JP4366983B2

JP4366983B2 - 複合半導体基板の製造方法

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Publication number: JP4366983B2
Application number: JP2003116773A
Authority: JP
Inventors: 淳人安井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-22
Also published as: JP2004327520A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＯＩ構造を備えた複合半導体基板の製造方法、この方法で製造された複合半導体基板、この複合半導体基板を用いた電気光学装置並びに電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
絶縁体層上に設けられたシリコン層を半導体装置の形成に利用するＳＯＩ（Silicon On Insulator）技術は、α線耐性、ラッチアップ特性、あるいはショートチャネルの抑制効果など、通常の単結晶シリコン基板では達成し得ない優れた特性を示すため、半導体装置の高集積化等を目的としてその開発が進められている。
【０００３】
このようなＳＯＩ構造（絶縁体層上にシリコン層を形成した構造）を形成する方法としては、例えば単結晶シリコン基板の貼り合わせによる方法がある。一般に貼り合わせ法と呼ばれるこの方法は、シリコン層としての単結晶シリコン基板と絶縁体層としての支持基板とを酸化膜を介して重ね合わせ、基板表面のＯＨ基を利用して室温程度で貼り合わせた後、単結晶シリコン基板を研削や研磨、またはエッチングによって薄膜化し、続いて６００℃〜１２００℃程度の熱処理によってシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）させ、貼り合わせ強度を上げて単結晶シリコン層を支持基板上に形成するものである。この手法によれば、単結晶シリコン基板を直接薄膜化するので、シリコン薄膜が結晶性に優れたものとなり、したがって高性能のデバイスを作製することが可能となる。
【０００４】
また、この貼り合わせ法を応用したものとして、単結晶シリコン基板に水素イオンを注入し、これを支持基板と貼り合わせた後、４００〜７００℃程度の熱処理によって薄膜シリコン層を単結晶シリコン基板の水素注入領域から分離し、次に１１００℃程度までの熱処理で貼り合わせ強度を上げる手法が知られている。ここで、透過型の液晶装置などの電気光学装置に上記ＳＯＩ構造を具備した基板を用いる場合、支持基板として石英基板などの透光性基板を用いるため、該透光性基板とシリコン層との熱膨張係数が異なり、前述の貼り合わせ強度を上げるための熱処理工程や熱酸化処理工程などにおいて、熱膨張係数の違いによる熱応力が発生し、その結果、単結晶半導体層（ＳＯＩ層）にスリップや転位、格子欠陥、ＨＦ欠陥等が形成され、デバイス特性に支障をきたすおそれがある。
【０００５】
このような熱膨張係数の違いによる熱応力に対応する技術として、従来、半導体単結晶領域とガラス物質との間に応力緩和層を設け、基板の反り等を低減した技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、貼り合わせ時の熱応力が単結晶半導体層（単結晶シリコン層）に残存してしまうのを防止するため、単結晶シリコン薄膜をパターニングして島状シリコン層を形成し、この島状シリコン層に対して熱酸化処理を行う技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
さらに、陽極酸化によって単結晶半導体基板の一部を多孔質層に変化させ、この多孔質層を応力緩和層として用いる技術が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１４２５７０号公報
【特許文献２】
特開２０００−１２８６４号公報
【特許文献３】
特開２０００−１０６４２４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の半導体単結晶領域とガラス物質との間に応力緩和層を設ける技術（特許文献１）では、形成した応力緩和層を除去することができず、また、この応力緩和層は有色であり非透明であることから、例えば得られた複合半導体基板から透過型の液晶装置を製造することができないといった課題がある。
【０００８】
また、島状シリコン層に対して熱酸化処理を行う技術（特許文献２）では、特にシリコン層を薄膜化するため犠牲酸化を行い、その後犠牲酸化層をウエットエッチングで除去する場合に、ウエットエッチング液が島状シリコン層の間を通ってシリコン層の下地の絶縁層を溶解し、支持基板との間の貼り合わせ界面にまで到達してしまうおそれがある。このようにウエットエッチング液が貼り合わせ界面にまで到達してしまうと、貼り合わせ界面に剥離を生じさせてしまうなどの不都合を生じさせ、例えば得られた複合半導体基板から透過型の液晶装置（ライトバルブ）を製造した場合に、貼り合わせ界面の剥離に起因して表示不良を起こしてしまう。
【０００９】
また、多孔質層を応力緩和層として用いる技術（特許文献３）では、前述したように貼り合わせ後に単結晶シリコン層を薄膜化するため予め水素イオンを注入しておき、熱処理によって薄膜シリコン層を単結晶シリコン基板の水素注入領域から分離する際、単結晶シリコン層と多孔質層との間で水素イオン注入のプロファイルが異なってしまっていることにより、分離が良好になされないおそれがある。また、このようにして分離した後の単結晶シリコン基板については、通常はそのまま別のＳＯＩ基板作製に用いるものの、この技術では、多孔質層が分離した後の単結晶シリコン基板にも残存しているため、これを直接用いることができない。また、貼り合わせのための酸化シリコン層を形成した際、単結晶シリコン層から形成される酸化シリコン層と多孔質層から形成される酸化シリコン層との間に膜質の差が生じ、これによって貼り合わせにむらが生じるおそれもある。
