JP2004259833A - 半導体装置の製造方法、半導体装置、電気光学装置、投射型表示装置及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、半導体層上に犠牲酸化膜をエッチングする際に、犠牲酸化工程において生じた半導体層中のクラックを介して下地の酸化膜がエッチングされることを防止できるようにすることを目的とする。
【解決手段】第1の酸化膜206bを介して基板10A上に積層された半導体層206を一部犠牲酸化し、この犠牲酸化により得られた第2の酸化膜206cをオーバーエッチングする際に、このオーバーエッチング量を、犠牲酸化後の半導体層206の層厚以下となるように設定する。
【選択図】 図5
【解決手段】第1の酸化膜206bを介して基板10A上に積層された半導体層206を一部犠牲酸化し、この犠牲酸化により得られた第2の酸化膜206cをオーバーエッチングする際に、このオーバーエッチング量を、犠牲酸化後の半導体層206の層厚以下となるように設定する。
【選択図】 図5
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法、及びこの製造方法により製造された半導体装置、並びにこの半導体装置を備えた電気光学装置、投射型表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
高性能な半導体装置を石英等の絶縁基板上に形成できる技術として、従来よりSOI(Silicon On Insulator)技術が知られている(特許文献1参照)。
このSOI技術を用いて半導体装置を製造する場合には、まず、石英等の絶縁基板と、表面に酸化膜の形成された単結晶シリコン基板等の半導体基板とを貼り合わせ、熱処理により両基板を密着させる。その後、半導体基板を表層部を除いて剥離することで、絶縁基板上に単結晶の半導体層を形成している。この方法によれば、絶縁基板上に直接シリコン等の半導体を蒸着形成する場合に比べて、高品質な単結晶半導体層を容易に形成でき、半導体装置の高性能化及び高集積化を図ることができる。
【0003】
【特許文献1】
特許第2566175号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
図12を用いて、従来のSOI技術を用いた半導体装置の製造方法について説明する。
まず、石英基板からなる絶縁基板と、単結晶シリコン基板からなる半導体基板とを用意する。そして、半導体基板の表面に蒸着等によりSiO2からなる酸化膜を形成し、次いで、この酸化膜の形成された基板表面に水素イオン等を注入して、その後の剥離工程において表層部を剥離し易い状態とする。
【0005】
そして、絶縁基板と半導体基板とを酸化膜を介して積層し、熱所処理により貼り合わせる。その後、半導体基板を、イオン注入された表層部を除いて剥離する。さらに剥離の際に半導体層表面にできるダメージ層を除去する。これにより、図12(a)に示すように、絶縁基板1000上に酸化膜(埋め込み酸化膜)1001と半導体層1100とが形成される。なお、酸化膜1001及び半導体層1100の膜厚は、例えば200nmとする。
次に、この半導体層1100を所望の膜厚まで薄膜化し、この薄膜化された半導体膜を用いてその後の素子構造を形成する。具体的には、半導体層1100の表面150nmを1000℃でWET酸化(犠牲酸化)し、この表面の犠牲酸化膜1003(膜厚:333nm)をエッチングにより除去することで50nmの膜厚の半導体膜1002を得る。
【0006】
しかしながら、上述のような高温下では、熱膨張率の違いにより絶縁基板1000上に積層された半導体層1100にはクラック等の欠陥が発生し、製造される半導体装置の品質が劣化する虞がある。特に、シリコンと石英の熱膨張係数は1桁以上異なる(石英の熱膨張係数は5.6×10−7/℃、シリコンの熱膨張係数は2.8×10−6/℃)ため、例えば1000℃における8インチ丸基板の直径を比較した場合、両者の差は0.45mmにもなる。そして、この差を緩和するためにシリコン層の中で変化が生じる結果、半導体膜1002の表面に、直径0.1μm〜0.2μm程度の微小なクラック1010が生じる。なお、この犠牲酸化工程中に形成されたクラック1010の内部には酸化膜が形成される。
【0007】
そして、フッ酸を含むWETエッチング液を用いて400nmのオーバーエッチング(即ち、犠牲酸化膜333nmの20%オーバーエッチ)を行なうと、エッチング液は犠牲酸化膜1003中のクラック1010を突き抜けて下層側の酸化膜1001にまで達し、酸化膜1001をエッチングする。上述のようにクラック1010の直径は極めて小さいため、一旦クラック1010内に入り込んだエッチング液はその後の水洗でも完全には落ちない。このため、酸化膜1001のエッチングが進み、図12(c)に示すように、酸化膜1001内に大きな空乏(HF欠陥)1020が生じる。また、酸化膜1001と絶縁基板1000との貼り合わせ界面1000Aは密着性が低いため、エッチングがこの界面1000Aまで達すると、界面1000Aに沿ってサイドエッチングが急激に進行し、直径10μm〜100μm程度の大きな欠陥が発生してしまう。特に、半導体層と絶縁基板とが異種材料の場合には、クラックの発生を抑えるために高温をかけて両者を強く接合することができないため、このサイドエッチングは深刻な問題となる。
【0008】
例えば、この種のSOI基板を用いてトランジスタを構成した場合、空乏1020上の半導体層が剥がれる等して不良となる虞がある。また、SOI基板を用いてアクティブマトリクス型の液晶パネルを構成し、これをプロジェクタのライトバルブとして用いた場合、基板上にこのような大きな欠陥があると、それが拡大投影されて表示不良につながる。
【0009】
本発明は、上記の課題に鑑み創案されたもので、半導体層上に形成された犠牲酸化膜をエッチングする際に絶縁基板と半導体層との間に設けられた酸化膜がエッチングされることを防止できるようにした半導体装置の製造方法及びこの製造方法により製造された半導体装置並びにこの半導体装置を備えた電気光学装置、投射型表示装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に第1の酸化膜と半導体層とを積層する工程と、上記半導体層の一部を犠牲酸化する工程と、上記半導体層の一部を犠牲酸化して得られた第2の酸化膜をエッチングにより除去する工程とを備え、上記エッチング工程におけるオーバーエッチング量が、上記犠牲酸化工程によって薄膜化された(即ち、犠牲酸化工程後の)上記半導体層の層厚以下であることを特徴とする。
本製造方法によれば、仮に犠牲酸化工程において半導体層に微小なクラックが生じ、このクラックの内部に酸化膜が形成された場合であっても、第2の酸化膜をエッチングする際にこのクラック内部の酸化膜が全て除去されることはない。すなわち、クラック内部に残った酸化膜が第1の酸化膜の保護膜として機能するため、製造された半導体装置の信頼性を向上でき、且つ、製造歩留まりも高めることができる。
【0011】
このような効果は、上記半導体層をSOI技術により形成し、上記絶縁基板と上記第1の酸化膜又は上記半導体層との間に貼り合わせの界面が存在する場合において、よりよく発揮される。
具体的には,本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁基板と、表面に第1の酸化膜が形成された半導体基板とを熱処理により上記第1の酸化膜を介して貼り合わせる工程と、上記半導体基板を、上記第1の酸化膜を含む表層部を除いて上記絶縁基板から分離し、上記絶縁基板上に上記第1の酸化膜と半導体層とを形成する工程と、上記半導体層の上記半導体基板から分離した側の表面層を除去する工程と、上記半導体層の一部を犠牲酸化して薄膜化する工程と、上記半導体層の一部を犠牲酸化して得られた第2の酸化膜をエッチングにより除去する工程とを備え、上記エッチング工程におけるオーバーエッチング量が、上記犠牲酸化工程によって薄膜化された(即ち、犠牲酸化工程後の)上記半導体層の層厚以下であることを特徴とする。
【0012】
本製造方法のように、半導体基板の貼り合わせ工程及び剥離工程により絶縁基板上に半導体層を形成する場合、絶縁基板上に高品質な単結晶の半導体層を容易に形成できるメリットがあるものの、貼り合わせの界面の密着性は、蒸着法により半導体層を形成した場合に比べて低く、この界面に双方向にサイドエッチングが進行しやすいというデメリットもある。このため、仮に半導体層に何らかの欠陥が生じ、この欠陥の内部に酸化膜が形成された場合、従来は、この欠陥内部に形成された酸化膜は第2の酸化膜をオーバーエッチングする際に全て除去され、エッチング材は半導体層の下層側に配置された第1の酸化膜までサイドエッチングしていた。そして、界面に達したエッチング材はこの界面に沿って更にサイドエッチングを進行させ、第1の酸化膜の内部に大きな空孔を形成していた。しかし、本製造法では、オーバーエッチング量が、薄膜化された半導体層の層厚以下に設定されているため、欠陥内部の酸化膜は一部残って第1の酸化膜を保護し、上述のようなサイドエッチングが生じることはない。
【0013】
特に、上記絶縁基板と上記半導体層に異種材料を用いた場合には、上述の効果は大きい。つまり、このように熱膨張係数の異なる異種材料を積層した場合、半導体層を高温下で犠牲酸化した際に半導体層に微小なクラックが発生し、このクラック内に酸化膜が形成される。従来、このクラック内部に形成された酸化膜は第2の酸化膜をオーバーエッチングする際に全て除去され、エッチング材は半導体層の下層側に配置された第1の酸化膜までサイドエッチングしていた。これに対して、本製造方法では、オーバーエッチング量が、薄膜化された半導体層の層厚以下に設定されているため、クラック内部の酸化膜は一部残って第1の酸化膜を保護し、上述のようなサイドエッチングが生じることはない。
【0014】
なお、上記エッチング工程は、ドライエッチング又はウェットエッチングのいずれか、或いは、ドライエッチングとウェットエッチングとを組み合わせて行なうようにしてもよい。例えば、半導体層を能動層として薄膜トランジスタを製造する場合には、まず、ドライエッチングにより上記第2の酸化膜をエッチングし、次に、ウェットエッチングにより残りの上記第2の酸化膜をエッチングする。これにより、ドライエッチングによる半導体層へのダメージを防止して高性能なトランジスタを製造することができる。
また、半導体層は単結晶半導体層であることが好ましく、これにより、半導体装置の高性能化及び高集積化を図ることができる。
【0015】
本発明の半導体装置は上述の製造方法により製造されたことを特徴とする。これにより、高性能化や信頼性の向上を図ることができる。
また、本発明の電気光学装置は、上述の半導体装置を備えたことを特徴とする。また、本発明の電子機器は上述の電気光学装置を備えたことを特徴とする。これにより、信頼性の向上を図ることができる。
さらに、本発明の投射型表示装置は、光源と、上記光源から出射された光を変調して画像光を形成する請求項8記載の電気光学装置と、上記電気光学装置から出射された上記画像光を拡大投影する投射光学系とを備えたことを特徴とする。投射型表示装置では、上述の微小なクラックを介して基板に直径10μm〜100μm程度の大きな空乏部(HF欠陥)が形成された場合、画像を拡大投射する際にこの空乏部が数cm程度にまで拡大され表示不良につながる。このため、画像光を形成する電気光学装置に、上述のように構成された基板を用いることで、装置の信頼性だけでなく表示性能をも向上することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
