JP2006344666A - Semiconductor device, its manufacturing method, and display device - Google Patents

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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-performance semiconductor device, its manufacturing method, and a display device. <P>SOLUTION: The semiconductor device 1 has an insulating substrate 4, and a longitudinal bipolar structure single-crystal silicon thin film transistor 5 provided on the same. The single-crystal silicon thin film transistor 5 includes an element 10, constituted by a laminate structure comprising an uppermost layer collector 15, an intermediate layer base 16, and a lowermost layer emitter 17; a collector electrode 11 provided on the upper-layer side from the collector 15 of the element 10, and electrically connected with the collector 15; and an emitter electrode 13 provided on a lower layer side from the emitter 17, and electrically connected with the emitter 17. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタを備えた半導体装置及びその製造方法並びに表示装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device including a single-crystal silicon thin film transistor having a vertical bipolar structure, a manufacturing method thereof, and a display device.

近年、改良が進むアクティブマトリクス型液晶表示装置、OLED(Organic Light Emitting Diode)表示装置などの半導体装置等では、より高速な情報処理速度及びより高性能な高周波特性が求められている。そこで、半導体装置の高速性及び高周波特性の向上を目的として、半導体装置についての様々な構造が研究されている。   2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices such as active matrix liquid crystal display devices and OLED (Organic Light Emitting Diode) display devices that have been improved are required to have higher information processing speed and higher performance high-frequency characteristics. Therefore, various structures of semiconductor devices have been studied for the purpose of improving the high speed characteristics and high frequency characteristics of the semiconductor devices.

このような半導体装置として、バイポーラ構造のトランジスタを有するものが知られている。ここで、バイポーラ(Bipolar)とは、バイポーラ(双極性)トランジスタと呼ばれるデバイスの総称である。バイポーラ構造のトランジスタは、p型及びn型半導体素子が、n-p-nあるいはp-n-pと並んだ構成をした電流動作型のデバイスである。また、バイポーラ構造のトランジスタには、横型のものと縦型のものとがあり、後者のほうが、その高周波特性等の性能が高く、より高速に動作する等の利点がある。   A semiconductor device having a bipolar transistor is known as such a semiconductor device. Here, the term “bipolar” is a generic term for devices called bipolar (bipolar) transistors. A bipolar transistor is a current operation type device in which p-type and n-type semiconductor elements are arranged in a line with npn or pnp. In addition, bipolar transistors are classified into a horizontal type and a vertical type. The latter has advantages such as higher performance such as high-frequency characteristics and higher speed operation.

ここで、縦型バイポーラ構造のトランジスタが形成された半導体装置として、例えば、特許文献1には、トレンチ分離(STI)領域が素子分離領域及びコレクタ引き出し領域とベース層との間に形成されたp型シリコン基板に、イオン注入により形成されたコレクタウェルとpウェル注入層とベース層とを備える縦型バイポーラ構造のトランジスタが形成された半導体装置であって、コレクタウェル内のベース層直下を除くSTI下及びコレクタ引き出し領域に、コレクタウェルよりも不純物濃度が高い高濃度注入層を備えるものが開示されている。そして、これによれば、p型シリコン基板を用いたCMOS完全コンパチブルなBiCMOSプロセスにおいて作製したバイポーラ構造のトランジスタのコレクタ抵抗を低減することができる、と記載されている。   Here, as a semiconductor device in which a transistor having a vertical bipolar structure is formed, for example, Patent Document 1 discloses a trench isolation (STI) region formed between an element isolation region and a collector extraction region and a base layer. A semiconductor device in which a vertical bipolar transistor having a collector well formed by ion implantation, a p-well implantation layer, and a base layer is formed on a type silicon substrate, except for the portion immediately below the base layer in the collector well The lower and collector lead-out regions are provided with high-concentration implantation layers having a higher impurity concentration than the collector well. According to this, it is described that the collector resistance of a bipolar transistor manufactured in a CMOS fully compatible BiCMOS process using a p-type silicon substrate can be reduced.

また、特許文献2には、上面を有する基板内に形成され、誘電体材料よりなる内側端部と上面とを有する浅いトレンチ分離(STI)領域と、基板内にあって、1対のSTI領域の間に形成されたドープト・コレクタ領域と、基板の上面にあって、1対のSTI領域の間に形成されたカウンタドープト・真性ベース領域とを備え、真性ベース領域と1対のSTI領域との間にマージンがあり、真性ベース領域はエッジを有し、真性ベース領域上に、エッジから離れて形成されたドープト・エミッタ領域と、STI領域と真性ベース領域との間のマージン内に形成され、真性ベース領域のエッジと並置された誘電体材料よりなる浅い分離エクステンション領域と、浅い分離エクステンション領域を覆い、真性ベース領域上に部分的に延びて物理的および電気的に接触する外部ベース領域とを備えた縦型バイポーラ構造のトランジスタが形成された半導体装置が開示されている。そして、これによれば、縦型バイポーラ構造のトランジスタの寄生容量を低減することができる、と記載されている。
特開2004-079719 特開2004-304190
Further, Patent Document 2 discloses a shallow trench isolation (STI) region formed in a substrate having an upper surface and having an inner end portion and an upper surface made of a dielectric material, and a pair of STI regions in the substrate. And a counter-doped intrinsic base region formed between the pair of STI regions on the upper surface of the substrate, the intrinsic base region and the pair of STI regions. And the intrinsic base region has an edge, and is formed in the margin between the STI region and the intrinsic base region on the intrinsic base region, the doped emitter region formed away from the edge. A shallow isolation extension region made of a dielectric material juxtaposed with the edge of the intrinsic base region, and covers the shallow isolation extension region, partially extending over the intrinsic base region and physically And a semiconductor device is disclosed that the transistors of the vertical bipolar structure and an external base region in electrical contact has been formed. According to this, it is described that the parasitic capacitance of a transistor having a vertical bipolar structure can be reduced.
JP2004-079719 JP2004-304190

上記特許文献1及び2に示すような従来の半導体装置では、図13に示すように、縦型バイポーラ構造のトランジスタ100の素子部(ベース101・エミッタ102・コレクタ110を構成する層)の最下層に位置するコレクタ110にコレクタ形成層103を介して電気的に接続されたコレクタ電極104が形成される。そして、このコレクタ電極104は、通常、半導体基板105の表面に形成されるので、コレクタ110を素子部の最下層から半導体基板105の表面へ亘り形成するために、コレクタ110の領域を延長してリーチスルー106を形成している。   In the conventional semiconductor device as shown in Patent Documents 1 and 2, as shown in FIG. 13, the lowermost layer of the element portion (the layer constituting the base 101, the emitter 102, and the collector 110) of the transistor 100 having a vertical bipolar structure. A collector electrode 104 is formed which is electrically connected to the collector 110 located at a position via the collector formation layer 103. Since the collector electrode 104 is usually formed on the surface of the semiconductor substrate 105, the region of the collector 110 is extended in order to form the collector 110 from the lowermost layer of the element portion to the surface of the semiconductor substrate 105. Reach-through 106 is formed.

ところが、コレクタ110の領域が広いと、ベース101及びエミッタ102と、コレクタ電極104との距離が長くなるので、エミッタ102からコレクタ110までのキャリアの走行時間が長くなり、トランジスタの高速性及び高周波特性等の性能に悪影響が及ぼされるという問題がある。   However, if the area of the collector 110 is wide, the distance between the base 101 and the emitter 102 and the collector electrode 104 becomes long, so that the carrier travel time from the emitter 102 to the collector 110 becomes long, and the high-speed characteristics and high-frequency characteristics of the transistor. There is a problem that the performance is adversely affected.

また、リーチスルー106を形成するには多数の製造プロセスが必要となるので、それに伴い製造歩留まりが低くなる可能性があるという問題がある。   In addition, since a large number of manufacturing processes are required to form the reach-through 106, there is a problem that the manufacturing yield may be lowered accordingly.

さらに、リーチスルー106を形成するスペースも必要であるので、半導体装置のサイズが大きくなってしまうという問題もある。   Furthermore, since a space for forming the reach through 106 is also required, there is a problem that the size of the semiconductor device is increased.

本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高性能な半導体装置及びその製造方法並びに表示装置を提供することである。   The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a high-performance semiconductor device, a manufacturing method thereof, and a display device.

本発明に係る半導体装置は、絶縁性基板と、その上に設けられた縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタと、を備え、その単結晶シリコン薄膜トランジスタは、最上層のコレクタ、中間層のベース及び最下層のエミッタにより積層構造が構成された素子部と、素子部のコレクタよりも上層側に設けられてコレクタに電気的に接続されたコレクタ電極と、素子部のエミッタよりも下層側に設けられて該エミッタに電気的に接続されたエミッタ電極と、を有することを特徴とする。   A semiconductor device according to the present invention includes an insulating substrate and a vertical bipolar single crystal silicon thin film transistor provided thereon, the single crystal silicon thin film transistor including an uppermost collector, an intermediate layer base, and an intermediate layer thin film transistor. An element part having a laminated structure composed of the lowermost emitter, a collector electrode provided on the upper layer side of the collector of the element part and electrically connected to the collector, and provided on a lower layer side of the emitter of the element part And an emitter electrode electrically connected to the emitter.

このため、エミッタとコレクタ電極との距離が短くなり、エミッタからコレクタへのキャリアの走行時間が短くなる。従って、トランジスタの高速性及び高周波特性等の性能が高くなる。また、コレクタの領域を延長してリーチスルーを形成する必要がないため、従来のものより半導体装置製造プロセスが簡略化され、さらに、半導体装置の省スペース化が可能となる。   For this reason, the distance between the emitter and the collector electrode is shortened, and the traveling time of carriers from the emitter to the collector is shortened. Therefore, the performance of the transistor such as high speed and high frequency characteristics is improved. Further, since it is not necessary to extend the collector region to form the reach through, the semiconductor device manufacturing process is simplified as compared with the conventional one, and further, the space of the semiconductor device can be saved.

本発明に係る半導体装置は、上記絶縁性基板上に、MOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタをさらに備えてもよい。   The semiconductor device according to the present invention may further include a single crystal silicon thin film transistor having a MOS structure on the insulating substrate.

