JP5669439B2 - Method for manufacturing semiconductor substrate - Google Patents

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Description

半導体薄膜基板および半導体薄膜基板を用いた半導体装置の作製方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor thin film substrate and a method for manufacturing a semiconductor device using the semiconductor thin film substrate.

ガラス基板上に光電変換素子(例えば、光センサ)を形成する場合、光電変換を奏する半導体層として、多結晶シリコンが用いられることがある(例えば、特許文献1参照)。多結晶シリコンは、低温のプロセスで形成することが可能であるため、ガラス基板などの耐熱性が低い基板上に形成することが容易であるというメリットを有する。 When a photoelectric conversion element (for example, an optical sensor) is formed on a glass substrate, polycrystalline silicon may be used as a semiconductor layer that performs photoelectric conversion (for example, see Patent Document 1). Since polycrystalline silicon can be formed by a low-temperature process, it has an advantage that it can be easily formed on a substrate having low heat resistance such as a glass substrate.

特開平10−79522号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-79522

しかし、光電変換素子のうち、多結晶シリコンを光電変換層としたものは、単結晶シリコンを光電変換層としたものより暗電流が大きい傾向にある。また、欠陥の存在によりキャリアがトラップされて、光照射時の電流が減少してしまうという問題もある。このため、多結晶シリコンを用いる場合には、十分な光感度を持つ光電変換素子を作製することが困難であった。 However, among the photoelectric conversion elements, those using polycrystalline silicon as the photoelectric conversion layer tend to have a larger dark current than those using single crystal silicon as the photoelectric conversion layer. Another problem is that carriers are trapped due to the presence of defects and the current during light irradiation is reduced. For this reason, when using polycrystalline silicon, it was difficult to produce a photoelectric conversion element having sufficient photosensitivity.

また、十分な光感度を持つ光電変換素子を作製するには、例えば、厚膜の半導体層を用いて光電変換素子を形成する方法がある。しかし、厚膜に適さないデバイスも同一基板上に形成する場合、厚膜に適するデバイスと薄膜に適するデバイスとの作り分けが必要になる。そのため、デバイスの作製工程が増大し、コストおよび時間の増大、生産性および歩留まりの低下などの問題が引き起こされるおそれがある。 In order to manufacture a photoelectric conversion element having sufficient photosensitivity, for example, there is a method of forming a photoelectric conversion element using a thick semiconductor layer. However, when a device not suitable for a thick film is also formed on the same substrate, it is necessary to make a device suitable for a thick film and a device suitable for a thin film. Therefore, the device manufacturing process increases, and problems such as an increase in cost and time, a decrease in productivity, and a yield may be caused.

上記問題に鑑み、本発明の一態様は、一層の半導体層から、膜厚の異なる半導体層を有する半導体薄膜基板を提供することを目的の一とする。 In view of the above problems, an object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor thin film substrate including semiconductor layers having different thicknesses from one semiconductor layer.

また、上記半導体薄膜基板を適用した、特性の良い光電変換素子を有する半導体装置を提供することを目的の一とする。 Another object is to provide a semiconductor device having a photoelectric conversion element with good characteristics to which the semiconductor thin film substrate is applied.

本発明の一態様は、一層の半導体層から膜厚の異なる半導体層を形成する。また、光感度の高い光電変換素子を有する半導体装置を形成する。より詳細には以下の通りである。 In one embodiment of the present invention, semiconductor layers having different thicknesses are formed from one semiconductor layer. In addition, a semiconductor device including a photoelectric conversion element with high photosensitivity is formed. More details are as follows.

本発明の一態様は、基板上に半導体層を形成し、該半導体層を加工して第1の島状半導体層および第2の島状半導体層を形成し、第1の島状半導体層にレーザー照射を行うことで第1の島状半導体層を溶融させ、第2の島状半導体層より膜厚が厚い第3の島状半導体層を形成する半導体薄膜基板の作製方法である。 In one embodiment of the present invention, a semiconductor layer is formed over a substrate, the semiconductor layer is processed to form a first island-shaped semiconductor layer and a second island-shaped semiconductor layer, and the first island-shaped semiconductor layer is formed In this method, the first island-shaped semiconductor layer is melted by laser irradiation to form a third island-shaped semiconductor layer having a thickness larger than that of the second island-shaped semiconductor layer.

本発明の別の一態様は、半導体基板に加速されたイオンを照射して半導体基板に脆化領域を形成し、絶縁層を介して半導体基板と基板を貼り合わせ、熱処理により、脆化領域において半導体基板を分離して、基板上に半導体層を形成し、半導体層を加工して第1の島状半導体層および第2の島状半導体層を形成し、第1の島状半導体層にレーザー照射を行うことで第1の島状半導体層を溶融させ、第2の島状半導体層より膜厚が厚い第3の島状半導体層を形成する半導体薄膜基板の作製方法である。 Another embodiment of the present invention is to irradiate a semiconductor substrate with accelerated ions to form an embrittled region in the semiconductor substrate, bond the semiconductor substrate and the substrate through an insulating layer, and perform heat treatment in the embrittled region. The semiconductor substrate is separated, a semiconductor layer is formed on the substrate, the semiconductor layer is processed to form a first island-shaped semiconductor layer and a second island-shaped semiconductor layer, and a laser is applied to the first island-shaped semiconductor layer. In this method, the first island-shaped semiconductor layer is melted by irradiation to form a third island-shaped semiconductor layer having a thickness larger than that of the second island-shaped semiconductor layer.

上記第1の島状半導体層にレーザー照射を行うことで、第1の島状半導体層は絶縁層上で溶融して凝集し、上面端部に曲面を形成する。凝集した第3の島状半導体層は、第2の島状半導体層の2倍乃至4倍の膜厚とすることができる。 By irradiating the first island-shaped semiconductor layer with laser, the first island-shaped semiconductor layer is melted and aggregated on the insulating layer to form a curved surface at the upper end portion. The aggregated third island-shaped semiconductor layer can have a thickness two to four times that of the second island-shaped semiconductor layer.

上記第2の島状半導体層は膜厚を140nm以下とすることが好ましい。 The second island-shaped semiconductor layer preferably has a thickness of 140 nm or less.

また、基板を上面から見たときの上記第1の島状半導体層の平面形状は、短辺と長辺の長さの比が1:x(xは1より大きい数)であり、かつ、短辺の長さが10μm以下とすることが好ましい。 The planar shape of the first island-shaped semiconductor layer when the substrate is viewed from above is such that the ratio of the length of the short side to the long side is 1: x (x is a number greater than 1), and The length of the short side is preferably 10 μm or less.

また、上記第1の島状半導体層および第2の島状半導体層は、単結晶半導体、多結晶半導体、非晶質半導体等の層を用いることができる。 The first island-shaped semiconductor layer and the second island-shaped semiconductor layer can be a single crystal semiconductor, a polycrystalline semiconductor, an amorphous semiconductor, or the like.

また、上記絶縁層は酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の材料を含む層を用いることができる。 For the insulating layer, a layer containing a material such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or silicon nitride oxide can be used.

本発明の別の一態様は、絶縁層を介して半導体層を有する基板を用意し、半導体層を加工して第1の島状半導体層および第2の島状半導体層を形成し、第1の島状半導体層にレーザー照射を行うことで第1の島状半導体層を溶融させ、第2の島状半導体層より膜厚が厚い第3の島状半導体層を形成した後、第3の島状半導体層に選択的に第1の不純物元素および第2不純物元素を添加して、光電変換を奏する半導体領域、第1の導電型を示す半導体領域、および第2の導電型を示す半導体領域を形成し、第1の導電型を示す半導体領域と電気的に接続する第1の電極および第2の導電型を示す半導体領域と電気的に接続する第2の電極を形成することにより、光電変換素子を形成し、第2の島状半導体層に選択的に第1の不純物元素または第2不純物元素を添加して、チャネル形成領域、ソース領域、およびドレイン領域を形成し、第2の島状半導体層上にゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、ソース領域と電気的に接続するソース電極およびドレイン領域と電気的に接続するドレイン電極を形成することにより、トランジスタを形成する半導体装置の作製方法である。 Another embodiment of the present invention is to prepare a substrate having a semiconductor layer with an insulating layer interposed therebetween, process the semiconductor layer, and form a first island-shaped semiconductor layer and a second island-shaped semiconductor layer. The first island-shaped semiconductor layer is melted by irradiating the island-shaped semiconductor layer with a laser to form a third island-shaped semiconductor layer having a thickness larger than that of the second island-shaped semiconductor layer. A semiconductor region that performs photoelectric conversion by selectively adding a first impurity element and a second impurity element to the island-shaped semiconductor layer, a semiconductor region that exhibits the first conductivity type, and a semiconductor region that exhibits the second conductivity type And forming a first electrode electrically connected to the semiconductor region exhibiting the first conductivity type and a second electrode electrically connected to the semiconductor region exhibiting the second conductivity type. A conversion element is formed, and the first impurity element or the first impurity element is selectively formed on the second island-shaped semiconductor layer; An impurity element is added to form a channel formation region, a source region, and a drain region, a gate insulating film is formed over the second island-shaped semiconductor layer, a gate electrode is formed over the gate insulating film, and the source region A method for manufacturing a semiconductor device in which a transistor is formed by forming a source electrode electrically connected to a drain electrode and a drain electrode electrically connected to a drain region.

上記第1の島状半導体層にレーザー照射を行うことで、第1の島状半導体層は絶縁層上で凝集し、上面端部に曲面を形成する。凝集した第3の島状半導体層は、第2の島状半導体層の2倍乃至4倍の膜厚とすることができる。 By irradiating the first island-shaped semiconductor layer with laser, the first island-shaped semiconductor layer aggregates on the insulating layer and forms a curved surface at the upper end portion. The aggregated third island-shaped semiconductor layer can have a thickness two to four times that of the second island-shaped semiconductor layer.

上記第2の島状半導体層は膜厚を140nm以下とすることが好ましい。 The second island-shaped semiconductor layer preferably has a thickness of 140 nm or less.

また、基板を上面から見たときの上記第1の島状半導体層の平面形状は、短辺と長辺の長さの比が1:x(xは1より大きい数)であり、かつ、短辺の長さが10μm以下とすることが好ましい。 The planar shape of the first island-shaped semiconductor layer when the substrate is viewed from above is such that the ratio of the length of the short side to the long side is 1: x (x is a number greater than 1), and The length of the short side is preferably 10 μm or less.

上記第1の島状半導体層および第2の島状半導体層は、単結晶半導体、多結晶半導体、非晶質半導体等の層を用いることができる。 As the first island-shaped semiconductor layer and the second island-shaped semiconductor layer, layers such as a single crystal semiconductor, a polycrystalline semiconductor, and an amorphous semiconductor can be used.

上記絶縁層は酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の材料を含む層を用いることができる。 As the insulating layer, a layer containing a material such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or silicon nitride oxide can be used.

本発明の一態様は、面積の異なる島状半導体層にレーザー光を照射することで、一層の半導体層から膜厚の異なる半導体層を形成している。このため、膜厚の異なる半導体層を有する半導体薄膜基板を提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, semiconductor layers having different thicknesses are formed from one semiconductor layer by irradiating the island-shaped semiconductor layers having different areas with laser light. For this reason, the semiconductor thin film substrate which has a semiconductor layer from which film thickness differs can be provided.

また、本発明の一態様は、厚膜の半導体層を用いて光電変換素子を形成している。このため、光感度の高い光電変換素子を有する半導体装置を提供することができる。 In one embodiment of the present invention, a photoelectric conversion element is formed using a thick semiconductor layer. For this reason, the semiconductor device which has a photoelectric conversion element with high photosensitivity can be provided.

半導体装置に用いられる半導体薄膜基板の作製方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor thin film substrate used for a semiconductor device. 半導体装置の一例を示す断面図および斜視図である。2A and 2B are a cross-sectional view and a perspective view illustrating an example of a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置に用いられる半導体薄膜基板の作製方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor thin film substrate used for a semiconductor device. 半導体装置に用いられる半導体薄膜基板の作製方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor thin film substrate used for a semiconductor device.

以下、実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定されず、本明細書等において開示する発明の趣旨から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異なる実施の形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the description of the embodiments described below, and it is obvious to those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit of the invention disclosed in this specification and the like. . In addition, structures according to different embodiments can be implemented in appropriate combination. Note that in the structures of the invention described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted.

なお、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。 Note that the position, size, range, and the like of each component illustrated in the drawings and the like may not represent the actual position, size, range, or the like for easy understanding. Therefore, the disclosed invention is not necessarily limited to the position, size, range, or the like disclosed in the drawings and the like.

(実施の形態1)
本実施の形態では、半導体薄膜基板の作製方法の一例について、図1を参照して説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, an example of a method for manufacturing a semiconductor thin film substrate will be described with reference to FIGS.

まず、基板100の上に絶縁層114を介して半導体層118を有する基板105を形成する(図1(A)参照)。 First, the substrate 105 including the semiconductor layer 118 is formed over the substrate 100 with the insulating layer 114 interposed therebetween (see FIG. 1A).

基板100は、液晶表示装置などに使用されている透光性を有するガラス基板を用いることもできる。ガラス基板としては、歪み点が580℃以上(好ましくは、600℃以上)であるものを用いると良い。なお、ガラス基板は無アルカリガラス基板であることが好ましい。無アルカリガラス基板には、例えば、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などのガラス材料を用いることができる。 As the substrate 100, a light-transmitting glass substrate used in a liquid crystal display device or the like can be used. A glass substrate having a strain point of 580 ° C. or higher (preferably 600 ° C. or higher) is preferably used. The glass substrate is preferably an alkali-free glass substrate. For the alkali-free glass substrate, for example, a glass material such as aluminosilicate glass, aluminoborosilicate glass, or barium borosilicate glass can be used.

また、基板100は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコンなどの第14族元素でなる単結晶半導体基板を用いることができる。また、ガリウムヒ素やインジウムリン等の化合物半導体基板を用いることもできる。 As the substrate 100, for example, a single crystal semiconductor substrate made of a Group 14 element such as silicon, germanium, silicon germanium, or silicon carbide can be used. A compound semiconductor substrate such as gallium arsenide or indium phosphide can also be used.

また、基板100として半導体基板を用いる場合、基板100のサイズに制限はないが、例えば、直径が8インチ(200mm)、12インチ(300mm)、18インチ(450mm)といったサイズの半導体基板を用いることができる。また、円形の半導体基板を、矩形に加工して用いても良い。 When a semiconductor substrate is used as the substrate 100, the size of the substrate 100 is not limited. For example, a semiconductor substrate having a diameter of 8 inches (200 mm), 12 inches (300 mm), 18 inches (450 mm), or the like is used. Can do. Further, a circular semiconductor substrate may be processed into a rectangular shape.

また、基板100は、単結晶半導体基板やガラス基板の他に、セラミック基板、石英基板やサファイア基板などの絶縁体でなる基板、金属やステンレスなどの導電体でなる基板などを用いることもできる。本実施の形態では、基板100としてガラス基板を用いる場合について説明する。 In addition to the single crystal semiconductor substrate and the glass substrate, the substrate 100 can be a substrate made of an insulator such as a ceramic substrate, a quartz substrate, or a sapphire substrate, or a substrate made of a conductor such as metal or stainless steel. In this embodiment, the case where a glass substrate is used as the substrate 100 will be described.

絶縁層114は、熱酸化法、CVD法、スパッタ法等で形成することができる。また、該絶縁層114は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどの材料を用いて、単層構造または積層構造で形成することができる。 The insulating layer 114 can be formed by a thermal oxidation method, a CVD method, a sputtering method, or the like. The insulating layer 114 can be formed with a single layer structure or a stacked layer structure using a material such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or silicon nitride oxide.