[電気光学装置用基板および電気光学装置]
図1は、本発明の電気光学装置の一例である液晶パネルの全体構成を説明するための平面図であり、TFTアレイ基板をその上に形成された各構成要素とともに対向基板の側から見た状態を示した平面図である。また、図2は、図1のA−A’断面図であり、図3は、図1のB−B’断面図である。
【0017】
図1〜図3に示す液晶パネルは、一対の基板間に液晶が封入されたものであり、一方の基板をなす薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下、TFTと略記する)アレイ基板10と、これに対向配置された他方の基板をなす対向基板20とを備えている。
図1は、TFTアレイ基板10をその上に形成された各構成要素とともに対向基板20の側から見た状態を示している。図1に示すように、TFTアレイ基板10の上には、シール材51がその縁に沿って設けられており、その内側には、シール材51に並行して額縁としての遮光膜53が設けられている。また、図1において、符号52は、表示領域を示している。表示領域52は、額縁としての遮光膜53の内側の領域であり、液晶パネルの表示に使用する領域である。また、符号54は、表示領域の外側の領域である非表示領域を示している。
【0018】
非表示領域54には、データ線駆動回路101および外部回路接続端子102がTFTアレイ基板10の一辺に沿って設けられ、走査線駆動回路104がこの一辺に隣接する2辺に沿って設けられ、プリチャージ回路103が残る一辺に沿って設けられている。さらに、データ線駆動回路101、プリチャージ回路103、走査線駆動回路104と外部回路接続端子102との間をつなぐための複数の配線105が設けられている。
また、対向基板20のコーナー部に対応する位置には、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための導通材106が設けられている。そして、シール材51とほぼ同じ輪郭を持つ対向基板20が当該シール材51によりTFTアレイ基板10に固着されている。
【0019】
また、図2および図3に示すように、TFTアレイ基板10は、石英などの光透過性の絶縁基板からなる基板本体10Aと、その液晶層50側表面上に形成され、ITO(Indium Tin Oxide)膜などの透明導電性膜からなる画素電極9aと、表示領域に設けられた画素スイッチング用TFT(スイッチング素子)30および非表示領域に設けられた駆動回路用TFT(スイッチング素子)31と、ポリイミド膜等の有機膜から形成され、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜16とを主体として構成されている。
【0020】
他方、対向基板20は、石英からなる基板本体20Aと、その液晶層50側表面上に形成された対向電極21と、配向膜22と、金属などからなり、各画素部の開口領域以外の領域に設けられた遮光膜23、および、遮光膜23と同じかあるいは異なる材料からなる額縁としての遮光膜53とを主体として構成されている。
このように構成され、画素電極9aと対向電極21とが対向するように配置されたTFTアレイ基板10と対向基板20との間には、液晶層50が形成されている。
【0021】
また、図2に示すように、TFTアレイ基板10の基板本体10Aと複数の画素スイッチング用TFT30との間には、第1層間絶縁膜12が設けられている。
【0022】
図2および図3に示すように、画素スイッチング用TFT30および駆動回路用TFT31は、LDD(Lightly Doped Drain)構造を有しており、走査線3aからの電界によりチャネルが形成される半導体層1aのチャネル領域1a’、ゲート電極3cからの電界によりチャネルが形成される半導体層1aのチャネル領域1k’、走査線3a及びゲート電極3cと半導体層1aとを絶縁するゲート絶縁膜2、データ線6a、半導体層1aの低濃度ソース領域1b、1g及び低濃度ドレイン領域1c、1h、半導体層1aの高濃度ソース領域(ソース領域)1d、1i並びに高濃度ドレイン領域1e、1j(ドレイン領域)を備えている。
【0023】
また、この液晶パネルにおいては、図2に示すように、ゲート絶縁膜2を走査線3aに対向する位置から延設して誘電体膜として用い、半導体膜1aを延設して第1蓄積容量電極1fとし、更にこれらに対向する容量線3bの一部を第2蓄積容量電極とすることにより、蓄積容量70が構成されている。容量線3bおよび走査線3aは、同一のポリシリコン膜、または、ポリシリコン膜と、金属単体、合金、金属シリサイド等の積層構造からなり、蓄積容量70の誘電体膜と画素スイッチング用TFT30および駆動回路用TFT31のゲート絶縁膜2とは、同一の高温酸化膜からなっている。また、画素スイッチング用TFT30のチャネル領域1a’、ソース領域1d、ドレイン領域1eと、駆動回路用TFT31のチャネル形成1k’、ソース領域1i、ドレイン領域1jと、第1蓄積容量電極1fとは、同一の半導体層1aからなっている。半導体層1aは、単結晶シリコンによって形成されたものであり、SOI(Silicon On Insulator)技術が適用されたTFTアレイ基板10とされている。このように、トランジスタの能動層となる半導体層1aに単結晶シリコンを用いることで、トランジスタの高性能化及び高集積化を図ることができる。
【0024】
また、図2に示すように、走査線3a、ゲート絶縁膜2及び第1層間絶縁膜12の上には、画素スイッチング用TFT30の高濃度ソース領域1dへ通じるコンタクトホール5及び画素スイッチング用TFT30の高濃度ドレイン領域1eへ通じるコンタクトホール8が各々形成された第2層間絶縁膜4が形成されている。さらに、データ線6a及び第2層間絶縁膜4の上には、画素スイッチング用TFT30の高濃度ドレイン領域1eへのコンタクトホール8が形成された第3層間絶縁膜7が形成されている。また、画素電極9aは、このように構成された第3層間絶縁膜7の上面に設けられている。
【0025】
一方、図3に示すように、駆動回路用TFT31には、画素電極9aは接続されておらず、駆動回路用TFT31のソース領域1iには、ソース電極6bが接続され、駆動回路用TFT31のドレイン領域1jには、ドレイン電極6cが接続されている。
【0026】
[電気光学装置の製造方法]
次に、本発明の電気光学装置の製造方法の一例として、図1〜図3に示した液晶パネルを製造する方法を、図4〜図10を参照して説明する。
まず、図4(a)に示すように、TFTアレイ基板10の基板本体である石英基板10Aの表面上に、スパッタリング法、CVD法などにより、第1層間絶縁膜12を形成する。第1層間絶縁膜12の材料としては、酸化シリコン、窒化シリコンや、NSG(ノンドープトシリケートガラス)、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)などの高絶縁性ガラス等を例示することができる。
第1層間絶縁膜12の膜厚は、例えば、約400〜1000nm、より好ましくは800nm程度とする。
【0027】
次に、図4(b)に示すように、図4(a)に示す第1層間絶縁膜12が設けられた基板本体10Aと単結晶シリコン基板(半導体基板)206aとの貼り合わせを行う。
貼り合わせに用いる単結晶シリコン基板206aの厚さは、例えば600μmであり、あらかじめ、単結晶シリコン基板206aの基板本体10Aと貼り合わせる側の表面には、埋め込み酸化膜(第1の酸化膜)206bが形成されていると共に、水素イオン(H+)が、例えば加速電圧100keV、ドーズ量10×1016/cm2にて注入されている。酸化膜206bは、単結晶シリコン基板206aの表面を0.05〜0.8μm程度酸化することにより形成される。
貼り合わせ工程は、例えば300℃で2時間熱処理することにより2枚の基板を直接貼り合わせる方法を採用することができる。
【0028】
また、貼り合わせ強度をさらに高めるためには、熱処理温度を上げて450℃程度にする必要があるが、石英などからなる基板本体10Aの熱膨張係数と単結晶シリコン基板206aの熱膨張係数とには大きな差があるため、このまま加熱すると単結晶シリコン層にクラックなどの欠陥が発生し、製造されるTFTアレイ基板10の品質が劣化する恐れがある。クラックなどの欠陥の発生を抑制するためには、一度300℃にて貼り合わせのための熱処理を行った単結晶シリコン基板206aを、ウエットエッチングまたはCMPによって100〜150μm程度まで薄くし、その後、さらに高温の熱処理を行うことが望ましい。例えば、80℃のKOH水溶液を用いて単結晶シリコン基板206aの厚さが150μmとなるようにエッチングし、その後、基板本体10Aとの貼り合わせを行い、さらに450℃にて再び熱処理することにより貼り合わせ強度を高めることが望ましい。
【0029】
次に、図4(c)に示すように、貼り合わせた単結晶シリコン基板206aの貼り合わせ面側の酸化膜206bと単結晶シリコン層206を残したまま、単結晶シリコン基板206aを基板本体10Aから剥離(分離)するための熱処理を行う。
この基板の剥離現象は、単結晶シリコン基板206a中に導入された水素イオンによって、単結晶シリコン基板206aの表面近傍のある層でシリコンの結合が分断されるために生じるものである。ここでの熱処理は、例えば、貼り合わせた2枚の基板を毎分20℃の昇温速度にて600℃まで加熱することにより行うことができる。この熱処理によって、貼り合わせた単結晶シリコン基板206aが基板本体10Aと分離し、基板本体10Aの表面上には単結晶シリコンからなる半導体層206が形成される。この時半導体層206の表面は分離のダメージで凹凸が形成されている。
次に図4(d)に示すように、ダメージ層を除去する。この場合は、CMPを用いて除去したが、この代わりに1000℃以上の水素アニールを用いてもよい。
【0030】
なお、この半導体層206の層厚は、次工程で犠牲酸化工程において酸化される半導体層の層厚をf1、得られる犠牲酸化膜をエッチングする際のオーバーエッチングの割合(オーバーエッチングされる層厚を犠牲酸化膜の層厚に対してパーセント表示したもの)をαとして、下式(1)を満たすように設定される。
f−f1>k・f1・α ・・・(1)
ここで、式(1)において、kは単位膜厚当たりの単結晶シリコンを酸化したときに得られる酸化シリコンの膜厚であり、k・f1は犠牲酸化工程により得られる犠牲酸化膜の層厚を表わしている。本実施形態では、例えばf1を100nm,kを2.22,αを20%とし、剥離工程後且つ犠牲酸化工程前の半導体層の層厚fを150nmに設定している。
【0031】
次に、図5(a)に示すように、半導体層206の表層部(層厚:f1)を1000℃程度の高温下でWET酸化(犠牲酸化)し、犠牲酸化膜(第2の酸化膜)206c(膜厚:k・f1)を形成する。この時、半導体層206は50nm程度まで薄膜化する。そして、図5(b)に示すように、この犠牲酸化膜206cをエッチングにより除去する。
【0032】
なお、図5(a)の犠牲酸化工程では、石英基板10Aとシリコン半導体層206との熱膨張係数の違いにより、半導体層206に直径100nm〜200nm程度の微小なクラック206Hが生じ、このクラック206H内にも犠牲酸化膜206c′が形成される。そして、この犠牲酸化膜206c′は半導体層206の上層に形成された犠牲酸化膜206cと共にエッチングされる。この際、式(1)に示すように、オーバーエッチング量(k・f1・α)が犠牲酸化工程によって薄膜化された半導体層206の層厚(f−f1)以下に設定されているため、図5(b)のエッチング工程において、クラック206H内の酸化膜206c′は一部残り、埋め込み酸化膜206bの保護膜として機能する。