これによると、同一の絶縁性基板上にバイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ及びMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタを備えたBiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタを形成することができる。このとき、MOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタは絶縁性基板上に設けられているため、SOI(Silicon On Insulator)構造を形成している。ここで、SOI構造は、デバイスが絶縁体層の上にシリコン層を設けたSOI基板上に形成されており、シリコンウェハそのものを用いるのと比べて基板のもつ容量を無視できるため、デバイスの高性能化が可能となる。従って、このようなMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタを上記の縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタと同一絶縁性基板上に設けると、従来と比べてより高速かつ高性能なBiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタが得られる。   According to this, a single crystal silicon thin film transistor having a BiCMOS structure including a single crystal silicon thin film transistor having a bipolar structure and a single crystal silicon thin film transistor having a MOS structure can be formed on the same insulating substrate. At this time, since the MOS single crystal silicon thin film transistor is provided on the insulating substrate, an SOI (Silicon On Insulator) structure is formed. Here, the SOI structure is formed on an SOI substrate in which a device is provided with a silicon layer on an insulator layer, and the capacitance of the substrate can be ignored compared to the case of using a silicon wafer itself. Performance improvement is possible. Accordingly, when such a single crystal silicon thin film transistor having a MOS structure is provided on the same insulating substrate as the single crystal silicon thin film transistor having the above vertical bipolar structure, the single crystal silicon having a higher speed and higher performance than the conventional one is provided. A thin film transistor is obtained.

本発明に係る半導体装置は、上記縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ及びMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタが形成された絶縁性基板上に、非単結晶シリコン薄膜トランジスタをさらに備えてもよい。   The semiconductor device according to the present invention may further include a non-single-crystal silicon thin-film transistor on an insulating substrate on which the single-crystal silicon thin-film transistor having the vertical bipolar structure and the single-crystal silicon thin-film transistor having the MOS structure are formed.

このため、半導体集積回路等において、高性能のトランジスタ特性を要する部位に上記MOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタを用い、トランジスタの性能が単結晶程度まで高くなくても良い部位には非単結晶シリコン薄膜トランジスタを用いる、というように使い分ける際に、高性能な半導体デバイスとして用いることができる。   Therefore, in a semiconductor integrated circuit or the like, a single crystal silicon thin film transistor having the above-described MOS structure is used in a portion requiring high performance transistor characteristics, and a non-single crystal silicon thin film transistor is provided in a portion where the performance of the transistor does not have to be as high as a single crystal. Can be used as a high-performance semiconductor device.

本発明に係る表示装置は、絶縁性基板と、その上に設けられた縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタと、を備えたアクティブマトリクス基板を包含し、その単結晶シリコン薄膜トランジスタは、最上層のコレクタ、中間層のベース及び最下層のエミッタにより積層構造が構成された素子部と、素子部のコレクタよりも上層側に設けられてコレクタに電気的に接続されたコレクタ電極と、素子部のエミッタよりも下層側に設けられて該エミッタに電気的に接続されたエミッタ電極と、を有することを特徴とする。   A display device according to the present invention includes an active matrix substrate including an insulating substrate and a single crystal silicon thin film transistor having a vertical bipolar structure provided thereon, and the single crystal silicon thin film transistor includes an uppermost layer. An element part having a stacked structure composed of a collector, a base of the intermediate layer and an emitter of the lowermost layer, a collector electrode provided above the collector of the element part and electrically connected to the collector, and an emitter of the element part An emitter electrode provided on a lower layer side and electrically connected to the emitter.

上記のアクティブマトリクス基板を表示装置のタイミングコントローラ等のようなデバイスに用いると、その部位に特に必要である高速性及び高周波特性を与えることができる。   When the above active matrix substrate is used in a device such as a timing controller of a display device, high speed characteristics and high frequency characteristics which are particularly necessary can be given to the part.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、単結晶シリコン基板上に、最上層のコレクタ、中間層のベース及び最下層のエミッタにより積層構造が構成された縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部と、ゲート、ソース及びドレインで構成されたMOS構造のトランジスタ素子部と、を形成する素子部形成ステップを備える。また、縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部及びMOS構造トランジスタ素子部を形成した単結晶シリコン基板上を覆うように第1平坦化膜を形成する第1平坦化膜形成ステップと、単結晶シリコン基板に上記第1平坦化膜を介して剥離用物質をイオンにして注入することにより剥離層を形成する剥離層形成ステップを備える。さらに、剥離層を形成した上記単結晶シリコン基板に、上記縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部のベース及びエミッタにそれぞれ電気的に接続されたベース電極及びエミッタ電極、並びに、上記MOS構造トランジスタ素子部のゲート、ソース及びドレインのそれぞれに電気的に接続されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する第1電極形成ステップと、ベース電極及びエミッタ電極、並びに、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成した単結晶シリコン基板上を覆うように第2平坦化膜を形成する第2平坦化膜形成ステップを備える。また、単結晶シリコン基板を上記第2平坦化膜の表面が接触面となるように絶縁性基板に接合する基板接合ステップと、絶縁性基板上に設けた上記単結晶シリコン基板を、上記剥離層に沿って素子部形成側部分の反対側の部分を除去する基板除去ステップと、単結晶シリコン基板の素子部形成側部分から薄膜化を行う薄膜化ステップと、上記薄膜化により露出させた上記縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部のコレクタに電気的に接続されるコレクタ電極、および各トランジスタを電気的に接続する配線を形成する第2電極形成ステップと、を備えたことを特徴とする。   A manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention includes a vertical bipolar transistor element part in which a stacked structure is formed on a single crystal silicon substrate by a top layer collector, an intermediate layer base and a bottom layer emitter, a gate, An element part forming step for forming a MOS transistor element part composed of a source and a drain; A first planarization film forming step of forming a first planarization film so as to cover the single crystal silicon substrate on which the vertical bipolar structure transistor element portion and the MOS structure transistor element portion are formed; A release layer forming step of forming a release layer by implanting a release material as ions through the first planarizing film is provided. Further, a base electrode and an emitter electrode electrically connected to a base and an emitter of the vertical bipolar structure transistor element portion, respectively, and a gate of the MOS structure transistor element portion on the single crystal silicon substrate on which a release layer is formed. A first electrode forming step of forming a gate electrode, a source electrode and a drain electrode electrically connected to each of the source and drain, a base electrode and an emitter electrode, and a gate electrode, a source electrode and a drain electrode were formed; A second planarizing film forming step of forming a second planarizing film so as to cover the single crystal silicon substrate; A substrate bonding step for bonding the single crystal silicon substrate to the insulating substrate such that the surface of the second planarization film is a contact surface; and the single crystal silicon substrate provided on the insulating substrate is bonded to the release layer. A substrate removing step for removing a portion on the opposite side of the element portion forming side portion along the substrate, a thinning step for thinning from the element portion forming side portion of the single crystal silicon substrate, and the vertical exposure exposed by the thinning. And a second electrode forming step for forming a wiring for electrically connecting each transistor. The collector electrode is electrically connected to the collector of the bipolar transistor element portion.

これによると、同一の絶縁性基板上に縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ及びMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタを備えたBiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタを形成できるが、このとき、MOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタがSOI構造を形成している。さらに、縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタは、そのエミッタとコレクタ電極との距離が短くなり、エミッタからコレクタへのキャリアの走行時間が短くなる。従って、従来と比べてより高速かつ高性能なBiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタが得られる。   According to this, a single crystal silicon thin film transistor having a BiCMOS structure including a single crystal silicon thin film transistor having a vertical bipolar structure and a single crystal silicon thin film transistor having a MOS structure can be formed on the same insulating substrate. A crystalline silicon thin film transistor forms an SOI structure. Further, the single-crystal silicon thin film transistor having a vertical bipolar structure has a short distance between the emitter and the collector electrode, and a carrier traveling time from the emitter to the collector is shortened. Therefore, a single-crystal silicon thin film transistor having a BiCMOS structure with higher speed and higher performance than the conventional one can be obtained.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記の剥離用物質が、水素及び不活性物質の混合物であってもよい。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the stripping material may be a mixture of hydrogen and an inert material.

水素は有効な剥離用物質であるが、Siデバイスのアクセプタの活性度を低下させる場合がある。従って、不活性物質を混合させれば、より水素の割合が減少し、これによって水素起因のアクセプタの活性度低下の軽減効果が得られる。   Hydrogen is an effective stripping material, but may reduce the activity of the Si device acceptor. Therefore, if an inert substance is mixed, the proportion of hydrogen is further reduced, thereby obtaining an effect of reducing the decrease in acceptor activity caused by hydrogen.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、第1平坦化膜を形成した後で且つ剥離層を形成する前に、縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部の形成部分の第1平坦化膜の膜厚さの方が、MOS構造トランジスタ素子部の形成部分の第1平坦化膜の膜厚さよりも薄くなるように、第1平坦化膜に段差部を形成させてもよい。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the film thickness of the first planarization film in the formation portion of the vertical bipolar structure transistor element portion is formed after the first planarization film is formed and before the release layer is formed. The step portion may be formed in the first planarization film so that the thickness of the first planarization film is thinner than the thickness of the first planarization film in the formation portion of the MOS structure transistor element portion.

このように段差部を形成した第1平坦化膜を介して剥離用物質をイオンにして単結晶シリコン基板に注入すると、第1平坦化膜の膜厚さによってできる表面形状に対応した形状の剥離層が単結晶シリコン基板中に形成される。すなわち、剥離層が、縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部の下方では深く、且つ、MOS構造トランジスタ素子部の下方では浅く形成される。すると、この剥離層で単結晶シリコン基板の一部を剥離させた後にそれぞれのトランジスタ上に残っている単結晶シリコン層を同時にエッチング等で除去するだけで、単結晶シリコン層が厚い部分と薄い部分との差を変えずに、薄膜化を行うことができる。従って、縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタに比べて薄いMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタに形成する単結晶シリコン層の薄膜化を容易に行うことができる。   When the stripping material is ionized and implanted into the single crystal silicon substrate through the first planarization film having the stepped portion as described above, the stripping has a shape corresponding to the surface shape formed by the thickness of the first planarization film. A layer is formed in the single crystal silicon substrate. That is, the release layer is formed deep below the vertical bipolar transistor element part and shallowly below the MOS transistor element part. Then, after the part of the single crystal silicon substrate is peeled off by this peeling layer, the single crystal silicon layer remaining on each transistor is removed by etching or the like at the same time. The film thickness can be reduced without changing the difference. Accordingly, it is possible to easily reduce the thickness of the single crystal silicon layer formed in the single crystal silicon thin film transistor having the thin MOS structure as compared with the single crystal silicon thin film transistor having the vertical bipolar structure.

以上説明したように、本発明によれば、高性能な半導体装置及びその製造方法並びに表示装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, a high-performance semiconductor device, a manufacturing method thereof, and a display device can be provided.

以下、本発明の実施形態に係る半導体装置1を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, a semiconductor device 1 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiment.