【００１０】
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、半導体基板の製造方法において、貼り合わせ強度を上げるための熱処理工程などで生じる熱応力を緩和して、単結晶半導体層にスリップや転位、格子欠陥、ＨＦ欠陥等が形成されるのを防止することができる簡便な方法を提供することを目的とし、さらに透過型の液晶装置の製造にも適用でき、その場合に表示不良を起こすことも防止することができるとともに、貼り合わせむらも生じ難い複合半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、このような製造方法により得られる複合半導体基板、及び電気光学装置並びに電子機器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の複合半導体基板の製造方法は、単結晶半導体層を備えた半導体基板を支持基板上に貼り合わせてなる複合半導体基板の製造方法であって、前記支持基板と前記半導体基板とを貼り合わせて貼合せ基板を形成する貼合せ工程と、前記貼合せ基板における前記単結晶半導体層の所定領域に水素イオン注入を行う水素イオン注入工程と、前記水素イオン注入後の前記貼合せ基板を熱処理する熱処理工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
この複合半導体基板の製造方法によれば、単結晶半導体層の所定領域に水素イオン注入を行い、その後、貼合せ基板を熱処理するので、熱処理によって貼り合わせ強度を上げることができ、またその際、水素イオンが注入された領域が例えば脆弱層となってこの部分が応力緩和層として機能し、単結晶半導体層にスリップや転位、格子欠陥、ＨＦ欠陥等が形成されるのが防止される。具体的には、注入された水素イオンにより単結晶半導体層の所定領域には微小空乏（マイクロキャビティ）が形成され、この空乏が熱処理により拡大されることで、該所定領域が脆弱化する。そして、この脆弱層が、貼合せ強度向上のための熱処理時に発生する支持基板と半導体基板との間の熱応力を緩和するのである。
【００１３】
ここで、前記水素イオン注入工程においては、前記貼合せ基板における前記単結晶半導体層のうち素子が形成される領域以外の領域に前記水素イオンを注入するものとすることができる。この場合、素子が形成される領域の膜質が水素イオン注入によって損なわれる等の不具合発生が防止され、信頼性の高い複合半導体基板を提供することが可能となる。なお、前記水素イオン注入工程は、前記単結晶半導体層のうちの前記素子の形成を予定する領域上にレジストを形成する工程と、該レジストをマスクとして水素イオンを注入する工程とを含むものとすることができる。
【００１４】
また、前記支持基板と半導体基板とを貼り合わせて貼合せ基板とする工程と、この貼合せ基板の前記所定領域にイオン注入を行う工程との間に、前記貼合せ基板の前記半導体基板をその厚さ方向で分離して前記単結晶半導体層を薄膜化する工程を更に備えたものとすることができる。この場合に、貼合せ基板中の前記半導体基板をその厚さ方向で分離して前記単結晶半導体層を薄膜化した際、この薄膜化前の単結晶半導体層には多孔質層等が設けられていないことから、分離後の単結晶半導体基板については、そのまま別の複合半導体基板（ＳＯＩ基板）作製に用いることができる。
【００１５】
また、前記熱処理を行った後に、熱酸化を行う工程と、この熱酸化によって形成した熱酸化膜をエッチング除去して単結晶半導体層を所望厚さにする工程と、前記所定領域の単結晶半導体層をエッチング除去する工程と、を更に備えたものとすることができる。このようにすれば、熱酸化膜のエッチング除去にウエットエッチングを採用しても、薄膜化した単結晶半導体層が島状に分離させられることなくそのまま残っているので、これを覆って形成された熱酸化膜をエッチングした際にエッチング液が貼り合わせ界面にまで浸透してしまうことがなく、したがって貼り合わせ界面に剥離が生じるといった不都合発生が防止される。
【００１６】
また、前記水素イオン注入後の前記貼合せ基板を熱処理する工程では、相対的に低温で熱処理する一次熱処理工程と、相対的に高温で熱処理する二次熱処理工程とを行うものとすることができる。このようにすれば、水素イオン注入によって生じた空乏が低温の一次熱処理工程において拡大した後、高温の二次熱処理工程において貼合せ強度を向上させることが可能となり、当該熱処理工程により得られる応力緩和効果が一層顕著なものとなる。したがって、該二次熱処理工程の際に素子形成領域における単結晶半導体層に、スリップや転位、格子欠陥、ＨＦ欠陥等が形成されるのがより確実に防止されることとなる。なお、前記一次熱処理を４００〜７００℃程度で、前記二次熱処理を７００℃〜１２００℃程度で行うのが好ましい。
【００１７】
また、前記複合半導体基板の製造方法においては、前記一次熱処理と二次熱処理とを連続的に行うのが好ましい。このようにすれば、常温からいきなり高温での二次熱処理を行うことによる過度な熱応力が発生するのを防止することができる。
【００１８】
また、前記複合半導体基板の製造方法においては、前記単結晶半導体層が、単結晶シリコンからなるのが好ましい。このようにすれば、単結晶半導体層が一般的な単結晶シリコンからなることにより、他の単結晶半導体層を用いた場合に比べ複合半導体基板を安価に製造することが可能になる。
【００１９】
また、前記複合半導体基板の製造方法においては、前記支持基板は、透光性基板であるのが好ましい。このようにすれば、得られた複合半導体基板から例えば透過型の液晶装置（ライトバルブ）を製造することが可能になる。
【００２０】
