TWI235486B - Semiconductor device and manufacturing method thereof, SOI substrate and display device using the same, and manufacturing method of the SOI substrate - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof, SOI substrate and display device using the same, and manufacturing method of the SOI substrate Download PDF

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TWI235486B
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Takashi Itoga
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Description

I235486 ⑴ 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 發明領域 本發明係有關半導體裝置與其製造方法，特別係有關形 成包含數個MOS之積體電路之半導體裝置與其製造方法。
此外’本發明係有關將具有植入氫離子之植入層之單晶 石夕薄膜貼合於基板，以其氫離子植入層分割而作成之s〇I 基板，進一步係有關使用其之顯示裝置及s〇I基板之製造方 法0 此外，本發明係有關主動矩陣驅動液晶顯示裝置等上使 用之改善積體化週邊驅動電路及控制電路之裝置之電路性 能的半導體裝置及其製造方法。 —先前於玻璃基板上形成a-矽（非晶質矽）及卜矽（多晶矽 薄膜電晶體（Thin Film Transistor，以下稱TFT)，進行液i 面板及有機EL面板等驅動而進行所謂的主動矩陣驅動。」
使用移動率高之高速動作之P-石夕_行週邊驅動器之積; 化。或是為了要求更高性能之影像處理器及時間控制哭: 系統的積體化而研究形成更高性能之石夕装置。 ' 此因’多晶矽因結晶性不完全性引起 1、又間隙内局部位 及結晶粒場附近之缺陷及間隙内存在局·部位準導致夕’ 降低及S係數（次臨限值係數）增加，於报士 A 移動」 %形成向性能之 時，存在電晶體性能不足的問題。 - ’除雷射晶化之外， 化）等結晶性改善用 因而，為求形成更高性能之石夕裂置 還開發出如更進步之S L S (序列側面固 -6- 1235486 (2) 發明說明續頁 之技術及（如參照美國專利第6300175號說明書（公開曰期 2001年10月9曰））、CLC(CW雷射側面晶化）（如參照A. Hara et. al.5 MUltra-high Performance Poly-Si TFTs on a Glass by a Stable Scanning CW Laser Lateral Crystallization丨，，2001 International Workshop on Active matrix Liquid Crystal Displays--TFT Technologies and Related materials--(AM-LCD2001), Digest of Technical Papers, p.227-230,July 11-13,2001, Japan Society of Applied Physics(日本應用物 理學會））。此等係在玻璃基板上堆積a_石夕膜，著眼於如何有 效控制其晶化或如何接近單晶。 但是’此等使用雷射之技術係在低溫地保持玻璃等耐熱 性低之絕緣基板的溫度，而僅將矽膜加熱至高溫進行結晶 生長。因而石夕膜上通常施加約1〇9Pa之強拉扯應力，因而產 生膜龜裂、TFT特性之重現性不佳及變動大等的問題。 另外，尚有於絕緣基板上貼合單晶矽，將其予以薄膜化 之技術（如參照日本公開專利公報特開平％2u128號公報 (公開日期1993年8月20日公開））。採用該技術時，於單晶矽 基板上形成氧化膜，可於其上形成單晶矽薄膜。但是欲與 石夕=外之絕緣基板，如玻璃基板或石英基板接合時，因與 石英基板等之絕緣基板的熱膨脹係數差異，而存在矽_ 或破壞的問題。 ^ 〜恐缈服你数差異而於 力=接合強度提高步驟中造成上述破壞，有—種化 玻璃之組成的方法（如參照日本公料利公報特= 1235486 麵，月_頁 1 1-163363號公報（公開日期1999年6月18日公開））。 此外，如上所述，先前之加工單晶矽基板，於基板上形 成約數億個電晶體之積體電路元件技術；及於玻璃基板等 非晶質材料上形成矽膜等之多晶半導體薄膜後，加工電晶 體，製造液晶顯示裝置之像素及驅動器之薄膜電晶體（Thin
Film Transistor: TFT)液晶顯示裝置技術，除達到使用電腦 及液晶顯示裝置之個人資訊終端的普及之外，並且獲得重 大發展。 X、 其中，積體電路元件係將市售之厚度不足丨mm，直徑為 150 mm至300 mm之單晶石夕晶圓予以加玉，並在其上形成多 數個電晶體而製成。此外，TFT液晶顯示裝置係將非晶質 無驗玻璃基板上之非晶質石夕膜以雷射等之熱炫融、多晶化 ，將其予以加工而製成切換元件2M〇s型電晶體。 使用前述TFT之前述液晶顯示裝置及有機EL顯示裝置領 域，係在透明之玻璃基板上形成非晶質石夕膜及多晶石夕膜之 TFT，而形成進行前述像素^ ^ ^ ^ 、 梦裝置。再者，為求自其主動主動矩陣驅動用的 曰八王動矩陣驅動達到週邊驅動琴、 %間控制器等系統之積體化， 要r 叩^九形成更咼性能之矽裝 :準二：f晶梦膜因結晶性不完全性引起之間隙内局部 =及^粒場附近之缺陷或間隙内存在局部位 =?低;=限值係數(s係數)增加，於形成高性能之梦 、置t，存在電晶體性能不足的問題。 因而著眼於SOI技術。前述之s〇I係 τηςιι1ο,、上A#〆 巴琢體（Silicon on •1稱，係在絕緣性基板上形成單晶半導體膜的 1235486 發明說明續頁 技術(通常不使用於形成多晶石夕膜）。該技術之領域約自 1981年起積極進行研究。而於積體電路領域中使用之則 基板的目的在於製作良好之電晶體，使半導體元件之功能 大幅提^ ’因此基板只須絕緣膜即可，其可為透明或不= 明’或是可為晶質或非晶質。