JP2006279015A - 半導体装置の製造方法、集積回路、電気光学装置、及び電子機器 - Google Patents

半導体装置の製造方法、集積回路、電気光学装置、及び電子機器 Download PDF

Info

Publication number
JP2006279015A
JP2006279015A JP2005312505A JP2005312505A JP2006279015A JP 2006279015 A JP2006279015 A JP 2006279015A JP 2005312505 A JP2005312505 A JP 2005312505A JP 2005312505 A JP2005312505 A JP 2005312505A JP 2006279015 A JP2006279015 A JP 2006279015A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
semiconductor device
silicon film
crystalline
manufacturing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2005312505A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroyuki Shimada
浩行 島田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2005312505A priority Critical patent/JP2006279015A/ja
Priority to US11/353,938 priority patent/US20060191473A1/en
Publication of JP2006279015A publication Critical patent/JP2006279015A/ja
Priority to US11/905,934 priority patent/US20080038883A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02024—Mirror polishing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
    • H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
    • H01L27/1259—Multistep manufacturing methods
    • H01L27/127—Multistep manufacturing methods with a particular formation, treatment or patterning of the active layer specially adapted to the circuit arrangement
    • H01L27/1274—Multistep manufacturing methods with a particular formation, treatment or patterning of the active layer specially adapted to the circuit arrangement using crystallisation of amorphous semiconductor or recrystallisation of crystalline semiconductor
    • H01L27/1281—Multistep manufacturing methods with a particular formation, treatment or patterning of the active layer specially adapted to the circuit arrangement using crystallisation of amorphous semiconductor or recrystallisation of crystalline semiconductor by using structural features to control crystal growth, e.g. placement of grain filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66742—Thin film unipolar transistors
    • H01L29/6675—Amorphous silicon or polysilicon transistors
    • H01L29/66757—Lateral single gate single channel transistors with non-inverted structure, i.e. the channel layer is formed before the gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78603—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the insulating substrate or support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78651—Silicon transistors
    • H01L29/7866—Non-monocrystalline silicon transistors
    • H01L29/78672—Polycrystalline or microcrystalline silicon transistor
    • H01L29/78675—Polycrystalline or microcrystalline silicon transistor with normal-type structure, e.g. with top gate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

