JP5137461B2 - Semiconductor device - Google Patents
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結晶性半導体基板から半導体層を薄片化して異種基板に接合するSOI(Silicon On Insulator(シリコン・オン・インシュレータ))構造を有する基板に関する。特に貼り合わせSOI技術に関するものであって、ガラス等の絶縁表面を有する基板に単結晶もしくは多結晶の半導体層を接合させたSOI基板の製造方法に関する。また、このようなSOI構造を有する基板を用いる表示装置もしくは半導体装置に関する。 The present invention relates to a substrate having an SOI (Silicon On Insulator) structure in which a semiconductor layer is thinned from a crystalline semiconductor substrate and bonded to a different substrate. In particular, the present invention relates to a bonded SOI technology, and more particularly to a method for manufacturing an SOI substrate in which a single crystal or polycrystalline semiconductor layer is bonded to a substrate having an insulating surface such as glass. Further, the present invention relates to a display device or a semiconductor device using a substrate having such an SOI structure.
単結晶半導体のインゴットを薄く切断して作製されるシリコンウエハに代わり、絶縁層の上に薄い単結晶半導体層を設けたシリコン・オン・インシュレータ(Silicon On Insulator)と呼ばれる半導体基板(SOI基板)が開発されており、マイクロプロセッサなどを製造する際の基板として普及しつつある。これは、SOI基板を使った集積回路はトランジスタのドレインと基板間における寄生容量を低減し、半導体集積回路の性能を向上させ、低消費電力化を図るものとして注目されているからである。 Instead of a silicon wafer produced by thinly cutting a single crystal semiconductor ingot, a semiconductor substrate (SOI substrate) called a silicon on insulator having a thin single crystal semiconductor layer on an insulating layer is provided. It has been developed and is becoming popular as a substrate for manufacturing microprocessors and the like. This is because integrated circuits using an SOI substrate are attracting attention as reducing parasitic capacitance between the drain of the transistor and the substrate, improving the performance of the semiconductor integrated circuit, and reducing power consumption.
SOI基板を製造する方法としては、水素イオン注入剥離法が知られている(例えば、特許文献1参照)。水素イオン注入剥離法は、シリコンウエハに水素イオンを注入することによって表面から所定の深さに微小気泡層を形成し、該微小気泡層を劈開面とすることで、別のシリコンウエハに薄いシリコン層(SOI層)を接合する。さらにSOI層を剥離する熱処理を行うことに加え、酸化性雰囲気下での熱処理によりSOI層に酸化膜を形成した後に該酸化膜を除去し、次に1000乃至1300℃の還元性雰囲気下で熱処理を行って接合強度を高める必要があるとされている。 As a method for manufacturing an SOI substrate, a hydrogen ion implantation separation method is known (for example, see Patent Document 1). In the hydrogen ion implantation separation method, a microbubble layer is formed at a predetermined depth from the surface by injecting hydrogen ions into a silicon wafer, and the microbubble layer is used as a cleavage plane, so that a thin silicon film is formed on another silicon wafer. Bond layers (SOI layers). In addition to performing heat treatment for peeling the SOI layer, an oxide film is formed on the SOI layer by heat treatment in an oxidizing atmosphere, and then the oxide film is removed, and then heat treatment is performed in a reducing atmosphere at 1000 to 1300 ° C. It is said that it is necessary to increase the bonding strength by performing the above.
一方、ガラスなどの絶縁基板にSOI層を形成しようとする試みもなされている。ガラス基板上にSOI層を形成したSOI基板の一例として、水素イオン注入剥離法を用いて、コーティング膜を有するガラス基板上に薄い単結晶シリコン層を形成したものが知られている(特許文献2及び特許文献3参照)。この場合にも、単結晶シリコン片に水素イオンを注入することによって表面から所定の深さに微小気泡層を形成し、ガラス基板と単結晶シリコン片を張り合わせ後に、微小気泡層を劈開面としてシリコン片を剥離することで、ガラス基板上に薄いシリコン層(SOI層)を形成している。 On the other hand, attempts have been made to form an SOI layer on an insulating substrate such as glass. As an example of an SOI substrate in which an SOI layer is formed on a glass substrate, a thin single crystal silicon layer formed on a glass substrate having a coating film by using a hydrogen ion implantation separation method is known (Patent Document 2). And Patent Document 3). Also in this case, a microbubble layer is formed at a predetermined depth from the surface by implanting hydrogen ions into the single crystal silicon piece, and after bonding the glass substrate and the single crystal silicon piece, the microbubble layer is used as a cleavage plane to form silicon. A thin silicon layer (SOI layer) is formed on the glass substrate by peeling the piece.
一方、ガラス基板などの絶縁基板上に薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor(TFT))の構造として、ガラス基板上に、下地絶縁膜、活性層、ゲート絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜、配線を形成した構造が挙げられる。TFTの応答速度を上げるためには、TFT全体のデザインルールを縮小する、あるいは、TFTの活性層のソース領域及びドレイン領域にシリサイド領域を形成し、ソース領域及びドレイン領域の電気抵抗及び、ソース領域及びドレイン領域と配線との接触抵抗を下げることが行われている。
TFTを形成する工程において、シリサイド領域形成後、層間絶縁膜や配線を形成する際に、シリサイド領域を加熱してしまうことがある。あるいは、TFTを形成を使用する環境によっては、TFTが発熱してしまい、シリサイド領域に熱せられてしまう。 In the process of forming a TFT, the silicide region may be heated when forming an interlayer insulating film or wiring after forming the silicide region. Alternatively, depending on the environment in which the TFT is used, the TFT generates heat and is heated by the silicide region.
シリサイド領域が加熱された場合、シリサイド領域に含まれる金属元素が、活性層中のチャネル形成領域に拡散してしまう恐れがある。金属元素がチャネル形成領域に拡散すると、リーク電流の上昇などが起こり、TFT特性の劣化の原因となってしまう。 When the silicide region is heated, the metal element contained in the silicide region may diffuse into the channel formation region in the active layer. When the metal element diffuses into the channel formation region, an increase in leakage current occurs and causes deterioration of TFT characteristics.
そこで本発明は、単結晶半導体層及びシリサイド領域を形成することで応答速度を増大させ、かつ、TFTのチャネル形成領域へのシリサイド領域からの金属元素の拡散を抑制することで、応答速度が高く、かつ、信頼性の高い半導体装置を作製することを課題とする。 Therefore, the present invention increases the response speed by forming the single crystal semiconductor layer and the silicide region, and increases the response speed by suppressing the diffusion of the metal element from the silicide region to the channel formation region of the TFT. An object is to manufacture a highly reliable semiconductor device.
本発明では、TFTの応答速度を上げるために、ガラスなどの絶縁基板にSOI層を形成し、これを用いてTFTの活性層を形成し、かつ活性層中のソース領域及びドレイン領域内にシリサイド領域を形成する。活性層が単結晶半導体層で形成され、かつシリサイド領域が形成されるので、TFTの応答速度は速くなる。 In the present invention, in order to increase the response speed of the TFT, an SOI layer is formed on an insulating substrate such as glass, and an active layer of the TFT is formed using the SOI layer, and silicide is formed in the source region and the drain region in the active layer. Form a region. Since the active layer is formed of a single crystal semiconductor layer and a silicide region is formed, the response speed of the TFT is increased.
また、シリサイド領域に含まれる金属元素をチャネル形成領域に拡散させないために、ソース領域及びドレイン領域、並びに、絶縁基板との間に、非単結晶半導体膜、例えば、非晶質半導体膜あるいは微結晶半導体膜を形成する。このシリサイド領域からの金属元素は非単結晶半導体膜に吸収され、これにより金属元素がチャネル形成領域に拡散されるのを防ぐことができ、TFTの信頼性が向上する。 In order not to diffuse the metal element contained in the silicide region into the channel formation region, a non-single-crystal semiconductor film such as an amorphous semiconductor film or a microcrystal is formed between the source region, the drain region, and the insulating substrate. A semiconductor film is formed. The metal element from the silicide region is absorbed by the non-single-crystal semiconductor film, whereby the metal element can be prevented from diffusing into the channel formation region, and the reliability of the TFT is improved.
本発明は、基板上に、接合層と、前記接合層上に、絶縁膜と、前記絶縁膜上に、単結晶半導体層と、前記単結晶半導体層中に、チャネル形成領域と、低濃度不純物領域と、シリサイド領域と、前記絶縁膜とシリサイド領域の間に、希ガス元素を含む非単結晶半導体膜と、前記単結晶半導体層上に、ゲート絶縁膜と、ゲート電極と、前記ゲート電極の側面に、サイドウォールとを有し、前記非単結晶半導体膜により、前記シリサイド領域中の金属元素が前記チャネル形成領域に拡散するのが抑制されることを特徴とする半導体装置に関するものである。 The present invention includes a substrate, a bonding layer, an insulating film on the bonding layer, a single crystal semiconductor layer on the insulating film, a channel formation region in the single crystal semiconductor layer, and a low concentration impurity. A region, a silicide region, a non-single-crystal semiconductor film containing a rare gas element between the insulating film and the silicide region, a gate insulating film, a gate electrode, and a gate electrode on the single-crystal semiconductor layer The present invention relates to a semiconductor device having a sidewall on a side surface, wherein the non-single-crystal semiconductor film suppresses diffusion of a metal element in the silicide region into the channel formation region.