半導体層118は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウムなどの第14属元素でなる単結晶半導体層を用いることができる。半導体層118に該単結晶半導体層を用いた場合には、ドナー元素、アクセプター元素などの抵抗値を制御するための不純物元素が添加されていても良い。また、ガリウムヒ素やインジウムリン等の化合物半導体層を用いることもできる。また、単結晶半導体層の他に、多結晶半導体層、非晶質半導体層なども用いることができる。なお、本実施の形態では、半導体層118として単結晶シリコン層を用いる場合について説明する。 As the semiconductor layer 118, for example, a single crystal semiconductor layer made of a Group 14 element such as silicon, germanium, or silicon germanium can be used. In the case where the single crystal semiconductor layer is used for the semiconductor layer 118, an impurity element such as a donor element or an acceptor element for controlling the resistance value may be added. Alternatively, a compound semiconductor layer such as gallium arsenide or indium phosphide can be used. In addition to a single crystal semiconductor layer, a polycrystalline semiconductor layer, an amorphous semiconductor layer, or the like can be used. Note that in this embodiment, the case where a single crystal silicon layer is used as the semiconductor layer 118 is described.

次に、半導体層118上にマスク400およびマスク401を形成し、これを用いて半導体層118を選択的にエッチングすることで、第1の島状半導体層120および第2の島状半導体層121を形成する(図1(B)参照)。 Next, a mask 400 and a mask 401 are formed over the semiconductor layer 118, and the semiconductor layer 118 is selectively etched using the mask 400 and the mask 401, whereby the first island-shaped semiconductor layer 120 and the second island-shaped semiconductor layer 121 are formed. (See FIG. 1B).

マスク400およびマスク401は、レジスト材料を用いたフォトリソグラフィなどによって形成することができる。また、エッチング処理は、ウェットエッチング処理またはドライエッチング処理のいずれをも行うことができる。 The mask 400 and the mask 401 can be formed by photolithography using a resist material. The etching process can be either a wet etching process or a dry etching process.

また、基板を上面から見たときの第1の島状半導体層120の平面形状は、短辺と長辺の長さの比が1:x(xは1より大きい数)であり、かつ短辺の長さが10μm以下とすることが好ましい。また、第1の島状半導体層120の短辺の長さを、例えば、1μm以上10μm以下とすると、第1の島状半導体層120はレーザー照射により溶融して凝集し、膜厚が厚くなる。また、基板を上面から見たときの第2の島状半導体層121の平面形状は、短辺と長辺の長さの比が1:x(xは1より大きい数)であり、かつ短辺の長さが10μm以上とすることができ、例えば、20μm以上とすることが好ましい。 Further, the planar shape of the first island-shaped semiconductor layer 120 when the substrate is viewed from above has a ratio of the length of the short side to the long side of 1: x (x is a number greater than 1) and is short. The side length is preferably 10 μm or less. Further, when the length of the short side of the first island-shaped semiconductor layer 120 is, for example, 1 μm or more and 10 μm or less, the first island-shaped semiconductor layer 120 is melted and aggregated by laser irradiation to increase the film thickness. . In addition, the planar shape of the second island-shaped semiconductor layer 121 when the substrate is viewed from above has a ratio of the length of the short side to the long side of 1: x (x is a number greater than 1) and is short. The length of the side can be 10 μm or more, for example, preferably 20 μm or more.

本実施の形態では、半導体層118から、第1の島状半導体層120および第2の島状半導体層121の二つの面積の異なる島状半導体層を形成しているが、本発明の一態様はこれに限定されず、三つ以上の面積の異なる島状半導体層を形成してもよい。 In this embodiment, two island-like semiconductor layers having different areas, that is, the first island-like semiconductor layer 120 and the second island-like semiconductor layer 121 are formed from the semiconductor layer 118; Is not limited thereto, and three or more island-like semiconductor layers having different areas may be formed.

次に、少なくとも第1の島状半導体層120にレーザー光130を照射する(図1(C)参照)。第1の島状半導体層120は、レーザー光130が照射されたことによって溶融し、溶融することで表面張力が生じる。表面張力によって、第1の島状半導体層120は、絶縁層114上で凝集し、上面端部が曲面を有する型とすることができる。また、第1の島状半導体層120は凝集することで、第1の島状半導体層120より膜厚が厚い第1の島状半導体層200とすることができる。また、第1の島状半導体層200は、第2の島状半導体層121より膜厚を厚くすることができる(図1(D)、(E)参照)。なお、図1(E)は、図1(D)の斜視図である。 Next, at least the first island-shaped semiconductor layer 120 is irradiated with laser light 130 (see FIG. 1C). The first island-shaped semiconductor layer 120 is melted by being irradiated with the laser beam 130, and surface tension is generated by melting. The first island-shaped semiconductor layer 120 can be agglomerated on the insulating layer 114 due to the surface tension, and the upper surface end portion can be a mold having a curved surface. Further, the first island-shaped semiconductor layer 120 is aggregated, so that the first island-shaped semiconductor layer 200 having a thickness larger than that of the first island-shaped semiconductor layer 120 can be obtained. The first island-shaped semiconductor layer 200 can be thicker than the second island-shaped semiconductor layer 121 (see FIGS. 1D and 1E). Note that FIG. 1E is a perspective view of FIG.

また、第1の島状半導体層200の膜厚および第1の島状半導体層200の短辺の長さは、第1の島状半導体層120の膜厚、第1の島状半導体層120の短辺の長さ、および第1の島状半導体層120と絶縁層114とのぬれ性等で決定される。これらのパラメータは、第1の島状半導体層120のパターニング方法、第1の島状半導体層120と絶縁層114とのぬれ性、表面張力、レーザーの種類および走査方法によって決まる。例えば、酸化シリコンで形成されたぬれ性の低い絶縁層114上に、膜厚140nmおよび短辺の長さ3.3μmの第1の島状半導体層120を形成し、レーザー光130を照射することにより、膜厚550nmおよび短辺の長さ2.5μmの第1の島状半導体層200を形成することができる。なお、第1の島状半導体層120の膜厚、レーザー照射のエネルギー等を様々に変更することにより、さらに膜厚の厚い第1の島状半導体層200を形成することも可能である。 Further, the film thickness of the first island-shaped semiconductor layer 200 and the length of the short side of the first island-shaped semiconductor layer 200 are the film thickness of the first island-shaped semiconductor layer 120 and the first island-shaped semiconductor layer 120. And the wettability between the first island-shaped semiconductor layer 120 and the insulating layer 114, and the like. These parameters are determined by the patterning method of the first island-shaped semiconductor layer 120, the wettability between the first island-shaped semiconductor layer 120 and the insulating layer 114, the surface tension, the type of laser, and the scanning method. For example, the first island-shaped semiconductor layer 120 having a film thickness of 140 nm and a short side length of 3.3 μm is formed over the insulating layer 114 formed of silicon oxide and having low wettability, and is irradiated with the laser light 130. Thus, the first island-shaped semiconductor layer 200 having a film thickness of 550 nm and a short side length of 2.5 μm can be formed. Note that the first island-shaped semiconductor layer 200 having a larger thickness can be formed by variously changing the thickness of the first island-shaped semiconductor layer 120, the energy of laser irradiation, and the like.

第1の島状半導体層200は、例えば、第2の島状半導体層121の2倍乃至4倍の膜厚とすることができる。なお、第1の島状半導体層120は絶縁層114上で凝集すると共に膜厚も厚くなるため、第1の島状半導体層120の体積と第1の島状半導体層200の体積は変化しない。 The first island-shaped semiconductor layer 200 can have a film thickness that is two to four times that of the second island-shaped semiconductor layer 121, for example. Note that since the first island-shaped semiconductor layer 120 aggregates on the insulating layer 114 and the film thickness increases, the volume of the first island-shaped semiconductor layer 120 and the volume of the first island-shaped semiconductor layer 200 do not change. .

本実施の形態では、上記レーザー光130の照射は、第1の島状半導体層120に照射することを説明したが、本発明はこれに限定されない。第1の島状半導体層120および第2の島状半導体層121にレーザー光130を照射してもよい。第2の島状半導体層121の短辺が、第1の島状半導体層120の短辺より長く形成されている場合、第2の島状半導体層121にレーザー光130を照射しても、第2の島状半導体層121は第1の島状半導体層120のように凝集しない。 In this embodiment mode, it has been described that the irradiation with the laser beam 130 is performed on the first island-shaped semiconductor layer 120; however, the present invention is not limited to this. The first island-shaped semiconductor layer 120 and the second island-shaped semiconductor layer 121 may be irradiated with the laser beam 130. When the short side of the second island-shaped semiconductor layer 121 is formed to be longer than the short side of the first island-shaped semiconductor layer 120, even if the second island-shaped semiconductor layer 121 is irradiated with the laser beam 130, The second island-shaped semiconductor layer 121 is not aggregated like the first island-shaped semiconductor layer 120.

また、パルスレーザーを用いてレーザー光130を照射する場合、パルスレーザー光を照射させて島状半導体層を溶融させる回数は、照射されるパルスレーザー光のパルス数で選択することができ、例えば、1回以上100回以下行うことができる。また、3回以上20回以下が好ましい。なお、3回以上行うことで、第1の島状半導体層120は溶融して凝集し、膜厚を厚くすることができる。 Moreover, when irradiating the laser beam 130 using a pulse laser, the number of times the island-like semiconductor layer is melted by irradiating the pulse laser beam can be selected by the number of pulses of the irradiated pulse laser beam. It can be performed 1 to 100 times. Moreover, 3 times or more and 20 times or less are preferable. Note that by performing three or more times, the first island-shaped semiconductor layer 120 can be melted and aggregated to increase the film thickness.

また、レーザー光130の照射には、高エネルギーを得ることができるパルス発振レーザーを用いることが好ましい。発振周波数は、1Hz以上10MHz以下とすることが好ましいがこれに限定する必要はない。上述のパルス発振レーザーの発振器としては、Arレーザー、Krレーザー、エキシマ(ArF、KrF、XeCl)レーザー、COレーザー、YAGレーザー、YVOレーザー、YLFレーザー、YAlOレーザー、GdVOレーザー、Yレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ti:サファイアレーザー、銅蒸気レーザー、金蒸気レーザー等がある。なお、部分溶融させることが可能であれば、連続発振レーザーを使用しても良い。連続発振レーザーの発振器としては、Arレーザー、Krレーザー、COレーザー、YAGレーザー、YVOレーザー、YLFレーザー、YAlOレーザー、GdVOレーザー、Yレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ti:サファイアレーザー、ヘリウムカドミウムレーザー等がある。 In addition, a pulsed laser capable of obtaining high energy is preferably used for irradiation with the laser light 130. The oscillation frequency is preferably 1 Hz or more and 10 MHz or less, but need not be limited to this. As an oscillator of the above-mentioned pulsed laser, Ar laser, Kr laser, excimer (ArF, KrF, XeCl) laser, CO 2 laser, YAG laser, YVO 4 laser, YLF laser, YAlO 3 laser, GdVO 4 laser, Y 2 There are O 3 laser, ruby laser, alexandrite laser, Ti: sapphire laser, copper vapor laser, gold vapor laser and the like. If continuous melting is possible, a continuous wave laser may be used. As the oscillator of the continuous wave laser, Ar laser, Kr laser, CO 2 laser, YAG laser, YVO 4 laser, YLF laser, YAlO 3 laser, GdVO 4 laser, Y 2 O 3 laser, ruby laser, alexandrite laser, Ti: There are sapphire laser, helium cadmium laser and the like.

また、レーザー光130の波長としては、少なくとも第1の島状半導体層120に吸収される波長を選択する必要がある。その波長は、レーザー光の表皮深さ(skin depth)などを考慮して決定すればよい。例えば、250nm以上700nm以下の範囲とすることができる。また、レーザー光130のエネルギー密度は、レーザー光130の波長、レーザー光の表皮深さ、第1の島状半導体層120の膜厚などを考慮して決定することができる。レーザー光130のエネルギー密度は、例えば、300mJ/cm以上800mJ/cm以下の範囲とすればよい。なお、当該エネルギー密度の範囲は、パルス発振レーザーとしてXeClエキシマレーザー(波長:308nm)を用いた場合の一例である。 Further, as the wavelength of the laser beam 130, it is necessary to select at least a wavelength that is absorbed by the first island-shaped semiconductor layer 120. The wavelength may be determined in consideration of the skin depth of the laser light. For example, it can be in the range of 250 nm to 700 nm. The energy density of the laser beam 130 can be determined in consideration of the wavelength of the laser beam 130, the skin depth of the laser beam, the film thickness of the first island-shaped semiconductor layer 120, and the like. The energy density of the laser beam 130 may be in the range of 300 mJ / cm 2 or more and 800 mJ / cm 2 or less, for example. The range of the energy density is an example when a XeCl excimer laser (wavelength: 308 nm) is used as a pulsed laser.

また、レーザー光130の照射は、大気雰囲気のような酸素を含む雰囲気、または窒素雰囲気やアルゴン雰囲気のような不活性雰囲気で行うことができる。不活性雰囲気中でレーザー光130を照射するには、気密性のあるチャンバー内でレーザー光130を照射し、このチャンバー内の雰囲気を制御すればよい。チャンバーを用いない場合は、レーザー光130の被照射面に窒素ガスなどの不活性ガスを吹き付けることで、不活性雰囲気を形成することもできる。 The irradiation with the laser beam 130 can be performed in an atmosphere containing oxygen such as an air atmosphere or an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere. In order to irradiate the laser beam 130 in an inert atmosphere, the laser beam 130 may be irradiated in an airtight chamber and the atmosphere in the chamber may be controlled. In the case where a chamber is not used, an inert atmosphere can be formed by spraying an inert gas such as nitrogen gas on the surface to be irradiated with the laser light 130.

なお、本実施の形態では、半導体層118として単結晶シリコン層を用いる場合について説明したが、本発明の一態様はこれに限定されない。例えば、半導体層118として非晶質シリコン層を用いる場合は、第1の島状半導体層および第2の島状半導体層を形成した後、少なくとも第1の島状半導体層120にレーザー光を照射することにより、結晶質シリコン層である第1の島状半導体層200とすることができる。 Note that although the case where a single crystal silicon layer is used as the semiconductor layer 118 is described in this embodiment, one embodiment of the present invention is not limited thereto. For example, when an amorphous silicon layer is used as the semiconductor layer 118, at least the first island-shaped semiconductor layer 120 is irradiated with laser light after the first island-shaped semiconductor layer and the second island-shaped semiconductor layer are formed. Thus, the first island-shaped semiconductor layer 200 which is a crystalline silicon layer can be obtained.

以上の工程より、基板100の上に絶縁層114を介して半導体層118を有する基板105から、面積の異なる島状半導体層を形成し、レーザー照射を行うことで、膜厚が異なる第1の島状半導体層200および第2の島状半導体層121を有する半導体薄膜基板600を形成することができる。本実施の形態を用いることにより、厚膜の半導体層と薄膜の半導体層との作製工程を作り分ける必要がないため、作製工程を削減することができ、コストや時間を削減することができる。また、同一基板上に厚膜の半導体層および薄膜の半導体層を形成することで、例えば、厚膜に適しているデバイスおよび薄膜に適しているデバイスを作製することができる。 Through the above steps, an island-shaped semiconductor layer having a different area is formed over the substrate 100 from the substrate 105 including the semiconductor layer 118 with the insulating layer 114 interposed therebetween, and laser irradiation is performed, so that the first thickness is different. A semiconductor thin film substrate 600 having the island-shaped semiconductor layer 200 and the second island-shaped semiconductor layer 121 can be formed. By using this embodiment mode, a manufacturing process for a thick semiconductor layer and a thin semiconductor layer does not need to be separately formed; therefore, the manufacturing process can be reduced, and cost and time can be reduced. Further, by forming a thick semiconductor layer and a thin semiconductor layer on the same substrate, for example, a device suitable for a thick film and a device suitable for a thin film can be manufactured.