(半導体装置の構成)
図11に示すように、本実施形態に係る半導体装置1は、BiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ2と非単結晶シリコン薄膜トランジスタ3とが、絶縁性基板4上の異なる領域に集積されたものである。
(Configuration of semiconductor device)
As shown in FIG. 11, the semiconductor device 1 according to the present embodiment includes a BiCMOS structure single crystal silicon thin film transistor 2 and a non-single crystal silicon thin film transistor 3 integrated in different regions on an insulating substrate 4. .

BiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ2は、縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5と、n型MOS構造及びp型MOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ7,8からなるCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ6とが同一絶縁性基板4上に形成されている。   A single crystal silicon thin film transistor 2 having a BiCMOS structure includes a single crystal silicon thin film transistor 5 having a vertical bipolar structure, a single crystal silicon thin film transistor 6 having a CMOS structure including single crystal silicon thin film transistors 7 and 8 having an n-type MOS structure and a p-type MOS structure. Are formed on the same insulating substrate 4.

縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5は、以下に示す第1平坦化膜30及び第2平坦化膜31を介して、絶縁性基板4上に形成されている。縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5は、縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部10、並びに、コレクタ電極11、ベース電極12及びエミッタ電極13で構成されている。   The single-crystal silicon thin film transistor 5 having a vertical bipolar structure is formed on the insulating substrate 4 via a first planarization film 30 and a second planarization film 31 described below. A single crystal silicon thin film transistor 5 having a vertical bipolar structure includes a vertical bipolar structure transistor element section 10, a collector electrode 11, a base electrode 12, and an emitter electrode 13.

縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部10は、縦型で三層に重なる積層構造を形成する、コレクタ(アクティブコレクタ)15、ベース16及びエミッタ17で構成されている。コレクタ15は縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部10の最上層に、ベース16は中間層に、そしてエミッタ17は最下層にそれぞれ形成されている。また、コレクタ15及びエミッタ17はn型単結晶シリコンで形成されており、ベース16はp型単結晶シリコンで形成されている。すなわち、縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5はnpn型のトランジスタを構成している。また、コレクタ(アクティブコレクタ)15は外部コレクタ領域と異なる濃度プロファイルで作成されている。さらに、ベース16は、両サイドに外部ベース領域18が形成されている。外部ベース18は高濃度p型ポリシリコン領域20からの拡散により形成される。高濃度p型ポリシリコン領域20は、その両サイド及び下面にSiO2膜21が形成されている。高濃度p型ポリシリコン領域20下面のSiO2膜21は、その中央に開口部22が形成されている。この開口部22に嵌め込むように、且つ、高濃度p型ポリシリコン領域20の下面に接するようにベース電極12が形成されている。   The vertical bipolar transistor element unit 10 includes a collector (active collector) 15, a base 16, and an emitter 17 that form a vertical stacked structure of three layers. The collector 15 is formed in the uppermost layer of the vertical bipolar transistor element section 10, the base 16 is formed in the intermediate layer, and the emitter 17 is formed in the lowermost layer. The collector 15 and the emitter 17 are made of n-type single crystal silicon, and the base 16 is made of p-type single crystal silicon. That is, the single crystal silicon thin film transistor 5 having the vertical bipolar structure constitutes an npn transistor. The collector (active collector) 15 is created with a concentration profile different from that of the external collector region. Further, the base 16 has external base regions 18 formed on both sides. The external base 18 is formed by diffusion from the high concentration p-type polysilicon region 20. The high-concentration p-type polysilicon region 20 has SiO2 films 21 formed on both sides and the lower surface thereof. The SiO 2 film 21 on the lower surface of the high-concentration p-type polysilicon region 20 has an opening 22 formed at the center thereof. Base electrode 12 is formed so as to fit into opening 22 and in contact with the lower surface of high-concentration p-type polysilicon region 20.

エミッタ17は、高濃度n型ポリシリコン領域25からの拡散により形成される。高濃度n型ポリシリコン領域25は、その下面に接するように、且つ、その溝に嵌め込むようにエミッタ電極13が形成されている。   The emitter 17 is formed by diffusion from the high concentration n-type polysilicon region 25. In the high-concentration n-type polysilicon region 25, the emitter electrode 13 is formed so as to be in contact with the lower surface and to be fitted into the groove.

コレクタ電極11は、コレクタ15の上面に接するように形成されている。   The collector electrode 11 is formed in contact with the upper surface of the collector 15.

コレクタ電極11はそれぞれAlやAl合金で形成される。コレクタ電極は金属で形成されなくても良い。   The collector electrodes 11 are each formed of Al or an Al alloy. The collector electrode may not be formed of metal.

ベース電極12及びエミッタ電極13は、それぞれTiやTiNで形成されている。これは、絶縁性基板とシリコン基板を接合後、基板除去および接合強度向上のために行う熱処理の温度に耐えうる金属を選ぶ必要があるためである。また、これらの電極には、それぞれ電気配線(不図示)がなされており、これにより、トランジスタの論理回路が構成されている。   The base electrode 12 and the emitter electrode 13 are each formed of Ti or TiN. This is because after bonding the insulating substrate and the silicon substrate, it is necessary to select a metal that can withstand the temperature of the heat treatment performed to remove the substrate and improve the bonding strength. Each of these electrodes is provided with electrical wiring (not shown), thereby constituting a logic circuit of a transistor.

第1平坦化膜30は、縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5及びCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ6の下側に形成されている。第1平坦化膜30は、その下側表面に段差部32が形成されている。段差部32は、縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5の両下端部から、下方へ拡がるようにそれぞれ形成されている。   The first planarization film 30 is formed below the single crystal silicon thin film transistor 5 having a vertical bipolar structure and the single crystal silicon thin film transistor 6 having a CMOS structure. The first planarizing film 30 has a stepped portion 32 formed on the lower surface thereof. The step portions 32 are formed so as to extend downward from both lower ends of the single crystal silicon thin film transistor 5 having a vertical bipolar structure.

第2平坦化膜31は、第1平坦化膜30の下側全体に亘り形成されている。第2平坦化膜31は、縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5の下方では厚く、CMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ6の下方では薄く形成されている。また、第1平坦化膜30及び第2平坦化膜31は、SiO2等の無機系の絶縁膜や有機基を有する無機成分を主体とする絶縁材料(有機基を含むポリシロキサン等)からなる絶縁膜で形成されている。   The second planarizing film 31 is formed over the entire lower side of the first planarizing film 30. The second planarizing film 31 is formed thick below the single-crystal silicon thin film transistor 5 having the vertical bipolar structure and thin below the single-crystal silicon thin film transistor 6 having the CMOS structure. The first planarizing film 30 and the second planarizing film 31 are made of an insulating material made of an inorganic insulating film such as SiO2 or an insulating material mainly composed of an inorganic component having an organic group (such as polysiloxane containing an organic group). It is formed of a film.

CMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ6は、並設されたn型MOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ7及びp型MOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ8で構成されている。   The single crystal silicon thin film transistor 6 having a CMOS structure is composed of a single crystal silicon thin film transistor 7 having an n type MOS structure and a single crystal silicon thin film transistor 8 having a p type MOS structure.

n型MOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ7は、MOS構造トランジスタ素子部9(n型ソース40、n型ドレイン41及びゲート42)、並びに、ソース電極45、ドレイン電極46及びゲート電極47で構成されている。   The single crystal silicon thin film transistor 7 having an n-type MOS structure includes a MOS structure transistor element portion 9 (n-type source 40, n-type drain 41 and gate 42), a source electrode 45, a drain electrode 46 and a gate electrode 47. Yes.

p型MOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ8は、MOS構造トランジスタ素子部9’(p型ソース50、p型ドレイン51及びゲート52)、並びに、ソース電極55、ドレイン電極56及びゲート電極57で構成されている。   The single crystal silicon thin film transistor 8 having a p-type MOS structure includes a MOS structure transistor element portion 9 ′ (p-type source 50, p-type drain 51 and gate 52), a source electrode 55, a drain electrode 56 and a gate electrode 57. ing.

これらのソース40,50及びドレイン41,51は、第1平坦化膜30の上面全体に亘り形成されたゲート酸化膜(SiO2膜)70の上面に、それぞれゲート42,52の幅と同じだけ間隔を空けて並設されている。p型のソース50及びドレイン51のそれぞれ外側で且つゲート酸化膜膜70の上面に、酸化膜(SiO2膜)で形成された素子分離壁71が設けられている。ゲート酸化膜70は、ソース40,50及びドレイン41,51の下側に位置する部分に開口部72が形成されている。ソース電極45,55及びドレイン電極46,56は、それぞれソース40,50及びドレイン41,51の下面に接するように、ゲート酸化膜70の開口部72に嵌め込まれている。   The sources 40 and 50 and the drains 41 and 51 are spaced apart from the upper surface of the gate oxide film (SiO 2 film) 70 formed over the entire upper surface of the first planarization film 30 by the same width as the gates 42 and 52, respectively. Are arranged side by side. An element isolation wall 71 formed of an oxide film (SiO 2 film) is provided on the outer side of each of the p-type source 50 and drain 51 and on the upper surface of the gate oxide film 70. In the gate oxide film 70, an opening 72 is formed in a portion located below the sources 40 and 50 and the drains 41 and 51. The source electrodes 45 and 55 and the drain electrodes 46 and 56 are fitted into the opening 72 of the gate oxide film 70 so as to be in contact with the lower surfaces of the sources 40 and 50 and the drains 41 and 51, respectively.

ゲート42,52は、ゲート酸化膜70の下面に接するように且つソース電極45,55及びドレイン電極46,56の中間位置に形成されている。ゲート42,52は高濃度ポリシリコンで形成されている。ゲート電極47,57は、ゲート42,52の下面に接するように形成されている。   The gates 42 and 52 are formed in contact with the lower surface of the gate oxide film 70 and at intermediate positions between the source electrodes 45 and 55 and the drain electrodes 46 and 56. The gates 42 and 52 are made of high-concentration polysilicon. The gate electrodes 47 and 57 are formed in contact with the lower surfaces of the gates 42 and 52.

これらの電極45〜47,55〜57は、TiやTiNで形成されている。これは、絶縁性基板とシリコン基板を接合後、基板除去及び接合強度向上のために行う熱処理の温度に耐えうる金属を選ぶ必要があるためである。また、これらの電極には、それぞれ不図示の電気配線がなされており、これにより、トランジスタで構成される論理回路が接続されている。   These electrodes 45 to 47 and 55 to 57 are made of Ti or TiN. This is because after bonding the insulating substrate and the silicon substrate, it is necessary to select a metal that can withstand the temperature of the heat treatment performed to remove the substrate and improve the bonding strength. Each of these electrodes is provided with an electrical wiring (not shown), thereby connecting a logic circuit composed of transistors.