また本発明は、半導体基板上に、非単結晶半導体膜を形成し、前記非単結晶半導体上に、絶縁膜を形成し、水素を含むイオンを前記絶縁膜注入して、前記半導体基板中に多孔質構造を有する分離層を形成し、前記絶縁膜上に、接合層を形成し、前記半導体基板と、絶縁表面を有する基板とを、前記接合層を挟んで重ね合わせた状態で、前記分離層に亀裂を生じさせ、前記絶縁表面を有する基板上に、単結晶半導体層を残存させつつ、前記半導体基板を前記分離層で分離する熱処理を行い、前記単結晶半導体層及び前記非単結晶半導体膜をエッチングして、前記単結晶半導体層を島状単結晶半導体層に形成し、かつ、前記非単結晶半導体膜の一部の領域を前記島状単結晶半導体層のソース領域及びドレイン領域となる領域に重なるように形成し、前記島状単結晶半導体層上に、ゲート絶縁膜、及び、前記ゲート絶縁膜より幅の小さいゲート電極を形成し、前記ゲート電極をマスクとして、前記島状単結晶半導体層中に一導電型を付与する不純物元素を添加して、前記ゲート電極の下の領域にチャネル形成領域、前記ゲート絶縁膜を通して前記不純物元素が添加された領域に低濃度不純物元素、前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁膜が形成されていない領域に、前記ソース領域及びドレイン領域である高濃度不純物領域を形成し、前記ゲート電極の側面に、サイドウォールを形成し、前記ゲート電極、前記サイドウォール、前記島状単結晶半導体層を覆って、金属膜を形成し、前記ソース領域及びドレイン領域内に、シリサイド領域を形成し、前記非単結晶半導体膜により、前記シリサイド領域中の金属元素が前記チャネル形成領域に拡散するのが抑制されることを特徴とする半導体装置の作製方法に関するものある。 According to the present invention, a non-single crystal semiconductor film is formed over a semiconductor substrate, an insulating film is formed over the non-single crystal semiconductor, and ions containing hydrogen are implanted into the semiconductor substrate. A separation layer having a porous structure is formed, a bonding layer is formed on the insulating film, and the semiconductor substrate and a substrate having an insulating surface are overlaid with the bonding layer interposed therebetween. The single crystal semiconductor layer and the non-single crystal semiconductor are subjected to heat treatment for separating the semiconductor substrate with the separation layer while causing a crack in the layer and leaving the single crystal semiconductor layer on the substrate having the insulating surface. The film is etched to form the single crystal semiconductor layer into an island-shaped single crystal semiconductor layer, and a part of the non-single-crystal semiconductor film is formed as a source region and a drain region of the island-shaped single crystal semiconductor layer. Formed to overlap the area A gate insulating film and a gate electrode having a width smaller than that of the gate insulating film are formed on the island-shaped single crystal semiconductor layer, and one conductivity type is formed in the island-shaped single crystal semiconductor layer using the gate electrode as a mask. An impurity element to be added is added to form a channel formation region under the gate electrode, and a low concentration impurity element, the gate electrode and the gate insulating film are formed in the region where the impurity element is added through the gate insulating film. A high concentration impurity region that is the source region and the drain region is formed in a region that is not formed, a sidewall is formed on a side surface of the gate electrode, and the gate electrode, the sidewall, and the island-shaped single crystal semiconductor layer are formed Forming a metal film, forming a silicide region in the source region and the drain region, and forming the silicide layer with the non-single-crystal semiconductor film. There a method for manufacturing a semiconductor device, wherein a metallic element in the de region from diffusing into the channel formation region is suppressed.
本発明において、前記単結晶半導体層は、単結晶シリコン層である。 In the present invention, the single crystal semiconductor layer is a single crystal silicon layer.
本発明において、前記非単結晶半導体膜は、非晶質半導体膜、微結晶半導体膜、多結晶半導体膜のいずれか1つであり、前記非単結晶半導体膜は、シリコンあるいはゲルマニウムを含むものである。 In the present invention, the non-single-crystal semiconductor film is any one of an amorphous semiconductor film, a microcrystalline semiconductor film, and a polycrystalline semiconductor film, and the non-single-crystal semiconductor film contains silicon or germanium.
本発明において、前記金属元素は、ニッケル、タングステン、チタン、コバルトのいずれか1つである。 In the present invention, the metal element is any one of nickel, tungsten, titanium, and cobalt.
本発明において、前記接合層は、酸化シリコンにより形成される。 In the present invention, the bonding layer is formed of silicon oxide.
本発明において、前記希ガス元素は、アルゴン、クリプトン、キセノンのいずれか1つである。 In the present invention, the rare gas element is any one of argon, krypton, and xenon.
本発明により、単結晶または多結晶半導体基板から分離された結晶性半導体層を支持基板へ接合する際に、複数の熱処理を行うことにより結晶性に優れたSOI構造を有する基板を得ることができる。支持基板と接合される結晶半導体層とが、歪み点や熱膨張係数など熱的特性が異なる場合においても、接合を形成する熱処理と、その後の熱処理を異なる温度及び、あるいはは異なる処理時間で行うことで、歪みが緩和され結晶性に優れたSOI基板を得ることができる。 According to the present invention, a substrate having an SOI structure with excellent crystallinity can be obtained by performing a plurality of heat treatments when bonding a crystalline semiconductor layer separated from a single crystal or polycrystalline semiconductor substrate to a supporting substrate. . Even when the support substrate and the crystalline semiconductor layer to be bonded have different thermal characteristics such as a strain point and a thermal expansion coefficient, the heat treatment for forming the bond and the subsequent heat treatment are performed at different temperatures and / or different processing times. As a result, an SOI substrate with reduced strain and excellent crystallinity can be obtained.
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細をさまざまに変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いることとする。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. In the structure of the present invention described below, the same reference numerals are used in common in different drawings.
[実施の形態1]
本実施の形態に係るSOI構造を有する基板、及びSOI基板を用いて作製される半導体装置、並びにそれぞれの作製方法を、図1(A)〜図1(B)、図2(A)〜図2(C)、図3(A)〜図3(C)、図4(A)〜図4(B)、図5(A)〜図5(B)、図6(A)〜図6(C)、図7(A)〜図7(B)、図8(A)〜図8(C)、図9(A)〜図9(E)、図10(A)〜図10(D)、図11(A)〜図11(B)を用いて説明する。
[Embodiment 1]
FIGS. 1A to 1B and FIGS. 2A to 2D illustrate a substrate having an SOI structure according to this embodiment, a semiconductor device manufactured using the SOI substrate, and manufacturing methods thereof. 2 (C), FIG. 3 (A) to FIG. 3 (C), FIG. 4 (A) to FIG. 4 (B), FIG. 5 (A) to FIG. 5 (B), and FIG. C), FIG. 7 (A) to FIG. 7 (B), FIG. 8 (A) to FIG. 8 (C), FIG. 9 (A) to FIG. 9 (E), FIG. 10 (A) to FIG. This will be described with reference to FIGS. 11 (A) to 11 (B).
まずSOI構造を有する基板の構造について、図1(A)〜図1(B)、図2(A)〜図2(C)を用いて説明する。 First, a structure of a substrate having an SOI structure will be described with reference to FIGS. 1A to 1B and FIGS. 2A to 2C.
図1(A)において支持基板100は絶縁性を有するものまたは絶縁表面を有するものであり、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われるガラス基板(「無アルカリガラス基板」とも呼ばれる)が適用される。
In FIG. 1A, a supporting
すなわち、支持基板100として、熱膨張係数が25×10−7/℃から50×10−7/℃(好ましくは、30×10−7/℃から40×10−7/℃)であって歪み点が580℃から680℃(好ましくは、600℃から680℃)のガラス基板を適用することができる。その他に石英基板、セラミック基板、表面が絶縁膜で被覆された金属基板などのも適用可能である。
That is, the
LTSS(Low Temperature Single crystal Semiconductor)層101は単結晶半導体層であり、代表的には単結晶シリコン(単結晶珪素)が適用される。
An LTSS (Low Temperature Single Crystal Semiconductor)
その他に、LTSS層101として、水素イオン注入剥離法のようにして単結晶半導体基板もしくは多結晶半導体基板から剥離可能であるシリコン、ゲルマニウム、その他、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの化合物半導体による結晶性半導体層を適用することもできる。
In addition, as the
支持基板100とLTSS層101の間には、平滑面を有し親水性表面を形成する接合層102を設ける。この接合層102は平滑面を有し親水性表面を有する層とする。このような表面を形成可能なものとして、化学的な反応により形成される絶縁層が好ましい。例えば、熱的または化学的な反応により形成される酸化半導体膜が適している。主として化学的な反応により形成される膜であれば表面の平滑性を確保できるからである。
A
また、平滑面を有し親水性表面を形成する接合層102は0.2nm乃至500nmの厚さで設けられる。この厚さであれば、被成膜表面の表面荒れを平滑化すると共に、当該膜の成長表面の平滑性を確保することが可能である。
The
LTSS層101がシリコンによるものであれば、酸化性雰囲気下において熱処理により形成される酸化シリコン、酸素ラジカルの反応により成長する酸化シリコン、酸化性の薬液により形成されるケミカルオキサイドなどを接合層102とすることができる。
If the
接合層102としてケミカルオキサイドを用いる場合には0.1nmから1nmの厚さであれば良い。また、好適には化学気相成長法により堆積される酸化シリコンを接合層102とすることができる。この場合、有機シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコン膜が好ましい。
In the case of using chemical oxide as the
有機シランガスとしては、珪酸エチル(TEOS:化学式Si(OC2H5)4)、テトラメチルシラン(TMS:化学式Si(CH3)3)、テトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)、オクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、トリエトキシシラン(SiH(OC2H5)3)、トリスジメチルアミノシラン(SiH(N(CH3)2)3)等のシリコン含有化合物を用いることができる。 As the organic silane gas, ethyl silicate (TEOS: chemical formula Si (OC 2 H 5 ) 4 ), tetramethylsilane (TMS: chemical formula Si (CH 3 ) 3 ), tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS), octamethylcyclotetrasiloxane It is possible to use a silicon-containing compound such as (OMCTS), hexamethyldisilazane (HMDS), triethoxysilane (SiH (OC 2 H 5 ) 3 ), trisdimethylaminosilane (SiH (N (CH 3 ) 2 ) 3 ). it can.
