JPWO2006117900A1 - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
「Electronics Letters」,(米国),Institute of Electrical and Electronic Engineers,1995年,No.14,Vol.31,p.1201 「Japanese Journal of Applied Physics」,日本応用物理学会,1997年,Vol.36,p.1636
これに対し、単結晶半導体層では、方位がそろっておりグレインバウンダリは存在しない。すなわち本発明では、電気的に活性な残留水素の不活性化と水素注入による格子歪みにともなう微小欠陥(浅い準位と深い準位の混在)のターミネーションにより特性の向上を図っている。このため拡散させる水素濃度は多結晶膜の場合に比べて低くてもよく、非常に大きなプロセスウィンドウ(プロセス上の自由度)を得ることができる。
また、転写以外の方法で形成される一般的な単結晶半導体層では、残留水素の影響や欠陥密度が元々低いため、水素をシリコン膜中に拡散させる技術を適用すると、逆に拡散水素による特性変化、信頼性低下等の悪影響が生じてしまう。
本発明において、上記単結晶半導体層形成工程は、単結晶半導体基板に半導体装置の一部を形成した後に行われることが好ましい。このとき、本発明の半導体装置の製造方法は、少なくとも半導体装置のゲート電極を形成する工程までは単結晶半導体基板上で行うことが好ましい。単結晶半導体層をガラス基板等の絶縁基板上に直接形成すると、絶縁基板と単結晶半導体層との熱膨張率の差によって、単結晶半導体層が剥がれたり、破損したりすることが知られているが、半導体装置の一部を単結晶半導体基板に予め形成したうえで絶縁基板上に転写する方法によれば、ガラス基板等の絶縁基板上に、単結晶半導体層を含む半導体装置を形成することができる。
上記プラズマCVD(化学気相成長)は、150〜350℃で成膜を行うものであることが好ましい。これにより、シリコン窒化膜の水素含有量を多くすることができる。150℃未満であると、緻密なシリコン窒化膜を形成することができず、密着性が低下し、信頼性の低下を招くことがある。350℃を超えると、含有水素量が減少してしまうことがある。プラズマCVD(化学気相成長)における成膜温度は、200〜270℃であることがより好ましい。
上記水素拡散工程は、300〜500℃のアニールにより行われることが好ましい。300℃未満であると、充分に水素が拡散しないことがある。500℃を超えると、水素が半導体装置の外に放出されてしまうことがある。水素拡散工程におけるアニール温度は、350〜450℃であることがより好ましい。
上記絶縁基板は、ガラス基板であることが好ましい。絶縁基板として、シリコン基板等と比較して耐熱性の低いガラス基板を用いる場合には、従来の方法では、転写により優れた特性を有する単結晶半導体層を形成することが困難であったため、本発明の方法が特に有効である。
上記剥離用物質は、水素イオン又は水素イオンと不活性ガス元素のイオンとの混合物であることが好ましい。これにより、剥離層を充分に分離させることができる。その結果、単結晶半導体層を絶縁基板上に形成することができるので、単結晶シリコン層を含む高性能な半導体装置を製造することができる。
上記水素含有層は、第二の半導体素子の層間絶縁膜又はパッシベーション膜(表面保護膜)であることが好ましい。これにより、第一の半導体素子の形成工程と同時に、第二の半導体素子の層間絶縁膜又はパッシベーション膜を形成することができるので、第二の半導体素子を形成する際に、層間絶縁膜又はパッシベーション膜を形成するための新たな工程の増加を抑制することができる。なお、本明細書において、パッシベーション膜とは、半導体装置を構成する層の表面を保護するものであれば特に限定されるものではない。パッシベーション膜を構成する材料としては、例えば、シリコン窒化膜、SiNO、SiON等が挙げられる。
上記第2又は第3の半導体装置において、上記水素含有層は、シリコン窒化膜であることが好ましく、この場合、上記シリコン窒化膜は、プラズマ化学気相成長法により形成されたものであることが好ましい。また、上記水素含有層は、半導体装置の層間絶縁膜であることが好ましい。上記第2又は第3の半導体装置は、単結晶半導体層と水素含有層との間に少なくとも1層のシリコン酸化膜を有することが好ましい。上記単結晶半導体基板は、単結晶シリコンからなることが好ましい。上記絶縁基板は、ガラス基板であることが好ましい。上記第2又は第3の半導体装置は、単結晶半導体層を含む第一の半導体素子と、絶縁基板上に直接形成された半導体層を含む第二の半導体素子とを有し、かつ第一の半導体素子と第二の半導体素子とが電気的に接続されていることが好ましく、この場合、上記第一の半導体素子及び/又は第二の半導体素子は、薄膜トランジスタであることが好ましく、上記第二の半導体素子の半導体層は、多結晶シリコン層であることが好ましく、上記水素含有層は、第二の半導体素子の層間絶縁膜又はパッシベーション膜であることが好ましい。
