JP5064343B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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本発明は、例えば、TFTで駆動するアクティブマトリクス駆動液晶表示装置等において、同一基板上に周辺駆動回路やコントロール回路を一体集積化した液晶表示装置の回路性能改善を図った半導体装置の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method for improving circuit performance of a liquid crystal display device in which peripheral drive circuits and control circuits are integrated on the same substrate in an active matrix drive liquid crystal display device driven by TFTs, for example. Is.

従来より、ガラス基板上に非晶質Si(以下a−Siと略記する)や多結晶Si(以下P−Siと略記する)の薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下、TFTと記す)を形成し、液晶表示パネルや有機ELパネル等の駆動を行う、いわゆるアクティブマトリクス駆動を行う液晶表示装置が使用されている。   Conventionally, a thin film transistor (Thin Film Transistor, hereinafter referred to as TFT) of amorphous Si (hereinafter abbreviated as a-Si) or polycrystalline Si (hereinafter abbreviated as P-Si) is formed on a glass substrate, A liquid crystal display device that performs so-called active matrix driving for driving a liquid crystal display panel, an organic EL panel, or the like is used.

特に、移動度が高く高速で動作するp−Siを用いて、周辺ドライバを集積化したものが用いられるようになっている。しかし、さらに高い性能が要求されるイメージプロセッサやタイミングコントローラ等のシステム集積化のためには、より高性能なSiデバイスが求められている。   In particular, an integrated peripheral driver using p-Si having high mobility and operating at high speed is used. However, in order to integrate systems such as image processors and timing controllers that require higher performance, higher performance Si devices are required.

これは、多結晶Siでは結晶性の不完全性に起因するギャップ内の局在準位や結晶粒界付近の欠陥やギャップ内局在準位に起因する、移動度の低下やS係数(サブスレショルド係数)の増大のため、高性能なSiのデバイスを形成するには、トランジスタの性能が充分ではないという問題があるためである。   This is because, in polycrystalline Si, the mobility is lowered and the S coefficient (sub-factor) due to localized levels in the gap due to crystal imperfection, defects near the grain boundary, and localized levels in the gap. This is because the transistor performance is not sufficient to form a high-performance Si device due to an increase in the threshold coefficient.

そこで、さらに高性能なSiのデバイスを形成するため、単結晶Si薄膜からなる薄膜トランジスタ等のデバイスを予め形成し、これを絶縁基板上に貼り付けて半導体装置を形成する技術が研究されてきている(例えば、特許文献1、非特許文献1,2参照)。   Therefore, in order to form a higher performance Si device, a technique for forming a semiconductor device by forming a device such as a thin film transistor made of a single crystal Si thin film in advance and pasting it on an insulating substrate has been studied. (For example, refer to Patent Document 1, Non-Patent Documents 1 and 2).

特許文献1には、ガラス基板上に接着剤を用いて予め作成した単結晶Si薄膜トランジスタを転写した半導体装置を使用し、アクティブマトリクス型液晶表示装置の表示パネルのディスプレイが作成される。
特表平7−503557(公表日1995年4月13日) J.P.Salerno “Single Crystal Silicon AMLCDs”,Conference Record of the 1994 International Display Research Conference(IDRC) P.39-44(1994) Q.-Y.Tong & U.Gesele, SEMICONDUCTOR WAFER BONDING : SCIENCE AND TECHNOLOGY, John Wiley & Sons, New York(1999) K.Warner,et.Al.,2002 IEEE International SOI Conference: Oct,pp.123-125(2002) L.P.Allen,et.Al.,2002 IEEE International SOI Conference:Oct,pp.192-193(2002)
In Patent Document 1, a display device of a display panel of an active matrix liquid crystal display device is produced using a semiconductor device in which a single crystal Si thin film transistor previously produced using an adhesive is transferred onto a glass substrate.
Special table 7-503557 (publication date April 13, 1995) JPSalerno “Single Crystal Silicon AMLCDs”, Conference Record of the 1994 International Display Research Conference (IDRC) P.39-44 (1994) Q.-Y.Tong & U.Gesele, SEMICONDUCTOR WAFER BONDING: SCIENCE AND TECHNOLOGY, John Wiley & Sons, New York (1999) K. Warner, et. Al., 2002 IEEE International SOI Conference: Oct, pp. 123-125 (2002) LPAllen, et. Al., 2002 IEEE International SOI Conference: Oct, pp.192-193 (2002)

しかしながら、上記従来の半導体装置およびその製造方法では、高性能なデバイスである単結晶Si薄膜トランジスタを、ガラス基板上に貼り合わせるために接着剤を使用しているため、貼り付け作業が面倒で、生産性が悪い等の問題点を有している。また、完成した半導体装置についても、接着剤による接合であるため、耐熱性に問題があり、以降に高品質の無機絶縁膜やTFTの形成等は不可能であるため、アクティブマトリクス基板を製造する場合、TFTアレイを含むデバイスを形成した後で使用する基板に貼り付ける必要があり、サイズコスト、配線形成の点に大きな問題があった。   However, in the conventional semiconductor device and the manufacturing method thereof, since the adhesive is used to bond the single-crystal Si thin film transistor, which is a high-performance device, onto the glass substrate, the pasting work is troublesome and the production is performed. It has problems such as poor nature. In addition, since the completed semiconductor device is also bonded by an adhesive, there is a problem in heat resistance, and since it is impossible to form a high-quality inorganic insulating film or TFT after that, an active matrix substrate is manufactured. In this case, it is necessary to affix to a substrate to be used after forming a device including a TFT array, and there are significant problems in terms of size cost and wiring formation.

さらに、上記特許文献1では、単にガラス基板上に単結晶Si薄膜デバイスを形成することが開示されているのみであり、この構成では、近年求められている高性能・高機能な半導体装置を得ることができない。   Further, Patent Document 1 merely discloses forming a single crystal Si thin film device on a glass substrate. With this configuration, a high-performance and high-functional semiconductor device that has been demanded in recent years is obtained. I can't.

さらに、上記非特許文献3では、赤外線によりSi基板越しに位置合わせマークを検出し位置合わせすることが開示されているが、光の波長が長く分解能があげられないため、高精度で位置合わせすることが困難であった。   Further, in Non-Patent Document 3 described above, it is disclosed that the alignment mark is detected and aligned through the Si substrate by infrared rays. However, since the light wavelength is long and the resolution cannot be increased, the alignment is performed with high accuracy. It was difficult.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、単結晶Si薄膜デバイスを、接着剤を使用することなく絶縁基板に容易に形成可能であって、非単結晶Si薄膜と単結晶Si薄膜デバイスとを形成し、高性能なシステムを集積化した半導体装置およびその製造方法、ならびに該半導体装置の単結晶Si薄膜を形成するための単結晶Si基板を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and the object thereof is to easily form a single crystal Si thin film device on an insulating substrate without using an adhesive, and a non-single crystal Si. To provide a semiconductor device in which a high-performance system is integrated by forming a thin film and a single crystal Si thin film device, a method for manufacturing the same, and a single crystal Si substrate for forming a single crystal Si thin film of the semiconductor device is there.

本発明の参考に係る単結晶Si基板は、表面に酸化膜、ゲートパターン、不純物イオン注入部が形成された後に平坦化されており、所定の深さに所定の濃度の水素イオンが注入された水素イオン注入部を備えている。   A single crystal Si substrate according to the present invention is planarized after an oxide film, a gate pattern, and an impurity ion implantation portion are formed on the surface, and hydrogen ions having a predetermined concentration are implanted to a predetermined depth. A hydrogen ion implantation part is provided.

上記の構成によれば、絶縁基板等に対して、単結晶Si基板を酸化膜形成側において接合し、熱処理することにより基板間の接合が原子同士の結合に変わり強固な接合となるとともに、水素イオン注入部において熱処理により劈開剥離することで、接着剤を使用しなくても容易にMOS型の単結晶Si薄膜トランジスタを得ることができる。   According to the above configuration, the single crystal Si substrate is bonded to the insulating substrate or the like on the oxide film forming side, and heat treatment is performed, whereby the bonding between the substrates is changed into a bond between atoms and a strong bonding is obtained. By cleaving and peeling by heat treatment in the ion implanted portion, a MOS type single crystal Si thin film transistor can be easily obtained without using an adhesive.

すなわち、上記単結晶Si基板には、表面にMOS型の単結晶Si薄膜トランジスタの一部を形成する酸化膜、ゲートパターン、不純物イオン注入部が形成され、かつ表面から所定の深さに水素イオン注入部を有している。   That is, the single crystal Si substrate is formed with an oxide film, a gate pattern, and an impurity ion implantation portion forming a part of a MOS type single crystal Si thin film transistor on the surface, and hydrogen ion implantation to a predetermined depth from the surface. Has a part.

これにより、絶縁基板等の上に、本発明の予めゲート電極やソース・ドレインの不純物ドーピング、あるいはベース、コレクタ、エミッタ等の不純物ドーピングを終え、所定の深さに所定の濃度の水素イオンを注入し、表面を平坦化・親水性にした単結晶Si基板を接合し、Siから水素イオンが離脱する温度以上まで加熱することにより、絶縁基板に対する接合強度を高めることができるとともに、水素イオン注入部を境に劈開剥離することで、接着剤を使用しなくても容易にMOS型の単結晶Si薄膜トランジスタを形成することができる。   As a result, the impurity doping of the gate electrode and the source / drain of the present invention or the impurity doping of the base, collector, emitter, etc. is completed in advance on the insulating substrate or the like, and hydrogen ions of a predetermined concentration are implanted to a predetermined depth. Bonding a single crystal Si substrate with a flattened and hydrophilic surface and heating to a temperature above the temperature at which hydrogen ions desorb from Si can increase the bonding strength to the insulating substrate, and the hydrogen ion implantation part By cleaving and peeling at the boundary, a MOS type single crystal Si thin film transistor can be easily formed without using an adhesive.

よって、例えば、表面に多結晶Si薄膜等の非単結晶Si薄膜トランジスタを形成した絶縁基板上に、上記単結晶Si基板を貼り合わせ、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタを形成することで、非単結晶Siからなるトランジスタと単結晶Siからなるトランジスタを1つの基板上の異なる領域に形成した半導体装置を容易に得ることができる。   Therefore, for example, the above-mentioned single crystal Si substrate is bonded to an insulating substrate having a non-single crystal Si thin film transistor such as a polycrystalline Si thin film formed on the surface, thereby forming a MOS type single crystal Si thin film transistor. A semiconductor device in which a transistor made of Si and a transistor made of single crystal Si are formed in different regions on one substrate can be easily obtained.

上記単結晶Si基板は、表面近傍に不純物イオンが注入されたpnp接合構造あるいはnpn接合構造を有する不純物イオン注入部または拡散領域と、該不純物イオン注入部または該拡散領域上に堆積された酸化膜とを有している。   The single crystal Si substrate includes an impurity ion implanted portion or a diffusion region having a pnp junction structure or an npn junction structure in which impurity ions are implanted near the surface, and an oxide film deposited on the impurity ion implanted portion or the diffusion region. And have.

上記の構成によれば、他の絶縁基板上に形成しやすい単結晶Si薄膜からなるバイポーラ型の薄膜トランジスタを得ることができる。   According to said structure, the bipolar thin-film transistor which consists of a single crystal Si thin film which is easy to form on another insulating substrate can be obtained.

よって、例えば、表面に多結晶Si薄膜等の非単結晶Si薄膜トランジスタを形成した絶縁基板上に、上記単結晶Si基板を接合し、バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタを形成することで、非単結晶Siからなるトランジスタと単結晶Siからなるトランジスタを1つの基板上の異なる領域に形成した半導体装置を容易に得ることができる。   Thus, for example, a bipolar single-crystal Si thin-film transistor is formed by bonding the single-crystal Si substrate on an insulating substrate on which a non-single-crystal Si thin-film transistor such as a polycrystalline Si thin film is formed. A semiconductor device in which a transistor made of Si and a transistor made of single crystal Si are formed in different regions on one substrate can be easily obtained.

上記所定の深さに所定の濃度の水素イオンが注入された水素イオン注入部領域を備えていることがより好ましい。   It is more preferable to provide a hydrogen ion implanted part region in which hydrogen ions of a predetermined concentration are implanted at the predetermined depth.

これにより、絶縁基板等に対して、単結晶Si基板を酸化膜堆積側において貼り合わせ、水素イオン注入部において劈開剥離することで、接着剤を使用することなく、容易にバイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタを得ることができる。   Thus, a single-crystal Si substrate is bonded to an insulating substrate or the like on the oxide film deposition side and cleaved and peeled off at the hydrogen ion implantation portion, so that bipolar single-crystal Si can be easily used without using an adhesive. A thin film transistor can be obtained.

すなわち、上記単結晶Si基板には、表面にバイポーラ型単結晶Si薄膜トランジスタを形成する酸化膜、不純物イオン注入部が形成され、かつジャンクション形成側の所定の深さに水素イオン注入部を有している。   That is, the single crystal Si substrate has an oxide film for forming a bipolar single crystal Si thin film transistor on its surface, an impurity ion implantation portion, and a hydrogen ion implantation portion at a predetermined depth on the junction formation side. Yes.

よって、絶縁基板等の上に、上記単結晶Si薄膜トランジスタを貼り合わせ、Siから水素イオンが離脱する温度以上まで加熱することにより、絶縁基板に対する接合強度を高めることができるとともに、不純物イオン注入部付近に形成された水素イオン注入部を境に劈開剥離することで、接着剤を使用しなくても容易にSOI構造のバイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタを形成することができる。   Therefore, by bonding the single crystal Si thin film transistor on an insulating substrate or the like and heating it to a temperature higher than the temperature at which hydrogen ions are released from Si, the bonding strength to the insulating substrate can be increased and the vicinity of the impurity ion implanted portion. The bipolar single-crystal Si thin film transistor having the SOI structure can be easily formed without using an adhesive by cleaving and peeling off with the hydrogen ion implanted portion formed in (1).

そして、上記単結晶Si基板を、表面に多結晶Si薄膜等の非単結晶Si薄膜トランジスタを形成した絶縁基板上に貼り合わせ、単結晶Si薄膜トランジスタを形成することで、非単結晶Siからなる薄膜トランジスタと単結晶Siからなる薄膜トランジスタを1つの基板上の異なる領域に形成した半導体装置を容易に得ることができる。   Then, the single-crystal Si substrate is bonded to an insulating substrate having a non-single-crystal Si thin film transistor such as a polycrystalline Si thin film formed on the surface, thereby forming a single-crystal Si thin-film transistor. A semiconductor device in which thin film transistors made of single crystal Si are formed in different regions on one substrate can be easily obtained.

また、上記酸化膜は、膜厚が200nm以上になるように形成されていることがより好ましい。   The oxide film is more preferably formed so as to have a thickness of 200 nm or more.

通常、SiO膜等の酸化膜の膜厚は厚い程、界面電荷等の影響による特性やバラツキは減少するが、SiO膜形成工程の効率(酸化に要する時間)や段差とのトレードオフにより、適切な値は略200nm〜400nmとなる。バラツキを重視する場合は概ね400nm以上、段差や効率を重視する場合は略200nm〜400nm、より望ましくは、250nm〜350nmが適切な値となる。これは接合した単結晶Si基板とガラス基板等の絶縁基板界面の汚染、あるいは格子の歪みや不完全性に起因する固定電荷の影響が軽減されるためである。 In general, the thicker the oxide film such as SiO 2 film, the smaller the characteristics and variations due to the influence of the interface charge, etc., but the trade-off between the efficiency of the SiO 2 film formation process (time required for oxidation) and the step difference. A suitable value is approximately 200 nm to 400 nm. Appropriate values are approximately 400 nm or more when importance is attached to variations, and approximately 200 nm to 400 nm, more preferably 250 nm to 350 nm, when importance is placed on steps and efficiency. This is because the influence of fixed charges due to contamination at the interface between the bonded single crystal Si substrate and the insulating substrate such as a glass substrate or lattice distortion or imperfection is reduced.

そこで、単結晶SiからなるMOSトランジスタでは閾値のバラツキと、単結晶Siから成るバイポーラ型TFTでは特性ばらつきが小さくオン抵抗が低く抑えられ、SiO膜形成工程の効率や段差とのバランスに適切な単結晶Si基板を得ることができる。 Therefore, in the MOS transistor made of single crystal Si, the threshold value varies, and in the bipolar TFT made of single crystal Si, the characteristic variation is small and the on-resistance is kept low, which is suitable for the efficiency of the SiO 2 film forming process and the balance with the step. A single crystal Si substrate can be obtained.

本発明の参考に係る半導体装置は、絶縁基板上の異なる領域に、非単結晶Si薄膜デバイスと、単結晶Si薄膜デバイスとがそれぞれ形成され、上記単結晶Si薄膜デバイスは、上記絶縁基板に対して、SiO膜を介して接合されている。 In the semiconductor device according to the present invention, a non-single-crystal Si thin-film device and a single-crystal Si thin-film device are formed in different regions on the insulating substrate, respectively, and the single-crystal Si thin-film device is connected to the insulating substrate. Are joined via a SiO 2 film.

上記の構成によれば、例えば、タイミングコントローラ等の、より高性能な機能が要求されるデバイスには、単結晶Si薄膜トランジスタ等の単結晶Si薄膜デバイスを用い、残りのデバイスには非単結晶Si薄膜トランジスタ等の非単結晶Si薄膜デバイスを用いて、高性能・高機能な回路システムを一体集積化した半導体装置を得ることができる。   According to the above configuration, for example, a single crystal Si thin film device such as a single crystal Si thin film transistor is used for a device that requires a higher performance function such as a timing controller, and a non-single crystal Si is used for the remaining devices. By using a non-single crystal Si thin film device such as a thin film transistor, a semiconductor device in which a high-performance and high-function circuit system is integrated can be obtained.

すなわち、単結晶Si薄膜デバイスにより、単結晶Siの特性を利用して、高速性、消費電力、高速のロジック、タイミングジェネレータ、あるいはバラツキが問われる高速のDAC(電流バッファ)、等を形成することができる。一方、多結晶Si等の非単結晶Si薄膜デバイスは、単結晶Si薄膜デバイスよりも、性能・機能ともに劣るものの、安価な半導体装置を大面積に形成できる。   That is, a single-crystal Si thin-film device is used to form a high-speed DAC (current buffer) that requires high speed, power consumption, high-speed logic, timing generator, or variation using the characteristics of single-crystal Si. Can do. On the other hand, non-single-crystal Si thin film devices such as polycrystalline Si can form inexpensive semiconductor devices in a large area, although they are inferior in performance and function to single crystal Si thin-film devices.

よって、上記の構成によれば、上記両Si薄膜デバイスの長所を併せ持つ半導体装置を1枚の基板上に形成することができる。   Therefore, according to the above configuration, a semiconductor device having the advantages of both the Si thin film devices can be formed on a single substrate.

これにより、単結晶Siによってのみ実現可能な高性能・高機能の回路システムを基板上に一体集積化できる。よって、例えば、高性能なシステムを集積化した液晶パネルあるいは有機ELパネル等の表示装置用の半導体装置を、全てのデバイスを単結晶Siにて形成する場合と比べて、非常に低コストで製造できる。   As a result, a high-performance and high-performance circuit system that can be realized only by single crystal Si can be integrated on the substrate. Therefore, for example, a semiconductor device for a display device such as a liquid crystal panel or an organic EL panel integrated with a high-performance system is manufactured at a very low cost compared to the case where all devices are formed of single crystal Si. it can.

また、本発明の参考に係る半導体装置が備えている単結晶Si薄膜を形成する単結晶Si基板の形状は、LSI製造装置の一般的なウエハサイズである6、8、12インチの円板に限定される。しかし、本発明の参考に係る半導体装置の絶縁基板上には非単結晶Si薄膜デバイスと、単結晶Si薄膜デバイスとが共存しているため、例えば、大型の液晶表示パネルや有機ELパネル等に対応可能な大型の半導体装置を製造することができる。   Further, the shape of the single crystal Si substrate forming the single crystal Si thin film included in the semiconductor device according to the present invention is a 6-, 8-, or 12-inch disk, which is a general wafer size of an LSI manufacturing apparatus. Limited. However, since the non-single crystal Si thin film device and the single crystal Si thin film device coexist on the insulating substrate of the semiconductor device according to the reference of the present invention, for example, in a large liquid crystal display panel or an organic EL panel. A compatible large semiconductor device can be manufactured.

さらに、上記単結晶Si薄膜デバイスは、上記絶縁基板に対して、SiO膜を介して接合されている。 Furthermore, the single crystal Si thin film device is bonded to the insulating substrate via a SiO 2 film.

これにより、接着剤を使用することなく、単結晶Si薄膜トランジスタ等のデバイスを絶縁基板上に形成することができるため、単結晶Siが汚染されることを防止できる。また、接合後にメタル配線、無機絶縁膜形成、あるいはエッチング等を容易に行うことができる。さらに、メタル配線等を大型基板でのTFTプロセスとともに形成し、低コストでデバイスを形成できる。   Accordingly, since a device such as a single crystal Si thin film transistor can be formed on the insulating substrate without using an adhesive, the single crystal Si can be prevented from being contaminated. In addition, metal wiring, inorganic insulating film formation, etching, or the like can be easily performed after bonding. Furthermore, a metal wiring or the like can be formed together with a TFT process on a large substrate, and a device can be formed at low cost.

上記非単結晶Si薄膜デバイスおよび上記単結晶Si薄膜デバイスは、ともにMOS型あるいはMIS型の単結晶Si薄膜トランジスタであることがより好ましい。   It is more preferable that the non-single crystal Si thin film device and the single crystal Si thin film device are both MOS type or MIS type single crystal Si thin film transistors.

これにより、例えば、CMOS構造にした場合には、消費電力の低減および電源電圧までフル出力が可能で、低消費電力のロジックに適した半導体装置を得ることができる。   Thus, for example, in the case of a CMOS structure, it is possible to obtain a semiconductor device suitable for logic with low power consumption, capable of reducing power consumption and full output up to the power supply voltage.

上記MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタは、上記絶縁基板側からゲート、ゲート絶縁膜、Siの順に形成されていることがより好ましい。   The MOS type single crystal Si thin film transistor is more preferably formed in the order of a gate, a gate insulating film, and Si from the insulating substrate side.

これにより、単結晶SiのMOS型薄膜トランジスタは、ゲートが絶縁基板の側に配置された状態で形成され、いわゆる絶縁基板上に上下逆さまのMOS型の単結晶Si薄膜トランジスタを形成した半導体装置を得ることができる。よって、単結晶Si基板でのソース・ドレイン形成にゲートをマスクにした自己整合プロセスが適用でき、またガラス基板表面の固定電荷の影響を軽減でき、さらに、単結晶Siとガラス基板の接合界面に生じがちな固定電荷の影響をゲートの遮蔽効果により軽減でき、また、単結晶Siでゲートをマスクにソース・ドレインの不純物イオン注入を用いる確立したプロセスを適用できるため、歩留まりを高くできるというメリットがある。   As a result, the single crystal Si MOS thin film transistor is formed with the gate disposed on the side of the insulating substrate, and a semiconductor device is obtained in which a so-called upside down MOS type single crystal Si thin film transistor is formed on the so-called insulating substrate. Can do. Therefore, the self-alignment process using the gate as a mask can be applied to the source / drain formation on the single crystal Si substrate, the influence of the fixed charge on the surface of the glass substrate can be reduced, and the junction interface between the single crystal Si and the glass substrate can be reduced. The effect of fixed charges that tend to occur can be reduced by the gate shielding effect, and the established process using source / drain impurity ion implantation with the gate as a mask in single crystal Si can be applied, so that the yield can be increased. is there.

上記MOS型の薄膜トランジスタの単結晶Si薄膜の膜厚は、略600nm以下であることがより好ましい。   The film thickness of the single crystal Si thin film of the MOS type thin film transistor is more preferably about 600 nm or less.

これにより、上記の半導体装置は、単結晶Si薄膜の膜厚dが不純物濃度Niで定まる最大空乏長Wmに対しバラツキのマージンを含めた小さい値、すなわち不純物密度が実用的下限である1015センチ−3あってもdの上限である概ね600nm以下である。 Thus, in the semiconductor device described above, the thickness d of the single crystal Si thin film is a small value including a variation margin with respect to the maximum depletion length Wm determined by the impurity concentration Ni, that is, the impurity density is 10 15 cm, which is a practical lower limit. Even if -3, the upper limit of d is approximately 600 nm or less.

ここで、Wm=〔4εkTln(Ni/ni)qNi〕1/2であり、niは真性キャリア密度、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、εはSiの誘電率、qは電子電荷、Niは不純物密度とする。 Where Wm = [4ε s kTln (Ni / ni) q 2 Ni] 1/2 , ni is the intrinsic carrier density, k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, ε s is the dielectric constant of Si, and q is The electron charge, Ni, is the impurity density.

上記の構成によれば、単結晶Si薄膜の膜厚が略600nm以下であるので、半導体装置のS値(サブスレショルド係数)を小さくすることができ、またオフ電流を低下させることができる。   According to said structure, since the film thickness of a single-crystal Si thin film is about 600 nm or less, the S value (subthreshold coefficient) of a semiconductor device can be made small and an off-current can be reduced.

上記MOS型の薄膜トランジスタの単結晶Si薄膜の膜厚は、略100nm以下であることがより好ましい。   The film thickness of the single crystal Si thin film of the MOS type thin film transistor is more preferably about 100 nm or less.

これにより、一層半導体装置のS値(サブスレショルド係数)を小さくすることができ、またオフ電流についても低下させることができる。よって、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタの特性を最大限に生かすことができる。   As a result, the S value (subthreshold coefficient) of the semiconductor device can be further reduced, and the off-current can also be reduced. Therefore, the characteristics of the MOS type single crystal Si thin film transistor can be utilized to the maximum.

