarly to the electro-optical device according to each of the above embodiments.
[0088]
In FIG. 14, the electronic device includes a display information output source 1000, a display information processing circuit 1002, a driving circuit 1004, a liquid crystal device 100, a clock generation circuit 1008, and a power supply circuit 1010. The display information output source 1000 includes a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a memory such as an optical disk, a tuning circuit that tunes and outputs an image signal of a television signal, and the like, and a clock generation circuit 1008. , And processes the image signal in a predetermined format on the basis of the clock signal from the display control circuit 1002. The display information output circuit 1002 includes various known processing circuits such as an amplification / polarity inversion circuit, a phase expansion circuit, a rotation circuit, a gamma correction circuit, and a clamp circuit, and is input based on a clock signal. Digital signals are sequentially generated from the display information and output to the drive circuit 1004 together with the clock signal CLK. The drive circuit 1004 drives the liquid crystal device 100. The power supply circuit 1010 supplies a predetermined power to each of the above-described circuits. Note that the driver circuit 1004 may be formed over an active matrix substrate included in the liquid crystal device 100. In addition, the display information processing circuit 1002 may be formed over the active matrix substrate.
[0089]
As an electronic device having such a configuration, a projection type liquid crystal display device (liquid crystal projector) described with reference to FIG. 15 can be given.
[0090]
In the projection type liquid crystal display device 1100 shown in FIG. 15, three liquid crystal modules including the liquid crystal device 100 in which the drive circuit 1004 is mounted on an active matrix substrate are prepared, and RGB light valves 100R, 100G, and 100B are respectively provided. It is configured as a projector used as a projector. In this liquid crystal projector 1100, when light is emitted from a lamp unit 1102 of a white light source such as a metal halide lamp, light corresponding to the three primary colors of R, G, and B is generated by three mirrors 1106 and two dichroic mirrors 1108. The components are separated into components R, G, and B (light separating means) and guided to corresponding light valves 100R, 100G, and 100B (liquid crystal device 100 / liquid crystal light valve). At this time, since the light component B has a long optical path, the light component B is guided through a relay lens system 1121 including an input lens 1122, a relay lens 1123, and an output lens 1124 in order to prevent light loss. The light components R, G, and B corresponding to the three primary colors modulated by the light valves 100R, 100G, and 100B are incident on a dichroic prism 1112 (light combining means) from three directions, are combined again, and then are formed into a projection lens. The image is projected as a color image on a screen 1120 or the like via 1114.
[0091]
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the specific structure of the liquid crystal device described as an embodiment is merely an example, and the present invention can be applied to liquid crystal devices having various other structures. Also, for example, the present invention relates to an electro-optical device using various electro-optical elements using electroluminescence (EL), digital micro-mirror device (DMD), or plasma emission or fluorescence by electron emission, and the electro-optical device. It is needless to say that the present invention can also be applied to an electronic device having.
In addition, the single crystal semiconductor layer in the present invention is not limited to single crystal silicon, and for example, single crystal germanium or the like can be used.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1E are process cross-sectional views of a manufacturing method according to the present invention.
FIGS. 2A to 2C are process cross-sectional views of a manufacturing method according to the present invention.
FIGS. 3A to 3D are process cross-sectional views of a manufacturing method according to the present invention.
FIG. 4 is a plan view of the liquid crystal device according to the present invention as viewed from the counter substrate side.
FIG. 5 is a sectional view taken along line HH ′ of FIG. 4;
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of various elements, wirings, and the like formed in a plurality of pixels.
FIG. 7 is a plan view illustrating a configuration of each pixel.
8 is a cross-sectional view taken along a position corresponding to line AA 'in FIG.
FIG. 9 is a plan view of a circuit formed in a peripheral area of an image display area.
10 is a cross-sectional view of the driving circuit transistor shown in FIG.
FIGS. 11A to 11C are process cross-sectional views of a method for manufacturing a liquid crystal device.
12A to 12C are process cross-sectional views of a method for manufacturing a liquid crystal device.
13A and 13B are process cross-sectional views of a method for manufacturing a liquid crystal device.
FIG. 14 is a block diagram illustrating a circuit configuration of an electronic device.
FIG. 15 is a cross-sectional view of a projection electro-optical device as an example of an electronic apparatus.