接合層102はLTSS層101側に設けられ、支持基板100の表面と密接することで、室温であっても接合をすることが可能である。より強固に接合を形成するには、支持基板100とLTSS層101を押圧すれば良い。異種材料である支持基板100と接合層102を接合するには表面を清浄化する。支持基板100と接合層102の互いに清浄化された表面を密接させると表面間引力により接合が形成される。
The
さらに、支持基板100の表面に多数の親水基を付着させる処理を加えると、接合を形成するのにより好ましい態様となる。例えば、支持基板100の表面を酸素プラズマ処理もしくはオゾン処理して親水性にすることが好ましい。
Further, when a treatment for attaching a large number of hydrophilic groups to the surface of the
このように支持基板100の表面を親水性にする処理を加えた場合には、表面の水酸基が作用して水素結合により接合が形成される。さらに清浄化された表面同士を密接させて接合を形成したものに対して、室温以上の温度で加熱すると接合強度高めることができる。
Thus, when the process which makes the surface of the
異種材料である支持基板100と接合層102を接合するための処理として、接合を形成する表面にアルゴンなどの不活性ガスによるイオンビームを照射して清浄化しても良い。イオンビームの照射により、支持基板100もしくは接合層102の表面に未結合種が露呈して非常に活性な表面が形成される。
As a process for bonding the
このように活性化された表面同士を密接させると、支持基板100と接合層102の接合を低温でも形成することが可能である。表面を活性化して接合を形成する方法は、当該表面を高度に清浄化しておくことが要求されるので、真空中で行うことが好ましい。
When the activated surfaces are brought into close contact with each other, the
LTSS層101は結晶半導体基板を薄片化して形成されるものである。例えば、単結晶半導体基板として単結晶シリコン基板を用いて場合、単結晶シリコン基板の所定の深さに水素またはフッ素をイオン注入し、その後熱処理を行って表層の単結晶シリコン層を剥離するイオン注入剥離法で形成することができる。また、ポーラスシリコン(多孔性シリコン)上に単結晶シリコンをエピタキシャル成長させた後、ポーラスシリコン層をウォータージェットで劈開して剥離する方法を適用しても良い。LTSS層101の厚さは5nm乃至500nm、好ましくは10nm乃至200nmの厚さである。
The
図1(B)は支持基板100にバリア層103と接合層102を設けた構成を示す。バリア層103を設けることで、支持基板100として用いられるガラス基板からアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のような可動イオン不純物が拡散してLTSS層101が汚染されることを防ぐことができる。バリア層103上には接合層102を設けることが好ましい。
FIG. 1B illustrates a structure in which a
支持基板100において、不純物の拡散を防止するバリア層103と接合強度を確保する接合層102とによる機能が異なる複数の層を設けることにより、支持基板の選択範囲を広げることができる。LTSS層101側にも接合層102を設けておくことが好ましい。すなわち、支持基板100にLTSS層101を接合するに際し、接合を形成する面の一方もしくは双方に接合層102を設けることが好ましく、それにより接合強度を高めることができる。
By providing the
図2(A)はLTSS層101と接合層102の間に絶縁層104を設けた構成を示す。絶縁層104は窒素を含有する絶縁層であることが好ましい。例えば、窒化シリコン膜、酸素を含む窒化シリコン膜もしくは窒素を含む酸化シリコン膜から選ばれた1つまたは複数の膜を積層して形成することができる。
FIG. 2A illustrates a structure in which an insulating
例えば、絶縁層104として、LTSS層101側から窒素を含む酸化シリコン膜、酸素を含む窒化シリコン膜を積層した積層膜を用いることができる。接合層102が支持基板100と接合を形成する機能を有するのに対し、絶縁層104は不純物によりLTSS層101が汚染されることを防止する。
For example, as the insulating
なお、ここで窒素を含む酸化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、濃度範囲として酸素が55〜65原子%、窒素が1〜20原子%、Siが25〜35原子%、水素が0.1〜10原子%の範囲で含まれるものをいう。また、酸素を含む窒化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、濃度範囲として酸素が15〜30原子%、窒素が20〜35原子%、Siが25〜35原子%、水素が15〜25原子%の範囲で含まれるものをいう。 Note that the silicon oxide film containing nitrogen has a composition with a higher oxygen content than nitrogen, and the concentration range is oxygen of 55 to 65 atomic%, nitrogen of 1 to 20 atomic%, This means that Si is contained in the range of 25 to 35 atomic% and hydrogen is contained in the range of 0.1 to 10 atomic%. Further, the silicon nitride film containing oxygen has a composition containing more nitrogen than oxygen, and the concentration ranges of oxygen are 15 to 30 atomic%, nitrogen is 20 to 35 atomic%, and Si is 25 to 35 atomic%, and hydrogen is included in the range of 15 to 25 atomic%.
図2(B)は、支持基板100に接合層102を設けた構成である。支持基板100と接合層102との間にはバリア層103が設けられていることが好ましい。支持基板100として用いられるガラス基板からアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のような可動イオン不純物が拡散してLTSS層101が汚染されることを防ぐためである。LTSS層101には直接酸化で形成された酸化シリコン層105が形成されている。この酸化シリコン層105が接合層102と接合を形成し、支持基板100上にLTSS層を固定する。酸化シリコン層105は熱酸化により形成されたものが好ましい。
FIG. 2B illustrates a structure in which the
図2(C)は、支持基板100に接合層102を設けた別の構成である。支持基板100と接合層102との間にはバリア層103が設けられている。
FIG. 2C illustrates another structure in which the
図2(C)では、バリア層103は一層または複数の層をもって構成する。例えば、ナトリウムなどのイオンをブロッキングする効果の高い窒化シリコン膜または酸素を含む窒化シリコン膜を第1層目として用い、その上層に第2層目として酸化シリコン膜または窒素を含む酸化シリコン膜を設ける。
In FIG. 2C, the
バリア層103の第1層目は不純部の拡散を防止する目的を持った絶縁膜であり緻密な膜であるのに対し、第2層目は第1層目の膜の内部応力が上層に作用しないように、応力を緩和することを一つの目的としている。このように支持基板100にバリア層103を設けることで、LTSS層を接合する際の基板の選択範囲を広げることができる。
The first layer of the
バリア層103には接合層102が形成されており、支持基板100とLTSS層101を固定する。
A
図1(A)〜図1(B)、図2(A)〜図2(C)に示すSOI構造を有する基板の作製方法について、図3(A)〜図3(C)、図4(A)〜図4(B)、図5(A)〜図5(C)、図6(A)〜図6(C)、図7(A)〜図7(B)、図8(A)〜図8(C)を用いて説明する。 FIGS. 3A to 3C and FIG. 4B illustrate a method for manufacturing a substrate having an SOI structure illustrated in FIGS. 1A to 1B and 2A to 2C. A) to FIG. 4B, FIG. 5A to FIG. 5C, FIG. 6A to FIG. 6C, FIG. 7A to FIG. 7B, and FIG. Description will be made with reference to FIG.
清浄化された半導体基板106の表面から電界で加速されたイオンを所定の深さに注入して分離層107を形成する(図3(A)参照)。半導体基板106に形成される分離層107の深さは、イオンの加速エネルギーとイオンの入射角によって制御する。半導体基板106の表面からイオンの平均進入深さに近い深さ領域に分離層107が形成される。例えば、LTSS層の厚さは5nm乃至500nm、好ましくは10nm乃至200nmの厚さであり、イオンを注入する際の加速電圧はこのような厚さを考慮して行われる。イオンの注入はイオンドーピング装置を用いて行うことが好ましい。すなわち、ソースガスをプラズマ化して生成された複数のイオン種を質量分離しないで注入するドーピング方式を用いる。
Ions accelerated by an electric field are implanted to a predetermined depth from the cleaned surface of the
本実施の形態の場合、一または複数の同一の原子から成る質量数の異なるイオンを注入することが好ましい。イオンドーピングは、加速電圧10keVから100keV、好ましくは30keVから80keV、ドーズ量は1×1016/cm2から4×1016/cm2、ビーム電流密度が2μA/cm2以上、好ましくは5μA/cm2以上、より好ましくは10μA/cm2以上とすれば良い。 In the case of the present embodiment, it is preferable to implant ions having one or more identical atoms and different mass numbers. In the ion doping, an acceleration voltage of 10 keV to 100 keV, preferably 30 keV to 80 keV, a dose amount of 1 × 10 16 / cm 2 to 4 × 10 16 / cm 2 , and a beam current density of 2 μA / cm 2 or more, preferably 5 μA / cm It may be 2 or more, more preferably 10 μA / cm 2 or more.