特に、ゲート長が0.1〜0.2μm以下の短チャネルのTFTにおいて生じる量子効果によるTFT特性低下抑制には、さらに薄い約20nm以下であることが望ましい。ゲート長約200nmより短チャネル側で、単結晶Siの膜厚が約20nm付近から厚くなると閾値のばらつきが大きくなり、移動度も増加したが、デバイスとしては閾値のほうがより重要であるため、概ねこの値が実用性の高い領域となる。   In particular, in order to suppress TFT characteristic deterioration due to a quantum effect generated in a short channel TFT having a gate length of 0.1 to 0.2 μm or less, it is desirable that the thickness is about 20 nm or less. When the film thickness of the single crystal Si is increased from about 20 nm on the short channel side than the gate length of about 200 nm, the variation of the threshold value increases and the mobility increases. However, since the threshold value is more important as a device, This value is a highly practical area.

上記MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタの金属配線パターンは、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタのゲートパターンよりも緩い配線形成ルールによって形成された部分を含むことがより好ましい。また、大型基板上のメタル配線のデザインルールと同程度、あるいはより緩い配線形成ルールにより形成されていることがより好ましい。さらに、TFTのゲートと同等のメタル配線の配線形成ルールと同程度、あるいは異なる配線層からなる大型基板上のメタル配線の配線形成ルールと同程度、あるいはより緩い配線形成ルールにより形成されていることがより好ましい。   More preferably, the metal wiring pattern of the MOS type single crystal Si thin film transistor includes a portion formed by a looser wiring formation rule than the gate pattern of the MOS type single crystal Si thin film transistor. Further, it is more preferable that the wiring is formed according to a wiring forming rule that is similar to or looser than a metal wiring design rule on a large substrate. Furthermore, it should be the same as the wiring formation rule of the metal wiring equivalent to the gate of the TFT, or the same or looser wiring formation rule of the metal wiring on the large substrate made of different wiring layers. Is more preferable.

これにより、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタを形成した半導体装置のメタル配線もしくはメタル配線の一部をゲートと同等の微細加工に対応できかつ大型基板上のメタル配線と同時に処理することができ、コストを押さえ処理能力を向上できる。あるいは、他の回路ブロックやTFTアレイに対する接続が容易になり、接続不良による製品歩留り低下を低減できる。   As a result, the metal wiring or a part of the metal wiring of the semiconductor device in which the MOS type single crystal Si thin film transistor is formed can cope with the fine processing equivalent to the gate and can be processed simultaneously with the metal wiring on the large substrate. Can improve the processing capacity. Alternatively, connection to other circuit blocks and TFT arrays is facilitated, and a decrease in product yield due to poor connection can be reduced.

なお、配線形成ルールが緩いとは、配線を形成する際のデザインルールが厳しくなく、配線形成を行う際の許容範囲が広いという意味である。   The loose wiring formation rule means that the design rule when forming the wiring is not strict and the allowable range when forming the wiring is wide.

上記非単結晶Si薄膜デバイスは、MOS型あるいはMIS型の非単結晶Si薄膜トランジスタであって、上記単結晶Si薄膜デバイスは、バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタであることがより好ましい。   The non-single-crystal Si thin film device is a MOS-type or MIS-type non-single-crystal Si thin film transistor, and the single-crystal Si thin-film device is more preferably a bipolar single-crystal Si thin-film transistor.

これにより、MOS型あるいはMIS型の非単結晶Si薄膜トランジスタに加えて、バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタを形成しているため、より多機能な半導体装置を得ることができる。   As a result, in addition to the MOS-type or MIS-type non-single-crystal Si thin-film transistor, a bipolar-type single-crystal Si thin-film transistor is formed, so that a more multifunctional semiconductor device can be obtained.

すなわち、MOS型あるいはMIS型の薄膜トランジスタに加えて、単結晶Si薄膜からなるバイポーラ型薄膜トランジスタを形成することで、バイポーラ型薄膜トランジスタの特性である、リニア信号処理が可能、ゲートがないため構造が簡単で生産歩留りに優れている、飽和領域での線形性が優れている、アナログ系のアンプ、電流バッファや電源アンプに適する等のメリットをさらに有する半導体装置を得ることができる。   In other words, by forming a bipolar thin film transistor made of a single crystal Si thin film in addition to a MOS or MIS thin film transistor, it is possible to perform linear signal processing, which is a characteristic of the bipolar thin film transistor, and the structure is simple because there is no gate. It is possible to obtain a semiconductor device having further advantages such as excellent production yield, excellent linearity in a saturation region, and suitable for an analog amplifier, a current buffer, and a power amplifier.

上記非単結晶Si薄膜デバイスは、MOS型あるいはMIS型の非単結晶Si薄膜トランジスタであって、上記単結晶Si薄膜デバイスは、MOS型およびバイポーラ型の何れか一方、あるいは両方の単結晶Si薄膜トランジスタを含むことがより好ましい。   The non-single-crystal Si thin film device is a MOS-type or MIS-type non-single-crystal Si thin-film transistor, and the single-crystal Si thin-film device is either a MOS-type or a bipolar-type, or both single-crystal Si thin-film transistors. More preferably.

これにより、MOS型あるいはMIS型の非単結晶Si薄膜トラジスタおよび単結晶Si薄膜トランジスタ、バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタという3種類の特性を有する半導体装置を1つの基板上に形成できる。   Thus, a semiconductor device having three types of characteristics, that is, a MOS type or MIS type non-single crystal Si thin film transistor, a single crystal Si thin film transistor, and a bipolar type single crystal Si thin film transistor can be formed on one substrate.

よって、さらに高性能・高機能な半導体装置を得ることができる。   Therefore, a semiconductor device with higher performance and higher functionality can be obtained.

上記非単結晶Si薄膜デバイスは、MOS型あるいはMIS型の非単結晶Si薄膜トランジスタであって、上記単結晶Si薄膜デバイスは、MOS型単結晶Si薄膜トランジスタとショットキー型もしくはPN接合形ダイオードを含むイメージセンサあるいはCCD形イメージセンサを備えていることがより好ましい。   The non-single-crystal Si thin film device is a MOS-type or MIS-type non-single-crystal Si thin-film transistor, and the single-crystal Si thin-film device includes an MOS-type single-crystal Si thin-film transistor and a Schottky-type or PN junction-type diode. More preferably, a sensor or a CCD type image sensor is provided.

これにより、個別に異なる領域に異なる設計または構造の薄膜デバイスを集積化できるため、従来の方法では、共存することが極めて困難であったイメージセンサ等のCMOSデバイスと異なる構造のデバイスを容易に集積化でき、今まで不可能であった高機能デバイスを創出できる。   This makes it possible to integrate thin film devices with different designs or structures individually in different regions, so that devices with structures different from CMOS devices such as image sensors that were extremely difficult to coexist with the conventional method are easily integrated. Can create highly functional devices that were impossible until now.

上記単結晶SiからなるMOS型薄膜トランジスタの単結晶Si薄膜は、バイポーラ型薄膜トランジスタの単結晶Si薄膜よりも膜厚が小さいことがより好ましい。   More preferably, the single crystal Si thin film of the MOS thin film transistor made of single crystal Si has a smaller film thickness than the single crystal Si thin film of the bipolar thin film transistor.

通常、MOS型薄膜トランジスタは、膜厚が薄いほうが良好な特性が得られやすく、バイポーラ型薄膜トランジスタは膜厚が比較的厚い方が良好な特性(ばらつきが小さくオン抵抗の低い特性)が得られることが知られている。   In general, MOS thin film transistors tend to obtain better characteristics when the film thickness is thinner, and bipolar thin film transistors can obtain better characteristics (characteristics with less variation and lower on-resistance) when the film thickness is relatively thick. Are known.

そこで、MOS型とバイポーラ型とのSi薄膜の厚さを互いの比較によって特定することで、MOS型およびバイポーラ型双方の特性を有効に活用できる半導体装置を得ることができる。   Therefore, by specifying the thicknesses of the MOS type and bipolar type Si thin films by comparing each other, it is possible to obtain a semiconductor device capable of effectively utilizing both MOS type and bipolar type characteristics.

上記バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタは、ベース、コレクタおよびエミッタ領域が同一平面に形成、配置された平面構造であることがより好ましい。   The bipolar single crystal Si thin film transistor preferably has a planar structure in which the base, collector and emitter regions are formed and arranged on the same plane.

これにより、MOS型薄膜トランジスタのようにゲートを持たず、かつ平面構造の、いわゆるラテラル型トランジスタであるため、単に、Si表面に酸化膜を形成し、PとNとの不純物を所定のパターン(領域)に注入し、活性化アニールをするだけで、表面が完全に平坦なSi基板を形成できるため、CMPによる平坦化処理を行わなくても絶縁基板上に容易に単結晶Si基板を接合することができる。   Thus, since it is a so-called lateral type transistor having no gate like a MOS type thin film transistor and having a planar structure, an oxide film is simply formed on the Si surface, and impurities of P and N are formed in a predetermined pattern (region). In this case, a Si substrate having a completely flat surface can be formed simply by performing activation annealing and bonding a single crystal Si substrate on an insulating substrate without performing a planarization process by CMP. Can do.

よって、MOS型や面に垂直な方向に接合を持つ通常のバイポーラトランジスタと比較して、製造工程を簡略化できる。   Therefore, the manufacturing process can be simplified as compared with a normal bipolar transistor having a junction in the direction perpendicular to the MOS type or the plane.

上記バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタのメタル配線、コンタクトパターンは、バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタのベースパターンよりも緩い配線形成ルールによって形成された部分を含むことがより好ましい。さらに、大型基板上のメタル配線のデザインルールと同じかより緩いルールにより形成されていることがより好ましい。   More preferably, the metal wiring and contact pattern of the bipolar single crystal Si thin film transistor include a portion formed by a looser wiring formation rule than the base pattern of the bipolar single crystal Si thin film transistor. Furthermore, it is more preferable that the metal wiring is formed according to a rule that is the same as or looser than that of the metal wiring on the large substrate.

これにより、メタル配線もしくはメタル配線の一部を大型基板上のメタル配線と同時に処理することができ、コストを抑え、かつ処理能力を向上させることができる。また、バイポーラ型単結晶Si薄膜トランジスタを形成した半導体装置を他の回路ブロックやTFTアレイに対するに対する接続が容易になり、接続不良による製品歩留り低下を防止できる。   As a result, the metal wiring or part of the metal wiring can be processed simultaneously with the metal wiring on the large-sized substrate, and the cost can be reduced and the processing capability can be improved. In addition, the semiconductor device in which the bipolar single crystal Si thin film transistor is formed can be easily connected to other circuit blocks and TFT arrays, and the product yield can be prevented from being lowered due to poor connection.

上記バイポーラ型単結晶Si薄膜トランジスタの単結晶Si薄膜の膜厚は、略800nm以下であることがより好ましい。   The film thickness of the single crystal Si thin film of the bipolar single crystal Si thin film transistor is more preferably about 800 nm or less.

これにより、特性ばらつきが小さくオン抵抗が低いバイポーラ型単結晶Si薄膜トランジスタを得ることができる。   As a result, a bipolar single crystal Si thin film transistor with small variation in characteristics and low on-resistance can be obtained.

上記非単結晶Si薄膜デバイスに含まれる非単結晶Si薄膜は多結晶Si薄膜もしくは連続粒界Si薄膜であって、上記非単結晶Si薄膜デバイスとしてのMOS型薄膜トランジスタは、基板側から非単結晶Si、ゲート絶縁膜、ゲートの順に形成されていることがより好ましい。   The non-single crystal Si thin film included in the non-single crystal Si thin film device is a polycrystalline Si thin film or a continuous grain boundary Si thin film, and the MOS type thin film transistor as the non-single crystal Si thin film device is a non-single crystal from the substrate side. More preferably, Si, a gate insulating film, and a gate are formed in this order.

これにより、絶縁基板から見てゲートが上に形成されるようにMOS型薄膜トランジスタを構成することで、一般的なゲートをマスクとした自己整合プロセスが摘要でき、多結晶Si薄膜あるいは連続粒界Si薄膜トランジスタを製造し易くなり、生産性を向上させることができる。   Thus, by configuring the MOS thin film transistor so that the gate is formed on the insulating substrate, a self-alignment process using a general gate as a mask can be obtained. Thin film transistors can be easily manufactured, and productivity can be improved.

上記非単結晶Si薄膜デバイスに含まれる非単結晶Si薄膜は多結晶Si薄膜もしくは連続粒界Si薄膜であって、上記非単結晶Si薄膜デバイスとしてのMOS型薄膜トランジスタは、基板側からゲート、ゲート絶縁膜、非単結晶Siの順に形成されていることがより好ましい。   The non-single crystal Si thin film included in the non-single crystal Si thin film device is a polycrystalline Si thin film or a continuous grain boundary Si thin film. The MOS thin film transistor as the non-single crystal Si thin film device includes a gate, a gate from the substrate side. More preferably, the insulating film and the non-single crystal Si are formed in this order.

これにより、MOS型の非単結晶Si薄膜トランジスタが基板から見て反対の構成となるため、ガラス基板表面付近の固定電荷の影響を避けることができ、特性の安定化が可能となる。さらに、チャネル部のドーピングプロファイルの設定自由度が高くなり、ホットエレクトロン劣化の対策が容易となる、さらに高品質で薄い熱酸化SiOを使用することが可能となり、CVD等により低温で形成した酸化膜より高品質で薄いゲート酸化膜を得ることができ、短チャネル特性の優れたTFTが得られるというメリットがあり、上記と同様の効果を得られる構成のバリエーションを増やすことができる。 As a result, the MOS type non-single-crystal Si thin film transistor has an opposite configuration when viewed from the substrate, so that it is possible to avoid the influence of fixed charges near the surface of the glass substrate and to stabilize the characteristics. Furthermore, the degree of freedom in setting the doping profile of the channel portion is increased, and measures against hot electron degradation are facilitated. Further, it becomes possible to use high-quality and thin thermally oxidized SiO 2 , and oxidation formed at a low temperature by CVD or the like. There is a merit that a thin gate oxide film of higher quality than the film can be obtained, and a TFT having excellent short channel characteristics can be obtained, and variations of the configuration that can obtain the same effect as described above can be increased.

上記非単結晶Si薄膜デバイスに含まれる非単結晶Si薄膜は非晶質Si薄膜であって、上記非単結晶Si薄膜デバイスとしてのMOS型もしくはMIS型の薄膜トランジスタは、基板側からゲート、ゲート絶縁膜、非単結晶Siの順に形成されていることがより好ましい。   The non-single-crystal Si thin film included in the non-single-crystal Si thin-film device is an amorphous Si thin film, and the MOS-type or MIS-type thin film transistor as the non-single-crystal Si thin-film device includes a gate and gate insulation from the substrate side. More preferably, the film and non-single crystal Si are formed in this order.

これにより、絶縁基板から見てゲートが下に形成される、いわゆるボトムゲート構造のMOS型あるいはMIS型薄膜トランジスタを構成することで、従来広く一般的に用いられてきたプロセスを適用でき、高歩留まりで非晶質Si薄膜を形成する工程の簡略化、低コスト化、生産性向上を図ることができる。また、アクティブマトリクスLCDにおいては、バックライトからの遮光性を高め、高輝度の表示が可能な液晶表示デバイスを形成できる。   As a result, by forming a so-called bottom-gate MOS type or MIS type thin film transistor in which the gate is formed below the insulating substrate, a process that has been widely used in general can be applied, and a high yield can be achieved. The process for forming the amorphous Si thin film can be simplified, the cost can be reduced, and the productivity can be improved. Further, in the active matrix LCD, it is possible to form a liquid crystal display device capable of improving the light shielding property from the backlight and capable of displaying with high luminance.

また、非晶質Siは、低off電流特性を有しているため、低消費電力型LCD等に適応した半導体装置を得ることができる。   In addition, since amorphous Si has a low off current characteristic, a semiconductor device suitable for a low power consumption type LCD or the like can be obtained.

上記非単結晶Si薄膜デバイスに含まれる非単結晶Si薄膜は非晶質Si薄膜であって、上記非単結晶Si薄膜デバイスとしてのMOS型あるいはMIS型薄膜トランジスタは、基板側から非単結晶Si、ゲート絶縁膜、ゲートの順に形成されていることがより好ましい。   The non-single crystal Si thin film included in the non-single crystal Si thin film device is an amorphous Si thin film, and the MOS type or MIS type thin film transistor as the non-single crystal Si thin film device is a non-single crystal Si, More preferably, the gate insulating film and the gate are formed in this order.

これにより、MOS型またはMIS型の非単結晶Si薄膜トランジスタが基板から見て反対の構成であっても、上記と同様の効果を得られる構成のバリエーションを増やすことができ、プロセス設計の自由度が高まる。   As a result, even if the MOS-type or MIS-type non-single-crystal Si thin film transistor has the opposite configuration as viewed from the substrate, it is possible to increase the number of variations of the configuration that can obtain the same effect as described above, and the degree of freedom in process design is increased. Rise.

上記単結晶Si薄膜デバイスを構成する単結晶Siと上記絶縁基板の線膨張の差は、略室温から600℃の温度範囲において約250ppm以下であることがより好ましい。   The difference in linear expansion between the single crystal Si constituting the single crystal Si thin film device and the insulating substrate is more preferably about 250 ppm or less in a temperature range from about room temperature to 600 ° C.

これにより、大きな温度上昇に対する絶縁基板と単結晶Si薄膜との線膨張の差が小さくなる。従って、絶縁基板上に単結晶Si薄膜を形成するための工程において、熱膨張係数差による水素注入位置からの劈開剥離工程における破壊や接合界面剥離、あるいは結晶中の欠陥発生を確実に防止することができ、また、加熱接合強度の向上を図ることができる。   This reduces the difference in linear expansion between the insulating substrate and the single crystal Si thin film with respect to a large temperature rise. Therefore, in the process for forming a single-crystal Si thin film on an insulating substrate, it is possible to reliably prevent the breakage in the cleavage peeling process from the hydrogen injection position due to the difference in thermal expansion coefficient, the peeling at the bonding interface, or the generation of defects in the crystal. In addition, the heat bonding strength can be improved.

なお、ここで線膨脹とは、温度変化に起因する長さの変化として規格化されたものである。   Here, the linear expansion is standardized as a change in length caused by a temperature change.

上記絶縁基板は、少なくとも、上記単結晶Si薄膜デバイスが形成される領域の表面にSiO膜が形成されたアルカリ土類−アルミノ硼珪酸ガラスからなる高歪点ガラスであることがより好ましい。 The insulating substrate is at least, the monocrystalline Si thin film device is an alkaline earth SiO 2 film is formed on the surface of the area to be formed - and more preferably a high strain point glass made of aluminoborosilicate glass.

これにより、単結晶Si基板との接合のために使用する組成を調節した結晶化ガラスを用いる必要が無くなるので、絶縁基板がアクティブマトリクス駆動による液晶表示パネル等に一般的に使用される高歪点ガラスからなり、低コストの半導体装置を製造できる。   This eliminates the need to use crystallized glass whose composition is adjusted for bonding to a single crystal Si substrate, so that the insulating substrate is a high strain point that is generally used for liquid crystal display panels driven by an active matrix drive. A low-cost semiconductor device made of glass can be manufactured.

上記絶縁基板は、バリウム−硼珪酸ガラス、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およびアルカリ土類−亜鉛−アルミノ硼珪酸ガラスのうち何れかのガラスから形成されていることがより好ましい。   The insulating substrate is composed of barium-borosilicate glass, barium-aluminoborosilicate glass, alkaline earth-aluminoborosilicate glass, borosilicate glass, alkaline earth-zinc-lead-aluminoborosilicate glass and alkaline earth-zinc- More preferably, it is made of any one of aluminoborosilicate glasses.

これにより、絶縁基板がアクティブマトリクス駆動による液晶表示パネル等に一般的に使用される高歪点ガラスである上記記載のガラスからなるため、低コストにてアクティブマトリクス基板に好適な半導体装置を製造できる。   Thus, since the insulating substrate is made of the glass described above, which is a high strain point glass generally used for liquid crystal display panels by active matrix driving, a semiconductor device suitable for the active matrix substrate can be manufactured at low cost. .

上記単結晶Siの領域内における少なくとも一部のパターンの位置合わせマージンは、マザー基板全体あるいは表示領域、もしくはデバイス全体のパターンの位置合わせマージンより小さく、高精度であることがより好ましい。   The alignment margin of at least a part of the pattern in the single crystal Si region is smaller than the alignment margin of the pattern of the entire mother substrate, the display region, or the entire device, and more preferably has high accuracy.

これにより、非単結晶Si領域と共通な金属配線パターン等を形成する際に、より高精度な露光システムにより、パターンの一部を単結晶Siの領域内の高精度なパターンにアライメントすることができる。   As a result, when forming a metal wiring pattern or the like common to the non-single-crystal Si region, a part of the pattern can be aligned with the high-precision pattern in the single-crystal Si region by a higher-precision exposure system. it can.

よって、高精度なパターンを持つ単結晶Si領域と精度の低いパターンを持つ非単結晶領域とを、金属配線パターン等を用いて効率的に高い歩留まりで容易に接続することができる。   Therefore, a single crystal Si region having a high-precision pattern and a non-single-crystal region having a low-precision pattern can be easily and efficiently connected with a high yield using a metal wiring pattern or the like.

上記単結晶Si領域内の位置合わせマークおよび透明基板上の位置合わせマークは、上記単結晶Si上に形成された位置合わせマークを透明基板側から可視光あるいは可視光より短波長の光で検出され、透明基板上に形成された位置合わせマークと位置合わせすることが可能な形状からなることがより好ましい。   The alignment mark in the single crystal Si region and the alignment mark on the transparent substrate are detected from the transparent substrate side with visible light or light having a shorter wavelength than visible light. More preferably, it has a shape that can be aligned with an alignment mark formed on the transparent substrate.

これにより、ガラス基板越しに位置合わせマークを検出することができるため、光学的な解像度を向上させることができ、従来よりも高精度なアライメントが可能になる。   Thereby, since the alignment mark can be detected through the glass substrate, the optical resolution can be improved, and higher-precision alignment than before can be achieved.

本発明の半導体装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、絶縁基板上に、単結晶Si薄膜デバイスと非単結晶Si薄膜デバイスとが形成された半導体装置の製造方法において、表面に酸化膜、ゲートパターン、不純物イオン注入部が形成された後に平坦化されており、所定の深さに所定の濃度の水素イオンが注入された水素イオン注入部を備えた単結晶Si基板を熱処理によって絶縁基板上に接合し、さらに水素イオン注入部において熱処理により劈開剥離した後、非単結晶Si薄膜を形成することを特徴としている。   In order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device in which a single crystal Si thin film device and a non-single crystal Si thin film device are formed on an insulating substrate. After the oxide film, gate pattern, and impurity ion implanted portion are formed, the single crystal Si substrate having a hydrogen ion implanted portion having a predetermined concentration of hydrogen ions implanted at a predetermined depth is subjected to heat treatment. A non-single-crystal Si thin film is formed after bonding on an insulating substrate and cleaving and peeling by heat treatment in a hydrogen ion implanted portion.

上記の製造方法によれば、単結晶Si薄膜デバイスを、平坦性が最もよい絶縁基板上に形成し、その後で非単結晶Si薄膜を形成している。よって、接合不良による欠陥が少なく、歩留りがよい半導体装置を製造することができる。   According to the above manufacturing method, the single crystal Si thin film device is formed on the insulating substrate having the best flatness, and then the non-single crystal Si thin film is formed. Therefore, a semiconductor device with few defects due to poor bonding and high yield can be manufactured.

上記単結晶Si薄膜デバイス上に保護間絶縁膜、コンタクトホールおよびメタル配線を形成することがより好ましい。   More preferably, a protective insulating film, a contact hole, and a metal wiring are formed on the single crystal Si thin film device.

これにより、非単結晶Si薄膜の形成よりも先に形成される単結晶Si薄膜デバイスがメタル配線を有しているため、微細化加工が可能になり、単結晶Si薄膜に形成する回路の集積密度の大幅アップが実現できる。さらに、単結晶Si薄膜デバイスをガラス基板上に形成した後に形成される非単結晶Si薄膜にも同じ工程でメタル配線を設けることで、ダブルメタル配線構造の半導体装置を効率良く簡略な工程で製造することができる。   As a result, since the single crystal Si thin film device formed prior to the formation of the non-single crystal Si thin film has metal wiring, miniaturization processing is possible, and integration of circuits formed on the single crystal Si thin film is possible. A significant increase in density can be achieved. Furthermore, by providing metal wiring in the same process for non-single-crystal Si thin film formed after the single crystal Si thin film device is formed on the glass substrate, a semiconductor device with a double metal wiring structure can be manufactured in a simple and efficient process. can do.

上記単結晶Si薄膜デバイスを形成した後、上記非単結晶Si薄膜を形成する前に、層間絶縁膜を形成することがより好ましい。   It is more preferable to form an interlayer insulating film after forming the single crystal Si thin film device and before forming the non-single crystal Si thin film.

これにより、単結晶Si薄膜デバイスと非単結晶Si薄膜との間に層間絶縁膜が形成されているため、単結晶Si薄膜の単結晶Siの汚染を確実に防止できる。   Thereby, since the interlayer insulating film is formed between the single crystal Si thin film device and the non-single crystal Si thin film, contamination of the single crystal Si of the single crystal Si thin film can be surely prevented.

本発明の半導体装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、絶縁基板上に、単結晶Si薄膜デバイスと非単結晶Si薄膜デバイスとが形成された半導体装置の製造方法において、上記非単結晶Si薄膜を上記絶縁基板上に形成した後、表面に酸化膜、ゲートパターン、不純物イオン注入部が形成された後に平坦化されており、所定の深さに所定の濃度の水素イオンが注入された水素イオン注入部を備えた単結晶Si基板を熱処理によって絶縁基板上に接合し、さらに水素イオン注入部において熱処理により劈開剥離することを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device in which a single crystal Si thin film device and a non-single crystal Si thin film device are formed on an insulating substrate. After a single crystal Si thin film is formed on the insulating substrate, an oxide film, a gate pattern, and an impurity ion implantation portion are formed on the surface and then flattened, and hydrogen ions having a predetermined concentration are implanted at a predetermined depth. The single crystal Si substrate provided with the hydrogen ion implanted portion is bonded to the insulating substrate by heat treatment, and further, cleaved and separated by heat treatment at the hydrogen ion implanted portion.