該領域中’藉由s〇i基板作成 電晶體時’因元件完全分離，因此動作上的限制小，而顯 示良好之電晶體特性。 … 目前市售之SIMOX(石夕植入氧）基板為主要之s〇I基板。該 SOI基板係藉由於矽晶圓内植入氧所形成之氧化矽層，自基 板表體分離單晶矽薄膜。因此，為求將遠比氫重之氧元素 植入特定深度，須以高能量、高濃度植入，因而存在導致 結晶損傷大，單晶性質不足，或是因二氧化矽膜部分之化 學計量偏差以致絕緣性不完全等問題。 因而於上述特開平5_211128號公報中揭示有：於基板上 貼合單晶矽，將其予以薄膜化之技術。該先前技術係稱之 為精靈切割法之於單晶矽基板上藉由離子植入法植入氫離 子’與補剛材料貼合後，藉由熱處理，於前述植入氫離子 層内產生微小氣泡，以前述植入層分割前述單晶矽基板而 形成單晶矽薄膜，來實現s〇I構造，藉此可製造元件特性高 之單晶電晶體之非常優異的技術。 但疋’採用该先前技術時，僅揭示於單晶石夕基板上形成 氧化膜’並在其上形成單晶矽薄膜，並未檢討與前述顯示 衣置用之玻璃基板等其他基板之適用性。因而，檢討與其 他基板之接合例係揭示於上述特開平11-163363號公報。該 I235486 _說明續頁 先前技術揭示有：為求防止因提高與前述石英基板之接合 ，度而進行之加熱步驟對石英基板之破壞，係使用晶化玻 璃’改變其組成’熱膨脹率因應矽片來接合之方法。 仁疋，日日化玻璃通常含鹼原子，具有與獲得特性稃定之 電晶體相反的性質。此外’以上之技術’由於單晶石；基板 之形狀為6, 8, 12忖之圓板，因此接合之絕緣基板限定於& 8, 12吋之圓板’因而無法製造比其更大型之液晶顯示面板 及有機EL面板，此外，即使小型，其製造成本亦高，不易 實用化。 再者，使用石英基板時，於接合單晶矽基板與絕 時，因熱膨脹係數差異致使接合強度降低。此外，於^合 之界面上施加應力時，因施加於界面上之應力的不均一及 變動，而導致形成之TFT特性的惡化。 此外，上述之先前技術，在將單晶矽基板貼合於基板上 日可’考慮若不暴露於南溫下即無法獲得充分之接合強度， 因而進行熱處理之溫度高達800〜120(TC。因而存在適合應 麦點在7 5 0 C以上之高耐熱晶化玻璃，而無法使用於一般使 用之應變點在700°C以下之高應變點無鹼玻璃上的問題。 發明内容 本兔明之目的在提供一種具有卓晶硬薄膜之特性穩定之 大型且廉價之基板，且單晶矽薄膜之接合強度及施加於接 合界面之應力無不均一及變動之半導體裝置及其製造方法。 本發明之其他目的在提供一種具有單晶矽薄膜之特性穩 定之大型且廉價之基板的半導體裝置。 -10- (6) 1235486 本發明之另外目的在楹 璃及高耐熱破璃，可二=“種不使用調節組成之晶化玻 低成本製造SOI基板之s〇i美;/由 用其之顯示裝置與s〇i基板製造方法。 土 為求達成上述目的，本發 絕緣基板上，乡_薄膜Μ之特徵為：於 區域。 曰夕厚膜與早晶矽薄膜分別形成於不同之 猎由上述構造’於大型之， ,b i<坡璃基板等絕緣基板上，多晶 矽溥膜與單晶矽薄膜分別
刀別形成於不同之區域。可藉由單晶 碎消除於形成高性能之梦晉日本士、 衷置4成為(I早礙之因多晶矽内特有 之結晶性不完全性弓|η 70王㈣起之間隙内之局部位準、結晶粒場附 T缺陷及間隙时在局部位準導致移動率降低及S係數 (:人臨限值係數)增加等問題，，可在單晶石夕薄膜之形 成區域形成要求更高性能之裝置，如時間控制H，而在多 晶矽薄膜之形成區域形成其他的裝置。
。亦即，即使單晶石夕薄膜之尺寸有限，只須為於形成要求 早晶矽必要之高速性、耗電及變動之高速邏輯、時間產生 器、高速之DAC(電流緩衝器)等時之足夠尺寸即可。因此 可在基板上一體積體化僅以單晶矽即可實現之高性能、高 功能之電路系、统’因此與以單晶矽形成全部裝置時比較， 可以非的成本製造積體化高性能系統之液晶面板或有 機EL面板等顯示裝置用之半導體裝置。 此外，單晶矽之基板形狀雖限定於LSI製造裝置之晶圓尺 寸之6, 8, 12吋之圓板，但由於在基板上亦形成多晶矽薄膜 ，因此亦可製造如大型之液晶顯示面板及有機EL面板。 -11 - 1235486 ⑺ mmrnm 此外’為求達成上述目的，本發明 方法係在絕緣基板上形成有多晶石夕薄膜與：？衣二製造 特徵為包含：堆積步驟，其係於絕緣基板：矽缚肤’其 化矽膜及非晶質矽膜·多a 、土又依序堆積氧 非晶質贿以加 薄膜；蝕刻除去步驟，盆係蝕 ：“形成多晶矽 區域;切斷步驟，其係將 且且右力姓—^ ^ ® a堆積虱化矽膜， 之單5植人特度之氫離子之氫離子植入部 2日日梦基板㈣成覆蓋前㈣刻除去之區域形狀之 刀或大致全部區域的特定形狀；密著貼合步驟， 述切斷之單日m板使植人氫離子侧 蝕刻除去之區域；及簞曰功$ ^ *者貼5於刖述 理，以前…工 形成步驟，其係藉由熱處 ... 植入部為邊界剝離而形成單晶矽薄膜。 離：4?冓二，11由加熱於特定深度植入特定濃度之氫 氫m:::亦即具有預先植入有氫離子之部分之 以气離早措σ《早BB矽基板，可提高接合強度，並且藉由 邊界來剝離單晶石夕基板可獲得單晶㈣ 之因夕曰二以早晶石夕消除於形成高性能之裝置時成為障礙 3夕：：内特有之結晶性不完全性引起之間隙内之局部 結曰曰粒場附近之缺陷及間隙内存在局部位 致移 及S係數增加等問題。因此，可於絕緣基板上形成 早曰曰石夕溥膜與多晶石夕薄膜，以後之步驟以共通之加工製程 盆：::早晶石夕形成要求更高性能之裝置，❿以多晶石夕形成 衣置。因而可以低成本製造積體化高性能系統之液晶 -12- 1235486 發明說明續頁 面板或有機EL面板等顯示裝置等的半導體裝置等。 此外，由於係預先形成氧化層或氧化矽膜，並經由其在 玻璃基板等絕緣基板上接合單晶矽基板，因此可防止因施 2於接合之石夕界面之應力造成石夕結晶應^而引起之移動率 降低，或是界面之缺陷及隨伴其之界面固定電荷、界面之 局部位準造成之臨限值偏差、特性穩定性降低等。藉此， 無須為求防止因與石英基板之熱膨脹係數差異所實施之加 熱接合強度提高、剝離步驟造成的破壞，而使用調整组成 之晶化玻璃，而可使用高應變點玻璃。因而不存在晶化玻 璃=驗性金屬造成污染的問題，可防止因熱膨脹係數差異 所κ %之加熱接合強度提高、剝離步驟造成的破壞。 再者二如於大面積之高應變點玻璃基板上形成多晶矽膜 ,以覆蓋須接合加工成適切尺寸之單晶矽基板之區域的方 式，預先蝕刻除去多晶矽薄臈。 而後於.亥區域内接合單晶矽基板，藉由剝離保留單晶矽 薄膜與氧切膜。並II由_除去以外之單_，可消除 整個玻璃基板的應力偏差。 、：即二於該區域預先氧化表面或堆疊氧化石夕Μ，且將接 近刖述虱離子植入部側之面密著於前述蝕刻除去區域，來 接合將具有氫離子植入部之單晶石夕基板切斷成覆蓋前述餘 ㈣去之區域形狀之—部分或大致全部區域之特定形狀的 早晶矽基板’ #由實施熱處理，以氫離子植入部為邊界來 剝離單晶石夕基板，而保留單晶石夕薄膜與氧化石夕膜，藉由剝 離除去其他之單晶矽’可消除整個玻璃基板之應力偏差。 -13- (9)1235486 _明顧 藉此，不產生石夕之剝落 部分區域包含單晶石夕薄膜 之基板。 龜裂及破壞，可獲得基板之一 其餘區域部分包含多晶石夕薄膜 此外，單晶矽基板之形 心狀雖限定於LSI製造裝置之晶圓, 、：’ 8’ 12吋的圓板’但是由於在絕緣基板上亦形成多曰， 矽溥膜，因此可製造如大型 等半導體裝置。 I之液日日顯不面板及有機EL面相