水素イオンを注入する場合には、H+、H2 +、H3 +イオンを含ませると共に、H3 +イオンの割合を高めておくことが好ましい。水素イオンを注入する場合には、H+、H2 +、H3 +イオンを含ませると共に、H3 +イオンの割合を高めておくと注入効率を高めることができ、注入時間を短縮することができる。それにより、半導体基板106に形成される分離層107の領域には1×1020/cm3(好ましくは5×1020/cm3)以上の水素を含ませることが可能である。
In the case of implanting hydrogen ions, it is preferable to include H + , H 2 + , and H 3 + ions and to increase the ratio of H 3 + ions. When hydrogen ions are implanted, H + , H 2 + , H 3 + ions are included, and if the ratio of H 3 + ions is increased, the implantation efficiency can be increased and the implantation time can be shortened. Can do. Thus, hydrogen of 1 × 10 20 / cm 3 (preferably 5 × 10 20 / cm 3 ) or more can be contained in the region of the
半導体基板106中において、局所的に高濃度の水素注入領域を形成すると、結晶構造が乱されて微小な空孔が形成され、分離層107を多孔質構造とすることができる。この場合、比較的低温の熱処理によって分離層107に形成された微小な空洞の体積変化が起こり、分離層107に沿って劈開することにより薄いLTSS層を形成することができる。
When a high-concentration hydrogen injection region is locally formed in the
イオンを質量分離して半導体基板106に注入しても、上記と同様に分離層107を形成することができる。この場合にも、質量数の大きいイオン(例えばH3 +イオン)を選択的に注入することは上記と同様な効果を奏することとなり好ましい。
Even when ions are mass-separated and implanted into the
イオンを生成するイオン種を生成するガスとしては水素の他に重水素、ヘリウムのような不活性ガスを選択することも可能である。原料ガスにヘリウムを用い、質量分離機能を有さないイオンドーピング装置を用いることにより、He+イオンの割合が高いイオンビームが得ることができる。このようなイオンを半導体基板106に注入することで、微小な空孔を形成することができ上記と同様な分離層107を半導体基板106中に設けることができる。
In addition to hydrogen, an inert gas such as deuterium or helium can be selected as a gas that generates ionic species that generate ions. By using helium as the source gas and an ion doping apparatus that does not have a mass separation function, an ion beam having a high ratio of He + ions can be obtained. By implanting such ions into the
分離層107の形成に当たってはイオンを高ドーズ条件で注入する必要があり、半導体基板106の表面が粗くなってしまう場合がある。そのためイオンが注入される表面に緻密な膜を設けておいても良い。例えば、窒化シリコン膜もしく酸素を含むは窒化シリコン膜などによりイオン注入に対する保護膜を50nm乃至200nmの厚さで設けておいても良い。
In forming the
次に、支持基板100と接合を形成する面に接合層102として酸化シリコン膜を形成する(図3(B)参照)。酸化シリコン膜の厚さは10nm乃至200nm、好ましくは10nm乃至100nm、より好ましくは20nm乃至50nmとすれば良い。
Next, a silicon oxide film is formed as a
酸化シリコン膜としては上述のように有機シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコン膜が好ましい。その他に、シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコン膜を適用することもできる。化学気相成長法による成膜では、単結晶半導体基板に形成した分離層107から脱ガスが起こらない温度として、例えば350℃以下の成膜温度が適用される。また、単結晶もしくは多結晶半導体基板からLTSS層を剥離する熱処理は、成膜温度よりも高い熱処理温度が適用される。
As the silicon oxide film, a silicon oxide film formed by a chemical vapor deposition method using an organosilane gas as described above is preferable. In addition, a silicon oxide film manufactured by a chemical vapor deposition method using silane gas can be used. In film formation by a chemical vapor deposition method, for example, a film formation temperature of 350 ° C. or lower is applied as a temperature at which degassing does not occur from the
支持基板100と、半導体基板106の接合層102が形成された面を対向させ、密接させることで接合を形成する(図3(C))。接合を形成する面は十分に清浄化しておく。そして、支持基板100と接合層102を密接させることにより接合が形成される。接合は初期の段階においてファンデルワールス力が作用するものと考えられ、支持基板100と半導体基板106とを圧接することで水素結合により強固な接合を形成することが可能である。
The
良好な接合を形成するために、表面を活性化しておいても良い。例えば、接合を形成する面に原子ビームもしくはイオンビームを照射する。原子ビームもしくはイオンビームを利用する場合には、アルゴン等の不活性ガス中性原子ビームもしくは不活性ガスイオンビームを用いることができる。その他に、プラズマ照射もしくはラジカル処理を行う。このような表面処理により200℃乃至400℃の温度であっても異種材料間の接合強度を高めることが可能となる。 In order to form a good bond, the surface may be activated. For example, the surface on which the junction is formed is irradiated with an atomic beam or an ion beam. When an atomic beam or an ion beam is used, an inert gas neutral atom beam or inert gas ion beam such as argon can be used. In addition, plasma irradiation or radical treatment is performed. Such surface treatment makes it possible to increase the bonding strength between different kinds of materials even at a temperature of 200 ° C. to 400 ° C.
半導体基板106と支持基板100を重ね合わせた状態で第1の熱処理を行う。第1の熱処理により支持基板100上に薄い半導体層(LTSS層)を残して半導体基板106を分離を行う(図4(A))。第1の熱処理は接合層102の成膜温度以上で行うことが好ましく、400℃以上600℃未満の温度で行うことが好ましい。この温度範囲で熱処理を行うことで分離層107に形成された微小な空孔に体積変化が起こり、分離層107に沿って半導体層を劈開することができる。接合層102は支持基板100と接合しているので、支持基板100上には半導体基板106と同じ結晶性のLTSS層101が固定された形態となる。
A first heat treatment is performed in a state where the
次に支持基板100にLTSS層101が接合された状態で第2の熱処理を行う(図4(B))。第2の熱処理は、第1の熱処理温度よりも高い温度であって支持基板100の歪み点を超えない温度で行うことが好ましい。或いは、第1の熱処理と第2の熱処理は同じ温度であっても、第2の熱処理の処理時間を長くすることが好ましい。熱処理は、熱伝導加熱、対流加熱または輻射加熱などにより支持基板100及び/またはLTSS層101が加熱されるようにすれば良い。熱処理装置としては電熱炉、ランプアニール炉などを適用することができる。第2の熱処理は多段階に温度を変化させて行っても良い。また瞬間熱アニール(RTA)装置を用いても良い。RTA装置によって熱処理を行う場合には、基板の歪み点近傍またはそれよりも若干高い温度に加熱することもできる。
Next, second heat treatment is performed in a state where the
第2の熱処理を行うことでLTSS層101に残留する応力を緩和することができる。すなわち、第2の熱処理は、支持基板100とLTSS層101の膨張係数の違いにより生じる熱歪みを緩和する。また、第2の熱処理は、イオンを注入することによって結晶性が損なわれたLTSS層101の結晶性を回復させるためにも有効である。さらに、第2の熱処理は、半導体基板106を支持基板100と接合させ他後、第1の熱処理によって分割する際に生じるLTSS層101のダメージを回復させることにも有効である。また、第1の熱処理と第2の熱処理を行うことで水素結合を、より強固な共有結合に変化させることができる。
By performing the second heat treatment, the stress remaining in the
LTSS層101の表面をより平坦化する目的で化学的機械研磨(CMP)処理を行っても良い。CMP処理は第1の熱処理後もしくは第2の熱処理後に行うことができる。尤も、第2の熱処理前に行えば、LTSS層101の表面を平坦化すると共にCMP処理によって生じる表面の損傷層を第2の熱処理で修復することができる。
Chemical mechanical polishing (CMP) treatment may be performed for the purpose of further flattening the surface of the
いずれにしても、第1の熱処理と第2の熱処理を本形態のように組み合わせて行うことで、ガラス基板のような熱的に脆弱な支持基板の上に、結晶性に優れた結晶半導体層を設けることが可能となる。 In any case, by performing the first heat treatment and the second heat treatment in combination as in this embodiment, a crystalline semiconductor layer having excellent crystallinity on a thermally fragile support substrate such as a glass substrate Can be provided.
図3(A)〜図3(C)及び図4(A)〜図4(B)の工程を経て、図1(A)に示すSOI基板が形成される。 Through the steps of FIGS. 3A to 3C and FIGS. 4A to 4B, the SOI substrate shown in FIG. 1A is formed.
図1(B)に示すSOI構造の基板を作成する方法について、図7(A)〜図7(B)を用いて説明する。 A method for manufacturing the substrate having the SOI structure illustrated in FIG. 1B will be described with reference to FIGS.
図3(A)〜図3(B)に示す作製工程に基づいて、半導体基板106中に分離層107を形成し、さらに、半導体基板106の、支持基板100と接合を形成する面に、接合層102を形成する。
3A to 3B, the
次いで、バリア層103及び接合層102が形成された支持基板100と、半導体基板106の接合層102を密着させて接合を形成する(図7(A))。
Next, the
この状態で第1の熱処理を行う。第1の熱処理は接合層102の成膜温度以上で行うことが好ましく、400℃以上600℃未満の温度で行うことが好ましい。それにより分離層107に形成された微小な空孔に体積変化が起こり、半導体基板106を劈開することができる。支持基板100上には半導体基板106と同じ結晶性を有するLTSS層101が形成される(図7(B))。
In this state, a first heat treatment is performed. The first heat treatment is preferably performed at a temperature equal to or higher than the deposition temperature of the
次に支持基板100にLTSS層101が接合された状態で第2の熱処理を行う。第2の熱処理は、第1の熱処理温度よりも高い温度であって支持基板100の歪み点を超えない温度で行うことが好ましい。或いは、第1の熱処理と第2の熱処理は同じ温度であっても、第2の熱処理の処理時間を長くすることが好ましい。熱処理は、熱伝導加熱、対流加熱または輻射加熱などにより支持基板100及び/またはLTSS層101が加熱されるようにすれば良い。第2の熱処理を行うことでLTSS層101に残留する応力を緩和することができ、第1の熱処理によって分割する際に生じるLTSS層101のダメージを回復させることにも有効である。
Next, second heat treatment is performed in a state where the
以上のようにして、図1(B)に示すSOI基板が形成される。 As described above, the SOI substrate illustrated in FIG. 1B is formed.
次いで図2(A)に示すSOI構造の基板の作製方法について、図8(A)〜図8(C)を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing a substrate having an SOI structure illustrated in FIG. 2A will be described with reference to FIGS.
まず図3(A)に示す作製工程に基づいて、半導体基板106中に分離層107を形成する。
First, the
次に、半導体基板106の表面に絶縁層104を形成する。絶縁層104は窒素を含有する絶縁層であることが好ましい。例えば、窒化シリコン膜、酸素を含む窒化シリコン膜もしくは窒素を含む酸化シリコン膜から選ばれた1つまたは複数の膜を積層して形成することができる。
Next, the insulating
さらに、絶縁層104上に接合層102酸化シリコン膜を形成する。
Further, a
支持基板100と、半導体基板106の接合層102が形成された面を対向させ、密接させることで接合を形成する(図8(B))。
The
この状態で第1の熱処理を行う。第1の熱処理は接合層102の成膜温度以上で行うことが好ましく、400℃以上600℃未満の温度で行うことが好ましい。それにより分離層107に形成された微小な空孔に体積変化が起こり、半導体基板106を劈開することができる。支持基板100上には半導体基板106と同じ結晶性を有するLTSS層101が形成される(図8(C))。
In this state, a first heat treatment is performed. The first heat treatment is preferably performed at a temperature equal to or higher than the deposition temperature of the
次に支持基板100にLTSS層101が接合された状態で第2の熱処理を行う。第2の熱処理は、第1の熱処理温度よりも高い温度であって支持基板100の歪み点を超えない温度で行うことが好ましい。或いは、第1の熱処理と第2の熱処理は同じ温度であっても、第2の熱処理の処理時間を長くすることが好ましい。熱処理は、熱伝導加熱、対流加熱または輻射加熱などにより支持基板100及び/またはLTSS層101が加熱されるようにすれば良い。第2の熱処理を行うことでLTSS層101に残留する応力を緩和することができ、第1の熱処理によって分割する際に生じるLTSS層101のダメージを回復させることにも有効である。
Next, second heat treatment is performed in a state where the
図8(A)〜図8(C)に示すように、絶縁層104を半導体基板106上に形成すると、絶縁層104によって不純物がLTSS層101に混入するのを防ぐので、LTSS層101が汚染されるのを防止することが可能となる。
As shown in FIGS. 8A to 8C, when the insulating
図5(A)〜図5(C)は、支持基板側に接合層を設けてLTSS層を有するSOI構造の基板を製造する工程を示す。 5A to 5C show a process of manufacturing a SOI structure substrate having an LTSS layer by providing a bonding layer on the support substrate side.