図1−1〜1−9は、実施例1における1個のNMOS(Negative Metal Oxide Semiconductor)トランジスタの製造方法を示す断面模式図である。なお、本実施例では、1個のNMOSトランジスタについて説明するが、イオン注入時の不純物導電型を適宜変更することにより、PMOS(Positive Metal Oxide Semiconductor)トランジスタを形成することもできる。また、本実施例の半導体装置は、複数個のNMOSトランジスタ及び/又はPMOSトランジスタが同一半導体基板上に形成されたものである。
図3−1〜3−16は、実施例2における1個のNMOSトランジスタの製造方法を示す断面模式図である。なお、本実施例では、1個のNMOSトランジスタについて説明するが、イオン注入時の不純物導電型を適宜変更することにより、PMOSトランジスタを形成することもできる。また、本実施例の半導体装置は、複数個のNMOSトランジスタ及び/又はPMOSトランジスタが同一半導体基板上に形成されたものである。また、NMOSとPMOSとは、LOCOS(Local Oxidation Of Silicon)やトレンチアイソレーション等により、適宜素子分離されている。
2:熱酸化膜
3:P型不純物元素
4:Pウェル領域
5:剥離用物質
6:剥離層
7:ガラス基板
8:単結晶シリコン層
9:ゲート絶縁膜(シリコン酸化膜)
10:ゲート電極
11:N型不純物元素
12a:N型低濃度不純物領域
12b:チャネル領域
13:シリコン酸化膜(層間絶縁膜)
14:シリコン窒化膜(層間絶縁膜を兼ねる水素含有層)
15:水素
16、19:電極
20a、20b、20c、20d:絶縁膜
22:シリコン酸化膜
24:シリコン窒化膜(LOCOS酸化用マスク)
25:LOCOS酸化膜
26:サイドウォール
27:N型高濃度不純物領域
31:第二のNMOSトランジスタ
32:第一のNMOSトランジスタ
33:多結晶シリコン層
Claims (38)
- 絶縁基板上に設けられた単結晶半導体層を有する半導体装置の製造方法であって、
該製造方法は、単結晶半導体基板に剥離用物質を注入して剥離層を形成する工程と、
剥離層で分離させることにより単結晶半導体基板の一部を絶縁基板上に転写して単結晶半導体層を形成する工程と、
単結晶半導体層の少なくとも片面側に水素含有層を形成する工程と、
水素含有層から単結晶半導体層に水素を拡散させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記単結晶半導体層形成工程は、単結晶半導体基板に半導体装置の一部を形成した後に行われることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体装置の製造方法は、少なくとも半導体装置のゲート電極を形成する工程までは単結晶半導体基板上で行うことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記水素含有層は、形成時に1×1022〜4×1022原子/cm3の水素を含有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記水素含有層は、シリコン窒化膜であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記シリコン窒化膜は、プラズマ化学気相成長法により形成されることを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。
- 前記プラズマ化学気相成長は、150〜350℃で成膜を行うものであることを特徴とする請求項6記載の半導体装置の製造方法。
- 前記水素含有層は、半導体装置の層間絶縁膜であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記水素拡散工程は、300〜500℃のアニールにより行われることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体装置は、単結晶半導体層と水素含有層との間に少なくとも1層のシリコン酸化膜を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記単結晶半導体基板は、単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記絶縁基板は、ガラス基板であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記剥離用物質は、水素イオン又は水素イオンと不活性ガス元素のイオンとの混合物であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記単結晶半導体層は、水素拡散工程後に1×1019〜1×1021