此外，為求達成上述目的，本發明 方法係在絕緣基板上形a ^ ^ ^ ^ 特徵為包含：堆積步驟成^4缚膜與單晶發薄膜，其 ,,^ n 、 一係於、纟巴緣基板表面依序堆積氧 化碎膜及非晶質石夕膜·之日 、 非曰質矽膜、、’曰曰夕薄膜形成步驟’其係將前述 熱晶化，使多晶…長而形成多晶梦 石夕声，並…二！ 除去特定區域之前述多晶 曰、’蝕刻除去該區域之前述氧化矽膜在厚 一口ρ勿’·切斷步驟，苴係將 ，且呈右力牲— 、”夺預先虱化表面或堆積氧化矽膜
部之單吁疋/辰度之虱離子之氫離子植入 部八：Γ 成覆蓋前述姓刻除去之區域形狀之- ::致全部區域的特定形狀；密著 别述切辦之單晶矽基板使植入 ^係將 述姓刻除去之區域；及單曰：側之面…合於前 處理，以… 早曰曰矽缚膜形成步驟，其係藉由妖 藉由上：=離：植入部為邊界剝離而形成單晶彻： 刻除去特之:!::造方法的優點之外，— 矽膜在厚声方&々 ^ *去该區域之氧化 度方向之一部分，因此可消除單晶石夕基板之貼附 -14- (10) 1235486 面側之氧化矽膜之厚 矽薄膜及多曰曰w 可獲得絕緣基板上之單晶 、 日日，專膜之區域高度大致相等的基板。因而 階差小之電晶體或電驟。此外，藉此形成 度控制性佳。 如為液晶面板時，單元厚 ,為求達成上述目的，本發明之半導體裝置之制1 方法係在絕緣基板上开彡出古夕曰 干令骽在置之y造 特徵為包含：堆積牛驟：…薄膜與單晶石夕薄膜’其 膜；飯刻除去步絕緣基板表面堆積氧化石夕 膜在厚度方向之特定區域之前述氧化石夕 或堆積氧化膜，且具有二f驟’其係將預先氧化表面 之氫離子植人部之單a 度植人特疋》農度之氫離子 區域形狀之一部八：：：基板切割成覆蓋前侧除去之 步驟，其係將;^ 部區域的特定形狀；密著貼合 宓著貼入於二刀斷之早晶矽基板使植入氫離子側之面 *者貼5於珂述蝕刻除去 其係藉由熱處理，以ϋ域，早晶石夕薄膜形成步驟， 單曰矽笼t則述虱離子植入部為邊界剝離而形成 :曰夕：：，堆積步驟，其係於前述絕緣基板上依 膜及非晶詩膜，·及多晶石夕薄膜形成步驟，盆 係將則述非晶質矽膜予以加 ，、 成多晶矽薄膜。 t夕曰曰矽層生長而形 L由卜上冓造可獲得與前述各製造方法相同之優點。 貼^、、；/達成上述目的’本發明之SOI基板係於基板上 :+、；曰々風離子之單晶石夕片，以前述氫離子植入層分割前 k曰曰石片’而形成單晶石夕薄膜’其特徵為：將前述基板 -15- 1235486 (ii) 發明說明靖i" 作為非晶質無鹼玻璃基板。 藉由上述構造，於藉由田 ^ . A 由所明之精靈切割法等，其係藉由 離子植入法於丽述單晶矽 卜 前述氫離子植入層上產生氫=入風離子，藉由熱處理於 宝丨丨义、+、仰a 屋生虱脆化，以該氫離子之植入層分 貼：二：;曰了片而形成單晶矽薄膜，所獲得之單晶矽薄膜 貼合於基板上所作成 s 輩曰# y ^ 01基板中，本發明人著眼於使前述 人強产因1於基板上時’即使約3GG°c仍可獲得足夠之接 Π二此可低於先前設定提高接合強度用之熱處理溫 二Γ變點在7，以下之非晶質無驗玻璃基板。 、、’工本舍明人重複檢q炎丨 H將單切割成單晶 二:中::質量遠比氧離子輕之氯離子時，於元件製 二=广處理溫度約為鮮C即可。藉由施加該程度之 可自單晶秒片内之氣離子植入層排出氯而 質恢復，並=亦可"'併進行將單晶㈣膜之晶 處理。因此、風離子植入前相等的水準，而抑制晶質降低的 寸述八離’曰1由進行該約600t之溫度的熱處理，可改善 刖，L刀離及晶質，並且亦曰 力。 J代回耵早日日矽片之基板的接著 合：1板=:謂之精靈切割法等所獲得之單晶彻貼 入於基板上日士成之S01基板中，著眼於將前述單晶石夕片貼 :係：用二以約300°c即可獲得足夠之接合強度，其基 寸^曰日日貝無鹼玻璃基板，以最高溫度約600。(：，進行 月J早日日石夕片與基板之貼合及與薄膜之分離。 因此’無須使用調整組成之晶化玻璃及高耐熱之玻璃， -16- 1235486 (12) 發明g:明續頁 而使用藉由主動矩陣驅動之液晶顯示面板等一般所使用之 鬲應變點無鹼玻璃，即可以低成本製造S0I基板。此外，因 熱處理溫度低，因此可防止鹼性金屬向半導體層擴散。藉 此，由於防止其鹼性金屬之擴散，因此可減少如形成於單 曰曰矽片側之氧化膜及形成於基板側之二氧化矽膜等的膜厚 ’而可提南通量。
另外，本發明之前述s〇I基板亦可為包含於大面積之玻拜 基板的一部分貼附有前述單晶矽片之s〇i的基板。 匕卜為求達成上述目的，本發明之顯示裝置之特徵為 :前述非晶質無鹼玻璃基板係使用透過可視光之非晶質减 璃材料之前述任何一種SOI基板。 、，藉由上述構造，前述H無驗玻璃基板採用透過可補 光之非晶質破螭材料’於前述單晶矽薄膜上形成另外形成 ;多；：薄膜等及電晶體，可構成液晶顯示裝置及有細 心員不裝置之基板。 因此’可於顯示裝置用之雲 性能之電晶體。 之而要大面積基板的部分形成高
此外’為求達成上述目的，本發明之s 係於基板上貼合植入氫離子之單晶石夕 =方法 前述氫離子植入層分 …、處理，以 ，其特徵A —二 片，而形成單晶矽薄膜 H 一則述土板使用非晶質無鹼玻璃基板，並且於 則述熱處理之單晶矽的分割 且於 之溫度進行熱處理。 係-最南溫度約為峨 藉由上述構造，於基板上貼 口 乂則述精靈切割法等所獲 -17- 1235486 ’ 發明說明續頁 =之早晶石夕薄膜而作成之s〇l基板的製造方 係著眼於將前、+、抑a ^ ^ 胃、述早aa矽片貼合於基板上時，即使約300°C仍