【課題】結晶方位が一定でない結晶性半導体膜表面に機械的化学的研磨を行った際、結晶性半導体膜を平坦化し、半導体装置の特性を向上させることを可能とする、半導体装置の製造方法、そしてこの製造方法により得られた集積回路、電気光学装置、及び電子機器を提供する。
【解決手段】面方位が２以上有る結晶性半導体膜２０の表面を化学的機械的研磨により平坦化、及び薄膜化した後、平坦化結晶性半導体膜２１を用いて半導体素子を形成する半導体装置の製造方法である。化学的機械的研磨における研磨液として、水素イオン濃度がＰＨ９．０以下のアルカリ溶液を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、集積回路、電気光学装置、及び電子機器に関する。
液晶表示装置やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置に用いられる薄膜トランジスタ（半導体装置）の電気的特性を向上させるために、略単結晶状態の珪素膜を用いて半導体薄膜を形成する技術が提案されている（非特許文献１）。この技術は、基板上の絶縁膜に微細孔を開けて、この絶縁膜上及び微細孔内に非晶質珪素膜を形成した後、この非晶質珪素膜にエネルギー密度の高いレーザを照射して溶融結晶化を行うことにより、微細孔を中心として粒径が数μｍ程度の大粒径の結晶粒を形成するものである。
「Single Crystal Thin Film Transistors」， IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN Aug.1993 pp257-258
上述した方法により、大粒径の結晶粒を含む半導体膜を形成した場合には、当該半導体膜の表面の平坦性が優れない傾向にある。特に、微細孔を比較的に近接させて配置した場合には、隣接する各微細孔のそれぞれを中心に結晶成長が進行してぶつかり合うので、結晶粒同士の境界（粒界）が隆起し、半導体膜表面の平坦性が悪くなる。
そこで、前記半導体膜表面にアルカリ性の研磨液を用いた機械的化学的研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）を行い、平坦化することが考えられる。
ところで、被研磨物が結晶性のものである場合、ＣＭＰを行った際、研磨スピードはその結晶方位に依存する。しかしながら、大粒径を含む珪素半導体膜面（結晶性半導体膜）は、複数の結晶方位（面方位）を有しており、この結晶方位に応じてその研磨量に違いが生じる。よって、ＣＭＰ後における珪素半導体膜の表面は、非常に粗れた状態となってしまう。
このように、珪素半導体膜表面の平坦性が悪くなると、珪素半導体膜の表面側にチャネル領域を形成する構造（トップゲート型構造）の薄膜トランジスタ（半導体装置）を形成したときに、珪素半導体膜とその上側に設けられるゲート絶縁膜との界面状態が良好にならないことに起因して、薄膜トランジスタの特性（移動度）が低下することになる。
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、結晶方位が一定でない結晶性半導体膜表面に機械的化学的研磨を行った際、結晶性半導体膜を平坦化し、半導体装置の特性を向上させることを可能とする、半導体装置の製造方法、そしてこの製造方法により得られた集積回路、電気光学装置、及び電子機器を提供することにある。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体装置の製造方法であって、面方位が２以上有る結晶性半導体膜の表面を化学的機械的研磨により処理した後、前記結晶性半導体膜を用いて半導体装置を形成する工程を含み、前記化学的機械的研磨における研磨液として、水素イオン濃度がＰＨ１１．０以下のアルカリ溶液を用いたことを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、例えば、溶融結晶化により形成された単結晶珪素膜、又はレーザアニールによって結晶化した多結晶膜のように、面方位が２以上有り、表面の平坦性が低い結晶性半導体膜に化学的機械的研磨処理（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）を行うようにしている。
ここで、研磨液として水素イオン濃度がＰＨ１１．０以下のアルカリ溶液を用いることで、後述する実験例（図２参照）のように、ＣＭＰ処理後の結晶性半導体膜の表面粗さを３．５ｎｍ〜４．０ｎｍ以下とすることができる。このような表面粗さを有した結晶性半導体膜は、従来のＣＭＰ処理に比較してトランジスタ特性（電子移動度）の劣化が軽減されたものとなっている。
よって、面方位が２以上ある結晶性半導体膜の表面にＣＭＰ処理を行った場合でも、この結晶性半導体膜の表面に生じる表面粗さが半導体装置の特性に影響を与えることはなく、表面の平坦化による半導体装置の特性向上を図ることが可能となる。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体装置の製造方法であって、面方位が２以上有る結晶性半導体膜の表面を化学的機械的研磨により処理した後、前記結晶性半導体膜を用いて半導体装置を形成する工程を含み、前記化学的機械的研磨における研磨液として、水素イオン濃度がＰＨ９．０以下のアルカリ溶液を用いたことを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、例えば、溶融結晶化により形成された単結晶珪素膜、又はレーザアニールによって結晶化した多結晶膜のように、面方位が２以上有り、表面の平坦性が低い結晶性半導体膜に化学的機械的研磨処理（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）を行うようにしている。