次に、本発明の複合半導体基板は、前記のいずれかの製造方法によって得られたこを特徴としている。この複合半導体基板によれば、単結晶半導体層にスリップや転位、格子欠陥、ＨＦ欠陥等が形成されるのが防止されていることから、例えばこの単結晶半導体層を薄膜トランジスタなどの半導体素子に形成した場合に良好で信頼性の高いものとなる。
【００２１】
また、本発明の電気光学装置は、前記複合半導体基板を備えたことを特徴としている。この電気光学装置によれば、例えば前記の良好で信頼性の高い半導体素子を有することにより、この電気光学装置自体も良好で信頼性の高いものとなる。
【００２２】
さらに、本発明の電子機器は、前記電気光学装置を備えたことを特徴としている。この電子機器によれば、前記の良好で信頼性の高い電気光学装置を備えることにより、この電子機器自体も良好で信頼性の高いものとなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［実施の形態１］
図１〜図３は、それぞれ本発明の実施の形態１に係るＳＯＩ構造の複合半導体基板（貼り合せ基板）の製造方法を示す工程断面図である。なお、各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を適宜異ならせてある。
【００２４】
本実施の形態では、まず図１（Ａ）に示すように、厚さが例えば７５０μｍの単結晶シリコン基板（半導体基板）２００を用意し、その後、その第１の面２０１および第２の面２０２のうちの少なくとも第１の面２０１の全面に、シリコン酸化膜（絶縁層）２１０を形成する。このシリコン酸化膜２１０は、後述する貼り合わせ工程において第１の面２０１が親水性となる厚さ以上であればよいが、本例では２００ｎｍ程度に形成する。
【００２５】
次に、図１（Ｂ）に示すように第１の面２０１側から水素イオンをシリコン酸化膜２１０が形成された単結晶シリコン基板２００に注入する。その結果、単結晶シリコン基板２００の内部には、図１（Ｂ）中破線で示すような進入深さ分布を備えるイオン注入層が形成される。このときのイオン注入条件としては、例えば加速エネルギーを６０〜１５０ｋｅＶ、ドーズ量を５×１０^１６ｃｍ^−２〜１０×１０^１６ｃｍ^−２とする。
【００２６】
次に、図１（Ｃ）に示すように支持基板５００を準備し、続いて、支持基板５００の表面全体にスパッタリング法、ＣＶＤ法などにより、シリコン酸化膜、ＮＳＧ（ノンドープトシリケートガラス）などの酸化膜（絶縁層）５１０を形成する。次いで、この酸化膜５１０の表面をＣＭＰ法などによって研磨し、平坦化する。ここで、酸化膜５１０の膜厚は、例えば、約４００〜１０００ｎｍ、より好ましくは８００ｎｍ程度とする。なお、支持基板５００として石英などのＳｉＯ_２を主成分とする基板を用いた場合には、この酸化膜５１０の形成工程を省くこともできる。
【００２７】
ここで、前記酸化膜（絶縁層）２１０、５１０は、単結晶シリコン基板（半導体基板）２００と支持基板５００との密着性を確保するために形成されたものである。支持基板５００としては、ガラスや石英などの透光性材料からなる基板（透光性基板）を用いることができる。その場合、得られた複合半導体基板を透過型の電気光学装置、例えば透過型の液晶装置（ライトバルブ）などに応用することができる。
【００２８】
次に、図１（Ｄ）に示すように、単結晶シリコン基板２００の酸化膜５１０側の面５０１と、支持基板５００のシリコン酸化膜２１０側の面とを接合させ、酸化膜２１０、５１０を介して単結晶基板２００を支持基板５００上に室温〜２００℃程度で貼り合わせる。すると、基板表面のＯＨ基の作用により、図１（Ｅ）に示すように単結晶シリコン層２２０と支持基板５００とが絶縁層５５０（酸化膜２１０、５１０）を介して貼り合わされ、これにより複合半導体基板（貼合せ基板）６００が形成される。
【００２９】
ここで、貼り合わせ後の複合半導体基板６００における単結晶シリコン基板２００については、その単結晶シリコン層を例えば２００ｎｍ程度に薄膜化して図１（Ｅ）に示した単結晶シリコン層２２０とする（なお、図面上で認識可能にするため、ここでは単結晶シリコン層２２０を厚く図示してある）。この単結晶シリコン層２２０は、例えば４００℃〜７００℃の低温で熱処理することにより、前記イオン注入層の位置で単結晶シリコン基板２００が分離切断されて形成されたものである。この分離切断現象は、単結晶シリコン基板２００内に導入されたイオンによって半導体結晶の結合が分断されるために生じるものであり、イオン注入層におけるイオン濃度のピーク位置でより顕著なものとなる。したがって、熱処理によって分離切断される位置は、前記イオン濃度のピーク位置と略一致する。なお、上記の分離切断によって露出した単結晶シリコン層２２０の表面は、数ｎｍ程度の凹凸を有するため、ＣＭＰ法により平滑化を行うか、もしくは水素雰囲気中で熱処理を行う水素アニール法によって表面を平滑化しておくのが好ましい。また、このようにして分離した後の単結晶シリコン基板２００については、そのまま別のＳＯＩ基板作製に用いることができる。
【００３０】
また、支持基板５００の表面において、酸化膜５１０の下層側に、モリブデン、タングステンなどの膜を形成しておいてもよい。このような膜は、例えば、熱伝導性膜として機能するので、支持基板５００の温度分布を改善することができる。したがって、例えば、支持基板５００と単結晶シリコン基板２００とを貼り合わせる工程においては、この熱伝導性膜によって貼り合わせ界面の温度分布を均一化することができ、これによりこの界面での貼り合わせを均一にし、貼り合わせ強度を向上させることができる。さらに、透過型の液晶装置などに用いる場合には、モリブデン、タングステンなどの膜は、遮光層として機能させることができる。なお、このような膜に用いることができる材料は上記に挙げたもの以外にも、タンタル、コバルト、チタン等の高融点金属またはそれらを含む合金、もしくは多結晶シリコン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド等に代表されるシリサイド膜などを用いることができる。
