JP2009135453A - 半導体装置の作製方法、半導体装置及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ベース基板101、絶縁層116、接合層114、半導体層115を有するSOI基板に、レーザー光122を照射することにより半導体層115上面を溶融させ、冷却、固化することで、機械的な研磨を行わなくても、平坦性が優れたSOI半導体装置を提供できる。また、レーザー光の端部が照射された領域の半導体層は半導体素子として用いずに、レーザー光の端部以外が照射された領域の半導体層を半導体素子として用いることにより、半導体装置の性能を大きく向上することができる。
【選択図】図2
Description
本実施の形態では、半導体装置の作製方法の一例について説明する。
・加速電圧 10kV以上100kV以下(好ましくは30kV以上80kV以下)
・ドーズ量 1×1016/cm2以上4×1016/cm2以下
・ビーム電流密度 2μA/cm2以上(好ましくは5μA/cm2以上、より好ましくは10μA/cm2以上)
上記のような水素プラズマ中には、H+、H2 +、H3 +といった水素イオン種が存在する。ここで、各水素イオン種の反応過程(生成過程、消滅過程)について、以下に反応式を列挙する。
e+H→e+H++e ・・・・・ (1)
e+H2→e+H2 ++e ・・・・・ (2)
e+H2→e+(H2)*→e+H+H ・・・・・ (3)
e+H2 +→e+(H2 +)*→e+H++H ・・・・・ (4)
H2 ++H2→H3 ++H ・・・・・ (5)
H2 ++H2→H++H+H2 ・・・・・ (6)
e+H3 +→e+H++H+H ・・・・・ (7)
e+H3 +→H2+H ・・・・・ (8)
e+H3 +→H+H+H ・・・・・ (9)
上記のように、H3 +は、主として反応式(5)により表される反応過程により生成される。一方で、反応式(5)と競合する反応として、反応式(6)により表される反応過程が存在する。H3 +が増加するためには、少なくとも、反応式(5)の反応が、反応式(6)の反応より多く起こる必要がある(なお、H3 +が減少する反応としては他にも(7)、(8)、(9)が存在するため、(5)の反応が(6)の反応より多いからといって、必ずしもH3 +が増加するとは限らない。)。反対に、反応式(5)の反応が、反応式(6)の反応より少ない場合には、プラズマ中におけるH3 +の割合は減少する。
ここで、イオン種の割合(特にH3 +の割合)が異なる例を示す。図28は、100%水素ガス(イオン源の圧力:4.7×10−2Pa)から生成されるイオンの質量分析結果を示すグラフである。なお、上記質量分析は、イオン源から引き出されたイオンを測定することにより行った。横軸はイオンの質量である。スペクトル中、質量1、2、3のピークは、それぞれ、H+、H2 +、H3 +に対応する。縦軸は、スペクトルの強度であり、イオンの数に対応する。図28では、質量が異なるイオンの数量を、質量3のイオンを100とした場合の相対比で表している。図28から、上記イオン源により生成されるイオンの割合は、H+:H2 +:H3 +=1:1:8程度となることが分かる。なお、このような割合のイオンは、プラズマを生成するプラズマソース部(イオン源)と、当該プラズマからイオンビームを引き出すための引出電極などから構成されるイオンドーピング装置によっても得ることが出来る。
図28のような複数のイオン種を含むプラズマを生成し、生成されたイオン種を質量分離しないで単結晶半導体基板に照射する場合、単結晶半導体基板の表面には、H+、H2 +、H3 +の各イオンが照射される。イオンの照射からイオン導入領域形成にかけてのメカニズムを再現するために、以下の5種類のモデルを考える。
1.照射されるイオン種がH+で、照射後もH+(H)である場合
2.照射されるイオン種がH2 +で、照射後もH2 +(H2)のままである場合
3.照射されるイオン種がH2 +で、照射後に2個のH(H+)に分裂する場合
4.照射されるイオン種がH3 +で、照射後もH3 +(H3)のままである場合
5.照射されるイオン種がH3 +で、照射後に3個のH(H+)に分裂する場合。
上記のモデルを基にして、水素イオン種をSi基板に照射する場合のシミュレーションを行った。シミュレーション用のソフトウェアとしては、SRIM(the Stopping and Range of Ions in Matter:モンテカルロ法によるイオン導入過程のシミュレーションソフトウェア、TRIM(the Transport of Ions in Matter)の改良版)を用いている。なお、計算の関係上、モデル2ではH2 +を質量2倍のH+に置き換えて計算した。また、モデル4ではH3 +を質量3倍のH+に置き換えて計算した。さらに、モデル3ではH2 +を運動エネルギー1/2のH+に置き換え、モデル5ではH3 +を運動エネルギー1/3のH+に置き換えて計算を行った。
[フィッティング関数]
=X/V×[モデル1のデータ]+Y/V×[モデル5のデータ]
・モデル3に示される照射過程により導入される水素は、モデル5の照射過程と比較して僅かであるため、除外して考えても大きな影響はない(SIMSデータにおいても、ピークが現れていない)。