非単結晶シリコン薄膜トランジスタ3は、絶縁性基板4上に、BiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ2と並設されている。非単結晶シリコン薄膜トランジスタ3は、CMOS構造のトランジスタであり、ソース120、ドレイン121及びゲート122、並びに、ソース電極125,ゲート電極127及びドレイン電極126からなるn型MOS構造の非単結晶シリコン薄膜トランジスタと、ソース130、ドレイン131及びゲート132、並びに、ソース電極135,ゲート電極137及びドレイン電極136からなるp型MOS構造の非単結晶シリコン薄膜トランジスタとで構成されている。非単結晶シリコン薄膜トランジスタ3は、ゲート酸化膜(SiO2膜)140を挟んで上層にはゲート122,132及びその上面にそれぞれ形成されたゲート電極127,137、下層にはソース12,130及びドレイン121,131がそれぞれシリコン非単結晶層81を挟んで形成されている。また、ソース120,130及びドレイン121,131の上側には、ゲート酸化膜140を挟んでそれぞれソース電極125,135及びドレイン電極126,136が形成されている。さらに、各電極125〜127及び135〜137の間には、層間酸化膜(SiO2膜)141が形成されている。   The non-single crystal silicon thin film transistor 3 is arranged on the insulating substrate 4 in parallel with the single crystal silicon thin film transistor 2 having a BiCMOS structure. The non-single crystal silicon thin film transistor 3 is a transistor having a CMOS structure, and includes a non-single crystal silicon thin film transistor having an n-type MOS structure including a source 120, a drain 121 and a gate 122, and a source electrode 125, a gate electrode 127, and a drain electrode 126. , A source 130, a drain 131 and a gate 132, and a p-type MOS structure non-single-crystal silicon thin film transistor comprising a source electrode 135, a gate electrode 137 and a drain electrode 136. The non-single-crystal silicon thin film transistor 3 includes gates 122 and 132 on the upper layer and gate electrodes 127 and 137 formed on the upper surface of the gate oxide film (SiO 2 film) 140, respectively, and sources 12 and 130 and a drain 121 on the lower layer. , 131 are formed with the silicon non-single crystal layer 81 interposed therebetween. Further, source electrodes 125 and 135 and drain electrodes 126 and 136 are formed above the sources 120 and 130 and the drains 121 and 131, respectively, with the gate oxide film 140 interposed therebetween. Further, an interlayer oxide film (SiO 2 film) 141 is formed between the electrodes 125 to 127 and 135 to 137.

絶縁性基板4は、高歪点ガラスであるバリウム−アルミノ硼珪酸ガラス、アルカリ土類−アルミノ硼珪酸ガラス、硼珪酸ガラス、アルカリ土類−亜鉛−鉛−アルミノ硼珪酸ガラス、アルカリ土類−亜鉛−アルミノ硼珪酸ガラス等で形成されている。   Insulating substrate 4 is barium-aluminoborosilicate glass, alkaline earth-aluminoborosilicate glass, borosilicate glass, alkaline earth-zinc-lead-aluminoborosilicate glass, alkaline earth-zinc, which are high strain point glasses. -It is made of aluminoborosilicate glass or the like.

以上の構成の半導体装置1が、図12のように、表示装置94のアクティブマトリクス基板95に駆動素子として集積されている。トランジスタの性能が単結晶程度まで高くなくても良い表示装置94の画面96及びゲートドライバ97には、非単結晶シリコン薄膜トランジスタ3の集積回路が設けられている。また、ソースドライバ98には、非単結晶シリコン薄膜トランジスタ3又はBiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ2の集積回路が設けられており、これらはコストと性能とを考慮して選択される。さらに、高速性及び高周波特性が重視される高付加価値周辺回路99には、BiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ2の集積回路が設けられている。   The semiconductor device 1 having the above configuration is integrated as a drive element on the active matrix substrate 95 of the display device 94 as shown in FIG. An integrated circuit of the non-single-crystal silicon thin film transistor 3 is provided on the screen 96 and the gate driver 97 of the display device 94 which does not require high performance of the transistor to a single crystal level. The source driver 98 is provided with an integrated circuit of the non-single crystal silicon thin film transistor 3 or the BiCMOS structure single crystal silicon thin film transistor 2, and these are selected in consideration of cost and performance. Further, the high added value peripheral circuit 99 in which high speed and high frequency characteristics are important is provided with an integrated circuit of the single crystal silicon thin film transistor 2 having a BiCMOS structure.

(半導体装置の製造方法)
次に、半導体装置1の製造方法について説明する。
(Method for manufacturing semiconductor device)
Next, a method for manufacturing the semiconductor device 1 will be described.

(素子部形成ステップ)
まず、図1に示すように、単結晶シリコン基板90上に通常のBiCMOSプロセスを用いて、予め設計したパターンで酸化、拡散、エピタキシャル成長、リソグラフィー、エッチング等のプロセスを適宜繰り返すことにより、各々、素子分離壁71で絶縁された縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部10(コレクタ15、ベース16及びエミッタ17)並びにCMOS構造トランジスタ素子部9(ソース40、ドレイン41及びゲート42)及び素子部9’(ソース50、ドレイン51及びゲート52)を形成する。
(Element part formation step)
First, as shown in FIG. 1, by using an ordinary BiCMOS process on a single crystal silicon substrate 90, a process such as oxidation, diffusion, epitaxial growth, lithography, etching, etc. is repeated as appropriate in a pattern designed in advance, thereby obtaining each element. Vertical bipolar transistor device part 10 (collector 15, base 16 and emitter 17) insulated by separation wall 71, CMOS structure transistor element part 9 (source 40, drain 41 and gate 42) and element part 9 ′ (source 50) , A drain 51 and a gate 52) are formed.

単結晶シリコン基板90の加工はLSI製造設備を使い、CMOS構造トランジスタのゲート幅としては、容易に0.5um以下の微細加工を行うことが可能である。   The single crystal silicon substrate 90 can be processed using LSI manufacturing equipment, and the gate width of the CMOS structure transistor can be easily finely processed to 0.5 μm or less.

また、このとき、縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部10は、最上層がエミッタ17、中間層がベース16、最下層がコレクタ15となっている。   At this time, in the vertical bipolar transistor element section 10, the uppermost layer is the emitter 17, the intermediate layer is the base 16, and the lowermost layer is the collector 15.

(第1平坦化膜形成ステップ)
次いで、図2に示すように、これらのトランジスタを覆うように、SiO2膜を単結晶シリコン基板90全面に亘って形成し、CMP(Chemical and Mechanical Polishing)等により平坦化することにより、第1平坦化膜30を形成する。ここで、CMPは、支持用のヘッド(キャリア)に取り付けたウェハと研磨用の定盤に取り付けられた研磨布(パッド)と、そこへ供給される研磨液(スラリー)の間の機械的研磨と化学作用の兼ね合いにより、基板表面の研磨を行う技術である。
(First planarization film forming step)
Next, as shown in FIG. 2, a SiO 2 film is formed over the entire surface of the single crystal silicon substrate 90 so as to cover these transistors, and is flattened by CMP (Chemical and Mechanical Polishing) or the like, whereby the first flattening is performed. A chemical film 30 is formed. Here, CMP is mechanical polishing between a wafer attached to a supporting head (carrier), a polishing cloth (pad) attached to a polishing surface plate, and a polishing liquid (slurry) supplied thereto. This is a technique for polishing the surface of the substrate by balancing the chemical action.

(段差部形成ステップ)
続いて、図3に示すように、第1平坦化膜30に対して、縦型パイポーラ構造トランジスタ素子部10の上方部だけその膜厚さが薄くなるように、エッチング等により段差部32を形成する。このとき、単結晶シリコン基板90中での縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部10の深さが、MOS構造トランジスタ素子部9,9’の深さに比べて深い分だけ、段差を形成する。段差部32の形状は、下方から斜め上方へ拡がるように形成するのがよい。段差部32の形状を下方から鉛直上方へ延びるように形成すると、下記のようにイオン注入を行った場合、単結晶シリコン基板90中に形成される剥離層91の、段差部32の鉛直方向に延びる部分に対応する部分が形成できない。すると、剥離層91が不連続となり、単結晶シリコン基板90の一部を剥離できなくなるためである。
(Step formation step)
Subsequently, as shown in FIG. 3, a stepped portion 32 is formed by etching or the like so that the thickness of the first planarizing film 30 is reduced only in the upper portion of the vertical bipolar structure transistor element portion 10. To do. At this time, a step is formed by the depth of the vertical bipolar structure transistor element portion 10 in the single crystal silicon substrate 90 as compared with the depth of the MOS structure transistor element portions 9 and 9 ′. The shape of the stepped portion 32 is preferably formed so as to expand obliquely upward from below. When the shape of the stepped portion 32 is formed so as to extend vertically upward from below, when ion implantation is performed as described below, the peeling layer 91 formed in the single crystal silicon substrate 90 has a vertical direction in the stepped portion 32. A portion corresponding to the extending portion cannot be formed. Then, the peeling layer 91 becomes discontinuous, and a part of the single crystal silicon substrate 90 cannot be peeled off.

(剥離層形成ステップ)
次に、図4に示すように、段差部32を設けた第1平坦化膜30の上方から、剥離物質として、水素をイオンにして注入する。イオン注入 は、加速電圧100ないし150keV程度、ドーズ量約5×1016/cm2程度で行う。注入したイオンは、それぞれのトランジスタの下方まで侵入し、剥離層91を形成する。ここで、注入したイオンは、第1平坦化膜30の厚さに対応して、縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部10の下方ではより深く侵入し、MOS構造トランジスタ素子部9,9’の下方ではより浅く侵入するため、第1平坦化膜30の表面形状と同様な形状の剥離層91が形成される。また、イオン注入飛程は、縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部10及びMOS構造トランジスタ素子部9,9’を通過し、単結晶シリコン基板の底に到達する間に剥離層91が形成されるように、イオン注入エネルギーを制御することにより設定する。さらに、注入イオンとしては水素及びヘリウムの混合物であってもよい。また、水素と混合する物質は不活性ガスであればよく、ヘリウムでなくてもよい。
(Peeling layer forming step)
Next, as shown in FIG. 4, hydrogen is ionized and implanted as a release material from above the first planarization film 30 provided with the stepped portion 32. The ion implantation is performed at an acceleration voltage of about 100 to 150 keV and a dose of about 5 × 10 16 / cm 2. The implanted ions penetrate to the lower side of each transistor to form a peeling layer 91. Here, the implanted ions penetrate deeper below the vertical bipolar structure transistor element portion 10 and correspond to the thickness of the first planarization film 30, and below the MOS structure transistor element portions 9 and 9 ′. In order to penetrate more shallowly, a release layer 91 having a shape similar to the surface shape of the first planarization film 30 is formed. Further, the ion implantation range passes through the vertical bipolar structure transistor element portion 10 and the MOS structure transistor element portions 9 and 9 ′ so that the peeling layer 91 is formed while reaching the bottom of the single crystal silicon substrate. It is set by controlling the ion implantation energy. Further, the implanted ions may be a mixture of hydrogen and helium. Moreover, the substance mixed with hydrogen may be an inert gas and may not be helium.