二侍足夠之接合強度，而將熱處理之最高溫度設定在分 軎1J前述置s U 、 早日日石夕片之約600°C的溫度，如以600°C，30〜60分鐘 進行處理。 口此恶須使用調整組成之晶化玻璃及高耐熱之玻璃， _ 藉由主動矩陣驅動之液晶顯示面板等一般所使用之 回應變點無鹼玻璃，即可以低成本製造SOI基板。此外，因 …、把理溫度低，因此可防止鹼性金屬向半導體層擴散。藉 曰，由於防止其鹼性金屬之擴散，因此可減少如形成於單 曰曰矽片側之氧化膜及形成於基板側之二氧化矽膜等的膜厚 ’而可提高通量。 〆此外’為求達成上述目的，本發明之SOI基板之製造方法 係於基板上貼合植入氫離子之單晶矽片，藉由熱處理，以 月’J述氫離子植入層分割前述單晶矽片，而形成單晶矽薄膜 ’其特徵為··前述基板使用非晶質無鹼玻璃基板，並且於 則述熱處理之單晶矽的分割步驟中，係以包含約85(rc以上 之峰值溫度的燈退火進行熱處理。 藉由上述構造，於基板上貼合以前述精靈切割法等所獲 传之單晶矽薄膜而作成之S〇i基板的製造方法中，本發明人 係著眼於將前述單晶矽片貼合於基板上時，即使最高溫度 、、4 6 0 〇 C仍可獲得足夠之接合強度，而以包含約$ 5 〇 以上 之峰值溫度的燈退火進行熱處理。 口此 愿須使用调整組成之晶化玻璃及南耐熱之玻j离， -18- 1235486 (14) 發明說明續頁 而使用猎由主動矩陣驅動之液晶顯示面板等一般所使用之 高應變點無鹼玻璃，即可以低成本製造SOI基板。此外，因 熱處理溫度低，因此可防止鹼性金屬向半導體層擴散。藉 此，由於防止其驗性金屬之擴散，因此可減少如形成於單 曰曰石夕片側之氧化膜及形成於基板側之二氧化石夕膜等的膜厚 ’而可提高通量。
此外，以電爐加熱，將玻璃基板加熱至應變點以上之高 溫時，基板產生收縮，但是藉由燈等瞬間熱退火（Rapid Thermal Allneab以下稱RTA)及藉由雷射加熱（雷射退火） 時，則可防止整個基板收縮，且提高須退火位置之溫度， 可使結晶性或分離效率提高。再者，亦可提高製造S0I基板 、 i退火之峰值溫度愈高愈可提高電晶體之特 不過由於基板之趣曲及伸縮大，因此只須因應基板尺兮 瓜成之破置的種類選擇適切之溫度及保持時間即可。 300〜_ mm等級之基板係在彻。c下保持约5分鐘。
之：：為為:^達成上述㈣，本發明之S01基板之製造方 板之堆驟，其係在前述非晶質無驗玻璃 形成牛驟甘積—乳化矽膜及非晶質矽膜；多晶矽薄 二而形質梦膜予以加熱晶化，使多 去預定區域之韻刻除去步驟，其係钱刻 述二氧”膜在厚二:二:絲:除:相同區域之 氧化前述單晶w之表面或堆#:氧=驟並= -19- (15) 1235486 發明說明續頁 氫離子；切斷步驟，苴 -、係將别边植入有氫離子之遛 切斷成覆蓋前述餘^ i Μ雕于之早晶石夕片 其係將前述切斷之I曰 、σ ~， 貼人於使前述植人氫離子側之面宓荖 貼：於别述蝕刻除去之區域；及單晶矽薄山者 係實施前述熱處理，葬由乂 、 V知，其 ^ . a 错由則述氫脆化使前述單晶矽片分匈 而形成早晶矽薄膜。 /々刀剎 藉由上述構造’作成於前述所貼合之 於以C VD等堆積之玄日A 一 /辟胰，亚且
贫4 士 .、 日日矽潯膜上亦一併形成電晶體之S〇I 基板b•’係於前诚目^人义 ^ &别，先蝕刻除去包含該貼合區域之 預疋區域之多晶石夕芦，祐 一 曰並且餘刻除去相同區域之前述一轰 化矽膜在厚度方向之一部分。 —虱 因此’可獲得貼合有單晶石夕薄膜之區域與多晶石夕薄膜之 时域大致相等高度之SQI基板。因而可於 區域與多晶矽薄膜之γπ n士+ 眠 /碍膜之£域同蚪處理包含島狀蝕刻之以後大 部分的步驟。此外，带士、卩比μ 曰 形成^差小之電晶體及電路，如為液 晶面板時，單元厚度控制性佳。 、此外4求達成上述目白勺，本發明之半導體裝置之特徵 為係於、、、巴緣基板上，多晶石夕薄膜與單晶石夕薄膜形成於各 不相同的區域’且上述絕緣基板與上述單晶石夕薄膜經規格 化之線膨脹差異，大致於室溫以上，6〇〇t以下之溫度範圍 内’約在250 ppm以下。 通系形成同性能之裝置時成為障礙之因多晶矽内特有之 、、口日日11不兀全性引起之間隙内之局部位準、結晶粒場附近 之缺陷及間隙内存在局部位準導致移動率降低及s係數（次 -20- 1235486 Ο 6)
[mmmM 臨限值係數)增加等問 膜形成單晶矽來、，肖^ j错由將用作活性層之半導體薄 藉由上述構造，. ，多晶砍薄膜與單晶㈣ ^破璃基板等絕緣基板上 此，可於單曰石形成於各不相同之區域。因 ，如時間=及= 域形成其餘之装置。而於多晶石夕薄膜之形成區
可以非常低的成本製造積體化高性能系统线晶面板或有 機EL面板專顯不裝置用之半導體裝置。 /曰、卩使早晶梦薄膜之尺寸有限，只須為於形成垄 :曰曰石夕必要之高速性，及變動之高速邏輯、時間彦 [向速之DAC(電流緩衝器）等時之^夠尺寸即可。因 可在基板上-體積體化僅以單晶料可實現之高性能、 功能之電路系、统’因此與以單晶矽形成全部裝置時比較
此外’單晶矽之基板形狀雖限定於LSI製造裝置之晶圓尺 寸之6, 8, 12吋之圓板，但由於在基板上亦形成多晶矽薄膜 ，因此亦可製造如大型之液晶顯示面板及有機EL面板。 再者’無須為求防止因與石英基板之熱膨脹係數差異所 貫施之加熱接合強度提而步驟造成的破壞，而使用調整組 成之晶化玻璃。因而不存在晶化玻璃產生之鹼性金屬造成 污染的問題，且可防止因熱膨脹係數差異所實施之加熱接 合強度提高步驟造成的破壞。 此外，藉由絕緣基板與單晶矽薄膜之經規格化之線膨脹 差異，在大致室溫以上，600°C以下之溫度範圍内約在250 -21 - (17)1235486 發明說明»胃 ppm以下，施加於絕緣基板與單晶矽薄膜之應力小。因此 於絕緣基板上形成單晶矽薄膜之步驟中，可確實防止因埶 膨脹係數至異所實施之自氫植人位置劈開剝離步驟造成 破壞及接合界面剝冑，或於結晶中產生缺陷，並可促使加
熱接合強度提高。$外，此時所謂熱膨脹係指因溫度變： 引起之長度變化。 D 此外’為求達成上述目的，本發明之半導體裝置之 為：係於絕緣基板上，乡晶石夕薄膜與單晶石夕薄膜形成於丄 不相同的區域，且上述單晶梦薄膜之㈣曼峰值之偏差量 519·5 Cm_1 以上，且在 521.5 cm.i 以下。 藉由上述構造，乡晶矽薄膜與單晶矽薄膜係形成於各不 :之區域目此’可於單晶矽薄膜之形成區域形成要求 更：f生月b之I f ’如時間控制器及微處理器等，而於 矽薄膜之形成區域形成其餘之裝置。 通常使用雷射進行晶化及結晶生長時，於係薄膜上殘留 稽田上述構造