[Explanation of symbols]
100: liquid crystal device (electro-optical device),
200: single crystal silicon substrate (semiconductor substrate),
210: silicon oxide film (insulating layer),
220, 220b ... single crystal silicon layer (single crystal semiconductor layer),
220a: a thin single-crystal silicon layer,
220c: single crystal silicon pattern, 225: thermal oxide film 230: element non-formation area (predetermined area), 240: element formation area,
500: support substrate, 510: oxide film (insulating layer), 550: insulating layer,
600: Composite semiconductor substrate (laminated substrate)

Claims (10)

単結晶半導体層を備えた半導体基板を、支持基板上に貼り合わせてなる複合半導体基板の製造方法であって、
前記支持基板上に前記半導体基板を貼り合わせて貼り合わせ基板とする工程と、
前記貼り合わせ基板における前記単結晶半導体層の所定領域をエッチングによって薄厚化する工程と、
前記所定領域を薄厚化した後の貼り合わせ基板を熱処理する工程と、
を備えたことを特徴とする複合半導体基板の製造方法。
A method for manufacturing a composite semiconductor substrate obtained by attaching a semiconductor substrate having a single crystal semiconductor layer to a supporting substrate,
Bonding the semiconductor substrate on the support substrate to form a bonded substrate;
Thinning a predetermined region of the single crystal semiconductor layer in the bonded substrate by etching,
Heat treating the bonded substrate after reducing the thickness of the predetermined region,
A method for manufacturing a composite semiconductor substrate, comprising:
前記支持基板と前記半導体基板とを貼り合わせて貼り合わせ基板とする工程と、この貼り合わせ基板における前記所定領域をエッチングによって薄厚化する工程との間に、前記貼り合わせ基板の前記半導体基板をその厚さ方向で分離して前記単結晶半導体層を薄厚化する工程
を備えたことを特徴とする請求項1記載の複合半導体基板の製造方法。
Between the step of bonding the support substrate and the semiconductor substrate to form a bonded substrate, and the step of thinning the predetermined region of the bonded substrate by etching, the semiconductor substrate of the bonded substrate is 2. The method according to claim 1, further comprising a step of reducing the thickness of the single crystal semiconductor layer by separating the single crystal semiconductor layer in a thickness direction.
前記貼り合わせ基板を熱処理する工程の後に、前記貼り合わせ基板における前記単結晶半導体層を熱酸化する熱酸化工程をさらに有し、
前記単結晶半導体層における前記所定領域の薄厚化を、薄厚化された前記所定領域の単結晶半導体層が前記熱酸化工程によって全て消費されるような厚さとなるように行うことを特徴とする請求項1又は2記載の複合半導体基板の製造方法。
After the step of heat-treating the bonded substrate, further comprising a thermal oxidation step of thermally oxidizing the single crystal semiconductor layer in the bonded substrate,
The thinning of the predetermined region in the single crystal semiconductor layer is performed so that the thickness of the thinned single crystal semiconductor layer in the predetermined region is entirely consumed by the thermal oxidation process. Item 3. The method for manufacturing a composite semiconductor substrate according to Item 1 or 2.
前記貼り合わせ基板における前記単結晶半導体層をエッチングによって薄厚化する工程においては、前記単結晶半導体層のうち素子が形成される領域以外の領域が薄厚化されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の複合半導体基板の製造方法。In the step of thinning the single crystal semiconductor layer in the bonded substrate by etching, a region other than a region where an element is formed in the single crystal semiconductor layer is thinned. 3. The method for manufacturing a composite semiconductor substrate according to any one of 3. 前記所定領域を薄厚化した後の前記貼り合わせ基板の熱処理を、700℃以上、1200℃以下の範囲で行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の複合半導体基板の製造方法。The method for manufacturing a composite semiconductor substrate according to claim 1, wherein the heat treatment of the bonded substrate after the predetermined region is thinned is performed at a temperature of 700 ° C. or more and 1200 ° C. or less. . 前記単結晶半導体層は、単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の複合半導体基板の製造方法。The method according to claim 1, wherein the single-crystal semiconductor layer is made of single-crystal silicon. 前記支持基板は、透光性基板であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の複合半導体基板の製造方法。The method according to claim 1, wherein the support substrate is a translucent substrate. 請求項1〜7のいずれかに記載の製造方法によって得られたことを特徴とする複合半導体基板。A composite semiconductor substrate obtained by the manufacturing method according to claim 1. 請求項8記載の複合半導体基板を備えたことを特徴とする電気光学装置。An electro-optical device comprising the composite semiconductor substrate according to claim 8. 請求項9記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする電子機器。An electronic apparatus comprising the electro-optical device according to claim 9.
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