JP2006100831A - 水素イオン注入剥離方法及び活性シリコン装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、シリコン・オン・インシュレータ基板に形成された回路を、キャリア基板へ接合するための水素イオン注入剥離方法であって、シリコン基板上にシリコン活性層と埋込酸化層とを形成し、シリコン・オン・インシュレータ基板を準備する工程302と、シリコン活性層に回路を形成する回路形成工程304と、選択された回路領域上に、遮断マスクを形成するマスク形成工程306と、シリコン基板に水素イオン(H+またはH2 +)を注入する注入工程308と、水素の注入に応じて、シリコン基板に劈開分離層を形成する劈開分離層形成工程312と、回路をキャリア基板に接合する接合工程314と、シリコン基板を劈開分離層に沿って劈開分離する劈開分離工程316とを含むものである。
【選択図】図14
Description
本発明の実施の一形態について、図2に基づいて説明する。図2は、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)基板から劈開分離された、活性シリコン(Si)装置の一部分を示す断面図である。
本実施形態の水素イオン注入剥離方法は、水素イオンを注入した基板で、確実に劈開分離でき、かつTFTのチャネル部の損傷を防止し、劈開分離する技術である。以下、本発明の水素イオン注入剥離方法の機能性について、図3〜図14に基づいて、説明する。
本発明の実施の他の形態について、図15に基づいて説明する。図15(a)は、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)基板から劈開分離された、活性シリコン(Si)装置の一部分を示す断面図である。なお、本実施形態では、上記実施の形態1で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付している。
水素劈開分離工程を用いた場合、ガラス基板上の単結晶シリコン装置の製造方法では、結果として、最終的に製造された装置に水素とホウ素との相互作用が生じる。例えば、まず、シリコンウェハに水素が注入され、ピーク濃度(Rp)がシリコン表面下(例えばシリコン表面下0.5〜1.0μm)に位置する。シリコン基板は、ガラス基板と直接的に接合している。この接合対を加熱する(>400℃)と、水素は微小気泡(platelets)を形成する。そして、この水素により、シリコンがRpで単層剥離する。
204 劈開分離面
204a 第1厚み面
224 第1厚さ
204b 第2厚み面
222 第2厚さ
204c 縦方向の面(垂直面)
202 Si基板
206 底面
208 SOI基板
214 回路
210 シリコン活性層
212 埋込酸化(BOX)層
216 ゲート
218 ソース/ドレイン(S/D)領域
302 工程(シリコン・オン・インシュレータ基板を準備する工程)
304 工程(回路形成工程)
306 工程(マスク形成工程)
308 工程(注入工程)
310 工程(焼き鈍し工程)
312 工程(劈開分離層形成工程)
314 工程(接合工程)
316 工程(劈開分離工程)
316a 工程(第1劈開分離段階)
316b 工程(第2劈開分離段階)
316c 工程(第3劈開分離段階)
215 ゲッタリング領域
220 チャネル領域
242 キャリア基板
242’ 受取基板
702 工程(シリコン(Si)基板を準備する工程)
704 工程(シリコン活性層形成工程)
706 工程(p型不純物注入工程)
708 工程(ゲッタリング領域形成工程)
708A 工程(ゲッタリング領域形成工程)
708B 工程(ゲッタリング領域形成工程)
710 工程(遮断マスクを形成する工程)
712 工程(注入工程)
712A 工程(H+およびH2 +を含む集団から選択された形態で水素を注入する段階)
712B 工程(1MeVの最大エネルギーで注入を行う段階)
712C 工程(5×1016/cm2〜5×1017/cm2の範囲内の注入量で注入を行う段階)
713A 工程(堆積層を堆積する工程)
713B 工程(堆積層を平坦化する工程)
714 工程(接合工程)
715 工程(シリコン基板の劈開分離前焼き鈍し)
716 工程(劈開分離工程)
716A 工程(第1劈開分離段階)
716B 工程(第2劈開分離段階)
716C 工程(第3劈開分離段階)
718 工程(焼き鈍し工程)
720 工程(結合工程)