・モデル5とピーク位置の近いモデル3は、モデル5において生じるチャネリング(結晶の格子構造に起因する元素の移動)により隠れてしまう可能性が高い。すなわち、モデル3のフィッティングパラメータを見積もるのは困難である。これは、本シミュレーションが非晶質Siを前提としており、結晶性に起因する影響を考慮していないことによるものである。
図28に示すようなH3 +の割合を高めた水素イオン種を基板に照射することで、H3 +に起因する複数のメリットを享受することができる。例えば、H3 +はH+やHなどに分離して基板内に導入されるため、主にH+やH2 +を照射する場合と比較して、イオンの導入効率を向上させることができる。これにより、半導体基板の生産性向上を図ることができる。また、同様に、H3 +が分離した後のH+やHの運動エネルギーは小さくなる傾向にあるから、薄い半導体層の製造に向いている。
・領域a:半導体層が完全溶融(又は微結晶化)するエネルギー密度未満、且つ、完全溶融と部分溶融との境界となるエネルギー密度の85%以上
・領域b:完全溶融と部分溶融との境界となるエネルギー密度の85%未満(1%以上)
・領域c:完全溶融と部分溶融との境界となるエネルギー密度の1%未満(実質的なゼロ)
・領域a:平均面粗さが1.5nm未満、自乗平均面粗さが2nm未満
・領域b:平均面粗さが(7nm未満)1.5nm以上、自乗平均面粗さが(10nm未満)2nm以上
・領域c:平均面粗さが7nm以上、自乗平均面粗さが10nm以上
・原子間力顕微鏡(AFM):走査型プローブ顕微鏡SPI3800N/SPA500(セイコーインスツルメンツ社製)
・測定モード:ダイナミックフォースモード(DFMモード)
・カンチレバー:SI−DF40(シリコン製、バネ定数40N/m以上45N/m以下、共振周波数250kHz以上390kHz以下、探針の先端R≦10nm)
・走査速度:1.0Hz
・測定点数:256×256点
・領域a:ピーク波数は520.4cm−1以上(520.6cm−1以下)
・領域b:ピーク波数は520.4cm−1未満519.0cm−1以上
・領域c:ピーク波数は519.0cm−1未満
・ラマン装置:U1000(堀場製作所製)
・励起波長:532nm(Nd:YAGレーザーの第2高調波)
・測定面積:約1μmΦ
本実施の形態では、図7及び8を参照してSOI基板の作製方法の別の一例について説明する。
本実施の形態では、図9及び10を参照してSOI基板の作製方法の別の一例について説明する。
本実施の形態では、半導体装置を作製する際に領域b(及び領域c)を除去して島状の半導体層を形成する方法について、図11及び12を用いて説明する。
本実施の形態では、半導体装置の製造方法の一例について、図13乃至16を参照して説明する。なお、本実施の形態においては、半導体装置の一例として液晶表示装置を挙げて説明するが、半導体装置は液晶表示装置に限られるものではない。
本実施の形態では、発光素子を有する半導体装置(エレクトロルミネッセンス表示装置)について説明する。なお、周辺回路領域や画素領域等に用いられるトランジスタの作製方法は、実施の形態5を参照することができるため、詳細については省略する。
本実施の形態では、半導体装置の別の例について、図18及び19を参照して説明する。なお、本実施の形態においては、マイクロプロセッサ及び電子タグ(無線タグとも呼ぶ)を例に挙げて説明するが、半導体装置はこれらに限られるものではない。
本実施の形態では、半導体装置、特に表示装置を用いた電子機器について、図20及び21を参照して説明する。
本実施の形態では、半導体装置、特に無線タグ(RFIDタグとも呼ぶ)の用途について、図22を参照して説明する。
・波長:308nm(XeClエキシマレーザー)
・エネルギー密度:661.7mJ/cm2(ピーク値)
・繰り返し周波数:30Hz
・走査速度:1mm/sec
・照射パルス数:約10パルス(オーバーラップ率:89%)
・領域a:平均面粗さが1.5nm未満、自乗平均面粗さが2nm未満
・領域b:平均面粗さが1.5nm以上、自乗平均面粗さが2nm以上
・波長:308nm(XeClエキシマレーザー)
・レーザー光のエネルギー密度:567.1mJ/cm2(ピーク値)
・繰り返し周波数:30Hz
・走査速度:8mm/sec
・照射パルス数:約1パルス(オーバーラップ率:11%)
・領域a:520.4cm−1以上(520.6cm−1以下)
・領域b:520.4cm−1未満
102 絶縁層
103 窒化酸化シリコン膜
104 酸化窒化シリコン膜
105 接合層
115A 半導体層
115B 半導体層
111 半導体基板
112 保護膜
113 損傷領域
114 接合層
115 半導体層
116 絶縁層
117 酸化窒化シリコン膜
118 窒化酸化シリコン膜
121 イオンビーム
122 レーザー光
131 SOI基板
131B SOI基板
132 SOI基板
132A SOI基板
132B SOI基板
133 SOI基板
133A SOI基板
133B SOI基板
402 半導体層
404 半導体層
406 ゲート絶縁層
408 電極
410 不純物領域