ここで、研磨液として水素イオン濃度がＰＨ９．０以下のアルカリ溶液を用いることで、後述する実験例（図２参照）のように、ＣＭＰ処理後の結晶性半導体膜の表面粗さを１ｎｍ以下とすることができる。また、結晶性半導体膜の表面粗さが１ｎｍ以下となる場合、この結晶性半導体膜から形成される薄膜トランジスタ（半導体装置）は、トランジスタ特性（電子移動度）が高いものとなる。
よって、面方位が２以上ある結晶性半導体膜の表面にＣＭＰ処理を行った場合でも、この結晶性半導体膜の表面に生じる表面粗さが半導体装置の特性に影響を与えることはなく、表面の平坦化による半導体装置の特性向上を図ることが可能となる。
前記半導体装置の製造方法においては、前記処理は、前記結晶性半導体膜の平坦化あるいは薄膜化であることが好ましい。
前記処理によって、平坦で薄い結晶性半導体膜を得ることができ、良好な半導体装置を形成することができる。
前記半導体装置の製造方法においては、前記結晶性半導体膜は、基板上に形成された絶縁膜に微細孔を形成し、該微細孔内及び前記絶縁膜上に非単結晶珪素膜を成膜した後、該非単結晶珪素膜を溶融結晶化して形成された、前記微細孔を略中央とする単結晶珪素膜であることが好ましい。
ここで、溶融結晶化によって得られた単結晶珪素膜の表面は、結晶粒同士の境界（粒界）が隆起することで、面方位が２以上有る平坦性が低いものである。そこで、本発明を採用すれば、前述したように化学的機械的研磨処理を行い、前記単結晶珪素膜を平坦化することで、界面ラフネスが低減し、半導体装置の特性を向上できる。
このとき、前記非単結晶珪素膜の膜厚が１００ｎｍ以上となるように前記絶縁膜上に成膜を行うことが好ましい。
このようにすれば、溶融結晶化により得られる結晶粒の大粒化を図るように厚く成膜することが可能となり、また、後の化学的機械的研磨処理によって、単結晶珪素膜を所望の膜厚に薄膜化することができる。すなわち、結晶性が良好で、かつパンチスルー耐性に優れた高性能なＴＦＴデバイスを製造できる。
本発明の集積回路は、前記半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置を備えることを特徴とする。
本発明の集積回路によれば、平坦な結晶性半導体膜から形成された、優れた特性を有する半導体装置を備えているので、信頼性の高い集積回路となる。
本発明の電気光学装置は、前記集積回路を備えることを特徴とする。
本発明の電気光学装置によれば、優れた特性を有する半導体装置からなる集積回路を備えているので、信頼性の高い電気光学装置となる。
本発明の電子機器は、前記電気光学装置を備えることを特徴とする。
本発明の電子機器によれば、信頼性の高い電気光学装置を備えているので、これを備えた電子機器も信頼性の高いものとなる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態における結晶性半導体膜の製造方法を説明する図である。
なお、本発明における半導体装置とは、後述する製造方法によって得られた結晶性半導体膜を用いて形成される装置一般をいい、トランジスタ、ダイオード、抵抗、インダクタ、キャパシタ、その他能動素子又は受動素子を含むものである。
（微細孔形成工程）
まず、基板１０上に絶縁膜としての酸化珪素膜１２を形成する。基板１０上への酸化珪素膜１２の形成方法としては、プラズマ化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ法）や低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ法）、あるいはスパッタリング法等の物理気相堆積法が挙げられる。例えば、ＰＥＣＶＤ法により厚さ数１００ｎｍの酸化珪素膜１２を形成できる。次に、図１（Ａ）に示すように、酸化珪素膜１２の所定位置に微細孔１４を形成する。例えば、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を行うことにより、酸化珪素膜１２の面内の所定位置に、断面が円形である微細孔１４を開口できる。エッチング方法としては、例えばＣＨＦ３ガスのプラズマを用いた反応性イオンエッチングなどがあげられる。
ここで、微細孔１４は、後述する溶融結晶化工程において、１つの結晶核を種とした結晶成長を優先的に進行させる役割を担うためのものであり「グレインフィルタ」と称される場合もある。この微細孔１４は例えば円筒状に形成することが好適であるが、円筒状以外の形状（例えば、円錐状、角柱状、角錐状など）としてもよい。また、比較的に径の大きい孔（例えば５００ｎｍ程度）を形成した後に基板全面に新たな絶縁膜（本例では酸化珪素膜）を堆積して上記孔の径を狭めることによって微細孔１４を形成するようにしてもよい。
（成膜工程）
次に、図１（Ｂ）に示すように、微細孔１４内及び酸化珪素膜１２上に非晶質珪素膜（非単結晶珪素膜）１６を形成する。非晶質珪素膜１６は、ＰＥＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、常圧化学気相堆積法（ＡＰＣＶＤ法）、スパッタリング法などによって形成することができる。なお、本工程では、非単結晶半導体膜として、非晶質珪素膜に代えて多結晶珪素膜を形成してもよい。本工程では、溶融結晶化により得られる略結晶粒の大粒径化を図るべく比較的に厚く成膜することが望ましい。より具体的には、非晶質珪素膜１６を１５０ｎｍかそれ以上の膜厚に形成すると好適である。