(実施の形態2)
本実施の形態では、先の実施の形態で示した半導体薄膜基板を用いた半導体装置の作製方法の一例について図2乃至図5を参照して説明する。具体的には、図2(A)および図2(B)に示す光電変換素子180、n型トランジスタ380、およびp型トランジスタ385の作製方法を説明する。ここで、図2(B)は、図2(A)のA−Bにおける断面図および図2(A)のC−Dにおける断面図に相当する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, an example of a method for manufacturing a semiconductor device using the semiconductor thin film substrate described in the above embodiment will be described with reference to FIGS. Specifically, a method for manufacturing the photoelectric conversion element 180, the n-type transistor 380, and the p-type transistor 385 illustrated in FIGS. 2A and 2B will be described. Here, FIG. 2B corresponds to a cross-sectional view taken along a line AB in FIG. 2A and a cross-sectional view taken along a line CD in FIG.

図2(A)および図2(B)に示すように、基板100上に絶縁層114を介して、光電変換素子180、n型トランジスタ380およびp型トランジスタ385が設けられている。 As shown in FIGS. 2A and 2B, a photoelectric conversion element 180, an n-type transistor 380, and a p-type transistor 385 are provided over a substrate 100 with an insulating layer 114 interposed therebetween.

光電変換素子180は、光電変換を奏する半導体領域164、第2の導電型(ここではp型)を示す半導体領域158、第1の導電型(ここではn型)を示す半導体領域162、を有する半導体層152と、これを覆うように形成された絶縁層154および層間絶縁層166と、第2の導電型を示す半導体領域158と電気的に接続された電極172と、第1の導電型を示す半導体領域162と電気的に接続された電極174と、を有する。ここで、第2の導電型を示す半導体領域158と第1の導電型を示す半導体領域162は、いずれも光電変換を奏する半導体領域164に隣接し、かつ、光電変換を奏する半導体領域164によって隔てられている。なお、第1の導電型と第2の導電型とは、入れ替えても良い。 The photoelectric conversion element 180 includes a semiconductor region 164 that performs photoelectric conversion, a semiconductor region 158 that exhibits a second conductivity type (here, p-type), and a semiconductor region 162 that exhibits a first conductivity type (here, n-type). The semiconductor layer 152, the insulating layer 154 and the interlayer insulating layer 166 formed so as to cover the semiconductor layer 152, the electrode 172 electrically connected to the semiconductor region 158 showing the second conductivity type, and the first conductivity type And an electrode 174 electrically connected to the semiconductor region 162 shown. Here, the semiconductor region 158 having the second conductivity type and the semiconductor region 162 having the first conductivity type are both adjacent to the semiconductor region 164 that performs photoelectric conversion and are separated by the semiconductor region 164 that performs photoelectric conversion. It has been. Note that the first conductivity type and the second conductivity type may be interchanged.

n型トランジスタ380は、チャネル形成領域322、ソース領域323、ドレイン領域324、LDD領域500、LDD領域510、を有する半導体層352と、半導体層352上のゲート絶縁層として機能する絶縁層154と、絶縁層154上のゲート電極375と、これを覆うように形成された層間絶縁層166と、ソース領域323と電気的に接続された電極376と、ドレイン領域324と電気的に接続された電極377と、が設けられている。なお、ここではトランジスタ380がLDD領域500、LDD領域510、を有する構造を示したが、本発明はこれに限定されず、LDD領域を有さない構造としてもよい。また、ここではLDD領域が上面からみてゲート電極と重ならない例を示したが、LDD領域はゲート電極と重なる構造としてもよい。なお、LDDとは、低濃度不純物領域であり、LightlyDoped Drainの略語である。 The n-type transistor 380 includes a semiconductor layer 352 including a channel formation region 322, a source region 323, a drain region 324, an LDD region 500, and an LDD region 510, an insulating layer 154 functioning as a gate insulating layer over the semiconductor layer 352, A gate electrode 375 over the insulating layer 154, an interlayer insulating layer 166 formed so as to cover the gate electrode 375, an electrode 376 electrically connected to the source region 323, and an electrode 377 electrically connected to the drain region 324 And are provided. Note that here, the structure in which the transistor 380 includes the LDD region 500 and the LDD region 510 is described; however, the present invention is not limited to this, and a structure without the LDD region may be employed. Although an example in which the LDD region does not overlap with the gate electrode when viewed from above is shown here, the LDD region may have a structure overlapping with the gate electrode. Note that LDD is a low concentration impurity region and is an abbreviation for Lightly Doped Drain.

p型トランジスタ385は、チャネル形成領域332、ソース領域333、ドレイン領域334を有する半導体層361と、半導体層361上のゲート絶縁層として機能する絶縁層154と、絶縁層154上のゲート電極374と、これを覆うように形成された層間絶縁層166と、ソース領域333と電気的に接続された電極378と、ドレイン領域334と電気的に接続された電極379と、が設けられている。なお、ここではp型トランジスタ385がLDD領域を有さない構造を示したが、本発明の一態様はこれに限定されず、LDD領域を有する構造としてもよい。 The p-type transistor 385 includes a semiconductor layer 361 having a channel formation region 332, a source region 333, and a drain region 334, an insulating layer 154 that functions as a gate insulating layer over the semiconductor layer 361, and a gate electrode 374 over the insulating layer 154. An interlayer insulating layer 166 formed so as to cover the electrode, an electrode 378 electrically connected to the source region 333, and an electrode 379 electrically connected to the drain region 334 are provided. Note that although the p-type transistor 385 has a structure without an LDD region here, one embodiment of the present invention is not limited thereto, and a structure having an LDD region may be employed.

ここで、光電変換素子180が有する半導体層152の膜厚は、n型トランジスタ380が有する半導体層352およびp型トランジスタ385が有する半導体層361の膜厚より厚く設けられている。 Here, the thickness of the semiconductor layer 152 included in the photoelectric conversion element 180 is larger than the thickness of the semiconductor layer 352 included in the n-type transistor 380 and the semiconductor layer 361 included in the p-type transistor 385.

次に、半導体装置の作製方法について、図3乃至図5を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device is described with reference to FIGS.

まず、基板100の上に絶縁層114を介して半導体層118を有する基板105を形成する(図3(A)参照)。なお、基板105は、実施の形態1(図1(A)参照)と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。 First, the substrate 105 including the semiconductor layer 118 is formed over the substrate 100 with the insulating layer 114 interposed therebetween (see FIG. 3A). Note that since the substrate 105 can be formed in a manner similar to that of Embodiment 1 (see FIG. 1A), detailed description thereof is omitted.

次に、半導体層118上にマスクを形成して選択的にエッチングすることで、第1の島状半導体層120および第2の島状半導体層121を形成する。その後、少なくとも第1の島状半導体層120にレーザー光130を照射することにより(図3(B)参照)、第1の島状半導体層200および第2の島状半導体層121を形成する(図3(C)参照)。 Next, a first island-shaped semiconductor layer 120 and a second island-shaped semiconductor layer 121 are formed by forming a mask over the semiconductor layer 118 and selectively etching the mask. After that, at least the first island-shaped semiconductor layer 120 is irradiated with laser light 130 (see FIG. 3B), whereby the first island-shaped semiconductor layer 200 and the second island-shaped semiconductor layer 121 are formed (see FIG. 3B). (See FIG. 3C).

第1の島状半導体層120および第2の島状半導体層121は、実施の形態1(図1(B)参照)と同様の方法で作製することができるため、詳細な説明は省略する。また、レーザー光130の照射方法、第1の島状半導体層200の形成方法は、実施の形態1(図1(C)〜図1(E)参照)と同様に行うことができるため、詳細な説明は省略する。 Since the first island-shaped semiconductor layer 120 and the second island-shaped semiconductor layer 121 can be manufactured by a method similar to that in Embodiment 1 (see FIG. 1B), detailed description is omitted. Further, the irradiation method of the laser light 130 and the formation method of the first island-shaped semiconductor layer 200 can be performed in the same manner as in Embodiment Mode 1 (see FIGS. 1C to 1E); The detailed explanation is omitted.

次に、第1の島状半導体層200上および第2の島状半導体層121上にマスクを形成して選択的にエッチングすることで、第3の島状半導体層210および第4の島状半導体層220を形成する(図3(D)参照)。なお、第3の島状半導体層210および第4の島状半導体層220の形成方法は実施の形態1(図1(B)参照)と同様の方法で作製することができるため、詳細な説明は省略する。 Next, a mask is formed over the first island-shaped semiconductor layer 200 and the second island-shaped semiconductor layer 121 and selectively etched, so that the third island-shaped semiconductor layer 210 and the fourth island-shaped semiconductor layer are formed. A semiconductor layer 220 is formed (see FIG. 3D). Note that the third island-shaped semiconductor layer 210 and the fourth island-shaped semiconductor layer 220 can be formed by a method similar to that in Embodiment 1 (see FIG. 1B); Is omitted.

次に、第1の島状半導体層200、第3の島状半導体層210、および第4の島状半導体層220を覆うように絶縁層154を形成する(図3(E)参照)。ここでは、プラズマCVD法を用いて、酸化シリコン層を単層で形成することとする。絶縁層154は、酸化シリコン以外にも、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタルなどを含む層を、単層構造または積層構造で形成することができる。なお、絶縁層154はゲート絶縁層として機能する。 Next, an insulating layer 154 is formed so as to cover the first island-shaped semiconductor layer 200, the third island-shaped semiconductor layer 210, and the fourth island-shaped semiconductor layer 220 (see FIG. 3E). Here, a silicon oxide layer is formed as a single layer by a plasma CVD method. The insulating layer 154 can be formed using a single-layer structure or a stacked-layer structure including silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, hafnium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and the like in addition to silicon oxide. Note that the insulating layer 154 functions as a gate insulating layer.

プラズマCVD法以外の作製方法としては、スパッタリング法や、高密度プラズマ処理による酸化または窒化による方法が挙げられる。高密度プラズマ処理は、例えば、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガスと、酸素、酸化窒素、アンモニア、窒素、水素などガスの混合ガスを用いて行う。この場合、プラズマの励起をマイクロ波の導入により行うことで、低電子温度で高密度のプラズマを生成することができる。このような高密度のプラズマで生成された酸素ラジカル(OHラジカルを含む場合もある)や窒素ラジカル(NHラジカルを含む場合もある)によって、半導体層の表面を酸化または窒化することにより、1nm以上20nm以下、望ましくは2nm以上10nm以下の絶縁層を半導体層に接するように形成する。 As a manufacturing method other than the plasma CVD method, a sputtering method or a method using oxidation or nitridation by high-density plasma treatment can be given. The high-density plasma treatment is performed using a mixed gas of a rare gas such as helium, argon, krypton, or xenon and a gas such as oxygen, nitrogen oxide, ammonia, nitrogen, or hydrogen. In this case, high-density plasma can be generated at a low electron temperature by exciting the plasma by introducing a microwave. By oxidizing or nitriding the surface of the semiconductor layer with oxygen radicals (which may include OH radicals) or nitrogen radicals (which may include NH radicals) generated by such high-density plasma, 1 nm or more An insulating layer of 20 nm or less, preferably 2 nm or more and 10 nm or less is formed so as to be in contact with the semiconductor layer.

上述した高密度プラズマ処理による半導体層の酸化または窒化は固相反応であるため、絶縁層154と第1の島状半導体層200、第3の島状半導体層210、および第4の島状半導体層220との界面準位密度をきわめて低くすることができる。また、高密度プラズマ処理により第1の島状半導体層200、第3の島状半導体層210、および第4の島状半導体層220を直接酸化または窒化することで、形成される絶縁層の厚さのばらつきを抑えることができる。また、半導体層118が単結晶の場合は、高密度プラズマ処理を用いて半導体層の表面を固相反応で酸化させる場合であっても、均一性が良く、界面準位密度の低い絶縁層154を形成することができる。なお、高密度プラズマ処理により形成された絶縁層154は、特性のばらつきを抑制することができる。 Since the oxidation or nitridation of the semiconductor layer by the high-density plasma treatment described above is a solid-phase reaction, the insulating layer 154, the first island-shaped semiconductor layer 200, the third island-shaped semiconductor layer 210, and the fourth island-shaped semiconductor The interface state density with the layer 220 can be extremely low. The thickness of the insulating layer formed by directly oxidizing or nitriding the first island-shaped semiconductor layer 200, the third island-shaped semiconductor layer 210, and the fourth island-shaped semiconductor layer 220 by high-density plasma treatment Variations in thickness can be suppressed. In the case where the semiconductor layer 118 is a single crystal, the insulating layer 154 has good uniformity and low interface state density even when the surface of the semiconductor layer is oxidized by solid-phase reaction using high-density plasma treatment. Can be formed. Note that the insulating layer 154 formed by high-density plasma treatment can suppress variation in characteristics.

また、第1の島状半導体層200、第3の島状半導体層210、および第4の島状半導体層220を熱酸化させることで、絶縁層154を形成しても良い。熱酸化を用いる場合には、ある程度の耐熱性を有する基板を用いることが必要である。 Alternatively, the insulating layer 154 may be formed by thermally oxidizing the first island-shaped semiconductor layer 200, the third island-shaped semiconductor layer 210, and the fourth island-shaped semiconductor layer 220. When using thermal oxidation, it is necessary to use a substrate having a certain degree of heat resistance.

次に、絶縁層154上に導電層を形成し、該導電層を加工して、第3の島状半導体層上および第4の島状半導体層上にゲート電極375およびゲート電極374を形成する(図4(A)参照)。 Next, a conductive layer is formed over the insulating layer 154, and the conductive layer is processed, so that the gate electrode 375 and the gate electrode 374 are formed over the third island-shaped semiconductor layer and the fourth island-shaped semiconductor layer. (See FIG. 4A).

導電層の形成にはCVD法、スパッタリング法等を用いることができる。導電層は、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)等の材料を用いて形成することができる。また、上記金属を主成分とする合金材料を用いても良いし、上記金属を含む化合物を用いても良い。または、半導体に導電性を付与する不純物元素をドーピングした多結晶シリコンなど、半導体材料を用いて形成しても良い。 A CVD method, a sputtering method, or the like can be used for forming the conductive layer. The conductive layer is formed using a material such as tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), aluminum (Al), copper (Cu), chromium (Cr), or niobium (Nb). can do. Alternatively, an alloy material containing the above metal as a main component or a compound containing the above metal may be used. Alternatively, a semiconductor material such as polycrystalline silicon doped with an impurity element imparting conductivity to a semiconductor may be used.

本実施の形態では上記ゲート電極375およびゲート電極374を単層の導電層で形成しているが、本発明はこれに限定されない。ゲート電極375およびゲート電極374は、積層された複数の導電層で形成されていても良い。2層構造とする場合には、例えば、モリブデン、チタン、窒化チタン等の層を下層に用い、上層にはアルミニウムなどの層を用いればよい。3層構造の場合には、モリブデンとアルミニウムとモリブデンの積層構造や、チタンとアルミニウムとチタンの積層構造などを採用するとよい。 In this embodiment mode, the gate electrode 375 and the gate electrode 374 are formed using a single conductive layer; however, the present invention is not limited to this. The gate electrode 375 and the gate electrode 374 may be formed using a plurality of stacked conductive layers. In the case of a two-layer structure, for example, a layer such as molybdenum, titanium, or titanium nitride may be used as a lower layer, and a layer such as aluminum may be used as an upper layer. In the case of a three-layer structure, a stacked structure of molybdenum, aluminum, and molybdenum, a stacked structure of titanium, aluminum, and titanium may be employed.

導電層を加工する際に使用するマスクは、実施の形態1で示したマスク400と同様に作製することができるが、酸化シリコンや窒化酸化シリコン等の材料を用いて形成してもよい。この場合、酸化シリコンや窒化酸化シリコン等の層をパターニングしてマスクを形成する工程が加わるが、これらの材料を用いたマスクでは、レジスト材料を用いたマスクと比較してエッチング時における膜減りが少ないため、より正確な形状のゲート電極375およびゲート電極374を形成することができる。また、マスクを用いずに、液滴吐出法を用いて選択的にゲート電極375およびゲート電極374を形成しても良い。ここで、液滴吐出法とは、所定の組成物を含む液滴を吐出または噴出することで所定のパターンを形成する方法を意味し、インクジェット法などがその範疇に含まれる。 A mask used for processing the conductive layer can be manufactured in a manner similar to that of the mask 400 described in Embodiment 1, but may be formed using a material such as silicon oxide or silicon nitride oxide. In this case, a step of forming a mask by patterning a layer of silicon oxide, silicon nitride oxide, or the like is added. However, in the mask using these materials, the film thickness during etching is reduced as compared with the mask using a resist material. Therefore, the gate electrode 375 and the gate electrode 374 having more accurate shapes can be formed. Alternatively, the gate electrode 375 and the gate electrode 374 may be selectively formed by a droplet discharge method without using a mask. Here, the droplet discharge method means a method of forming a predetermined pattern by discharging or ejecting a droplet containing a predetermined composition, and includes an ink jet method or the like in its category.