每所L 〜 …w π平葩吵潯膘之矽界面的 、成乎為令，因而單晶石夕薄膜之劍曼峰 =5C〜，且在—以下。因此形成tf4 樹：止知加於矽界面之應力不均-及變動造成矽結 =引起之移動率降低及變動，或界面缺陷及隨伴產 面固定雷# 田T /生 姓从何、界面之局部位準造成臨限值偏差及變動 符『生％定性降低等。 · /、可於單晶矽薄膜之形成區域形成要求更高性j -22- (18) 1235486 __續頁 = 微處理器等，―之形 方法係在lii::述目的’本發明之半導體裝置之製造 特徵為勺人、土形成有多晶矽薄膜與單晶矽薄膜，其 化積步驟，其係於絕緣基板表面依序堆積氧 驟一:=== 面护成 ’其係將預先氧化表面或堆積氧化膜，於表 子之八有在特疋深度植入特定濃度之氫離 之區域开 1 之單晶碎基板切割成覆蓋上述#刻除去 驟σσ: r之一部分或大致全部區域的特定形狀；活化步 :子”係洗淨上述絕緣基板與單晶石夕基板，將該兩基板表 =以活化；接合步驟，其係將上述切斷之單晶石夕基 離子側之面密著於上述餘刻除去之區域 接口上述兩基板·，及單晶矽薄膜形成步驟，其係藉由熱 處理’以上述氫離子植入部為邊界劈開剝離，於 基板上形成單晶矽薄膜。 述、、巴緣 猎由上述方法，藉由加熱於特定深度植人特定濃度之氣 離子之單⑭基板，可提高接合強度，並且藉由以氯離; 植入:為邊界來剝離單晶⑪基板可獲得單晶㈣膜。因而 可以單晶矽消除於形成高性能之裝置時成為障礙之因多晶 矽内特有之結晶性不完全性引起之間隙内之局部位準、結 晶粒場附近之缺陷及間隙内存在局部位準導致移動率降^ -23- (19) 1235486 明續] 及s係數增加等問題。因 s 了於、、、巴緣基板上形成單晶矽薄 曰…夕日日石夕缚膜，以後之步驟以共通之加工製程，可以單 二形成要求更高性能之裝置，而以多晶石夕形成其餘裝置 德因而可=低成本製造積體化高性能系統之液晶面板或有 機EL面板等顯示裝置等的半導體裝置等。 箄::：其？於係預5形成氧化矽膜，並經由其在玻璃基板 、、、、巴、’、土反上接合單晶矽基板，因此可防止因施加於接合 之夕界面之應力造成石夕結晶應變而引起之移動率降低，或 是界面之缺陷及隨伴其之界面固定電荷、界面之局部位準 造成之臨限值偏差、特性穩定性降低等。藉此，無須為求 防止因與石英基板之熱膨脹係數差異所實施之加熱接合強 度提高、剝離步驟造成的破壞，而使用調整組成之晶化玻 t @可使用高應變點玻璃。因而不存在晶化玻璃之驗性 金屬造成污染的問題，可防止因熱膨脹係數差異所實施之 加熱接合強度提高、剝離步驟造成的破壞。 再者，如於大面積之高應變點玻璃基板上形成多晶矽膜 ，以覆蓋須接合加工成適切尺寸之單晶矽基板之區域的方 式，預先蝕刻除去多晶矽薄膜，於該區域内接合單晶矽基 板，藉由剝離保留單晶矽薄膜與氧化矽膜，並藉由剝離除 去以外之單晶矽，可消除整個玻璃基板的應力偏差，可獲 得基板之一部分區域包含單晶矽薄膜，其餘區域部分包= 多晶石夕薄膜之基板。 此外’單晶矽基板之形狀雖限定於LSI製造裝置之晶圓尺 寸之6, 8, 12吋的圓板，但是由於在絕緣基板上亦形成多晶 -24- (20) 1235486 矽薄膜，因此可製造如大型之液 等半導體裝置。 發明說明續頁 * , 日日顯不面板及有機EL·面板 此外’由於單晶碎基板係經由氧切膜，在室 2絕緣基板！，因此可使施加於接合之⑪界面的^實㈣ ^手為零。因此’可更確實防止施加於界面之庫力不均一 =動爾結晶應變而引起之移動率降低及變動，或界 限值偏差及變動、及特性穩定:二局部位準造成臨 方=在達成上述目的’本發明之半導體褒置之製造 方法係在、、.巴緣基板上形成有多晶石夕薄膜 特徵為包含··堆積步驟，其係 其 非二：：予以加熱，使多晶石夕層生長而形成多 膜=步驟’其係㈣除去特定區域之上述多晶石夕薄 八.士 ^除去相同區域之上述氧切膜在厚度方向之 於=形法步驟1其係將預先氧化表面或堆積氧化膜， 氫離子q =化石夕’且具有在特定深度植入特定濃度之 :去之區；开Γ植入部之單晶石夕基板切割成覆蓋上述㈣ 化牛驟心一部分或大致全部區域的特定形狀，·活 板=面:上述絕緣基板與單晶石夕基板’將該兩基 η 化；接合步驟，其係將上述切斷之單晶石夕 :區域，：：：：植入氫離子側之面密著於上述蝕刻除去 藉由熱處理：以舒：：：：及單晶梦薄膜形成步驟，其係 以則述上述氫離子植入部為邊界劈開剝離， -25- (21) 1235486 於土述絕緣基板上形成單晶矽薄膜。 藉由上述方法，除上述製造方法 刻除去特定尸《 +夕a 71炎”，、占之外’且由於蝕 化㈣==夕層’並且㈣除去相同區域之氧 、隹与度方向之一部分，因此可 附面側之氧化矽膜之厚度 二曰土反之貼 晶矽薄膜及冬S访1 W 了獲侍絶緣基板上之單 可同時處理勺ΓΓ之區域高度大致相等的基板。因而 此形之錢大部分的㈣。此外，藉 單元晶體或電路。因而，喻 方ίΐ/求達成上述目的，本發明之半導體裝置之製造 :法係在絕緣基板上形成有多晶石夕薄 特徵為包含··始并半跡.^ 7寻腺其 膜· 貝ν ”、，一係於絕緣基板表面堆積氧化矽 步驟:其係將預先氧化表面或堆積氧化膜，於表 子^ ^化石夕無，且具有在特定深度植入特定濃度之氫離 I子植入部之單晶石夕基板切割成特定形狀；活化步 =其係洗淨上述絕緣基板與單晶秒基板，將該兩基板表 以活化，密著接合步驟，其係將上述切斷之單晶矽基 板在至溫下使植入氫離子側之面密著接合於上述絕緣基 :之氧化石夕膜侧表面之特定位置；單晶石夕薄膜形成步驟， /、係猎由熱處理’以上述氫料植人部為邊界劈開剝離， 於上述、、、巴緣基板上形成單晶矽薄膜；堆積步驟，其係於上 述絕緣基板上依序堆積絕緣膜及非晶質石夕膜；及多晶石夕薄 腰形成步驟，其係將上述非晶質石夕膜予以加熱，使多晶矽 層生長而形成多晶矽薄膜。 -26- 1235486