（溶融結晶化工程）
次に、図１（Ｃ）に示すように、非晶質珪素膜１６に対してレーザを照射することにより非晶質珪素膜１６の溶融結晶化を行う。例えば、ＸｅＣｌパルスエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓｅｃ）を用い、エネルギー密度：０．４〜１．５Ｊ／ｃｍ2でレーザ照射を行うことが好適である。尚、エキシマレーザに代えて、固体レーザ、ガスレーザなどを用いてもよい。これにより、後述するように、略単結晶状態の結晶性珪素膜（単結晶珪素膜）２０が形成される。
ここで、照射されたＸｅＣｌパルスエキシマレーザは非晶質珪素膜１６の表面近傍でほとんどが吸収される。これはＸｅＣｌパルスエキシマレーザの波長（３０８ｎｍ）における非晶質珪素および結晶性珪素の吸収係数が其々０．１３９ｎｍ-1と０．１４９ｎｍ-1と大きいためである。また、酸化珪素膜１２は、上記レーザに対して略透明であってこのレーザのエネルギーを吸収しないため、レーザ照射によって溶融しない。これにより、微細孔１４以外の領域にある非晶質珪素膜１６は、膜厚方向全域に渡ってほぼ完全に溶融した状態となる。また、微細孔１４内にある非晶質珪素膜１６は上側が溶融し、かつ微細孔１４の底部では溶融しない状態（部分溶融状態）となる。
レーザ照射後の珪素の凝固は、微細孔１４の内部で先に始まり、その後非晶質珪素膜１６の略完全溶融状態となっている部分（表面側の部分）に至る。このとき、微細孔１４の底部近傍ではいくつかの結晶粒が発生するが、微細孔１４の断面寸法（本実施形態では、円の直径）を１個の結晶粒と同程度か少し小さい程度にしておくことにより、微細孔１４の上部（開口部）には１個の結晶粒のみが到達するようになる。これにより、非晶質珪素膜１６の略完全溶融状態の部分では微細孔１４の上部に到達した１個の結晶粒を核として結晶成長が進行するようになり、図１（Ｄ）に示すように、微細孔１４を略中心とした領域に略単結晶状態の結晶性珪素膜２０が形成される。このとき結晶化の影響により、図示のように前記結晶性珪素膜２０の表面は平坦性が低くなる。
尚、本実施形態において「略単結晶」とは、結晶粒が単一である場合のみならずこれに近い状態、すなわち、複数の結晶が組み合わせられていてもその数が少なく、半導体薄膜の性質の観点からほぼ単結晶により形成された半導体薄膜と同等の性質を備えている場合も含む。この結晶性珪素膜２０は、内部に欠陥が少なく、半導体膜の電気特性の点で、エネルギバンドにおける禁制帯中央部付近の捕獲準位密度が少なくなる効果が得られる。また、結晶粒界がほぼ無いと見なせるために、電子や正孔といったキャリアが流れる際の障壁を大きく減少できる効果が得られる。この結晶性珪素膜２０を、後述するようにして、薄膜トランジスタ（半導体装置）の能動層（ソース／ドレイン領域やチャネル形成領域）に用いると、オフ電流値が小さく移動度の大きな優良な薄膜トランジスタとなる。
前記略単結晶状態の結晶性珪素膜２０の表面は、前述したように平坦性が低くなる。特に、前記微細孔１４を比較的に近接させて配置した場合には、隣接する各微細孔１４のそれぞれを中心に結晶成長が進行してぶつかり合うので、結晶粒同士の境界（粒界）が隆起し、結晶性珪素膜２０の表面における平坦性はより低下する。
そこで、前記結晶性珪素膜２０の表面をＣＭＰ（化学的機械的研磨）によって平坦化することで、後述する平坦結晶性珪素膜を得ることができる。
以下、結晶性珪素膜２０の表面をＣＭＰ（化学的機械的研磨）によって平坦化する工程を説明する。
（実験例）
本発明者は、前記結晶性珪素膜２０の表面粗さが与える電子移動度への影響、及びＣＭＰ法において用いる研磨液の水素イオン濃度（ＰＨ）が前記結晶性珪素膜２０の表面粗さに与える影響について実験を行った。そして、以下にその実験例を示す。
前記結晶性珪素膜２０の表面は、面方位が２以上有り、すなわち、結晶方位が一定には
なっていない。よって、この結晶性珪素膜２０の表面に対して、後述する条件を満たさないアルカリ性の研磨液（スラリー）を用いてＣＭＰ処理を行うと、結晶方位に依存して研磨スピードに違いが生じ、結晶性珪素膜２０の表面粗さが大きくなってしまう。なお、前記研磨液は、アンモニア系又はアミン系のアルカリ溶液にシリカ粒子等の研磨材を分散させたものである。
図２（ａ）は、ＣＭＰ処理後の結晶性珪素膜２０の表面粗さ（表面粗度）と、電子移動度との関係を示すグラフであって、横軸は表面粗さ、縦軸は電子移動度を示している。なお、縦軸における電子移動度は、相対的な値を示している。
図２（ａ）に示すように、結晶性珪素膜２０の表面粗さが大きくなると、電子移動度が低下してしまう。すると、結晶性珪素膜２０を用いて、後述する工程において形成される薄膜トランジスタの特性は低くなる。
本発明者は、前記研磨液における水素イオン濃度（ＰＨ）が、結晶性珪素膜２０を研磨した後における表面粗さに影響することを実験により確認した。図２（ｂ）は、研磨液の水素イオン濃度（ＰＨ）と、前記結晶性珪素膜２０の表面粗さ（表面粗度）との関係を示すグラフである。
なお、実験の条件としては、ウェハ押さえ圧力３００００Ｐａ、回転数７０回転／分、研磨液の供給量を２００ｍｌ／ｍｉｎで５０秒、でＣＭＰを行うこととした。
この条件による実験によって、図２（ｂ）に示すように、前記研磨液の水素イオン濃度がＰＨ１１．０以下となる場合に、前記結晶性珪素膜２０の表面粗さは、３．５〜４．０ｎｍ以下となることが確認できた。なお、前記結晶性珪素膜２０を溶融するため、前記研磨液をアルカリ性とする必要がある。ＣＭＰ処理後の前記結晶性珪素２０における表面粗さが上述した３．５〜４．０ｎｍ以下となっていれば、図２（ａ）に示したグラフから、表面粗さがない場合の、８割程度の電子移動度を備えたものとすることができる。すなわち、前記研磨液の水素イオン濃度がＰＨ１１．０以下となっていれば、ＣＭＰ処理による電子移動度の劣化を薄膜トランジスタの使用上、問題がない程度に抑えることができる。