また、導電層の加工には、例えば、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング条件(コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節し、所望のテーパー形状を有するようにゲート電極375およびゲート電極374を形成することもできる。また、テーパー形状は、マスクの形状によって制御することもできる。なお、エッチング用ガスとしては、塩素、塩化硼素、塩化珪素、四塩化炭素などの塩素系ガス、四弗化炭素、弗化硫黄、弗化窒素などのフッ素系ガス、または酸素などを適宜用いることができる。 The conductive layer is processed using, for example, an ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method, and etching conditions (amount of power applied to the coil-type electrode, power applied to the substrate-side electrode) The gate electrode 375 and the gate electrode 374 can be formed so as to have a desired tapered shape by appropriately adjusting the amount, the electrode temperature on the substrate side, and the like. The taper shape can also be controlled by the shape of the mask. As an etching gas, a chlorine-based gas such as chlorine, boron chloride, silicon chloride, or carbon tetrachloride, a fluorine-based gas such as carbon tetrafluoride, sulfur fluoride, or nitrogen fluoride, or oxygen is appropriately used. Can do.

次に、第1の島状半導体層200および第4の島状半導体層220を覆うようにマスク405およびマスク406を形成し、第3の島状半導体層210の一部に第1の導電型を付与する不純物元素を添加する。第1の導電型を付与する不純物元素を添加されたことによって、第3の島状半導体層210には、第1の導電型を示す半導体領域328および半導体領域329が形成される(図4(B)参照)。ゲート電極375はマスクの機能を果たすため、ゲート電極375の下部には第1の導電型を付与する不純物元素は添加されない。 Next, a mask 405 and a mask 406 are formed so as to cover the first island-shaped semiconductor layer 200 and the fourth island-shaped semiconductor layer 220, and the first conductivity type is formed in part of the third island-shaped semiconductor layer 210. An impurity element imparting is added. By adding the impurity element imparting the first conductivity type, a semiconductor region 328 and a semiconductor region 329 having the first conductivity type are formed in the third island-shaped semiconductor layer 210 (FIG. 4 ( B)). Since the gate electrode 375 functions as a mask, an impurity element imparting the first conductivity type is not added to the lower portion of the gate electrode 375.

第1の導電型を付与する不純物元素の添加は、例えば、リンやヒ素を添加することができる。本実施の形態では、第1の導電型を付与する不純物元素としてリンを用い、第1の導電型をn型として説明する。 As the addition of the impurity element imparting the first conductivity type, for example, phosphorus or arsenic can be added. In this embodiment, phosphorus is used as the impurity element imparting the first conductivity type, and the first conductivity type is described as n-type.

第1の導電型を付与する不純物元素の添加後は、マスク405およびマスク406を除去する。 After the impurity element imparting the first conductivity type is added, the mask 405 and the mask 406 are removed.

次に、第1の島状半導体層200の一部および第3の島状半導体層210を覆うようにマスク407およびマスク408を形成し、第2の導電型を付与する不純物元素を添加する。第2の導電型を付与する不純物元素が添加されたことによって、第1の島状半導体層200の一部には、第2の導電型を示す半導体領域158が形成され、第4の島状半導体層220には、第2の導電型を示すソース領域333およびドレイン領域334が形成される(図4(C)参照)。ゲート電極374はマスクの機能を果たすため、ゲート電極374の下部には第2の導電型を付与する不純物元素は添加されない。 Next, a mask 407 and a mask 408 are formed so as to cover part of the first island-shaped semiconductor layer 200 and the third island-shaped semiconductor layer 210, and an impurity element imparting the second conductivity type is added. By adding the impurity element imparting the second conductivity type, a semiconductor region 158 having the second conductivity type is formed in part of the first island-shaped semiconductor layer 200, and the fourth island-shape is formed. A source region 333 and a drain region 334 having a second conductivity type are formed in the semiconductor layer 220 (see FIG. 4C). Since the gate electrode 374 functions as a mask, an impurity element imparting the second conductivity type is not added to the lower portion of the gate electrode 374.

第2の導電型を付与する不純物元素の添加は、例えば、ボロンを添加することができる。本実施の形態では、第2の導電型を付与する不純物元素としてボロンを用い、第2の導電型をp型として説明する。 As the addition of the impurity element imparting the second conductivity type, for example, boron can be added. In this embodiment mode, description is made on the assumption that boron is used as the impurity element imparting the second conductivity type, and the second conductivity type is p-type.

第2の導電型を付与する不純物元素の添加後は、マスク407およびマスク408を除去する。 After the impurity element imparting the second conductivity type is added, the mask 407 and the mask 408 are removed.

次に、第1の島状半導体層200の一部、第3の島状半導体層210の一部、および第4の島状半導体層220を覆うようにマスク409、マスク410、およびマスク411を形成し、第1の導電型を付与する不純物元素を添加する。ただし、ここでは、先に添加した第1の導電型を付与する不純物元素より高濃度で添加する。第1の導電型を付与する不純物元素が添加されたことによって、第1の島状半導体層200の一部には、第1の導電型を示す半導体領域162が形成され、第3の島状半導体層210には第1の導電型を示すソース領域323およびドレイン領域324が形成される。また、第3の島状半導体層210には、マスク410で覆われたソース領域323およびドレイン領域324にLDD領域500およびLDD領域510が形成され、その間にチャネル形成領域322が形成される(図4(D)参照)。 Next, a mask 409, a mask 410, and a mask 411 are formed so as to cover a part of the first island-shaped semiconductor layer 200, a part of the third island-shaped semiconductor layer 210, and the fourth island-shaped semiconductor layer 220. An impurity element which is formed and imparts the first conductivity type is added. However, here, it is added at a higher concentration than the impurity element imparting the first conductivity type added earlier. By adding the impurity element imparting the first conductivity type, a semiconductor region 162 having the first conductivity type is formed in part of the first island-shaped semiconductor layer 200, and the third island-shape is formed. A source region 323 and a drain region 324 having the first conductivity type are formed in the semiconductor layer 210. In the third island-shaped semiconductor layer 210, an LDD region 500 and an LDD region 510 are formed in a source region 323 and a drain region 324 covered with a mask 410, and a channel formation region 322 is formed therebetween (FIG. 4 (D)).

また、マスク407およびマスク409によって形成された不純物が添加されていない半導体領域164の長さは、0.1μm〜20μmに形成できる。例えば、3μm〜10μmが好ましい。しかし、マスク407およびマスク409の加工精度が許せば、0.1μm以下に形成することも可能である。 In addition, the length of the semiconductor region 164 to which the impurity is not added which is formed by the mask 407 and the mask 409 can be 0.1 μm to 20 μm. For example, 3 μm to 10 μm is preferable. However, if the processing accuracy of the mask 407 and the mask 409 permits, it can be formed to 0.1 μm or less.

第1の導電型を付与する不純物元素の添加後は、マスク409、マスク410、およびマスク411を除去する。 After the addition of the impurity element imparting the first conductivity type, the mask 409, the mask 410, and the mask 411 are removed.

次に、絶縁層154、ゲート電極375、およびゲート電極374を覆うように層間絶縁層166を形成する(図5(A)参照)。層間絶縁層166には、例えば、酸化シリコン、BPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)等の無機材料でなる絶縁層や、ポリイミド、アクリル等の有機樹脂等の層を用いることができる。また、層間絶縁層166は単層構造または積層構造で形成することができる。 Next, an interlayer insulating layer 166 is formed so as to cover the insulating layer 154, the gate electrode 375, and the gate electrode 374 (see FIG. 5A). For the interlayer insulating layer 166, for example, an insulating layer made of an inorganic material such as silicon oxide or BPSG (Boron Phosphorus Silicon Glass), or a layer of organic resin such as polyimide or acrylic can be used. The interlayer insulating layer 166 can be formed with a single-layer structure or a stacked structure.

次に、第1の島状半導体層200、第3の島状半導体層210、および第4の島状半導体層220の一部が露出するように、絶縁層154および層間絶縁層166にコンタクトホールを形成する。第1の島状半導体層200にはコンタクトホール170およびコンタクトホール168を形成し、第3の島状半導体層210にはコンタクトホール368およびコンタクトホール370を形成し、第4の島状半導体層220にはコンタクトホール371およびコンタクトホール372を形成する(図5(B)参照)。 Next, contact holes are formed in the insulating layer 154 and the interlayer insulating layer 166 so that parts of the first island-shaped semiconductor layer 200, the third island-shaped semiconductor layer 210, and the fourth island-shaped semiconductor layer 220 are exposed. Form. A contact hole 170 and a contact hole 168 are formed in the first island-shaped semiconductor layer 200, a contact hole 368 and a contact hole 370 are formed in the third island-shaped semiconductor layer 210, and a fourth island-shaped semiconductor layer 220 is formed. A contact hole 371 and a contact hole 372 are formed (see FIG. 5B).

次に、コンタクトホールを介して、第1の島状半導体層200、第3の島状半導体層210、および第4の島状半導体層220に接する導電層を形成し、該導電層を選択的にエッチングすることで、第1の島状半導体層200には電極174および電極172を形成し、第3の島状半導体層210には電極376および電極377を形成し、第4の島状半導体層220には電極378および電極379を形成する(図5(C)参照)。導電層は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の低抵抗金属層をバリアメタル層で挟んだ3層構造の導電層で形成することができる。バリアメタル層としては、モリブデン、クロム、チタン等を用いることができる。 Next, conductive layers in contact with the first island-shaped semiconductor layer 200, the third island-shaped semiconductor layer 210, and the fourth island-shaped semiconductor layer 220 are formed through the contact holes, and the conductive layers are selectively formed. Are etched to form an electrode 174 and an electrode 172 on the first island-shaped semiconductor layer 200, an electrode 376 and an electrode 377 are formed on the third island-shaped semiconductor layer 210, and a fourth island-shaped semiconductor is formed. An electrode 378 and an electrode 379 are formed on the layer 220 (see FIG. 5C). The conductive layer can be formed of a conductive layer having a three-layer structure in which a low-resistance metal layer such as aluminum or an aluminum alloy is sandwiched between barrier metal layers. As the barrier metal layer, molybdenum, chromium, titanium, or the like can be used.

以上より、第1の島状半導体層200から第1の導電型を示す半導体領域162、第2の導電型を示す半導体領域158、および半導体領域164を有する光電変換素子180を作製することができ、第3の島状半導体層210から第1の導電型を示すソース領域323、ドレイン領域324、LDD領域500、LDD領域510、チャネル形成領域322を有するn型トランジスタ380を作製することができ、第4の島状半導体層220から第2の導電型を示すソース領域333、ドレイン領域334、およびチャネル形成領域332を有するp型トランジスタ385を作製することができる。 As described above, the photoelectric conversion element 180 including the semiconductor region 162 having the first conductivity type, the semiconductor region 158 having the second conductivity type, and the semiconductor region 164 can be manufactured from the first island-shaped semiconductor layer 200. From the third island-shaped semiconductor layer 210, an n-type transistor 380 including a source region 323, a drain region 324, an LDD region 500, an LDD region 510, and a channel formation region 322 showing the first conductivity type can be manufactured. A p-type transistor 385 including a source region 333, a drain region 334, and a channel formation region 332 each having a second conductivity type can be manufactured from the fourth island-shaped semiconductor layer 220.

本実施の形態では、光電変換素子とトランジスタの不純物添加工程を同時に行っている。しかし、光電変換素子に添加するドーズ量を多くすることで、第1の島状半導体層200の損傷が大きくなってしまうため、欠陥に起因するキャリアトラップが生じてしまう。一方、ドーズ量を少なくすることで、第1の島状半導体層200の損傷は小さく、欠陥に起因する電流が生じないため、暗電流を低く抑えることができる傾向にある。そのため、光電変換素子に添加するドーズ量は少ない方が好ましい。しかし、トランジスタは、ドーズ量を大きくして抵抗を低くしたほうが良い。よって、要求される特性などに応じて光電変換素子とトランジスタの不純物添加工程を分けてもよい。 In this embodiment mode, the step of adding impurities to the photoelectric conversion element and the transistor is performed at the same time. However, increasing the dose added to the photoelectric conversion element increases the damage to the first island-shaped semiconductor layer 200, so that carrier traps are generated due to defects. On the other hand, by reducing the dose, the damage to the first island-shaped semiconductor layer 200 is small, and no current due to defects is generated, so that the dark current tends to be kept low. Therefore, it is preferable that the dose added to the photoelectric conversion element is small. However, it is better to increase the dose and lower the resistance of the transistor. Thus, the impurity addition process of the photoelectric conversion element and the transistor may be divided according to required characteristics.

本実施の形態では、光電変換素子180、n型トランジスタ380、およびp型トランジスタ385を作製する際に、実施の形態1に示した半導体薄膜基板の作製方法を用いている。上記半導体薄膜基板の作製工程により、一層の半導体層118から、簡易に厚膜の半導体層および薄膜の半導体層を作製することができる。そのため、厚膜の半導体層を用いて光電変換素子を作製し、薄膜の半導体層を用いてトランジスタを作製することで、個々の特性を最大限に活かすことができる。 In this embodiment mode, when manufacturing the photoelectric conversion element 180, the n-type transistor 380, and the p-type transistor 385, the method for manufacturing a semiconductor thin film substrate described in Embodiment Mode 1 is used. Through the manufacturing process of the semiconductor thin film substrate, a thick semiconductor layer and a thin semiconductor layer can be easily manufactured from one semiconductor layer 118. Therefore, individual characteristics can be maximized by manufacturing a photoelectric conversion element using a thick semiconductor layer and manufacturing a transistor using a thin semiconductor layer.

具体的には、厚膜の半導体層を用いて光電変換素子を作製することにより、光電変換効率が向上する。これにより、光センサとして用いた場合、光センサとしての感度が向上する。また、光センサの感度が向上するため、光センサの微細化が可能となる。また、光センサの応答性が向上し、例えばタッチパネルに用いた場合には、タッチパネルの応答速度が向上して操作性が向上する。また、単結晶半導体層を用いることにより、光電変換効率が向上する。 Specifically, photoelectric conversion efficiency is improved by manufacturing a photoelectric conversion element using a thick semiconductor layer. Thereby, when it uses as an optical sensor, the sensitivity as an optical sensor improves. In addition, since the sensitivity of the photosensor is improved, the photosensor can be miniaturized. In addition, the response of the optical sensor is improved. For example, when used for a touch panel, the response speed of the touch panel is improved and the operability is improved. In addition, the use of a single crystal semiconductor layer improves photoelectric conversion efficiency.

また、薄膜の半導体層を用いてトランジスタを作製することにより、トランジスタのオフ時のリーク電流を低減することができる。また、チャネル長が短い短チャネルデバイスにおいて、短チャネル効果を抑制することができる。また、完全空乏型での動作も可能となる。また、ドレイン耐圧も向上する。また、単結晶半導体層を用いることにより、トランジスタの電気特性を向上させることができる。 In addition, when a transistor is manufactured using a thin semiconductor layer, leakage current when the transistor is off can be reduced. Further, the short channel effect can be suppressed in a short channel device having a short channel length. In addition, a fully depleted operation is possible. Also, the drain breakdown voltage is improved. In addition, by using a single crystal semiconductor layer, electrical characteristics of the transistor can be improved.