また、上記エッチング工程では、まずドライエッチングにより犠牲酸化膜206cの表層部を除去し、次に残りの犠牲酸化膜をウェットエッチングにより除去する。これにより、ドライエッチングによる半導体層へのダメージを防止して高性能なトランジスタを製造することができる。
【0033】
次に、図5(c)に示すように、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程等により、所定パターンの半導体層1aを形成する。とくに、データ線6a下で容量線3bが形成される領域及び走査線3aに沿って容量線3bが形成される領域には、画素スイッチング用TFT30を構成する半導体層1aから延設された第1蓄積容量電極1fを形成する。なお、上記素子分離工程においては周知のLOCOS法を用いてもよい。
次に、図5(d)に示すように、半導体層1aを約850〜1300℃の温度、好ましくは約1000℃の温度で72分程度熱酸化することにより、約60nmの比較的薄い厚さの熱酸化シリコン膜を形成し、画素スイッチング用TFT30のゲート絶縁膜2と共に容量形成用のゲート絶縁膜2を形成する。この結果、ゲート絶縁膜2の厚さは、約60nmの厚さとなる。
【0034】
次に、図6(a)に示すように、Nチャネルの半導体層1aに対応する位置にレジスト膜301を形成し、Pチャネルの半導体層1aにPなどのV族元素のドーパント302を低濃度で(例えば、Pイオンを70keVの加速電圧、2×1011/cm2のドーズ量にて)ドープする。
次に、図6(b)に示すように、図示を省略するPチャネルの半導体層1aに対応する位置にレジスト膜を形成し、Nチャネルの半導体層1aにBなどのIII族元素のドーパント303を低濃度で(例えば、Bイオンを35keVの加速電圧、1×1012/cm2のドーズ量にて)ドープする。
【0035】
次に、図6(c)に示すように、半導体層1aを延設してなる第1蓄積容量電極1fを低抵抗化するため、基板本体10A表面の第1蓄積容量電極1f以外の部分に対応する部分にレジスト膜307(走査線3aよりも幅が広い)を形成し、これをマスクとしてその上からPなどのV族元素のドーパント308を低濃度で(例えば、Pイオンを70keVの加速電圧、3×1014/cm2のドーズ量にて)ドープする。その後、レジスト膜307をアッシング等により除去する。
【0036】
次に、図7(a)に示すように、減圧CVD法等によりポリシリコン層3を350nm程度の厚さで堆積した後、リン(P)を熱拡散し、ポリシリコン膜3を導電化する。又は、Pイオンをポリシリコン膜3の成膜と同時に導入したドープトシリコン膜を用いてもよい。これにより、ポリシリコン層3の導電性を高めることができる。更にポリシリコン層3の導電性を高めるため、ポリシリコン層3の上部に、Ti、W、Co及びMoのうちの少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド等を、スパッタリング法、CVD法、電子ビーム加熱蒸着法などにより、例えば150〜200nmの膜厚に堆積した層構造にすることも可能である。
次に、図7(b)に示すように、レジストマスクを用いたフォトリソグラフィ工程、エッチング工程等により、図2に示した如き所定パターンの走査線3aと共に容量線3bを形成する。尚、この後、基板本体10Aの裏面に残存するポリシリコンを基板本体10Aの表面をレジスト膜で覆ってエッチングすることにより除去する。
【0037】
次に、図7(c)に示すように、半導体層1aに駆動回路用TFT31のPチャネルのLDD領域を形成するために、Nチャネルの半導体層1aに対応する位置をレジスト膜309で覆い、ゲート電極3cを拡散マスクとして、BなどのIII族元素のドーパント310を低濃度で(例えば、BF2イオンを90keVの加速電圧、3×1013/cm2のドーズ量にて)ドープし、Pチャネルの低濃度ソース領域1g及び低濃度ドレイン領域1hを形成する。
【0038】
続いて、図7(d)に示すように、半導体層1aに画素スイッチング用TFT30および駆動回路用TFT31のPチャネルの高濃度ソース領域1d、1i及び高濃度ドレイン領域1e、1jを形成するために、Nチャネルの半導体層1aに対応する位置をレジスト膜309で覆った状態で、かつ、図示はしていないが走査線3aよりも幅の広いマスクでレジスト層をPチャネルに対応する走査線3a上に形成した状態で、同じくBなどのIII族元素のドーパント311を高濃度で(例えば、BF2イオンを90keVの加速電圧、2×1015/cm2のドーズ量にて)ドープする。
【0039】
次に、図8(a)に示すように、半導体層1aに画素スイッチング用TFT30および駆動回路用TFT31のNチャネルのLDD領域を形成するために、Pチャネルの半導体層1aに対応する位置をレジスト膜(図示せず)で覆い、走査線3a(ゲート電極)を拡散マスクとして、PなどのV族元素のドーパント60を低濃度で(例えば、Pイオンを70keVの加速電圧、6×1012/cm2のドーズ量にて)ドープし、Nチャネルの低濃度ソース領域1b、1g及び低濃度ドレイン領域1c、1hを形成する。
【0040】
続いて、図8(b)に示すように、半導体層1aに画素スイッチング用TFT30および駆動回路用TFT31のNチャネルの高濃度ソース領域1d、1i及び高濃度ドレイン領域1e、1jを形成するために、走査線3aよりも幅の広いマスクでレジスト62をNチャネルに対応する走査線3a上に形成した後、同じくPなどのV族元素のドーパント61を高濃度で(例えば、Pイオンを70keVの加速電圧、4×1015/cm2のドーズ量にて)ドープする。以上により、薄膜トランジスタ(半導体装置)30,31が製造される。
【0041】
次に、図8(c)に示すように、容量線3b及び走査線3aを覆うように、例えば、常圧又は減圧CVD法やTEOSガス等を用いて、NSG、PSG、BSG、BPSGなどのシリケートガラス膜、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等からなる第2層間絶縁膜4を形成する。第2層間絶縁膜4の膜厚は、約500〜1500nmが好ましく、更に800nmがより好ましい。
この後、高濃度ソース領域1d、1i及び高濃度ドレイン領域1e、1jを活性化するために約850℃のアニール処理を20分程度行う。
【0042】
次に、図8(d)に示すように、データ線に対するコンタクトホール5を、反応性エッチング、反応性イオンビームエッチング等のドライエッチングにより或いはウエットエッチングにより形成する。また、走査線3aや容量線3bを図示しない配線と接続するためのコンタクトホールも、コンタクトホール5と同一の工程により第2層間絶縁膜4に開孔する。
【0043】
次に、図9(a)に示すように、第2層間絶縁膜4の上に、スパッタ処理等により、遮光性のAl等の低抵抗金属や金属シリサイド等を、金属膜6として、約100〜700nmの厚さ、好ましくは約350nmに堆積する。
さらに、図9(b)に示すように、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程等により、データ線6aを形成する。
次に、図9(c)に示すように、データ線6a上を覆うように、例えば、常圧又は減圧CVD法やTEOSガス等を用いて、NSG、PSG、BSG、BPSGなどのシリケートガラス膜、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等からなる第3層間絶縁膜7を形成する。第3層間絶縁膜7の膜厚は、約500〜1500nmが好ましく、更に800nmがより好ましい。
【0044】
次に、図10(a)に示すように、画素スイッチング用TFT30において、画素電極9aと高濃度ドレイン領域1eとを電気的に接続するためのコンタクトホール8を、反応性エッチング、反応性イオンビームエッチング等のドライエッチング或いはウエットエッチングにより形成する。
次に、図10(b)に示すように、第3層間絶縁膜7の上に、スパッタ処理等により、ITO等の透明導電性薄膜9を、約50〜200nmの厚さに堆積する。
【0045】
さらに、図10(c)に示すように、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程等により、画素電極9aを形成する。なお、本実施形態の液晶装置が反射型液晶装置である場合には、Al等の反射率の高い不透明な材料から画素電極9aを形成してもよい。
続いて、画素電極9aの上にポリイミド系の配向膜の塗布液を塗布した後、所定のプレティルト角を持つように、且つ所定方向にラビング処理を施すこと等により、配向膜16が形成される。
以上のようにして、TFTアレイ基板(電気光学装置用基板)10が製造される。
以上、TFTアレイ基板10について説明してきたが、第1層間絶縁膜12は必ずしも必要ではない。又、石英基板10Aと第1層間絶縁膜12との間に遮光層を設けてもよい。又、石英基板10Aであるが、材料は石英に限るものでなくガラス、サファイア等の絶縁基板を用いてもよい。
【0046】
次に、対向基板20の製造方法及びTFTアレイ基板10と対向基板20とから液晶パネルを製造する方法について説明する。
図2に示した対向基板20については、基板本体20Aとしてガラス基板等の光透過性基板を用意し、基板本体20Aの表面上に、遮光膜23及び周辺見切りとしての遮光膜53を形成する。遮光膜23及び周辺見切りとしての遮光膜53は、例えばCr、Ni、Alなどの金属材料をスパッタリングした後、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程を経て形成される。なお、これらの遮光膜23、53は、上記の金属材料の他、カーボンやTiなどをフォトレジストに分散させた樹脂ブラックなどの材料から形成してもよい。
【0047】
その後、基板本体20Aの表面上の全面にスパッタリング法などにより、ITO等の透明導電性薄膜を、約50〜200nmの厚さに堆積することにより、対向電極21を形成する。更に、対向電極21の表面上の全面にポリイミドなどの配向膜の塗布液を塗布した後、所定のプレティルト角を持つように、且つ所定方向にラビング処理を施すこと等により、配向膜22を形成する。以上のようにして、対向基板20が製造される。
【0048】
そして、上述のように製造されたTFTアレイ基板10と対向基板20とを、配向膜16及び22が互いに対向するようにシール材51により貼り合わせ、真空吸引法などの方法により、両基板間の空間に、例えば複数種類のネマティック液晶を混合してなる液晶を吸引して、所定の厚みを有する液晶層50を形成することにより、上記構造の液晶パネルが製造される。
そして、最後に、対向基板20の投射光が入射する側およびTFTアレイ基板10の出射光が出射する側に各々、例えば、TN(Twisted Nematic)モード、VA(VerticallyAligned)モード、PDLC(Polymer Dipersed Liquid Crystal)モード等の動作モードや、ノーマリーホワイトモード/ノーマリー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、偏光手段などが所定の方向で配置される。
【0049】
したがって、本実施形態では、図5(b)に示すエッチング工程における犠牲酸化膜のオーバーエッチング量を、図5(a)に示す犠牲酸化工程において薄膜化された(即ち、犠牲酸化工程後の)半導体層206の層厚以下としているため、犠牲酸化工程において生じたクラック206H内の犠牲酸化膜206c′の全てがエッチングされることはない。このため、クラック内部に一部残った犠牲酸化膜206c′が埋め込み酸化膜206bの保護膜として機能し、エッチング材による埋め込み酸化膜206bの侵食が防止される結果、製造される半導体装置の装置の信頼性や製造歩留まりを向上することができる。