まず、酸化シリコン層105が形成された半導体基板106に電界で加速されたイオンを所定の深さに注入し、分離層107を形成する(図5(A))。酸化シリコン層105は、半導体基板106上に酸化シリコン層をスパッタ法やCVD法で成膜してもよいし、半導体基板106が単結晶シリコン基板の場合、半導体基板106を熱酸化して形成してもよい。本実施の形態では、半導体基板106が単結晶シリコン基板として、酸化シリコン層105は単結晶シリコン基板を熱酸化して形成する。
First, ions accelerated by an electric field are implanted to a predetermined depth into the
半導体基板106へのイオンの注入は図3(A)の場合と同様である。半導体基板106の表面に酸化シリコン層105を形成しておくことでイオン注入によって表面がダメージを受け、平坦性が損なわれるのを防ぐことができる。
Ions are implanted into the
バリア層103及び接合層102が形成された支持基板100と半導体基板106の酸化シリコン層105が形成された面を密着させて接合を形成する(図5(B))。
The
この状態で第1の熱処理を行う。第1の熱処理は接合層102の成膜温度以上で行うことが好ましく、400℃以上600℃未満の温度で行うことが好ましい。それにより分離層107に形成された微小な空孔に体積変化が起こり、半導体基板106を劈開することができる。支持基板100上には半導体基板106と同じ結晶性を有するLTSS層101が形成される(図5(C))。
In this state, a first heat treatment is performed. The first heat treatment is preferably performed at a temperature equal to or higher than the deposition temperature of the
次に支持基板100にLTSS層101が接合された状態で第2の熱処理を行う。第2の熱処理は、第1の熱処理温度よりも高い温度であって支持基板100の歪み点を超えない温度で行うことが好ましい。或いは、第1の熱処理と第2の熱処理は同じ温度であっても、第2の熱処理の処理時間を長くすることが好ましい。熱処理は、熱伝導加熱、対流加熱または輻射加熱などにより支持基板100及び/またはLTSS層101が加熱されるようにすれば良い。第2の熱処理を行うことでLTSS層101に残留する応力を緩和することができ、第1の熱処理によって分割する際に生じるLTSS層101のダメージを回復させることにも有効である。
Next, second heat treatment is performed in a state where the
以上のようにして、図2(B)に示すSOI基板が形成される。 As described above, the SOI substrate shown in FIG. 2B is formed.
図6(A)〜図6(C)は支持基板側に接合層を設けてLTSS層を接合する場合における他の例を示す。 6A to 6C show other examples in the case where a bonding layer is provided on the support substrate side and the LTSS layer is bonded.
最初に半導体基板106に分離層107を形成する(図6(A))。分離層107を形成するためのイオンの注入はイオンドーピング装置を用いて行う。この工程では電界で加速された質量数の異なるイオンが高電界で加速されて半導体基板106に照射される。
First, the
このとき、半導体基板106の表面はイオンの照射により平坦性が損なわれるおそれがあるので、保護膜として酸化シリコン層105を設けておくことが好ましい。酸化シリコン層105は熱酸化により形成しても良いし、ケミカルオキサイドを適用しても良い。ケミカルオキサイドは酸化性の薬液に半導体基板106を浸すことで形成可能である。例えば、オゾン含有水溶液で半導体基板106を処理すれば表面にケミカルオキサイドが形成される。
At this time, since the flatness of the surface of the
また保護膜として、プラズマCVD法で形成した窒素を含む酸化シリコン膜、酸素を含む窒化シリコン膜、またはTEOSを用いて成膜した酸化シリコン膜を用いてもよい。 Alternatively, a silicon oxide film containing nitrogen, a silicon nitride film containing oxygen, or a silicon oxide film formed using TEOS may be used as the protective film.
支持基板100にはバリア層103を設けることが好ましい。バリア層103としては、バリア層103を設けることで、支持基板100として用いられるガラス基板からアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のような可動イオン不純物が拡散してLTSS層101が汚染されることを防ぐことができる。
The
バリア層103は一層または複数の層をもって構成する。例えば、ナトリウムなどのイオンをブロッキングする効果の高い窒化シリコン膜または酸素を含む窒化シリコン膜を第1層目として用い、その上層に第2層目として酸化シリコン膜または窒素を含む酸化シリコン膜を設ける。
The
バリア層103の第1層目は不純部の拡散を防止する目的を持った絶縁膜であり緻密な膜であるのに対し、第2層目は第1層目の膜の内部応力が上層に作用しないように、応力を緩和することを一つの目的としている。このように支持基板100にバリア層103を設けることで、LTSS層を接合する際の基板の選択範囲を広げることができる。
The first layer of the
バリア層103の上層に接合層102を設けた支持基板100と半導体基板106を接合させる(図6(B))。半導体基板106の表面は保護膜として設けた酸化シリコン層105をフッ酸で除去しておき、半導体表面が露出する状態となっている。半導体基板106の最表面はフッ酸溶液の処理により水素で終端されている状態であれば良い。接合形成に際して表面終端水素により水素結合が形成され、良好な接合を形成することができる。
The
また、不活性ガスのイオンを照射して半導体基板106の最表面に未結合手が露出するようにして、真空中で接合を形成しても良い。
Alternatively, a bond may be formed in a vacuum so that dangling bonds are exposed on the outermost surface of the
この状態で第1の熱処理を行う。第1の熱処理は接合層102の成膜温度以上で行うことが好ましく、400℃以上600℃未満の温度で行うことが好ましい。それにより分離層107に形成された微小な空孔に体積変化が起こり、半導体基板106を劈開することができる。支持基板100上には半導体基板106と同じ結晶性を有するLTSS層101が形成される(図6(C))。
In this state, a first heat treatment is performed. The first heat treatment is preferably performed at a temperature equal to or higher than the deposition temperature of the
次に支持基板100にLTSS層101が接合された状態で第2の熱処理を行う。第2の熱処理は、第1の熱処理温度よりも高い温度であって支持基板100の歪み点を超えない温度で行うことが好ましい。或いは、第1の熱処理と第2の熱処理は同じ温度であっても、第2の熱処理の処理時間を長くすることが好ましい。
Next, second heat treatment is performed in a state where the
熱処理は、熱伝導加熱、対流加熱または輻射加熱などにより支持基板100及び/またはLTSS層101が加熱されるようにすれば良い。第2の熱処理を行うことでLTSS層101に残留する応力を緩和することができ、第1の熱処理によって分割する際に生じるLTSS層101のダメージを回復させることにも有効である。
In the heat treatment, the
以上のようにして図2(C)に示すSOI基板を形成する。 In this manner, the SOI substrate shown in FIG. 2C is formed.
本実施の形態によれば、ガラス基板等の耐熱温度が700℃以下の支持基板100でであっても接合部の接着力が強固なLTSS層101を得ることができる。支持基板100として、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスの如き無アルカリガラスと呼ばれる電子工業用に使われる各種ガラス基板を適用することが可能となる。すなわち、一辺が1メートルを超える基板上に単結晶半導体層を形成することができる。このような大面積基板を使って液晶ディスプレイのような表示装置のみならず、半導体集積回路を製造することができる。
According to the present embodiment, it is possible to obtain the
次いで、上記のSOI構造を用いて形成する半導体装置及びその作製方法について、図9(A)〜図9(E)、図10(A)〜図10(D)、図11(A)〜図11(B)を参照して説明する。 Next, a semiconductor device formed using the above SOI structure and a manufacturing method thereof are illustrated in FIGS. 9A to 9E, FIGS. 10A to 10D, and FIGS. This will be described with reference to FIG.
まず、半導体基板106の表面に、非単結晶半導体膜125を選択的に形成する。
First, the non-single-
非単結晶半導体膜125は、TFTのソース領域及びドレイン領域に重なる領域に選択的に形成される。これはソース領域及びドレイン領域中に形成されるシリサイド領域に含まれる金属元素を、非単結晶半導体膜125に移動及び吸収(本明細書では「ゲッタリング」と呼ぶ)させてしまうためである。
The non-single-
非単結晶半導体膜125は、例えば非晶質半導体膜、微結晶半導体膜、多結晶半導体膜を用いればよい。また非単結晶半導体膜125は、シリコン(Si)あるいはゲルマニウム(Ge)を含む半導体を用いて形成すればよい。
As the non-single-
非晶質半導体膜としては、非晶質シリコン(Si)、非晶質ゲルマニウム(Ge)、非晶質シリコンゲルマニウム(SiGe)を用いることができる。 As the amorphous semiconductor film, amorphous silicon (Si), amorphous germanium (Ge), or amorphous silicon germanium (SiGe) can be used.
また、微結晶半導体膜(マイクロクリスタル半導体膜)はセミアモルファス半導体膜に含まれるが、セミアモルファス半導体(本明細書では「Semi−amorphous Smiconductor(SAS)」ともいう)膜とは、非晶質半導体と結晶構造を有する半導体(単結晶、多結晶を含む)膜の中間的な構造の半導体を含む膜である。このセミアモルファス半導体膜は、自由エネルギー的に安定な第3の状態を有する半導体膜であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質なものであり、その粒径を0.5〜20nmとして非単結晶半導体膜中に分散させて存在せしめることが可能である。 A microcrystalline semiconductor film (microcrystalline semiconductor film) is included in a semi-amorphous semiconductor film, but a semi-amorphous semiconductor (also referred to as “Semi-amorphous Semiconductor (SAS)” in this specification) film is an amorphous semiconductor. And a semiconductor including an intermediate structure between semiconductor (including single crystal and polycrystal) films having a crystal structure. This semi-amorphous semiconductor film is a semiconductor film having a third state that is stable in terms of free energy, and is a crystalline film having short-range order and lattice distortion, and has a grain size of 0.5 to 20 nm. And can be dispersed in the non-single-crystal semiconductor film.