このように、厚膜の半導体層および薄膜の半導体層が形成された半導体装置において、厚膜の半導体層を用いて光電変換素子180を形成、薄膜の半導体層を用いてn型トランジスタ380およびp型トランジスタ385を形成することにより、光電変換素子180、n型トランジスタ380、およびp型トランジスタ385を同じ膜厚で形成する場合に比べて、光電変換素子180の光電変換効率を向上させつつ、n型トランジスタ380およびp型トランジスタ385のオフ時のリーク電流を低減することができる。 As described above, in the semiconductor device in which the thick semiconductor layer and the thin semiconductor layer are formed, the photoelectric conversion element 180 is formed using the thick semiconductor layer, and the n-type transistor 380 and the p-type transistor are formed using the thin semiconductor layer. By forming the type transistor 385, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element 180 is improved while the photoelectric conversion element 180, the n-type transistor 380, and the p-type transistor 385 are formed with the same film thickness. Leakage current when the type transistor 380 and the p-type transistor 385 are off can be reduced.

なお、基板100として、例えばガラス等の光透過性を有する基板を用いた場合、基板100側から光を入射させる構成とすることが可能である。この場合には、電極(または配線)側から光を入射させる場合と比較して、素子レイアウトの自由度が向上する。このように、基板100が光透過性を有することにより、光透過性を有しない場合と比較して、集積化が容易になるというメリットもある。 Note that in the case where a light-transmitting substrate such as glass is used as the substrate 100, a structure in which light is incident from the substrate 100 side can be employed. In this case, the degree of freedom in element layout is improved as compared with the case where light is incident from the electrode (or wiring) side. As described above, since the substrate 100 has light transmittance, there is an advantage that integration is facilitated as compared with a case where the substrate 100 does not have light transmittance.

なお、本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。 Note that this embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.

(実施の形態3)
本実施の形態では、半導体薄膜基板の作製方法の別の一例を用いて半導体装置を作製する場合について説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, the case where a semiconductor device is manufactured using another example of a method for manufacturing a semiconductor thin film substrate will be described.

まず、半導体薄膜基板の作製方法について、図6を用いて説明する。 First, a method for manufacturing a semiconductor thin film substrate will be described with reference to FIGS.

まず、基板100を用意する(図6(A)参照)。基板100は実施の形態1で示した基板を適用することができるため、詳細な説明は省略する。 First, the substrate 100 is prepared (see FIG. 6A). Since the substrate described in Embodiment Mode 1 can be applied to the substrate 100, detailed description is omitted.

次に、半導体基板110を用意する(図6(B−1)参照)。半導体基板110は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウムなどの第14属元素でなる単結晶半導体基板を用いることができる。また、ガリウムヒ素やインジウムリン等の化合物半導体基板を用いることもできる。なお、本実施の形態では、半導体基板110については、単結晶シリコン基板を用いて説明する。 Next, the semiconductor substrate 110 is prepared (see FIG. 6B-1). As the semiconductor substrate 110, for example, a single crystal semiconductor substrate made of a Group 14 element such as silicon, germanium, or silicon germanium can be used. A compound semiconductor substrate such as gallium arsenide or indium phosphide can also be used. Note that in this embodiment, the semiconductor substrate 110 is described using a single crystal silicon substrate.

また、半導体基板110のサイズに制限は無いが、例えば、直径が8インチ(200mm)、12インチ(300mm)、18インチ(450mm)といったサイズの半導体基板を用いることができる。また、円形の半導体基板を、矩形に加工して用いても良い。また、半導体基板110は、CZ法(チョクラルスキー)やFZ(フローティングゾーン)法を用いて作製することができる。 The size of the semiconductor substrate 110 is not limited. For example, a semiconductor substrate having a diameter of 8 inches (200 mm), 12 inches (300 mm), or 18 inches (450 mm) can be used. Further, a circular semiconductor substrate may be processed into a rectangular shape. Further, the semiconductor substrate 110 can be manufactured using a CZ method (Czochralski) or an FZ (floating zone) method.

次に、半導体基板110に絶縁層114を形成する(図6(B−2)参照)。 Next, the insulating layer 114 is formed over the semiconductor substrate 110 (see FIG. 6B-2).

絶縁層114は、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の材料を用いることができる。これらの膜は、熱酸化法、CVD法又はスパッタリング法等を用いて形成することができる。また、CVD法を用いて絶縁層114を形成する場合には、テトラエトキシシラン(略称;TEOS:化学式Si(OC)等の有機シランを用いて作製される酸化シリコン層を絶縁層114に用いることが生産性の点から好ましい。 The insulating layer 114 can be formed using a material such as silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride, or silicon nitride oxide, for example. These films can be formed using a thermal oxidation method, a CVD method, a sputtering method, or the like. In the case where the insulating layer 114 is formed by a CVD method, a silicon oxide layer formed using an organic silane such as tetraethoxysilane (abbreviation: TEOS: chemical formula Si (OC 2 H 5 ) 4 ) is insulated. The layer 114 is preferably used from the viewpoint of productivity.

本実施の形態では、半導体基板110に熱酸化処理を行うことにより絶縁層114(ここでは、酸化シリコン層)を形成する。熱酸化処理は、酸化性雰囲気中にハロゲンを添加して行うことが好ましい。例えば、塩素(Cl)が添加された酸化性雰囲気中で半導体基板110に熱酸化処理を行うことによりHCl酸化された絶縁層114を形成する。従って、絶縁層114は、塩素原子を含有した層となる。 In this embodiment, the insulating layer 114 (here, a silicon oxide layer) is formed by performing thermal oxidation treatment on the semiconductor substrate 110. The thermal oxidation treatment is preferably performed by adding halogen in an oxidizing atmosphere. For example, the semiconductor substrate 110 is subjected to thermal oxidation treatment in an oxidizing atmosphere to which chlorine (Cl) is added, so that the insulating layer 114 that is oxidized with HCl is formed. Therefore, the insulating layer 114 is a layer containing chlorine atoms.

絶縁層114中に含有された塩素原子は、絶縁層114に歪みを形成する。その結果、絶縁層114の水に対する吸収割合が向上し、水の拡散速度が増大する。つまり、絶縁層114表面に水が存在する場合に、当該表面に存在する水を絶縁層114中に素早く吸収させ、拡散させることができるため、水の存在による貼り合わせ不良を低減することができる。 Chlorine atoms contained in the insulating layer 114 cause distortion in the insulating layer 114. As a result, the water absorption rate of the insulating layer 114 is improved, and the water diffusion rate is increased. That is, when water is present on the surface of the insulating layer 114, water present on the surface can be quickly absorbed and diffused into the insulating layer 114, so that poor bonding due to the presence of water can be reduced. .

また、絶縁層114に塩素原子を含有させることによって、外因性の不純物である重金属(例えば、Fe、Cr、Ni、Mo等)を捕集して半導体基板110が汚染されることを防止できる。また、基板100と貼り合わせた後に、基板100からのナトリウム(Na)等の不純物を固定して、半導体基板110が汚染されることを防止できる。 In addition, by including chlorine atoms in the insulating layer 114, it is possible to prevent the semiconductor substrate 110 from being contaminated by collecting heavy metals (for example, Fe, Cr, Ni, Mo, and the like) that are extrinsic impurities. Further, after bonding to the substrate 100, impurities such as sodium (Na) from the substrate 100 can be fixed to prevent the semiconductor substrate 110 from being contaminated.

なお、絶縁層114に含有させるハロゲン原子は塩素原子に限られない。絶縁層114にはフッ素原子を含有させてもよい。例えば、半導体基板110表面をフッ素酸化する方法を用いることが可能である。フッ素酸化としては、HF溶液に浸漬させた後に酸化性雰囲気中で熱酸化処理を行う方法や、NFを酸化性雰囲気に添加して熱酸化処理を行う方法などがある。 Note that the halogen atoms contained in the insulating layer 114 are not limited to chlorine atoms. The insulating layer 114 may contain fluorine atoms. For example, a method of oxidizing the surface of the semiconductor substrate 110 with fluorine can be used. Fluorine oxidation includes a method of performing thermal oxidation treatment in an oxidizing atmosphere after being immersed in an HF solution, and a method of performing thermal oxidation treatment by adding NF 3 to the oxidizing atmosphere.

なお、本実施の形態においては絶縁層114を単層構造としているが、積層構造としても良い。また、貼り合わせに際して特に問題がない場合など、絶縁層114を設ける必要がない場合には、絶縁層114を設けない構成としても良い。 Note that although the insulating layer 114 has a single-layer structure in this embodiment, a stacked structure may be employed. Further, when there is no need to provide the insulating layer 114, for example, when there is no particular problem in the bonding, the insulating layer 114 may not be provided.

次に、半導体基板110にイオンを照射することにより、脆化領域112を形成する(図6(B−3)参照)。より具体的には、例えば、電界で加速されたイオンからなるイオンビームを照射して、半導体基板110の表面から所定の深さの領域に脆化領域112を形成する。脆化領域112が形成される深さは、イオンビームの加速エネルギーやイオンビームの入射角によって制御される。つまり、脆化領域112は、イオンの平均侵入深さと同程度の深さの領域に形成されることになる。ここで、脆化領域112が形成される深さは、半導体基板110の全面において均一であることが望ましい。なお、イオンの照射前には、半導体基板110の表面を洗浄しておくことが望ましい。 Next, the semiconductor substrate 110 is irradiated with ions, whereby the embrittled region 112 is formed (see FIG. 6B-3). More specifically, for example, an ion beam made of ions accelerated by an electric field is irradiated to form the embrittled region 112 in a region having a predetermined depth from the surface of the semiconductor substrate 110. The depth at which the embrittlement region 112 is formed is controlled by the acceleration energy of the ion beam and the incident angle of the ion beam. That is, the embrittlement region 112 is formed in a region having a depth that is approximately the same as the average penetration depth of ions. Here, the depth at which the embrittled region 112 is formed is desirably uniform over the entire surface of the semiconductor substrate 110. Note that the surface of the semiconductor substrate 110 is preferably cleaned before ion irradiation.

また、上述の脆化領域112が形成される深さにより、半導体基板110から分離される半導体層の厚さが決定される。脆化領域112が形成される深さは、半導体基板110の表面から50nm以上1μm以下であり、好ましくは50nm以上300nm以下である。 Further, the thickness of the semiconductor layer separated from the semiconductor substrate 110 is determined by the depth at which the embrittled region 112 is formed. The depth at which the embrittled region 112 is formed is 50 nm or more and 1 μm or less, preferably 50 nm or more and 300 nm or less from the surface of the semiconductor substrate 110.

イオンを半導体基板110に照射する際には、イオン注入装置またはイオンドーピング装置を用いることができる。イオン注入装置は、ソースガスを励起してイオン種を生成し、生成されたイオン種を質量分離して、所定の質量を有するイオン種を被処理物に照射する。イオンドーピング装置は、プロセスガスを励起してイオン種を生成し、生成されたイオン種を質量分離せずに被処理物に照射する。なお、質量分離装置を備えているイオンドーピング装置では、イオン注入装置と同様に、質量分離を伴うイオンの照射を行うこともできる。 When the semiconductor substrate 110 is irradiated with ions, an ion implantation apparatus or an ion doping apparatus can be used. The ion implantation apparatus excites a source gas to generate ion species, mass-separates the generated ion species, and irradiates an object with an ion species having a predetermined mass. The ion doping apparatus excites a process gas to generate ion species, and irradiates the object to be processed without mass separation of the generated ion species. Note that an ion doping apparatus including a mass separation apparatus can perform ion irradiation with mass separation in the same manner as the ion implantation apparatus.

イオンドーピング装置を用いる場合の脆化領域112の形成工程は、例えば、以下の条件で行うことができる。
・加速電圧 10kV以上100kV以下(好ましくは30kV以上80kV以下)
・ドーズ量 1×1016/cm以上4×1016/cm以下
・ビーム電流密度 2μA/cm以上(好ましくは5μA/cm以上、より好ましくは10μA/cm以上)
The step of forming the embrittlement region 112 when using the ion doping apparatus can be performed under the following conditions, for example.
・ Acceleration voltage: 10 kV to 100 kV (preferably 30 kV to 80 kV)
Dose amount 1 × 10 16 / cm 2 or more and 4 × 10 16 / cm 2 or less ・ Beam current density 2 μA / cm 2 or more (preferably 5 μA / cm 2 or more, more preferably 10 μA / cm 2 or more)

また、イオンドーピング装置を用いる場合、ソースガスとして水素を含むガスを用いることができる。該ガスを用いることによりイオン種としてH、H 、H を生成することができる。水素ガスをソースガスとして用いる場合には、H を多く照射することが好ましい。具体的には、イオンビームに、H、H 、H の総量に対してH イオンが70%以上含まれるようにすることが好ましい。また、H イオンの割合を80%以上とすることがより好ましい。このようにH の割合を高めておくことで、脆化領域112に1×1020atoms/cm以上の濃度で水素を含ませることが可能である。これにより、脆化領域112における分離が容易になる。また、H イオンを多く照射することで、H、H を照射する場合より短時間で脆化領域112を形成することができる。また、H を用いることで、イオンの平均侵入深さを浅くすることができるため、脆化領域112を浅い領域に形成することが可能になる。 In the case of using an ion doping apparatus, a gas containing hydrogen can be used as a source gas. By using the gas, H + , H 2 + , and H 3 + can be generated as ionic species. When hydrogen gas is used as a source gas, it is preferable to irradiate a large amount of H 3 + . Specifically, it is preferable that 70% or more of H 3 + ions are included in the ion beam with respect to the total amount of H + , H 2 + , and H 3 + . Moreover, it is more preferable that the ratio of H 3 + ions is 80% or more. By increasing the ratio of H 3 + in this way, hydrogen can be contained in the embrittlement region 112 at a concentration of 1 × 10 20 atoms / cm 3 or more. This facilitates separation in the embrittled region 112. Further, by irradiating a large amount of H 3 + ions, the embrittled region 112 can be formed in a shorter time than in the case of irradiation with H + and H 2 + . In addition, by using H 3 + , the average penetration depth of ions can be reduced, so that the embrittled region 112 can be formed in a shallow region.

イオン注入装置を用いる場合には、質量分離により、H イオンが照射されるようにすることが好ましい。もちろん、HやH を照射してもよい。ただし、イオン注入装置を用いる場合には、イオン種を選択して照射するため、イオンドーピング装置を用いる場合と比較して、イオン照射の効率が低下する場合がある。 When using an ion implantation apparatus, it is preferable to irradiate H 3 + ions by mass separation. Of course, H + or H 2 + may be irradiated. However, when an ion implantation apparatus is used, since ion species are selected and irradiated, the efficiency of ion irradiation may be reduced as compared with the case where an ion doping apparatus is used.

イオン照射工程のソースガスには水素を含むガスの他に、ヘリウムやアルゴンなどの希ガス、フッ素ガスや塩素ガスに代表されるハロゲンガス、フッ素化合物ガス(例えば、BF)などのハロゲン化合物ガスから選ばれた一種または複数種類のガスを用いることができる。ソースガスにヘリウムを用いる場合は、質量分離を行わないことで、Heイオンの割合が高いイオンビームを作り出すことができる。このようなイオンビームを用いることで、脆化領域112を効率よく形成することができる。 As a source gas in the ion irradiation process, in addition to a gas containing hydrogen, a rare gas such as helium or argon, a halogen gas typified by fluorine gas or chlorine gas, or a halogen compound gas such as fluorine compound gas (for example, BF 3 ) One or more kinds of gases selected from the above can be used. When helium is used as the source gas, an ion beam having a high ratio of He + ions can be generated by not performing mass separation. By using such an ion beam, the embrittled region 112 can be formed efficiently.