【0050】
特に、本実施形態のように半導体層206がSOI技術により形成される場合には、絶縁基板10Aと埋め込み酸化膜206b又は半導体層206との間の界面における密着性が弱く、埋め込み酸化膜206b内にエッチング材が侵入した場合に、この貼合わせの界面に沿って埋め込み酸化膜206bが大きくサイドエッチングされて大きな空乏(HF欠陥)が生じるため、本製造方法のように犠牲酸化膜206c′を一部残して埋め込み酸化膜206bをエッチング材から保護することは極めて有効である。
【0051】
なお、薄膜トランジスタ30,31の形成される領域は基板全体の中では極僅かであるため、犠牲酸化工程において半導体層206にクラック206Hが生じても、その後のパターニング工程においてこのクラック部分が残存する確率は極めて小さい。また、クラック206Hは直径が0.1〜0.2μm程度であるため、能動層中にこのようなクラックが存在してもトランジスタの特性に大きな影響はない。
【0052】
[投射型表示装置]
上記実施形態の液晶パネルを備えた電子機器の一例としての投射型表示装置について説明する。
図11は、本発明の投射型表示装置の一例を示した概略構成図である。図11において、投射型表示装置1100は、上述した液晶パネル(電気光学装置)を3個用意し、夫々RGB用の液晶装置962R、962Gおよび962Bとして用いた投射型表示装置の光学系の概略構成図を示す。本例の投射型表示装置の光学系には、光源装置(光源)920と、均一照明光学系923が採用されている。そして、投射型表示装置は、この均一照明光学系923から出射される光束Wを赤(R)、緑(G)、青(B)に分離する色分離手段としての色分離光学系924と、各色光束R、G、Bを変調する変調手段としての3つのライトバルブ925R、925G、925Bと、変調された後の色光束を再合成する色合成手段としての色合成プリズム910と、合成された光束を投射面100の表面に拡大投射する投射光学系としての投射レンズユニット906を備えている。また、青色光束Bを対応するライトバルブ925Bに導く導光系927をも備えている。
【0053】
均一照明光学系923は、2つのレンズ板921、922と反射ミラー931を備えており、反射ミラー931を挟んで2つのレンズ板921、922が直交する状態に配置されている。均一照明光学系923の2つのレンズ板921、922は、それぞれマトリクス状に配置された複数の矩形レンズを備えている。光源装置920から出射された光束は、第1のレンズ板921の矩形レンズによって複数の部分光束に分割される。そして、これらの部分光束は、第2のレンズ板922の矩形レンズによって3つのライトバルブ925R、925G、925B付近で重畳される。したがって、均一照明光学系923を用いることにより、光源装置920が出射光束の断面内で不均一な照度分布を有している場合でも、3つのライトバルブ925R、925G、925Bを均一な照明光で照明することが可能となる。
【0054】
各色分離光学系924は、青緑反射ダイクロイックミラー941と、緑反射ダイクロイックミラー942と、反射ミラー943から構成される。まず、青緑反射ダイクロイックミラー941において、光束Wに含まれている青色光束Bおよび緑色光束Gが直角に反射され、緑反射ダイクロイックミラー942の側に向かう。赤色光束Rはこのミラー941を通過して、後方の反射ミラー943で直角に反射されて、赤色光束Rの出射部944から色合成プリズム910の側に出射される。
次に、緑反射ダイクロイックミラー942において、青緑反射ダイクロイックミラー941において反射された青色、緑色光束B、Gのうち、緑色光束Gのみが直角に反射されて、緑色光束Gの出射部945から色合成光学系の側に出射される。緑反射ダイクロイックミラー942を通過した青色光束Bは、青色光束Bの出射部946から導光系927の側に出射される。本例では、均一照明光学素子の光束Wの出射部から、色分離光学系924における各色光束の出射部944、945、946までの距離がほぼ等しくなるように設定されている。
【0055】
色分離光学系924の赤色、緑色光束R、Gの出射部944、945の出射側には、それぞれ集光レンズ951、952が配置されている。したがって、各出射部から出射した赤色、緑色光束R、Gは、これらの集光レンズ951、952に入射して平行化される。
このように平行化された赤色、緑色光束R、Gは、ライトバルブ925R、925Gに入射して変調され、各色光に対応した画像情報が付加される。すなわち、これらの液晶装置は、図示しない駆動手段によって画像情報に応じてスイッチング制御されて、これにより、ここを通過する各色光の変調が行われる。一方、青色光束Bは、導光系927を介して対応するライトバルブ925Bに導かれ、ここにおいて、同様に画像情報に応じて変調が施される。なお、本例のライトバルブ925R、925G、925Bは、それぞれさらに入射側偏光手段960R、960G、960Bと、出射側偏光手段961R、961G、961Bと、これらの間に配置された液晶パネル962R、962G、962Bとからなる液晶ライトバルブである。
【0056】
導光系927は、青色光束Bの出射部946の出射側に配置した集光レンズ954と、入射側反射ミラー971と、出射側反射ミラー972と、これらの反射ミラーの間に配置した中間レンズ973と、ライトバルブ925Bの手前側に配置した集光レンズ953とから構成されている。集光レンズ946から出射された青色光束Bは、導光系927を介して液晶装置962Bに導かれて変調される。各色光束の光路長、すなわち、光束Wの出射部から各液晶装置962R、962G、962Bまでの距離は青色光束Bが最も長くなり、したがって、青色光束の光量損失が最も多くなる。しかし、導光系927を介在させることにより、光量損失を抑制することができる。
各ライトバルブ925R、925G、925Bを通って変調された各色光束R、G、Bは、色合成プリズム910に入射され、ここで合成される。そして、この色合成プリズム910によって合成された光が投射レンズユニット906を介して所定の位置にある投射面100の表面に拡大投射されるようになっている。
【0057】
このような投射型表示装置は、本発明の実施形態の液晶パネル(電気光学装置)962R、962G、962Bが備えられているものであるので、HF欠陥に起因する表示不良がなく優れた表示品位を有する投射型表示装置とすることができる。なお、犠牲酸化工程においてTFTの能動層である半導体層中にクラックが生じ、パターニング後にそれが残存したとしても、大きな表示不良につながることはない。
【0058】
なお、本発明は上述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で種々変形して実施することができる。
例えば、上記実施形態では、TFTアレイ基板10はSOI技術が適用されたものとしたが、SOI技術を適用したものでなくてもよく、とくに限定されない。また、半導体層を形成する材料は、単結晶シリコンに限定されるものではなく、アモルファスシリコンや多結晶シリコンなどを使用してもよい。さらに、基板10Aは必ずしも絶縁材料である必要はなく、半導体や導電材料からなる基板を用いてもよい。
【0059】
また、上記実施形態では、絶縁基板10Aと半導体層206とに異種材料を用いたが、同種の材料としてもよい。ただし、上記実施形態のように絶縁基板と半導体層とを異種材料により構成した場合には、絶縁基板と半導体層との間の熱膨張率の違いから、図5(a)の犠牲酸化工程において半導体層に微小なクラックが生じ易いため、本製造方法を適用することによる効果は同種材料を用いた場合に比べて大きい。
【0060】
さらに、上記実施形態では、図5(b)のエッチング工程においてドライエッチングとウェットエッチングとを併用したが、本発明はこれに限定されず、ドライエッチング又はウェットエッチングのいずれかのみとすることも可能である。さらに、上記実施形態では、電気光学装置の例として透過型液晶装置を説明したが、これ以外にも、反射型の液晶装置やエレクトロルミネッセンス表示装置等、種々の装置に対して本発明を適用することができる。
【0061】
【実施例】
本発明者らは、本発明の効果を実証するために、本発明に係る電気光学装置の例として0.7インチのXGAの液晶パネルを製造し、欠陥の有無を調べた。
本実施例では、貼り合わせにより絶縁基板上に形成した半導体層の層厚を150nmとし、WET酸化によりこの半導体層の表面を100nmだけ酸化して半導体層を50nmまで薄膜化した。この際、半導体層上に222nmの酸化膜が形成された。次に、オーバーエッチングの割合αを、半導体層上に形成された酸化膜の膜厚の20%(即ち、44nm<薄膜化された半導体層の層厚)としてオーバーエッチングし、上記酸化膜を除去した。
従来の製造方法では、20個/パネルのサイドエッチングを含む10μm以上の欠陥が発生していたのに対して、本製造方法では、同様の欠陥は0個/パネルであり、本発明の効果が実証された。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電気光学装置の一例である液晶パネルの全体構成を説明するための平面図であり、TFTアレイ基板をその上に形成された各構成要素とともに対向基板の側から見た状態を示した平面図である。
【図2】図1のA−A’断面図である。
【図3】図1のB−B’断面図である。
【図4】同、液晶パネルの製造方法を示す工程図である。
【図5】同、液晶パネルの製造方法を示す工程図である。
【図6】同、液晶パネルの製造方法を示す工程図である。
【図7】同、液晶パネルの製造方法を示す工程図である。
【図8】同、液晶パネルの製造方法を示す工程図である。
【図9】同、液晶パネルの製造方法を示す工程図である。
【図10】同、液晶パネルの製造方法を示す工程図である。
【図11】本発明の投射型表示装置の一例を示した概略構成図である。
【図12】従来の半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
10A 石英基板(絶縁基板)、30,31 薄膜トランジスタ(半導体装置)、206 半導体層、206a 単結晶シリコン基板(半導体基板)、206b 埋め込み酸化膜(第1の酸化膜)、206c,206c′ 犠牲酸化膜(第2の酸化膜)、906 投射レンズユニット(投射光学系)、920 光源装置(光源)、962R,962G,962B 液晶パネル(電気光学装置)
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法、及びこの製造方法により製造された半導体装置、並びにこの半導体装置を備えた電気光学装置、投射型表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
高性能な半導体装置を石英等の絶縁基板上に形成できる技術として、従来よりSOI(Silicon On Insulator)技術が知られている(特許文献1参照)。
このSOI技術を用いて半導体装置を製造する場合には、まず、石英等の絶縁基板と、表面に酸化膜の形成された単結晶シリコン基板等の半導体基板とを貼り合わせ、熱処理により両基板を密着させる。その後、半導体基板を表層部を除いて剥離することで、絶縁基板上に単結晶の半導体層を形成している。この方法によれば、絶縁基板上に直接シリコン等の半導体を蒸着形成する場合に比べて、高品質な単結晶半導体層を容易に形成でき、半導体装置の高性能化及び高集積化を図ることができる。