412 不純物領域
414 サイドウォール
416 高濃度不純物領域
418 低濃度不純物領域
420 チャネル形成領域
422 高濃度不純物領域
424 低濃度不純物領域
426 チャネル形成領域
428 nチャネル型トランジスタ
430 pチャネル型トランジスタ
432 絶縁層
434 絶縁層
436 導電層
438 導電層
1100 ベース基板
1102 レジストマスク
1104 半導体層
1200 ベース基板
1202 レジストマスク
1204 半導体層
1210 パターン
1300 基板
1302 絶縁層
1304 絶縁層
1306 単結晶半導体層
1308 ゲート絶縁層
1310 単結晶半導体層
1312 単結晶半導体層
1314 単結晶半導体層
1316a マスク
1316b マスク
1316c マスク
1316d マスク
1316e マスク
1318a ゲート電極層
1318b ゲート電極層
1318c ゲート電極層
1318d ゲート電極層
1318e 導電層
1320a 導電層
1320b 導電層
1320c 導電層
1320d 導電層
1320e 導電層
1322a ゲート電極層
1322b ゲート電極層
1322c ゲート電極層
1322d ゲート電極層
1322e 導電層
1324a ゲート電極層
1324b ゲート電極層
1324c ゲート電極層
1324d ゲート電極層
1324e 導電層
1326a n型不純物領域
1326b n型不純物領域
1328a n型不純物領域
1328b n型不純物領域
1330a n型不純物領域
1330b n型不純物領域
1330c n型不純物領域
1332a マスク
1332b マスク
1332c マスク
1334a n型不純物領域
1334b n型不純物領域
1336a n型不純物領域
1336b n型不純物領域
1338 チャネル形成領域
1340a n型不純物領域
1340b n型不純物領域
1340c n型不純物領域
1342a n型不純物領域
1342b n型不純物領域
1342c n型不純物領域
1342d n型不純物領域
1344a チャネル形成領域
1344b チャネル形成領域
1346a マスク
1346b マスク
1348a p型不純物領域
1348b p型不純物領域
1350a p型不純物領域
1350b p型不純物領域
1352 チャネル形成領域
1354 絶縁膜
1356 絶縁膜
1358a ドレイン電極層
1358b ドレイン電極層
1360a ドレイン電極層
1360b ドレイン電極層
1362a ドレイン電極層
1362b ドレイン電極層
1364 pチャネル型薄膜トランジスタ
1366 nチャネル型薄膜トランジスタ
1368 nチャネル型薄膜トランジスタ
1370 容量配線
1372 絶縁膜
1374 画素電極層
1376 外部端子接続領域
1378 封止領域
1380 周辺駆動回路領域
1382 画素領域
1600 対向基板
1602 絶縁層
1604 液晶層
1606 絶縁層
1608 導電層
1610 着色層
1612 偏光子
1614 シール材
1616 スペーサ
1618 偏光子
1620 端子電極層
1622 異方性導電体層
1624 FPC
1700 素子基板
1730 外部端子接続領域
1732 封止領域
1734 駆動回路領域
1736 画素領域
1750 薄膜トランジスタ
1752 薄膜トランジスタ
1754 薄膜トランジスタ
1756 薄膜トランジスタ
1760 発光素子
1762 電極層
1764 発光層
1766 電極層
1768 絶縁層
1770 充填材
1772 シール材
1774 配線層
1776 端子電極層
1778 異方性導電層
1780 FPC
1790 封止基板
1800 マイクロプロセッサ
1801 演算回路
1802 演算回路制御部
1803 命令解析部
1804 制御部
1805 タイミング制御部
1806 レジスタ
1807 レジスタ制御部
1808 バスインターフェース
1809 ROM
1810 ROMインターフェース
1900 無線タグ
1901 アナログ回路部
1902 デジタル回路部
1903 共振回路
1904 整流回路
1905 定電圧回路
1906 リセット回路
1907 発振回路
1908 復調回路
1909 変調回路
1910 RFインターフェース
1911 制御レジスタ
1912 クロックコントローラ
1913 CPUインターフェース
1914 CPU
1915 RAM
1916 ROM
1917 アンテナ
1918 容量部
1919 電源管理回路
2001 筺体
2002 支持台
2003 表示部
2004 スピーカー部
2005 ビデオ入力端子
2011 本体
2012 表示部
2013 受像部
2014 操作キー
2015 外部接続ポート
2016 シャッターボタン
2021 本体
2022 筐体
2023 表示部
2024 キーボード
2025 外部接続ポート
2026 ポインティングデバイス
2031 本体
2032 表示部
2033 スイッチ
2034 操作キー
2035 赤外線ポート
2041 本体
2042 筐体
2043 表示部
2044 表示部
2045 記録媒体読み込み部
2046 操作キー