{^j 藉由上述方法可獲得與上述各製造方法相同之優點。 此外’為求達成上述目的，本發明之半導體裝y 方法係在絕緣基板上形成有多晶石夕薄膜與單晶石夕薄膜h 特徵為包含：堆積步驟，其係於絕緣基板表面堆料化其 膜；姓刻除去步驟’其係姓刻除去特定區域之上述：：石夕 膜在厚度方向之一部分；切斷步驟，其係將預先氧化表: 或堆積氧化膜，於表面形成氧化石夕膜，且具有在特定^ 度之氯離子之氯離子植入部之單晶發基板 成復盍上述餘刻除去區域之一部分或大致全部區域之特: 形狀，活化步驟，其係洗淨上述絕緣基板舆板疋 ::”板表面予以活化；密著接合步驟，其係將：：切 畊之早曰曰石夕基板之植入氫離子側之面，在室溫下密著接人 述蝕刻除去區域；單晶矽薄膜形成步驟，其係藉由埶 處理，以上述氫離子植入部為邊界劈開剝離， : 驟，於上述絕緣基板上依序堆積、= 曰曰貝矽膑’及多晶矽溥膜形成步驟，其係將上述 晶夤石夕膜予以加埶，佶客曰於麻丄e …使夕曰曰矽層生長而形成多晶矽薄膜。 猎由上述方法可獲得與上述各製造方法相同之優點。、 此外，為求達成上述目的，本發明之半導體裝置之製造 方:f係在、巴緣基板上形成有多晶矽薄膜與單晶矽薄膜，其 寺^為I 3 .堆積步驟’其係於絕緣基板表面依序堆積第 氧化石夕膜、非晶質石夕膜及第二氧化石夕膜；露出步驟，盆 係钕刻除去上述第二氧化石夕膜之特定區域，使上述非晶質 心之-部分露出；自旋塗敷步驟，其係少許（數麵）氧化 -27- (23) 1235486 發明說明續頁 上述露出之非晶”膜而形成氧化膜，於 塗敷醋酸鎳水溶液；多晶矽薄乳匕胰上“疋 曰併石夕日日砂㈣形成步驟，其係將上述非 曰曰貝矽肤予以加熱，使藉由金屬協 之炙曰M EL , 〜疋、、、口日日生長方向 本/層生長’而形成多晶石夕薄膜；除去步‘驟，其俜除 =述第二氧化石夕膜與上述氧化膜；敍刻除去步驟，其： :::上述多晶矽層之特定區土或；切斷步驟，其係將預 先乳=面或堆積氧化膜，於表面形成氧切膜，且具有 在特定深度植入特定濃度之氫離子之氫離子植入部之單晶 矽基板切割成覆蓋上述蝕刻除去區域之一部分或大致全$ ^域之特定形狀：活化步驟，其係洗淨上述絕緣基板與單 曰曰矽基板，將該兩基板表面予以活化；接合步驟，其係將 士述切斷之單晶矽基板，在室溫下使植入氫離子側之面密 者於上述蝕刻除去區域，接合上述兩基板；及單晶矽薄膜 形成步驟，其係藉由熱處理，以上述氫離子植入部為邊界 劈開剝離，於上述絕緣基板上形成單晶矽薄膜。 藉由上述方法可獲得與上述各製造方法相同之優點。 本發明之其他目的、特徵及優點，於以下所示内容即可 充分瞭解。此外，本發明之利益，於參照附圖之以下說明 中即可明瞭。 實施方式 [第一種實施形態] 就本發明一種實施例之TFT之主動矩陣基板20，依據圖 1 (h)說明如下。 半導體裝置之主動矩陣基板2〇係藉由：絕緣基板1、氧化 -28- 1235486 (24) 發明說明繪頁 夕（SiOJ膜2及11、多晶矽薄膜4、單晶矽薄膜5、閘極氧化 膜6閘極2 1、層間絕緣膜22、及金屬配線24構成。 、、、巴緣基板1係使用高應變點玻璃之Coning公司之# 1737 (鹼土類—鋁硼矽酸玻璃），不過亦可為高應變點玻璃之鋇一 =硼矽酸玻璃、鹼土類_鋁硼矽酸玻璃、硼矽酸玻璃、鹼土 類-鋅-鉛-鋁硼矽酸玻璃、鹼土類_鋅_鋁硼矽酸玻璃等。 “於整個絕緣基板丨之表面形成有膜厚約2〇〇 之氧化矽 於/絕緣基板1表面上之氧化石夕膜2上，膜厚約5〇請之多晶 夕薄膜4形成於島狀圖案區域内。並於與多晶矽薄膜*區域 么同之區域中，於絕緣基板1表面上之氧化矽膜2上，膜厚 、抑〇 nm之氧化矽膜u以及於其上同形狀之膜厚約π ϋ =薄膜5接合於島狀圖案之區域。多晶石夕薄膜4之區 米溥膜5之區域至少分離〇.3微米’《宜分離0.5微 ^ 。猎此防止於後述之多晶㈣膜4之製造步驟中 :、翻、錫、把等金屬原子擴散於單晶 性穩定化。 \從進特 膜it:氧切膜2、多晶石夕薄膜4及單晶石夕薄膜5上形成有 胰人予、力60 nm之閘極氧化膜6。 X有 夕曰曰矽薄膜4及單晶矽薄膜5之各島 極氧化膜6上，形忠古七人夕s 千匕^上面之閘 乂成有匕$夕日日石夕、石夕化物或臂 (polycide)等之閘極21。 飞令化物 Θ再者’於形成有閘極21之整個閘極氧化膜6上形 之廣間、乡巴緣版2 2。但是層間絕、緣膜2 2具有作為開: -29- 1235486 (25) 發明說_頁 --~~--^ 接觸孔23 (參p、?、圖1 (g))，該開口内形成有包含石夕化铭等金 屬之金屬配線24。金屬配線24自多晶矽薄膜4及單晶矽薄膜 5之各島狀區域上面形成。 再者，主動矩陣基板20進一步於液晶顯示用上形成有 SiNx(氮化矽）、樹脂平坦化膜、連通孔、及透明電極，於 多晶石夕薄膜區域形成有驅動器及顯示部用之TFT，於單曰 〜 T 曰曰 矽薄膜區域形成有藉由驅動器驅動之控制各時間之時間控 制器。 工 先前之形成於多晶矽區域之TFT的移動率約為1〇〇cm2/v.sec (N通逞而該液晶顯示用主動矩陣基板20中，形成於單晶 矽區域之TF丁則可獲得約500 cm2/V · sec(N通道）的移動率。曰曰 藉由該/夜晶顯示用主動矩陣基板2〇，驅動器原本形成於 夕曰曰矽薄膜4區域之裝置需要7〜8 v之訊號與電源電壓，但 是形成於單晶矽薄膜5區域之裝置之時間控制器只須3·3 V 即可穩定地動作。 外，使單晶矽薄膜5之膜厚增加時，為5〇nm〜l〇〇ni^. 並《大的、交化，但是增加到3〇〇 nm〜6〇〇打爪時，因通道部無 法70王耗盡化，因此斷開電流逐漸增加，且§值（次臨限值 係數）變大。因此通道部雖與摻雜密度相關，但是考慮對變 動之餘裕，單晶矽薄膜5之膜厚須在5〇〇 Dm以下，並宜在⑺〇 nm以下。 此外’該液晶顯示用主動矩陣基板2〇中，藉由電晶體形 成於多晶矽薄膜4區域與單晶矽薄膜5區域内，形成於各個 區域之同；電型之電晶體之移動率、次臨限值係數、臨 -30- (26) 1235486 發明說明續頁 限值中之至少一個於各區域不同。因而可因應 而形成於適合電晶體的區域内。/ 文又特性 該液晶顯示用主動矩陣基板2Q中，藉由積體電 多晶石夕薄膜4區域與單晶石夕薄膜5區域内，形成於各個= 之積體電路之閘長、閘極氧化膜之膜 °° 5 A、、隹丄 · 予电，愿電壓及邏輯 、’中之至 >、-個於各區域不同。因而可因應必要之 及特性而形成於適合積體電路的區域内。 & 該液晶顯示用主動矩陣基板财，藉由積體電路 多晶石夕薄膜4區域與單晶石夕薄膜5區域内，形成於各個區域 之積體電路可適用各區域不同之加卫原則。此因，特別於 短之通道長時，單晶部分無結晶粒場，TFT特性之變動幾 乎不增加，而多晶部分受到結絲場之影響，㈣急遽地 增加，因此各個部分需要改變加工原貝|卜因而可因應加工 原則形成於適合積體電路的區域内。 士另外，本發明可獲得之單晶矽區域尺寸雖受限於Lsi製造 裝置之晶圓尺寸，不過只須為於形成要求單晶矽必要之高 速性、耗電及變動之高速邏輯、時間產生器、高速之DAC (電流缓衝器）等時之足夠尺寸即可。 就以上說明之主動矩陣基板2〇之製造方法，依據圖1(幻〜 圖1(h)說明如下。 