上記の製造方法によれば、非単結晶Si薄膜を単結晶Si薄膜デバイス形成前に形成するため、単結晶Si薄膜デバイスを形成した後で非単結晶Si薄膜を形成する場合と比較して、単結晶Si薄膜が汚染されたり、損傷を受けたりすることを防止できる。   According to the above manufacturing method, since the non-single-crystal Si thin film is formed before the single-crystal Si thin-film device is formed, compared with the case where the non-single-crystal Si thin film is formed after the single-crystal Si thin-film device is formed, It is possible to prevent the single crystal Si thin film from being contaminated or damaged.

また、絶縁基板上に、単結晶Si薄膜デバイスと非単結晶Si薄膜とが形成された半導体装置の製造方法においては、上記非単結晶Si薄膜を上記絶縁基板上に形成した後、上記単結晶Si薄膜デバイスを形成する場合に生じる非単結晶Siを除去した単結晶Siを接合すべき表面の荒れによりマイクロラフネスが増加して接合力が低下するという問題がある。   In the method of manufacturing a semiconductor device in which a single crystal Si thin film device and a non-single crystal Si thin film are formed on an insulating substrate, the single crystal is formed after the non-single crystal Si thin film is formed on the insulating substrate. There is a problem that the microroughness increases due to the roughness of the surface to which single crystal Si from which non-single crystal Si is removed when forming a Si thin film device is formed, and the bonding force decreases.

これに対し、本発明の半導体装置の製造方法は、少なくとも単結晶Siを接合すべき領域を予め低エネルギー(約3keV)のハロゲン化物(CF等)のGCIB(Gas Cluster Ion Beam)により平坦化している。この上にTEOSあるいはTMCTS(Tetramethylcyclotetrasiloxane)を用いたPECVDにより、約10nmのSiO膜を形成した場合には、さらに接合性が改善することからより望ましい。 On the other hand, in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, at least a region to which single crystal Si is to be bonded is planarized in advance by GCIB (Gas Cluster Ion Beam) of a low energy (about 3 keV) halide (CF 4 or the like). ing. When a SiO 2 film having a thickness of about 10 nm is formed thereon by PECVD using TEOS or TMCTS (Tetramethylcyclotetrasiloxane), it is more desirable because the bondability is further improved.

上記単結晶Si薄膜デバイスは、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタであることがより好ましい。   The single crystal Si thin film device is more preferably a MOS type single crystal Si thin film transistor.

これにより、例えば、CMOS構造にした場合には、消費電力の低減および電源電圧までフル出力が可能で、低消費電力のロジックに適した半導体装置を得ることができる等のMOS型トランジスタの特性を有する半導体装置を製造することができる。   Thus, for example, in the case of a CMOS structure, the characteristics of the MOS transistor can be obtained, such as reduction of power consumption and full output up to the power supply voltage, and a semiconductor device suitable for low power consumption logic can be obtained. A semiconductor device having the same can be manufactured.

上記単結晶Si薄膜デバイスは、バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタであることがより好ましい。   The single crystal Si thin film device is more preferably a bipolar single crystal Si thin film transistor.

これにより、バイポーラ型トランジスタを絶縁基板上に形成することで、単結晶Si薄膜の構成をMOS型よりも簡略化でき、平坦化処理を行うことなく絶縁基板に接合することができる。   Thus, by forming the bipolar transistor on the insulating substrate, the configuration of the single crystal Si thin film can be simplified as compared with the MOS type, and can be bonded to the insulating substrate without performing a planarization process.

上記単結晶Si薄膜デバイスを形成するための単結晶Si基板に対して、所定の深さに所定の濃度の水素イオンを注入することがより好ましい。   More preferably, hydrogen ions having a predetermined concentration are implanted at a predetermined depth into a single crystal Si substrate for forming the single crystal Si thin film device.

これにより、接着剤を使用することなく、容易に単結晶Si薄膜デバイスを絶縁基板上に形成することができる。   Thereby, a single crystal Si thin film device can be easily formed on an insulating substrate without using an adhesive.

すなわち、水素イオンを注入した水素イオン注入部を形成することで、絶縁基板上に単結晶Si薄膜デバイスを形成する場合には、単結晶Si薄膜デバイスを水素イオンがSiから離脱する温度まで加熱し、絶縁基板に対する接合強度を高めることができるとともに、水素イオン注入部を境に劈開剥離することで、容易にバイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタを形成することができる。   That is, when a single crystal Si thin film device is formed on an insulating substrate by forming a hydrogen ion implanted portion into which hydrogen ions are implanted, the single crystal Si thin film device is heated to a temperature at which the hydrogen ions are separated from Si. In addition to increasing the bonding strength to the insulating substrate, the bipolar single crystal Si thin film transistor can be easily formed by cleaving and peeling with the hydrogen ion implanted portion as a boundary.

なお、上記所定の深さとは、形成する単結晶Si薄膜の目標の厚さに応じて決定すればよい。   The predetermined depth may be determined according to the target thickness of the single crystal Si thin film to be formed.

上記水素イオンの注入エネルギーは、該水素イオンの注入エネルギーから上記酸化膜の膜厚に相当する水素イオンのプロジェクションレンジに対応するエネルギーを差し引いたエネルギーが、上記酸化膜の膜厚に相当する、該酸化膜上に形成された層内に存在する材料の構成原子のプロジェクションレンジに対応するエネルギーよりも小さくなるように設定されていることがより好ましい。   The hydrogen ion implantation energy is obtained by subtracting the energy corresponding to the projection range of hydrogen ions corresponding to the film thickness of the oxide film from the hydrogen ion implantation energy, the energy corresponding to the film thickness of the oxide film, More preferably, the energy is set to be smaller than the energy corresponding to the projection range of the constituent atoms of the material existing in the layer formed on the oxide film.

これにより、例えば、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタにおいて、単結晶Si基板に対して照射された水素イオンが、ゲート電極材料やメタル配線材料の構成原子に衝突することにより、はじき出されたゲート電極材料の構成原子が酸化膜を通過し、単結晶Siにまで達して、単結晶Si部分が汚染されることによる特性あるいは信頼性低下を防止することができる。   Thereby, for example, in a MOS-type single crystal Si thin film transistor, the hydrogen ion irradiated to the single crystal Si substrate collides with the constituent atoms of the gate electrode material or the metal wiring material, and is thus ejected. It is possible to prevent deterioration of characteristics or reliability due to contamination of the single crystal Si portion by passing through the oxide film and reaching the single crystal Si.

上記水素イオン注入部を有する単結晶Si基板の厚みが概100ミクロン以下であることがより好ましい。   More preferably, the thickness of the single crystal Si substrate having the hydrogen ion implanted portion is approximately 100 microns or less.

これにより、単結晶Si層を元の基板の約1/10にすることができ、Si基板の曲げ剛性が小さくなるため、ガラス基板側の表面傷やパーティクル等による細かい凹凸に対して、同じ接合エネルギーの条件であっても、追随して曲がりやすくなってそれらの影響を受けにくくすることができる。   As a result, the single crystal Si layer can be reduced to about 1/10 of the original substrate, and the bending rigidity of the Si substrate is reduced, so that the same bonding can be applied to fine irregularities caused by surface scratches or particles on the glass substrate side. Even under energy conditions, it becomes easier to follow and bend less easily.

よって、上記厚さであれば、分断した小さく薄いSi基板のハンドリング性を大きく損なうことなく、かつガラス基板側の表面傷やパーティクル等に起因する接合不良を大幅に低減できる。   Therefore, if it is the said thickness, the joining defect resulting from the surface flaw on the glass substrate side, particle | grains, etc. can be reduced significantly, without significantly impairing the handling property of the divided small thin Si substrate.

なお、上記厚さは、概70ミクロン以下、さらにより望ましくは50ミクロン以下であることが望ましい。   The thickness is preferably about 70 microns or less, more preferably 50 microns or less.

上記非単結晶Si薄膜を上記絶縁基板上に形成した後、少なくとも上記非単結晶Siを除去して上記単結晶Si基板を接合すべき表面領域を予め約3keVのハロゲン化物のGCIB(Gas Cluster Ion Beam)により平坦化しておくことがより好ましい。   After the non-single-crystal Si thin film is formed on the insulating substrate, at least the non-single-crystal Si is removed, and a surface region to be bonded to the single-crystal Si substrate is previously set to a GCIB (Gas Cluster Ion) of about 3 keV. It is more preferable to flatten by beam.

これにより、低エネルギー(約3kev)の酸素あるいはハロゲン化物のGCIBを照射すると、SiあるいはSiO表面が軽くエッチングされ、かつ表面のマイクロラフネスが改善される。 Thus, when irradiated with low energy (about 3 kev) oxygen or halide GCIB, the Si or SiO 2 surface is lightly etched and the microroughness of the surface is improved.

よって、従来のSi基板の接合と比較して、接合の成功率を大幅に向上させることができる。   Therefore, the success rate of the bonding can be greatly improved as compared with the bonding of the conventional Si substrate.

〔実施形態1〕
本発明の半導体装置の製造方法の一実施形態について、図1(a)〜図1(i)を用いて説明すれば以下のとおりである。
Embodiment 1
An embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described as follows with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (i).

なお、本実施形態で説明する半導体装置は、MOS型の非単結晶Si薄膜トランジスタとMOS型の単結晶Si薄膜トランジスタとを絶縁基板上の異なる領域に形成した高性能・高機能化に適した半導体装置であって、TFTによるアクティブマトリクス基板に形成される。   Note that the semiconductor device described in this embodiment is a semiconductor device suitable for high performance and high functionality in which a MOS-type non-single-crystal Si thin-film transistor and a MOS-type single-crystal Si thin-film transistor are formed in different regions on an insulating substrate. Thus, it is formed on an active matrix substrate using TFTs.

このMOS型の薄膜トランジスタは、活性半導体層、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ゲート両側に形成された高濃度不純物ドープ部(ソース・ドレイン電極)からなり、ゲート電極により、ゲート下の半導体層のキャリア濃度が変調され、ソース−ドレイン間を流れる電流が制御される一般的なトランジスタである。   This MOS type thin film transistor comprises an active semiconductor layer, a gate electrode, a gate insulating film, and a high concentration impurity doped portion (source / drain electrode) formed on both sides of the gate, and the carrier concentration of the semiconductor layer under the gate by the gate electrode. Is a general transistor in which the current flowing between the source and the drain is controlled.

MOS型トランジスタの特性としては、COMS(Complementary MOS)構造にすると、消費電力が少なく、電源電圧に応じて出力をフルに振ることができることから、低消費電力型のロジックに適している。   As a characteristic of the MOS type transistor, a COMS (Complementary MOS) structure is suitable for low power consumption type logic because it consumes less power and can fully output depending on the power supply voltage.

本実施形態の半導体装置20は、図1(i)に示すように、絶縁基板2上に、SiO(酸化Si)膜(酸化膜)3、多結晶Siからなる非単結晶Si薄膜5’を含むMOS型の非単結晶Si薄膜トランジスタ1a、単結晶Si薄膜14aを備えたMOS型の単結晶Si薄膜トランジスタ(単結晶Si薄膜デバイス)16a、金属配線22を備えている。 As shown in FIG. 1 (i), the semiconductor device 20 of the present embodiment has a non-single-crystal Si thin film 5 ′ made of SiO 2 (Si oxide) film (oxide film) 3 and polycrystalline Si on an insulating substrate 2. A MOS type non-single crystal Si thin film transistor 1a, a MOS type single crystal Si thin film transistor (single crystal Si thin film device) 16a provided with a single crystal Si thin film 14a, and a metal wiring 22.

絶縁基板2は、高歪点ガラスであるコーニング社のcode1737(アルカリ土類−アルミノ硼珪酸ガラス)が用いられている。   The insulating substrate 2 is made of Corning code 1737 (alkaline earth-aluminoborosilicate glass) which is a high strain point glass.

SiO膜3は、絶縁基板2の表面全体に、膜厚約50nmで形成されている。 The SiO 2 film 3 is formed with a film thickness of about 50 nm on the entire surface of the insulating substrate 2.

非単結晶Si薄膜5’を含むMOS型の非単結晶Si薄膜トランジスタ1aは、層間絶縁膜としてのSiO膜4上に、非単結晶Si薄膜5’、ゲート絶縁膜としてのSiO膜7、ゲート電極6を備えている。 A MOS type non-single-crystal Si thin film transistor 1a including a non-single-crystal Si thin film 5 ′ includes a non-single-crystal Si thin film 5 ′ and a SiO 2 film 7 as a gate insulating film on an SiO 2 film 4 as an interlayer insulating film, A gate electrode 6 is provided.

ゲート電極6は、多結晶SiとWシリサイドとから形成されているが、多結晶Si、他のシリサイドあるいはポリサイド等から形成されていてもよい。   The gate electrode 6 is formed of polycrystalline Si and W silicide, but may be formed of polycrystalline Si, another silicide, polycide, or the like.

一方、単結晶Si薄膜14aを含むMOS型の単結晶Si薄膜トランジスタ16aは、ゲート電極12を有する平坦化層、ゲート絶縁膜としてのSiO膜13、単結晶Si薄膜14aとを備えている。 On the other hand, the MOS type single crystal Si thin film transistor 16a including the single crystal Si thin film 14a includes a planarizing layer having the gate electrode 12, an SiO 2 film 13 as a gate insulating film, and a single crystal Si thin film 14a.

ゲート電極12の材料は、ヘビードープの多結晶Si膜とWシリサイドを用いているが、材料は多結晶Si単独であっても、また他の高融点金属やシリサイドであってもよく、必要な抵抗や耐熱性を考慮して選択される。   The material of the gate electrode 12 is a heavy-doped polycrystalline Si film and W silicide. However, the material may be polycrystalline Si alone, other refractory metal or silicide, and the necessary resistance. Or selected in consideration of heat resistance.

また、この単結晶Si薄膜トランジスタ16aは、絶縁基板2に接合される前に単結晶Si基板上で形成され、ゲート電極12となる部分は、ゲート絶縁膜13、単結晶Si薄膜14aを含んだ状態で、絶縁基板2上に接合される。よって、単結晶Si基板10a上でゲート電極形成やソース・ドレインの不純物イオン注入を行う方が、絶縁基板2上に形成した単結晶Si薄膜を形成後、薄膜トランジスタを形成するよりも、単結晶Si薄膜への微細加工を容易に行うことができる。   The single crystal Si thin film transistor 16a is formed on the single crystal Si substrate before being bonded to the insulating substrate 2, and the portion to be the gate electrode 12 includes the gate insulating film 13 and the single crystal Si thin film 14a. Then, it is bonded onto the insulating substrate 2. Therefore, the formation of the gate electrode and the source / drain impurity ion implantation on the single crystal Si substrate 10a is more preferable than the single crystal Si thin film formed on the insulating substrate 2 after the single crystal Si thin film is formed. Fine processing to a thin film can be easily performed.

本実施形態の半導体装置20は、以上のように、1枚の絶縁基板2上に、MOS型の非単結晶Si薄膜トランジスタ1aと、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタ16aとを共存させることで、特性が異なる複数の回路を集積化した高性能・高機能な半導体装置を得ることができる。また、1枚の絶縁基板2上に、全て単結晶Si薄膜からなるトランジスタを形成するよりも、安価に高性能・高機能な半導体装置を得ることができる。   As described above, the semiconductor device 20 of the present embodiment has the characteristics by allowing the MOS type non-single crystal Si thin film transistor 1a and the MOS type single crystal Si thin film transistor 16a to coexist on one insulating substrate 2. A high-performance and high-performance semiconductor device in which a plurality of different circuits are integrated can be obtained. In addition, it is possible to obtain a high-performance and high-performance semiconductor device at a lower cost than when a single-crystal Si thin film transistor is formed on a single insulating substrate 2.

なお、非単結晶Si薄膜5’の領域と単結晶Si薄膜14aの領域とは、少なくとも0.3μm以上、好ましくは0.5μm以上離れている。これにより、単結晶Si薄膜14aに、Ni、Pt、Sn、Pd等の金属原子が拡散するのを防止することができ、単結晶Si薄膜トランジスタ16aの特性を安定化させることができる。   Note that the region of the non-single-crystal Si thin film 5 ′ and the region of the single-crystal Si thin film 14 a are separated by at least 0.3 μm or more, preferably 0.5 μm or more. Thereby, it is possible to prevent the diffusion of metal atoms such as Ni, Pt, Sn, and Pd into the single crystal Si thin film 14a, and to stabilize the characteristics of the single crystal Si thin film transistor 16a.

さらに、本実施形態の半導体装置20には、非単結晶Si薄膜トランジスタ1aと単結晶Si薄膜トランジスタ16aとの間の層間絶縁膜として、SiO膜4が形成されている。これにより、単結晶Si薄膜14aが汚染されることを防止できる。 Further, in the semiconductor device 20 of the present embodiment, the SiO 2 film 4 is formed as an interlayer insulating film between the non-single crystal Si thin film transistor 1a and the single crystal Si thin film transistor 16a. This can prevent the single crystal Si thin film 14a from being contaminated.

例えば、本発明の半導体装置20を含む液晶表示装置のアクティブマトリクス基板の場合には、さらに、液晶表示用に、SiNx(窒化Si)、樹脂平坦化膜、ビアホール、透明電極が形成される。そして、非単結晶Si薄膜5’の領域には、ドライバおよび表示部用のTFTが形成され、より高性能が要求されるデバイスに適応可能な単結晶Si薄膜14aの領域には、タイミングコントローラが形成される。なお、ドライバ部は、単結晶Siであってもよく、コストと性能とを考慮して決定されればよい。   For example, in the case of an active matrix substrate of a liquid crystal display device including the semiconductor device 20 of the present invention, SiNx (Si nitride), a resin flattening film, a via hole, and a transparent electrode are further formed for liquid crystal display. In the region of the non-single-crystal Si thin film 5 ′, TFTs for drivers and display units are formed. In the region of the single-crystal Si thin film 14a that can be applied to a device that requires higher performance, a timing controller is provided. It is formed. The driver unit may be single crystal Si, and may be determined in consideration of cost and performance.

このように、単結晶Si薄膜14a、非単結晶Si薄膜5’からなる薄膜トランジスタのそれぞれの特性に応じて、各薄膜トランジスタの機能・用途を決定することで、高性能・高機能な薄膜トランジスタを得ることができる。   As described above, by determining the function and application of each thin film transistor according to the characteristics of the thin film transistor composed of the single crystal Si thin film 14a and the non-single crystal Si thin film 5 ', a high performance and high function thin film transistor can be obtained. Can do.

なお、従来の非単結晶Si薄膜5’の領域に形成したNチャネルTFTは、約100cm/V・secの移動度であったのに対し、本実施形態の半導体装置を形成した液晶表示用アクティブマトリクス基板においては、単結晶Si薄膜14aの領域に形成したNチャネルTFTが約550cm/V・secの移動度であった。このように、本実施形態の半導体装置20の構成によれば、従来に比べて高速動作が可能なTFTを得ることができる。 The conventional N-channel TFT formed in the region of the non-single-crystal Si thin film 5 ′ has a mobility of about 100 cm 2 / V · sec, whereas the liquid crystal display in which the semiconductor device of this embodiment is formed is used. In the active matrix substrate, the N-channel TFT formed in the region of the single crystal Si thin film 14a has a mobility of about 550 cm 2 / V · sec. Thus, according to the configuration of the semiconductor device 20 of the present embodiment, a TFT capable of operating at a higher speed than the conventional one can be obtained.

また、この液晶表示用のアクティブマトリクス基板において、ドライバはもとより非単結晶Si薄膜5’の領域に形成されているデバイスが7〜8Vの信号と電源電圧を要するのに対し、単結晶Si薄膜14aの領域に形成されているデバイスであるタイミングコントローラは2.7Vにて安定に動作した。   Further, in this active matrix substrate for liquid crystal display, the device formed in the region of the non-single-crystal Si thin film 5 ′ as well as the driver requires a signal of 7 to 8 V and a power supply voltage, whereas the single-crystal Si thin film 14a. The timing controller, which is a device formed in the region, operated stably at 2.7V.

また、半導体装置20においては、集積回路が非単結晶Si薄膜5’の領域と単結晶Si薄膜14aの領域とに形成されることにより、必要とする構成および特性に合わせて画素アレイを含む集積回路を適した領域に形成することができる。そして、それぞれの領域に形成された集積回路において、動作速度や動作電源電圧等が異なる性能の集積回路を作ることができる。例えば、ゲート長、ゲート絶縁膜の膜厚、電源電圧、ロジックレベルのうち少なくとも1つが領域毎に異なる設計とすることができる。   Further, in the semiconductor device 20, the integrated circuit is formed in the region of the non-single crystal Si thin film 5 ′ and the region of the single crystal Si thin film 14a, so that the integration including the pixel array in accordance with the required configuration and characteristics is performed. The circuit can be formed in a suitable region. Then, in the integrated circuits formed in the respective regions, integrated circuits having different performances such as operating speed and operating power supply voltage can be manufactured. For example, at least one of the gate length, the gate insulating film thickness, the power supply voltage, and the logic level can be designed differently for each region.

これにより、領域ごとに異なる特性を有するデバイスを形成でき、より多様な機能を備えた半導体装置を得ることができる。   Thus, devices having different characteristics for each region can be formed, and a semiconductor device having more various functions can be obtained.

さらに、半導体装置20においては、集積回路が非単結晶Si薄膜5’の領域と単結晶Si薄膜14aの領域とに形成されるため、それぞれの領域に形成された集積回路は、領域毎に異なる加工ルールを適用することができる。例えば、短チャネル長の場合、単結晶Si薄膜領域には結晶粒界がないため、TFT特性のバラツキが殆ど増加しないのに対し、多結晶Si薄膜領域では、結晶粒界の影響でバラツキが急速に増加するため、加工ルールを各々の部分で変える必要があるからである。よって、加工ルールに合わせて集積回路を適した領域に形成することができる。   Further, in the semiconductor device 20, since the integrated circuit is formed in the region of the non-single crystal Si thin film 5 ′ and the region of the single crystal Si thin film 14a, the integrated circuit formed in each region differs from region to region. Processing rules can be applied. For example, in the case of a short channel length, since there is no crystal grain boundary in the single crystal Si thin film region, the variation in TFT characteristics hardly increases, whereas in the polycrystalline Si thin film region, the variation is rapid due to the effect of the crystal grain boundary. This is because the processing rules need to be changed in each part. Therefore, the integrated circuit can be formed in a region suitable for the processing rule.

また、本実施形態の半導体装置20では、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタ16aにおいて、その金属配線パターンは、ゲートパターンよりも緩いデザインルールによって形成することが可能である。   Further, in the semiconductor device 20 of this embodiment, in the MOS type single crystal Si thin film transistor 16a, the metal wiring pattern can be formed by a looser design rule than the gate pattern.

これにより、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタ16aを形成した半導体装置のメタル配線もしくはメタル配線の一部を大型基板上のメタル配線と同時に処理することができ、コストを抑え、かつ処理能力を向上させることができる。さらに、外部配線や他の回路ブロックやTFTアレイに対する接続が容易になり、外部装置等に対する接続不良による製品歩留りを低減できる。   As a result, the metal wiring or a part of the metal wiring of the semiconductor device in which the MOS type single crystal Si thin film transistor 16a is formed can be processed at the same time as the metal wiring on the large substrate, thereby reducing the cost and improving the processing capability. be able to. Furthermore, connection to external wiring, other circuit blocks, and TFT arrays is facilitated, and product yield due to poor connection to external devices and the like can be reduced.

なお、半導体装置20上に形成される単結晶Si薄膜14aのサイズは、LSI製造装置のウエハサイズによって決まることになる。しかし、単結晶Si薄膜14aを必要とする高速性、消費電力、高速のロジック、タイミングジェネレータ、バラツキが問われる高速のDAC(電流バッファ)、あるいはプロセッサ等を形成するためには、一般的なLSI製造装置のウエハサイズで十分である。   Note that the size of the single crystal Si thin film 14a formed on the semiconductor device 20 is determined by the wafer size of the LSI manufacturing apparatus. However, in order to form a high-speed DAC (current buffer), a processor, or the like that requires high-speed performance, power consumption, high-speed logic, timing generator, variation, and the like that require the single crystal Si thin film 14a, a general LSI The wafer size of the manufacturing equipment is sufficient.

ここで、半導体装置20の製造方法について、図1(a)〜図1(i)を用いて説明すれば以下のとおりである。   Here, the manufacturing method of the semiconductor device 20 will be described as follows with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (i).

先ず、絶縁基板2の表面全体にTEOSとOとの混合ガスを用いて、プラズマCVDによって、膜厚約50nmのSiO膜3を堆積する。 First, a SiO 2 film 3 having a thickness of about 50 nm is deposited on the entire surface of the insulating substrate 2 by plasma CVD using a mixed gas of TEOS and O 2 .

本実施形態の半導体装置20の製造方法では、ここで、薄膜化すれば単結晶Si薄膜トランジスタ16aとなる部分を別途作り込んだ単結晶Si基板10aを形成し、この単結晶Si基板10aを絶縁基板2上に形成している。   In the manufacturing method of the semiconductor device 20 of this embodiment, here, if the film is thinned, a single crystal Si substrate 10a is formed in which a portion to be the single crystal Si thin film transistor 16a is separately formed, and this single crystal Si substrate 10a is formed as an insulating substrate. 2 is formed.

具体的には、予め一般的なIC製造ラインでCMOS工程の一部、つまりゲート電極12、ゲート絶縁膜13、ソース・ドレイン不純物イオン注入(BF3+、P)、保護絶縁膜、平坦化膜(BPSG)を形成後、CMP(Chemical-mechanical Polishing)によって平坦化処理を行う。続いて、膜厚約10nmのSiO膜を形成し、5×1016/cmのドーズ量の水素イオンを所定のエネルギーにて注入した水素イオン注入部15を有する単結晶Si基板10aを作成する。そして、これを絶縁基板2上の形成領域に適合した所定のサイズに切断する。 Specifically, a part of a CMOS process in advance in a general IC manufacturing line, that is, a gate electrode 12, a gate insulating film 13, source / drain impurity ion implantation (BF 3+ , P + ), a protective insulating film, a planarizing film After forming (BPSG), planarization is performed by CMP (Chemical-mechanical Polishing). Subsequently, a SiO 2 film having a thickness of about 10 nm is formed, and a single crystal Si substrate 10a having a hydrogen ion implanted portion 15 in which hydrogen ions having a dose amount of 5 × 10 16 / cm 2 are implanted with a predetermined energy is formed. To do. Then, this is cut into a predetermined size suitable for the formation region on the insulating substrate 2.