(第1電極形成ステップ)
次いで、図5に示すように、縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部10のエミッタ17にエミッタ電極13、及び、ベース16にベース電極12を形成することにより、縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5及びCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ6を形成する。また、MOS構造トランジスタ素子部9,9’のソース40,50、ドレイン41,51及びゲート42,52にそれぞれソース電極45,55、ドレイン電極46,56及びゲート電極47,57を形成する。これらの電極45〜47,55〜57(第1電極)は、溶融点の高い金属を電極として放電溶解させ,この溶融粒子を高速で吹き付けるスパッタ法等により形成する。電極材料としては、TiやTiNが用いられる。これは、絶縁性基板とシリコン基板を接合後、基板除去及び接合強度向上のために行う熱処理の温度に耐えうる金属を選ぶ必要があるためである。
(First electrode forming step)
Next, as shown in FIG. 5, by forming the emitter electrode 13 on the emitter 17 and the base electrode 12 on the base 16 of the vertical bipolar transistor element section 10, the single-crystal silicon thin film transistor 5 having the vertical bipolar structure and A single crystal silicon thin film transistor 6 having a CMOS structure is formed. Further, source electrodes 45 and 55, drain electrodes 46 and 56, and gate electrodes 47 and 57 are formed on the sources 40 and 50, the drains 41 and 51, and the gates 42 and 52 of the MOS structure transistor element portions 9 and 9 ', respectively. These electrodes 45 to 47 and 55 to 57 (first electrodes) are formed by sputtering or the like in which discharge melting is performed using a metal having a high melting point as an electrode and the molten particles are sprayed at a high speed. Ti or TiN is used as the electrode material. This is because after bonding the insulating substrate and the silicon substrate, it is necessary to select a metal that can withstand the temperature of the heat treatment performed to remove the substrate and improve the bonding strength.

(第2平坦化膜形成ステップ)
続いて、図6に示すように、これらのトランジスタ5,6を覆うように、SiO2膜を単結晶シリコン基板90全面に亘って形成し、CMP等で平坦化することにより、第2平坦化膜31を形成する。
(Second planarization film forming step)
Subsequently, as shown in FIG. 6, an SiO 2 film is formed over the entire surface of the single crystal silicon substrate 90 so as to cover these transistors 5 and 6, and is flattened by CMP or the like, whereby a second flattening film is formed. 31 is formed.

(基板接合ステップ)
次に、図7に示すように、単結晶シリコン基板90を、第2平坦化膜31の表面が接触面となるように所定の位置にアライメントし、室温で密着させて絶縁性基板4に接合する。絶縁性基板4の表面は厚さ100nm程度の酸化膜で覆っておいてもよい。一般に、絶縁性基板と、単結晶シリコン基板(表面を酸化処理済み)とを接着剤なしで接合させるには、それらの表面状態の清浄度や、活性度が極めて重要である。
(Board bonding step)
Next, as shown in FIG. 7, the single crystal silicon substrate 90 is aligned at a predetermined position so that the surface of the second planarization film 31 becomes a contact surface, and is bonded to the insulating substrate 4 in close contact at room temperature. To do. The surface of the insulating substrate 4 may be covered with an oxide film having a thickness of about 100 nm. In general, in order to join an insulating substrate and a single crystal silicon substrate (the surface of which has been oxidized) without an adhesive, the cleanliness and activity of their surface states are extremely important.

従って、単結晶シリコン基板90と絶縁性基板4は、表面状態の清浄度や、活性度を良好なものにするために、接合前にSC1液と呼ばれる液体で接合前に洗浄・乾燥させる。   Therefore, the single crystal silicon substrate 90 and the insulating substrate 4 are cleaned and dried before bonding with a liquid called SC1 liquid before bonding in order to improve surface cleanliness and activity.

SC1液は、市販のアンモニア水(NH4OH:30%)と、過酸化水素水(H2O2:30%)と純水(H20)を混合して、作製する。一例としては、上記薬液を、NH4OH:H2O2:H20=5:12:60の割合で混合する。この薬液の液温は、室温のままとし、上記単結晶シリコン基板90と絶縁性基板4とを上記SC1液に5分間浸して洗浄する。   The SC1 solution is prepared by mixing commercially available ammonia water (NH4OH: 30%), hydrogen peroxide water (H2O2: 30%), and pure water (H20). As an example, the said chemical | medical solution is mixed in the ratio of NH4OH: H2O2: H20 = 5: 12: 60. The chemical solution is kept at room temperature, and the single crystal silicon substrate 90 and the insulating substrate 4 are immersed in the SC1 solution for 5 minutes for cleaning.

その後、単結晶シリコン基板90と絶縁性基板4とを純水(比抵抗値10MΩcm以上)で流水のもとに、10分間洗浄し、スピンドライヤーなどで迅速に乾燥させる。そしてこれら単結晶シリコン基板90の表面と、絶縁性基板4の表面とを互いに接触させ、僅かな力で押す。これにより、単結晶シリコン基板90と絶縁性基板4とは、自発的に接着する。単結晶シリコン基板90と絶縁性基板4との接合は、van der Waals力による寄与及び水素結合による寄与等によって可能となる。この接合は、両基板4,90の表面の上記3つの寄与のバランスが近いものほど接合性が良い。   Thereafter, the single crystal silicon substrate 90 and the insulating substrate 4 are washed with pure water (specific resistance value: 10 MΩcm or more) under running water for 10 minutes and quickly dried with a spin dryer or the like. Then, the surface of the single crystal silicon substrate 90 and the surface of the insulating substrate 4 are brought into contact with each other and pressed with a slight force. Thereby, the single crystal silicon substrate 90 and the insulating substrate 4 are spontaneously bonded. The single crystal silicon substrate 90 and the insulating substrate 4 can be joined by the contribution due to the van der Waals force and the contribution due to hydrogen bonding. In this bonding, the closer the balance of the above three contributions of the surfaces of both substrates 4 and 90, the better the bonding performance.

ここで、絶縁性基板4上にあらかじめ非単結晶シリコン薄膜トランジスタを作成しておいてもよい。この場合、単結晶シリコン基板を接合する領域には、絶縁性基板表面もしくは酸化膜のみで覆われている必要がある。   Here, a non-single-crystal silicon thin film transistor may be formed on the insulating substrate 4 in advance. In this case, the region where the single crystal silicon substrate is bonded needs to be covered only with the surface of the insulating substrate or the oxide film.

なお、非単結晶シリコン薄膜トランジスタは、単結晶シリコン基板を接合後に作成しても良い。   Note that the non-single-crystal silicon thin film transistor may be formed after bonding a single-crystal silicon substrate.

(基板除去ステップ)
次いで、図8に示すように、絶縁性基板4上に接合された単結晶シリコン基板90に熱処理(450℃〜600℃で30分の電気炉によるアニールまたはランプアニール)を施し、剥離層91の温度をSiから水素が離脱する温度以上に昇温する。そして、剥離層91に沿って素子部形成側部分と反対側の部分を、剥離させることによって除去する。このとき、剥離層91には段差部32が形成されているため、縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5の上方では、CMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ6の上方と比べて、単結晶シリコン基板90が盛り上がった形状となっている。
(Substrate removal step)
Next, as shown in FIG. 8, the single crystal silicon substrate 90 bonded to the insulating substrate 4 is subjected to heat treatment (annealing or lamp annealing in an electric furnace at 450 ° C. to 600 ° C. for 30 minutes). The temperature is raised above the temperature at which hydrogen desorbs from Si. Then, along the release layer 91, the part opposite to the element part forming side part is removed by peeling. At this time, since the stepped portion 32 is formed in the peeling layer 91, the single crystal silicon substrate is above the single crystal silicon thin film transistor 5 having the vertical bipolar structure and above the single crystal silicon thin film transistor 6 having the CMOS structure. 90 has a raised shape.

また、このときの熱処理により、Van der Waals力や水素結合で接合されていた単結晶シリコン基板90と絶縁性基板4との界面でSi−OH+ −Si−OH →Si−O−Si+H2Oの反応が生じ、これらの基板4,90の接合を原子同士の強固な結合に変化させることができる。   In addition, due to the heat treatment at this time, the reaction of Si—OH + —Si—OH → Si—O—Si + H 2 O occurs at the interface between the single crystal silicon substrate 90 and the insulating substrate 4 bonded by Van der Waals force or hydrogen bonding. As a result, the junction between the substrates 4 and 90 can be changed to a strong bond between atoms.

(薄膜化ステップ)
次に、図9のように、縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5のコレクタ15が露出するように、また、CMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ6のソース40,50及びドレイン41,51の寄生容量を削減するために、単結晶シリコン基板90に上面からエッチング等を施してこれらのトランジスタ5,6の薄膜化を行う。このとき、縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5及びCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ6は高さが異なっている。しかし、単結晶シリコン基板90に段差部32が形成されており、それぞれのトランジスタ5,6の上方の単結晶層の厚みが異なっている。従って、単結晶シリコン基板90の上面を均一に薄膜化していくことで容易に上記の露出化を行うことができる。
(Thinning step)
Next, as shown in FIG. 9, the collector 15 of the single-crystal silicon thin film transistor 5 having the vertical bipolar structure is exposed, and the parasitics of the sources 40 and 50 and the drains 41 and 51 of the single-crystal silicon thin film transistor 6 having the CMOS structure are exposed. In order to reduce the capacity, the single crystal silicon substrate 90 is etched from the upper surface to thin the transistors 5 and 6. At this time, the vertical bipolar single crystal silicon thin film transistor 5 and the CMOS single crystal silicon thin film transistor 6 have different heights. However, the step portion 32 is formed on the single crystal silicon substrate 90, and the thickness of the single crystal layer above the transistors 5 and 6 is different. Therefore, the exposure can be easily performed by uniformly thinning the upper surface of the single crystal silicon substrate 90.