首先’、纟巴緣基板1係使用高應變點玻璃之c〇NING公司之 # 173 7(鹼土類-鋁硼矽酸玻璃），在其整個表面上，使用矽 烷（S1H4)與一氧化二氮（NW)之混合氣體，藉由電漿化學汽 相生長（Chemical Vapor Deposition，以下稱 c：VD)，如圖 1 (a) -31 - (27) 1235486 所示，堆積膜厚約200 nm之氧化矽膜2。進—步於苴敕個表 面上，使用石夕院氣體，藉由電漿CVD，如圖i⑷所^堆 積膜厚約50 nm之非晶質石夕膜3。 /前述非晶質石夕膜3上照射準分子雷射予以加熱晶化，使 夕曰曰石夕層生長’而形成多晶石夕薄膜4。另外，對非晶質石夕膜 之加熱亚不限定於藉由準分子雷射之照射加熱，如亦可藉 由厂他雷射照射加熱，亦可為使用爐之加熱。此外，心 中之至少—種。，了於非加錄、舶、錫、把 如圖1(b)所示，姓刻除去多晶石夕薄膜4之特定區域。 而^ 備預先藉由氧化表面或堆疊氧化膜（氧化石夕膜） 形成馭厚約200 nm之氧化矽膜u， 、 右】n 1 6 / 2 M将疋能1植入 Γ 以上’此處為5xiGl6/em2劑量之氫離子之氫離子 植入區域12之推雜右3xin15 -3 切柯箄將^ em之狀單晶梦基板.藉由 之早 板10切斷成比㈣除去多晶石夕薄膜4 形狀^ y α狀至少小〇·3微米’尤宜為小0.5微米以上的 兩淨：成有多晶痛4之基板及單晶石夕基板1〇之 前述氮離子植切斷之單晶石夕基板10之接近 區域。所項S… 之表面密著貼合於前述蝕刻除去 一， ° 洗淨，係一般稱為RCA洗淨的一種洗淨法 ，並使用包含氨、過氧化氫與純水之洗淨液。 而後，以3〇〇玄〜^ C ,此處以約55(TC之溫度進行熱處 猎“射照射或包含約戰以上峰值溫度之燈退火， -32- 1235486 發明說明續頁 ' ,< .、 - 使單晶矽基板10之氫離子植入區域12的溫度昇溫至氫自石夕 脫離之溫度以上，以氫離子植入區域12為邊界剝離單晶矽 基板10。 以等方性電漿蝕刻或濕式蝕刻，此處為緩衝氟酸之濕式 蝕刻，藉由約10 nm輕微蝕刻除去經剝離而殘留於絕緣基板 1上之單晶石夕基板表面之損傷層。 藉此，如圖1(d)所示，於絕緣基板！上分別獲得膜厚約5〇 nm之多晶矽薄膜4與單晶矽薄膜5。另外，在室溫下接合單 晶矽基板10後，以300〜35(TC，約30分鐘熱處理後，以約55〇〇c 熱處理而剝離時隨剝離之剝落減少。 而後，以約8〇〇t進行i分鐘燈退火。其次，保留構成裝 置之活性區域的部分，藉由蝕刻除去不需要之矽薄膜4, 5 ’如圖1(e)所示，獲得島狀圖案。 其次’使用TEOS(四乙氧基矽烷，亦即Si(〇C2H5)4)與氧 之混合氣體，藉由電漿CVD，堆積膜厚約35〇 nm2氧化矽 膜二以異方性蝕刻之RIE予以回蝕約4〇〇 ，使用矽烷與 一氧化二氮之混合氣體’藉由電漿CVD，如圖1(f)所示，形 成膜厚約60 nm之第二氧切膜6，作為閘極氧化膜6。 此時，藉由使前述第一氧化砂膜圖案與前述單晶矽薄膜 圖案間之空間大致等於前述第_氧化石夕膜厚之兩倍，於前 述多晶石夕薄膜與前述單晶石夕薄膜圖案間之溝狀部内保留氧 化膜，整個基板予以平坦化。 而後，藉由一般熟知之p-矽（多晶矽）形tft矩陣基板之形 成製程相同的製程形成即可。亦即’如圖工⑻所示，形成 -33- 1235486 v ; 發明說_頁 包含多晶矽、矽化物或聚化物等之閘極21後，植入p + &B + 離子，堆積氧化矽膜（層間絕緣膜）22，開設接觸孔Μ。而 後’如圖1(h)所示，於接觸孔23内形成金屬（石夕化紹）配線 另外，將形成於絕緣基板丨之單晶矽薄膜5與多晶矽薄膜4 予以I虫刻圖案化成島狀而形成M〇s電晶體，㈣M⑽電晶 體及p型MOS電晶體之源極及汲極區域之至少一部分内植 勺10 /cm以上之P離子。藉此，繼續藉由RTA、雷射、 丈:等進行加熱處理，除多晶矽薄膜4區域外，單晶矽薄膜$ ，域亦同時藉由除去金屬原子，可獲得特性變動小而特性 穩定之TFT。 u文日日頌示用上進一步依序形成SiNx(氮化矽）、樹脂平坦 】：二通孔、及透明電極’於多晶石夕薄膜4區域形成驅動 不部用之TFT ’於單晶石夕薄膜5區域形成時間控制哭。 ’本實施形態增加氯離子之植入能量，加_子 日士、〜位置，增加早晶石夕薄膜5之膜厚時，為50nm〜100nm 寸亚热大的變化’但是增加到3〇〇 nm〜6〇〇 1^時，叮丁之8 值：漸變大且斷開電流顯著增加。因此，即使單晶石夕薄膜5 之：厚亦與雜質之摻雜密度相關，仍須在約6〇〇細以下， 且宜在約500 nm以下，更宜在1〇〇 nm以下。 〔第二種實施形態〕 其他實施例之TFT之主動矩陣基板3。 ()§兄明如下。另外與第-種實施形態之主動矩陣美板20 相同的構件省略說明。 動矩陣基板20 半導體裝置之主動矩陣基板3G係藉由：絕緣基板i、氧化 -34- 1235486 (30) 發明說明續頁 石夕（Si〇2)膜32及11、第二氧化石夕膜35、多晶石夕薄膜37、單晶 石夕薄膜3 4、閘極氧化膜3 8、閘極2 1、層間絕緣膜2 2、及金 屬配線24構成。 絕緣基板1係使用高應變點玻璃之CONING公司之# 1737 (鹼土類-鋁硼矽酸玻璃）。 於整個絕緣基板1之表面形成有膜厚約35〇 nmi氧化矽 膜32 〇 於絕緣基板1表面上之氧化矽膜32上，膜厚約1〇〇 nm之第 二氧化矽膜35與膜厚約50 nm之多晶矽薄膜37堆疊形成於 島狀圖案區域内。 再者’與多晶矽薄膜37不同之區域中，絕緣基板1表面之 氧化石夕膜3 2上形成有具有約1 5 〇 nm深度之凹部3 3 (參照圖 2(a))。該凹部33之底面上，膜厚約2〇() nm之氧化矽膜^以 及於其上同形狀之膜厚約50 nm之單晶矽薄膜34形成於島 狀圖案之區域。多晶矽薄膜37之區域與單晶矽薄膜34之區 域至少分離0.3微米，尤宜分離〇·5微米以上。藉此防止鎳、 始、錫、把等金屬原子擴散於單晶矽區域，促進特性穩定 化。 心疋 於整個氧化石夕膜3 2、多晶石夕薄膜3 7及單晶石夕薄膜3 4上形 成有膜厚約60 nm之閘極氧化膜36。 多晶矽薄膜37及單晶矽薄膜34之各島狀圖案區域上面形 成有包含多晶矽、矽化物或聚化物等之閘極2 j。 再者，與主動矩陣基板30同樣地，形成有層間絕緣膜22 、接觸孔23(參照圖2(g))、及金屬配線24。此外，亦同樣地 -35- (31) 1235486 主動矩陣基板3 〇於液晶顯示用 樹脂平坦化膜、連通孔、及透明 化成有驅動器及顯示部用之TFT 有時間控制器。 