720A 工程(p型不純物を不活性化する段階)
720B 工程(p型不純物の不活性化を最小にする段階)
Claims (56)
- シリコン・オン・インシュレータ基板に形成された回路を、キャリア基板へ移すために用いられる水素イオン注入剥離方法であって、
シリコン基板上にシリコン活性層と埋込酸化層とを形成し、シリコン・オン・インシュレータ基板を準備する工程と、
上記シリコン活性層に回路を形成する回路形成工程と、
上記回路における特定の回路領域上に、選択的に遮断マスクを形成するマスク形成工程と、
上記シリコン基板に水素を注入する注入工程と、
上記水素の注入に応じて、上記シリコン基板に劈開分離層を形成する劈開分離層形成工程と、
上記回路をキャリア基板に接合する接合工程と、
上記シリコン基板を、上記劈開分離層に沿って劈開分離する劈開分離工程と、
を含むことを特徴とする水素イオン注入剥離方法。 - 上記劈開分離層形成工程は、上記シリコン基板において、マスクが形成されていない領域に、ピーク位置Rpにイオン注入された水素のピーク濃度を含む劈開剥離面をシリコン基板の面に対し平行に形成する段階を含み、
上記劈開分離工程は、
上記シリコン基板において、上記劈開剥離面に沿った第1領域を劈開分離する第1劈開分離段階と、
上記埋込酸化層と上記シリコン基板との間の境界面に沿った第2領域を劈開分離する第2劈開分離段階と、
上記第1領域と上記第2領域との間を、上記境界面に対し垂直方向に劈開分離する第3劈開分離段階と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の水素イオン注入剥離方法。 - 上記回路形成工程では、薄膜トランジスタを形成するとともに、
上記マスク形成工程では、薄膜トランジスタのゲートを覆うように、上記遮断マスクを形成することを特徴とする請求項1に記載の水素イオン注入剥離方法。 - 上記回路形成工程では、第1温度よりも高い処理温度で回路を形成するとともに、
上記接合工程では、第1温度よりも高い温度に対し敏感なキャリア基板に回路を接合することを特徴とする請求項1に記載の水素イオン注入剥離方法。 - さらに、ガラス、プラスチック、石英、金属箔、および第1温度以上の温度に対し感受性である組成物より形成された担体を含む集団から選択されたキャリア基板に回路を接合することを特徴とする請求項4に記載の水素イオン注入剥離方法。
- 上記第1温度としての600℃よりも高い温度で回路を形成することを特徴とする請求項5に記載の水素イオン注入剥離方法。
- さらに、
水素イオン注入後に、上記遮断マスクを除去し、上記回路を覆うように堆積層を堆積する工程と、
上記堆積層を平坦化する工程とを含み、
上記接合工程では、上記堆積層を上記キャリア基板に直接接合することを特徴とする請求項1に記載の水素イオン注入剥離方法。 - さらに、接合後に上記シリコン基板の焼き鈍しを行う焼き鈍し工程を含み、
上記劈開分離工程では、焼き鈍しに応じて劈開分離を行うことを特徴とする請求項1に記載の水素イオン注入剥離方法。 - 上記マスク形成工程では、フォトレジスト物質を含む遮断マスクを形成することを特徴とする請求項1に記載の水素イオン注入剥離方法。
- 上記注入工程では、水素に加え、5×1012atom/cm2〜5×1014atom/cm2の範囲内の注入量で、ホウ素を注入し、
上記焼き鈍し工程では、200℃〜300℃の範囲内の温度で、焼き鈍しを行うことを特徴とする請求項9に記載の水素イオン注入剥離方法。 - 上記注入工程では、水素に加え、ホウ素、ヘリウム、ネオン、アルゴンおよびシリコンを含む集団から選択された物質を注入することを特徴とする請求項1に記載の水素イオン注入剥離方法。
- 上記回路形成工程では、TFT、CMOS回路およびVLSI装置を含む集団から選択された回路を、上記シリコン基板に形成することを特徴とする請求項1に記載の水素イオン注入剥離方法。
- 上記注入工程は、
2×1016atom/cm2〜3×1016atom/cm2の範囲内の注入量で水素を注入する段階と、
水素に加え、1×1016atom/cm2〜3×1016atom/cm2の範囲内の注入量でヘリウムを注入する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の水素イオン注入剥離方法。 - 上記マスク形成工程では、上記シリコン基板の選択された領域に遮断マスクを形成しており、