(第2電極形成ステップ)
続いて、図10のように、露出させた縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5のコレクタ15の上面に、スパッタ法等によりコレクタ電極(第2電極)11を形成する。電極材料としては、AlやAl合金が用いられる。Alは、Siとの接触性、SiO2に対する密着性、ホトレジストマスクによるエッチング加工性等、Siデバイスに対して優れた適合性を有するためである。また、Al合金としては、Al−SiやAl−Si−Cu合金等が好適である。また、この電極は金属でなくてもよい。例えば、高濃度にドーピングされたポリシリコンでも良い。
(Second electrode formation step)
Subsequently, as shown in FIG. 10, a collector electrode (second electrode) 11 is formed on the exposed upper surface of the collector 15 of the single crystal silicon thin film transistor 5 having a vertical bipolar structure by sputtering or the like. As the electrode material, Al or an Al alloy is used. This is because Al has excellent compatibility with Si devices such as contact with Si, adhesion to SiO2, and etching processability with a photoresist mask. Moreover, as an Al alloy, Al-Si, an Al-Si-Cu alloy, etc. are suitable. Moreover, this electrode may not be a metal. For example, polysilicon doped at a high concentration may be used.

あらかじめ絶縁性基板上4上に非単結晶シリコン薄膜トランジスタを作成している場合、図11のように、この非単結晶シリコン薄膜トランジスタ3のゲート電極(127、137)、ソース電極(125、135)、ドレイン電極(126、136)も上記コレクタ電極と同時に作成する。コレクタ電極を金属で作成しない場合は、コレクタ電極と非単結晶シリコン薄膜トランジスタの電極は同時に作成しなくてもよい。   When a non-single-crystal silicon thin film transistor is formed on the insulating substrate 4 in advance, as shown in FIG. 11, the gate electrodes (127, 137), source electrodes (125, 135), The drain electrodes (126, 136) are formed simultaneously with the collector electrode. When the collector electrode is not made of metal, the collector electrode and the electrode of the non-single-crystal silicon thin film transistor do not have to be formed at the same time.

以上の作業により、半導体装置1を製造する。   The semiconductor device 1 is manufactured by the above operation.

ここで、本実施形態では、npn型の縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5を形成したが、それぞれp型、n型及びp型の単結晶シリコンを用いてpnp型の縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタを形成してもよい。   Here, in this embodiment, the npn type vertical bipolar single crystal silicon thin film transistor 5 is formed. However, each of the p type, n type, and p type single crystal silicon is used to form a pnp type vertical bipolar structure. A single crystal silicon thin film transistor may be formed.

また、本実施形態において作成したバイポーラトランジスタは最上層がコレクタのものを示したが、これに限るものではない。すなわち、最上層がエミッタ、最下層がコレクタとなってもよい。   Moreover, although the bipolar transistor created in this embodiment has shown that the top layer is a collector, it is not restricted to this. That is, the uppermost layer may be an emitter and the lowermost layer may be a collector.

また、本実施形態において示したバイポーラトランジスタは、ポリシリコンエミッタを用いているが、エミッタを拡散またはイオン注入と拡散によって作成したバイポーラトランジスタでもよい。   The bipolar transistor shown in this embodiment uses a polysilicon emitter, but it may be a bipolar transistor in which the emitter is formed by diffusion or ion implantation and diffusion.

(作用効果)
次に、作用効果について説明する。
(Function and effect)
Next, operational effects will be described.

本実施形態に係る半導体装置1は、絶縁性基板4と、その上に設けられた縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5と、を備え、その単結晶シリコン薄膜トランジスタ5は、最上層のコレクタ15、中間層のベース16及び最下層のエミッタ17により積層構造が構成された素子部10と、素子部10のコレクタ15よりも上層側に設けられてコレクタ15に電気的に接続されたコレクタ電極11と、エミッタ17よりも下層側に設けられてエミッタ17に電気的に接続されたエミッタ電極13と、を有することを特徴とする。   The semiconductor device 1 according to the present embodiment includes an insulating substrate 4 and a single crystal silicon thin film transistor 5 having a vertical bipolar structure provided thereon, and the single crystal silicon thin film transistor 5 includes the uppermost collector 15. The element part 10 having a laminated structure composed of the base 16 of the intermediate layer and the emitter 17 of the lowermost layer, and the collector electrode 11 provided on the upper layer side of the collector 15 of the element part 10 and electrically connected to the collector 15 And an emitter electrode 13 provided on a lower layer side than the emitter 17 and electrically connected to the emitter 17.

このため、エミッタ17とコレクタ電極11との距離が短くなり、エミッタ17からコレクタ15へのキャリアの走行時間が短くなる。従って、トランジスタの高速性及び高周波特性等の性能が高くなる。また、コレクタ15の領域を延長してリーチスルーを形成する必要がないため、従来のものより半導体装置製造プロセスが簡略化され、さらに、半導体装置の省スペース化が可能となる。   For this reason, the distance between the emitter 17 and the collector electrode 11 is shortened, and the traveling time of carriers from the emitter 17 to the collector 15 is shortened. Therefore, the performance of the transistor such as high speed and high frequency characteristics is improved. Further, since it is not necessary to extend the region of the collector 15 to form reach through, the semiconductor device manufacturing process is simplified as compared with the conventional one, and further, the space of the semiconductor device can be saved.

また、半導体装置1は、上記絶縁性基板4上に、MOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ6をさらに備えてもよい。   The semiconductor device 1 may further include a single crystal silicon thin film transistor 6 having a MOS structure on the insulating substrate 4.

これによると、同一の絶縁性基板4上にバイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5及びMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ6を備えたBiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ2を形成することができる。このとき、CMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ6は絶縁性基板上に設けられたSOI構造を形成しているため、デバイスの高性能化が可能となる。従って、このようなCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ6を上記の縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5と同一絶縁性基板4上に設けると、従来と比べてより高速かつ高性能なBiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタが得られる。   According to this, the single crystal silicon thin film transistor 2 having the BiCMOS structure including the single crystal silicon thin film transistor 5 having the bipolar structure and the single crystal silicon thin film transistor 6 having the MOS structure can be formed on the same insulating substrate 4. At this time, since the single crystal silicon thin film transistor 6 having a CMOS structure has an SOI structure provided on an insulating substrate, the performance of the device can be improved. Accordingly, when such a single crystal silicon thin film transistor 6 having a CMOS structure is provided on the same insulating substrate 4 as the single crystal silicon thin film transistor 5 having the above vertical bipolar structure, a BiCMOS structure having a higher speed and higher performance than the conventional one can be obtained. A single crystal silicon thin film transistor is obtained.

さらに、半導体装置1は、上記縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5及びCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ6が形成された絶縁性基板上に、非単結晶シリコン薄膜トランジスタ3をさらに備えてもよい。   Furthermore, the semiconductor device 1 may further include a non-single-crystal silicon thin film transistor 3 on an insulating substrate on which the vertical bipolar single crystal silicon thin film transistor 5 and the CMOS single crystal silicon thin film transistor 6 are formed.

このため、半導体集積回路等において、高性能トランジスタ特性を要する部位にCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ6を用い、トランジスタの性能が単結晶程度まで高くなくても良い部位には非単結晶シリコン薄膜トランジスタ3を用いる、というように使い分ける際に、高性能な半導体デバイスとして用いることができる。   Therefore, in a semiconductor integrated circuit or the like, a single crystal silicon thin film transistor 6 having a CMOS structure is used in a portion requiring high performance transistor characteristics, and a non-single crystal silicon thin film transistor 3 is provided in a portion where the transistor performance does not have to be as high as that of a single crystal. Can be used as a high-performance semiconductor device.

本実施形態に係る表示装置90は、絶縁性基板4と、その上に設けられた縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5と、を備えたアクティブマトリクス基板95を包含し、その単結晶シリコン薄膜トランジスタ5は、最上層のコレクタ15、中間層のベース16及び最下層のエミッタ17により積層構造が構成された素子部10と、素子部10のコレクタ15よりも上層側に設けられてコレクタ15に電気的に接続されたコレクタ電極11と、素子部15のエミッタ17よりも下層側に設けられてエミッタ17に電気的に接続されたエミッタ電極13と、を有することを特徴とする。   A display device 90 according to the present embodiment includes an active matrix substrate 95 including an insulating substrate 4 and a single-crystal silicon thin film transistor 5 having a vertical bipolar structure provided thereon, and the single-crystal silicon thin film transistor 5 is an element portion 10 having a laminated structure constituted by the uppermost layer collector 15, the intermediate layer base 16 and the lowermost layer emitter 17, and is provided on the upper layer side of the collector 15 of the element portion 10. And the collector electrode 11 connected to the emitter 17 and the emitter electrode 13 provided on the lower layer side of the emitter 17 of the element portion 15 and electrically connected to the emitter 17.

上記のアクティブマトリクス基板95を表示装置のタイミングコントローラ等のようなデバイスに用いると、その部位に特に必要である高速性及び高周波特性を与えることができる。   When the above active matrix substrate 95 is used in a device such as a timing controller of a display device, high speed and high frequency characteristics that are particularly necessary can be given to the part.