セミアモルファス半導体膜の1つの例として、セミアモルファスシリコン膜が挙げられる。セミアモルファスシリコン膜は、そのラマンスペクトルが520cm−1よりも低波数側にシフトしており、またX線回折ではSi結晶格子に由来するとされる(111)、(220)の回折ピークが観測される。また、未結合手(ダングリングボンド)を終端化させるために水素またはハロゲンを少なくとも1原子%またはそれ以上含ませている。本明細書では便宜上、このような珪素膜をセミアモルファスシリコン膜と呼ぶ。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで安定性が増し良好なセミアモルファス半導体膜が得られる。 One example of the semi-amorphous semiconductor film is a semi-amorphous silicon film. The semi-amorphous silicon film has its Raman spectrum shifted to a lower wavenumber than 520 cm −1 , and diffraction peaks of (111) and (220) that are derived from the Si crystal lattice in X-ray diffraction are observed. The Further, in order to terminate dangling bonds (dangling bonds), at least 1 atomic% or more of hydrogen or halogen is contained. In this specification, such a silicon film is referred to as a semi-amorphous silicon film for convenience. Further, by adding a rare gas element such as helium, argon, krypton, or neon to further promote lattice distortion, stability is improved and a good semi-amorphous semiconductor film can be obtained.
またセミアモルファスシリコン膜は珪素(シリコン)を含む気体をグロー放電分解することにより得ることができる。代表的な珪素(シリコン)を含む気体としては、SiH4であり、その他にもSi2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4などを用いることができる。また水素や、水素にヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素を加えたガスで、この珪素(シリコン)を含む気体を希釈して用いることで、セミアモルファス珪素膜の形成を容易なものとすることができる。希釈率は2倍〜1000倍の範囲で珪素(シリコン)を含む気体を希釈することが好ましい。またさらに、珪素(シリコン)を含む気体中に、CH4、C2H6などの炭化物気体、GeH4、GeF4などのゲルマニウム化気体、F2などを混入させて、エネルギーバンド幅を1.5〜2.4eV、若しくは0.9〜1.1eVに調節しても良い。 The semi-amorphous silicon film can be obtained by glow discharge decomposition of a gas containing silicon (silicon). A typical gas containing silicon (Si) is SiH 4 , and Si 2 H 6 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiCl 4 , SiF 4, and the like can be used. Semi-amorphous silicon is also obtained by diluting and using hydrogen or a gas containing silicon (silicon) with one or more kinds of rare gas elements selected from helium, argon, krypton, and neon. The film can be easily formed. It is preferable to dilute the gas containing silicon (silicon) in the range of a dilution rate of 2 to 1000 times. Furthermore, a gas containing silicon (silicon) is mixed with a carbide gas such as CH 4 or C 2 H 6 , a germanium gas such as GeH 4 or GeF 4 , F 2, etc. You may adjust to 5-2.4 eV or 0.9-1.1 eV.
また、微結晶半導体膜としては、微結晶ゲルマニウム(Ge)、微結晶シリコンゲルマニウム(SiGe)を用いることができる。 As the microcrystalline semiconductor film, microcrystalline germanium (Ge) or microcrystalline silicon germanium (SiGe) can be used.
多結晶半導体膜としては、多結晶シリコン(Si)、多結晶ゲルマニウム、多結晶シリコンゲルマニウム(SiGe)を用いることができる。 As the polycrystalline semiconductor film, polycrystalline silicon (Si), polycrystalline germanium, or polycrystalline silicon germanium (SiGe) can be used.
また非単結晶半導体膜125には、希ガス元素、例えば、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)を含んでいる。このような希ガス元素を含む非単結晶半導体膜125を形成することにより、金属元素を効率よく移動及び吸収(本明細書では「ゲッタリング」と呼ぶ)することができる。
The non-single-
半導体膜に含まれる希ガス元素の濃度は、小さすぎると金属元素のゲッタリングの効果が得られないので、ゲッタリング可能な程度な濃度を選択すればよい。 If the concentration of the rare gas element contained in the semiconductor film is too small, the effect of gettering the metal element cannot be obtained. Therefore, a concentration that allows gettering may be selected.
本実施の形態では、非単結晶半導体膜125として、アルゴン(Ar)を1atom%含む非晶質シリコン膜を、5nm〜100nmの膜厚で、CVD法あるいはスパッタ法で形成する。ここではスパッタ法を用い、成膜圧力0.3Paにて、膜厚30nmで、アルゴンを含む非晶質シリコン膜を形成する。
In this embodiment, as the non-single-
非単結晶半導体膜125は、後に形成されるソース領域及びドレイン領域と重なるように、縞状に形成する。
The non-single-
非単結晶半導体膜125を形成したら、絶縁膜131を形成する。本実施の形態では、絶縁膜131としては、窒素を含む酸化珪素膜を100nmの膜厚で形成し、さらに酸素を含む窒化珪素膜を150nmを形成する。
After the non-single-
さらに絶縁膜131を形成後、水素イオンを注入して分離層107を形成する。本実施の形態では、水素イオンの注入条件は、印加電圧80keV、ドーズ量は2.5×1016/cm2とする。これにより分離層107が半導体基板106の表面から100nm〜300nmの深さに形成される。
Further, after forming the insulating
次いで絶縁膜131の表面を、CMP(Chemical−Mechanical Polishing:化学機械的研磨)法によって平坦化する。非単結晶半導体膜125が形成されるために、絶縁膜131の表面には段差ができているが、この段差がなくなるように研磨を行う。
Next, the surface of the insulating
次いで平坦化された絶縁膜131上に、接合層102を形成する(図9(A)参照)。
Next, the
図9(A)に示す構造が得られたら、支持基板100と、半導体基板106の接合層102が形成された面を対向させ、密接させることで接合を形成する(図9(B)参照)。
After the structure shown in FIG. 9A is obtained, the
なお、図2(B)及び図2(C)に示すように、半導体基板106でなく支持基板100に接合層102を形成してもよいし、図1(B)に示すように、半導体基板106及び支持基板100の両方に接合層102を形成してもよい。
2B and 2C, the
また図1(B)、図2(B)、図2(C)に示すように、支持基板100にバリア層103を設けてもよい。例えば、バリア層103として窒化シリコン層と酸化シリコン層が積層形成してもよい。支持基板100にバリア層を設けると、LTSS層101の汚染を防ぐことができる。なお、窒化シリコン層に換えて、酸素を含む窒化シリコン層、窒化アルミニウム層、酸素を含む窒化アルミニウム層を適用しても良い。
In addition, as illustrated in FIGS. 1B, 2 </ b> B, and 2 </ b> C, a
半導体基板106と支持基板100を重ね合わせた状態で第1の熱処理を行う。第1の熱処理としては、例えば、半導体基板106と支持基板100を400〜600℃に加熱すればよい。第1の熱処理により支持基板100上に薄い半導体層(LTSS層)101を残して半導体基板106を分離を行う(図9(C)参照)。半導体基板106と支持基板100をそれぞれ異なる方向に力を加えると、支持基板上にLTSS層101が形成される。
A first heat treatment is performed in a state where the
次いでLTSS層101を薄膜化して所望の膜厚とする。薄膜化の方法は、CMP法、あるいはエッチング法等が挙げられる。本実施の形態では、ドライエッチングを用いて薄膜化する。
Next, the
LTSS層101の膜厚は5nmから500nm、好ましくは10nmから200nm、より好ましくは10nmから60nmの厚さとすることが好ましい。LTSS層101の厚さは、分離層107の深さを制御すること、及び薄膜化の条件ににより適宜設定できる。本実施の形態では、ドライエッチングにより、LTSS層を50nmの膜厚に形成する。
The thickness of the
LTSS層101にはしきい値電圧を制御するために、ホウ素、アルミニウム、ガリウムなどのp型不純物元素を添加する。例えば、p型不純物元素としてホウ素を1×1016cm−3以上1×1018cm−3以下の濃度で添加されていても良い。
A p-type impurity element such as boron, aluminum, or gallium is added to the
LTSS層101をエッチングして、活性層の配置に合わせて島状に分離した島状単結晶半導体層121を形成する(図9(D)参照)。
The
なおこのとき、非単結晶半導体膜125が活性層のソース領域及びドレイン領域に重なるようにエッチングを行う。
Note that etching is performed so that the non-single-
そして、島状単結晶半導体層121上に、ゲート絶縁膜110、ゲート電極111を形成する(図9(E)参照)。ゲート絶縁膜110の幅は、後の工程で低濃度不純物領域を形成するために、ゲート電極111の幅よりも大きくする。もし低濃度不純物領域を形成する必要がなければ、ゲート絶縁膜110とゲート電極111の幅を同じ長さにしてもよいし、あるいはゲート絶縁膜110を、島状単結晶半導体層121、非単結晶半導体膜125及び絶縁膜131を覆うように形成してもよい。
Then, the
ゲート絶縁膜110は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜のいずれかを用いて形成すればよく、本実施の形態では、酸化珪素膜を10nm〜100nmの膜厚で成膜したものを用いて、ゲート絶縁膜110を形成する。
The
ゲート電極111は、タングステン(W)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)等を用いて形成すればよい。
The
次いで、ゲート電極111をマスクとして、島状単結晶半導体層121に一導電性を付与する不純物元素を導入する。n型を付与する不純物元素141として、リン(P)、ヒ素(As)が挙げられる。またp型を付与する不純物元素142としては、ホウ素(B)が挙げられる。なお、n型を付与する不純物元素141あるいはp型を付与する不純物元素142を島状単結晶半導体層121に添加する際には、添加しない方の島状単結晶半導体層121をマスクで覆って望まない不純物元素が添加されないようにする。