【００３１】
続いて、前記単結晶シリコン層２２０上にレジスト層を形成し、さらに露光・現像処理を行うことにより、図２（Ａ）に示すように単結晶シリコン層２２０の素子非形成領域２３０を露出させるレジストパターン６１０を形成する。ここで、素子非形成領域とは、単結晶シリコン層２２０において、能動素子、例えばスイッチング素子や論理回路、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）による素子等を形成しない領域であり、後工程において少なくともエッチング除去する領域である。
【００３２】
ただし、本工程では、図２（Ａ）中に示すように素子非形成領域２３０の全体を露出させることなく、素子形成領域２４０に接する部分、例えば素子形成領域２４０との境界から幅１μｍ程度の部分については、これを露出させることなくレジストパターン６１０で覆うようにする。これは、素子非形成領域２３０に注入した水素イオンが素子形成領域２４０にまで拡散するのを防止するためである。
【００３３】
このようにしてレジストパターン６１０を形成したら、図２（Ｂ）に示すようにこのレジストパターン６１０をマスクにして、露出した素子非形成領域２３０に水素イオン注入を行う。この水素イオン注入は、単結晶シリコン層２２０の素子非形成領域２３０に水素イオンに基づく微小な空乏（マイクロキャビティ）２３１を形成するためのものであり、イオン注入条件としては、この微小空乏２３１を生じさせる条件であれば特に限定されることはない。なお、イオン注入条件の一例を示すと、加速エネルギーを６０〜１５０ｋｅＶ、ドーズ量を１×１０^１５ｃｍ^−２〜５×１０^１５ｃｍ^−２程度とする。
【００３４】
このようにして単結晶シリコン層２２０の素子非形成領域２３０に水素イオン注入を行い、素子非形成領域２３０に微小空乏２３１を形成したら、レジストパターン６１０を除去した後、この水素イオン注入後の複合半導体基板（貼合せ基板）６００を一次熱処理する。この一次熱処理は、後に行う二次熱処理の前処理を兼ねて行うもので、二次熱処理を行う加熱装置内をこの二次熱処理温度より十分に低い温度に調節しておき、その状態で複合半導体基板６００を加熱装置内に入れ、加熱処理を行う。この加熱処理温度（一次熱処理温度）としては、最終的に７００℃以上となるようにして行う。すなわち、例えば加熱装置内を２００℃〜４００℃程度の低温状態にしておいてここに複合半導体基板６００を入れ、その後６００℃以上で７００℃未満の温度に上げ、その状態で所定時間熱処理を行う。すると、先の水素イオン注入によって形成された微小空乏の体積が膨張し、拡張空乏２３２が形成され、該拡張空乏２３２を含む領域が脆弱層２３４となって、素子形成領域２４０よりも脆弱な層が形成され、後の二次熱処理における熱応力を緩和する機能を発現することとなる。
【００３５】
次いで、加熱装置内の温度を７００℃以上、１２００℃以下に上げ、図２（Ｃ）に示すように一次熱処理温度より高い温度による二次熱処理を行う。この二次熱処理は貼り合わせ強度を上げるための工程である。すなわち、複合半導体基板６００の絶縁層５５０に含まれる酸化膜２１０、５１０（図１参照）の貼り合わせ界面に存在する水素（Ｈ）をこの熱処理で揮散させ、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を起こさせることにより、貼り合わせ界面の密着性を上げている。
なお、このような二次熱処理や前記の一次熱処理において、先に注入した水素イオン（不純物）の拡散が起こるものの、前述したようにマージンをとってレジストパターン６１０を形成し、素子非形成領域２３０の全体をイオン注入していないことから、イオン（不純物）が素子形成領域２４０にまで拡散するのが防止されている。
【００３６】
このようにして二次熱処理を行うと、単結晶シリコン基板２００（単結晶シリコン層２２０）と支持基板５００とが異なる材質からなり、したがって通常はこれらの間で熱膨張係数に差があることから、熱応力が生じる。しかしながら、本実施の形態では、先に示したように水素イオンの注入を行うことで単結晶シリコン層２２０に脆弱層２３４を形成し、この脆弱層２３４を応力緩和層として機能させたため、単結晶シリコン層２２０の素子形成領域２４０にスリップや転位、格子欠陥、ＨＦ欠陥等が形成されるのを防止することができる。
【００３７】
また、本実施の形態では、このようにして二次熱処理を行った後、単結晶シリコン層２２０を犠牲酸化法によって所望の厚さにするべく、該単結晶シリコン層２２０を熱酸化（犠牲酸化）して図３（Ａ）に示すように単結晶シリコン層２２０ａ上に熱酸化膜２２５を形成する。
次いで、図３（Ｂ）に示すように、この熱酸化によって形成した熱酸化膜２２５をエッチングで除去し、単結晶シリコン層２２０ａを所望厚さにする。
【００３８】
この熱酸化膜２２５のエッチングにあたっては、その前期ではエッチングの速度を速めて処理時間を短縮するため反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングを採用し、後期では熱酸化膜２２５の下地層である単結晶シリコン層２２０にダメージを与えないよう、ウエットエッチングを採用するのが好ましい。ここで、このように熱酸化膜２２５のエッチング除去にウエットエッチングを採用しても、薄膜化した単結晶シリコン層２２０ａが島状に分離させられることなく連続した状態（素子形成領域２４０と脆弱層２３４とが連続して形成された状態）でそのまま残っているので、これを覆って形成された熱酸化膜２２５をエッチングした際に、エッチング液が支持基板５００と単結晶シリコン基板２００との間の貼り合わせ界面、すなわち絶縁層５５０に含まれる酸化膜５１０とシリコン酸化膜２１０との貼り合わせ界面（図１参照）にまで浸透してしまうことがなく、したがって貼り合わせ界面に剥離が生じるといった不都合が防止される。