2047 スピーカー部
2051 本体
2052 表示部
2053 操作キー
2061 本体
2062 表示部
2063 筐体
2064 外部接続ポート
2065 リモコン受信部
2066 受像部
2067 バッテリー
2068 音声入力部
2069 操作キー
2071 本体
2072 筐体
2073 表示部
2074 音声入力部
2075 音声出力部
2076 操作キー
2077 外部接続ポート
2078 アンテナ
2100 携帯電子機器
2101 筐体
2102 筐体
2111 表示部
2112 スピーカー
2113 マイクロフォン
2114 操作キー
2115 ポインティングデバイス
2116 カメラ用レンズ
2117 外部接続端子
2121 キーボード
2122 外部メモリスロット
2123 カメラ用レンズ
2124 ライト
2125 イヤフォン端子
Claims (12)
- 単結晶半導体基板の主表面にイオンを照射して損傷領域を形成し、
前記単結晶半導体基板の主表面に絶縁層を形成し、
前記絶縁層と、絶縁表面を有する基板とを接合させ、
前記単結晶半導体基板を、前記損傷領域において分離させることにより、前記絶縁表面を有する基板上に単結晶半導体層を形成し、
前記単結晶半導体層の一部の領域にパルスレーザー光を照射することにより、前記単結晶半導体層の欠陥を低減し、且つ、表面の平坦性を向上させ、
前記パルスレーザー光の端部以外が照射された領域の前記単結晶半導体層を用いて半導体素子の活性層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 単結晶半導体基板の主表面にイオンを照射して損傷領域を形成し、
絶縁表面を有する基板上に絶縁層を形成し、
前記単結晶半導体基板と、前記絶縁層とを接合させ、
前記単結晶半導体基板を、前記損傷領域において分離させることにより、前記絶縁表面を有する基板上に単結晶半導体層を形成し、
前記単結晶半導体層の一部の領域にパルスレーザー光を照射することにより、前記単結晶半導体層の欠陥を低減し、且つ、表面の平坦性を向上させ、
前記パルスレーザー光の端部以外が照射された領域の前記単結晶半導体層を用いて半導体素子の活性層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1又は2において、
前記絶縁層は、有機シランガスを用いて化学気相成長法により形成される絶縁層を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至3のいずれか一において、
前記絶縁層は、積層構造で形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 絶縁表面上に単結晶半導体層を有する半導体基板を用いた半導体装置の作製方法であって、
前記半導体基板は、前記単結晶半導体層の一部の領域にパルスレーザー光が照射されることにより、前記単結晶半導体層の欠陥が低減され、且つ、表面の平坦性が向上されたものであり、
前記パルスレーザー光の端部以外が照射された領域の前記単結晶半導体層を用いて半導体素子の活性層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至5のいずれか一において、
前記パルスレーザー光の端部以外における光強度は、前記単結晶半導体層が完全溶融する光強度未満、且つ、完全溶融と部分溶融との境界となる光強度の85%以上であり、
前記パルスレーザー光の端部における光強度は、前記境界となる光強度の85%未満であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至6のいずれか一において、
前記パルスレーザー光の端部以外が照射された領域の前記単結晶半導体層表面の平均面粗さは1.5nm未満であり、二乗平方根粗さは2nm未満であり、
前記パルスレーザー光の端部が照射された領域の前記単結晶半導体層表面の平均面粗さは1.5nm以上であり、二乗平方根粗さは2nm以上であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至7のいずれか一において、
前記パルスレーザー光の端部以外が照射された領域の前記単結晶半導体層のラマンピークの波数は520.4cm−1以上であり、
前記パルスレーザー光の端部が照射された領域の前記単結晶半導体層のラマンピークの波数は520.4cm−1未満であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至8のいずれか一において、
前記パルスレーザー光は、エキシマレーザー光であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至9のいずれか一において、
前記パルスレーザー光は、線状の形状を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至10のいずれか一に記載の方法により作製された半導体装置。
- 請求項11に記載の半導体装置を用いた電子機器。
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