また、イオンの照射を複数回に分けて行うことで、脆化領域112を形成することもできる。この場合、ソースガスを異ならせてイオン照射を行っても良いし、同じソースガスを用いてもよい。例えば、ソースガスとして希ガスを用いてイオン照射を行った後、水素を含むガスをソースガスとして用いてイオン照射を行うことができる。また、はじめにハロゲンガスまたはハロゲン化合物ガスを用いてイオン照射を行い、次に、水素を含むガスを用いてイオン照射を行うこともできる。 Further, the embrittlement region 112 can be formed by performing ion irradiation in a plurality of times. In this case, ion irradiation may be performed with different source gases, or the same source gas may be used. For example, after ion irradiation is performed using a rare gas as a source gas, ion irradiation can be performed using a gas containing hydrogen as a source gas. Alternatively, ion irradiation can be performed first using a halogen gas or a halogen compound gas, and then ion irradiation can be performed using a gas containing hydrogen.

次に、基板100と半導体基板110を貼り合わせる(図6(C)参照)。具体的には、絶縁層114を介して基板100と半導体基板110を貼り合わせる。基板100の表面と絶縁層114の表面とを接触させた後、加圧処理を施すことで、基板100と絶縁層114の接合が生じ、当該部分を始点として自発的な接合が全面におよぶ。なお、貼り合わせのメカニズムとしては、ファン・デル・ワールス力が関与するメカニズムや、水素結合が関与するメカニズムなどが考えられている。 Next, the substrate 100 and the semiconductor substrate 110 are attached to each other (see FIG. 6C). Specifically, the substrate 100 and the semiconductor substrate 110 are attached to each other with the insulating layer 114 interposed therebetween. By bringing the surface of the substrate 100 and the surface of the insulating layer 114 into contact with each other and then applying a pressure treatment, the substrate 100 and the insulating layer 114 are bonded to each other, and the spontaneous bonding extends over the entire surface starting from the portion. As a bonding mechanism, a mechanism involving Van der Waals force, a mechanism involving hydrogen bonding, and the like are considered.

なお、半導体基板110と基板100とを貼り合わせる前に、半導体基板110上に形成された絶縁層114および基板100の少なくとも一方に表面処理を行うことにより、親水基の増加、平坦性の向上などが実現される。その結果、半導体基板110と基板100との接合強度を高めることができる。 Note that before the semiconductor substrate 110 and the substrate 100 are bonded to each other, surface treatment is performed on at least one of the insulating layer 114 and the substrate 100 formed over the semiconductor substrate 110, thereby increasing hydrophilic groups and improving flatness. Is realized. As a result, the bonding strength between the semiconductor substrate 110 and the substrate 100 can be increased.

表面処理としては、ウェットエッチング処理、ドライエッチング処理、またはウェットエッチング処理およびドライエッチング処理の組み合わせが挙げられる。また、異なるウェットエッチング処理を組み合わせる、または異なるドライエッチング処理を組み合わせて行うことができる。 Examples of the surface treatment include wet etching treatment, dry etching treatment, or a combination of wet etching treatment and dry etching treatment. Further, different wet etching processes can be combined, or different dry etching processes can be combined.

ウェットエッチング処理としては、オゾン水を用いたオゾン処理(オゾン水洗浄)、メガソニック洗浄、または2流体洗浄(純水や水素添加水等の機能水を窒素等のキャリアガスとともに吹き付ける方法)などが挙げられる。ドライエッチング処理としては、紫外線処理、オゾン処理、プラズマ処理、バイアス印加プラズマ処理、またはラジカル処理などが挙げられる。被処理体(半導体基板、半導体基板上に形成された絶縁層、基板または基板上に形成された絶縁層)に対し、上記のような表面処理を行うことで、被処理体表面の親水性および清浄性を高める効果を奏する。その結果、基板同士の接合強度を向上させることができる。 Examples of wet etching processes include ozone treatment using ozone water (ozone water cleaning), megasonic cleaning, or two-fluid cleaning (a method of spraying functional water such as pure water or hydrogenated water together with a carrier gas such as nitrogen). Can be mentioned. Examples of the dry etching treatment include ultraviolet treatment, ozone treatment, plasma treatment, bias application plasma treatment, radical treatment, and the like. By subjecting the object to be processed (semiconductor substrate, insulating layer formed on the semiconductor substrate, substrate or insulating layer formed on the substrate) to the surface treatment as described above, the hydrophilicity of the surface of the object to be processed and There is an effect of improving cleanliness. As a result, the bonding strength between the substrates can be improved.

ウェットエッチング処理は、被処理体表面に付着するマクロなゴミなどの除去に効果的である。ドライエッチング処理は、被処理体表面に付着する有機物などミクロなゴミの除去または分解に効果的である。ここで、被処理体に対し、紫外線処理などのドライエッチング処理を行った後、洗浄などのウェットエッチング処理を行うことで、被処理体表面を清浄化および親水化し、さらに被処理体表面のウォーターマークの発生を抑制できるため、好ましい。 The wet etching process is effective for removing macro dust adhering to the surface of the object to be processed. The dry etching process is effective for removing or decomposing micro dust such as organic substances adhering to the surface of the object to be processed. Here, the surface of the object to be treated is cleaned and hydrophilized by performing a dry etching process such as an ultraviolet ray treatment on the object to be treated, and then performing a wet etching process such as washing, thereby further improving the water on the surface of the object to be treated. Since generation | occurrence | production of a mark can be suppressed, it is preferable.

または一重項酸素などの活性状態にある酸素を用いた表面処理を行うことが好ましい。オゾンまたは一重項酸素などの活性状態にある酸素により、被処理体表面に付着する有機物を効果的に除去または分解することができる。また、オゾンまたは一重項酸素などの活性状態にある酸素に、紫外線のうち200nm未満の波長を含む光による処理を組み合わせることで、被処理体表面に付着する有機物をさらに効果的に除去することができる。以下、具体的に説明する。 Alternatively, surface treatment using oxygen in an active state such as singlet oxygen is preferably performed. Organic substances attached to the surface of the object to be processed can be effectively removed or decomposed by oxygen in an active state such as ozone or singlet oxygen. In addition, by combining oxygen in an active state such as ozone or singlet oxygen with treatment with light having a wavelength of less than 200 nm among ultraviolet rays, organic substances attached to the surface of the object to be processed can be more effectively removed. it can. This will be specifically described below.

例えば、酸素を含む雰囲気下で紫外線を照射することにより、被処理体の表面処理を行う。酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち200nm未満の波長を含む光と200nm以上の波長を含む光を照射することにより、オゾンを生成させるとともに一重項酸素を生成させることができる。また、紫外線のうち180nm未満の波長を含む光を照射することにより、オゾンを生成させるとともに一重項酸素を生成させることもできる。 For example, the surface treatment of the object to be processed is performed by irradiating ultraviolet rays in an atmosphere containing oxygen. In an atmosphere containing oxygen, irradiation with light having a wavelength of less than 200 nm and light having a wavelength of 200 nm or more of ultraviolet rays can generate ozone and singlet oxygen. Further, by irradiating light including a wavelength of less than 180 nm among ultraviolet rays, ozone can be generated and singlet oxygen can be generated.

酸素を含む雰囲気下で、200nm未満の波長を含む光および200nm以上の波長を含む光を照射することにより起きる反応例を示す。
+hν(λnm)→O(P)+O(P) (1)
O(P)+O→O (2)
+hν(λnm)→O(D)+O (3)
An example of a reaction that occurs by irradiation with light having a wavelength of less than 200 nm and light having a wavelength of 200 nm or more in an atmosphere containing oxygen is shown.
O 2 + hν (λ 1 nm) → O ( 3 P) + O ( 3 P) (1)
O ( 3 P) + O 2 → O 3 (2)
O 3 + hν (λ 2 nm) → O ( 1 D) + O 2 (3)

上記反応式(1)において、酸素(O)を含む雰囲気下で200nm未満の波長(λnm)を含む光(hν)を照射することにより基底状態の酸素原子(O(P))が生成する。次に、反応式(2)において、基底状態の酸素原子(O(P))と酸素(O)とが反応してオゾン(O)が生成する。そして、反応式(3)において、生成されたオゾン(O)を含む雰囲気下で200nm以上の波長(λnm)を含む光が照射されることにより、励起状態の一重項酸素O(D)が生成される。酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち200nm未満の波長を含む光を照射することによりオゾンを生成させるとともに、200nm以上の波長を含む光を照射することによりオゾンを分解して一重項酸素を生成する。上記のような表面処理は、例えば、酸素を含む雰囲気下での低圧水銀ランプの照射(λ=185nm、λ=254nm)により行うことができる。 In the reaction formula (1), irradiation with light (hν) containing a wavelength (λ 1 nm) of less than 200 nm in an atmosphere containing oxygen (O 2 ) results in a ground state oxygen atom (O ( 3 P)). Produces. Next, in the reaction formula (2), the oxygen atom (O ( 3 P)) in the ground state reacts with oxygen (O 2 ) to generate ozone (O 3 ). Then, in reaction formula (3), irradiation with light including a wavelength (λ 2 nm) of 200 nm or more is performed in an atmosphere including the generated ozone (O 3 ), whereby singlet oxygen O ( 1 D) is generated. In an atmosphere containing oxygen, ozone is generated by irradiating light having a wavelength of less than 200 nm among ultraviolet rays, and singlet oxygen is generated by decomposing ozone by irradiating light having a wavelength of 200 nm or more. To do. The surface treatment as described above can be performed, for example, by irradiation with a low-pressure mercury lamp (λ 1 = 185 nm, λ 2 = 254 nm) in an atmosphere containing oxygen.

また、酸素を含む雰囲気下で、180nm未満の波長を含む光を照射して起きる反応例を示す。
+hν(λnm)→O(D)+O(P) (4)
O(P)+O→O (5)
+hν(λnm)→O(D)+O (6)
An example of a reaction that occurs by irradiation with light having a wavelength of less than 180 nm in an atmosphere containing oxygen is shown.
O 2 + hν (λ 3 nm) → O ( 1 D) + O ( 3 P) (4)
O ( 3 P) + O 2 → O 3 (5)
O 3 + hν (λ 3 nm) → O ( 1 D) + O 2 (6)

上記反応式(4)において、酸素(O)を含む雰囲気下で180nm未満の波長(λnm)を含む光を照射することにより、励起状態の一重項酸素O(D)と基底状態の酸素原子(O(P))が生成する。次に、反応式(5)において、基底状態の酸素原子(O(P))と酸素(O)とが反応してオゾン(O)が生成する。反応式(6)において、生成されたオゾン(O)を含む雰囲気下で180nm未満の波長(λnm)を含む光が照射されることにより、励起状態の一重項酸素と酸素が生成される。酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち180nm未満の波長を含む光を照射することによりオゾンを生成させるとともにオゾンまたは酸素を分解して一重項酸素を生成する。上記のような表面処理は、例えば、酸素を含む雰囲気下でのXeエキシマUVランプの照射により行うことができる。 In the reaction formula (4), singlet oxygen O ( 1 D) and a ground state in an excited state are irradiated with light including a wavelength (λ 3 nm) of less than 180 nm in an atmosphere including oxygen (O 2 ). Of oxygen atoms (O ( 3 P)). Next, in reaction formula (5), oxygen atoms (O ( 3 P)) in the ground state and oxygen (O 2 ) react to generate ozone (O 3 ). In reaction formula (6), singlet oxygen and oxygen in an excited state are generated by irradiation with light having a wavelength of less than 180 nm (λ 3 nm) in an atmosphere including the generated ozone (O 3 ). The In an atmosphere containing oxygen, ozone is generated by irradiating light having a wavelength of less than 180 nm among ultraviolet rays, and ozone or oxygen is decomposed to generate singlet oxygen. The surface treatment as described above can be performed, for example, by irradiation with a Xe excimer UV lamp in an atmosphere containing oxygen.

200nm未満の波長を含む光により被処理体表面に付着する有機物などの化学結合を切断し、オゾンまたは一重項酸素により被処理体表面に付着する有機物や化学結合を切断した有機物などを酸化分解して除去することができる。上記のような表面処理を行うことで、被処理体表面の親水性および清浄性をより高めることができ、接合を良好に行うことができる。 Chemical bonds such as organic substances adhering to the surface of the object to be processed are cut by light having a wavelength of less than 200 nm, and organic substances adhering to the surface of the object to be processed or organic substances having broken chemical bonds are oxidized and decomposed by ozone or singlet oxygen. Can be removed. By performing the surface treatment as described above, the hydrophilicity and cleanliness of the surface of the object to be processed can be further improved, and bonding can be performed satisfactorily.

半導体基板110と基板100とを貼り合わせた後に、貼り合わせられた基板100および半導体基板110に対して熱処理を施して、貼り合わせを強固なものとすると良い。この際の加熱温度は、脆化領域112における分離が進行しない温度とする必要がある。例えば、400℃未満、好ましくは300℃以下とする。熱処理時間については特に限定されず、処理時間と貼り合わせ強度との関係から適切な条件を設定すればよい。例えば、200℃、2時間の熱処理を施すことができる。なお、貼り合わせに係る領域にマイクロ波などを照射して、該領域のみを局所的に加熱することも可能である。貼り合わせ強度に問題がない場合には、上記熱処理は省略すれば良い。 After the semiconductor substrate 110 and the substrate 100 are bonded to each other, heat treatment is performed on the bonded substrate 100 and the semiconductor substrate 110 so that the bonding is strong. The heating temperature at this time needs to be a temperature at which separation in the embrittled region 112 does not proceed. For example, it is less than 400 ° C., preferably 300 ° C. or less. The heat treatment time is not particularly limited, and an appropriate condition may be set from the relationship between the treatment time and the bonding strength. For example, heat treatment can be performed at 200 ° C. for 2 hours. Note that it is also possible to locally heat only the region by irradiating the region to be bonded with microwaves or the like. When there is no problem in the bonding strength, the heat treatment may be omitted.

次に、半導体基板110を、脆化領域112において、半導体層116と半導体基板117とに分離する(図6(D)参照)。半導体基板110の分離は、熱処理により行うと良い。該熱処理の温度は、基板100の耐熱温度を目安にすることができる。例えば、基板100としてガラス基板を用いる場合には、熱処理の温度は400℃以上750℃以下とすることが好ましい。ただし、ガラス基板の耐熱性が許すのであればこの限りではない。本実施の形態においては、600℃、2時間の熱処理を施すこととする。 Next, the semiconductor substrate 110 is separated into the semiconductor layer 116 and the semiconductor substrate 117 in the embrittlement region 112 (see FIG. 6D). The semiconductor substrate 110 is preferably separated by heat treatment. The temperature of the heat treatment can be based on the heat resistant temperature of the substrate 100. For example, when a glass substrate is used as the substrate 100, the temperature of the heat treatment is preferably 400 ° C. or higher and 750 ° C. or lower. However, this does not apply as long as the heat resistance of the glass substrate permits. In this embodiment, heat treatment is performed at 600 ° C. for 2 hours.

上述のような熱処理を行うことにより、脆化領域112に形成された微小な空孔の体積変化が生じ、脆化領域112に亀裂が生ずる。その結果、脆化領域112に沿って半導体基板110が分離する。これにより、基板100上には半導体基板110から分離された半導体層116が残存することになる。また、この熱処理で、貼り合わせに係る界面が加熱されるため、当該界面に共有結合が形成され、貼り合わせを一層強固なものとすることができる。 By performing the heat treatment as described above, a volume change of minute holes formed in the embrittled region 112 occurs, and a crack occurs in the embrittled region 112. As a result, the semiconductor substrate 110 is separated along the embrittled region 112. As a result, the semiconductor layer 116 separated from the semiconductor substrate 110 remains on the substrate 100. In addition, since the interface related to bonding is heated by this heat treatment, a covalent bond is formed at the interface, and the bonding can be further strengthened.

また、分離後の半導体基板117は、再生工程によって再生半導体基板となり、再度用いることができる。分離後の半導体基板117の表面には、脆化領域112などに起因する欠陥が存在しているため、平坦性を向上させる処理を行うことが望ましい。 Further, the separated semiconductor substrate 117 becomes a regenerated semiconductor substrate by a regenerating process and can be used again. Since defects due to the embrittled region 112 and the like exist on the surface of the semiconductor substrate 117 after separation, it is desirable to perform treatment for improving flatness.