そして、図1(b)に示すように、透明絶縁基板2および切断した単結晶Si基板10aの両基板をSC−1洗浄し活性化した後、単結晶Si基板10aの水素イオン注入部15側を所定の位置にアライメントし、室温で密着させて接合する。   Then, as shown in FIG. 1B, both the transparent insulating substrate 2 and the cut single crystal Si substrate 10a are SC-1 cleaned and activated, and then the hydrogen ion implanted portion 15 side of the single crystal Si substrate 10a is activated. Are aligned at a predetermined position and bonded together at room temperature.

アライメントは、図9に示すように、透明基板2、ここでは、コーニング社1737ガラスを通して、透明基板2側から可視光で単結晶Si上の位置合わせマーク94と透明基板2側の位置合わせマーク93とを検出して行う。図9に示す例では、落射照明で顕微鏡にセットした位置合わせ用CCDカメラ90を用いて、位置合わせステージ91上の単結晶Si上の位置合わせマーク94を検知し、最終的にこれを電気信号に変換して処理している。   As shown in FIG. 9, the alignment mark 94 on the single crystal Si and the alignment mark 93 on the transparent substrate 2 side are visible light from the transparent substrate 2 side through the transparent substrate 2, here, Corning 1737 glass. And detect. In the example shown in FIG. 9, the alignment mark 94 on the single crystal Si on the alignment stage 91 is detected using the alignment CCD camera 90 set on the microscope with epi-illumination, and finally this is detected as an electric signal. It is converted and processed.

従来の赤外線を照射してSi基板を通して位置合わせを行っていた方式では、IC等が可視光やUV光に対して不透明で、吸着防止のため鏡面でない光を散乱する表面を持つSiウエハ越しにアライメントマークを検知し、アライメントを行っていたため、精度が悪くなるという問題を有していた。   In the conventional method of aligning through the Si substrate by irradiating with infrared rays, the IC etc. is opaque to visible light and UV light, and passes through a Si wafer having a surface that scatters non-specular light to prevent adsorption. Since the alignment mark was detected and alignment was performed, there was a problem that accuracy deteriorated.

そこで、本実施形態の半導体装置では、例えば、より短波長の可視光やUV光に対して透明で、かつ表面が光を散乱しないガラス越しに位置合わせマーク93・94を検出するため、従来の方式と比較して、高精度な位置合わせを行うことが可能になる。   Therefore, in the semiconductor device of this embodiment, for example, since the alignment marks 93 and 94 are detected through glass that is transparent to visible light and UV light having a shorter wavelength and whose surface does not scatter light, Compared with the method, highly accurate alignment can be performed.

また、単結晶Siとガラス製の透明基板2とは、Van der Waals力で接合されている。その後、400℃〜600℃、ここでは、約550℃の温度での処理で、Si-OH + -Si-OH → Si-O-Si + HOの反応を起こさせて、原子同士の強固な結合に変化させる。そしてさらに、図1(c)に示すように、水素イオン注入部15の温度を単結晶Siから水素が離脱する温度以上まで昇温することにより、水素イオン注入部15を境に劈開剥離することができる。 The single crystal Si and the transparent substrate 2 made of glass are joined together by Van der Waals force. Thereafter, the reaction between 400 ° C. and 600 ° C., here about 550 ° C., causes a reaction of Si—OH + —Si—OH → Si—O—Si + H 2 O to strengthen the atoms. Change to a simple bond. Further, as shown in FIG. 1 (c), the temperature of the hydrogen ion implantation part 15 is raised to a temperature higher than the temperature at which hydrogen is released from the single crystal Si, thereby cleaving and peeling at the hydrogen ion implantation part 15 as a boundary. Can do.

ここで、単結晶Si薄膜トランジスタ16aは、絶縁基板2に対して、無機系の絶縁膜である前記SiO膜3を介して接合される。よって、従来の接着剤を用いて接合する場合と比較して、単結晶Si薄膜14aが汚染されることを確実に防止できる。 Here, the single crystal Si thin film transistor 16a is bonded to the insulating substrate 2 via the SiO 2 film 3 which is an inorganic insulating film. Therefore, it is possible to reliably prevent the single crystal Si thin film 14a from being contaminated as compared with the case of joining using a conventional adhesive.

続いて、剥離されて絶縁基板2上に残った単結晶Si薄膜14aの不要部分をエッチング除去し、単結晶Siを島状に加工した後、表面の損傷層を、等方性プラズマエッチングまたはウエットエッチング、ここでは、バッファフッ酸によるウエットエッチングにて約10nmライトエッチすることにより除去する。これにより、図1(i)に示すように、絶縁基板2上に膜厚約50nmの単結晶Si薄膜14aにMOSTFTの一部が形成される。   Subsequently, an unnecessary portion of the single crystal Si thin film 14a that has been peeled off and remains on the insulating substrate 2 is removed by etching, and after processing the single crystal Si into an island shape, the damaged layer on the surface is subjected to isotropic plasma etching or wet etching. Etching is performed by light etching of about 10 nm by wet etching using buffer hydrofluoric acid. Thereby, as shown in FIG. 1I, a part of the MOSTFT is formed on the insulating substrate 2 on the single crystal Si thin film 14a having a film thickness of about 50 nm.

その後、図1(d)に示すように、絶縁基板2の全面にSiHとNOとの混合ガスを用いたプラズマCVDによって、膜厚約200nmの第2のSiO膜4を堆積する。さらに、その全面にSiHガスを用いてプラズマCVDにより、膜厚約50nmの非晶質Si膜5を堆積する。 Thereafter, as shown in FIG. 1D, a second SiO 2 film 4 having a thickness of about 200 nm is deposited on the entire surface of the insulating substrate 2 by plasma CVD using a mixed gas of SiH 4 and N 2 O. . Further, an amorphous Si film 5 having a thickness of about 50 nm is deposited on the entire surface by plasma CVD using SiH 4 gas.

非晶質Si膜5にエキシマレーザを照射して、加熱、結晶化し、多結晶Si層を成長させて非単結晶Si薄膜5’を形成するとともに、単結晶Si薄膜14aと絶縁膜3との接合強度向上を図る。   The amorphous Si film 5 is irradiated with an excimer laser, heated and crystallized, and a polycrystalline Si layer is grown to form a non-single-crystal Si thin film 5 ′, and between the single-crystal Si thin film 14a and the insulating film 3 To improve the bonding strength.

次に、図1(f)に示すように、デバイスの活性領域となる部分を残すために、不要な多結晶Si膜5’をエッチングにより除去し、島状のパターンを得る。   Next, as shown in FIG. 1F, the unnecessary polycrystalline Si film 5 'is removed by etching in order to leave a portion that becomes an active region of the device, and an island-like pattern is obtained.

次に、TEOSと酸素との混合ガスを用いて、プラズマCVDにより膜厚約350nmのSiO膜を堆積し、これを異方性エッチングであるRIEにて約400nmエッチバックする。その後、非単結晶Si薄膜トランジスタ1aのゲート絶縁膜としてSiHとNOとの混合ガスを用いたプラズマCVDにより、膜厚約60nmのSiO膜7を形成する。このとき、上記単結晶Si薄膜14aのパターンおよび非単結晶Si薄膜5’のパターンの端部にサイドウオールが形成される。 Next, using a mixed gas of TEOS and oxygen, a SiO 2 film having a thickness of about 350 nm is deposited by plasma CVD, and this is etched back by about 400 nm by RIE which is anisotropic etching. Thereafter, a SiO 2 film 7 having a thickness of about 60 nm is formed by plasma CVD using a mixed gas of SiH 4 and N 2 O as a gate insulating film of the non-single-crystal Si thin film transistor 1a. At this time, sidewalls are formed at the ends of the pattern of the single crystal Si thin film 14a and the pattern of the non-single crystal Si thin film 5 ′.

次に、図1(g)に示すように、TEOSとO(酸素)の混合ガスを用いP−CVDにより、層間平坦化絶縁膜として、膜厚約350nmのSiO膜8を堆積する。 Next, as shown in FIG. 1G, a SiO 2 film 8 having a thickness of about 350 nm is deposited as an interlayer planarization insulating film by P-CVD using a mixed gas of TEOS and O 2 (oxygen).

そして、図1(h)に示すように、コンタクトホール21を開口し、図1(i)に示すように、コンタクトホール21に金属(AlSi)配線22を形成する。   Then, as shown in FIG. 1H, a contact hole 21 is opened, and a metal (AlSi) wiring 22 is formed in the contact hole 21 as shown in FIG.

本実施形態の半導体装置の製造方法では、以上のように、単結晶Si薄膜トランジスタ16aを、非単結晶Si薄膜(多結晶Si薄膜)5’を形成する前に形成している。これにより、絶縁基板2の平坦性が保たれた状態で単結晶Si基板を接合することができるため、接合不良等の問題の発生を防止できる。   In the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment, as described above, the single crystal Si thin film transistor 16a is formed before the non-single crystal Si thin film (polycrystalline Si thin film) 5 'is formed. Thereby, since the single crystal Si substrate can be bonded in a state where the flatness of the insulating substrate 2 is maintained, problems such as bonding failure can be prevented.

なお、本実施形態において、水素イオンの注入エネルギーを大きくして水素原子のピーク位置を表面から深い位置になるようにし、単結晶Si薄膜14aの膜厚を厚くすると50nm〜100nmでは大きな変化はない。しかし、300nm〜600nmまで大きくなると次第にTFTのS値が大きくなり、オフ電流の増加が著しくなった。よって、単結晶Si薄膜14aの膜厚は、不純物のドーピング密度にも依存するが、概ね600nm以下、望ましくは約500nm以下、より望ましくは100nm以下であることが好ましい。   In the present embodiment, when the hydrogen ion implantation energy is increased so that the peak position of the hydrogen atoms is deep from the surface, and the film thickness of the single crystal Si thin film 14a is increased, there is no significant change between 50 nm and 100 nm. . However, when the thickness increased from 300 nm to 600 nm, the S value of the TFT gradually increased, and the increase in off current became significant. Therefore, although the film thickness of the single crystal Si thin film 14a depends on the impurity doping density, it is preferably about 600 nm or less, desirably about 500 nm or less, and more desirably 100 nm or less.

また、絶縁基板2として、コーニング社のcode1737(アルカリ土類−アルミノ硼珪酸ガラス)の替わりにコーニング社のcode7059(バリウム−硼珪酸ガラス)を用いた場合、同様に接合はできるものの、劈開剥離の成功率は悪化した。   Also, when Corning code 7059 (barium-borosilicate glass) is used in place of Corning code 1737 (alkaline earth-aluminoborosilicate glass) as the insulating substrate 2, bonding can be performed in the same manner. The success rate deteriorated.

これは、図8に示すように、code1737は略室温付近から600℃まで昇温した場合のSiとの線膨張の差が約250ppmであるのに対し、code7059はSiとの線膨張の差が約800ppmと大きくなるためである。   As shown in FIG. 8, code 1737 has a linear expansion difference with Si of about 250 ppm when the temperature is raised from approximately room temperature to 600 ° C., whereas code 7059 has a linear expansion difference with Si. This is because it becomes as large as about 800 ppm.

従って、劈開剥離の成功率を向上させる観点から、室温から600℃までの絶縁基板とSiとの線膨張の差は、約250ppm以下であることが望ましい。   Therefore, from the viewpoint of improving the success rate of cleavage peeling, the difference in linear expansion between the insulating substrate and Si from room temperature to 600 ° C. is desirably about 250 ppm or less.

なお、この単結晶Si薄膜トランジスタ16aは、本実施形態で示した構成に限定されるものではない。例えば、ゲートボトム構造のMOS型薄膜トランジスタであっても、上記と同様の効果を得ることができる。   The single crystal Si thin film transistor 16a is not limited to the configuration shown in this embodiment. For example, even with a gate bottom structure MOS thin film transistor, the same effect as described above can be obtained.

〔実施形態2〕
本発明の半導体装置の製造方法に関する他の実施形態について、図2(a)〜図2(i)に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態1の半導体装置20で説明した部材と同じ機能を有する部材については、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
Another embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (i). For convenience of explanation, description of members having the same functions as those described in the semiconductor device 20 of the first embodiment is omitted.

本実施形態の半導体装置30は、上述した実施形態1の半導体装置20と同様に、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタ16aと非単結晶Si薄膜トランジスタ1aとを絶縁基板2上の異なる領域に形成している。よって、本実施形態の半導体装置30についても、実施形態1の半導体装置20と同様に、高性能・高機能な半導体装置を得ることができる。   Similar to the semiconductor device 20 of the first embodiment, the semiconductor device 30 of the present embodiment is formed by forming the MOS type single crystal Si thin film transistor 16a and the non-single crystal Si thin film transistor 1a in different regions on the insulating substrate 2. Yes. Therefore, also for the semiconductor device 30 of the present embodiment, a high-performance and high-performance semiconductor device can be obtained in the same manner as the semiconductor device 20 of the first embodiment.

一方、半導体装置30は、単結晶Si薄膜トランジスタ16aを、非単結晶Si薄膜トランジスタ1aの形成後に形成する点で、実施形態1の半導体装置20と異なっている。   On the other hand, the semiconductor device 30 differs from the semiconductor device 20 of the first embodiment in that the single crystal Si thin film transistor 16a is formed after the non-single crystal Si thin film transistor 1a is formed.

本実施形態の半導体装置30は、絶縁基板2上に、SiO膜3、非単結晶Si薄膜トランジスタ1a、単結晶Si薄膜トランジスタ16a、金属配線22等を備えている。 The semiconductor device 30 of this embodiment includes an SiO 2 film 3, a non-single crystal Si thin film transistor 1a, a single crystal Si thin film transistor 16a, a metal wiring 22, and the like on an insulating substrate 2.

非単結晶Si薄膜トランジスタ1aは、非単結晶Si薄膜5’、ゲート絶縁膜としてのSiO膜7およびゲート電極6を備えている。単結晶Si薄膜トランジスタ16aは、上述したように、非単結晶Si薄膜トランジスタ1aが形成された絶縁基板2上に、層間絶縁膜7を介して形成されている。 The non-single-crystal Si thin film transistor 1a includes a non-single-crystal Si thin film 5 ′, a SiO 2 film 7 as a gate insulating film, and a gate electrode 6. As described above, the single crystal Si thin film transistor 16a is formed on the insulating substrate 2 on which the non-single crystal Si thin film transistor 1a is formed via the interlayer insulating film 7.

また、単結晶Si薄膜トランジスタ16aを作成するための単結晶Si基板10aは、絶縁基板2上に形成される前において、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタを作成するための処理が施されている。具体的には、ゲート電極、ゲート絶縁膜を形成し、ソース・ドレインの不純物イオンを注入し、P型とN型各々のチャネル部分へチャネル注入を行い、ここではP型Si基板を用いる事により、N型TFTのチャネル注入を省いた。ゲート電極上に層間平坦化膜、ここでは、CVDによるSiOとデポ後のBPSGをメルトしてさらにCMPで平坦化したものとを所定の形状に切断する工程を行う。そして、表面にMOS型の単結晶Si薄膜14aを形成した単結晶Si基板10aをSC1洗浄液で洗浄し、パーティクル除去と表面の活性化とを行い、室温下でガラス基板を通してガラス基板側から可視光で単結晶Si上の位置合わせマークと透明基板側の位置合わせマークと検出して位置合わせを行ってから絶縁基板2上に接合した。ここでは、ゲート長が0.35μmになるように加工を行い、コンタクトおよびメタル配線部分の加工ルールは、大型ガラス基板でのフォトリソグラフィーの精度、および接合時のアライメント精度に対応するため、線幅およびスペースについて2ミクロンとした。 Further, the single crystal Si substrate 10a for forming the single crystal Si thin film transistor 16a is subjected to a process for forming a MOS type single crystal Si thin film transistor before being formed on the insulating substrate 2. Specifically, a gate electrode and a gate insulating film are formed, source / drain impurity ions are implanted, and channel implantation is performed for each of the P-type and N-type channel portions. Here, a P-type Si substrate is used. N-type TFT channel injection was omitted. A step of cutting an interlayer planarizing film on the gate electrode, here, SiO 2 by CVD and BPSG after deposition and further planarizing by CMP into a predetermined shape is performed. Then, the single crystal Si substrate 10a on which the MOS type single crystal Si thin film 14a is formed is cleaned with SC1 cleaning liquid, particle removal and surface activation are performed, and visible light is transmitted from the glass substrate side through the glass substrate at room temperature. Then, the alignment mark on the single crystal Si and the alignment mark on the transparent substrate side were detected and aligned, and then bonded onto the insulating substrate 2. Here, processing is performed so that the gate length becomes 0.35 μm, and the processing rule for the contact and metal wiring portion corresponds to the accuracy of photolithography on a large glass substrate and the alignment accuracy at the time of bonding. And the space was 2 microns.

本実施形態の半導体装置30においては、MOS型トランジスタが非単結晶Si薄膜5’の領域と単結晶Si薄膜14aの領域とに形成されている。そして、各領域に形成された同一導電型のトランジスタにおいて、移動度、サブスレショルド係数、閾値のうち少なくとも1つが領域毎に異なっている。よって、所望の特性に応じて、対応する単結晶Siあるいは非単結晶Si薄膜領域にトランジスタを形成することができる。   In the semiconductor device 30 of this embodiment, MOS transistors are formed in the region of the non-single crystal Si thin film 5 'and the region of the single crystal Si thin film 14a. In the same conductivity type transistor formed in each region, at least one of mobility, subthreshold coefficient, and threshold value is different for each region. Thus, a transistor can be formed in a corresponding single crystal Si or non-single crystal Si thin film region in accordance with desired characteristics.

ここで、上記半導体装置30の製造方法について、図2(a)〜図2(i)に基づいて説明すれば以下のとおりである。   Here, the manufacturing method of the semiconductor device 30 will be described as follows with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (i).

先ず、絶縁基板2としては、高歪点ガラスであるコーニング社のcode1737(アルカリ土類−アルミノ硼珪酸ガラス)を用いる。そして、図2(a)に示すように、その表面にTEOS(Tetra Ethoxy Silane、すなわちSi(OC)とO(酸素)との混合ガスを用いプラズマCVDにより、プラズマ化学気相成長(Plasma Chemical Vapor Deposition、以下、P−CVDと記す。)により、膜厚約100nmのSiO膜3を堆積する。 First, as the insulating substrate 2, Corning code 1737 (alkaline earth-aluminoborosilicate glass), which is a high strain point glass, is used. Then, as shown in FIG. 2A, plasma chemical vapor is formed on the surface by plasma CVD using a mixed gas of TEOS (Tetra Ethoxy Silane, that is, Si (OC 2 H 5 ) 4 ) and O 2 (oxygen). A SiO 2 film 3 having a thickness of about 100 nm is deposited by phase growth (Plasma Chemical Vapor Deposition, hereinafter referred to as P-CVD).

さらに、その表面にSiHガスを用いプラズマCVDにより、膜厚約50nmの非晶質Si膜5堆積する。 Further, an amorphous Si film 5 having a thickness of about 50 nm is deposited on the surface by plasma CVD using SiH 4 gas.

続いて、図2(b)に示すように、非晶質Si膜5にエキシマレーザを照射して、加熱、結晶化し、多結晶Si層を成長させ、非単結晶Si薄膜5’を形成する。なお、非晶質Si膜5への加熱は、エキシマレーザによる照射加熱に限らず、例えば、他のレーザによる照射加熱、あるいは炉を用いる加熱であってもよい。また、結晶の成長を促進させるために、非晶質Si膜5’に、Ni、Pt、Sn、Pdのうち、少なくとも1つを添加してもよい。   Subsequently, as shown in FIG. 2B, the amorphous Si film 5 is irradiated with an excimer laser, heated and crystallized to grow a polycrystalline Si layer, thereby forming a non-single-crystal Si thin film 5 ′. . Note that the heating of the amorphous Si film 5 is not limited to the irradiation heating by the excimer laser, but may be the irradiation heating by another laser or the heating using a furnace, for example. Further, in order to promote crystal growth, at least one of Ni, Pt, Sn, and Pd may be added to the amorphous Si film 5 '.

そして、非単結晶Si薄膜5’の所定の領域を、図2(c)に示すように、エッチング除去する。   Then, a predetermined region of the non-single crystal Si thin film 5 'is removed by etching as shown in FIG.

次に、図2(c)に示すように、非単結晶Si(ここでは多結晶Siまたは連続粒界Si)のTFT用にSiHとNOガスを用いたプラズマCVDにより、80〜100nmのゲート絶縁膜として、SiO膜7を堆積した後、ゲート電極6を形成する。 Next, as shown in FIG. 2 (c), plasma CVD using SiH 4 and N 2 O gas for TFTs of non-single crystal Si (here, polycrystalline Si or continuous grain boundary Si) is performed at 80 to 100 nm. After depositing a SiO 2 film 7 as a gate insulating film, a gate electrode 6 is formed.

次に、図2(d)に示すように、ソース・ドレインの不純物イオンを注入し、その表面にTEOS(Tetra Ethoxy Silane、すなわちSi(OC)とO(酸素)との混合ガスを用いたプラズマCVDにより、層間絶縁膜として、膜厚約250nmのSiO膜4を堆積する。 Next, as shown in FIG. 2D, impurity ions of source and drain are implanted, and TEOS (Tetra Ethoxy Silane, that is, Si (OC 2 H 5 ) 4 ) and O 2 (oxygen) are implanted on the surface thereof. A SiO 2 film 4 having a thickness of about 250 nm is deposited as an interlayer insulating film by plasma CVD using a mixed gas.

ここで、本実施形態の半導体装置30では、上記実施形態1の半導体装置20と同様に、水素イオンを注入する等して、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタ16aとなるトランジスタの工程の一部が完了した単結晶Si基板10aを作成する。   Here, in the semiconductor device 30 of this embodiment, as in the semiconductor device 20 of the first embodiment, a part of the process of the transistor that becomes the MOS type single crystal Si thin film transistor 16a by implanting hydrogen ions is performed. A completed single crystal Si substrate 10a is formed.

そして、この単結晶Si基板10aを、非単結晶Si薄膜5’をエッチングにより除去した所定の領域と比較して、若干小さい形状にダイシング、あるいはKOH等による異方性エッチングなどによって切断する。   Then, the single crystal Si substrate 10a is cut into a slightly smaller shape by dicing or anisotropic etching using KOH or the like as compared with a predetermined region where the non-single crystal Si thin film 5 'is removed by etching.

結晶Siを接合するため非単結晶Si薄膜を除去した部分は予め低エネルギー(約3keV)のハロゲン化物を含むガスのGCIB(Gas Cluster Ion Beam)により平坦化しておく。この上にTEOSあるいはTMCTS(Tetramethylcyclotetrasiloxane)を用いたPECVDにより約10nmのSiO膜を形成しておくとさらに接合性が改善する。 The portion from which the non-single-crystal Si thin film is removed in order to join the crystalline Si is previously planarized by GCIB (Gas Cluster Ion Beam) of a gas containing a low-energy (about 3 keV) halide. If a SiO 2 film of about 10 nm is formed on this by PECVD using TEOS or TMCTS (Tetramethylcyclotetrasiloxane), the bondability is further improved.

非単結晶Si薄膜5’が形成された絶縁基板2と単結晶Si基板10aとを、パーティクル除去と表面の活性化のためSC−1で洗浄した後、図2(e)に示すように、単結晶Si基板10aの水素イオン注入部15側を、上記エッチング除去した領域に室温で実施形態1と同様の方法によりアライメントし、密着させて接合する。ここで、SC−1洗浄とは、一般にRCA洗浄と呼ばれる洗浄法の一つであって、アンモニアと過酸化水素と純水からなる洗浄液を用いる。   After the insulating substrate 2 on which the non-single crystal Si thin film 5 ′ is formed and the single crystal Si substrate 10a are cleaned with SC-1 for particle removal and surface activation, as shown in FIG. The hydrogen ion implanted portion 15 side of the single-crystal Si substrate 10a is aligned and closely adhered to the etched region at the room temperature by the same method as in the first embodiment. Here, the SC-1 cleaning is one of cleaning methods generally called RCA cleaning, and uses a cleaning liquid composed of ammonia, hydrogen peroxide, and pure water.

なお、単結晶Si基板10aの絶縁基板2上への形成は、ゲート絶縁膜としてSiO膜7の形成後、層間絶縁膜としてのSiO膜4の堆積前であってもよい。 The formation of the single crystal Si substrate 10a on the insulating substrate 2 may be performed after the formation of the SiO 2 film 7 as the gate insulating film and before the deposition of the SiO 2 film 4 as the interlayer insulating film.

その後、300℃〜600℃、ここでは約550℃の温度で熱処理し、単結晶Si基板10aの水素イオン注入部15の温度を単結晶Siから水素が離脱する温度以上まで昇温する。これにより、単結晶Si基板10aを、水素イオン注入部15を境に劈開剥離することができる。なお、この熱処理は、レーザ照射または約700℃以上のピーク温度を含むランプアニールによって、単結晶Si基板10aの水素イオン注入部15を昇温してもよい。   Thereafter, heat treatment is performed at a temperature of 300 ° C. to 600 ° C., here about 550 ° C., and the temperature of the hydrogen ion implanted portion 15 of the single crystal Si substrate 10a is raised to a temperature higher than the temperature at which hydrogen is desorbed from the single crystal Si. Thereby, the single crystal Si substrate 10a can be cleaved and peeled off with the hydrogen ion implanted portion 15 as a boundary. In this heat treatment, the hydrogen ion implanted portion 15 of the single crystal Si substrate 10a may be heated by laser irradiation or lamp annealing including a peak temperature of about 700 ° C. or higher.