【0003】
【特許文献1】
特許第2566175号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
図12を用いて、従来のSOI技術を用いた半導体装置の製造方法について説明する。
まず、石英基板からなる絶縁基板と、単結晶シリコン基板からなる半導体基板とを用意する。そして、半導体基板の表面に蒸着等によりSiO2からなる酸化膜を形成し、次いで、この酸化膜の形成された基板表面に水素イオン等を注入して、その後の剥離工程において表層部を剥離し易い状態とする。
【0005】
そして、絶縁基板と半導体基板とを酸化膜を介して積層し、熱所処理により貼り合わせる。その後、半導体基板を、イオン注入された表層部を除いて剥離する。さらに剥離の際に半導体層表面にできるダメージ層を除去する。これにより、図12(a)に示すように、絶縁基板1000上に酸化膜(埋め込み酸化膜)1001と半導体層1100とが形成される。なお、酸化膜1001及び半導体層1100の膜厚は、例えば200nmとする。
次に、この半導体層1100を所望の膜厚まで薄膜化し、この薄膜化された半導体膜を用いてその後の素子構造を形成する。具体的には、半導体層1100の表面150nmを1000℃でWET酸化(犠牲酸化)し、この表面の犠牲酸化膜1003(膜厚:333nm)をエッチングにより除去することで50nmの膜厚の半導体膜1002を得る。
【0006】
しかしながら、上述のような高温下では、熱膨張率の違いにより絶縁基板1000上に積層された半導体層1100にはクラック等の欠陥が発生し、製造される半導体装置の品質が劣化する虞がある。特に、シリコンと石英の熱膨張係数は1桁以上異なる(石英の熱膨張係数は5.6×10−7/℃、シリコンの熱膨張係数は2.8×10−6/℃)ため、例えば1000℃における8インチ丸基板の直径を比較した場合、両者の差は0.45mmにもなる。そして、この差を緩和するためにシリコン層の中で変化が生じる結果、半導体膜1002の表面に、直径0.1μm〜0.2μm程度の微小なクラック1010が生じる。なお、この犠牲酸化工程中に形成されたクラック1010の内部には酸化膜が形成される。
【0007】
そして、フッ酸を含むWETエッチング液を用いて400nmのオーバーエッチング(即ち、犠牲酸化膜333nmの20%オーバーエッチ)を行なうと、エッチング液は犠牲酸化膜1003中のクラック1010を突き抜けて下層側の酸化膜1001にまで達し、酸化膜1001をエッチングする。上述のようにクラック1010の直径は極めて小さいため、一旦クラック1010内に入り込んだエッチング液はその後の水洗でも完全には落ちない。このため、酸化膜1001のエッチングが進み、図12(c)に示すように、酸化膜1001内に大きな空乏(HF欠陥)1020が生じる。また、酸化膜1001と絶縁基板1000との貼り合わせ界面1000Aは密着性が低いため、エッチングがこの界面1000Aまで達すると、界面1000Aに沿ってサイドエッチングが急激に進行し、直径10μm〜100μm程度の大きな欠陥が発生してしまう。特に、半導体層と絶縁基板とが異種材料の場合には、クラックの発生を抑えるために高温をかけて両者を強く接合することができないため、このサイドエッチングは深刻な問題となる。
【0008】
例えば、この種のSOI基板を用いてトランジスタを構成した場合、空乏1020上の半導体層が剥がれる等して不良となる虞がある。また、SOI基板を用いてアクティブマトリクス型の液晶パネルを構成し、これをプロジェクタのライトバルブとして用いた場合、基板上にこのような大きな欠陥があると、それが拡大投影されて表示不良につながる。
【0009】
本発明は、上記の課題に鑑み創案されたもので、半導体層上に形成された犠牲酸化膜をエッチングする際に絶縁基板と半導体層との間に設けられた酸化膜がエッチングされることを防止できるようにした半導体装置の製造方法及びこの製造方法により製造された半導体装置並びにこの半導体装置を備えた電気光学装置、投射型表示装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に第1の酸化膜と半導体層とを積層する工程と、上記半導体層の一部を犠牲酸化する工程と、上記半導体層の一部を犠牲酸化して得られた第2の酸化膜をエッチングにより除去する工程とを備え、上記エッチング工程におけるオーバーエッチング量が、上記犠牲酸化工程によって薄膜化された(即ち、犠牲酸化工程後の)上記半導体層の層厚以下であることを特徴とする。
本製造方法によれば、仮に犠牲酸化工程において半導体層に微小なクラックが生じ、このクラックの内部に酸化膜が形成された場合であっても、第2の酸化膜をエッチングする際にこのクラック内部の酸化膜が全て除去されることはない。すなわち、クラック内部に残った酸化膜が第1の酸化膜の保護膜として機能するため、製造された半導体装置の信頼性を向上でき、且つ、製造歩留まりも高めることができる。
【0011】
このような効果は、上記半導体層をSOI技術により形成し、上記絶縁基板と上記第1の酸化膜又は上記半導体層との間に貼り合わせの界面が存在する場合において、よりよく発揮される。
具体的には,本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁基板と、表面に第1の酸化膜が形成された半導体基板とを熱処理により上記第1の酸化膜を介して貼り合わせる工程と、上記半導体基板を、上記第1の酸化膜を含む表層部を除いて上記絶縁基板から分離し、上記絶縁基板上に上記第1の酸化膜と半導体層とを形成する工程と、上記半導体層の上記半導体基板から分離した側の表面層を除去する工程と、上記半導体層の一部を犠牲酸化して薄膜化する工程と、上記半導体層の一部を犠牲酸化して得られた第2の酸化膜をエッチングにより除去する工程とを備え、上記エッチング工程におけるオーバーエッチング量が、上記犠牲酸化工程によって薄膜化された(即ち、犠牲酸化工程後の)上記半導体層の層厚以下であることを特徴とする。
【0012】
本製造方法のように、半導体基板の貼り合わせ工程及び剥離工程により絶縁基板上に半導体層を形成する場合、絶縁基板上に高品質な単結晶の半導体層を容易に形成できるメリットがあるものの、貼り合わせの界面の密着性は、蒸着法により半導体層を形成した場合に比べて低く、この界面に双方向にサイドエッチングが進行しやすいというデメリットもある。このため、仮に半導体層に何らかの欠陥が生じ、この欠陥の内部に酸化膜が形成された場合、従来は、この欠陥内部に形成された酸化膜は第2の酸化膜をオーバーエッチングする際に全て除去され、エッチング材は半導体層の下層側に配置された第1の酸化膜までサイドエッチングしていた。そして、界面に達したエッチング材はこの界面に沿って更にサイドエッチングを進行させ、第1の酸化膜の内部に大きな空孔を形成していた。しかし、本製造法では、オーバーエッチング量が、薄膜化された半導体層の層厚以下に設定されているため、欠陥内部の酸化膜は一部残って第1の酸化膜を保護し、上述のようなサイドエッチングが生じることはない。
【0013】
特に、上記絶縁基板と上記半導体層に異種材料を用いた場合には、上述の効果は大きい。つまり、このように熱膨張係数の異なる異種材料を積層した場合、半導体層を高温下で犠牲酸化した際に半導体層に微小なクラックが発生し、このクラック内に酸化膜が形成される。従来、このクラック内部に形成された酸化膜は第2の酸化膜をオーバーエッチングする際に全て除去され、エッチング材は半導体層の下層側に配置された第1の酸化膜までサイドエッチングしていた。これに対して、本製造方法では、オーバーエッチング量が、薄膜化された半導体層の層厚以下に設定されているため、クラック内部の酸化膜は一部残って第1の酸化膜を保護し、上述のようなサイドエッチングが生じることはない。
【0014】
なお、上記エッチング工程は、ドライエッチング又はウェットエッチングのいずれか、或いは、ドライエッチングとウェットエッチングとを組み合わせて行なうようにしてもよい。例えば、半導体層を能動層として薄膜トランジスタを製造する場合には、まず、ドライエッチングにより上記第2の酸化膜をエッチングし、次に、ウェットエッチングにより残りの上記第2の酸化膜をエッチングする。これにより、ドライエッチングによる半導体層へのダメージを防止して高性能なトランジスタを製造することができる。
また、半導体層は単結晶半導体層であることが好ましく、これにより、半導体装置の高性能化及び高集積化を図ることができる。
【0015】
本発明の半導体装置は上述の製造方法により製造されたことを特徴とする。これにより、高性能化や信頼性の向上を図ることができる。
また、本発明の電気光学装置は、上述の半導体装置を備えたことを特徴とする。また、本発明の電子機器は上述の電気光学装置を備えたことを特徴とする。これにより、信頼性の向上を図ることができる。
さらに、本発明の投射型表示装置は、光源と、上記光源から出射された光を変調して画像光を形成する請求項8記載の電気光学装置と、上記電気光学装置から出射された上記画像光を拡大投影する投射光学系とを備えたことを特徴とする。投射型表示装置では、上述の微小なクラックを介して基板に直径10μm〜100μm程度の大きな空乏部(HF欠陥)が形成された場合、画像を拡大投射する際にこの空乏部が数cm程度にまで拡大され表示不良につながる。このため、画像光を形成する電気光学装置に、上述のように構成された基板を用いることで、装置の信頼性だけでなく表示性能をも向上することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
[電気光学装置用基板および電気光学装置]
図1は、本発明の電気光学装置の一例である液晶パネルの全体構成を説明するための平面図であり、TFTアレイ基板をその上に形成された各構成要素とともに対向基板の側から見た状態を示した平面図である。また、図2は、図1のA−A’断面図であり、図3は、図1のB−B’断面図である。
【0017】
図1〜図3に示す液晶パネルは、一対の基板間に液晶が封入されたものであり、一方の基板をなす薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下、TFTと略記する)アレイ基板10と、これに対向配置された他方の基板をなす対向基板20とを備えている。
図1は、TFTアレイ基板10をその上に形成された各構成要素とともに対向基板20の側から見た状態を示している。図1に示すように、TFTアレイ基板10の上には、シール材51がその縁に沿って設けられており、その内側には、シール材51に並行して額縁としての遮光膜53が設けられている。また、図1において、符号52は、表示領域を示している。表示領域52は、額縁としての遮光膜53の内側の領域であり、液晶パネルの表示に使用する領域である。また、符号54は、表示領域の外側の領域である非表示領域を示している。
【0018】
非表示領域54には、データ線駆動回路101および外部回路接続端子102がTFTアレイ基板10の一辺に沿って設けられ、走査線駆動回路104がこの一辺に隣接する2辺に沿って設けられ、プリチャージ回路103が残る一辺に沿って設けられている。さらに、データ線駆動回路101、プリチャージ回路103、走査線駆動回路104と外部回路接続端子102との間をつなぐための複数の配線105が設けられている。
また、対向基板20のコーナー部に対応する位置には、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための導通材106が設けられている。そして、シール材51とほぼ同じ輪郭を持つ対向基板20が当該シール材51によりTFTアレイ基板10に固着されている。