さらに、上記遮断マスクに応じて、上記シリコン基板の選択された領域に上記劈開剥離面が形成されることを防止することを特徴とする請求項1に記載の水素イオン注入剥離方法。 - 製造された回路を受取基板へ移すために用いられる水素イオン注入剥離方法であって、
シリコン(Si)基板を準備する工程と、
上記シリコン基板における回路のソース/ドレイン(S/D)領域を覆うように、シリコン活性層を形成するシリコン活性層形成工程と、
上記S/D領域に少なくともp型不純物を注入するp型不純物注入工程と、
上記S/D領域の下に、ゲッタリング領域を形成するゲッタリング領域形成工程と、
上記シリコン基板に水素を注入する注入工程と、
上記水素の注入に応じて、上記シリコン基板に劈開分離層を形成する劈開分離層形成工程と、
上記回路を受取基板に接合する接合工程と、
上記シリコン基板を、上記劈開分離層に沿って劈開分離する劈開分離工程と、
上記S/D領域の下に注入された水素とゲッタリング領域に含まれるp型不純物とを結合させる結合工程と、
を含むことを特徴とする水素イオン注入剥離方法。 - 上記劈開分離層形成工程では、上記シリコン基板におけるゲッタリング領域とほぼ同じ深さの位置に劈開分離層を形成することを特徴とする請求項15に記載の水素イオン注入剥離方法。
- さらに、接合後にシリコン基板の焼き鈍しを行う焼き鈍し工程を含み、
上記結合工程では、接合後のシリコン基板の焼き鈍しに応じて、注入された水素とゲッタリング領域に含まれるp型不純物とを結合させることを特徴とする請求項15または16に記載の水素イオン注入剥離方法。 - 上記結合工程は、
ゲッタリング領域に含まれるp型不純物を不活性化する段階と、
上記S/D領域に含まれるp型不純物の不活性化を最小にする段階と、
を含むことを特徴とする請求項15または16に記載の水素イオン注入剥離方法。 - 上記シリコン活性層形成工程では、複数のS/D領域間に、p型不純物を有するチャネル領域を形成し、
上記ゲッタリング領域形成工程では、上記チャネル領域に隣接するように、ゲッタリング領域を形成し、
上記結合工程では、上記チャネル領域に含まれるp型不純物の不活性化を最小にすることを特徴とする請求項18に記載の水素イオン注入剥離方法。 - 上記劈開分離層形成工程では、シリコン基板にピーク位置Rpにイオン注入された水素のピーク濃度を含む劈開剥離面を形成しており、
上記劈開分離工程では、上記劈開剥離面に沿って劈開分離することを特徴とする請求項15または16に記載の水素イオン注入剥離方法。 - さらに、上記シリコン活性層に回路のS/D領域を形成するS/D領域形成工程を含み、
上記S/D領域形成工程では、600℃よりも高い処理温度で、S/D領域を形成しており、
上記接合工程では、ガラス、プラスチック、石英、及び金属箔を含む集団から選択された温度に敏感な受取基板に回路を接合することを特徴とする請求項15または16に記載の水素イオン注入剥離方法。 - さらに、
水素イオン注入後に、上記回路を覆うように堆積層を堆積する工程と、
上記堆積層を平坦化する工程とを含み、
上記接合工程では、上記堆積層を上記受取基板に直接接合することを特徴とする請求項15または16に記載の水素イオン注入剥離方法。 - 上記劈開分離工程では、シリコン基板の劈開分離前焼き鈍しに応じて劈開分離することを特徴とする請求項17に記載の水素イオン注入剥離方法。
- 上記シリコン(Si)基板を準備する工程では、埋込酸化層を有するシリコン・オン・インシュレータ基板を形成しており、
上記劈開分離層形成工程では、シリコン基板におけるS/D領域の上に位置する領域に、ピーク位置Rpにイオン注入された水素のピーク濃度を含む劈開剥離面をシリコン基板の面に対し平行に形成しており、
上記劈開分離工程は、
上記シリコン基板において、S/D領域の上に形成された上記劈開剥離面に沿った第1領域を劈開分離する第1劈開分離段階と、
チャネル領域の上に位置する、上記埋込酸化層と上記シリコン基板との間の境界面に沿った第2領域を劈開分離する第2劈開分離段階と、
上記第1領域と上記第2領域との間を、上記境界面に対し垂直方向に劈開分離する第3劈開分離段階と、
を含むことを特徴とする請求項15または16に記載の水素イオン注入剥離方法。 - さらに、上記チャネル領域を覆うように遮断マスクを形成する工程を含み、
上記注入工程は、
遮断マスクで覆われたチャネル領域以外のS/Dを含む領域に水素を注入する段階と、
水素イオン注入後に遮断マスクを除去する段階と、