次に、剥離されて絶縁基板2上に残った単結晶Si基板10aの表面の損傷層を、等方性プラズマエッチングまたはウエットエッチング、ここではバッファフッ酸による等方性プラズマエッチングにて約20nmライトエッチすることにより除去する。これにより、図2(f)に示すように、1枚の絶縁基板2上に、それぞれ膜厚約50nmの非単結晶Si薄膜5’と単結晶Si薄膜14aとを得ることができる。なお、単結晶Si基板10aを絶縁基板2上に室温にて接合後、300〜350℃で約30分熱処理した後、約550℃にて熱処理し、劈開剥離することで劈開剥離に伴う剥がれが減少した。   Next, the damaged layer on the surface of the single crystal Si substrate 10a which has been peeled off and remains on the insulating substrate 2 is lightened by about 20 nm by isotropic plasma etching or wet etching, here isotropic plasma etching with buffer hydrofluoric acid. It is removed by etching. Thereby, as shown in FIG. 2F, a non-single-crystal Si thin film 5 'and a single-crystal Si thin film 14a each having a film thickness of about 50 nm can be obtained on one insulating substrate 2. In addition, after bonding the single crystal Si substrate 10a to the insulating substrate 2 at room temperature, heat treatment is performed at 300 to 350 ° C. for about 30 minutes, heat treatment is performed at about 550 ° C., and cleaving due to cleavage peeling. Diminished.

この時点では、すでに十分なSiと基板との接合強度が得られているが、さらに接合強度を向上させるために、その後、約800℃にて1分間ランプアニール処理を行う。なお、この処理は、ソース・ドレインの注入不純物の活性化と兼ねて行ってもよい。   At this time, a sufficient bonding strength between Si and the substrate has already been obtained. However, in order to further improve the bonding strength, a lamp annealing treatment is then performed at about 800 ° C. for 1 minute. This process may be performed in conjunction with the activation of the source / drain implanted impurities.

そして、図2(g)に示すように、層間平坦化絶縁膜としてSiO膜8を堆積し、図2(h)に示すように、コンタクトホール21を開口し、図2(i)に示すように、金属配線22を形成する工程については、実施形態1と同様である。 Then, as shown in FIG. 2G, a SiO 2 film 8 is deposited as an interlayer planarization insulating film, and a contact hole 21 is opened as shown in FIG. As described above, the process of forming the metal wiring 22 is the same as that of the first embodiment.

本実施形態の半導体装置の製造方法では、以上のように、先に非単結晶Si薄膜トランジスタ1aを形成した後で、単結晶Si薄膜トランジスタ16aを形成することで、先に単結晶Si薄膜トランジスタを形成する実施形態1の半導体装置20と比較して、製造工程を簡略化できるとともに、単結晶Si薄膜が汚染されることを防止できる。   In the semiconductor device manufacturing method of this embodiment, as described above, after the non-single-crystal Si thin film transistor 1a is formed first, the single-crystal Si thin-film transistor 16a is formed, so that the single-crystal Si thin-film transistor is formed first. Compared with the semiconductor device 20 of the first embodiment, the manufacturing process can be simplified and the single crystal Si thin film can be prevented from being contaminated.

〔実施形態3〕
本発明の半導体装置の製造方法に関するさらに他の実施形態について、図3(a)〜図3(f)および図4に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態1・2において説明した部材と同様の機能を有する部材については、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
Still another embodiment relating to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described as follows with reference to FIGS. 3 (a) to 3 (f) and FIG. For convenience of explanation, description of members having the same functions as those described in Embodiments 1 and 2 is omitted.

本実施形態の半導体装置40は、図3(f)に示すように、実施形態1と同様に、1枚の絶縁基板2上に、非単結晶Si薄膜トランジスタと単結晶Si薄膜トランジスタとを形成した半導体装置であって、非単結晶Si薄膜の形成前に単結晶Si薄膜トランジスタを形成する点で共通する。一方、単結晶Si薄膜トランジスタとして形成するトランジスタが、MOS型ではなくバイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタである点で異なっている。   As shown in FIG. 3F, the semiconductor device 40 of this embodiment is a semiconductor in which a non-single crystal Si thin film transistor and a single crystal Si thin film transistor are formed on a single insulating substrate 2 as in the first embodiment. The apparatus is common in that the single crystal Si thin film transistor is formed before the non-single crystal Si thin film is formed. On the other hand, a transistor formed as a single crystal Si thin film transistor is different in that it is not a MOS type but a bipolar type single crystal Si thin film transistor.

このように、非単結晶Si薄膜トランジスタとしてMOS型、単結晶Si薄膜トランジスタとしてバイポーラ型のトランジスタを形成することで、実施形態1・2で説明した半導体装置20・30とは異なる特性を有する半導体装置40を得ることができる。   Thus, by forming a MOS transistor as the non-single crystal Si thin film transistor and a bipolar transistor as the single crystal Si thin film transistor, the semiconductor device 40 having characteristics different from those of the semiconductor devices 20 and 30 described in the first and second embodiments. Can be obtained.

ここで、バイポーラ型薄膜トランジスタは、第1の導電型の半導体コレクタとエミッタとの電流パスの中間に、狭い逆導電型層(ベース)を設け、エミッタとベース間のバイアスを順〜逆にすることで、エミッタからベースに流れ込む少数キャリアの数を制御し、ベースを拡散してコレクタに流れ込む少数キャリアによる電流を制御するトランジスタである。   Here, in the bipolar thin film transistor, a narrow reverse conductivity type layer (base) is provided in the middle of the current path between the first conductivity type semiconductor collector and the emitter, and the bias between the emitter and the base is changed from forward to reverse. In this transistor, the number of minority carriers flowing from the emitter to the base is controlled, and the current by the minority carriers flowing into the collector by diffusing the base is controlled.

このバイポーラ型薄膜トランジスタは、MOS型のようにゲート電極が形成されないため、構造を簡素化できるとともに、製造歩留りの向上が図れる。また、飽和領域における線形性に優れ、反応速度が速いという利点を有し、リニア信号処理が可能であるため、アナログ系のアンプや電流バッファ、電源IC等に用いられる。   Since the bipolar thin film transistor is not formed with a gate electrode unlike the MOS type, the structure can be simplified and the manufacturing yield can be improved. Further, it has the advantages of excellent linearity in the saturation region, fast reaction speed, and linear signal processing, so that it is used for analog amplifiers, current buffers, power supply ICs, and the like.

なお、バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタにおいて、そのコンタクトパターンは、ベースパターンよりも緩いデザインルールによって形成されている。   Note that in the bipolar single crystal Si thin film transistor, the contact pattern is formed according to a design rule looser than that of the base pattern.

これにより、バイポーラ型単結晶Si薄膜トランジスタを形成した半導体装置のメタル配線もしくはメタル配線の一部を大型基板上のメタル配線と同時に処理することができ、コストを押さえ処理能力を向上できる。あるいは他の回路ブロックやTFTアレイに対する接続が容易になり、外部装置等に対する接続不良による製品歩留り低下を低減できる。   As a result, the metal wiring or part of the metal wiring of the semiconductor device in which the bipolar type single crystal Si thin film transistor is formed can be processed simultaneously with the metal wiring on the large substrate, and the cost can be reduced and the processing capability can be improved. Alternatively, connection to other circuit blocks or TFT arrays is facilitated, and a decrease in product yield due to poor connection to external devices or the like can be reduced.

半導体装置40は、図3(f)に示すように、絶縁基板2上に、SiO膜3、多結晶Siからなる非単結晶Si薄膜5’を含む非単結晶Si薄膜トランジスタ1a、単結晶Si薄膜14bを含むバイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタ16bおよび金属配線22により構成されている。 As shown in FIG. 3F, the semiconductor device 40 includes a non-single-crystal Si thin film transistor 1a including a SiO 2 film 3, a non-single-crystal Si thin film 5 ′ made of polycrystalline Si, and a single-crystal Si on an insulating substrate 2. A bipolar single crystal Si thin film transistor 16b including the thin film 14b and the metal wiring 22 are included.

このように、1枚の絶縁基板2上に、MOS型の非単結晶Si薄膜トランジスタ1aと、バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタ16bとが形成されているため、MOS型、バイポーラ型あるいは非単結晶Si薄膜、単結晶Si薄膜それぞれの特性を活かして、より多くの用途に対応可能な備えた半導体装置40を得ることができる。   Since the MOS type non-single crystal Si thin film transistor 1a and the bipolar type single crystal Si thin film transistor 16b are thus formed on one insulating substrate 2, the MOS type, bipolar type or non-single crystal Si thin film transistor 16b is formed. By utilizing the characteristics of the thin film and the single crystal Si thin film, it is possible to obtain the semiconductor device 40 that can be used for more applications.

ここで、上記半導体装置40の製造方法について、図3(a)〜図3(f)を用いて説明すれば、以下のとおりである。   Here, a method for manufacturing the semiconductor device 40 will be described as follows with reference to FIGS. 3A to 3F.

絶縁基板2には、コーニング社のcode1737(アルカリ土類−アルミノ硼珪酸ガラス)を用い、図3(a)に示すように、その表面にTEOSおよびOの混合ガスを用いて、プラズマCVDにより膜厚約20nmのSiO膜3を堆積する。 As the insulating substrate 2, Corning code 1737 (alkaline earth-aluminoborosilicate glass) is used, and as shown in FIG. 3A, a mixed gas of TEOS and O 2 is used on its surface by plasma CVD. A SiO 2 film 3 having a thickness of about 20 nm is deposited.

ここで、本実施形態の半導体装置40では、実施形態1・2の半導体装置20・30と同様に、絶縁基板2上に単結晶Si薄膜トランジスタ16bを形成する前に、予め単結晶Si基板10bに水素イオン注入部から劈開分離するとバイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタ16bとなる構造を作り込んでおき、この状態で絶縁基板2上に接合する。   Here, in the semiconductor device 40 of the present embodiment, the single crystal Si substrate 10b is formed in advance before the single crystal Si thin film transistor 16b is formed on the insulating substrate 2, as in the semiconductor devices 20 and 30 of the first and second embodiments. A structure that becomes a bipolar single crystal Si thin film transistor 16b is formed by cleaving separation from the hydrogen ion implanted portion, and bonded to the insulating substrate 2 in this state.

具体的には、先ず、バイポーラ型薄膜トランジスタのPNP接合あるいはNPN接合のジャンクション部分を形成する。次に、表面を酸化あるいは酸化膜を堆積することにより、膜厚約200nmのSiO膜11を形成する。そして、5×1016/cmのドーズ量の水素イオンを所定のエネルギーにて所定の深さに注入した水素イオン注入部15を有するバイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタを形成する。 Specifically, first, a junction portion of a PNP junction or an NPN junction of a bipolar thin film transistor is formed. Next, an SiO 2 film 11 having a film thickness of about 200 nm is formed by oxidizing the surface or depositing an oxide film. Then, a bipolar type single crystal Si thin film transistor having a hydrogen ion implanted portion 15 in which hydrogen ions having a dose amount of 5 × 10 16 / cm 2 are implanted at a predetermined depth with a predetermined energy is formed.

このように、バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタ16bについても、MOS型と同様に、所定の深さに所定の濃度の水素イオンが注入された水素イオン注入部が形成されている。   As described above, the bipolar single crystal Si thin film transistor 16b is also formed with a hydrogen ion implanted portion in which hydrogen ions of a predetermined concentration are implanted at a predetermined depth, similar to the MOS type.

続いて、単結晶Si基板10bを、予め適切な形状に切断し、絶縁基板2に形成する。   Subsequently, the single crystal Si substrate 10 b is cut into an appropriate shape in advance and formed on the insulating substrate 2.

絶縁基板2および切断した単結晶Si基板10bをSC−1洗浄し活性化した後、図3(b)に示すように、単結晶Si薄膜トランジスタ16bの水素イオン注入部15側を、絶縁基板2上のエッチング除去した領域に室温で実施形態1と同様の方法で位置合わせを行い、密着させ接合する。   After SC-1 cleaning and activation of the insulating substrate 2 and the cut single crystal Si substrate 10b, the hydrogen ion implanted portion 15 side of the single crystal Si thin film transistor 16b is placed on the insulating substrate 2 as shown in FIG. The regions removed by etching are aligned at the room temperature by the same method as in the first embodiment, and are adhered and bonded.

なお、本実施形態の半導体装置40では、図4に示すように、P、N、各々の領域に不純物イオンを注入し、コレクタ25、ベース26、エミッタ27が平面的に配置された平面(Lateral)構造のバイポーラ型の薄膜トランジスタを示したが、従来のバイポーラ型の薄膜トランジスタのように縦型構造であってもよい。また、不純物を拡散してジャンクションを形成してもよい。また、SIT(Static Induction Transistor)やダイオードも同様に適用できる。   In the semiconductor device 40 of the present embodiment, as shown in FIG. 4, impurity ions are implanted into each of P and N regions, and a plane (Lateral) in which the collector 25, the base 26, and the emitter 27 are arranged in a plane. ) A bipolar thin film transistor having a structure is shown, but a vertical structure may be used like a conventional bipolar thin film transistor. Further, the junction may be formed by diffusing impurities. Further, SIT (Static Induction Transistor) and diodes can be similarly applied.

ただし、本実施形態のように、平面型のバイポーラ型薄膜トランジスタを形成することで、形成前に平面化処理を施す必要がないため、製造工程をより簡略化し、生産効率を向上させることができる。   However, as in this embodiment, by forming a planar bipolar thin film transistor, it is not necessary to perform a planarization process before the formation, so that the manufacturing process can be further simplified and the production efficiency can be improved.

その後、400℃〜600℃、ここでは約550℃の温度で熱処理し、単結晶Si基板10bの水素イオン注入部15の温度をSiから水素が離脱する温度まで昇温することで、水素イオン注入部15を境に単結晶Si基板10bの不要部分11を劈開剥離し、バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタ16bを絶縁基板2上に作製することができる。   Thereafter, heat treatment is performed at a temperature of 400 ° C. to 600 ° C., here about 550 ° C., and the temperature of the hydrogen ion implanted portion 15 of the single crystal Si substrate 10b is increased to a temperature at which hydrogen is desorbed from Si, thereby hydrogen ion implantation. The unnecessary portion 11 of the single crystal Si substrate 10b is cleaved and peeled off at the boundary 15 so that the bipolar single crystal Si thin film transistor 16b can be formed on the insulating substrate 2.

次に、絶縁基板2上に残った単結晶Si基板10bの表面の損傷層を、等方性プラズマエッチングまたはウエットエッチング、ここではバッファフッ酸によるウエットエッチングにて約20nmライトエッチすることにより除去する。これにより、図3(c)に示すように、絶縁基板2上に膜厚約80nmのバイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタ16bを形成することができる。   Next, the damaged layer on the surface of the single crystal Si substrate 10b remaining on the insulating substrate 2 is removed by light etching about 20 nm by isotropic plasma etching or wet etching, here, wet etching with buffer hydrofluoric acid. . Thus, as shown in FIG. 3C, a bipolar single crystal Si thin film transistor 16b having a film thickness of about 80 nm can be formed on the insulating substrate 2.

その後、図3(d)に示すように、絶縁基板2の全面にSiHとNOとの混合ガスを用いたプラズマCVDにより、層間絶縁膜として膜厚約200nmのSiO膜4を堆積する。さらに、図3(d)に示すように、その表面上にSiHガスを用いてプラズマCVDにより、膜厚約50nmの非晶質Si膜5を堆積する。 Thereafter, as shown in FIG. 3D, an SiO 2 film 4 having a thickness of about 200 nm is deposited as an interlayer insulating film on the entire surface of the insulating substrate 2 by plasma CVD using a mixed gas of SiH 4 and N 2 O. To do. Further, as shown in FIG. 3D, an amorphous Si film 5 having a thickness of about 50 nm is deposited on the surface by plasma CVD using SiH 4 gas.

次に、図3(e)に示すように、非晶質Si膜5にエキシマレーザを照射加熱して結晶化し、多結晶Si層を成長させて非単結晶Si薄膜5’を形成する。このとき、バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタ16bの絶縁基板2に対する接合強度を向上させることができる。   Next, as shown in FIG. 3E, the amorphous Si film 5 is crystallized by irradiation with excimer laser, and a polycrystalline Si layer is grown to form a non-single-crystal Si thin film 5 '. At this time, the bonding strength of the bipolar single crystal Si thin film transistor 16b to the insulating substrate 2 can be improved.

次に、図3(f)に示すように、非単結晶Si薄膜5’のデバイスの活性領域となる部分を残し、不要なSi膜をエッチングにより除去し、島状のパターンを得る。そして、TEOSと酸素との混合ガスを用いたプラズマCVDにより、ゲート絶縁膜として膜厚約350nmのSiO膜7を堆積し、さらに約350nmのフォトレジストを樹脂平坦化膜として全面に塗布後、酸素とCFを含むガスにより異方性エッチングであるRIE(リアクティブイオンエッチング)により上記樹脂平坦化膜の全部とSiO膜4の一部をエッチングバックし(図示せず)、平坦化後、ゲート絶縁膜としてSiHとNOとの混合ガスを用いてプラズマCVDにより、膜厚約60nmのSiO膜7を形成しする。 Next, as shown in FIG. 3 (f), the part of the non-single-crystal Si thin film 5 ′ that becomes the active region of the device is left, and unnecessary Si film is removed by etching to obtain an island pattern. Then, by plasma CVD using a mixed gas of TEOS and oxygen, a SiO 2 film 7 having a thickness of about 350 nm is deposited as a gate insulating film, and a photoresist having a thickness of about 350 nm is applied as a resin flattening film on the entire surface. All of the resin flattening film and a part of the SiO 2 film 4 are etched back (not shown) by RIE (reactive ion etching) which is anisotropic etching with a gas containing oxygen and CF 4. Then, an SiO 2 film 7 having a film thickness of about 60 nm is formed by plasma CVD using a mixed gas of SiH 4 and N 2 O as a gate insulating film.

そして、SiO膜7上にゲート電極6を形成し、ゲート電極6、ゲート絶縁膜としてのSiO膜7および非単結晶Si薄膜5’からなる非単結晶Si薄膜トランジスタ1aを得ることができる。 Then, it is possible to the gate electrode 6 is formed on the SiO 2 film 7, to obtain the gate electrode 6, the SiO 2 film 7 and the non-monocrystalline Si thin film transistor 1a of non-single-crystal Si thin film 5 'as a gate insulating film.

これ以降の、層間平坦化絶縁膜としてのSiO膜8の形成、コンタクトホール21の開口および金属配線22の工程については、上記実施形態1・2と同様であるので説明を省略する。 The subsequent steps of forming the SiO 2 film 8 as an interlayer planarization insulating film, opening the contact hole 21 and forming the metal wiring 22 are the same as those in the first and second embodiments, and thus the description thereof is omitted.

以上のように、本実施形態の半導体装置40の製造方法は、バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタ16bを形成後、多結晶Si薄膜からなる非単結晶Si薄膜トランジスタ1aを形成するため、平坦な絶縁基板2にそのまま接合できるため、接合工程を容易化でき、バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタ16bの絶縁基板2に対する接着強度を向上することができる。   As described above, in the method of manufacturing the semiconductor device 40 according to the present embodiment, after forming the bipolar single crystal Si thin film transistor 16b, the non-single crystal Si thin film transistor 1a made of a polycrystalline Si thin film is formed. 2 can be bonded as it is, the bonding process can be facilitated, and the adhesive strength of the bipolar single crystal Si thin film transistor 16b to the insulating substrate 2 can be improved.

また、形成する単結晶Si薄膜トランジスタがバイポーラ型であるため、平坦化処理が不要であり、製造コストを削減できる。また、MOS型の場合と同様に、予めメタル配線の一部を形成しておき平坦化を行ってもよく、これにより集積密度を上げることができる。   Further, since the single crystal Si thin film transistor to be formed is a bipolar type, planarization treatment is unnecessary, and the manufacturing cost can be reduced. Further, as in the case of the MOS type, part of the metal wiring may be formed in advance and planarization may be performed, whereby the integration density can be increased.

なお、本実施形態の半導体装置40では、図3(f)に示すように、トランジスタ群を素子分離していないが、リーク電流が問題となる場合、あるいは素子間のクロストークが問題となる場合には、当然素子分離を行えばよい。   In the semiconductor device 40 of the present embodiment, as shown in FIG. 3F, the transistor group is not element-isolated, but when leakage current becomes a problem or crosstalk between elements becomes a problem. Of course, element isolation may be performed.

〔実施形態4〕
本発明の半導体装置の製造方法に関するさらに他の実施形態について、図5(a)〜図5(f)に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態1〜3において説明した部材と同様の機能を有する部材については、その説明を省略する。
[Embodiment 4]
Still another embodiment relating to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described below with reference to FIGS. 5 (a) to 5 (f). For convenience of explanation, explanation of members having the same functions as those explained in Embodiments 1 to 3 is omitted.

本実施形態の半導体装置50は、1枚の絶縁基板2上に、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタと、MOS型の非単結晶Si薄膜トランジスタとを形成している点で、実施形態1の半導体装置20と共通する。一方、非単結晶Si薄膜として、連続結晶粒界Si(Continuous Grain Silicon)を用いている点で、上記実施形態1の半導体装置20と異なっている。   The semiconductor device 50 of the present embodiment is the same as that of the first embodiment in that a MOS type single crystal Si thin film transistor and a MOS type non-single crystal Si thin film transistor are formed on one insulating substrate 2. 20 and in common. On the other hand, it differs from the semiconductor device 20 of the first embodiment in that continuous grain boundary Si (Continuous Grain Silicon) is used as the non-single crystal Si thin film.

このように、非単結晶Si薄膜として連続粒界Siを用いることで、多結晶Siからなる非単結晶Si薄膜トランジスタよりも特性が高い非単結晶Si薄膜トランジスタ1bを得ることができる。   Thus, by using continuous grain boundary Si as the non-single-crystal Si thin film, the non-single-crystal Si thin film transistor 1b having higher characteristics than the non-single-crystal Si thin film transistor made of polycrystalline Si can be obtained.

本実施形態の半導体装置50は、絶縁基板2上に、SiO膜3、MOS型の非単結晶Si薄膜トランジスタ1b、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタ16aとを備えている。 The semiconductor device 50 of this embodiment includes an SiO 2 film 3, a MOS non-single crystal Si thin film transistor 1b, and a MOS single crystal Si thin film transistor 16a on an insulating substrate 2.

特に、非単結晶Si薄膜トランジスタ1bは、非単結晶Si薄膜として、結晶成長方向の揃った多結晶Si、いわゆる連続結晶粒界Si(Continuous Grain Silicon)を用いて形成されている。   In particular, the non-single-crystal Si thin film transistor 1b is formed as a non-single-crystal Si thin film using polycrystalline Si having a uniform crystal growth direction, so-called continuous grain boundary Si (Continuous Grain Silicon).

なお、従来の連続結晶粒界Si領域に形成したNチャネルTFTは、移動度が約200cm/V・secであったのに対し、本実施形態の半導体装置50を形成した液晶表示用アクティブマトリクス基板における、単結晶Si薄膜14aの領域に形成したNチャネルTFTは、約550cm/V・secの移動度が得られた。よって、従来より高速応答が可能なアクティブマトリクス基板を得ることができる。 The conventional N-channel TFT formed in the continuous crystal grain boundary Si region has a mobility of about 200 cm 2 / V · sec, whereas the liquid crystal display active matrix in which the semiconductor device 50 of the present embodiment is formed. The mobility of about 550 cm 2 / V · sec was obtained for the N-channel TFT formed in the region of the single crystal Si thin film 14 a on the substrate. Therefore, it is possible to obtain an active matrix substrate that can respond faster than before.

この液晶表示用のアクティブマトリクス基板によれば、ドライバはもとより非単結晶Si薄膜の領域に形成されているデバイスが7〜8Vの信号と電源電圧を要するのに対し、単結晶Si薄膜14aの領域に形成されているデバイスであるタイミングコントローラは2.7Vの信号と電源電圧とで安定して動作した。   According to the active matrix substrate for liquid crystal display, the device formed in the region of the non-single-crystal Si thin film as well as the driver requires a signal of 7 to 8 V and the power supply voltage, whereas the region of the single-crystal Si thin film 14a. The timing controller, which is a device formed in the above, stably operated with a signal of 2.7 V and a power supply voltage.

ここで、上記半導体装置50の製造工程について、図5(a)〜図5(f)を用いて説明すれば以下のとおりである。   Here, the manufacturing process of the semiconductor device 50 will be described as follows with reference to FIGS. 5A to 5F.

本実施形態では、上記実施形態1と同様に、先ず、絶縁基板2としてコーニング社のcode1737(アルカリ土類−アルミノ硼珪酸ガラス)を用い、図5(a)に示すように、その表面全体にTEOSとO混合ガスを用いたプラズマCVDにより、約100nmのSiO膜3を堆積する。 In the present embodiment, as in the first embodiment, first, Corning code 1737 (alkaline earth-aluminoborosilicate glass) is used as the insulating substrate 2, and as shown in FIG. An SiO 2 film 3 of about 100 nm is deposited by plasma CVD using TEOS and O 2 mixed gas.

さらに、図5(b)に示すように、SiO膜3の表面全体にSiHガスを用いてプラズマCVDにより、約50nmの非晶質Si薄膜51を堆積する。さらに、その表面上全面にSiHとNO混合ガスを用いてプラズマCVDにより約200nmのSiO膜52を堆積する。 Further, as shown in FIG. 5B, an amorphous Si thin film 51 of about 50 nm is deposited on the entire surface of the SiO 2 film 3 by plasma CVD using SiH 4 gas. Further, an SiO 2 film 52 of about 200 nm is deposited on the entire surface by plasma CVD using SiH 4 and N 2 O mixed gas.

SiO膜52における所定の領域にエッチングにより開口部を形成した後、上記開口部における非晶質Si薄膜51の表面の親水性をコントロールするために、非晶質Si薄膜51の表面を薄く酸化して酸化膜(SiO膜)を形成し、その上に酢酸Ni水溶液をスピンコートする。 After an opening is formed in a predetermined region of the SiO 2 film 52 by etching, the surface of the amorphous Si thin film 51 is thinly oxidized in order to control the hydrophilicity of the surface of the amorphous Si thin film 51 in the opening. Then, an oxide film (SiO 2 film) is formed, and Ni acetate aqueous solution is spin-coated thereon.