【0019】
また、図2および図3に示すように、TFTアレイ基板10は、石英などの光透過性の絶縁基板からなる基板本体10Aと、その液晶層50側表面上に形成され、ITO(Indium Tin Oxide)膜などの透明導電性膜からなる画素電極9aと、表示領域に設けられた画素スイッチング用TFT(スイッチング素子)30および非表示領域に設けられた駆動回路用TFT(スイッチング素子)31と、ポリイミド膜等の有機膜から形成され、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜16とを主体として構成されている。
【0020】
他方、対向基板20は、石英からなる基板本体20Aと、その液晶層50側表面上に形成された対向電極21と、配向膜22と、金属などからなり、各画素部の開口領域以外の領域に設けられた遮光膜23、および、遮光膜23と同じかあるいは異なる材料からなる額縁としての遮光膜53とを主体として構成されている。
このように構成され、画素電極9aと対向電極21とが対向するように配置されたTFTアレイ基板10と対向基板20との間には、液晶層50が形成されている。
【0021】
また、図2に示すように、TFTアレイ基板10の基板本体10Aと複数の画素スイッチング用TFT30との間には、第1層間絶縁膜12が設けられている。
【0022】
図2および図3に示すように、画素スイッチング用TFT30および駆動回路用TFT31は、LDD(Lightly Doped Drain)構造を有しており、走査線3aからの電界によりチャネルが形成される半導体層1aのチャネル領域1a’、ゲート電極3cからの電界によりチャネルが形成される半導体層1aのチャネル領域1k’、走査線3a及びゲート電極3cと半導体層1aとを絶縁するゲート絶縁膜2、データ線6a、半導体層1aの低濃度ソース領域1b、1g及び低濃度ドレイン領域1c、1h、半導体層1aの高濃度ソース領域(ソース領域)1d、1i並びに高濃度ドレイン領域1e、1j(ドレイン領域)を備えている。
【0023】
また、この液晶パネルにおいては、図2に示すように、ゲート絶縁膜2を走査線3aに対向する位置から延設して誘電体膜として用い、半導体膜1aを延設して第1蓄積容量電極1fとし、更にこれらに対向する容量線3bの一部を第2蓄積容量電極とすることにより、蓄積容量70が構成されている。容量線3bおよび走査線3aは、同一のポリシリコン膜、または、ポリシリコン膜と、金属単体、合金、金属シリサイド等の積層構造からなり、蓄積容量70の誘電体膜と画素スイッチング用TFT30および駆動回路用TFT31のゲート絶縁膜2とは、同一の高温酸化膜からなっている。また、画素スイッチング用TFT30のチャネル領域1a’、ソース領域1d、ドレイン領域1eと、駆動回路用TFT31のチャネル形成1k’、ソース領域1i、ドレイン領域1jと、第1蓄積容量電極1fとは、同一の半導体層1aからなっている。半導体層1aは、単結晶シリコンによって形成されたものであり、SOI(Silicon On Insulator)技術が適用されたTFTアレイ基板10とされている。このように、トランジスタの能動層となる半導体層1aに単結晶シリコンを用いることで、トランジスタの高性能化及び高集積化を図ることができる。
【0024】
また、図2に示すように、走査線3a、ゲート絶縁膜2及び第1層間絶縁膜12の上には、画素スイッチング用TFT30の高濃度ソース領域1dへ通じるコンタクトホール5及び画素スイッチング用TFT30の高濃度ドレイン領域1eへ通じるコンタクトホール8が各々形成された第2層間絶縁膜4が形成されている。さらに、データ線6a及び第2層間絶縁膜4の上には、画素スイッチング用TFT30の高濃度ドレイン領域1eへのコンタクトホール8が形成された第3層間絶縁膜7が形成されている。また、画素電極9aは、このように構成された第3層間絶縁膜7の上面に設けられている。
【0025】
一方、図3に示すように、駆動回路用TFT31には、画素電極9aは接続されておらず、駆動回路用TFT31のソース領域1iには、ソース電極6bが接続され、駆動回路用TFT31のドレイン領域1jには、ドレイン電極6cが接続されている。
【0026】
[電気光学装置の製造方法]
次に、本発明の電気光学装置の製造方法の一例として、図1〜図3に示した液晶パネルを製造する方法を、図4〜図10を参照して説明する。
まず、図4(a)に示すように、TFTアレイ基板10の基板本体である石英基板10Aの表面上に、スパッタリング法、CVD法などにより、第1層間絶縁膜12を形成する。第1層間絶縁膜12の材料としては、酸化シリコン、窒化シリコンや、NSG(ノンドープトシリケートガラス)、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)などの高絶縁性ガラス等を例示することができる。
第1層間絶縁膜12の膜厚は、例えば、約400〜1000nm、より好ましくは800nm程度とする。
【0027】
次に、図4(b)に示すように、図4(a)に示す第1層間絶縁膜12が設けられた基板本体10Aと単結晶シリコン基板(半導体基板)206aとの貼り合わせを行う。
貼り合わせに用いる単結晶シリコン基板206aの厚さは、例えば600μmであり、あらかじめ、単結晶シリコン基板206aの基板本体10Aと貼り合わせる側の表面には、埋め込み酸化膜(第1の酸化膜)206bが形成されていると共に、水素イオン(H+)が、例えば加速電圧100keV、ドーズ量10×1016/cm2にて注入されている。酸化膜206bは、単結晶シリコン基板206aの表面を0.05〜0.8μm程度酸化することにより形成される。
貼り合わせ工程は、例えば300℃で2時間熱処理することにより2枚の基板を直接貼り合わせる方法を採用することができる。
【0028】
また、貼り合わせ強度をさらに高めるためには、熱処理温度を上げて450℃程度にする必要があるが、石英などからなる基板本体10Aの熱膨張係数と単結晶シリコン基板206aの熱膨張係数とには大きな差があるため、このまま加熱すると単結晶シリコン層にクラックなどの欠陥が発生し、製造されるTFTアレイ基板10の品質が劣化する恐れがある。クラックなどの欠陥の発生を抑制するためには、一度300℃にて貼り合わせのための熱処理を行った単結晶シリコン基板206aを、ウエットエッチングまたはCMPによって100〜150μm程度まで薄くし、その後、さらに高温の熱処理を行うことが望ましい。例えば、80℃のKOH水溶液を用いて単結晶シリコン基板206aの厚さが150μmとなるようにエッチングし、その後、基板本体10Aとの貼り合わせを行い、さらに450℃にて再び熱処理することにより貼り合わせ強度を高めることが望ましい。
【0029】
次に、図4(c)に示すように、貼り合わせた単結晶シリコン基板206aの貼り合わせ面側の酸化膜206bと単結晶シリコン層206を残したまま、単結晶シリコン基板206aを基板本体10Aから剥離(分離)するための熱処理を行う。
この基板の剥離現象は、単結晶シリコン基板206a中に導入された水素イオンによって、単結晶シリコン基板206aの表面近傍のある層でシリコンの結合が分断されるために生じるものである。ここでの熱処理は、例えば、貼り合わせた2枚の基板を毎分20℃の昇温速度にて600℃まで加熱することにより行うことができる。この熱処理によって、貼り合わせた単結晶シリコン基板206aが基板本体10Aと分離し、基板本体10Aの表面上には単結晶シリコンからなる半導体層206が形成される。この時半導体層206の表面は分離のダメージで凹凸が形成されている。
次に図4(d)に示すように、ダメージ層を除去する。この場合は、CMPを用いて除去したが、この代わりに1000℃以上の水素アニールを用いてもよい。
【0030】
なお、この半導体層206の層厚は、次工程で犠牲酸化工程において酸化される半導体層の層厚をf1、得られる犠牲酸化膜をエッチングする際のオーバーエッチングの割合(オーバーエッチングされる層厚を犠牲酸化膜の層厚に対してパーセント表示したもの)をαとして、下式(1)を満たすように設定される。
f−f1>k・f1・α ・・・(1)
ここで、式(1)において、kは単位膜厚当たりの単結晶シリコンを酸化したときに得られる酸化シリコンの膜厚であり、k・f1は犠牲酸化工程により得られる犠牲酸化膜の層厚を表わしている。本実施形態では、例えばf1を100nm,kを2.22,αを20%とし、剥離工程後且つ犠牲酸化工程前の半導体層の層厚fを150nmに設定している。
【0031】
次に、図5(a)に示すように、半導体層206の表層部(層厚:f1)を1000℃程度の高温下でWET酸化(犠牲酸化)し、犠牲酸化膜(第2の酸化膜)206c(膜厚:k・f1)を形成する。この時、半導体層206は50nm程度まで薄膜化する。そして、図5(b)に示すように、この犠牲酸化膜206cをエッチングにより除去する。
【0032】
なお、図5(a)の犠牲酸化工程では、石英基板10Aとシリコン半導体層206との熱膨張係数の違いにより、半導体層206に直径100nm〜200nm程度の微小なクラック206Hが生じ、このクラック206H内にも犠牲酸化膜206c′が形成される。そして、この犠牲酸化膜206c′は半導体層206の上層に形成された犠牲酸化膜206cと共にエッチングされる。この際、式(1)に示すように、オーバーエッチング量(k・f1・α)が犠牲酸化工程によって薄膜化された半導体層206の層厚(f−f1)以下に設定されているため、図5(b)のエッチング工程において、クラック206H内の酸化膜206c′は一部残り、埋め込み酸化膜206bの保護膜として機能する。
また、上記エッチング工程では、まずドライエッチングにより犠牲酸化膜206cの表層部を除去し、次に残りの犠牲酸化膜をウェットエッチングにより除去する。これにより、ドライエッチングによる半導体層へのダメージを防止して高性能なトランジスタを製造することができる。
【0033】
次に、図5(c)に示すように、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程等により、所定パターンの半導体層1aを形成する。とくに、データ線6a下で容量線3bが形成される領域及び走査線3aに沿って容量線3bが形成される領域には、画素スイッチング用TFT30を構成する半導体層1aから延設された第1蓄積容量電極1fを形成する。なお、上記素子分離工程においては周知のLOCOS法を用いてもよい。
次に、図5(d)に示すように、半導体層1aを約850〜1300℃の温度、好ましくは約1000℃の温度で72分程度熱酸化することにより、約60nmの比較的薄い厚さの熱酸化シリコン膜を形成し、画素スイッチング用TFT30のゲート絶縁膜2と共に容量形成用のゲート絶縁膜2を形成する。この結果、ゲート絶縁膜2の厚さは、約60nmの厚さとなる。
【0034】
次に、図6(a)に示すように、Nチャネルの半導体層1aに対応する位置にレジスト膜301を形成し、Pチャネルの半導体層1aにPなどのV族元素のドーパント302を低濃度で(例えば、Pイオンを70keVの加速電圧、2×1011/cm2のドーズ量にて)ドープする。
次に、図6(b)に示すように、図示を省略するPチャネルの半導体層1aに対応する位置にレジスト膜を形成し、Nチャネルの半導体層1aにBなどのIII族元素のドーパント303を低濃度で(例えば、Bイオンを35keVの加速電圧、1×1012/cm2のドーズ量にて)ドープする。
【0035】