特に、図２（ｂ）に示すように、前記研磨液の水素イオン濃度が、ＰＨ９以下となる場合に、前記結晶性珪素膜２０の表面粗さは、１ｎｍ以下となることが確認できた。なお、前記結晶性珪素膜２０を溶融するためには、前記研磨液がアルカリ性である必要がある。すなわち、ＰＨ９以下のアルカリ溶液を研磨液として用いることがより好ましい。
ＣＭＰ処理後の前記結晶性珪素膜２０における表面粗さを１ｎｍ以下とすれば、図２（ａ）に示したグラフから、電子移動度が高いものとなる。よって、後述する工程でＣＭＰによる研磨処理後、平坦化された結晶性珪素膜２０を用いて形成される薄膜トランジスタの特性をより高いものとすることができる。
よって、本実施形態ではＣＭＰ処理の際に水素イオン濃度がＰＨ９．０以下のアルカリ性の研磨液を用いた場合について説明する。
（平坦化工程）
再び図１に戻って説明すると、図１（Ｄ）に示すように、結晶性珪素膜２０の表面をＣＭＰによって平坦化する。このとき、結晶性珪素膜２０の表面の平滑化を図るとともに、基板側近傍のリーク電流を低減する、すなわちパンチスルー現象を避けるため、当該結晶性珪素膜２０の膜厚を減少させる処理も併せて行う。より具体的には、結晶性珪素膜２０の膜厚が５０ｎｍ以下となるまで研磨を行うことが好ましい。
ここで、前記ＣＭＰを行う好適な条件の一例を説明する。
例えば、軟質ポリウレタン製のパッドと、アンモニア系又はアミン系等のアルカリ溶液にシリカ粒子等の研磨材を分散させた研磨液とを組み合わせて用いている。前述したように、この研磨液は水素イオン濃度がＰＨ９．０以下のアルカリ溶液である。
よって、前記研磨液を用いることで、前記結晶性珪素膜２０をＣＭＰ処理によって平坦化する際、前記結晶性珪素膜２０の表面粗さは１ｎｍ以下となる。
これにより、図１（Ｅ）に示すように、表面粗さが１ｎｍ以下の表面平坦性に優れ、かつ薄膜化による素子の微細化も達成し得る高品質な平坦結晶性珪素膜２１が得られる。
（素子形成工程）
次に、薄膜トランジスタ（半導体装置）を例にして、上述した製造方法により製造される平坦結晶性珪素膜２１を用いて半導体装置を形成する工程を説明する。
図３は、素子形成工程について説明する図である。
まず、図３（Ａ）に示すように、平坦結晶性珪素膜２１をパターニングし、薄膜トランジスタの形成に不要となる部分を除去して整形する。なお、隣接して形成した複数の平坦結晶性珪素膜２１を含むようにパターニングを行ってもよい。
次に、図３（Ｂ）に示すように、酸化珪素膜１２および平坦結晶性珪素膜２１の上に第２酸化珪素膜２４を形成する。例えば、第２酸化珪素膜２４は、電子サイクロトロン共鳴ＰＥＣＶＤ法（ＥＣＲ−ＣＶＤ法）またはＰＥＣＶＤ法にて形成できる。もちろん、高密度プラズマによる直接酸化法を用いても良い。この第２酸化珪素膜２４は薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として機能するものである。
次に、図３（Ｃ）に示すように、タンタルまたはアルミニウムの金属薄膜をスパッタリング法により形成した後、パターニングすることによって、ゲート電極２６を形成する。次に、このゲート電極２６をマスクとしてドナーまたはアクセプターとなる不純物イオンを打ち込み、ソース／ドレイン領域２８とチャネル形成領域３０をゲート電極２６に対して自己整合的に作製する。ＮＭＯＳトランジスタを作製する場合、例えば、不純物元素としてリン（Ｐ）を１×１０１６ｃｍ−２の濃度でソース／ドレイン領域に打ち込む。その後、ＸｅＣｌエキシマレーザを照射エネルギー密度４００ｍＪ／ｃｍ２程度で照射するか、２５０℃〜４５０℃程度の温度で熱処理することにより不純物元素の活性化を行う。
次に、図３（Ｄ）に示すように、第２酸化珪素膜２４およびゲート電極２６の上面に、第３酸化珪素膜３２を形成する。例えば、ＰＥＣＶＤ法で約５００ｎｍの第３酸化珪素膜３２を形成する。次に、ソース／ドレイン領域２８に至るコンタクトホールを第２、第３酸化珪素膜２４、３２に開けて、コンタクトホール内および第３酸化珪素膜３２上のコンタクトホールの周縁部にソース／ドレイン電極３４を形成する。ソース／ドレイン電極３４は、例えばスパッタリング法によりアルミニウムを堆積して形成するとよい。また、ゲート電極２６に至るコンタクトホールを第３酸化珪素膜３２に開けて、ゲート電極２６用の端子電極を形成する。以上で、本発明に係る半導体装置としての薄膜トランジスタＴが作製できる。
なお、図３に示す例では説明の便宜上、微細孔１４が薄膜トランジスタの真下に位置するように図示されているが、微細孔１４の形成位置を薄膜トランジスタＴの真下から外すようにすることも好適である。この場合には、上記図３（Ａ）において説明したパターニング工程において、薄膜トランジスタＴの活性領域３０等となるべき部分をパターニングする際に微細孔１４の形成位置を外すようにすればよい。
このように、本実施形態では、溶融結晶化により得られる結晶性珪素膜２０の表面をＣＭＰ処理によって平坦化することによって、表面粗さが１ｎｍ以下となる、平坦性の高い表面を有した平坦結晶性珪素膜２１を得ることができる。したがって、この平坦結晶性珪素膜２１を用いることで、表面が平坦化されることによる半導体装置（薄膜トランジスタＴ）の特性向上を図ることが可能となる。なお、本実施形態では、特に、ＰＨ９．０以下のアルカリ性の研磨液を用いたＣＭＰ処理について説明したが、上述したように、ＰＨ１１．０以下のアルカリ性の研磨液を用いてＣＭＰ処理を行えば、実使用上、十分に平坦性の高い平坦結晶性珪素膜を形成することができる。