を含むことを特徴とする請求項24に記載の水素イオン注入剥離方法。 - 上記注入工程では、ゲッタリング領域における最も遠くに浸透した位置と同じ深さの位置に水素を注入しており、
上記焼き鈍し工程では、200℃〜300℃の範囲内の温度で、シリコン基板の劈開分離前焼き鈍しを行い、
上記劈開分離工程では、シリコン基板の劈開分離前焼き鈍しに応じて劈開分離することを特徴とする請求項17に記載の水素イオン注入剥離方法。 - シリコン活性層に回路を構成するトランジスタのS/D領域を形成するS/D領域形成工程を含み、
上記S/D領域形成工程では、VLSI装置を形成することを特徴とする請求項15または16に記載の水素イオン注入剥離方法。 - 上記ゲッタリング領域形成工程は、
劈開分離層の位置にまで浸透するのに十分なエネルギーを有するp型不純物を、1×1019atom/cm3から5×1020atom/cm3の範囲内の注入量で注入を行う段階を含むことを特徴とする請求項15または16に記載の水素イオン注入剥離方法。 - 上記ゲッタリング領域形成工程では、上記S/D領域にp型不純物を注入するのと並行して、ゲッタリング領域を形成することを特徴とする請求項15または16に記載の水素イオン注入剥離方法。
- 上記ゲッタリング領域形成工程では、ホウ素、ガリリウム、インジウム、またはアルミニウムを含む集団から選択されるp型不純物を用いて、ゲッタリング領域を形成することを特徴とする請求項15または16に記載の水素イオン注入剥離方法。
- 上記注入工程は、
H+およびH2 +を含む集団から選択された形態で水素を注入する段階と、
1MeVの最大エネルギーで注入を行う段階と、
5×1016/cm2〜5×1017/cm2の範囲内の注入量で注入を行う段階と、
を含むことを特徴とする請求項1または15に記載の水素イオン注入剥離方法。 - 上記焼き鈍し工程では、400℃〜600℃の範囲内で焼き鈍しを行うことを特徴とする請求項9または17に記載の水素イオン注入剥離方法。
- 上記劈開分離工程では、機械的な劈開分離処理に応じて劈開分離が行うことを特徴とする請求項1または15に記載の水素イオン注入剥離方法。
- 上記劈開分離工程後に、
イオンエッチング技術を用いて、残存するシリコン基板の材料を除去する除去工程を含むことを特徴とする請求項1または15に記載の水素イオン注入剥離方法。 - シリコン基板が劈開分離された活性シリコン装置であって、
上記シリコン基板は、劈開分離された劈開分離面と底面とを有し、
上記シリコン基板の底面を覆うシリコン活性層を備え、
上記シリコン活性層には、回路が形成されているとともに、上記シリコン活性層の下層には、ゲッタリング領域が形成されていることを特徴とする活性シリコン装置。 - 上記シリコン活性層に形成された回路は、チャネル領域、及びチャネル領域に隣接するソース/ドレイン(S/D)領域を備え、
上記ゲッタリング領域は、上記シリコン活性層における上記劈開分離面と上記S/D領域との間に形成されていることを特徴とする請求項35に記載の活性シリコン装置。 - チャネル領域及びS/D領域には、p型不純物が含まれており、
上記ゲッタリング領域には、水素により不活性化されたp型不純物が含まれていることを特徴とする請求項36に記載の活性シリコン装置。 - 上記シリコン基板における、劈開分離面と底面との間の厚さが20ナノメートル〜1000ナノメートルの範囲内であることを特徴とする請求項35に記載の活性シリコン装置。
- 上記ゲッタリング領域には、1×1019atom/cm3〜5×1020atom/cm3の範囲内でp型不純物が注入されていることを特徴とする請求項35に記載の活性シリコン装置。
- 上記シリコン基板における劈開分離面に含まれる水素のピーク濃度は、5×1015atom/cm2〜5×1017atom/cm2の範囲内であることを特徴とする請求項35に記載の活性シリコン装置。
- 上記ゲッタリング領域には、ホウ素、ガリウム、インジウム、またはアルミニウムを含む集団から選択されるp型不純物が含まれていることを特徴とする請求項35に記載の活性シリコン装置。
- 上記シリコン基板は、シリコン・オン・インシュレータ基板であって、上記シリコン基板と上記活性シリコン層との間には、埋込酸化層が設けられ、
上記劈開分離面は、シリコン基板底面から第1厚さ分だけ離れた位置に形成された第1厚み面、上記第1厚さよりも低い第2厚さ分だけ離れた位置に形成された第2厚み面、及び第1厚み面と第2厚み面との間でシリコン基板底面に対し垂直な方向に形成された垂直面からなり、
上記シリコン基板における第1厚み面と反対側の底面には、S/D領域が形成されており、