【００３９】
次いで、図３（Ｃ）に示すように、素子形成領域２４０の単結晶シリコン層２２０ａを覆うレジストパターン６２０を形成する。続いて、これをマスクにして単結晶シリコン層２２０ａの素子非形成領域２３０たる脆弱層２３４をエッチング除去し、さらに図３（Ｄ）に示すようにレジストパターン６２０を除去して、素子形成領域２４０（図１参照）に単結晶シリコンパターン２２０ｂを形成する。単結晶シリコン層２２０ａのエッチングについては、形成する単結晶シリコンパターン２２０ｂにダメージが与えられないよう、ウエットエッチングを採用するのが好ましい。
【００４０】
このように本実施の形態によれば、薄膜化した単結晶シリコン層２２０ａの、素子非形成領域２３０に水素イオン注入を行って該素子非形成領域２３０に脆弱層２３４を形成し、その後、複合半導体基板６００（貼合せ基板）を二次熱処理するようにしたので、二次熱処理によって貼り合わせ強度を上げることができ、またその際、水素イオン注入を行った素子非形成領域２３０の脆弱層２３４を応力緩和層として機能させることができ、したがって素子形成領域２４０における単結晶シリコン層２２０ａにスリップや転位、格子欠陥、ＨＦ欠陥等が形成されるのを防止することができる。また、前記二次熱処理に先立って一次熱処理を４００℃〜７００℃で行っているので、二次熱処理時の大きな熱応力が生じる前に、確実に微小空乏２３１の体積を拡張させ、拡張空乏２３２とすることができるようになる。
【００４１】
また、前記二次熱処理を行った後に熱酸化を行い、この熱酸化によって形成した熱酸化膜２２５をエッチング除去して単結晶シリコン層２２０ａを所望厚さにしているので、熱酸化膜２２５のエッチング除去にウエットエッチングを採用しても、薄膜化した単結晶シリコン層２２０ａが島状に分離させられることなくそのまま残っていることにより、これを覆って形成された熱酸化膜２２５をエッチングした際にエッチング液が貼り合わせ界面にまで浸透してしまうことがなく、したがって貼り合わせ界面に剥離が生じるといった不都合を防止することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態においては、絶縁層５５０の少なくとも一部に、ＰＳＧ（リンシリケートガラス）、ＢＳＧ（ボロンシリケートガラス）、ＢＰＳＧ（ボロンリンシリケートガラス）などの少なくとも１２００℃以下の熱処理時に流動性もしくは弾性をもつ層を形成しておくようにしてもよい。半導体プロセスで一般的に使われるＢＰＳＧであれば８５０℃以上で流動性を持つ。Ｂ、Ｐの濃度によっては７００℃から流動性を持たせることができる。この流動性の層によって熱応力がより緩和されるため、熱膨張係数の異なる複合半導体基板（ＳＯＩ基板）に好適である。なお、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧを流動性の層に適用する場合には、単結晶シリコンパターン２２０ｂに形成される半導体素子に悪影響を及ぼさないように、窒化シリコン膜などの保護層を流動性の層の上部に設けるのが好ましい。
【００４３】
［実施の形態２］
上記の実施の形態１で説明した方法を各種半導体装置の製造に適用することができる。そこで、本実施形態では、実施の形態１で説明した複合半導体基板（貼り合せ基板）６００を用いて、液晶装置（電気光学装置）のアクティブマトリクス基板（半導体装置）を構成した例を説明する。
【００４４】
（液晶装置の全体構成）
図４は、液晶装置をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図であり、図５は、対向基板を含めて示す図４のＨ−Ｈ′断面図である。
図４において、液晶装置１００のアクティブマトリクス基板１０の上には、シール材５２がその縁に沿って設けられており、その内側領域には、遮光性材料からなる額縁５３が形成されている。シール材５２の外側の領域には、データ線駆動回路１０１および外部入力端子１０２がアクティブマトリクス基板１０の一辺に沿って設けられており、走査線駆動回路１０４が、この一辺に隣接する２辺に沿って形成されている。
【００４５】
走査線に供給される走査信号の遅延が問題にならない場合には、走査線駆動回路１０４は片側だけでもよいことは言うまでもない。また、データ線駆動回路１０１を画像表示領域１０ａの辺に沿って両側に配列してもよい。例えば、奇数列のデータ線は画像表示領域１０ａの一方の辺に沿って配設されたデータ線駆動回路から画像信号を供給し、偶数列のデータ線は画像表示領域１０ａの反対側の辺に沿って配設されたデータ線駆動回路から画像信号を供給するようにしてもよい。このようにデータ線を櫛歯状に駆動するようにすれば、データ線駆動回路１０１の形成面積を拡張することが出来るため、複雑な回路を構成することが可能となる。さらにアクティブマトリクス基板１０の残る一辺には、画像表示領域１０ａの両側に設けられた走査線駆動回路１０４間をつなぐための複数の配線１０５が設けられており、さらに、額縁５３の下などを利用して、プリチャージ回路や検査回路が設けられることもある。また、対向基板２０のコーナー部の少なくとも１箇所においては、アクティブマトリクス基板１０と対向基板２０との間で電気的導通をとるための上下導通材１０６が形成されている。
【００４６】
そして、図５に示すように、図４に示したシール材５２とほぼ同じ輪郭をもつ対向基板２０がこのシール材５２によりアクティブマトリクス基板１０に固着されている。なお、シール材５２は、アクティブマトリクス基板１０と対向基板２０とをそれらの周辺で貼り合わせるための光硬化樹脂や熱硬化性樹脂などからなる接着剤であり、両基板間の距離を所定値とするためのグラスファイバー、あるいはガラスビーズ等のギャップ材が配合されている。
【００４７】