なお、半導体基板110の分離後には、半導体層116等に対して、レーザー光を照射しても良い。レーザー光を半導体層116に照射することで、半導体層116が溶融し、その後の冷却、固化によって、欠陥が低減され、表面の平坦性がさらに向上した半導体層が得られるのである。 Note that after the semiconductor substrate 110 is separated, the semiconductor layer 116 and the like may be irradiated with laser light. By irradiating the semiconductor layer 116 with laser light, the semiconductor layer 116 is melted, and a semiconductor layer with further improved surface flatness is obtained by subsequent cooling and solidification.

また、半導体基板110の分離後に、半導体層の膜厚を小さくする薄膜化工程を行っても良い。半導体層の薄膜化には、ドライエッチング処理またはウェットエッチング処理の一方、または双方を組み合わせたエッチング処理を適用することができる。例えば、半導体層がシリコンからなる場合、SFとOをプロセスガスに用いたドライエッチング処理で、半導体層を薄くすることができる。また、薄膜化工程において、エッチング処理に代えてCMP等の研磨処理を行ってもよく、またはエッチング処理とCMP処理を組み合わせて行ってもよい。半導体層116の膜厚は、例えば10nm以上200nm以下とすることができる。 Further, after the semiconductor substrate 110 is separated, a thinning process for reducing the thickness of the semiconductor layer may be performed. For the thinning of the semiconductor layer, an etching process in which one or both of a dry etching process and a wet etching process are combined can be applied. For example, when the semiconductor layer is made of silicon, the semiconductor layer can be thinned by a dry etching process using SF 6 and O 2 as process gases. In the thinning process, a polishing process such as CMP may be performed instead of the etching process, or the etching process and the CMP process may be combined. The thickness of the semiconductor layer 116 can be, for example, not less than 10 nm and not more than 200 nm.

半導体基板110の分離後の半導体層116、レーザー光照射後の半導体層116、および薄膜化工程後の半導体層116をそれぞれ、実施の形態1(図1(A)参照)に示す半導体層118として用いることもできる。 The semiconductor layer 116 after separation of the semiconductor substrate 110, the semiconductor layer 116 after laser light irradiation, and the semiconductor layer 116 after the thinning process are each formed as a semiconductor layer 118 described in Embodiment 1 (see FIG. 1A). It can also be used.

次に、半導体層116上にマスクを形成し、該マスクを用いて半導体層116を選択的にエッチングすることで、第1の島状半導体層120および第2の島状半導体層121を形成する。その後、レーザー光130の照射を行うことで、膜厚の異なる第1の島状半導体層200および第2の島状半導体層121を有した半導体薄膜基板600を形成することができる。また、半導体層116の加工方法や、レーザー光130の照射は、実施の形態1(図1(B)〜図1(E)参照)と同様に行うことができるため、詳細な説明は省略する。 Next, a mask is formed over the semiconductor layer 116, and the semiconductor layer 116 is selectively etched using the mask, whereby the first island-shaped semiconductor layer 120 and the second island-shaped semiconductor layer 121 are formed. . Thereafter, the semiconductor thin film substrate 600 having the first island-shaped semiconductor layer 200 and the second island-shaped semiconductor layer 121 having different thicknesses can be formed by performing irradiation with the laser beam 130. Further, the processing method of the semiconductor layer 116 and the irradiation with the laser light 130 can be performed in a manner similar to that in Embodiment Mode 1 (see FIGS. 1B to 1E), and thus detailed description is omitted. .

また、レーザー光130が照射された第1の島状半導体層120の溶融は、部分溶融とすることが好ましい。完全溶融された場合には、液相となった後の無秩序な核発生により微結晶化し、結晶性が低下するためである。一方、部分溶融では、溶融されていない固相部分に基づいて結晶成長を行わせることができるため、第1の島状半導体層120を完全に溶融させる場合と比較して結晶品位を向上させることができる。なお、上記において部分溶融とは、レーザー光130の照射により第1の島状半導体層120が溶融される領域を表面付近だけに留め、第1の島状半導体層120の内部は溶融されないことを言う。すなわち、第1の島状半導体層120の表面付近は溶融して液相となるが、内部は溶融せずに固相のままである状態をいう。また、完全溶融とは、第1の島状半導体層120が内部まで溶融され、液体状態になることをいう。 The melting of the first island-shaped semiconductor layer 120 irradiated with the laser beam 130 is preferably partial melting. This is because, when completely melted, microcrystallization occurs due to disordered nucleation after becoming a liquid phase, and crystallinity is lowered. On the other hand, in partial melting, crystal growth can be performed based on a solid phase portion that is not melted, so that the crystal quality is improved as compared with the case where the first island-shaped semiconductor layer 120 is completely melted. Can do. Note that in the above, partial melting means that the region where the first island-shaped semiconductor layer 120 is melted by irradiation with the laser beam 130 is kept only near the surface, and the inside of the first island-shaped semiconductor layer 120 is not melted. say. That is, the vicinity of the surface of the first island-shaped semiconductor layer 120 is melted to become a liquid phase, but the inside is not melted and remains in a solid phase. In addition, complete melting means that the first island-shaped semiconductor layer 120 is melted to the inside to be in a liquid state.

分離直後の半導体層116は、脆化領域112を形成するために照射されたイオンによって結晶欠陥が存在する。しかし、第1の島状半導体層120および第2の島状半導体層121に、レーザー光130を照射して、第1の島状半導体層120および第2の島状半導体層121を部分溶融することにより、結晶欠陥を低減させることができる。また、第1の島状半導体層120は、溶融すると凝集するため、第1の島状半導体層200も同時に形成することができる。 The semiconductor layer 116 immediately after the separation has crystal defects due to ions irradiated to form the embrittled region 112. However, the first island-shaped semiconductor layer 120 and the second island-shaped semiconductor layer 121 are irradiated with laser light 130 to partially melt the first island-shaped semiconductor layer 120 and the second island-shaped semiconductor layer 121. As a result, crystal defects can be reduced. Further, since the first island-shaped semiconductor layer 120 aggregates when melted, the first island-shaped semiconductor layer 200 can be formed at the same time.

以上の工程により、図1(D)、図3(C)などに示す半導体薄膜基板600を作製することができる。 Through the above steps, the semiconductor thin film substrate 600 illustrated in FIGS. 1D and 3C can be manufactured.

次に、半導体薄膜基板600を用いて、実施の形態2(図2(A)、図2(B)参照)に示す光電変換素子180、n型トランジスタ380、p型トランジスタ385を作製する方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the photoelectric conversion element 180, the n-type transistor 380, and the p-type transistor 385 described in Embodiment 2 (see FIGS. 2A and 2B) using the semiconductor thin film substrate 600 is described. explain.

まず、第1の島状半導体層200上および第2の島状半導体層121上にマスクを形成して選択的にエッチングすることで、第3の島状半導体層210および第4の島状半導体層220を形成する。なお、第3の島状半導体層210および第4の島状半導体層220の形成方法は実施の形態1(図1(B)参照)と同様に行うことができるため、詳細な説明は省略する。 First, a mask is formed over the first island-shaped semiconductor layer 200 and the second island-shaped semiconductor layer 121 and selectively etched, so that the third island-shaped semiconductor layer 210 and the fourth island-shaped semiconductor are formed. Layer 220 is formed. Note that the third island-shaped semiconductor layer 210 and the fourth island-shaped semiconductor layer 220 can be formed in a manner similar to that in Embodiment 1 (see FIG. 1B), and thus detailed description thereof is omitted. .

次に、第1の島状半導体層200、第3の島状半導体層210、および第4の島状半導体層220を覆うように絶縁層154を形成し、絶縁層154上に導電層を形成し、該導電層を加工して第3の島状半導体層210上および第4の島状半導体層220上にゲート電極375およびゲート電極374を形成する。なお、絶縁層154、ゲート電極374、およびゲート電極374は、実施の形態2(図3(E)、図4(A)参照)と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。 Next, an insulating layer 154 is formed so as to cover the first island-shaped semiconductor layer 200, the third island-shaped semiconductor layer 210, and the fourth island-shaped semiconductor layer 220, and a conductive layer is formed over the insulating layer 154 Then, the conductive layer is processed to form the gate electrode 375 and the gate electrode 374 on the third island-shaped semiconductor layer 210 and the fourth island-shaped semiconductor layer 220. Note that the insulating layer 154, the gate electrode 374, and the gate electrode 374 can be formed in a manner similar to that of Embodiment 2 (see FIGS. 3E and 4A), and thus detailed description thereof is omitted. .

次に、マスクを用いて第1の導電型を付与する不純物元素および第2の導電型を付与する不純物元素を選択的に添加する。なお、第1の導電型を付与する不純物元素および第2の導電型を付与する不純物元素の添加は、実施の形態2(図4(B)〜図4(D)参照)と同様な方法で行うことができるため、詳細な説明は省略する。 Next, an impurity element imparting the first conductivity type and an impurity element imparting the second conductivity type are selectively added using a mask. Note that the impurity element imparting the first conductivity type and the impurity element imparting the second conductivity type are added in the same manner as in Embodiment Mode 2 (see FIGS. 4B to 4D). Since it can be performed, detailed description is omitted.

次に、絶縁層154、ゲート電極375、およびゲート電極374を覆うように層間絶縁層166を形成する。なお、層間絶縁層166は、実施の形態2(図5(A)参照)と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。 Next, an interlayer insulating layer 166 is formed so as to cover the insulating layer 154, the gate electrode 375, and the gate electrode 374. Note that the interlayer insulating layer 166 can be formed in a manner similar to that of Embodiment 2 (see FIG. 5A), and thus detailed description thereof is omitted.

次に、第1の島状半導体層200、第3の島状半導体層210、および第4の島状半導体層220の一部が露出するように絶縁層154および層間絶縁層166にコンタクトホール170、コンタクトホール168、コンタクトホール368、コンタクトホール370、コンタクトホール371、およびコンタクトホール372を形成する。なお、コンタクトホール170、コンタクトホール168、コンタクトホール368、コンタクトホール370、コンタクトホール371、およびコンタクトホール372は、実施の形態2(図5(B)参照)と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。 Next, the contact hole 170 is formed in the insulating layer 154 and the interlayer insulating layer 166 so that a part of the first island-shaped semiconductor layer 200, the third island-shaped semiconductor layer 210, and the fourth island-shaped semiconductor layer 220 is exposed. , Contact hole 168, contact hole 368, contact hole 370, contact hole 371, and contact hole 372 are formed. Note that the contact hole 170, the contact hole 168, the contact hole 368, the contact hole 370, the contact hole 371, and the contact hole 372 can be formed in a manner similar to that of Embodiment 2 (see FIG. 5B). Detailed description is omitted.

次に、コンタクトホール170、コンタクトホール168、コンタクトホール368、コンタクトホール370、コンタクトホール371、およびコンタクトホール372を介して、第1の島状半導体層、第3の島状半導体層、および第4の島状半導体層に接する導電層を形成し、該導電層を選択的にエッチングすることで電極174、電極172、電極376、電極377、電極378および電極379を形成する。なお、電極174、電極172、電極376、電極377、電極378および電極379は、実施の形態2(図5(C)参照)と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。 Next, the first island-shaped semiconductor layer, the third island-shaped semiconductor layer, and the fourth through the contact hole 170, the contact hole 168, the contact hole 368, the contact hole 370, the contact hole 371, and the contact hole 372 A conductive layer in contact with the island-shaped semiconductor layer is formed, and the conductive layer is selectively etched, whereby an electrode 174, an electrode 172, an electrode 376, an electrode 377, an electrode 378, and an electrode 379 are formed. Note that the electrode 174, the electrode 172, the electrode 376, the electrode 377, the electrode 378, and the electrode 379 can be formed in a manner similar to that in Embodiment 2 (see FIG. 5C), and thus detailed description thereof is omitted.

以上より、第1の島状半導体層200から第1の導電型を示す半導体領域162、第2の導電型を示す半導体領域158、および半導体領域164を有した光電変換素子180を作製することができ、第3の島状半導体層210から第1の導電型を示すソース領域323、ドレイン領域324、LDD領域500、LDD領域510、チャネル形成領域322を有したn型トランジスタ380を作製することができ、第4の島状半導体層220から第2の導電型を示すソース領域333、ドレイン領域334、およびチャネル形成領域332を有するp型トランジスタ385を作製することができる。 As described above, the photoelectric conversion element 180 including the semiconductor region 162 having the first conductivity type, the semiconductor region 158 having the second conductivity type, and the semiconductor region 164 is manufactured from the first island-shaped semiconductor layer 200. In addition, the n-type transistor 380 including the source region 323, the drain region 324, the LDD region 500, the LDD region 510, and the channel formation region 322 which show the first conductivity type can be manufactured from the third island-shaped semiconductor layer 210. In addition, the p-type transistor 385 including the source region 333, the drain region 334, and the channel formation region 332 each having the second conductivity type can be manufactured from the fourth island-shaped semiconductor layer 220.

本実施の形態では、光電変換素子とトランジスタの不純物添加工程を同時に行っているが、要求される特性などに応じて光電変換素子とトランジスタの不純物添加工程を分けてもよい。 In this embodiment, the impurity addition step for the photoelectric conversion element and the transistor is performed at the same time. However, the impurity addition step for the photoelectric conversion element and the transistor may be divided according to required characteristics.

上記半導体薄膜基板の作製工程により、一層の半導体層116から、簡易に厚膜の半導体層および薄膜の半導体層を作製することができる。厚膜の半導体層を用いて光電変換素子を作製し、薄膜の半導体層を用いてトランジスタを作製することで、個々の特性を最大限に活かすことができる。 Through the manufacturing process of the semiconductor thin film substrate, a thick semiconductor layer and a thin semiconductor layer can be easily manufactured from one semiconductor layer 116. By manufacturing a photoelectric conversion element using a thick semiconductor layer and manufacturing a transistor using a thin semiconductor layer, individual characteristics can be maximized.

なお、本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。 Note that this embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.

(実施の形態4)
本実施の形態では、半導体薄膜基板の作製方法の別の一例を用いて半導体装置を作製する場合について説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, the case where a semiconductor device is manufactured using another example of a method for manufacturing a semiconductor thin film substrate will be described.

まず、半導体薄膜基板の作製方法について、図7を用いて説明する。 First, a method for manufacturing a semiconductor thin film substrate will be described with reference to FIGS.

まず、基板100を用意(図7(A−1)参照)し、該基板上に絶縁層101を形成する(図7(A−2)参照)。基板100については、実施の形態3(図6(A))を参照すればよいため、詳しい説明は省略する。 First, the substrate 100 is prepared (see FIG. 7A-1), and the insulating layer 101 is formed over the substrate (see FIG. 7A-2). Since the substrate 100 may be referred to Embodiment Mode 3 (FIG. 6A), detailed description is omitted.

絶縁層101の形成方法は、スパッタリング法、プラズマCVD法などを用いることができる。絶縁層101は、貼り合わせに係る表面を有する層であるから、その表面が、高い平坦性を有するように形成されることが好ましい。例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムなどを用いることができる。また、絶縁層101は一または複数の材料を用いて形成することができる。例えば、酸化シリコンを用いて絶縁層101を形成する場合には、有機シランガスを用いて化学気相成長法により形成することで、極めて平坦性に優れた絶縁層101を得ることができる。なお、絶縁層101は、単層構造または積層構造を形成することができる。 As a method for forming the insulating layer 101, a sputtering method, a plasma CVD method, or the like can be used. Since the insulating layer 101 is a layer having a surface for bonding, the insulating layer 101 is preferably formed so that the surface has high flatness. For example, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, or the like can be used. The insulating layer 101 can be formed using one or a plurality of materials. For example, when the insulating layer 101 is formed using silicon oxide, the insulating layer 101 with extremely excellent flatness can be obtained by forming the insulating layer 101 using an organic silane gas by a chemical vapor deposition method. Note that the insulating layer 101 can have a single-layer structure or a stacked structure.