次に、上述した半導体装置を含んで構成される集積回路、電気光学装置、電子機器の具体例について説明する。
なお、本発明における集積回路とは、一定の機能を奏するように半導体装置及び関連する配線等が集積され配線された回路（チップ）をいう。また、本発明における電気光学装置とは、本発明に係る半導体装置を備えた、電気的作用によって発光するあるいは外部からの光の状態を変化させる電気光学素子を備えた装置一般をいい、自ら光を発するものと外部からの光の通過を制御するもの双方を含む。例えば、電気光学素子として、液晶素子、電気泳動粒子が分散した分散媒体を有する電気泳動素子、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、電界の印加により発生した電子を発光板に当てて発光させる電子放出素子を備えたアクティブマトリクス型の表示装置等をいう。
また、本発明の電子機器とは、本発明に係る半導体装置を備えた一定の機能を奏する機器一般をいい、例えば電気光学装置やメモリを備えて構成される。その構成に特に限定が無いが、例えば、ＩＣカード、携帯電話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型またはフロント型のプロジェクタ、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ等を含むものである。
図４に、電気光学装置１００の接続図を示す。本実施形態の電気光学装置（表示装置）１００は、各画素領域に電界発光効果により発光可能な発光層ＯＥＬＤ、それを駆動するための電流を記憶する保持容量を備え、さらに本発明の製造方法によって製造される半導体装置、ここでは薄膜トランジスタＴ１〜Ｔ４を備えて構成されている。ドライバ１０１からは、走査線Ｖsel及び発光制御線Ｖgpが各画素領域に供給されている。ドライバ１０２からは、データ線Ｉdataおよび電源線Ｖddが各画素領域に供給されている。走査線Ｖselとデータ線Ｉdataとを制御することにより、各画素領域に対する電流プログラムが行われ、発光層ＯＥＬＤによる発光が制御可能になっている。
なお、上記駆動回路は、発光要素に電界発光素子を使用する場合の回路の一例であり他の回路構成も可能である。また、ドライバ１０１、１０２のそれぞれを構成する集積回路を本発明に係る半導体装置によって形成することも好適である。
図５は、上述した電気光学装置を含んで構成される電子機器の具体例を説明する図である。図５（Ａ）は携帯電話への適用例であり、当該携帯電話２３０はアンテナ部２３１、音声出力部２３２、音声入力部２３３、操作部２３４、および本発明の電気光学装置１００を備えている。このように本発明に係る電気光学装置は表示部として利用可能である。図５（Ｂ）はビデオカメラへの適用例であり、当該ビデオカメラ２４０は受像部２４１、操作部２４２、音声入力部２４３、および本発明の電気光学装置１００を備えている。図５（Ｃ）はテレビジョンへの適用例であり、当該テレビジョン３００は本発明の電気光学装置１００を備えている。なお、パーソナルコンピュータ等に用いられるモニタ装置に対しても同様に本発明に係る電気光学装置を適用し得る。図５（Ｄ）はロールアップ式テレビジョンへの適用例であり、当該ロールアップ式テレビジョン３１０は本発明の電気光学装置１００を備えている。また、電子機器はこれらに限定されず、表示機能を有する各種の電子機器に適用可能である。例えばこれらの他に、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイなども含まれる。なお、本発明にかかる半導体装置は、電気光学装置の構成部品として上記のような電子機器に含まれる場合の他に、単独で電子機器の構成部品としても適用し得る。
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されることなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
例えば、上述した実施形態では、半導体膜の一例として珪素膜を採り上げて説明していたが、半導体膜はこれに限定されるものではない。また、上述した実施形態では、結晶性半導体膜を用いて形成される半導体装置の一例として薄膜トランジスタを採り上げて説明していたが、半導体装置はこれに限定されるものではなく、他の装置（例えば、薄膜ダイオード等）を形成してもよい。
また、本実施形態では、溶融結晶化によって得た単結晶珪素膜についての適用例を示したが、通常のレーザアニール法による多結晶珪素にも同様に適用し、この多結晶珪素から得られる半導体装置の半導体特性（電子移動度）を向上することができる。
半導体膜の製造方法を説明する図である。 研磨液と結晶性珪素膜との関係を示す実験に基づいたグラフである。 素子形成工程について説明する図である。 電気光学装置の接続図を示す図である。 電気光学装置を含んで構成される電子機器の具体例を説明する図である。
符号の説明
１０…基板、１２…酸化珪素膜、１４…微細孔、１６…非晶質珪素膜、２０…結晶性珪素膜（結晶性半導体膜）、２１…平坦結晶性珪素膜（結晶性半導体膜）、１００…電気光学装置、１０１…ドライバ（集積回路）、１０２…ドライバ（集積回路）、２３０…携帯電話（電子機器）、２４０…ビデオカメラ（電子機器）、３００…テレビジョン（電子機器）、３１０…ロールアップ式テレビジョン（電子機器）、Ｔ…薄膜トランジスタ（半導体装置）