上記シリコン基板における第2厚み面と反対側の底面には、上記チャネル領域が形成されており、
上記ゲッタリング領域は、シリコン基板における第1厚み面と上記S/D領域との間に形成されていることを特徴とする請求項35に記載の活性シリコン装置。 - シリコン・オン・インシュレータ基板を備え、シリコン基板が劈開分離された活性シリコン装置であって、
上記シリコン・オン・インシュレータ基板は、シリコン活性層と埋込酸化層とを備えているとともに、
上記シリコン活性層には、回路が形成されており、
上記シリコン活性層及び埋込酸化層は、シリコン基板における劈開分離された劈開分離面と反対側の底面に形成されていることを特徴とする活性シリコン装置。 - 上記シリコン活性層には、チャネル領域と上記チャネル領域に隣接したチャネル隣接領域とを含む回路領域が形成されており、
上記劈開分離面は、シリコン基板底面から第1厚さ分だけ離れた位置に形成された第1厚み面、上記第1厚さよりも低い第2厚さ分だけ離れた位置に形成された第2厚み面、及び第1厚み面と第2厚み面との間でシリコン基板底面に対し垂直な方向に形成された垂直面からなり、
上記シリコン基板における第1厚み面と反対側の底面には、上記チャネル隣接領域が形成されており、
上記シリコン基板における第2厚み面と反対側の底面には、上記チャネル領域が形成されていることを特徴とする請求項43に記載の活性シリコン装置。 - 上記シリコン基板における第1厚み面には、ピーク濃度の水素が含まれており、上記第2厚み面には、実質的に水素が含まれていないことを特徴とする請求項42または44に記載の活性シリコン装置。
- 上記シリコン基板における第1厚み面に含まれる水素のピーク濃度は、5×1015atom/cm2〜5×1017atom/cm2の範囲内であることを特徴とする請求項45に記載の活性シリコン装置。
- 上記シリコン基板における第1厚み面には、さらにピーク濃度のホウ素が含まれており、上記第2厚み面には、実質的にホウ素が含まれていないことを特徴とする請求項44に記載の活性シリコン装置。
- 上記シリコン基板における第1厚み面に含まれるホウ素のピーク濃度は、5×1012atom/cm3〜5×1014atom/cm3の範囲内であることを特徴とする請求項47に記載の活性シリコン装置。
- 上記シリコン基板における第1厚み面には、さらに、ホウ素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、およびケイ素を含む集団より選択された付加的物質が、ピーク濃度で含まれており、
上記第2厚み面には、上記付加的物質が実質的に含まれていないことを特徴とする請求項45に記載の活性シリコン装置。 - 上記シリコン基板における第1厚み面には、
ピーク濃度2×1016atom/cm2〜3×1016atom/cm2の範囲内で水素が注入されているとともに、ピーク濃度1×1016atom/cm2〜3×1016atom/cm2の範囲内でヘリウムが注入されており、
上記第2厚み面には、水素およびヘリウムが実質的に含まれていないことを特徴とする請求項45に記載の活性シリコン装置。 - 上記シリコン活性層は、単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項43に記載の活性シリコン装置。
- 一時的に、上記シリコン活性層におけるチャネル領域を覆うように、水素を遮断する遮断マスクが設けられていることを特徴とする請求項42または44に記載の活性シリコン装置。
- 上記遮断マスクは、フォトレジスト物質を含むことを特徴とする請求項52に記載の活性シリコン装置。
- さらに、上記シリコン活性層を覆うように、平坦化された酸化層が形成されており、
ガラス、プラスチック、石英、および金属箔を含む集団より選択された物質からなるキャリア基板が、上記酸化層に接合されていることを特徴とする請求項35または44に記載の活性シリコン装置。 - 上記回路は、TFT、CMOS回路、およびVLSI装置を含む集団より選択されることを特徴とする請求項35または43に記載の活性シリコン装置。
- 上記第1厚さは、20ナノメートル〜1000ナノメートルの範囲内であり、
上記第2厚さは、0ナノメートルを越え、100ナノメートル以下であることを特徴とする請求項42または44に記載の活性シリコン装置。
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