次に、580℃の温度にて約8時間固相成長を行い、結晶成長方向の揃った結晶成長を促進させた多結晶Si、いわゆる連続結晶粒界Si(Continuous Grain Silicon)を成長させて連続結晶粒界Si薄膜51’を形成させる。   Next, solid-phase growth is performed at a temperature of 580 ° C. for about 8 hours to grow polycrystalline Si that promotes crystal growth in the same crystal growth direction, so-called continuous grain boundary silicon (Continuous Grain Silicon). A crystal grain boundary Si thin film 51 'is formed.

さらに、図5(c)に示すように、連続結晶粒界Si薄膜51’上のSiO膜52を除去する。その後、連続結晶粒界Si薄膜51’の所定の領域をエッチングして除去する。 Further, as shown in FIG. 5C, the SiO 2 film 52 on the continuous grain boundary Si thin film 51 ′ is removed. Thereafter, a predetermined region of the continuous grain boundary Si thin film 51 ′ is removed by etching.

ここで、実施形態2の場合と同様に低エネルギー(約3keV)のハロゲン化物のガスのGCIBにより表面を平坦化することにより接合性が改善した。本実施形態の半導体装置50においても、上記実施形態1と同様に劈開・薄膜化によりMOS型の単結晶Si薄膜トランジスタとなる構造を作り込み、所定の濃度、所定のエネルギーで水素イオンを注入した単結晶Si基板10aを用意する。   Here, as in the case of the second embodiment, the bonding property was improved by flattening the surface with GCIB of a low energy (about 3 keV) halide gas. Also in the semiconductor device 50 of the present embodiment, a structure that becomes a MOS type single crystal Si thin film transistor is formed by cleavage and thinning as in the first embodiment, and hydrogen ions are implanted at a predetermined concentration and with a predetermined energy. A crystalline Si substrate 10a is prepared.

そして、図5(d)に示すように,連続結晶粒界Si薄膜51’が形成された絶縁基板2および単結晶Si基板10aをSC−1洗浄して活性化した後、単結晶Si基板10aの水素イオン注入部15側を上記エッチング除去した領域に室温で実施形態1と同様の方法で位置合わせを行い、密着させて接合する。   Then, as shown in FIG. 5D, the insulating substrate 2 and the single crystal Si substrate 10a on which the continuous grain boundary Si thin film 51 ′ is formed are activated by SC-1 cleaning, and then the single crystal Si substrate 10a. In the region where the hydrogen ion implanted portion 15 side is removed by etching, the alignment is performed at room temperature by the same method as in the first embodiment, and adhesion is performed in close contact.

この時、連続結晶粒界Si薄膜51’と単結晶Si基板10aとの間は少なくとも0.3ミクロン、好ましくは0.5ミクロン以上離れている。これにより、後述する製造工程において用いられるNi、Pt、Sn、Pd等の金属原子が、単結晶Si薄膜14aの領域に拡散することを防止し、単結晶Si薄膜トランジスタの特性を安定化させることができる。   At this time, the distance between the continuous grain boundary Si thin film 51 'and the single crystal Si substrate 10a is at least 0.3 microns, preferably 0.5 microns or more. This prevents metal atoms such as Ni, Pt, Sn, and Pd used in the manufacturing process described later from diffusing into the region of the single crystal Si thin film 14a, and stabilizes the characteristics of the single crystal Si thin film transistor. it can.

その後、レーザ照射または約700℃以上のピーク温度を含むランプアニールによって、単結晶Si基板10aの水素イオン注入部15の温度を、単結晶Siから水素が離脱する温度以上に昇温することにより、図5(e)に示すように、単結晶Si基板10aの不要部分11を、水素イオン注入部15を境に劈開剥離する。   Thereafter, by raising the temperature of the hydrogen ion implanted portion 15 of the single crystal Si substrate 10a to a temperature at which hydrogen is desorbed from the single crystal Si by laser irradiation or lamp annealing including a peak temperature of about 700 ° C. or higher, As shown in FIG. 5E, the unnecessary portion 11 of the single crystal Si substrate 10a is cleaved and separated with the hydrogen ion implanted portion 15 as a boundary.

次に、絶縁基板2上に残った単結晶Si薄膜10aの損傷層を、等方性プラズマエッチングまたはウエットエッチング、ここではバッファフッ酸によるウエットエッチングにて約10nmライトエッチすることにより除去する。   Next, the damaged layer of the single crystal Si thin film 10a remaining on the insulating substrate 2 is removed by light etching about 10 nm by isotropic plasma etching or wet etching, here, wet etching with buffer hydrofluoric acid.

これにより、絶縁基板2上に、それぞれ約50nmの膜厚の連続結晶粒界Si薄膜51’と単結晶Si薄膜14aとを形成することができる。   Thereby, the continuous crystal grain boundary Si thin film 51 ′ and the single crystal Si thin film 14 a each having a thickness of about 50 nm can be formed on the insulating substrate 2.

次に、連続結晶粒界Si薄膜51’上の不要部分をエッチング除去する。   Next, unnecessary portions on the continuous grain boundary Si thin film 51 'are removed by etching.

次に、デバイスの活性領域近傍のSiO膜に開口部を形成し、SiO膜をマスクに結晶成長を促進するために添加したNiをゲッタリングするため、高濃度のPイオンを注入し(15keV,5×1015/cm)、RTAにて約800℃の温度にて1分間の熱処理を行う。 Next, an opening is formed in the SiO 2 film in the active region near the device, for gettering of Ni added to promote crystal growth of the SiO 2 film as a mask, implanting a high concentration of P + ions ( 15 keV, 5 × 10 15 / cm 2 ), RTA is performed at a temperature of about 800 ° C. for 1 minute.

なお、単結晶Si薄膜14a中にNi原子が拡散しないように物理的にスペースをとってはいるが、ごく微量のNi原子が、プロセス中に混入する可能性がある。そこで、単結晶Si薄膜14aの活性領域もゲッタリングを行うのが望ましいが、スペースを優先する場合は、設計上の選択肢としてゲッタリングを省略してもよい。   It should be noted that although a space is physically provided so that Ni atoms do not diffuse into the single crystal Si thin film 14a, a very small amount of Ni atoms may be mixed in the process. Therefore, it is desirable that the active region of the single crystal Si thin film 14a is also gettered, but if space is a priority, gettering may be omitted as a design option.

次に、デバイスの活性領域となる部分を残し、不要な連続結晶粒界Si薄膜51’の不要部分と単結晶Si薄膜14aとをエッチングして除去し、島状のパターンを得る。   Next, an unnecessary portion of the unnecessary continuous crystal grain boundary Si thin film 51 ′ and the single crystal Si thin film 14 a are removed by etching while leaving a portion to be an active region of the device, and an island-like pattern is obtained.

次に、TEOSと酸素との混合ガスを用いてP−CVDにより膜厚約350nmのSiO膜を堆積し、これを異方性エッチングであるRIEで約400nmエッチバックした後、SiHとNOとの混合ガスを用いてプラズマCVDにより、ゲート絶縁膜としての膜厚約60nmのSiO膜7を形成する。 Next, an SiO 2 film having a thickness of about 350 nm is deposited by P-CVD using a mixed gas of TEOS and oxygen, and this is etched back by about 400 nm by RIE which is anisotropic etching, and then SiH 4 and N A SiO 2 film 7 having a film thickness of about 60 nm is formed as a gate insulating film by plasma CVD using a mixed gas with 2 O.

このとき、連続結晶粒界Si薄膜51’のパターンおよび単結晶Si薄膜14aのパターンの端部には、サイドウオールが形成される。   At this time, side walls are formed at the ends of the pattern of the continuous grain boundary Si thin film 51 'and the pattern of the single crystal Si thin film 14a.

これ以降の、層間平坦化絶縁膜としてのSiO膜8の形成、コンタクトホール21の開口および金属配線22の工程については、上記実施形態1・2と同様であるので説明を省略する。 The subsequent steps of forming the SiO 2 film 8 as an interlayer planarization insulating film, opening the contact hole 21 and forming the metal wiring 22 are the same as those in the first and second embodiments, and thus the description thereof is omitted.

以上のように、本実施形態の半導体装置50の製造方法は、非単結晶Si薄膜として多結晶Siを形成後、単結晶Si薄膜トランジスタ16aを形成し、その後、非単結晶Si薄膜トランジスタ1bのゲート絶縁膜としてのSiO膜7を形成しているため、SiO膜の数を減らして工程を簡略化できる。 As described above, in the manufacturing method of the semiconductor device 50 of this embodiment, after forming polycrystalline Si as a non-single crystal Si thin film, the single crystal Si thin film transistor 16a is formed, and then the gate insulation of the non-single crystal Si thin film transistor 1b is performed. Since the SiO 2 film 7 is formed as a film, the number of SiO 2 films can be reduced and the process can be simplified.

〔実施形態5〕
本発明の半導体装置の製造方法に関するさらに他の実施形態について、図6(a)〜図6(h)に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態1〜4において説明した部材と同様の機能を有する部材については、その説明を省略する。
[Embodiment 5]
Still another embodiment relating to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described below with reference to FIGS. 6 (a) to 6 (h). For convenience of explanation, explanation of members having the same functions as those explained in Embodiments 1 to 4 is omitted.

本実施形態の半導体装置60は、1枚の絶縁基板2上に、バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタと、MOS型の非単結晶Si薄膜トランジスタとを形成している点で、実施形態3の半導体装置40と共通する。   The semiconductor device 60 of the present embodiment is such that a bipolar single crystal Si thin film transistor and a MOS non-single crystal Si thin film transistor are formed on a single insulating substrate 2. 40.

一方、非単結晶Si薄膜トランジスタとして、ボトムゲート構造のトランジスタを形成している点で、上記実施形態3の半導体装置40とは異なっている。   On the other hand, it differs from the semiconductor device 40 of the third embodiment in that a bottom-gate transistor is formed as a non-single crystal Si thin film transistor.

本実施形態の半導体装置60は、図2(c)に示す単結晶Si基板の接合、劈開分離までの工程については、実施形態2の半導体装置30と同様の製造工程によるものであり、製作される半導体装置についても半導体装置30と同じ構造である。   The semiconductor device 60 of the present embodiment is manufactured by the same manufacturing process as that of the semiconductor device 30 of the second embodiment with respect to the steps up to the bonding and cleavage separation of the single crystal Si substrate shown in FIG. The semiconductor device having the same structure as the semiconductor device 30 is also used.

それ以降の工程については、図6(h)に示すように、単結晶デバイス部分の素子分離後、層間絶縁膜が全体に形成され、その上に非晶質SiのTFTおよび回路を構成するためのゲート電極6が形成されており、その上にゲート絶縁膜62、ノンドープの非晶質Si63が島状に形成され、さらにN非晶質Si薄膜64とソース・ドレインの配線のための金属配線65が形成される。 In the subsequent steps, as shown in FIG. 6 (h), after the element isolation of the single crystal device portion, an interlayer insulating film is formed over the entire surface, and an amorphous Si TFT and circuit are formed thereon. A gate insulating film 62 and non-doped amorphous Si 63 are formed in an island shape on the gate electrode 6, and an N + amorphous Si thin film 64 and a metal for source / drain wiring are formed. A wiring 65 is formed.

なお、図示していないが、液晶表示等のためには、さらにその上に保護絶縁膜、平坦化膜、表示のための透明導電膜が形成される。   Although not shown, a protective insulating film, a planarizing film, and a transparent conductive film for display are further formed thereon for liquid crystal display or the like.

ここで、上記半導体装置60の製造方法について、図6(a)〜図6(h)に基づいて説明すれば、以下のとおりである。   Here, the manufacturing method of the semiconductor device 60 will be described as follows with reference to FIGS. 6 (a) to 6 (h).

先ず、図6(a)に示すように、絶縁基板2としてコーニング社のcode1737(アルカリ土類−アルミノ硼珪酸ガラス)を用い、その表面全体にTEOSとOとの混合ガスを用いたプラズマCVDにより、膜厚約50nmのSiO膜3を堆積する。 First, as shown in FIG. 6A, plasma CVD using Corning code 1737 (alkaline earth-aluminoborosilicate glass) as the insulating substrate 2 and using a mixed gas of TEOS and O 2 on the entire surface thereof. Thus, a SiO 2 film 3 having a thickness of about 50 nm is deposited.

ここで、上記実施形態3の半導体装置40と同様に、予め劈開薄膜化後バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタとなる構造16bを作り込んだ単結晶Si基板10bを用意し、所定の濃度、所定のエネルギーで水素イオンを注入した後これを所定のサイズに切断する。   Here, similarly to the semiconductor device 40 of the third embodiment, a single crystal Si substrate 10b in which a structure 16b to be a bipolar type single crystal Si thin film transistor is prepared in advance after the formation of a cleaved thin film is prepared. After implanting hydrogen ions with energy, this is cut into a predetermined size.

絶縁基板2と切断した単結晶Si基板10bとを、SC−1洗浄して活性化した後、図6(b)に示すように、単結晶Si基板10bの水素イオン注入部15側を所定の位置に実施形態1と同様の方法でアライメントし、室温で密着させ接合する。図には示していないが単結晶Si基板には予めメタル配線を形成しておいてもよく、この場合微細化による高集積化が可能となるメリットがある。   After the insulating substrate 2 and the cut single crystal Si substrate 10b are activated by SC-1 cleaning, as shown in FIG. 6B, the hydrogen ion implanted portion 15 side of the single crystal Si substrate 10b is set at a predetermined position. The positions are aligned by the same method as in the first embodiment, and are brought into close contact at room temperature and bonded. Although not shown in the drawing, metal wiring may be formed in advance on the single-crystal Si substrate. In this case, there is an advantage that high integration can be achieved by miniaturization.

その後、400℃〜600℃、ここでは約550℃の温度で熱処理し、単結晶Si基板10bの水素イオン注入部15の温度を単結晶Siから水素が離脱する温度まで昇温することにより、図6(c)に示すように、単結晶Si基板10bを、水素イオン注入部15を境に劈開剥離する。予めメタル配線を形成しておいた場合もこの温度範囲であればメタルがAl系の合金であっても融点以下であり、使用可能である。   Thereafter, heat treatment is performed at a temperature of 400 ° C. to 600 ° C., here about 550 ° C., and the temperature of the hydrogen ion implanted portion 15 of the single crystal Si substrate 10b is increased to a temperature at which hydrogen is desorbed from the single crystal Si. As shown in FIG. 6C, the single crystal Si substrate 10b is cleaved and separated with the hydrogen ion implanted portion 15 as a boundary. Even if the metal wiring is formed in advance, even if the metal is an Al-based alloy within this temperature range, it can be used because it has a melting point or lower.

次に、絶縁基板2上に残った単結晶Si薄膜14bの一部をエッチング除去し、単結晶Si薄膜14bを島状に加工した後、表面の損傷層を、等方性プラズマエッチングまたはウエットエッチング、ここではバッファフッ酸によるウエットエッチングにて約10nmライトエッチすることにより除去する。   Next, a part of the single crystal Si thin film 14b remaining on the insulating substrate 2 is removed by etching, and after processing the single crystal Si thin film 14b into an island shape, the damaged layer on the surface is subjected to isotropic plasma etching or wet etching. Here, it is removed by light etching of about 10 nm by wet etching with buffer hydrofluoric acid.

これにより、絶縁基板2上に、膜厚約50nmの単結晶Si薄膜14bから成るMOS型薄膜トランジスタの一部が形成される。   As a result, a part of the MOS thin film transistor made of the single crystal Si thin film 14b having a film thickness of about 50 nm is formed on the insulating substrate 2.

その後、図6(d)に示すように、絶縁基板2の全面に、SiHとNOとの混合ガスを用いてプラズマCVDにより、膜厚約200nmのSiO膜61を堆積する。 Thereafter, as shown in FIG. 6D, an SiO 2 film 61 having a thickness of about 200 nm is deposited on the entire surface of the insulating substrate 2 by plasma CVD using a mixed gas of SiH 4 and N 2 O.

さらに、その表面全体にスパッタによりTaN薄膜を堆積して、所定のパターンに加工し、ゲート電極6およびゲートバスライン等のゲート層の配線を形成する。   Further, a TaN thin film is deposited on the entire surface by sputtering and processed into a predetermined pattern, thereby forming gate layers such as gate electrodes 6 and gate bus lines.

なお、ゲート層の配線の材料は本材料に限られるものではなく、抵抗、耐熱性、後の製造プロセスとの適合性等に応じて、AlやAl合金等の種々の金属材料を選択できる。   Note that the material of the wiring of the gate layer is not limited to this material, and various metal materials such as Al and Al alloy can be selected according to resistance, heat resistance, compatibility with a subsequent manufacturing process, and the like.

続いて、図6(e)に示すように、SiHガスとNHガスを用いたプラズマCVDにより、ゲート絶縁膜として約200nmの窒化珪素膜62を形成する。そして、その上にSiHガスを用いたプラズマCVDにより、膜厚約50nmの非晶質Si膜63、さらにその上にSiHガスとPH混合ガスによりPをドープした膜厚約30nmのN非晶質Si膜64を順次連続して堆積する。 Subsequently, as shown in FIG. 6E, a silicon nitride film 62 of about 200 nm is formed as a gate insulating film by plasma CVD using SiH 4 gas and NH 3 gas. Then, by plasma CVD using SiH 4 gas thereon, amorphous Si film 63 having a thickness of about 50 nm, further on to the SiH 4 gas and PH 3 film thickness of about 30nm and doped with P with a mixed gas thereof N + Amorphous Si film 64 is successively deposited successively.

次に、図6(f)に示すように、ノンドープとPをドープした非晶質Si膜をトランジスタとなる部分を残し島状にエッチングし、さらに、図6(g)に示すように、その上にソースバス配線のための金属膜65として、スパッタによりTi薄膜を堆積し、所定のパターンに加工する。   Next, as shown in FIG. 6 (f), the non-doped and P-doped amorphous Si film is etched into an island shape, leaving a portion to be a transistor. Further, as shown in FIG. A Ti thin film is deposited by sputtering as a metal film 65 for source bus wiring, and processed into a predetermined pattern.

なお、ソースバス配線のための金属膜65についても、Tiに限定されるものではなく、抵抗、耐熱性、後のプロセスとの適合性等に応じて、AlやAl合金等の種々の金属材料を選択することができる。   Note that the metal film 65 for the source bus wiring is not limited to Ti, and various metal materials such as Al and Al alloys depending on resistance, heat resistance, compatibility with later processes, and the like. Can be selected.

次に、図6(h)に示すように、非晶質Si63の島状パターンの所定(ソース〜ドレイン間のチャネルとなる部分)の領域のN層を(ノンドープ層の一部も合わせてエッチングされる)エッチング除去し非晶質SiTFTを形成する。 Next, as shown in FIG. 6 (h), the N + layer in a predetermined region (portion between the source and drain) of the island-like pattern of amorphous Si 63 (including a part of the non-doped layer) is also combined. Etching is removed to form an amorphous Si TFT.

その後、保護絶縁膜としてSiHガスとNHガスを用いたプラズマCVDにより、約200nmの窒化珪素膜を堆積する。 Thereafter, a silicon nitride film of about 200 nm is deposited by plasma CVD using SiH 4 gas and NH 3 gas as a protective insulating film.

以降、通常の非晶質Siを用いたアクティブマトリクス基板の製造工程と同様に、例えば、樹脂層間膜の形成、表示用透明電極の形成により、液晶表示に用いられるアクティブマトリクス基板が完成する。   Thereafter, similar to the manufacturing process of an active matrix substrate using ordinary amorphous Si, for example, an active matrix substrate used for liquid crystal display is completed by forming a resin interlayer and forming a transparent electrode for display.

本実施形態の半導体装置60は、以上のように、非単結晶Si薄膜トランジスタ1cとして、非晶質Siを用いているため、非単結晶Si薄膜の製造工程を簡略化し、半導体装置60の低コスト化を図れる。また、非晶質Siの特徴である低off電流特性により、半導体装置60を低消費電力型のLCD等に適用できる。   As described above, since the semiconductor device 60 of this embodiment uses amorphous Si as the non-single-crystal Si thin film transistor 1c, the manufacturing process of the non-single-crystal Si thin film is simplified, and the cost of the semiconductor device 60 is reduced. Can be realized. In addition, the semiconductor device 60 can be applied to a low power consumption type LCD or the like due to the low-off current characteristic that is characteristic of amorphous Si.

さらに、非単結晶Si薄膜トランジスタ1cの構造が絶縁基板2側にゲート電極6が配置される、いわゆるボトムゲート構造であるため、非晶質Siの形成が容易となり、工程の簡略化から生産性を向上させることができ、半導体装置の低コスト化が可能になる。   Furthermore, since the structure of the non-single-crystal Si thin film transistor 1c is a so-called bottom gate structure in which the gate electrode 6 is disposed on the insulating substrate 2 side, the formation of amorphous Si is facilitated, and the productivity is simplified from the simplification of the process. Thus, the cost of the semiconductor device can be reduced.

なお、上記実施形態1〜5で説明した各半導体装置は、図7に示すように、表示部72を有するアクティブマトリクス基板70に高機能回路部(高速DAC、高速のタイミングコントローラ、画像処理回路等)71として形成することができる。   In addition, as shown in FIG. 7, each semiconductor device described in the first to fifth embodiments includes an active matrix substrate 70 having a display unit 72 and a high-function circuit unit (high-speed DAC, high-speed timing controller, image processing circuit, etc.). ) 71.

なお、上記実施形態1〜5の単結晶Si薄膜トランジスタ16a・16bについては、さらにゲート層の上層に高融点金属による配線層が形成されてもよい。ここでは、TiW合金を用いて微細加工の必要な回路部分の配線を形成し、さらにTEOSあるいはSiHとNOガス等によるCVD、PECVDで層間絶縁膜を形成後、CMP等により平坦化して、そこに水素イオンを所定のエネルギー、所定の濃度で注入してもよい。 In the single crystal Si thin film transistors 16a and 16b of the first to fifth embodiments, a wiring layer made of a refractory metal may be further formed on the gate layer. Here, the wiring of a circuit portion that requires fine processing is formed using a TiW alloy, and further, an interlayer insulating film is formed by CVD or PECVD using TEOS or SiH 4 and N 2 O gas, and then flattened by CMP or the like. Then, hydrogen ions may be implanted therein with a predetermined energy and a predetermined concentration.

このように、予めメタル配線が形成された単結晶Si薄膜トランジスタを絶縁基板上に形成し、酸化膜を形成後さらにメタル配線を形成することにより、ダブルメタル配線構造の半導体装置を得ることができ、さらに集積密度の高い機能回路を形成することができる。   Thus, a semiconductor device having a double metal wiring structure can be obtained by forming a single crystal Si thin film transistor in which metal wiring is formed in advance on an insulating substrate, and further forming metal wiring after forming an oxide film. Furthermore, a functional circuit with a high integration density can be formed.

ここで、高融点金属による配線層には、単結晶Si基板の劈開剥離時の熱処理温度に対する耐熱性があればよく、多結晶Si、各種金属のシリサイド、Ti、W、Mo、TiW、TaN、Ta等の材料を用いることができる。さらに、単結晶Si基板の劈開剥離をレーザで行う場合には、耐熱性が低くてもよい。   Here, the wiring layer made of a refractory metal only needs to have heat resistance with respect to the heat treatment temperature at the time of cleaving separation of the single crystal Si substrate, polycrystalline Si, various metal silicides, Ti, W, Mo, TiW, TaN, A material such as Ta can be used. Furthermore, when the single crystal Si substrate is cleaved and peeled off with a laser, the heat resistance may be low.

また、本発明は上記実施形態で説明した内容に限定されるものではなく、例えば、非単結晶Si形成法、層間絶縁膜の材料、膜厚等についても、当業者が知り得る他の手段によって実現することができる。   Further, the present invention is not limited to the contents described in the above embodiment, and for example, the non-single crystal Si forming method, the material of the interlayer insulating film, the film thickness, and the like can be obtained by other means known to those skilled in the art. Can be realized.

また、単結晶Siで形成する半導体デバイスも、MOS型トランジスタ、バイポーラ型トランジスタに限定されるものではなく、例えば、SIT、ダイオード等であってもよい。   Also, a semiconductor device formed of single crystal Si is not limited to a MOS transistor or a bipolar transistor, and may be a SIT, a diode, or the like, for example.

そして、本発明の半導体装置は、このような特性が異なる複数種類の半導体デバイスを同一ガラス基板の上に一体集積化できることが、本発明の重要なメリットである。   In the semiconductor device of the present invention, it is an important merit of the present invention that a plurality of types of semiconductor devices having different characteristics can be integrated on the same glass substrate.

また、上記実施形態1〜5では、2種類の異なる特性を有する薄膜Siトランジスタが形成されている例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、3種類以上の特性の異なるデバイスを1枚の基板上に形成した半導体装置であってもよい。   Moreover, although the said Embodiments 1-5 demonstrated and demonstrated the example in which the thin film Si transistor which has two types of different characteristics was formed, this invention is not limited to this, Three or more types of characteristics A semiconductor device in which different devices are formed on one substrate may be used.

例えば、単結晶Si薄膜トランジスタとして、MOS型トランジスタおよびバイポーラ型トランジスタを形成し、非単結晶Si薄膜トランジスタとして、MOS型トランジスタを形成した半導体装置を構成した場合には、3種類の特性を有する半導体装置を1つの基板上に形成でき、さらに高性能・高機能な半導体装置を得ることができる。   For example, when a semiconductor device in which a MOS transistor and a bipolar transistor are formed as a single crystal Si thin film transistor and a MOS transistor is formed as a non-single crystal Si thin film transistor, a semiconductor device having three types of characteristics is formed. A semiconductor device that can be formed on one substrate and has higher performance and higher functionality can be obtained.