Claims (8)

  1. 半導体装置の製造方法であって、
    面方位が２以上有る結晶性半導体膜の表面を化学的機械的研磨により処理した後、前記結晶性半導体膜を用いて半導体装置を形成する工程を含み、
    前記化学的機械的研磨における研磨液として、水素イオン濃度がＰＨ１１．０以下のアルカリ溶液を用いたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 半導体装置の製造方法であって、
    面方位が２以上有る結晶性半導体膜の表面を化学的機械的研磨により処理した後、前記結晶性半導体膜を用いて半導体装置を形成する工程を含み、
    前記化学的機械的研磨における研磨液として、水素イオン濃度がＰＨ９．０以下のアルカリ溶液を用いたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記処理は、前記結晶性半導体膜の平坦化あるいは薄膜化であること、
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 前記結晶性半導体膜は、基板上に形成された絶縁膜に微細孔を形成し、該微細孔内及び前記絶縁膜上に非単結晶珪素膜を成膜した後、該非単結晶珪素膜を溶融結晶化して形成された、前記微細孔を略中央とする単結晶珪素膜であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 請求項３又は４に記載の半導体装置の製造方法において、前記非単結晶珪素膜の膜厚が１００ｎｍ以上となるように前記絶縁膜上に成膜を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法により製造された半導体装置を備えることを特徴とする集積回路。
  7. 請求項６に記載の集積回路を備えることを特徴とする電気光学装置。
  8. 請求項７に記載の電気光学装置を備えることを特徴とする電子機器。