本実施形態に係る半導体装置1の製造方法は、単結晶シリコン基板90上に、最上層のコレクタ15、中間層のベース16及び最下層のエミッタ17により積層構造が構成された縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部10と、ゲート42,52、ソース40,50及びドレイン41,51で構成されたCMOS構造トランジスタ素子部9,9’と、を形成する素子部形成ステップを備える。また、縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部10及びCMOS構造トランジスタ素子部9,9’を形成した単結晶シリコン基板90上を覆うように第1平坦化膜30を形成する第1平坦化膜形成ステップと、単結晶シリコン基板90に上記第1平坦化膜30を介して剥離用物質をイオンにして注入することにより剥離層91を形成する剥離層形成ステップを備える。さらに、剥離層91を形成した上記単結晶シリコン基板90に、上記縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部10のベース16及びエミッタ17にそれぞれ電気的に接続されたベース電極12及びエミッタ電極13、並びに、CMOS構造トランジスタ素子部9,9’のゲート42,52、ソース40,50及びドレイン41,51のそれぞれに電気的に接続されたゲート電極47,57、ソース電極45,55及びドレイン電極46,56を形成する第1電極形成ステップと、ベース電極12及びエミッタ電極13、並びに、ゲート電極47,57、ソース電極45,55及びドレイン電極46,56を形成した単結晶シリコン基板90上を覆うように第2平坦化膜31を形成する第2平坦化膜形成ステップを備える。また、単結晶シリコン基板90を第2平坦化膜31の表面が接触面となるように絶縁性基板4に接合する基板接合ステップと、絶縁性基板4上に設けた単結晶シリコン基板90を、剥離層91に沿って素子部形成側部分の反対側の部分を除去する基板除去ステップと、単結晶シリコン基板90の素子部形成側部分から薄膜化を行う薄膜化ステップと、上記薄膜化により露出させた上記縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部10のコレクタ15に電気的に接続されたコレクタ電極11を形成する第2電極形成ステップと、を備えたことを特徴とする。   The manufacturing method of the semiconductor device 1 according to the present embodiment is a vertical bipolar transistor in which a stacked structure is formed on a single crystal silicon substrate 90 by an uppermost collector 15, an intermediate base 16 and a lowermost emitter 17. There is provided an element portion forming step for forming the element portion 10 and CMOS structure transistor element portions 9 and 9 ′ composed of gates 42 and 52, sources 40 and 50 and drains 41 and 51. And a first planarization film forming step for forming the first planarization film 30 so as to cover the single crystal silicon substrate 90 on which the vertical bipolar structure transistor element section 10 and the CMOS structure transistor element sections 9 and 9 ′ are formed. A peeling layer forming step of forming a peeling layer 91 by implanting a peeling material into the single crystal silicon substrate 90 through the first planarization film 30 as ions is provided. Furthermore, the base electrode 12 and the emitter electrode 13 electrically connected to the base 16 and the emitter 17 of the vertical bipolar structure transistor element portion 10 respectively on the single crystal silicon substrate 90 on which the release layer 91 is formed, and the CMOS The gate electrodes 47 and 57, the source electrodes 45 and 55, and the drain electrodes 46 and 56 that are electrically connected to the gates 42 and 52, the sources 40 and 50, and the drains 41 and 51, respectively, of the structure transistor element portion 9 and 9 ′. The first electrode forming step to be formed and the base electrode 12 and the emitter electrode 13 as well as the single crystal silicon substrate 90 on which the gate electrodes 47 and 57, the source electrodes 45 and 55, and the drain electrodes 46 and 56 are formed are covered. A second planarization film forming step for forming the second planarization film 31; Further, a substrate bonding step for bonding the single crystal silicon substrate 90 to the insulating substrate 4 so that the surface of the second planarization film 31 is a contact surface, and a single crystal silicon substrate 90 provided on the insulating substrate 4 are provided. A substrate removing step for removing the portion opposite to the element portion forming side portion along the peeling layer 91, a thinning step for thinning from the element portion forming side portion of the single crystal silicon substrate 90, and exposure by the thinning described above. And a second electrode forming step for forming a collector electrode 11 electrically connected to the collector 15 of the vertical bipolar transistor element section 10.

これによると、同一の絶縁性基板4上に縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5及びCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ6を備えたBiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ2を形成できるが、このとき、CMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ6がSOI構造を形成している。さらに、縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5は、そのエミッタ17とコレクタ電極11との距離が短くなり、エミッタ17からコレクタ15へのキャリアの走行時間が短くなる。従って、従来と比べてより高速かつ高性能なBiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタが得られる。   According to this, the BiCMOS-structure single crystal silicon thin film transistor 2 provided with the vertical bipolar structure single crystal silicon thin film transistor 5 and the CMOS structure single crystal silicon thin film transistor 6 on the same insulating substrate 4 can be formed. A single crystal silicon thin film transistor 6 having a CMOS structure forms an SOI structure. Further, in the single-crystal silicon thin film transistor 5 having the vertical bipolar structure, the distance between the emitter 17 and the collector electrode 11 is shortened, and the traveling time of carriers from the emitter 17 to the collector 15 is shortened. Therefore, a single-crystal silicon thin film transistor having a BiCMOS structure with higher speed and higher performance than the conventional one can be obtained.

また、半導体装置1の製造方法は、上記の剥離用物質が、水素及び不活性物質の混合物であってもよい。   In the method for manufacturing the semiconductor device 1, the peeling material may be a mixture of hydrogen and an inert material.

水素は有効な剥離用物質であるが、Siデバイスのアクセプタの活性度を低下させる場合がある。従って、不活性物質を混合させれば、より水素の割合が減少し、これによって水素起因のアクセプタの活性度低下の軽減効果が得られる。   Hydrogen is an effective stripping material, but may reduce the activity of the Si device acceptor. Therefore, if an inert substance is mixed, the proportion of hydrogen is further reduced, thereby obtaining an effect of reducing the decrease in acceptor activity caused by hydrogen.

さらに、半導体装置1の製造方法は、第1平坦化膜30を形成した後で且つ剥離層91を形成する前に、縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部10形成部分の第1平坦化膜30の膜厚さの方が、CMOS構造トランジスタ素子部9,9’の形成部分の第1平坦化膜30の膜厚さよりも薄くなるように、第1平坦化膜30に段差部32を形成させてもよい。   Further, in the method of manufacturing the semiconductor device 1, after the first planarization film 30 is formed and before the release layer 91 is formed, the film of the first planarization film 30 in the portion where the vertical bipolar structure transistor element portion 10 is formed. Even if the stepped portion 32 is formed in the first planarizing film 30 such that the thickness is thinner than the thickness of the first planarizing film 30 in the formation part of the CMOS structure transistor element portions 9 and 9 ′. Good.

このように段差部32を形成した第1平坦化膜30を介して剥離用物質をイオンにして単結晶シリコン基板90に注入すると、第1平坦化膜30の膜厚さによってできる表面形状に対応した形状の剥離層91が単結晶シリコン基板90中に形成される。すなわち、剥離層91が、縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部10の下方では深く、且つ、CMOS構造トランジスタ素子部9,9’の下方では浅く形成される。すると、この剥離層91で単結晶シリコン基板90の一部を剥離させた後にそれぞれのトランジスタ5,6上に残っている単結晶シリコン層を同時にエッチング等で除去するだけで、単結晶シリコン層が厚い部分と薄い部分との差を変えずに、薄膜化を行うことができる。従って、縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ5に比べて薄いCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ6に形成する単結晶シリコン層の薄膜化を容易に行うことができる。   When the release material is ionized and implanted into the single crystal silicon substrate 90 through the first planarization film 30 having the stepped portion 32 in this way, the surface shape that can be formed according to the thickness of the first planarization film 30 is accommodated. A release layer 91 having the above shape is formed in the single crystal silicon substrate 90. That is, the release layer 91 is formed deep below the vertical bipolar structure transistor element portion 10 and shallow below the CMOS structure transistor element portions 9 and 9 ′. Then, after the part of the single crystal silicon substrate 90 is peeled off by the peeling layer 91, the single crystal silicon layer remaining on each of the transistors 5 and 6 is simultaneously removed by etching or the like. Thin film formation can be performed without changing the difference between the thick and thin portions. Accordingly, it is possible to easily reduce the thickness of the single crystal silicon layer formed in the single crystal silicon thin film transistor 6 having the thin CMOS structure as compared with the single crystal silicon thin film transistor 5 having the vertical bipolar structure.

産業上の利用分野Industrial application fields

以上説明したように、本発明は、縦型バイポーラ構造の単結晶Si薄膜トランジスタを備えた半導体装置及びその製造方法並びに表示装置について有用である。   As described above, the present invention is useful for a semiconductor device including a single-crystal Si thin film transistor having a vertical bipolar structure, a manufacturing method thereof, and a display device.

BiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ2の製造方法における素子部形成ステップを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the element part formation step in the manufacturing method of the single crystal silicon thin-film transistor 2 of a BiCMOS structure. BiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ2の製造方法における第1平坦化膜形成ステップを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st planarization film | membrane formation step in the manufacturing method of the single crystal silicon thin-film transistor 2 of a BiCMOS structure. BiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ2の製造方法における段差部形成ステップを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the level | step-difference part formation step in the manufacturing method of the single crystal silicon thin-film transistor 2 of a BiCMOS structure. BiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ2の製造方法における剥離層形成ステップを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the peeling layer formation step in the manufacturing method of the single crystal silicon thin-film transistor 2 of a BiCMOS structure. BiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ2の製造方法における第1電極形成ステップを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st electrode formation step in the manufacturing method of the single crystal silicon thin-film transistor 2 of a BiCMOS structure. BiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ2の製造方法における第2平坦化膜形成ステップを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd planarization film formation step in the manufacturing method of the single crystal silicon thin-film transistor 2 of a BiCMOS structure. BiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ2の製造方法における基板接合ステップを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the board | substrate joining step in the manufacturing method of the single crystal silicon thin-film transistor 2 of a BiCMOS structure. BiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ2の製造方法における基板除去ステップを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the board | substrate removal step in the manufacturing method of the single crystal silicon thin-film transistor 2 of a BiCMOS structure. BiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ2の製造方法における薄膜化ステップを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the thin film formation step in the manufacturing method of the single crystal silicon thin-film transistor 2 of a BiCMOS structure. BiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ2の製造方法における第2電極形成ステップを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd electrode formation step in the manufacturing method of the single crystal silicon thin-film transistor 2 of a BiCMOS structure. 本発明の実施形態に係る半導体装置1の断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor device 1 according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る表示装置94の平面図である。It is a top view of the display apparatus 94 which concerns on embodiment of this invention. 従来の縦型バイポーラ構造のトランジスタ100の断面図である。1 is a cross-sectional view of a conventional transistor 100 having a vertical bipolar structure.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体装置
2 BiCMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ
3 非単結晶シリコン薄膜トランジスタ
4 絶縁性基板
5 縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ
6 CMOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ
7 n型MOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ
8 p型MOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタ
9,9’CMOS構造トランジスタ素子部
10 縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部
11,104 コレクタ電極
12 ベース電極
13 エミッタ電極
15,110 コレクタ
16,101 ベース
17,102 エミッタ
30 第1平坦化膜
31 第2平坦化膜
32 段差部
40,120 n型ソース
41,121 n型ドレイン
42,122 n型ゲート
45,55,125,135 ソース電極
46,56,126,136 ドレイン電極
47,57,127,137 ゲート電極
50,130 p型ソース
51,131 p型ドレイン
52,132 p型ゲート
71,73,111 素子分離壁
81 シリコン非単結晶層
90 単結晶シリコン基板
91 剥離層
94 表示装置
95 アクティブマトリクス基板
105 半導体基板
106 リーチスルー
107 外部ベース
108 高濃度p型ポリシリコン領域
109 高濃度n型ポリシリコン領域
112 SiO2膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 2 BiCMOS structure single crystal silicon thin film transistor 3 Non-single crystal silicon thin film transistor 4 Insulating substrate 5 Vertical bipolar structure single crystal silicon thin film transistor 6 CMOS structure single crystal silicon thin film transistor 7 n type MOS structure single crystal silicon thin film transistor 8 p-type MOS structure single crystal silicon thin film transistor 9, 9 ′ CMOS structure transistor element section 10 vertical bipolar structure transistor element section 11, 104 collector electrode 12 base electrode 13 emitter electrode 15, 110 collector 16, 101 base 17, 102 emitter 30 First planarizing film 31 Second planarizing film 32 Stepped portion 40, 120 n-type source 41, 121 n-type drain 42, 122 n-type gate 45, 55, 125, 135 Source electrode 46, 56, 1 6, 136 Drain electrodes 47, 57, 127, 137 Gate electrodes 50, 130 p-type sources 51, 131 p-type drains 52, 132 p-type gates 71, 73, 111 Element isolation wall 81 Silicon non-single crystal layer 90 Single crystal silicon Substrate 91 Release layer 94 Display device 95 Active matrix substrate 105 Semiconductor substrate 106 Reach-through 107 External base 108 High-concentration p-type polysilicon region 109 High-concentration n-type polysilicon region 112 SiO 2 film