また、このような半導体装置では、単結晶SiからなるMOS型薄膜トランジスタの単結晶Si薄膜が、バイポーラ型薄膜トランジスタの単結晶Si薄膜よりも膜厚が小さいことがより好ましい。   In such a semiconductor device, it is more preferable that the single crystal Si thin film of the MOS thin film transistor made of single crystal Si has a smaller film thickness than the single crystal Si thin film of the bipolar thin film transistor.

これは、通常、MOS型薄膜トランジスタは膜厚が薄いほうが良好な特性が得られやすく、バイポーラ型薄膜トランジスタは膜厚が比較的厚い方が良好な特性が得られることが知られているためである。   This is because it is known that a MOS type thin film transistor usually has better characteristics when the film thickness is thinner, and that a bipolar thin film transistor can obtain better characteristics when the film thickness is relatively thick.

なお、単結晶Si薄膜からなるMOS型薄膜トランジスタについて、そのゲート線幅は、1μm以下であることがより好ましい。また、単結晶Si薄膜からなるバイポーラ型薄膜トランジスタについても、そのベース幅が概2.5μm以下であることが好ましい。   In addition, it is more preferable that the gate line width of the MOS type thin film transistor made of the single crystal Si thin film is 1 μm or less. Also, a bipolar thin film transistor made of a single crystal Si thin film preferably has a base width of about 2.5 μm or less.

さらに、ベース幅が1μm以下であることがより好ましい。これはベース幅が狭いほど少数キャリアが拡散し通過する効率が良く時間が短くなるからである。   Furthermore, the base width is more preferably 1 μm or less. This is because the narrower the base width, the better the efficiency with which minority carriers diffuse and pass, and the shorter the time.

これにより、トランジスタのスイッチング速度を速くできる。   Thereby, the switching speed of the transistor can be increased.

〔実施形態6〕
本発明の半導体装置の製造方法に関するさらに他の実施形態について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態1〜5において説明した部材と同様の機能を有する部材については、その説明を省略する。
[Embodiment 6]
The following will describe still another embodiment relating to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. For convenience of explanation, description of members having the same functions as those described in Embodiments 1 to 5 is omitted.

本発明の実施形態では、実施形態1〜5の半導体装置において、単結晶Si基板の接合前の厚さを約70μmとした。ここで、単結晶Si基板の接合前の厚さ以外はすべて同じ材料、方法を用いたがガラス基板とSi基板の接合性はいずれの場合も優れており、特に、基板の四隅の接合不良を大幅に低減できた。   In the embodiment of the present invention, in the semiconductor devices of Embodiments 1 to 5, the thickness of the single crystal Si substrate before bonding is about 70 μm. Here, the same materials and methods were used except for the thickness before bonding of the single crystal Si substrate, but the bonding properties of the glass substrate and the Si substrate were excellent in all cases, and in particular, the bonding failure at the four corners of the substrate was excellent. It was able to reduce significantly.

なお、本実施形態では、ICカードで使われる研磨法で水素イオン注入後に厚さを減じた。なお、単結晶Siの厚さは接合性の観点からは薄ければ薄いほどよいが、取り扱いの容易性とのトレードオフとなり50〜100μm程度がよい。   In this embodiment, the thickness is reduced after hydrogen ion implantation by a polishing method used in an IC card. Note that the thickness of the single crystal Si is preferably as thin as possible from the viewpoint of bondability, but is preferably about 50 to 100 μm because of trade-off with ease of handling.

上記実施形態1〜6においては、MOS型のトランジスタについて説明したが、本発明はMOS型のトランジスタに限定されるものではない。例えば、MIS型のトランジスタであっても、MOS型トランジスタを用いた場合と同様の効果を得ることができる。   In the first to sixth embodiments, the MOS type transistor has been described. However, the present invention is not limited to the MOS type transistor. For example, even with an MIS type transistor, the same effect as when a MOS type transistor is used can be obtained.

ここで、MIS型のトランジスタとは、ゲート絶縁膜として窒化Si膜等が使用されているため、誘電率の高いゲート絶縁膜により同じ膜厚であっても電界効果が強くなり、ゲートの漏れ電流が増加するが低電圧で動作させることができる等の特性を有するトランジスタをいう。   Here, since the MIS type transistor uses a Si nitride film or the like as a gate insulating film, the gate insulating film having a high dielectric constant increases the electric field effect even if the film thickness is the same, and the leakage current of the gate. Is a transistor having characteristics such that it can be operated at a low voltage.

なお、本発明による半導体装置の製造方法は、用途が液晶表示装置に限られるものでは無く、有機ELを始めとする他のデバイスにも有効であることは言うまでもない。さらに、表示デバイスのみならず高性能集積回路として一般に使用してもよい。   In addition, it cannot be overemphasized that the manufacturing method of the semiconductor device by this invention is not limited to a liquid crystal display device, but is effective also for other devices including organic EL. Further, it may be generally used not only as a display device but also as a high-performance integrated circuit.

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

〔発明の効果〕
本発明の参考に係る単結晶Si基板は、以上のように、表面に酸化膜、ゲートパターン、不純物イオン注入部が形成された後に平坦化されており、所定の深さに所定の濃度の水素イオンが注入された水素イオン注入部を備えている構成である。
〔The invention's effect〕
As described above, the single crystal Si substrate according to the present invention is planarized after an oxide film, a gate pattern, and an impurity ion implanted portion are formed on the surface, and has a predetermined concentration of hydrogen at a predetermined depth. In this configuration, a hydrogen ion implantation part into which ions are implanted is provided.

それゆえ、絶縁基板等に対して、単結晶Si基板を酸化膜形成側において接合し、熱処理することにより基板間の接合が原子同士の結合に変わり強固な接合となるとともに、水素イオン注入部において熱処理により劈開剥離することで、接着剤を使用しなくても容易にMOS型の単結晶Si薄膜トランジスタを得ることができるという効果を奏する。   Therefore, a single crystal Si substrate is bonded to an insulating substrate or the like on the oxide film forming side, and the heat treatment is performed by changing the bonding between the substrates into a bond between atoms, and in the hydrogen ion implantation portion. By cleaving and peeling by heat treatment, it is possible to easily obtain a MOS type single crystal Si thin film transistor without using an adhesive.

また、例えば、表面に多結晶Si薄膜等の非単結晶Si薄膜トランジスタを形成した絶縁基板上に、本発明の単結晶Si基板を接合し、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタを形成することで、非単結晶Siからなるトランジスタと単結晶Siからなるトランジスタを1つの基板上の異なる領域に形成した半導体装置を容易に得ることができる。   Further, for example, by joining the single crystal Si substrate of the present invention on an insulating substrate having a non-single crystal Si thin film transistor such as a polycrystalline Si thin film formed on the surface, a MOS type single crystal Si thin film transistor is formed. A semiconductor device in which a transistor made of single crystal Si and a transistor made of single crystal Si are formed in different regions on one substrate can be easily obtained.

上記単結晶Si基板は、以上のように、表面近傍に不純物イオンが注入されたpnp接合構造あるいはnpn接合構造を有する不純物イオン注入部または拡散領域と、該不純物イオン注入部または拡散領域上に堆積された酸化膜とを有している構成である。   As described above, the single crystal Si substrate is deposited on the impurity ion implanted portion or the diffusion region having the pnp junction structure or the npn junction structure in which the impurity ions are implanted near the surface, and on the impurity ion implanted portion or the diffusion region. And an oxide film formed.

それゆえ、他の絶縁基板上に形成しやすい単結晶Si薄膜からなるバイポーラ型の薄膜トランジスタを得ることができるという効果を奏する。   Therefore, there is an effect that a bipolar thin film transistor made of a single crystal Si thin film that can be easily formed on another insulating substrate can be obtained.

上記所定の深さに所定の濃度の水素イオンが注入された水素イオン注入部を備えているので、絶縁基板等に対して、単結晶Si基板を酸化膜堆積側において接合し、水素イオン注入側において劈開剥離することで、接着剤を使用することなく、容易にバイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタを得ることができるという効果を奏する。   Since it has a hydrogen ion implantation part in which hydrogen ions of a predetermined concentration are implanted at the predetermined depth, a single crystal Si substrate is bonded to an insulating substrate or the like on the oxide film deposition side, and the hydrogen ion implantation side By cleaving and peeling, a bipolar single crystal Si thin film transistor can be easily obtained without using an adhesive.

また、上記酸化膜は、膜厚が200nm以上になるように形成されていることがより好ましい。   The oxide film is more preferably formed so as to have a thickness of 200 nm or more.

それゆえ、単結晶SiからなるMOSトランジスタでは、閾値のバラツキと、単結晶Siから成るバイポーラ型TFTでは特性ばらつきが小さくオン抵抗が低く抑えられ、SiO膜形成工程の効率や段差とのバランスに適切な単結晶Si基板を得ることができるという効果を奏する。 Therefore, in the MOS transistor made of single crystal Si, the threshold value varies, and in the bipolar TFT made of single crystal Si, the characteristic variation is small and the on-resistance is kept low, which balances the efficiency and step of the SiO 2 film formation process. There is an effect that an appropriate single crystal Si substrate can be obtained.

本発明の参考に係る半導体装置は、以上のように、絶縁基板上の異なる領域に、非単結晶Si薄膜デバイスと、単結晶Si薄膜デバイスとがそれぞれ形成され、上記単結晶Si薄膜デバイスは、上記絶縁基板に対して、SiO膜を介して接合されている構成である。 As described above, in the semiconductor device according to the present invention, the non-single crystal Si thin film device and the single crystal Si thin film device are respectively formed in different regions on the insulating substrate. The structure is bonded to the insulating substrate through a SiO 2 film.

それゆえ、例えば、タイミングコントローラ等の、より高性能な機能が要求されるデバイスには、単結晶Si薄膜トランジスタ等の単結晶Si薄膜デバイスを用い、残りのデバイスには非単結晶Si薄膜トランジスタ等の非単結晶Si薄膜デバイスを用いて、低コストで高性能・高機能な回路システムを一体集積化した半導体装置を得ることができるという効果を奏する。また、例えば、大型の液晶表示パネルや有機ELパネル等に対応可能な大型の半導体装置を製造することができる。   Therefore, for example, a single crystal Si thin film device such as a single crystal Si thin film transistor is used for a device that requires a higher performance function such as a timing controller, and a non-single crystal Si thin film transistor such as a non-single crystal Si thin film transistor is used for the remaining devices. Using the single crystal Si thin film device, it is possible to obtain a semiconductor device in which a high-performance and high-performance circuit system is integrated at a low cost. In addition, for example, a large semiconductor device that can be used for a large liquid crystal display panel, an organic EL panel, or the like can be manufactured.

さらに、上記単結晶Si薄膜デバイスは、上記絶縁基板に対して、SiO膜を介して接合されている。 Furthermore, the single crystal Si thin film device is bonded to the insulating substrate via a SiO 2 film.

それゆえ、接着剤を使用することなく、単結晶Si薄膜トランジスタ等のデバイスを絶縁基板上に形成することができるため、単結晶Siが汚染されることを防止できるという効果を奏する。また、接合後にメタル配線、無機絶縁膜形成、あるいはエッチング等を容易に行うことができる。さらに、メタル配線等を大型基板でのTFTプロセスと共通に形成し低コストでデバイスを形成できるという効果を奏する。   Therefore, since a device such as a single crystal Si thin film transistor can be formed on an insulating substrate without using an adhesive, it is possible to prevent the single crystal Si from being contaminated. In addition, metal wiring, inorganic insulating film formation, etching, or the like can be easily performed after bonding. Furthermore, it is possible to form a device at a low cost by forming a metal wiring or the like in common with a TFT process on a large substrate.

上記非単結晶Si薄膜デバイスおよび上記単結晶Si薄膜デバイスは、ともにMOS型あるいはMIS型の単結晶Si薄膜トランジスタであることがより好ましい。   It is more preferable that the non-single crystal Si thin film device and the single crystal Si thin film device are both MOS type or MIS type single crystal Si thin film transistors.

それゆえ、例えば、CMOS構造にした場合には、消費電力の低減および電源電圧までフル出力が可能で、低消費電力のロジックに適した半導体装置を得ることができるという効果を奏する。   Therefore, for example, in the case of a CMOS structure, it is possible to obtain a semiconductor device suitable for logic with low power consumption, which can reduce power consumption and full output up to the power supply voltage.

上記MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタは、上記絶縁基板側からゲート、ゲート絶縁膜、Siの順に形成されていることがより好ましい。   The MOS type single crystal Si thin film transistor is more preferably formed in the order of a gate, a gate insulating film, and Si from the insulating substrate side.

それゆえ、MOS型薄膜トランジスタは、ゲートが絶縁基板の側に配置された状態で形成され、いわゆる絶縁基板上に上下逆さまのMOS型の単結晶Si薄膜トランジスタを形成した半導体装置を得ることができるので、単結晶Si基板でのソース・ドレイン形成にゲートをマスクにした自己整合プロセスが適用でき、またガラス基板表面の固定電荷の影響を軽減できるという効果を奏する。さらに、単結晶Siとガラス基板の接合界面に生じがちな固定電荷の影響をゲートの遮蔽効果により軽減でき、また、単結晶Siでゲートをマスクにソース・ドレインの不純物イオン注入を用いる確立したプロセスを適用できるため、歩留まりを高くできるというメリットがある。   Therefore, the MOS thin film transistor is formed in a state where the gate is disposed on the insulating substrate side, and a semiconductor device in which a MOS type single crystal Si thin film transistor upside down is formed on a so-called insulating substrate can be obtained. A self-alignment process using a gate as a mask can be applied to source / drain formation on a single crystal Si substrate, and the effect of fixed charges on the surface of the glass substrate can be reduced. Furthermore, the effect of fixed charges that tend to occur at the interface between single crystal Si and glass substrate can be reduced by the shielding effect of the gate, and an established process using source / drain impurity ion implantation with the gate as a mask in single crystal Si Can be applied, so there is an advantage that the yield can be increased.

上記MOS型の薄膜トランジスタの単結晶Si薄膜の膜厚は、略600nm以下であることがより好ましい。   The film thickness of the single crystal Si thin film of the MOS type thin film transistor is more preferably about 600 nm or less.

それゆえ、半導体装置のS値(サブスレショルド係数)を小さくすることができ、またオフ電流を低下させることができるという効果を奏する。   Therefore, the S value (subthreshold coefficient) of the semiconductor device can be reduced, and the off current can be reduced.

上記MOS型の薄膜トランジスタの単結晶Si薄膜の膜厚は、略100nm以下であることがより好ましい。   The film thickness of the single crystal Si thin film of the MOS type thin film transistor is more preferably about 100 nm or less.

それゆえ、一層半導体装置のS値(サブスレショルド係数)を小さくすることができ、またオフ電流についても低下させることができる。よって、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタの特性を最大限に生かすことができるという効果を奏する。   Therefore, the S value (subthreshold coefficient) of the semiconductor device can be further reduced, and the off-current can also be reduced. Therefore, it is possible to maximize the characteristics of the MOS type single crystal Si thin film transistor.

上記MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタの金属配線パターンは、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタのゲートパターンよりも緩い配線形成ルールによって形成された部分を含むことがより好ましい。   More preferably, the metal wiring pattern of the MOS type single crystal Si thin film transistor includes a portion formed by a looser wiring formation rule than the gate pattern of the MOS type single crystal Si thin film transistor.

それゆえ、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタを形成した半導体装置のメタル配線もしくはメタル配線の少なくとも一部を大型基板上のメタル配線と同時に処理することができ、コストを抑えて処理能力を向上できる。または、外部装置あるいは外部配線や他の回路ブロックやTFTアレイに対する接続が容易になり、外部装置等に対する接続不良による製品歩留りを低減できるという効果を奏する。   Therefore, the metal wiring of the semiconductor device in which the MOS type single crystal Si thin film transistor is formed or at least a part of the metal wiring can be processed simultaneously with the metal wiring on the large substrate, and the processing capability can be improved while suppressing the cost. Alternatively, connection to an external device, external wiring, another circuit block, or TFT array is facilitated, and the product yield due to poor connection to the external device can be reduced.

上記非単結晶Si薄膜デバイスは、MOS型あるいはMIS型の非単結晶Si薄膜トランジスタであって、上記単結晶Si薄膜デバイスは、バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタであることがより好ましい。   The non-single-crystal Si thin film device is a MOS-type or MIS-type non-single-crystal Si thin film transistor, and the single-crystal Si thin-film device is more preferably a bipolar single-crystal Si thin-film transistor.

それゆえ、MOS型あるいはMIS型の非単結晶Si薄膜トランジスタに加えて、バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタを形成しているため、より多機能な半導体装置を得ることができるという効果を奏する。   Therefore, since the bipolar type single crystal Si thin film transistor is formed in addition to the MOS type or MIS type non-single crystal Si thin film transistor, there is an effect that a more multifunctional semiconductor device can be obtained.

上記非単結晶Si薄膜デバイスは、MOS型あるいはMIS型の非単結晶Si薄膜トランジスタであって、上記単結晶Si薄膜デバイスは、MOS型およびバイポーラ型の何れか一方、あるいは両方の単結晶Si薄膜トランジスタおよびバイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタを含むであることがより好ましい。   The non-single-crystal Si thin-film device is a MOS-type or MIS-type non-single-crystal Si thin-film transistor, and the single-crystal Si thin-film device is either a MOS-type or bipolar-type, or both single-crystal Si thin-film transistors and More preferably, it includes a bipolar single crystal Si thin film transistor.

それゆえ、MOS型あるいはMIS型の非単結晶Si薄膜トラジスタおよび単結晶Si薄膜トランジスタ、バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタという3種類の特性を有する半導体装置を1つの基板上に形成できるという効果を奏する。よって、さらに高性能・高機能な半導体装置を得ることができる。   Therefore, there is an effect that a semiconductor device having three types of characteristics, that is, a MOS type or MIS type non-single crystal Si thin film transistor, a single crystal Si thin film transistor, and a bipolar type single crystal Si thin film transistor can be formed on one substrate. Therefore, a semiconductor device with higher performance and higher functionality can be obtained.

上記非単結晶Si薄膜デバイスは、MOS型あるいはMIS型の非単結晶Si薄膜トランジスタであって、上記単結晶Si薄膜デバイスは、MOS型単結晶Si薄膜トランジスタとショットキー型もしくはPN接合形ダイオードを含むイメージセンサあるいはCCD形イメージセンサを備えていることがより好ましい。   The non-single-crystal Si thin film device is a MOS-type or MIS-type non-single-crystal Si thin-film transistor, and the single-crystal Si thin-film device includes an MOS-type single-crystal Si thin-film transistor and a Schottky-type or PN junction-type diode. More preferably, a sensor or a CCD type image sensor is provided.

それゆえ、個別に異なる領域に異なる設計または構造の薄膜デバイスを集積化できるため、従来の方法では、共存することが極めて困難であったイメージセンサ等のCMOSデバイスと異なる構造のデバイスを容易に集積化でき、今まで不可能であった高機能デバイスを創出できるという効果を奏する。   Therefore, since thin film devices with different designs or structures can be integrated individually in different regions, it is easy to integrate devices with different structures from CMOS devices such as image sensors that were extremely difficult to coexist with conventional methods. It is possible to create a highly functional device that has been impossible until now.

上記単結晶SiからなるMOS型薄膜トランジスタの単結晶Si薄膜は、バイポーラ型薄膜トランジスタの単結晶Si薄膜よりも膜厚が小さいことがより好ましい。   More preferably, the single crystal Si thin film of the MOS thin film transistor made of single crystal Si has a smaller film thickness than the single crystal Si thin film of the bipolar thin film transistor.

それゆえ、MOS型とバイポーラ型とのSi薄膜の厚さを互いの比較によって特定することで、MOS型およびバイポーラ型双方の特性を有効に活用できる半導体装置を得ることができるという効果を奏する。   Therefore, by specifying the thicknesses of the MOS thin film and the bipolar thin film by comparing each other, it is possible to obtain a semiconductor device that can effectively utilize both the MOS and bipolar characteristics.

上記バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタは、ベース、コレクタおよびエミッタ領域が同一平面に形成、配置された平面構造であることがより好ましい。   The bipolar single crystal Si thin film transistor preferably has a planar structure in which the base, collector and emitter regions are formed and arranged on the same plane.

それゆえ、MOS型薄膜トランジスタのようにゲートを持たず、かつ平面構造の、いわゆるラテラル型トランジスタであるため、単に、Si表面に酸化膜を形成し、PとNとの不純物を所定のパターン(領域)に注入し、活性化アニールをするだけで、表面が完全に平坦なSi基板を形成できるため、CMPによる平坦化処理を行わなくても絶縁基板上に容易に単結晶Si基板を接合することができるという効果を奏する。   Therefore, since it is a so-called lateral type transistor having no gate and having a planar structure like a MOS type thin film transistor, an oxide film is simply formed on the Si surface, and impurities of P and N are formed in a predetermined pattern (region). In this case, a Si substrate having a completely flat surface can be formed simply by performing activation annealing and bonding a single crystal Si substrate on an insulating substrate without performing a planarization process by CMP. There is an effect that can be.

上記バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタのコンタクトパターンは、バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタのベースパターンよりも緩いデザインルールによって形成されていることがより好ましい。   The contact pattern of the bipolar single crystal Si thin film transistor is more preferably formed by a looser design rule than the base pattern of the bipolar single crystal Si thin film transistor.

半導体装置外部装置あるいは外部配線や他の回路ブロックやTFTアレイに対する接続が容易になり、外部装置等に対する接続不良による製品歩留りを低減できるという効果を奏する。   Connection to an external device of a semiconductor device, external wiring, other circuit blocks, or a TFT array is facilitated, and the product yield due to poor connection to the external device can be reduced.

それゆえ、バイポーラ型単結晶Si薄膜トランジスタを形成した半導体装置のメタル配線もしくはメタル配線の一部を大型基板上のメタル配線と同時に処理することができ、コストを抑えて処理能力を向上できる。または、外部装置あるいは外部配線に対する接続が容易になり、外部装置等に対する接続不良による製品歩留りを低減できるという効果を奏する。   Therefore, the metal wiring or part of the metal wiring of the semiconductor device in which the bipolar single crystal Si thin film transistor is formed can be processed at the same time as the metal wiring on the large substrate, and the processing capability can be improved while reducing the cost. Alternatively, the connection to the external device or the external wiring is facilitated, and the product yield due to the connection failure with respect to the external device or the like can be reduced.

上記バイポーラ型単結晶Si薄膜トランジスタの単結晶Si薄膜の膜厚は、略800nm以下であることがより好ましい。   The film thickness of the single crystal Si thin film of the bipolar single crystal Si thin film transistor is more preferably about 800 nm or less.

それゆえ、バイポーラ型単結晶Si薄膜トランジスタの単結晶Si薄膜の特性ばらつきに対する厚さの限界である約800nm以下に膜厚を設定することで、特性を悪化させることなく特性ばらつきを小さく抑えられたバイポーラ型単結晶Si薄膜トランジスタを得ることができるという効果を奏する。   Therefore, by setting the film thickness to about 800 nm or less, which is the limit of the thickness with respect to the characteristic variation of the single crystal Si thin film of the bipolar type single crystal Si thin film transistor, the bipolar in which the characteristic variation can be suppressed to a small level without deteriorating the characteristic. The effect is that a single-crystal Si thin film transistor can be obtained.

上記非単結晶Si薄膜は、多結晶Si薄膜もしくは連続粒界Si薄膜であって、上記非単結晶Si薄膜からなるMOS型薄膜トランジスタは、基板側から非単結晶Si、ゲート絶縁膜、ゲートの順に形成されていることがより好ましい。   The non-single-crystal Si thin film is a polycrystalline Si thin film or a continuous grain boundary Si thin film. The MOS type thin film transistor comprising the non-single-crystal Si thin film has a non-single-crystal Si, a gate insulating film, and a gate in this order from the substrate side. More preferably, it is formed.

それゆえ、絶縁基板から見てゲートが上に形成されるようにMOS型薄膜トランジスタを構成することで、一般的なゲートをマスクとした自己整合プロセスが摘要でき、多結晶Si薄膜あるいは連続粒界Si薄膜トランジスタを製造し易くなり、生産性を向上させることができるという効果を奏する。   Therefore, by constructing the MOS thin film transistor so that the gate is formed on the insulating substrate, a self-alignment process using a general gate as a mask can be summarized. The thin film transistor can be easily manufactured, and the productivity can be improved.

上記非単結晶Si薄膜は多結晶Si薄膜もしくは連続粒界Si薄膜であって、上記非単結晶Si薄膜からなるMOS型薄膜トランジスタは、基板側からゲート、ゲート絶縁膜、非単結晶Siの順に形成されていることがより好ましい。   The non-single crystal Si thin film is a polycrystalline Si thin film or a continuous grain boundary Si thin film, and the MOS type thin film transistor comprising the non-single crystal Si thin film is formed in the order of gate, gate insulating film, and non-single crystal Si from the substrate side. More preferably.

それゆえ、MOS型の非単結晶Si薄膜トランジスタが基板から見て反対の構成となるため、ガラス基板表面付近の固定電荷の影響を避けることができ、特性の安定化が可能となる。さらに、チャネル部のドーピングプロファイルの設定自由度が高くなり、ホットエレクトロン劣化の対策が容易となり、上記と同様の効果を得られる構成のバリエーションを増やすことができるという効果を奏する。   Therefore, since the MOS type non-single-crystal Si thin film transistor has an opposite configuration when viewed from the substrate, the influence of fixed charges near the surface of the glass substrate can be avoided, and the characteristics can be stabilized. Furthermore, the degree of freedom in setting the doping profile of the channel portion is increased, measures for hot electron degradation are facilitated, and variations in the configuration that can obtain the same effects as described above can be increased.

上記非単結晶Si薄膜は非晶質Si薄膜であって、上記非単結晶Si薄膜からなるMOS型もしくはMIS型の薄膜トランジスタは、基板側からゲート、ゲート絶縁膜、非単結晶Siの順に形成されていることがより好ましい。   The non-single crystal Si thin film is an amorphous Si thin film, and the MOS type or MIS type thin film transistor made of the non single crystal Si thin film is formed from the substrate side in the order of gate, gate insulating film, and non single crystal Si. More preferably.