次に、図6(c)に示すように、半導体層1aを延設してなる第1蓄積容量電極1fを低抵抗化するため、基板本体10A表面の第1蓄積容量電極1f以外の部分に対応する部分にレジスト膜307(走査線3aよりも幅が広い)を形成し、これをマスクとしてその上からPなどのV族元素のドーパント308を低濃度で(例えば、Pイオンを70keVの加速電圧、3×1014/cm2のドーズ量にて)ドープする。その後、レジスト膜307をアッシング等により除去する。
【0036】
次に、図7(a)に示すように、減圧CVD法等によりポリシリコン層3を350nm程度の厚さで堆積した後、リン(P)を熱拡散し、ポリシリコン膜3を導電化する。又は、Pイオンをポリシリコン膜3の成膜と同時に導入したドープトシリコン膜を用いてもよい。これにより、ポリシリコン層3の導電性を高めることができる。更にポリシリコン層3の導電性を高めるため、ポリシリコン層3の上部に、Ti、W、Co及びMoのうちの少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド等を、スパッタリング法、CVD法、電子ビーム加熱蒸着法などにより、例えば150〜200nmの膜厚に堆積した層構造にすることも可能である。
次に、図7(b)に示すように、レジストマスクを用いたフォトリソグラフィ工程、エッチング工程等により、図2に示した如き所定パターンの走査線3aと共に容量線3bを形成する。尚、この後、基板本体10Aの裏面に残存するポリシリコンを基板本体10Aの表面をレジスト膜で覆ってエッチングすることにより除去する。
【0037】
次に、図7(c)に示すように、半導体層1aに駆動回路用TFT31のPチャネルのLDD領域を形成するために、Nチャネルの半導体層1aに対応する位置をレジスト膜309で覆い、ゲート電極3cを拡散マスクとして、BなどのIII族元素のドーパント310を低濃度で(例えば、BF2イオンを90keVの加速電圧、3×1013/cm2のドーズ量にて)ドープし、Pチャネルの低濃度ソース領域1g及び低濃度ドレイン領域1hを形成する。
【0038】
続いて、図7(d)に示すように、半導体層1aに画素スイッチング用TFT30および駆動回路用TFT31のPチャネルの高濃度ソース領域1d、1i及び高濃度ドレイン領域1e、1jを形成するために、Nチャネルの半導体層1aに対応する位置をレジスト膜309で覆った状態で、かつ、図示はしていないが走査線3aよりも幅の広いマスクでレジスト層をPチャネルに対応する走査線3a上に形成した状態で、同じくBなどのIII族元素のドーパント311を高濃度で(例えば、BF2イオンを90keVの加速電圧、2×1015/cm2のドーズ量にて)ドープする。
【0039】
次に、図8(a)に示すように、半導体層1aに画素スイッチング用TFT30および駆動回路用TFT31のNチャネルのLDD領域を形成するために、Pチャネルの半導体層1aに対応する位置をレジスト膜(図示せず)で覆い、走査線3a(ゲート電極)を拡散マスクとして、PなどのV族元素のドーパント60を低濃度で(例えば、Pイオンを70keVの加速電圧、6×1012/cm2のドーズ量にて)ドープし、Nチャネルの低濃度ソース領域1b、1g及び低濃度ドレイン領域1c、1hを形成する。
【0040】
続いて、図8(b)に示すように、半導体層1aに画素スイッチング用TFT30および駆動回路用TFT31のNチャネルの高濃度ソース領域1d、1i及び高濃度ドレイン領域1e、1jを形成するために、走査線3aよりも幅の広いマスクでレジスト62をNチャネルに対応する走査線3a上に形成した後、同じくPなどのV族元素のドーパント61を高濃度で(例えば、Pイオンを70keVの加速電圧、4×1015/cm2のドーズ量にて)ドープする。以上により、薄膜トランジスタ(半導体装置)30,31が製造される。
【0041】
次に、図8(c)に示すように、容量線3b及び走査線3aを覆うように、例えば、常圧又は減圧CVD法やTEOSガス等を用いて、NSG、PSG、BSG、BPSGなどのシリケートガラス膜、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等からなる第2層間絶縁膜4を形成する。第2層間絶縁膜4の膜厚は、約500〜1500nmが好ましく、更に800nmがより好ましい。
この後、高濃度ソース領域1d、1i及び高濃度ドレイン領域1e、1jを活性化するために約850℃のアニール処理を20分程度行う。
【0042】
次に、図8(d)に示すように、データ線に対するコンタクトホール5を、反応性エッチング、反応性イオンビームエッチング等のドライエッチングにより或いはウエットエッチングにより形成する。また、走査線3aや容量線3bを図示しない配線と接続するためのコンタクトホールも、コンタクトホール5と同一の工程により第2層間絶縁膜4に開孔する。
【0043】
次に、図9(a)に示すように、第2層間絶縁膜4の上に、スパッタ処理等により、遮光性のAl等の低抵抗金属や金属シリサイド等を、金属膜6として、約100〜700nmの厚さ、好ましくは約350nmに堆積する。
さらに、図9(b)に示すように、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程等により、データ線6aを形成する。
次に、図9(c)に示すように、データ線6a上を覆うように、例えば、常圧又は減圧CVD法やTEOSガス等を用いて、NSG、PSG、BSG、BPSGなどのシリケートガラス膜、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等からなる第3層間絶縁膜7を形成する。第3層間絶縁膜7の膜厚は、約500〜1500nmが好ましく、更に800nmがより好ましい。
【0044】
次に、図10(a)に示すように、画素スイッチング用TFT30において、画素電極9aと高濃度ドレイン領域1eとを電気的に接続するためのコンタクトホール8を、反応性エッチング、反応性イオンビームエッチング等のドライエッチング或いはウエットエッチングにより形成する。
次に、図10(b)に示すように、第3層間絶縁膜7の上に、スパッタ処理等により、ITO等の透明導電性薄膜9を、約50〜200nmの厚さに堆積する。
【0045】
さらに、図10(c)に示すように、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程等により、画素電極9aを形成する。なお、本実施形態の液晶装置が反射型液晶装置である場合には、Al等の反射率の高い不透明な材料から画素電極9aを形成してもよい。
続いて、画素電極9aの上にポリイミド系の配向膜の塗布液を塗布した後、所定のプレティルト角を持つように、且つ所定方向にラビング処理を施すこと等により、配向膜16が形成される。
以上のようにして、TFTアレイ基板(電気光学装置用基板)10が製造される。
以上、TFTアレイ基板10について説明してきたが、第1層間絶縁膜12は必ずしも必要ではない。又、石英基板10Aと第1層間絶縁膜12との間に遮光層を設けてもよい。又、石英基板10Aであるが、材料は石英に限るものでなくガラス、サファイア等の絶縁基板を用いてもよい。
【0046】
次に、対向基板20の製造方法及びTFTアレイ基板10と対向基板20とから液晶パネルを製造する方法について説明する。
図2に示した対向基板20については、基板本体20Aとしてガラス基板等の光透過性基板を用意し、基板本体20Aの表面上に、遮光膜23及び周辺見切りとしての遮光膜53を形成する。遮光膜23及び周辺見切りとしての遮光膜53は、例えばCr、Ni、Alなどの金属材料をスパッタリングした後、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程を経て形成される。なお、これらの遮光膜23、53は、上記の金属材料の他、カーボンやTiなどをフォトレジストに分散させた樹脂ブラックなどの材料から形成してもよい。
【0047】
その後、基板本体20Aの表面上の全面にスパッタリング法などにより、ITO等の透明導電性薄膜を、約50〜200nmの厚さに堆積することにより、対向電極21を形成する。更に、対向電極21の表面上の全面にポリイミドなどの配向膜の塗布液を塗布した後、所定のプレティルト角を持つように、且つ所定方向にラビング処理を施すこと等により、配向膜22を形成する。以上のようにして、対向基板20が製造される。
【0048】
そして、上述のように製造されたTFTアレイ基板10と対向基板20とを、配向膜16及び22が互いに対向するようにシール材51により貼り合わせ、真空吸引法などの方法により、両基板間の空間に、例えば複数種類のネマティック液晶を混合してなる液晶を吸引して、所定の厚みを有する液晶層50を形成することにより、上記構造の液晶パネルが製造される。
そして、最後に、対向基板20の投射光が入射する側およびTFTアレイ基板10の出射光が出射する側に各々、例えば、TN(Twisted Nematic)モード、VA(VerticallyAligned)モード、PDLC(Polymer Dipersed Liquid Crystal)モード等の動作モードや、ノーマリーホワイトモード/ノーマリー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、偏光手段などが所定の方向で配置される。
【0049】
したがって、本実施形態では、図5(b)に示すエッチング工程における犠牲酸化膜のオーバーエッチング量を、図5(a)に示す犠牲酸化工程において薄膜化された(即ち、犠牲酸化工程後の)半導体層206の層厚以下としているため、犠牲酸化工程において生じたクラック206H内の犠牲酸化膜206c′の全てがエッチングされることはない。このため、クラック内部に一部残った犠牲酸化膜206c′が埋め込み酸化膜206bの保護膜として機能し、エッチング材による埋め込み酸化膜206bの侵食が防止される結果、製造される半導体装置の装置の信頼性や製造歩留まりを向上することができる。
【0050】
特に、本実施形態のように半導体層206がSOI技術により形成される場合には、絶縁基板10Aと埋め込み酸化膜206b又は半導体層206との間の界面における密着性が弱く、埋め込み酸化膜206b内にエッチング材が侵入した場合に、この貼合わせの界面に沿って埋め込み酸化膜206bが大きくサイドエッチングされて大きな空乏(HF欠陥)が生じるため、本製造方法のように犠牲酸化膜206c′を一部残して埋め込み酸化膜206bをエッチング材から保護することは極めて有効である。
【0051】
なお、薄膜トランジスタ30,31の形成される領域は基板全体の中では極僅かであるため、犠牲酸化工程において半導体層206にクラック206Hが生じても、その後のパターニング工程においてこのクラック部分が残存する確率は極めて小さい。また、クラック206Hは直径が0.1〜0.2μm程度であるため、能動層中にこのようなクラックが存在してもトランジスタの特性に大きな影響はない。
【0052】
[投射型表示装置]
上記実施形態の液晶パネルを備えた電子機器の一例としての投射型表示装置について説明する。
図11は、本発明の投射型表示装置の一例を示した概略構成図である。図11において、投射型表示装置1100は、上述した液晶パネル(電気光学装置)を3個用意し、夫々RGB用の液晶装置962R、962Gおよび962Bとして用いた投射型表示装置の光学系の概略構成図を示す。本例の投射型表示装置の光学系には、光源装置(光源)920と、均一照明光学系923が採用されている。そして、投射型表示装置は、この均一照明光学系923から出射される光束Wを赤(R)、緑(G)、青(B)に分離する色分離手段としての色分離光学系924と、各色光束R、G、Bを変調する変調手段としての3つのライトバルブ925R、925G、925Bと、変調された後の色光束を再合成する色合成手段としての色合成プリズム910と、合成された光束を投射面100の表面に拡大投射する投射光学系としての投射レンズユニット906を備えている。また、青色光束Bを対応するライトバルブ925Bに導く導光系927をも備えている。