詳しくは後述するが、アクティブマトリクス基板１０には、画素電極９ａがマトリクス状に形成されている。これに対して、対向基板２０には、アクティブマトリクス基板１０に形成されている画素電極（後述する）の縦横の境界領域と対向する領域にブラックマトリクス、あるいはブラックストライプなどと称せられる遮光膜２３が形成され、その上層側には、ＩＴＯ膜からなる対向電極２１が形成されている。
【００４８】
このように形成した液晶装置は、たとえば、後述する投射型液晶表示装置（液晶プロジェクタ）において使用される。この場合、３枚の液晶装置１００がＲＧＢ用のライトバルブとして各々使用され、各液晶装置１００の各々には、ＲＧＢ色分解用のダイクロイックミラーを介して分解された各色の光が投射光として各々入射されることになる。従って、前記した各形態の液晶装置１００にはカラーフィルタが形成されていない。
【００４９】
ただし、対向基板２０において各画素電極９ａに対向する領域にＲＧＢのカラーフィルタをその保護膜とともに形成することにより、投射型液晶表示装置以外にも、後述するモバイルコンピュータ、携帯電話機、液晶テレビなどといった電子機器のカラー液晶表示装置として用いることができる。
【００５０】
さらに、対向基板２０に対して、各画素に対応するようにマイクロレンズを形成することにより、入射光の画素電極９ａに対する集光効率を高めることができるので、明るい表示を行うことができる。さらにまた、対向基板２０に何層もの屈折率の異なる干渉層を積層することにより、光の干渉作用を利用して、ＲＧＢ色をつくり出すダイクロイックフィルタを形成してもよい。このダイクロイックフィルタ付きの対向基板によれば、より明るいカラー表示を行うことができる。
【００５１】
（液晶装置１００の構成および動作）
次に、アクティブマトリクス型の液晶装置（電気光学装置）の電気的構成および動作について、図６ないし図８を参照して説明する。
【００５２】
図６は、液晶装置１００の画像表示領域１０ａを構成するためにマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、および配線などの等価回路図である。図７は、データ線、走査線、画素電極などが形成されたアクティブマトリクス基板において相隣接する画素の平面図である。図８は、図７のＡ−Ａ′線に相当する位置での断面、およびアクティブマトリクス基板と対向基板との間に電気光学物質としての液晶を封入した状態の断面を示す説明図である。なお、これらの図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
【００５３】
図６において、液晶装置１００の画像表示領域１０ａにおいて、マトリクス状に形成された複数の画素の各々には、画素電極９ａ、および画素電極９ａを制御するための画素スイッチング用のＭＩＳ形トランジスタ３０が形成されており、画素信号を供給するデータ線６ａが該ＭＩＳ形トランジスタ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画素信号Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓｎは、この順に線順次に供給する。また、ＭＩＳ形トランジスタ３０のゲートには走査線３ａが電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線３ａにパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｍを、この順に線順次で印加するように構成されている。画素電極９ａは、ＭＩＳ形トランジスタ３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＭＩＳ形トランジスタ３０を一定期間だけそのオン状態とすることにより、データ線６ａから供給される画素信号Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓｎを各画素に所定のタイミングで書き込む。このようにして画素電極９ａを介して液晶に書き込まれた所定レベルの画素信号Ｓ１、Ｓ２、・・・Ｓｎは、後述する対向基板に形成された対向電極との間で一定期間保持される。
【００５４】
ここで、保持された画素信号がリークするのを防ぐことを目的に、画素電極９ａと対向電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０（キャパシタ）を付加することがある。この蓄積容量７０によって、画素電極９ａの電圧は、例えば、ソース電圧が印加された時間よりも３桁も長い時間だけ保持される。これにより、電荷の保持特性は改善され、コントラスト比の高い表示を行うことのできる液晶装置が実現できる。なお、蓄積容量７０を形成する方法としては、容量を形成するための配線である容量線３ｂとの間に形成する場合、あるいは前段の走査線３ａとの間に形成する場合もいずれであってもよい。
【００５５】
図７において、液晶装置１００のアクティブマトリクス基板１０上には、マトリクス状に複数の透明な画素電極９ａ（点線で囲まれた領域）が各画素毎に形成され、画素電極９ａの縦横の境界領域に沿ってデータ線６ａ（一点鎖線で示す）、走査線３ａ（実線で示す）、および容量線３ｂ（実線で示す）が形成されている。
図８に示すように、液晶装置１００は、アクティブマトリクス基板１０と、これに対向配置される対向基板２０とを備えている。
【００５６】