それゆえ、絶縁基板から見てゲートが下に形成される、いわゆるボトムゲート構造のMOS型あるいはMIS型薄膜トランジスタを構成することで、従来広く一般的に用いられてきたプロセスを適用でき、高歩留まりで非晶質Si薄膜を形成する工程の簡略化、低コスト化、生産性向上を図ることができるという効果を奏する。また、非晶質Siは、低off電流特性を有しているため、低消費電力型LCD等に適応した半導体装置を得ることができる。   Therefore, by forming a so-called bottom-gate MOS type or MIS type thin film transistor in which the gate is formed below the insulating substrate, a process that has been widely used in the past can be applied, and a high yield can be achieved. There are effects that the process of forming the amorphous Si thin film can be simplified, the cost can be reduced, and the productivity can be improved. In addition, since amorphous Si has a low off current characteristic, a semiconductor device suitable for a low power consumption type LCD or the like can be obtained.

上記非単結晶Si薄膜は非晶質Si薄膜であって、上記非単結晶Si薄膜からなるMOS型薄膜トランジスタは、基板側から非単結晶Si、ゲート絶縁膜、ゲートの順に形成されていることがより好ましい。   The non-single-crystal Si thin film is an amorphous Si thin film, and the MOS type thin film transistor made of the non-single-crystal Si thin film is formed from the substrate side in the order of non-single-crystal Si, gate insulating film, and gate. More preferred.

それゆえ、MOS型の非単結晶Si薄膜トランジスタが基板から見て反対の構成であっても、上記と同様の効果を得られる構成のバリエーションを増やすことができ、プロセス設計の自由度が高まるという効果を奏する。   Therefore, even if the MOS-type non-single-crystal Si thin film transistor has the opposite configuration as viewed from the substrate, it is possible to increase the number of variations of the configuration that can obtain the same effect as described above, and to increase the degree of freedom in process design. Play.

上記単結晶Si薄膜デバイスを構成する単結晶Siと上記絶縁基板の線膨張の差は、略室温から600℃の温度範囲において約250ppm以下であることがより好ましい。   The difference in linear expansion between the single crystal Si constituting the single crystal Si thin film device and the insulating substrate is more preferably about 250 ppm or less in a temperature range from about room temperature to 600 ° C.

それゆえ、大きな温度上昇に対する絶縁基板と単結晶Si薄膜との線膨張の差が小さくなる。従って、絶縁基板上に単結晶Si薄膜を形成するための工程において、熱膨張の差による水素注入位置からの劈開剥離工程における破壊や接合界面剥離、あるいは結晶中の欠陥発生を確実に防止することができ、また、加熱接合強度の向上を図ることができるという効果を奏する。   Therefore, the difference in linear expansion between the insulating substrate and the single crystal Si thin film with respect to a large temperature rise is reduced. Therefore, in the process for forming a single-crystal Si thin film on an insulating substrate, it is possible to reliably prevent the breakage in the cleavage peeling process from the hydrogen injection position due to the difference in thermal expansion, the peeling at the bonding interface, or the generation of defects in the crystal. In addition, there is an effect that the heat bonding strength can be improved.

上記絶縁基板は、少なくとも、上記単結晶Si薄膜デバイスが形成される領域の表面にSiO膜が形成されたアルカリ土類−アルミノ硼珪酸ガラスからなる高歪点ガラスであることがより好ましい。 The insulating substrate is at least, the monocrystalline Si thin film device is an alkaline earth SiO 2 film is formed on the surface of the area to be formed - and more preferably a high strain point glass made of aluminoborosilicate glass.

それゆえ、単結晶Si基板との接合のために使用する組成を調節した結晶化ガラスを用いる必要が無くなるので、絶縁基板がアクティブマトリクス駆動による液晶表示パネル等に一般的に使用される高歪点ガラスからなり、低コストの半導体装置を製造できるという効果を奏する。   Therefore, it is not necessary to use crystallized glass whose composition used for bonding to a single crystal Si substrate is eliminated, so that an insulating substrate is a high strain point generally used for liquid crystal display panels driven by an active matrix. It is made of glass and produces an effect that a low-cost semiconductor device can be manufactured.

上記絶縁基板は、バリウム−硼珪酸ガラス、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およびアルカリ土類−亜鉛−アルミノ硼珪酸ガラスのうち何れかのガラスから形成されていることがより好ましい。   The insulating substrate is composed of barium-borosilicate glass, barium-aluminoborosilicate glass, alkaline earth-aluminoborosilicate glass, borosilicate glass, alkaline earth-zinc-lead-aluminoborosilicate glass and alkaline earth-zinc- More preferably, it is made of any one of aluminoborosilicate glasses.

それゆえ、絶縁基板がアクティブマトリクス駆動による液晶表示パネル等に一般的に使用される高歪点ガラスである上記記載のガラスからなるため、低コストにてアクティブマトリクス基板に好適な半導体装置を製造できるという効果を奏する。   Therefore, since the insulating substrate is made of the glass described above, which is a high strain point glass generally used for liquid crystal display panels by active matrix driving, a semiconductor device suitable for the active matrix substrate can be manufactured at low cost. There is an effect.

上記単結晶Siの領域内における少なくとも一部のパターンの位置合わせマージンは、マザー基板全体あるいは表示領域、もしくはデバイス全体のパターンの位置合わせマージンより小さく、高精度であることがより好ましい。   The alignment margin of at least a part of the pattern in the single crystal Si region is smaller than the alignment margin of the pattern of the entire mother substrate, the display region, or the entire device, and more preferably has high accuracy.

それゆえ、非単結晶Si領域と共通な金属配線パターン等を形成する際に、より高精度な露光システムにより、パターンの一部を単結晶Siの領域内の高精度なパターンにアライメントすることができるという効果を奏する。よって、高精度なパターンを持つ単結晶Si領域と精度の低いパターンを持つ非単結晶領域とを、金属配線パターン等を用いて効率的に高い歩留まりで容易に接続することができる。   Therefore, when forming a metal wiring pattern or the like common to the non-single-crystal Si region, it is possible to align a part of the pattern with a high-precision pattern in the single-crystal Si region by a higher-precision exposure system. There is an effect that can be done. Therefore, a single crystal Si region having a high-precision pattern and a non-single-crystal region having a low-precision pattern can be easily and efficiently connected with a high yield using a metal wiring pattern or the like.

上記単結晶Si領域内の位置合わせマークおよび透明基板上の位置合わせマークは、上記単結晶Si上に形成された位置合わせマークを透明基板側から可視光あるいは可視光より短波長の光で検出され、透明基板上に形成された位置合わせマークと位置合わせすることが可能な形状からなることがより好ましい。   The alignment mark in the single crystal Si region and the alignment mark on the transparent substrate are detected from the transparent substrate side with visible light or light having a shorter wavelength than visible light. More preferably, it has a shape that can be aligned with an alignment mark formed on the transparent substrate.

それゆえ、ガラス基板越しに位置合わせマークを検出することができるため、光学的な解像度を向上させることができ、従来よりも高精度なアライメントが可能になるという効果を奏する。   Therefore, since the alignment mark can be detected through the glass substrate, the optical resolution can be improved, and an effect that the alignment with higher accuracy than before can be achieved.

本発明の半導体装置の製造方法は、以上のように、絶縁基板上に、単結晶Si薄膜デバイスと非単結晶Si薄膜デバイスとが形成された半導体装置の製造方法において、表面に酸化膜、ゲートパターン、不純物イオン注入部が形成された後に平坦化されており、所定の深さに所定の濃度の水素イオンが注入された水素イオン注入部を備えた単結晶Si基板を熱処理によって絶縁基板上に接合し、さらに水素イオン注入部において熱処理により劈開剥離した後、非単結晶Si薄膜を形成する方法である。   As described above, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device in which a single crystal Si thin film device and a non-single crystal Si thin film device are formed on an insulating substrate. A single crystal Si substrate having a hydrogen ion implanted portion in which hydrogen ions having a predetermined concentration are implanted to a predetermined depth is formed on an insulating substrate by heat treatment. This is a method of forming a non-single-crystal Si thin film after bonding and further cleaving and peeling by heat treatment in the hydrogen ion implanted portion.

それゆえ、単結晶Si薄膜デバイスを、平坦性が最もよい絶縁基板上に形成し、その後で非単結晶Si薄膜を形成している。よって、接合不良による欠陥が少なく、歩留りがよい半導体装置を製造することができるという効果を奏する。   Therefore, a single crystal Si thin film device is formed on an insulating substrate having the best flatness, and then a non-single crystal Si thin film is formed. Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor device with few defects due to poor bonding and high yield.

上記単結晶Si薄膜デバイス上に保護間絶縁膜、コンタクトホールおよびメタル配線を形成することがより好ましい。   More preferably, a protective insulating film, a contact hole, and a metal wiring are formed on the single crystal Si thin film device.

それゆえ、非単結晶Si薄膜の形成よりも先に形成される単結晶Si薄膜デバイスがメタル配線を有しているため、微細化加工が可能になり、単結晶Si薄膜に形成する回路の集積密度の大幅アップが実現できる。さらに、単結晶Si薄膜デバイスをガラス基板上に形成した後に形成される非単結晶Si薄膜にも同じ工程でメタル配線を設けることで、ダブルメタル配線構造の半導体装置を効率良く簡略な工程で製造することができるという効果を奏する。   Therefore, since the single crystal Si thin film device formed prior to the formation of the non-single crystal Si thin film has metal wiring, miniaturization processing is possible, and the circuit formed in the single crystal Si thin film is integrated. A significant increase in density can be achieved. Furthermore, by providing metal wiring in the same process for non-single-crystal Si thin film formed after the single crystal Si thin film device is formed on the glass substrate, a semiconductor device with a double metal wiring structure can be manufactured in a simple and efficient process. There is an effect that can be done.

上記単結晶Si薄膜デバイスを形成した後、上記非単結晶Si薄膜を形成する前に、層間絶縁膜を形成することがより好ましい。   It is more preferable to form an interlayer insulating film after forming the single crystal Si thin film device and before forming the non-single crystal Si thin film.

それゆえ、単結晶Si薄膜デバイスと非単結晶Si薄膜との間に層間絶縁膜が形成されているため、単結晶Si薄膜の単結晶Siの汚染を確実に防止できるという効果を奏する。   Therefore, since the interlayer insulating film is formed between the single crystal Si thin film device and the non-single crystal Si thin film, there is an effect that the single crystal Si contamination of the single crystal Si thin film can be surely prevented.

本発明の半導体装置の製造方法は、以上のように、非単結晶Si薄膜を上記絶縁基板上に形成した後、表面に酸化膜、ゲートパターン、不純物イオン注入部が形成された後に平坦化されており、所定の深さに所定の濃度の水素イオンが注入された水素イオン注入部を備えた単結晶Si基板を熱処理によって絶縁基板上に接合し、さらに水素イオン注入部において熱処理により劈開剥離する方法である。   As described above, the semiconductor device manufacturing method of the present invention is planarized after the non-single-crystal Si thin film is formed on the insulating substrate and then the oxide film, gate pattern, and impurity ion implanted portion are formed on the surface. A single crystal Si substrate provided with a hydrogen ion implanted portion in which hydrogen ions of a predetermined concentration are implanted at a predetermined depth is bonded onto an insulating substrate by heat treatment, and further cleaved and peeled off by heat treatment at the hydrogen ion implanted portion. Is the method.

それゆえ、非単結晶Si薄膜を単結晶Si薄膜デバイス形成前に形成するため、単結晶Si薄膜デバイスを形成した後で非単結晶Si薄膜を形成する場合と比較して、単結晶Si薄膜が汚染されたり、損傷を受けたりすることを防止できるという効果を奏する。   Therefore, since the non-single-crystal Si thin film is formed before forming the single-crystal Si thin-film device, the single-crystal Si thin-film is formed in comparison with the case of forming the non-single-crystal Si thin film after forming the single-crystal Si thin-film device. There is an effect that it can be prevented from being contaminated or damaged.

上記単結晶Si薄膜デバイスは、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタであることがより好ましい。   The single crystal Si thin film device is more preferably a MOS type single crystal Si thin film transistor.

それゆえ、例えば、CMOS構造にした場合には、消費電力の低減および電源電圧までフル出力が可能で、低消費電力のロジックに適した半導体装置を得ることができる等のMOS型トランジスタの特性を有する半導体装置を製造することができるという効果を奏する。   Therefore, for example, in the case of the CMOS structure, the characteristics of the MOS transistor such as reduction of power consumption and full output up to the power supply voltage, and a semiconductor device suitable for low power consumption logic can be obtained. The semiconductor device can be manufactured.

上記単結晶Si薄膜デバイスは、バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタであることがより好ましい。   The single crystal Si thin film device is more preferably a bipolar single crystal Si thin film transistor.

それゆえ、バイポーラ型トランジスタを絶縁基板上に形成することで、単結晶Si薄膜の構成をMOS型よりも簡略化でき、平坦化処理を行うことなく絶縁基板に接合することができるという効果を奏する。   Therefore, by forming the bipolar transistor on the insulating substrate, the structure of the single crystal Si thin film can be simplified as compared with the MOS type, and it can be bonded to the insulating substrate without performing the planarization process. .

上記単結晶Si薄膜デバイスを形成するための単結晶Si基板に対して、所定の深さに所定の濃度の水素イオンを注入することがより好ましい。   More preferably, hydrogen ions having a predetermined concentration are implanted at a predetermined depth into a single crystal Si substrate for forming the single crystal Si thin film device.

それゆえ、接着剤を使用することなく、容易に単結晶Si薄膜デバイスを絶縁基板上に形成することができるという効果を奏する。   Therefore, there is an effect that a single crystal Si thin film device can be easily formed on an insulating substrate without using an adhesive.

上記水素イオンの注入エネルギーは、該水素イオンの注入エネルギーから上記酸化膜の膜厚に相当する水素イオンのプロジェクションレンジに対応するエネルギーを差し引いたエネルギーが、上記酸化膜の膜厚に相当する、該酸化膜上に形成された層内に存在する材料の構成原子のプロジェクションレンジに対応するエネルギーよりも小さくなるように設定されていることがより好ましい。   The hydrogen ion implantation energy is obtained by subtracting the energy corresponding to the projection range of hydrogen ions corresponding to the film thickness of the oxide film from the hydrogen ion implantation energy, the energy corresponding to the film thickness of the oxide film, More preferably, the energy is set to be smaller than the energy corresponding to the projection range of the constituent atoms of the material existing in the layer formed on the oxide film.

それゆえ、例えば、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタにおいて、単結晶Si基板に対して照射された水素イオンが、ゲート電極材料やメタル配線材料の構成原子に衝突して、弾性散乱によりはじき出されたゲート電極材料の構成原子が酸化膜を通過し、単結晶Siにまで達して、単結晶Si部分が汚染されることによる特性あるいは信頼性低下を防止することができるという効果を奏する。   Therefore, for example, in a MOS type single crystal Si thin film transistor, the hydrogen ion irradiated to the single crystal Si substrate collides with the constituent atoms of the gate electrode material or the metal wiring material, and is ejected by elastic scattering. The constituent atoms of the electrode material pass through the oxide film, reach the single crystal Si, and it is possible to prevent deterioration in characteristics or reliability due to contamination of the single crystal Si portion.

上記水素イオン注入部を有する単結晶Si基板の厚みが概100ミクロン以下であることがより好ましい。   More preferably, the thickness of the single crystal Si substrate having the hydrogen ion implanted portion is approximately 100 microns or less.

それゆえ、単結晶Si層を元の基板の約1/10にすることができ、Si基板の曲げ剛性が小さくなるため、ガラス基板側の表面傷やパーティクル等による細かい凹凸に対して、同じ接合エネルギーの条件であっても、追随して曲がりやすくなってそれらの影響を受けにくくすることができるという効果を奏する。   Therefore, the single crystal Si layer can be reduced to about 1/10 of the original substrate, and the bending rigidity of the Si substrate is reduced. Therefore, the same bonding is applied to fine irregularities due to surface scratches or particles on the glass substrate side. Even if it is an energy condition, there is an effect that it is easy to follow and bend easily and can be less affected.

よって、上記厚さであれば、分断した小さく薄いSi基板のハンドリング性を大きく損なうことなく、かつガラス基板側の表面傷やパーティクル等に起因する接合不良を大幅に低減できる。   Therefore, if it is the said thickness, the joining defect resulting from the surface flaw on the glass substrate side, particle | grains, etc. can be reduced significantly, without significantly impairing the handling property of the divided small thin Si substrate.

上記非単結晶Si薄膜を上記絶縁基板上に形成した後、少なくとも上記非単結晶Siを除去した単結晶Siを接合すべき表面領域を予め約3keVのハロゲン化物のGCIB(Gas Cluster Ion Beam)により平坦化しておくことがより好ましい。   After the non-single crystal Si thin film is formed on the insulating substrate, a surface region to which at least the single crystal Si from which the non-single crystal Si has been removed is bonded is preliminarily formed by a GCIB (Gas Cluster Ion Beam) of a halide of about 3 keV. It is more preferable to planarize.

それゆえ、低エネルギー(約3kev)の酸素あるいはハロゲン化物のGCIBを照射すると、SiあるいはSiO表面が軽くエッチングされ、かつ表面のマイクロラフネスが改善される。よって、従来のSi基板の接合と比較して、接合の成功率を大幅に向上させることができるという効果を奏する。 Therefore, when irradiated with low energy (about 3 kev) oxygen or halide GCIB, the Si or SiO 2 surface is lightly etched and the microroughness of the surface is improved. Therefore, the success rate of bonding can be greatly improved as compared with the conventional bonding of Si substrates.

(a)〜(i)は、本発明の一実施形態を示し、半導体装置の製造工程を示す断面図である。(A)-(i) is sectional drawing which shows one Embodiment of this invention and shows the manufacturing process of a semiconductor device. (a)〜(i)は、本発明に係る他の実施形態を示し、半導体装置の製造工程を示す断面図である。(A)-(i) is other embodiment which concerns on this invention, and is sectional drawing which shows the manufacturing process of a semiconductor device. (a)〜(i)は、本発明に係るさらに他の実施形態を示し、半導体装置の製造工程を示す断面図である。(A)-(i) is sectional drawing which shows other embodiment concerning this invention, and shows the manufacturing process of a semiconductor device. 図3に示すバイポーラ型単結晶Si薄膜トランジスタの構成を概略的に示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of the bipolar single crystal Si thin film transistor shown in FIG. 3. (a)〜(f)は、本発明に係るさらに他の実施形態を示し、半導体装置の製造工程を示す断面図である。(A)-(f) is sectional drawing which shows further another embodiment which concerns on this invention, and shows the manufacturing process of a semiconductor device. (a)〜(i)は、本発明に係るさらに他の実施形態を示し、半導体装置の製造工程を示す断面図である。(A)-(i) is sectional drawing which shows other embodiment concerning this invention, and shows the manufacturing process of a semiconductor device. 本発明の参考に係る半導体装置を用いて作成したアクティブマトリクス基板を示す平面図である。It is a top view which shows the active-matrix board | substrate produced using the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明の参考に係る半導体装置における、室温から600℃の温度に対する単結晶Siとガラス基板との線膨張の違いを示すグラフである。It is a graph which shows the difference of the linear expansion of single crystal Si and a glass substrate with respect to the temperature of room temperature to 600 degreeC in the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明の半導体装置の製造方法における、室温において単結晶Siとガラス基板との位置合わせを行う際の概念図である。It is a conceptual diagram at the time of aligning single crystal Si and a glass substrate at room temperature in the manufacturing method of the semiconductor device of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1a・1b・1c 非単結晶Si薄膜トランジスタ
2 絶縁基板
3 SiO膜(酸化膜)
8 SiO膜(層間平坦化絶縁膜)
4 SiO膜(層間絶縁膜)
5 非晶質Si薄膜
5’ 非単結晶Si薄膜
6・12 ゲート電極
7・13・61 SiO膜(ゲート絶縁膜)
10a・10b・10c 単結晶Si基板
11 不要部分
14a・14b 単結晶Si薄膜
15 水素イオン注入部
16a・16b 単結晶Si薄膜トランジスタ
20・30・40・50・60 半導体装置
21 コンタクトホール
22 金属配線
25 コレクタ
26 ベース
27 エミッタ
51 非晶質Si薄膜
51’ 連続結晶粒界Si薄膜
52 非単結晶Si薄膜
62 窒化珪素膜
63 非晶質Si膜
64 N非晶質Si膜
65 金属膜
70 アクティブマトリクス基板
71 駆動回路
72 表示部
90 位置合わせ用CCDカメラ
91 位置合わせステージ
93 ガラス基板上の位置合わせマーク
94 単結晶Si上の位置合わせマーク
1a / 1b / 1c Non-single crystal Si thin film transistor
2 Insulating substrate
3 SiO 2 film (oxide film)
8 SiO 2 film (interlayer planarization insulating film)
4 SiO 2 film (interlayer insulating film)
5 Amorphous Si thin film
5 'non-single crystal Si thin film
6.12 Gate electrode
7.13 61 SiO 2 film (gate insulation film)
10a ・ 10b ・ 10c Single crystal Si substrate
11 Unnecessary parts
14a ・ 14b Single crystal Si thin film
15 Hydrogen ion implantation part
16a, 16b Single crystal Si thin film transistor 20, 30, 40, 50, 60 Semiconductor device
21 Contact hole
22 Metal wiring
25 Collector
26 base
27 Emitter
51 Amorphous Si thin film
51 'continuous grain boundary Si thin film
52 Non-single crystal Si thin film
62 Silicon nitride film
63 Amorphous Si film
64 N + amorphous Si film
65 Metal film
70 Active matrix substrate
71 Drive circuit
72 Display section
90 CCD camera for alignment
91 Positioning stage
93 Alignment mark on glass substrate
94 Alignment mark on single crystal Si

Claims (7)

絶縁基板上に、単結晶Si薄膜デバイスと非単結晶Si薄膜デバイスとが形成された半導体装置の製造方法において、
表面に酸化膜、ゲートパターン、不純物イオン注入部が形成された後に平坦化されており、所定の深さに所定の濃度の水素イオンが注入された水素イオン注入部を備えた単結晶Si基板を熱処理によって絶縁基板上に接合し、さらに水素イオン注入部において熱処理により劈開剥離した後、
上記非単結晶Si薄膜を形成する前に、層間絶縁膜を形成し、上記単結晶Si薄膜デバイスとは異なる領域における上記層間絶縁膜の上に、上記非単結晶Si薄膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device in which a single crystal Si thin film device and a non-single crystal Si thin film device are formed on an insulating substrate,
A single crystal Si substrate provided with a hydrogen ion implantation portion that is planarized after an oxide film, a gate pattern, and an impurity ion implantation portion are formed on the surface and in which hydrogen ions of a predetermined concentration are implanted at a predetermined depth. After bonding to the insulating substrate by heat treatment and further cleaving and peeling by heat treatment in the hydrogen ion implanted portion,
Before forming the non-single crystal Si thin film, an interlayer insulating film is formed, and the non-single crystal Si thin film is formed on the interlayer insulating film in a region different from the single crystal Si thin film device. A method for manufacturing a semiconductor device.
上記単結晶Si薄膜デバイス上に保護間絶縁膜、コンタクトホールおよびメタル配線を形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an inter-protection insulating film, a contact hole, and a metal wiring are formed on the single crystal Si thin film device. 絶縁基板上に、単結晶Si薄膜デバイスと非単結晶Si薄膜デバイスとが形成された半導体装置の製造方法において、
非単結晶Si薄膜を上記絶縁基板上に形成した後、少なくとも非単結晶Siを除去して単結晶Si基板を接合すべき表面領域を予め約3keVのハロゲン化物のGCIB(Gas Cluster Ion Beam)により平坦化し、
表面に酸化膜、ゲートパターン、不純物イオン注入部が形成された後に平坦化されており、所定の深さに所定の濃度の水素イオンが注入された水素イオン注入部を備えた単結晶Si基板を熱処理によって絶縁基板上に接合し、さらに水素イオン注入部において熱処理により劈開剥離することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device in which a single crystal Si thin film device and a non-single crystal Si thin film device are formed on an insulating substrate,
After forming the non-single-crystal Si thin film on the insulating substrate, at least the non-single-crystal Si is removed, and a surface region to which the single-crystal Si substrate is to be bonded is preliminarily formed by a GCIB (Gas Cluster Ion Beam) of about 3 keV halide. Flatten,
A single crystal Si substrate provided with a hydrogen ion implantation portion that is planarized after an oxide film, a gate pattern, and an impurity ion implantation portion are formed on the surface and in which hydrogen ions of a predetermined concentration are implanted at a predetermined depth. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor device is bonded to an insulating substrate by heat treatment, and further cleaved and peeled off by heat treatment in a hydrogen ion implanted portion.
上記単結晶Si薄膜デバイスは、MOS型の単結晶Si薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項1〜の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The monocrystalline Si thin film device, a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claim 1 to 3, characterized in that a MOS single-crystal Si thin film transistor. 上記単結晶Si薄膜デバイスは、バイポーラ型の単結晶Si薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項1〜の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The monocrystalline Si thin film device, a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claim 1 to 3, characterized in that a bipolar type single-crystal Si thin film transistor. 上記水素イオンの注入エネルギーは、該水素イオンの注入エネルギーから上記酸化膜の膜厚に相当する水素イオンのプロジェクションレンジに対応するエネルギーを差し引いたエネルギーが、上記酸化膜の膜厚に相当する、該酸化膜上に形成された層内に存在する材料の構成原子のプロジェクションレンジに対応するエネルギーよりも小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項1またはに記載の半導体装置の製造方法。 The hydrogen ion implantation energy is obtained by subtracting the energy corresponding to the projection range of hydrogen ions corresponding to the film thickness of the oxide film from the hydrogen ion implantation energy, the energy corresponding to the film thickness of the oxide film, manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 3, characterized in that it is set to be smaller than the energy corresponding to the projection range of the constituent atoms of the material present in the formed on the oxide film layer Method. 上記水素イオン注入部を有する単結晶Si基板の厚みが概100ミクロン以下であることを特徴とする請求項1またはに記載の半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 3, wherein the thickness of the single crystal Si substrate having the hydrogen ion implantation section is equal to or less than approximate 100 microns.
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