Claims (7)

絶縁性基板と、
上記絶縁性基板上に設けられた縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタと、
を備え、
上記単結晶シリコン薄膜トランジスタは、
最上層のコレクタ、中間層のベース及び最下層のエミッタにより積層構造が構成された素子部と、
上記素子部のコレクタよりも上層側に設けられて該コレクタに電気的に接続されたコレクタ電極と、
上記素子部のエミッタよりも下層側に設けられて該エミッタに電気的に接続されたエミッタ電極と、
を有することを特徴とする半導体装置。
An insulating substrate;
A single-crystal silicon thin film transistor having a vertical bipolar structure provided on the insulating substrate;
With
The single crystal silicon thin film transistor is
An element part in which a laminated structure is constituted by the collector of the uppermost layer, the base of the intermediate layer and the emitter of the lowermost layer;
A collector electrode provided on the upper layer side of the collector of the element portion and electrically connected to the collector;
An emitter electrode provided on a lower layer side than the emitter of the element portion and electrically connected to the emitter;
A semiconductor device comprising:
請求項1に記載された半導体装置において、
上記絶縁性基板上に、MOS構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタをさらに備えたことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device comprising a single-crystal silicon thin film transistor having a MOS structure on the insulating substrate.
請求項2に記載された半導体装置において、
上記絶縁性基板上に、非単結晶シリコン薄膜トランジスタをさらに備えたことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2,
A semiconductor device, further comprising a non-single-crystal silicon thin film transistor on the insulating substrate.
絶縁性基板と、
上記絶縁性基板上に設けられた縦型バイポーラ構造の単結晶シリコン薄膜トランジスタと、
シリコン薄膜トランジスタにより構成されたアクティブマトリクス基板を包含する表示装置であって、
上記単結晶シリコン薄膜トランジスタは、
最上層のコレクタ、中間層のベース及び最下層のエミッタにより積層構造が構成された素子部と、
上記素子部のコレクタよりも上層側に設けられて該コレクタに電気的に接続されたコレクタ電極と、
上記素子部のエミッタよりも下層側に設けられて該エミッタに電気的に接続されたエミッタ電極と、
を有することを特徴とする表示装置。
An insulating substrate;
A single-crystal silicon thin film transistor having a vertical bipolar structure provided on the insulating substrate;
A display device including an active matrix substrate composed of silicon thin film transistors,
The single crystal silicon thin film transistor is
An element part in which a laminated structure is constituted by the collector of the uppermost layer, the base of the intermediate layer and the emitter of the lowermost layer;
A collector electrode provided on the upper layer side of the collector of the element portion and electrically connected to the collector;
An emitter electrode provided on a lower layer side than the emitter of the element portion and electrically connected to the emitter;
A display device comprising:
単結晶シリコン基板上に、最上層のコレクタ、中間層のベース及び最下層のエミッタにより積層構造が構成された縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部と、ゲート、ソース及びドレインで構成されたMOS構造のトランジスタ素子部と、を形成する素子部形成ステップと、
上記縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部及びMOS構造トランジスタ素子部を形成した単結晶シリコン基板上を覆うように第1平坦化膜を形成する第1平坦化膜形成ステップと、
上記単結晶シリコン基板に上記第1平坦化膜を介して剥離用物質をイオンにして注入することにより剥離層を形成する剥離層形成ステップと、
上記剥離層を形成した上記単結晶シリコン基板に、上記縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部のベース及びエミッタにそれぞれ電気的に接続されたベース電極及びエミッタ電極、並びに、上記MOS構造トランジスタ素子部のゲート、ソース及びドレインのそれぞれに電気的に接続されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する第1電極形成ステップと、
上記ベース電極及びエミッタ電極、並びに、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成した単結晶シリコン基板上を覆うように第2平坦化膜を形成する第2平坦化膜形成ステップと、
上記単結晶シリコン基板を上記第2平坦化膜の表面が接触面となるように絶縁性基板に接合する基板接合ステップと、
上記絶縁性基板上に設けた上記単結晶シリコン基板を、上記剥離層に沿って素子部形成側部分の反対側の部分を除去する基板除去ステップと、
上記単結晶シリコン基板の素子部形成側部分から薄膜化を行う薄膜化ステップと、
上記薄膜化により露出させた上記縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部のコレクタに電気的に接続されるコレクタ電極、および各トランジスタを電気的に接続する配線を形成する第2電極形成ステップと、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A vertical bipolar transistor element having a stacked structure composed of a collector on the uppermost layer, a base on the intermediate layer and an emitter on the lowermost layer on a single crystal silicon substrate, and a transistor having a MOS structure composed of a gate, a source and a drain An element portion forming step for forming an element portion;
A first planarizing film forming step of forming a first planarizing film so as to cover the single crystal silicon substrate on which the vertical bipolar transistor element and the MOS transistor element are formed;
A release layer forming step of forming a release layer by implanting ions of a release material into the single crystal silicon substrate through the first planarization film;
A base electrode and an emitter electrode that are electrically connected to a base and an emitter of the vertical bipolar structure transistor element portion, respectively, and a gate of the MOS structure transistor element portion; A first electrode forming step of forming a gate electrode, a source electrode and a drain electrode electrically connected to each of the source and the drain;
A second planarization film forming step of forming a second planarization film so as to cover the single crystal silicon substrate on which the base electrode and the emitter electrode, and the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode are formed;
A substrate bonding step of bonding the single crystal silicon substrate to an insulating substrate such that the surface of the second planarization film becomes a contact surface;
A substrate removal step of removing the portion of the single crystal silicon substrate provided on the insulating substrate on the opposite side of the element portion formation side portion along the release layer;
A thinning step of thinning from the element part forming side portion of the single crystal silicon substrate;
A second electrode forming step of forming a collector electrode electrically connected to the collector of the vertical bipolar transistor element portion exposed by the thinning, and a wiring electrically connecting each transistor;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
請求項5に記載された半導体装置の製造方法において、
上記剥離用物質は、水素及び不活性ガスの混合物であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the peeling material is a mixture of hydrogen and an inert gas.
請求項6に記載された半導体装置の製造方法において、
上記第1平坦化膜形成ステップの後で且つ上記剥離層形成ステップの前に、上記縦型バイポーラ構造トランジスタ素子部の形成部分の上記第1平坦化膜の膜厚さの方が、上記MOS構造トランジスタ素子部の形成部分の上記第1平坦化膜の膜厚さよりも薄くなるように、該第1平坦化膜に段差部を形成する段差部形成ステップをさらに備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
















In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 6,
After the first planarization film forming step and before the release layer forming step, the thickness of the first planarization film in the formation part of the vertical bipolar structure transistor element portion is greater than the MOS structure. A semiconductor device further comprising a step portion forming step for forming a step portion in the first planarization film so that the thickness of the formation portion of the transistor element portion is thinner than the thickness of the first planarization film. Manufacturing method.
















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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009084125A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-09 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
WO2009084309A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-09 Sharp Kabushiki Kaisha Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device manufactured by the method
US8421076B2 (en) 2007-12-27 2013-04-16 Sharp Kabushiki Kaisha Insulating substrate for semiconductor apparatus, semiconductor apparatus, and method for manufacturing semiconductor apparatus

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02170540A (en) * 1988-12-23 1990-07-02 Seiko Epson Corp Semiconductor device
JPH08111423A (en) * 1994-08-15 1996-04-30 Toshiba Corp Semiconductor device and fabrication thereof
JP2004165600A (en) * 2002-09-25 2004-06-10 Sharp Corp Single-crystal silicon substrate, semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2004288780A (en) * 2003-03-20 2004-10-14 Sharp Corp Semiconductor device and its manufacturing method
EP1526567A2 (en) * 2003-10-22 2005-04-27 Sharp Kabushiki Kaisha Bonded semiconductor device having alignment mark and fabrication method for the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02170540A (en) * 1988-12-23 1990-07-02 Seiko Epson Corp Semiconductor device
JPH08111423A (en) * 1994-08-15 1996-04-30 Toshiba Corp Semiconductor device and fabrication thereof
JP2004165600A (en) * 2002-09-25 2004-06-10 Sharp Corp Single-crystal silicon substrate, semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2004288780A (en) * 2003-03-20 2004-10-14 Sharp Corp Semiconductor device and its manufacturing method
EP1526567A2 (en) * 2003-10-22 2005-04-27 Sharp Kabushiki Kaisha Bonded semiconductor device having alignment mark and fabrication method for the same
JP2005150686A (en) * 2003-10-22 2005-06-09 Sharp Corp Semiconductor device and its manufacturing method

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009084125A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-09 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
WO2009084309A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-09 Sharp Kabushiki Kaisha Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device manufactured by the method
US8188564B2 (en) 2007-12-27 2012-05-29 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor device having a planarizing film formed in a region of a step portion
US8207046B2 (en) 2007-12-27 2012-06-26 Sharp Kabushiki Kaisha Method for producing semiconductor device and semiconductor device produced by same method
US8421076B2 (en) 2007-12-27 2013-04-16 Sharp Kabushiki Kaisha Insulating substrate for semiconductor apparatus, semiconductor apparatus, and method for manufacturing semiconductor apparatus

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