本形態において、アクティブマトリクス基板１０の基体は、後述する貼り合せ基板（複合半導体基板）６００からなり、対向基板２０の基体は、石英基板や耐熱性ガラス板などの透明基板２０ｂからなる。アクティブマトリクス基板１０には画素電極９ａが形成されており、その上側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜１６が形成されている。画素電極９ａは、たとえばＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）膜等の透明な導電性薄膜からなる。また、配向膜１６は、たとえばポリイミド薄膜などの有機薄膜に対してラビング処理を行うことにより形成される。なお、対向基板２０において、対向電極２１の上層側にも、ポリイミド膜からなる配向膜２２が形成され、この配向膜２２も、ポリイミド膜に対してラビング処理が施された膜である。
【００５７】
アクティブマトリクス基板１０の画像表示領域１０ａにおいて、各画素電極９ａに隣接する位置には、各画素電極９ａをスイッチング制御する画素スイッチング用のＭＩＳ形トランジスタ３０が形成されている。また、貼り合せ基板６００の内部には、ＭＩＳ形トランジスタ３０と平面的に重なる領域に、クロム膜などからなる遮光膜１１ａが形成されている。この遮光膜１１ａの表面側には層間絶縁膜１２が形成され、この層間絶縁膜１２の表面側にＭＩＳ形トランジスタ３０が形成されている。すなわち、層間絶縁膜１２は、ＭＩＳ形トランジスタ３０を構成する半導体層１ａを遮光膜１１ａから電気的に絶縁するために設けられるものである。
【００５８】
図７および図８に示すように、画素スイッチング用のＭＩＳ形トランジスタ３０は、ＬＤＤ（ＬｉｇｈｔｌｙＤｏｐｅｄＤｒａｉｎ）構造を有しており、半導体層１ａには、走査線３ａからの電界によりチャネルが形成されるチャネル領域１ａ′、低濃度ソース領域１ｂ、低濃度ドレイン領域１ｃ、高濃度ソース領域１ｄ、並びに高濃度ドレイン領域１ｅが形成されている。また、半導体層１ａの上層側には、この半導体層１ａと走査線３ａとを絶縁するゲート絶縁膜２が形成されている。
ここで、半導体層１ａは、前述した方法で形成された単結晶シリコン層２２０ｂからなっている。
【００５９】
このように構成したＭＩＳ形トランジスタ３０の表面側には、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜４、７が形成されている。層間絶縁膜４の表面には、データ線６ａが形成され、このデータ線６ａは、層間絶縁膜４に形成されたコンタクトホールを介して高濃度ソース領域１ｄに電気的に接続している。層間絶縁膜７の表面にはＩＴＯ膜からなる画素電極９ａが形成されている。画素電極９ａは、層間絶縁膜４、７およびゲート絶縁膜２に形成されたコンタクトホールを介して高濃度ドレイン領域１eに電気的に接続している。この画素電極９ａの表面側にはポリイミド膜からなる配向膜１６が形成されている。この配向膜１６は、ポリイミド膜に対してラビング処理が施された膜である。
【００６０】
また、高濃度ドレイン領域１ｅからの延設部分１ｆ（下電極）に対しては、ゲート絶縁膜２ａと同時形成された絶縁膜（誘電体膜）を介して、走査線３ａと同層の容量線３ｂが上電極として対向することにより、蓄積容量７０が構成されている。
【００６１】
このように構成したアクティブマトリクス基板１０と対向基板２０とは、画素電極９ａと対向電極２１とが対面するように配置され、かつ、これらの基板間には、前記のシール材５３（図４および図５を参照）により囲まれた空間内に電気光学物質としての液晶５０が封入され、挟持される。液晶５０は、画素電極９ａからの電界が印加されていない状態で配向膜により所定の配向状態をとる。液晶５０は、例えば一種または数種のネマティック液晶を混合したものなどからなる。
【００６２】
なお、対向基板２０およびアクティブマトリクス基板１０の光入射側の面あるいは光出射側には、使用する液晶５０の種類、すなわち、ＴＮ（ツイステッドネマティック）モード、ＳＴＮ（スーパーＴＮ）モード等々の動作モードや、ノーマリホワイトモード／ノーマリブラックモードの別に応じて、偏光フィルム、位相差フィルム、偏光板などが所定の向きに配置される。
【００６３】
［電子機器への適用］
次に、電気光学装置を備えた電子機器の一例として投射型液晶表示装置を、図９、図１０を参照して説明する。
まず、図９には、上記の各形態に係る電気光学装置と同様に構成された液晶装置１００を備えた電子機器の構成をブロック図で示してある。
【００６４】
図９において、電子機器が、表示情報出力源１０００、表示情報処理回路１００２、駆動回路１００４、液晶装置１００、クロック発生回路１００８、および電源回路１０１０を含んで構成される。表示情報出力源１０００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Randam Access Memory）、光ディスクなどのメモリ、テレビ信号の画信号を同調して出力する同調回路などを含んで構成され、クロック発生回路１００８からのクロックに基づいて、所定フォーマットの画像信号を処理して表示情報処理回路１００２に出力する。この表示情報出力回路１００２は、たとえば増幅・極性反転回路、相展開回路、ローテーション回路、ガンマ補正回路、あるいはクランプ回路等の周知の各種処理回路を含んで構成され、クロック信号に基づいて入力された表示情報からデジタル信号を順次生成し、クロック信号ＣＬＫとともに駆動回路１００４に出力する。駆動回路１００４は、液晶装置１００を駆動する。電源回路１０１０は、上述の各回路に所定の電源を供給する。なお、液晶装置１００を構成するアクティブマトリクス基板の上に駆動回路１００４を形成してもよく、それに加えて、表示情報処理回路１００２もアクティブマトリクス基板の上に形成してもよい。
【００６５】