Next, an impurity element imparting one conductivity is introduced into the island-shaped single
n型を付与する不純物元素141及びp型を付与する不純物元素142の添加により、ゲート電極111の下の領域にチャネル形成領域115、ゲート電極111及びゲート絶縁膜110に覆われていない領域に、ソース領域及びドレイン領域である高濃度不純物領域143及び144が形成される。高濃度不純物領域143は、n型を付与する不純物元素141を含んでいるので、n型の高濃度不純物領域である。一方、高濃度不純物領域144は、p型を付与する不純物元素142を含んでいるので、p型の高濃度不純物領域である。
By the addition of the
また、島状単結晶半導体層121の、ゲート絶縁膜110を通してn型を付与する不純物元素141が添加された領域には、n型の低濃度不純物領域114が形成されている。一方、島状単結晶半導体層121の、ゲート絶縁膜110を通してp型を付与する不純物元素142が添加された領域には、p型の低濃度不純物領域117が形成されている(図10(A)参照)。
An n-type low-
本実施の形態では、例えばn型の不純物元素141としてリン(P)を用い、印加電圧20keV及びドーズ量1.0/cm2にて添加する。これにより高濃度不純物領域143には、リンが3×1021/cm3の濃度で含まれることとなる。
In this embodiment mode, for example, phosphorus (P) is used as the n-
次いで絶縁膜131、島状単結晶半導体層121、ゲート絶縁膜110、ゲート電極111を覆って、絶縁膜を形成する。本実施の形態では、窒素を含む酸化珪素膜をCVD法にて形成する。さらに異方性エッチングを行って、ゲート電極111の側面にサイドウォール112を形成する(図10(B)参照)。
Next, an insulating film is formed so as to cover the insulating
次いで絶縁膜131、島状単結晶半導体層121、ゲート電極111を、サイドウォール112を覆って、金属膜137を形成する(図10(C)参照)。金属膜137としては、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、チタン(Ti)、コバルト(Co)等を用いればよい。本実施の形態では、金属膜137として、スパッタ法によりニッケル膜を膜厚20nmで成膜する。
Next, the insulating
その後、例えば350℃以上の熱処理を行うことにより、露出している島状単結晶半導体層121、すなわちソース領域及びドレイン領域である高濃度不純物領域143及び144のそれぞれ、並びに、金属膜137を反応させて、シリサイド領域113を形成する。
After that, for example, by performing heat treatment at 350 ° C. or higher, the exposed island-shaped single
シリサイド領域113を形成したら、未反応の金属膜137を、エッチング、例えば硫酸や硝酸等の薬液を用いてウェットエッチングにより、除去する。未反応の金属膜137をエッチングする際にわずかな残渣が残ったとしても、サイドウォール112があるために、ゲート電極111と島状単結晶半導体層121のショートを防ぐことができる。
After the
次いで層間絶縁膜116を形成する。層間絶縁膜116はBPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)膜を成膜するか、ポリイミドに代表される有機樹脂を塗布して形成する。層間絶縁膜116にはコンタクトホール127を形成する(図11(A)参照)。この層間絶縁膜116を形成する際に素子全体に熱が加わるので、シリサイド領域113中の金属元素がチャネル形成領域115に拡散する恐れがあるが、シリサイド領域113の下に存在する非単結晶半導体膜125よってゲッタリングされる。これによりチャネル形成領域115が金属元素によって汚染されることが抑制される。
Next, an
その後、コンタクトホール127に合わせて配線119を形成する(図11(B)参照)。配線119はアルミニウムもしくはアルミニウム合金で形成し、上層と下層にはバリアメタルとしてモリブデン、クロム、チタンなどの金属膜で形成してもよい。配線119は、シリサイド領域113と電気的に接続されている。
After that, a
このように、支持基板100に接合されたLTSS層101を活性層として用いて、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTを作製することができる。活性層に用いられるLTSS層101は、結晶方位が一定の単結晶半導体であるため、高速駆動が可能なTFTを得ることができる。さらにシリサイド領域113を形成することで、より高速での駆動が可能なTFTが作製できる。
In this manner, an n-channel TFT and a p-channel TFT can be manufactured using the
本実施の形態により作製されるTFTは、高速駆動が可能であり、かつ、チャネル形成領域115にシリサイド領域113からの金属元素が拡散することがない。
The TFT manufactured according to this embodiment mode can be driven at high speed, and the metal element from the
以上から本実施の形態により、駆動速度が速く、同時に信頼性の高い半導体装置を得ることができる。 As described above, according to this embodiment, a semiconductor device with high driving speed and high reliability can be obtained at the same time.
[実施の形態2]
本実施の形態では、実施の形態1とは異なる半導体装置の作製方法について、図12(A)〜図12(E)を用いて説明する。なお実施の形態1と同じものは同じ符号で示すものとする。
[Embodiment 2]
In this embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device, which is different from that in Embodiment 1, will be described with reference to FIGS. In addition, the same thing as Embodiment 1 shall show with the same code | symbol.
まず半導体基板106上に、絶縁膜135、非単結晶半導体膜125、絶縁膜131を形成する。絶縁膜136は、酸化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜を、膜厚5nm以下の厚さで形成する。絶縁膜136の膜厚を厚くしてしまうと、後の工程でシリサイド領域中の金属元素が非単結晶半導体膜125に移動しにくくなってしまうので、絶縁膜136の膜厚5nm以下にする。
First, the insulating
次いで図9(A)に基づいて、半導体基板106中に分離層107を形成し、絶縁膜131上に接合層102を形成する(図12(A)参照)。
Next, based on FIG. 9A, the
図12(A)に示す構造が得られたら、支持基板100と、半導体基板106の接合層102が形成された面を対向させ、密接させることで接合を形成する(図12(B)参照)。
After the structure shown in FIG. 12A is obtained, the
なお、図2(B)及び図2(C)に示すように、半導体基板106でなく支持基板100に接合層102を形成してもよいし、図1(B)に示すように、半導体基板106及び支持基板100の両方に接合層102を形成してもよい。
2B and 2C, the
また図1(B)、図2(B)、図2(C)に示すように、支持基板100にバリア層103を設けてもよい。例えば、バリア層103として窒化シリコン層と酸化シリコン層が積層形成してもよい。支持基板100にバリア層を設けると、LTSS層101の汚染を防ぐことができる。なお、窒化シリコン層に換えて、酸素を含む窒化シリコン層、窒化アルミニウム層、酸素を含む窒化アルミニウム層を適用しても良い。
In addition, as illustrated in FIGS. 1B, 2 </ b> B, and 2 </ b> C, a
半導体基板106と支持基板100を重ね合わせた状態で第1の熱処理を行う。第1の熱処理としては、例えば、半導体基板106と支持基板100を400〜600℃に加熱すればよい。第1の熱処理により支持基板100上に薄い半導体層(LTSS層)101を残して半導体基板106を分離を行う(図12(C)参照)。半導体基板106と支持基板100をそれぞれ異なる方向に力を加えると、支持基板上にLTSS層101が形成される。
A first heat treatment is performed in a state where the
次いでLTSS層101を薄膜化して所望の膜厚とする。薄膜化の方法は、CMP法、あるいはエッチング法等が挙げられる。本実施の形態では、ドライエッチングを用いて薄膜化する。
Next, the
LTSS層101の膜厚は5nmから500nm、好ましくは10nmから200nm、より好ましくは10nmから60nmの厚さとすることが好ましい。LTSS層101の厚さは、分離層107の深さを制御すること、及び薄膜化の条件ににより適宜設定できる。本実施の形態では、ドライエッチングにより、LTSS層を50nmの膜厚に形成する。
The thickness of the
LTSS層101にはしきい値電圧を制御するために、ホウ素、アルミニウム、ガリウムなどのp型不純物元素を添加する。例えば、p型不純物元素としてホウ素を1×1016cm−3以上1×1018cm−3以下の濃度で添加されていても良い。
A p-type impurity element such as boron, aluminum, or gallium is added to the
LTSS層101をエッチングして、活性層の配置に合わせて島状に分離した島状単結晶半導体層121を形成する(図12(D)参照)。
The
さらに、図9(E)、図10(A)〜図10(D)、図11(A)〜図11(B)に示す作製工程に基づいて、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTを形成する。 Further, an n-channel TFT and a p-channel TFT are formed based on the manufacturing steps shown in FIGS. 9E, 10A to 10D, and 11A to 11B. To do.
nチャネル型TFTには、活性層である島状単結晶半導体層121中に、チャネル形成領域115、低濃度不純物領域114、シリサイド領域113が形成されており、さらに、ゲート絶縁膜110、ゲート電極111、ゲート電極111の側面にサイドウォール112が形成されている。
In the n-channel TFT, a
pチャネル型TFTには、活性層である島状単結晶半導体層121中に、チャネル形成領域115、低濃度不純物領域117、シリサイド領域113が形成されており、さらに、ゲート絶縁膜110、ゲート電極111、ゲート電極111の側面にサイドウォール112が形成されている。
In the p-channel TFT, a
TFTを覆って層間絶縁膜118を形成し、さらに層間絶縁膜118上に、シリサイド領域113と電気的に接続する配線119を形成する(図12(D)参照)。
An interlayer insulating
この層間絶縁膜116を形成する際に素子全体に熱が加わるので、シリサイド領域113中の金属元素がチャネル形成領域115に拡散する恐れがあるが、シリサイド領域113の下に存在する非単結晶半導体膜125よってゲッタリングされる。これによりチャネル形成領域115が金属元素によって汚染されることが抑制される。絶縁膜135の膜厚が5nm以下と薄いので、金属元素が非単結晶半導体膜125にゲッタリングされるのを抑制しない。
Since heat is applied to the entire element when the
以上により本実施の形態により、駆動速度が速く、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。 As described above, according to this embodiment, a semiconductor device with high driving speed and high reliability can be obtained.
[実施の形態3]
本実施の形態では、実施の形態1〜実施の形態2に基づいて作製したSOI基板及びTFTを組み込んだ半導体装置について、図13及び図14を用いて説明する。
[Embodiment 3]
In this embodiment, a semiconductor device including an SOI substrate and a TFT manufactured based on Embodiments 1 to 2 will be described with reference to FIGS.