JP2005312505A 2005-03-02 2005-10-27 半導体装置の製造方法、集積回路、電気光学装置、及び電子機器 Withdrawn JP2006279015A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005312505A JP2006279015A (ja) 2005-03-02 2005-10-27 半導体装置の製造方法、集積回路、電気光学装置、及び電子機器
US11/353,938 US20060191473A1 (en) 2005-03-02 2006-02-15 Method for manufacturing semiconductor device, integrated circuit, electrooptics device, and electronic apparatus
US11/905,934 US20080038883A1 (en) 2005-03-02 2007-10-05 Method for manufacturing semiconductor device utilizing recrystallized semiconductor film formed on an insulating film

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005057092 2005-03-02
JP2005312505A JP2006279015A (ja) 2005-03-02 2005-10-27 半導体装置の製造方法、集積回路、電気光学装置、及び電子機器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006279015A true JP2006279015A (ja) 2006-10-12

Family

ID=36930904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005312505A Withdrawn JP2006279015A (ja) 2005-03-02 2005-10-27 半導体装置の製造方法、集積回路、電気光学装置、及び電子機器

Country Status (2)

Country Link
US (2) US20060191473A1 (ja)
JP (1) JP2006279015A (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8193071B2 (en) * 2008-03-11 2012-06-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor device
US20110070746A1 (en) * 2009-09-24 2011-03-24 Te-Yin Kao Method of increasing operation speed and saturated current of semiconductor device and method of reducing site flatness and roughness of surface of semiconductor wafer

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US614697A (en) * 1898-11-22 caillet
US6245161B1 (en) * 1997-05-12 2001-06-12 Silicon Genesis Corporation Economical silicon-on-silicon hybrid wafer assembly
JP2000080350A (ja) * 1998-09-07 2000-03-21 Speedfam-Ipec Co Ltd 研磨用組成物及びそれによるポリッシング加工方法
FR2797713B1 (fr) * 1999-08-20 2002-08-02 Soitec Silicon On Insulator Procede de traitement de substrats pour la microelectronique et substrats obtenus par ce procede
CN1326205C (zh) * 2001-07-25 2007-07-11 精工爱普生株式会社 半导体薄膜及半导体装置的制造方法、半导体装置、集成电路、电光学装置及电子机器

Also Published As

Publication number Publication date
US20080038883A1 (en) 2008-02-14
US20060191473A1 (en) 2006-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100647102B1 (ko) 반도체 장치와 그 제조 방법, 집적 회로, 전기 광학 장치및 전자 기기
JP4839904B2 (ja) 半導体装置、集積回路、及び電子機器
JP4193206B2 (ja) 半導体薄膜の製造方法、半導体装置の製造方法、半導体装置、集積回路、電気光学装置及び電子機器
JP4900756B2 (ja) 半導体装置の製造方法、電気光学装置、集積回路、および電子機器
KR100613162B1 (ko) 반도체 장치, 전기 광학 장치, 집적 회로 및 전자 기기
JP2007250862A (ja) 半導体装置、集積回路、及び電子機器
JP2006279015A (ja) 半導体装置の製造方法、集積回路、電気光学装置、及び電子機器
JP4711042B2 (ja) 半導体膜の製造方法、および半導体装置の製造方法
US20050266620A1 (en) Semiconductor device, electro-optic device, integrated circuit, and electronic apparatus
JP2005259883A (ja) 半導体膜の製造方法、半導体装置の製造方法、集積回路、電気光学装置、電子機器
JP4259081B2 (ja) 半導体装置の製造方法
KR100787902B1 (ko) 반도체 장치와 그 제조 방법, 집적 회로, 전기 광학 장치및 전자 기기
JP2007189106A (ja) 半導体装置の製造方法、半導体装置、集積回路、電気光学装置、電子機器
JP4247661B2 (ja) 半導体薄膜の製造方法、半導体装置の製造方法
JP4264968B2 (ja) 半導体薄膜の製造方法、半導体装置の製造方法
JP2007189105A (ja) 半導体装置の製造方法、半導体装置、集積回路、電気光学装置、電子機器
JP4288654B2 (ja) 半導体薄膜の製造方法、半導体装置の製造方法、半導体装置、集積回路、電気光学装置及び電子機器
JP4560708B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2004319913A (ja) 半導体膜の製造方法、半導体装置の製造方法、集積回路、電気光学装置、電子機器
JP2004128217A (ja) 薄膜トランジスタ及びその作製方法
JP2006086436A (ja) 半導体装置の製造方法、電気光学装置及び電子デバイス
JP2004235570A (ja) 半導体装置の製造方法、半導体装置、電子光学装置、及び電子機器
JP2005327966A (ja) 半導体装置、電気光学装置、集積回路及び電子機器
JP2008047750A (ja) 半導体装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090901

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20091021

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20091021