このような構成の電子機器としては、図１０を参照して説明する投射型液晶表示装置（液晶プロジェクタ）を挙げることができる。図１０に示す投射型液晶表示装置１１００は、前記の駆動回路１００４がアクティブマトリクス基板上に搭載された液晶装置１００を含む液晶モジュールを３個準備し、各々ＲＧＢ用のライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂとして用いたプロジェクタとして構成されている。この液晶プロジェクタ１１００では、メタルハライドランプなどの白色光源のランプユニット１１０２から光が出射されると、３枚のミラー１１０６および２枚のダイクロイックミラー１１０８によって、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色に対応する光成分Ｒ、Ｇ、Ｂに分離され（光分離手段）、対応するライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂ（液晶装置１００／液晶ライトバルブ）に各々導かれる。この際に、光成分Ｂは、光路が長いので、光損失を防ぐために入射レンズ１１２２、リレーレンズ１１２３、および出射レンズ１１２４からなるリレーレンズ系１１２１を介して導かれる。そして、ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂによって各々変調された３原色に対応する光成分Ｒ、Ｇ、Ｂは、ダイクロイックプリズム１１１２（光合成手段）に３方向から入射され、再度合成された後、投射レンズ１１１４を介してスクリーン１１２０などにカラー画像として投射される。
【００６６】
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば実施の形態として説明した液晶装置の具体的な構成は、ほんの一例に過ぎず、その他、種々の構成を有する液晶装置に本発明を適用することができる。また、例えば、本発明は、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、あるいはプラズマ発光や電子放出による蛍光等を用いた様々な電気光学素子を用いた電気光学装置および該電気光学装置を備えた電子機器に対しても適用可能であるということは言うまでもない。
また、本発明における単結晶半導体層としては、単結晶シリコンに限定されることなく、例えば単結晶ゲルマニウム等を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る製造方法の一実施形態を示す工程断面図。
【図２】図１に続く製造方法の工程断面図。
【図３】図２に続く製造方法の工程断面図。
【図４】本発明に係る液晶装置を対向基板側から見た平面図。
【図５】図４のＨ−Ｈ′断面図。
【図６】複数の画素に形成された各種素子、配線等の等価回路図。
【図７】各画素の構成を示す平面図。
【図８】図７のＡ−Ａ′線に相当する位置で切断した断面図。
【図９】電子機器の回路構成を示すブロック図。
【図１０】電子機器の一例としての投射型電気光学装置の断面図。
【符号の説明】
１００…液晶装置（電気光学装置）、２００…単結晶シリコン基板（半導体基板）、２１０…シリコン酸化膜（絶縁層）、２２０，２２０ａ…単結晶シリコン層（単結晶半導体層）、２２０ｂ…単結晶シリコンパターン、２３０…素子非形成領域、２３１…微小空乏（マイクロキャビティ）、２３２…拡張空乏、２４０…素子形成領域、５００…支持基板、５１０…酸化膜（絶縁層）、５５０…絶縁層、６００…複合半導体基板（貼合せ基板）

Claims

単結晶半導体層を備えた半導体基板を支持基板上に貼り合わせてなる複合半導体基板の製造方法であって、
前記支持基板と前記半導体基板とを貼り合わせて貼合せ基板を形成する貼合せ工程と、
前記貼合せ基板における前記単結晶半導体層の所定領域に水素イオン注入を行う水素イオン注入工程と、
前記水素イオン注入後の前記貼合せ基板を熱処理する熱処理工程と、を備え、
前記水素イオン注入工程においては、前記貼合せ基板における前記単結晶半導体層のうち素子が形成される領域以外の領域に前記水素イオンを注入し、
前記水素イオン注入工程は、前記単結晶半導体層のうちの前記素子の形成を予定する領域上にレジストを形成する工程と、該レジストをマスクとして水素イオンを注入する工程とを含むことを特徴とする複合半導体基板の製造方法。
前記貼合せ工程と前記水素イオン注入工程との間に、前記貼合せ基板の前記半導体基板をその厚さ方向で分離して前記単結晶半導体層を薄膜化する工程を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の複合半導体基板の製造方法。
前記熱処理を行った後に、熱酸化を行う工程と、
この熱酸化によって形成した熱酸化膜をエッチング除去して単結晶半導体層を所望厚さにする工程と、
前記所定領域の単結晶半導体層をエッチング除去する工程と、
を更に備えたことを特徴とする請求項１または２記載の複合半導体基板の製造方法。
前記熱処理工程により、前記注入した水素イオンによって形成された微小空乏が大きくなるとともに、前記貼合せ基板の貼合せ強度が向上することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の複合半導体基板の製造方法。
前記熱処理工程は、相対的に低温で熱処理する一次熱処理工程と、相対的に高温で熱処理する二次熱処理工程とを含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の複合半導体基板の製造方法。
前記一次熱処理を４００℃〜７００℃にて行い、且つ前記二次熱処理を７００℃〜１２００℃にて行うことを特徴とする請求項５に記載の複合半導体基板の製造方法。
前記一次熱処理工程と二次熱処理工程とを連続的に行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の複合半導体基板の製造方法。
前記単結晶半導体層は、単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の複合半導体基板の製造方法。
前記支持基板は、透光性基板であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の複合半導体基板の製造方法。