図13では半導体装置の一例として、マイクロプロセッサ200を示す。このマイクロプロセッサ200は、演算回路201(Arithmetic logic unit;ALUともいう)、演算回路制御部202(ALU Controller)、命令解析部203(Instruction Decoder)、割り込み制御部204(Interrupt Controller)、タイミング制御部205(Timing Controller)、レジスタ206(Register)、レジスタ制御部207(Register Controller)、バスインターフェース208(Bus I/F)、ROM209(Read Only Memory:読み出し専用メモリ)、及びROMインターフェース210(ROM I/F)を有している。
FIG. 13 illustrates a
バスインターフェース208を介してマイクロプロセッサ200に入力された命令は命令解析部203に入力され、デコードされた後に演算回路制御部202、割り込み制御部204、レジスタ制御部207、タイミング制御部205に入力される。演算回路制御部202、割り込み制御部204、レジスタ制御部207、タイミング制御部205は、デコードされた命令に基づき各種制御を行う。具体的に演算回路制御部202は、演算回路201の動作を制御するための信号を生成する。
An instruction input to the
また、割り込み制御部204は、マイクロプロセッサ200のプログラム実行中に、外部の入出力装置や周辺回路からの割り込み要求を、その優先度やマスク状態から判断して処理する。レジスタ制御部207は、レジスタ206のアドレスを生成し、マイクロプロセッサ200の状態に応じてレジスタ206の読み出しや書き込みを行う。タイミング制御部205は、演算回路201、演算回路制御部202、命令解析部203、割り込み制御部204、レジスタ制御部207の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えばタイミング制御部205は、基準クロック信号CLK1を元に、内部クロック信号CLK2を生成する内部クロック生成部を備えており、クロック信号CLK2を上記各種回路に供給する。
The interrupt control unit 204 processes an interrupt request from an external input / output device or a peripheral circuit based on its priority or mask state during execution of the program of the
なお、図13に示すマイクロプロセッサ200は、その構成を簡略化して示した一例にすぎず、実際にはその用途によって多種多様な構成を備えることができる。
Note that the
このようなマイクロプロセッサ200は、支持基板に接合された結晶方位が一定の単結晶半導体層(LTSS層)、かつシリサイド領域を有するTFTにより集積回路が形成されているので、処理速度の高速化のみならず低消費電力化を図ることができる。またシリサイド領域の金属元素が非単結晶半導体膜によってゲッタリングされるので、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
In such a
次に、非接触でデータの送受信を行うことのできる演算機能を備えた半導体装置の一例について、図14を参照して説明する。 Next, an example of a semiconductor device having an arithmetic function capable of transmitting and receiving data without contact will be described with reference to FIGS.
図14は無線通信により外部装置と信号の送受信を行って動作するコンピュータ(以下、「RFCPU」という)の一例を示す。RFCPU211は、アナログ回路部212とデジタル回路部213を有している。アナログ回路部212として、共振容量を有する共振回路214、整流回路215、定電圧回路216、リセット回路217、発振回路218、復調回路219と、変調回路220を有している。デジタル回路部213は、RFインターフェース221、制御レジスタ222、クロックコントローラ223、CPUインターフェース224、CPU225(Central Processing Unit:中央処理ユニット)、RAM226(Random Access Memory:ランダムアクセスメモリ)、ROM227(Read Only Memory:読み出し専用メモリ)を有している。
FIG. 14 shows an example of a computer (hereinafter referred to as “RFCPU”) that operates by transmitting and receiving signals to and from an external device by wireless communication. The
このような構成のRFCPU211の動作は概略以下の通りである。アンテナ228が受信した信号は共振回路214により誘導起電力を生じる。誘導起電力は整流回路215を経て容量部229に充電される。この容量部229はセラミックコンデンサーや電気二重層コンデンサーなどのキャパシタで形成されていることが好ましい。
The operation of the
容量部229はRFCPU211と一体形成されている必要はなく、別部品としてRFCPU211を構成する絶縁表面を有する基板に取り付けられていれば良い。
The
リセット回路217は、デジタル回路部213をリセットし初期化する信号を生成する。例えば、電源電圧の上昇に遅延して立ち上がる信号をリセット信号として生成する。発振回路218は定電圧回路216により生成される制御信号に応じて、クロック信号の周波数とデューティ比を変更する。ローパスフィルタで形成される復調回路219は、例えば振幅変調(ASK)方式の受信信号の振幅の変動を二値化する。
The
変調回路220は、送信データを振幅変調(ASK)方式の送信信号の振幅を変動させて送信する。変調回路220は、共振回路214の共振点を変化させることで通信信号の振幅を変化させている。クロックコントローラ223は、電源電圧又はCPU225における消費電流に応じてクロック信号の周波数とデューティー比を変更するための制御信号を生成している。電源電圧の監視は電源管理回路230が行っている。
The
アンテナ228からRFCPU211に入力された信号は復調回路219で復調された後、RFインターフェース221で制御コマンドやデータなどに分解される。制御コマンドは制御レジスタ222に格納される。制御コマンドには、ROM227に記憶されているデータの読み出し、RAM226へのデータの書き込み、CPU225への演算命令などが含まれている。
A signal input from the
CPU225は、CPUインターフェース224を介してROM227、RAM226、制御レジスタ222にアクセスする。CPUインターフェース224は、CPU225が要求するアドレスより、ROM227、RAM226、制御レジスタ222のいずれかに対するアクセス信号を生成する機能を有している。
The
CPU225の演算方式は、ROM227にOS(オペレーティングシステム)を記憶させておき、起動とともにプログラムを読み出し実行する方式を採用することができる。また、専用回路で演算回路を構成して、演算処理をハードウェア的に処理する方式を採用することもできる。ハードウェアとソフトウェアを併用する方式では、専用の演算回路で一部の処理を行い、残りの演算をプログラムを使ってCPU225が実行する方式を適用することができる。
As a calculation method of the
このようなRFCPU211は、絶縁表面接合された結晶方位が一定の単結晶半導体層(LTSS層)、かつかつシリサイド領域を有するTFTにより集積回路が形成されているので、処理速度の高速化のみならず低消費電力化を図ることができる。またシリサイド領域の金属元素が非単結晶半導体膜によってゲッタリングされるので、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
In such an
図14に示すRFCPUでは、処理速度の高速化のみならず低消費電力化を図ることができるので、電力を供給する容量部229を小型化しても長時間の動作を保証することができる。図14ではRFCPUの形態について示しているが、通信機能、演算処理機能、メモリ機能を備えたものであれば、ICタグのようなものであっても良い。
In the RFCPU shown in FIG. 14, since not only the processing speed but also the power consumption can be reduced, long-time operation can be guaranteed even if the
100 支持基板
101 LTSS層
102 接合層
103 バリア層
104 絶縁層
105 酸化シリコン層
106 半導体基板
107 分離層
110 ゲート絶縁膜
111 ゲート電極
112 サイドウォール
113 シリサイド領域
114 低濃度不純物領域
115 チャネル形成領域
116 層間絶縁膜
117 低濃度不純物領域
118 層間絶縁膜
119 配線
121 島状単結晶半導体層
125 非単結晶半導体膜
127 コンタクトホール
131 絶縁膜
135 絶縁膜
136 絶縁膜
137 金属膜
141 不純物元素
142 不純物元素
143 高濃度不純物領域
144 高濃度不純物領域
200 マイクロプロセッサ
201 演算回路
202 演算回路制御部
203 命令解析部
204 割り込み制御部
205 タイミング制御部
206 レジスタ
207 レジスタ制御部
208 バスインターフェース
209 ROM
210 ROMインターフェース
211 RFCPU
212 アナログ回路部
213 デジタル回路部
214 共振回路
215 整流回路
216 定電圧回路
217 リセット回路
218 発振回路
219 復調回路
220 変調回路
221 RFインターフェース
222 制御レジスタ
223 クロックコントローラ
224 CPUインターフェース
225 CPU
226 RAM
227 ROM
228 アンテナ
229 容量部
230 電源管理回路
100
210
212
226 RAM
227 ROM
Claims (5)
前記接合層上に絶縁膜と、
前記絶縁膜上の一部に希ガス元素を含む非単結晶半導体膜と、
前記絶縁膜と前記非単結晶半導体膜上に単結晶半導体層と、
前記単結晶半導体層中にチャネル形成領域と、低濃度不純物領域と、シリサイド領域と、
前記単結晶半導体層上にゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極と、
前記ゲート電極の側面にサイドウォールと、
を有し、
前記非単結晶半導体膜は、前記シリサイド領域下に設けられ、
前記非単結晶半導体膜により、前記シリサイド領域中の金属元素が前記チャネル形成領域に拡散することが抑制されることを特徴とする半導体装置。 A bonding layer on the substrate;
An insulating film on the bonding layer;
A non-single-crystal semiconductor film containing a rare gas element in part on the insulating film;
A single crystal semiconductor layer on the insulating film and the non-single crystal semiconductor film;
In the single crystal semiconductor layer, a channel formation region, a low concentration impurity region, a silicide region,
A gate insulating film on the single crystal semiconductor layer;
A gate electrode on the gate insulating film;
Side walls on the side surfaces of the gate electrode,
Have
The non-single crystal semiconductor film is provided under the silicide region,
The semiconductor device, wherein the non-single-crystal semiconductor film suppresses diffusion of a metal element in the silicide region into the channel formation region.
前記単結晶半導体層は、単結晶シリコン層であることを特徴とする半導体装置。 In claim 1,
The semiconductor device, wherein the single crystal semiconductor layer is a single crystal silicon layer.
前記非単結晶半導体膜は、非晶質半導体膜、微結晶半導体膜または多結晶半導体膜のいずれかであり、
前記非単結晶半導体膜は、シリコンまたはゲルマニウムを含むことを特徴とする半導体装置。 In claim 1 or claim 2,
The non-single-crystal semiconductor film is an amorphous semiconductor film, a microcrystalline semiconductor film, or a polycrystalline semiconductor film,
The semiconductor device, wherein the non-single-crystal semiconductor film contains silicon or germanium.
前記金属元素は、ニッケル、タングステン、チタンまたはコバルトのいずれか1つであることを特徴とする半導体装置。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The semiconductor device is characterized in that the metal element is any one of nickel, tungsten, titanium, and cobalt.
前記接合層は、酸化シリコンにより形成されることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The semiconductor device is characterized in that the bonding layer is formed of silicon oxide.
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