原子/cm3の水素を含有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体装置の製造方法は、単結晶半導体層形成工程を行った後に、水素含有層形成工程を行うことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体装置は、単結晶半導体基板の一部を絶縁基板上に転写して形成された単結晶半導体層を含む第一の半導体素子と、絶縁基板上に直接形成された半導体層を含む第二の半導体素子とを有し、かつ第一の半導体素子と第二の半導体素子とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第一の半導体素子及び/又は第二の半導体素子は、薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項16記載の半導体装置。
- 前記第二の半導体素子の半導体層は、多結晶シリコン層であることを特徴とする請求項16記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第二の半導体素子の多結晶シリコン層は、アモルファスシリコン層をレーザでアニールして形成されることを特徴とする請求項18記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第二の半導体素子の多結晶シリコン層は、アモルファスシリコン層に触媒元素を導入しアニールすることで形成されることを特徴とする請求項18記載の半導体装置の製造方法。
- 前記水素拡散工程は、第二の半導体素子の半導体層の水素化工程と同時に行われることを特徴とする請求項16記載の半導体装置の製造方法。
- 前記水素含有層は、第二の半導体素子の層間絶縁膜又はパッシベーション膜であることを特徴とする請求項16記載の半導体装置の製造方法。
- 請求項1記載の半導体装置の製造方法により製造されたことを特徴とする半導体装置。
- 絶縁基板上に設けられた単結晶半導体層を有する半導体装置であって、
該半導体装置は、単結晶半導体層の少なくとも片面側に水素含有層を有し、
該単結晶半導体層は、単結晶半導体基板に剥離用物質を注入して形成された剥離層で分離することにより、単結晶半導体基板の一部が絶縁基板上に転写されたものであり、かつ水素含有層から拡散した水素を含有する
ことを特徴とする半導体装置。 - 前記単結晶半導体層は、1×1019原子/cm3以上の水素を含有することを特徴とする請求項24記載の半導体装置。
- 絶縁基板上に設けられた単結晶半導体層を有する半導体装置であって、
該半導体装置は、単結晶半導体層の少なくとも片面側に水素含有層を有し、
該単結晶半導体層は、単結晶半導体基板に剥離用物質を注入して形成された剥離層で分離することにより、単結晶半導体基板の一部が絶縁基板上に転写されたものであり、かつ1×1019原子/cm3以上の水素を含有する
ことを特徴とする半導体装置。 - 該単結晶半導体層は、不活性ガス元素を含有することを特徴とする請求項26記載の半導体装置。
- 前記水素含有層は、シリコン窒化膜であることを特徴とする請求項24又は26記載の半導体装置。
- 前記シリコン窒化膜は、プラズマ化学気相成長法により形成されたものであることを特徴とする請求項28記載の半導体装置。
- 前記水素含有層は、半導体装置の層間絶縁膜であることを特徴とする請求項24又は26記載の半導体装置。
- 前記半導体装置は、単結晶半導体層と水素含有層との間に少なくとも1層のシリコン酸化膜を有することを特徴とする請求項24又は26記載の半導体装置。
- 前記単結晶半導体基板は、単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項24又は26記載の半導体装置。
- 前記絶縁基板は、ガラス基板であることを特徴とする請求項24又は26記載の半導体装置。
- 前記半導体装置は、単結晶半導体層を含む第一の半導体素子と、絶縁基板上に直接形成された半導体層を含む第二の半導体素子とを有し、かつ第一の半導体素子と第二の半導体素子とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項24又は26記載の半導体装置。
- 前記第一の半導体素子及び/又は第二の半導体素子は、薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項34記載の半導体装置。
- 前記第二の半導体素子の半導体層は、多結晶シリコン層であることを特徴とする請求項34記載の半導体装置。
- 前記水素含有層は、第二の半導体素子の層間絶縁膜又はパッシベーション膜であることを特徴とする請求項34記載の半導体装置の製造方法。
- 請求項23、24又は26記載の半導体装置を含んでなることを特徴とする液晶表示装置。
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