【0053】
均一照明光学系923は、2つのレンズ板921、922と反射ミラー931を備えており、反射ミラー931を挟んで2つのレンズ板921、922が直交する状態に配置されている。均一照明光学系923の2つのレンズ板921、922は、それぞれマトリクス状に配置された複数の矩形レンズを備えている。光源装置920から出射された光束は、第1のレンズ板921の矩形レンズによって複数の部分光束に分割される。そして、これらの部分光束は、第2のレンズ板922の矩形レンズによって3つのライトバルブ925R、925G、925B付近で重畳される。したがって、均一照明光学系923を用いることにより、光源装置920が出射光束の断面内で不均一な照度分布を有している場合でも、3つのライトバルブ925R、925G、925Bを均一な照明光で照明することが可能となる。
【0054】
各色分離光学系924は、青緑反射ダイクロイックミラー941と、緑反射ダイクロイックミラー942と、反射ミラー943から構成される。まず、青緑反射ダイクロイックミラー941において、光束Wに含まれている青色光束Bおよび緑色光束Gが直角に反射され、緑反射ダイクロイックミラー942の側に向かう。赤色光束Rはこのミラー941を通過して、後方の反射ミラー943で直角に反射されて、赤色光束Rの出射部944から色合成プリズム910の側に出射される。
次に、緑反射ダイクロイックミラー942において、青緑反射ダイクロイックミラー941において反射された青色、緑色光束B、Gのうち、緑色光束Gのみが直角に反射されて、緑色光束Gの出射部945から色合成光学系の側に出射される。緑反射ダイクロイックミラー942を通過した青色光束Bは、青色光束Bの出射部946から導光系927の側に出射される。本例では、均一照明光学素子の光束Wの出射部から、色分離光学系924における各色光束の出射部944、945、946までの距離がほぼ等しくなるように設定されている。
【0055】
色分離光学系924の赤色、緑色光束R、Gの出射部944、945の出射側には、それぞれ集光レンズ951、952が配置されている。したがって、各出射部から出射した赤色、緑色光束R、Gは、これらの集光レンズ951、952に入射して平行化される。
このように平行化された赤色、緑色光束R、Gは、ライトバルブ925R、925Gに入射して変調され、各色光に対応した画像情報が付加される。すなわち、これらの液晶装置は、図示しない駆動手段によって画像情報に応じてスイッチング制御されて、これにより、ここを通過する各色光の変調が行われる。一方、青色光束Bは、導光系927を介して対応するライトバルブ925Bに導かれ、ここにおいて、同様に画像情報に応じて変調が施される。なお、本例のライトバルブ925R、925G、925Bは、それぞれさらに入射側偏光手段960R、960G、960Bと、出射側偏光手段961R、961G、961Bと、これらの間に配置された液晶パネル962R、962G、962Bとからなる液晶ライトバルブである。
【0056】
導光系927は、青色光束Bの出射部946の出射側に配置した集光レンズ954と、入射側反射ミラー971と、出射側反射ミラー972と、これらの反射ミラーの間に配置した中間レンズ973と、ライトバルブ925Bの手前側に配置した集光レンズ953とから構成されている。集光レンズ946から出射された青色光束Bは、導光系927を介して液晶装置962Bに導かれて変調される。各色光束の光路長、すなわち、光束Wの出射部から各液晶装置962R、962G、962Bまでの距離は青色光束Bが最も長くなり、したがって、青色光束の光量損失が最も多くなる。しかし、導光系927を介在させることにより、光量損失を抑制することができる。
各ライトバルブ925R、925G、925Bを通って変調された各色光束R、G、Bは、色合成プリズム910に入射され、ここで合成される。そして、この色合成プリズム910によって合成された光が投射レンズユニット906を介して所定の位置にある投射面100の表面に拡大投射されるようになっている。
【0057】
このような投射型表示装置は、本発明の実施形態の液晶パネル(電気光学装置)962R、962G、962Bが備えられているものであるので、HF欠陥に起因する表示不良がなく優れた表示品位を有する投射型表示装置とすることができる。なお、犠牲酸化工程においてTFTの能動層である半導体層中にクラックが生じ、パターニング後にそれが残存したとしても、大きな表示不良につながることはない。
【0058】
なお、本発明は上述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で種々変形して実施することができる。
例えば、上記実施形態では、TFTアレイ基板10はSOI技術が適用されたものとしたが、SOI技術を適用したものでなくてもよく、とくに限定されない。また、半導体層を形成する材料は、単結晶シリコンに限定されるものではなく、アモルファスシリコンや多結晶シリコンなどを使用してもよい。さらに、基板10Aは必ずしも絶縁材料である必要はなく、半導体や導電材料からなる基板を用いてもよい。
【0059】
また、上記実施形態では、絶縁基板10Aと半導体層206とに異種材料を用いたが、同種の材料としてもよい。ただし、上記実施形態のように絶縁基板と半導体層とを異種材料により構成した場合には、絶縁基板と半導体層との間の熱膨張率の違いから、図5(a)の犠牲酸化工程において半導体層に微小なクラックが生じ易いため、本製造方法を適用することによる効果は同種材料を用いた場合に比べて大きい。
【0060】
さらに、上記実施形態では、図5(b)のエッチング工程においてドライエッチングとウェットエッチングとを併用したが、本発明はこれに限定されず、ドライエッチング又はウェットエッチングのいずれかのみとすることも可能である。さらに、上記実施形態では、電気光学装置の例として透過型液晶装置を説明したが、これ以外にも、反射型の液晶装置やエレクトロルミネッセンス表示装置等、種々の装置に対して本発明を適用することができる。
【0061】
【実施例】
本発明者らは、本発明の効果を実証するために、本発明に係る電気光学装置の例として0.7インチのXGAの液晶パネルを製造し、欠陥の有無を調べた。
本実施例では、貼り合わせにより絶縁基板上に形成した半導体層の層厚を150nmとし、WET酸化によりこの半導体層の表面を100nmだけ酸化して半導体層を50nmまで薄膜化した。この際、半導体層上に222nmの酸化膜が形成された。次に、オーバーエッチングの割合αを、半導体層上に形成された酸化膜の膜厚の20%(即ち、44nm<薄膜化された半導体層の層厚)としてオーバーエッチングし、上記酸化膜を除去した。
従来の製造方法では、20個/パネルのサイドエッチングを含む10μm以上の欠陥が発生していたのに対して、本製造方法では、同様の欠陥は0個/パネルであり、本発明の効果が実証された。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電気光学装置の一例である液晶パネルの全体構成を説明するための平面図であり、TFTアレイ基板をその上に形成された各構成要素とともに対向基板の側から見た状態を示した平面図である。
【図2】図1のA−A’断面図である。
【図3】図1のB−B’断面図である。
【図4】同、液晶パネルの製造方法を示す工程図である。
【図5】同、液晶パネルの製造方法を示す工程図である。
【図6】同、液晶パネルの製造方法を示す工程図である。
【図7】同、液晶パネルの製造方法を示す工程図である。
【図8】同、液晶パネルの製造方法を示す工程図である。
【図9】同、液晶パネルの製造方法を示す工程図である。
【図10】同、液晶パネルの製造方法を示す工程図である。
【図11】本発明の投射型表示装置の一例を示した概略構成図である。
【図12】従来の半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
10A 石英基板(絶縁基板)、30,31 薄膜トランジスタ(半導体装置)、206 半導体層、206a 単結晶シリコン基板(半導体基板)、206b 埋め込み酸化膜(第1の酸化膜)、206c,206c′ 犠牲酸化膜(第2の酸化膜)、906 投射レンズユニット(投射光学系)、920 光源装置(光源)、962R,962G,962B 液晶パネル(電気光学装置)
Claims (10)
- 基板上に第1の酸化膜と半導体層とを積層する工程と、
上記半導体層の一部を犠牲酸化する工程と、
上記半導体層の一部を犠牲酸化して得られた第2の酸化膜をエッチングにより除去する工程とを備え、
上記エッチング工程におけるオーバーエッチング量が、上記犠牲酸化工程によって薄膜化された上記半導体層の層厚以下であることを特徴とする、半導体装置の製造方法。 - 絶縁基板と、表面に第1の酸化膜が形成された半導体基板とを熱処理により上記第1の酸化膜を介して貼り合わせる工程と、
上記半導体基板を、上記第1の酸化膜を含む表層部を除いて上記絶縁基板から分離し、上記絶縁基板上に上記第1の酸化膜と半導体層とを形成する工程と、
上記半導体層の上記半導体基板から分離した側の表面層を除去する工程と、
上記半導体層の一部を犠牲酸化して薄膜化する工程と、
上記半導体層の一部を犠牲酸化して得られた第2の酸化膜をエッチングにより除去する工程とを備え、
上記エッチング工程におけるオーバーエッチング量が、上記犠牲酸化工程によって薄膜化された上記半導体層の層厚以下であることを特徴とする、半導体装置の製造方法。 - 上記絶縁基板と上記半導体層とは異種材料からなることを特徴とする、請求項1又は2記載の半導体装置の製造方法。
- 上記エッチング工程は、ドライエッチング又はウェットエッチングのいずれか、或いは、ドライエッチングとウェットエッチングとを組み合わせて行なうことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかの項に記載の半導体装置の製造方法。
- 上記エッチング工程は、まずドライエッチングにより上記第2の酸化膜をエッチングし、次にウェットエッチングにより残りの上記第2の酸化膜をエッチングすることを特徴とする、請求項4記載の半導体装置の製造方法。
- 上記半導体層が単結晶半導体層であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかの項に記載の半導体装置の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれかの項に記載の半導体装置の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする、半導体装置。
- 請求項7記載の半導体装置を備えたことを特徴とする、電気光学装置。
- 光源と、
上記光源から出射された光を変調して画像光を形成する請求項8記載の電気光学装置と、
上記電気光学装置から出射された上記画像光を拡大投影する投射光学系とを備えたことを特徴とする、投射型表示装置。 - 請求項8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。
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