次に、半導体基板110を用意する(図7(B−1)参照)。該半導体基板110については、実施の形態3(図6(B−1)参照)と同様に用意することができるため、詳細は説明は省略する。 Next, the semiconductor substrate 110 is prepared (see FIG. 7B-1). The semiconductor substrate 110 can be prepared in a manner similar to that of Embodiment 3 (see FIG. 6B-1), and thus detailed description thereof is omitted.

次に、半導体基板110に絶縁層114を形成し、イオンを照射することで脆化領域112を形成し、絶縁層101および絶縁層114を介して基板100と半導体基板110を貼り合わせ、熱処理により、基板100上に半導体層116を形成する(図7(B−2)〜図7(D)参照)。絶縁層114および半導体層116の形成方法は、実施の形態3(図6(B−2)〜図6(D)参照)と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。なお、半導体層116は、実施の形態1(図1(A)参照)に示す半導体層118として用いることができる。 Next, the insulating layer 114 is formed over the semiconductor substrate 110, the embrittlement region 112 is formed by ion irradiation, the substrate 100 and the semiconductor substrate 110 are bonded to each other through the insulating layer 101 and the insulating layer 114, and heat treatment is performed. A semiconductor layer 116 is formed over the substrate 100 (see FIGS. 7B-2 to 7D). Since the insulating layer 114 and the semiconductor layer 116 can be formed in a manner similar to that in Embodiment 3 (see FIGS. 6B-2 to 6D), detailed description is omitted. Note that the semiconductor layer 116 can be used as the semiconductor layer 118 described in Embodiment 1 (see FIG. 1A).

次に、分離された半導体層116上にマスクを形成し、該マスクを用いて半導体層116を選択的にエッチングすることで、図1(B)に示すような第1の島状半導体層120と第2の島状半導体層121を形成し、その後、レーザー光130の照射を行うことで、膜厚の異なる第1の島状半導体層200および第2の島状半導体層121を有する半導体薄膜基板600を形成することができる。また、パターニング方法、レーザー光の照射、第1の島状半導体層200および第2の島状半導体層121の形成方法は、実施の形態1(図1(B)〜図1(E)参照)と同様に行うことができるため、詳細な説明は省略する。 Next, a mask is formed over the separated semiconductor layer 116, and the semiconductor layer 116 is selectively etched using the mask, whereby the first island-shaped semiconductor layer 120 as illustrated in FIG. And the second island-shaped semiconductor layer 121, and then the semiconductor thin film having the first island-shaped semiconductor layer 200 and the second island-shaped semiconductor layer 121 having different thicknesses by irradiating the laser beam 130. A substrate 600 can be formed. A patterning method, laser light irradiation, and a method for forming the first island-shaped semiconductor layer 200 and the second island-shaped semiconductor layer 121 are described in Embodiment Mode 1 (see FIGS. 1B to 1E). Therefore, detailed description is omitted.

また、上記図1(B)に示すような第1の島状半導体層120および第2の島状半導体層121の形成は、半導体層116と半導体基板117とに分離した直後に行ってもよい。半導体層116と半導体基板117とに分離した直後に該第1の島状半導体層120および該第2の島状半導体層121を形成する場合でも、実施の形態1(図1(B)〜図1(E)参照)と同様の方法で上記第1の島状半導体層200および第2の島状半導体層121を形成することができる。なお、第1の島状半導体層200および第2の島状半導体層121は、実施の形態1(図1(B)〜図1(E)参照)と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。 Further, the first island-like semiconductor layer 120 and the second island-like semiconductor layer 121 as shown in FIG. 1B may be formed immediately after being separated into the semiconductor layer 116 and the semiconductor substrate 117. . Even when the first island-shaped semiconductor layer 120 and the second island-shaped semiconductor layer 121 are formed immediately after being separated into the semiconductor layer 116 and the semiconductor substrate 117, the first embodiment (FIG. 1B to FIG. 1 (E)), the first island-like semiconductor layer 200 and the second island-like semiconductor layer 121 can be formed. Note that the first island-shaped semiconductor layer 200 and the second island-shaped semiconductor layer 121 can be formed in a manner similar to that of Embodiment 1 (see FIGS. 1B to 1E); The detailed explanation is omitted.

以上の工程により、図1(D)、図3(C)などに示す半導体薄膜基板を作製することができる。 Through the above steps, the semiconductor thin film substrate illustrated in FIGS. 1D and 3C can be manufactured.

次に、半導体薄膜基板を用いて、実施の形態2(図2(A)、図2(B)参照)に示す光電変換素子180、n型トランジスタ380、およびp型トランジスタ385を作製する方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the photoelectric conversion element 180, the n-type transistor 380, and the p-type transistor 385 described in Embodiment 2 (see FIGS. 2A and 2B) using a semiconductor thin film substrate. explain.

まず、第1の島状半導体層200上および第2の島状半導体層121上にマスクを形成して選択的にエッチングすることで、第3の島状半導体層210および第4の島状半導体層220を形成する。なお、第3の島状半導体層210および第4の島状半導体層220の形成方法は実施の形態1(図1(B)参照)と同様の方法で作製することができるため、詳細な説明は省略する。 First, a mask is formed over the first island-shaped semiconductor layer 200 and the second island-shaped semiconductor layer 121 and selectively etched, so that the third island-shaped semiconductor layer 210 and the fourth island-shaped semiconductor are formed. Layer 220 is formed. Note that the third island-shaped semiconductor layer 210 and the fourth island-shaped semiconductor layer 220 can be formed by a method similar to that in Embodiment 1 (see FIG. 1B); Is omitted.

次に、第1の島状半導体層200、第3の島状半導体層210、および第4の島状半導体層220を覆うように絶縁層154を形成し、絶縁層154上に導電層を形成し、該導電層を加工して第3の島状半導体層210上および第4の島状半導体層220上にゲート電極375およびゲート電極374を形成する。なお、絶縁層154、ゲート電極374、およびゲート電極374は、実施の形態2(図3(E)、図4(A)参照)と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。 Next, an insulating layer 154 is formed so as to cover the first island-shaped semiconductor layer 200, the third island-shaped semiconductor layer 210, and the fourth island-shaped semiconductor layer 220, and a conductive layer is formed over the insulating layer 154 Then, the conductive layer is processed to form the gate electrode 375 and the gate electrode 374 on the third island-shaped semiconductor layer 210 and the fourth island-shaped semiconductor layer 220. Note that the insulating layer 154, the gate electrode 374, and the gate electrode 374 can be formed in a manner similar to that of Embodiment 2 (see FIGS. 3E and 4A), and thus detailed description thereof is omitted. .

次に、マスクを用いて第1の導電型を付与する不純物元素および第2の導電型を付与する不純物元素を選択的に添加する。なお、第1の導電型を付与する不純物元素および第2の導電型を付与する不純物元素の添加は、実施の形態2(図4(B)〜図4(D)参照)と同様な方法で行うことができるため、詳細な説明は省略する。 Next, an impurity element imparting the first conductivity type and an impurity element imparting the second conductivity type are selectively added using a mask. Note that the impurity element imparting the first conductivity type and the impurity element imparting the second conductivity type are added in the same manner as in Embodiment Mode 2 (see FIGS. 4B to 4D). Since it can be performed, detailed description is omitted.

次に、絶縁層154、ゲート電極375、およびゲート電極374を覆うように層間絶縁層166を形成する。なお、層間絶縁層166は、実施の形態2(図5(A)参照)と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。 Next, an interlayer insulating layer 166 is formed so as to cover the insulating layer 154, the gate electrode 375, and the gate electrode 374. Note that the interlayer insulating layer 166 can be formed in a manner similar to that of Embodiment 2 (see FIG. 5A), and thus detailed description thereof is omitted.

次に、第1の島状半導体層200、第3の島状半導体層210、および第4の島状半導体層220の一部が露出するように絶縁層154および層間絶縁層166にコンタクトホール170、コンタクトホール168、コンタクトホール368、コンタクトホール370、コンタクトホール371、およびコンタクトホール372を形成する。なお、コンタクトホール170、コンタクトホール168、コンタクトホール368、コンタクトホール370、コンタクトホール371、およびコンタクトホール372は、実施の形態2(図5(B)参照)と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。 Next, the contact hole 170 is formed in the insulating layer 154 and the interlayer insulating layer 166 so that a part of the first island-shaped semiconductor layer 200, the third island-shaped semiconductor layer 210, and the fourth island-shaped semiconductor layer 220 is exposed. , Contact hole 168, contact hole 368, contact hole 370, contact hole 371, and contact hole 372 are formed. Note that the contact hole 170, the contact hole 168, the contact hole 368, the contact hole 370, the contact hole 371, and the contact hole 372 can be formed in a manner similar to that of Embodiment 2 (see FIG. 5B). Detailed description is omitted.

次に、コンタクトホール170、コンタクトホール168、コンタクトホール368、コンタクトホール370、コンタクトホール371、およびコンタクトホール372を介して、第1の島状半導体層200、第3の島状半導体層210、および第4の島状半導体層220に接する導電層を形成し、該導電層を選択的にエッチングすることで電極174、電極172、電極376、電極377、電極378および電極379を形成する。なお、電極174、電極172、電極376、電極377、電極378および電極379は、実施の形態2(図5(C)参照)と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。 Next, the first island-shaped semiconductor layer 200, the third island-shaped semiconductor layer 210, and the contact hole 170, the contact hole 168, the contact hole 368, the contact hole 370, the contact hole 371, and the contact hole 372, A conductive layer in contact with the fourth island-shaped semiconductor layer 220 is formed, and the conductive layer is selectively etched, so that the electrode 174, the electrode 172, the electrode 376, the electrode 377, the electrode 378, and the electrode 379 are formed. Note that the electrode 174, the electrode 172, the electrode 376, the electrode 377, the electrode 378, and the electrode 379 can be formed in a manner similar to that in Embodiment 2 (see FIG. 5C), and thus detailed description thereof is omitted.

以上より、第1の島状半導体層200から第1の導電型を示す半導体領域162、第2の導電型を示す半導体領域158、および半導体領域164を有した光電変換素子180を作製することができ、第3の島状半導体層210から第1の導電型を示すソース領域323、ドレイン領域324、LDD領域500、LDD領域510、チャネル形成領域322を有したn型トランジスタ380を作製することができ、第4の島状半導体層220から第2の導電型を示すソース領域333、ドレイン領域334、およびチャネル形成領域332を有するp型トランジスタ385を作製することができる。 As described above, the photoelectric conversion element 180 including the semiconductor region 162 having the first conductivity type, the semiconductor region 158 having the second conductivity type, and the semiconductor region 164 is manufactured from the first island-shaped semiconductor layer 200. In addition, the n-type transistor 380 including the source region 323, the drain region 324, the LDD region 500, the LDD region 510, and the channel formation region 322 which show the first conductivity type can be manufactured from the third island-shaped semiconductor layer 210. In addition, the p-type transistor 385 including the source region 333, the drain region 334, and the channel formation region 332 each having the second conductivity type can be manufactured from the fourth island-shaped semiconductor layer 220.

本実施の形態では、光電変換素子とトランジスタの不純物添加工程を同時に行っているが、要求される特性などに応じて光電変換素子とトランジスタの不純物添加工程を分けてもよい。 In this embodiment, the impurity addition step for the photoelectric conversion element and the transistor is performed at the same time. However, the impurity addition step for the photoelectric conversion element and the transistor may be divided according to required characteristics.

半導体薄膜基板の作製工程により、一層の半導体層116から、簡易に厚膜の半導体層および薄膜の半導体層を作製することができる。厚膜の半導体層を用いて光電変換素子を作製し、薄膜の半導体層を用いてトランジスタを作製することで、個々の特性を最大限に活かすことができる。 Through the manufacturing process of the semiconductor thin film substrate, a thick semiconductor layer and a thin semiconductor layer can be easily manufactured from one semiconductor layer 116. By manufacturing a photoelectric conversion element using a thick semiconductor layer and manufacturing a transistor using a thin semiconductor layer, individual characteristics can be maximized.

なお、本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。 Note that this embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.

100 基板
101 絶縁層
105 基板
110 半導体基板
112 脆化領域
114 絶縁層
116 半導体層
117 半導体基板
118 半導体層
120 第1の島状半導体層
121 第2の島状半導体層
130 レーザー光
152 半導体層
154 絶縁層
158 半導体領域
162 半導体領域
164 半導体領域
166 層間絶縁層
168 コンタクトホール
170 コンタクトホール
172 電極
174 電極
180 光電変換素子
200 第1の島状半導体層
210 第3の島状半導体層
220 第4の島状半導体層
322 チャネル形成領域
323 ソース領域
324 ドレイン領域
328 半導体領域
329 半導体領域
332 チャネル形成領域
333 ソース領域
334 ドレイン領域
352 半導体層
361 半導体層
368 コンタクトホール
370 コンタクトホール
371 コンタクトホール
372 コンタクトホール
374 ゲート電極
375 ゲート電極
376 電極
377 電極
378 電極
379 電極
380 トランジスタ
385 トランジスタ
400 マスク
401 マスク
405 マスク
406 マスク
407 マスク
408 マスク
409 マスク
410 マスク
411 マスク
500 LDD領域
510 LDD領域
600 半導体薄膜基板
100 substrate 101 insulating layer 105 substrate 110 semiconductor substrate 112 embrittlement region 114 insulating layer 116 semiconductor layer 117 semiconductor substrate 118 semiconductor layer 120 first island-shaped semiconductor layer 121 second island-shaped semiconductor layer 130 laser beam 152 semiconductor layer 154 insulation Layer 158 Semiconductor region 162 Semiconductor region 164 Semiconductor region 166 Interlayer insulating layer 168 Contact hole 170 Contact hole 172 Electrode 174 Electrode 180 Photoelectric conversion element 200 First island semiconductor layer 210 Third island semiconductor layer 220 Fourth island Semiconductor layer 322 Channel formation region 323 Source region 324 Drain region 328 Semiconductor region 329 Semiconductor region 332 Channel formation region 333 Source region 334 Drain region 352 Semiconductor layer 361 Semiconductor layer 368 Contact hole 370 Contact hole 371 Contact hole 372 Contact hole 374 Gate electrode 375 Gate electrode 376 Electrode 377 Electrode 378 Electrode 379 Electrode 380 Transistor 385 Transistor 400 Mask 401 Mask 405 Mask 406 Mask 407 Mask 408 Mask 409 Mask 410 Mask 411 Mask 500 LDD region 510 LDD region 600 Semiconductor Thin film substrate

Claims (2)

基板上に半導体層を形成し、
前記半導体層を加工して第1の島状半導体層および第2の島状半導体層を形成し、
前記第1の島状半導体層にレーザー照射を行って、前記第1の島状半導体層を部分溶融させることにより、前記第1の島状半導体層を、前記第2の島状半導体層より膜厚が厚い第3の島状半導体層し、
前記基板を上面から見たときの前記第1の島状半導体層の平面形状は、短辺と長辺の長さの比が1:x(xは1より大きい数)であり、かつ短辺の長さが10μm以下とすることを特徴とする半導体基板の作製方法。
Forming a semiconductor layer on the substrate;
Processing the semiconductor layer to form a first island-like semiconductor layer and a second island-like semiconductor layer;
What line laser irradiation on the first island-shaped semiconductor layer, the Rukoto is partially melting the first semiconductor island, the first island-shaped semiconductor layer, the second island-shaped semiconductor layer more thickness is thicker third island-shaped semiconductor layer,
The planar shape of the first island-shaped semiconductor layer when the substrate is viewed from above is such that the ratio of the length of the short side to the long side is 1: x (x is a number greater than 1) and the short side A method for manufacturing a semiconductor substrate, wherein the length of the semiconductor substrate is 10 μm or less.
請求項1において、
前記第1の島状半導体層は、前記レーザー照射により前記絶縁層上で凝集し、上面端部に曲面を形成することを特徴とする半導体基板の作製方法。
In claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor substrate, wherein the first island-shaped semiconductor layer is aggregated on the insulating layer by the laser irradiation to form a curved surface at an upper end portion.
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