發明說明續頁 上开> 成有SiNx(氮化石夕）、 電極，於多晶矽薄膜區域 ，於單晶矽薄膜區域形成 先前之形成於多晶矽區域之TFT的移動率約為1〇〇 cm2/v· we ’而該液晶顯示主動㈣基板对，形成於單晶石夕區域 之N通道TFT則可獲得約5〇〇cm2/v· sec的移動率。 藉由該液晶顯示用主動矩陣基板3〇，驅動器原本形成於 f晶矽薄，37區域之裝置需要7〜8V之訊號與電源電壓，但 是形成於單晶矽薄膜34區域之裝置之時間控制器只須3.3 V 即可穩定地動作。 就以上說明之主動矩陣基板3〇之製造方法，依據圖2(^ 圖2(h)說明如下。 絕緣基板1係使用C0NING公司之# 1737(鹼土類_鋁硼矽 酸玻璃）’在其整個表面上，使用矽烷與一氧化二氮之混合 氣體，藉由電漿CVD堆積膜厚約35〇 nm之氧化矽膜32。如 圖2(a)所不，蝕刻約15〇 nm之前述氧化矽膜“之特定區域 而形成凹部3 3。 其次，準備預先藉由氧化表面或堆積氧化膜而形成膜厚 約200 nm之氧化矽膜n，具有以特定能量植入有5><i〇16/cm2 劑里之氫離子之氫離子植入區域丨2之單晶矽基板丨〇。切斷 成比形成岫述凹部33之區域相同形狀至少小〇. 5微米的形 狀。 SC-1洗淨形成前述凹部33之絕緣基板i及切斷之單晶矽 -36- 1235486 (32) 發明說明續頁 基板1 0之兩基板後，如圖2(b)所示，使前述氫離子植入側 表面密著貼合於前述蝕刻除去區域。 而後，以300°C〜600°C，此處以約550°C之溫度進行熱處 理，藉由雷射照射或包含約70(rc以上峰值溫度之燈退火， 使單晶矽基板10之氫離子植入區域12的溫度昇溫至氫自矽 脫離之溫度以上，以氫離子植入區域12為邊界剝離單晶矽 基板10。 以等方性電漿餘刻或濕式姓刻，此處為緩衝氟酸之濕式 蝕刻，藉由·約1 〇 nm輕微蝕刻除去經剝離而殘留於絕緣基板 1上之單晶矽基板表面之損傷層。藉此，如圖2(c)所示，於 絕緣基板1上獲得膜厚約5 〇 nm之單晶矽薄膜3 4。 而後，於整個絕緣基板丨上，使用矽烷與一氧化二氮之混 合氣體，藉由電漿CVD，如圖2(d)所示，堆積膜厚約i〇〇nm 之f二氧化矽膜35。進一步於其整個表面上使用矽烷氣體 ’藉由電漿CVD ’如圖2(d)所示，堆積膜厚約5〇 nm之非晶 質矽膜3 6。 非晶質矽膜36上照射準分子雷射予以加熱晶化，使多晶 矽層生長’而形成多晶矽薄膜37’並且促近接和強度提高。 其次，藉由蝕刻除去多晶矽薄膜37之 氧化石夕膜35之至少單以薄膜34上之部分。其次，保^ 成I置之活性區域的部分，#由㈣除去不需要之石夕膜， 如圖2(e)所示，獲得島狀圖案。 其次’使用Τ Ε Ο S斑氣之、、日人* μ * 、虱之此a虱體，稭由電漿CVD，堆 膜厚約350 nm之氧化石夕膜乂昱 肤M吳方性蝕刻之RIE予以回蝕約 -37· (33) (33) 1235486 發明說明續頁 400 nm後，使用矽烷盥一 片 ι-λ,τλ /、 虱化一虱之混合氣體，藉由雷將 CVD，如圖2(f)所示，形忐胺斥从稽由電漿 乂成膜尽約6〇 nm之氧化石夕膜 為閘極氧化膜38。此時，蕤士你、，+斤 Μ 38，作 與前述單⑭薄膜圖㈣之空間大致等於前述第== 膜f之兩倍’於前述多晶石夕薄膜與前述島狀敍刻前之單晶 矽溥膜圖案間之溝狀部内保留氧化膜，整個基板予以平： 化0 一 以後，與第一種實施形態相同，因此省略。 〔第三種實施形態〕 就本發明其他實施例之TFT之主動矩陣基板說明時，因剖 面構造與第一種實施形態之主動矩陣基板2〇相同，因此僅 說明差異處。 本實施形態之多晶矽薄膜43(參照圖3(d))係藉由結晶生 長方向一致之多晶矽之所謂連續結晶粒場矽（c〇ntinu〇us Grain Silicon)形成。 先前之形成於連續結晶粒場矽區域之N通道TFT的移動 率約為200 cm2/V · sec，而該液晶顯示用主動矩陣基板中 ’形成於單晶矽區域之N通道TFT則可獲得約500 cm2/V· sec 的移動率。 藉由該液晶顯示用主動矩陣基板，驅動器原本形成於多 晶石夕薄膜4 3區域之裝置需要7〜8 V之訊號與電源電壓，但是 形成於單晶矽薄膜5區域之裝置之時間控制器只須3.3 V即 可穩定地動作。 就以上說明之主動矩陣基板之製造方法，依據圖3(a)〜圖 -38- (34) 1235486 發明說明續頁 3(d)說明如下。 本發明第三種實施例與第一每 禋貝加例同樣地，首先，絕 緣基板1係使用CONING公司之Α L 、 女、^ ^ 之# 1737(鹼土類-鋁硼矽酸玻 璃）’在其整個表面上，使用 茲士”。 用矽烷與一氧化二氮之混合氣體 ，措由電漿CVD堆積膜厚約2〇〇 气 之虱化矽胰2。在其整個 表面上使用矽烷氣體，藉由電 皙欲暄h、# 土 冤水CVD ,堆積約50 nm之非晶 貝夕膜3。進一步如圖3(a)所千 叙-,,斤 ’、在/、正個表面上使用矽烷 與一乳化二氮混合氣體，藉由 二氧化矽膜41。 - VD隹積約2。。_之第 :上層之第二氧化矽膜41之特定區域内藉由蝕刻形成開 口部後，為求控制前述開口 _ ,4之非晶質石夕膜3表面的親水性 ’如圖3(b)所不，於非晶質 ，在其上自㈣㈣表㈣成相氧切膜42 晶Π方之進行約12小時固態生長，使促進結 ^ 之、、"阳生長之多晶矽的所謂連續結晶粒場 矽(C〇ntlnuous Grain Silic . „ ’生長而形成多晶石夕薄膜4 3。 進一步除去多晶矽薄膜43上 7屬朕43 μ古丨…々 ： 弟一乳化矽胰41及42。而後 蝕d除去夕晶矽薄膜43之特定區域。 =，準備預先藉由氧化表面或堆疊 ，_之氧切膜"’具有以特定 成二 劑量之氫料之氫離子植人 ^ 10 /⑽ 口口。 Λ ζ <早晶石夕基板1 0。脾士女 車晶矽基板1〇切斷成比蝕刻 板0將该 4示古夕晶石夕薄膜43之特宕f 的形狀至少小0.3微米，尤眘丨n 〇 、疋&或 ^ 尤且小〇·5微米的形狀。 哥联4 J之基板及早晶矽基板 -39- 1235486 (35) 發明說明續頁 10之兩基板後’如圖3(c)所示，使接近於單晶矽基板1〇之 風離子植入區域12之侧的表面密著貼合於前述蝕刻除去區 域。此時多晶石夕薄膜43與單晶矽基板10之間至少分離〇.3微 米，尤宜分離0.5微米以上。藉此防止後述之多晶矽薄膜4: 製造步驟中使用之鎳、鉑、錫、鈀等金屬原子擴散至單晶 石夕區域’促進特性之穩定化。 而後，以300°C〜600°c，此處以約550°C之溫度進行熱處 理’藉由雷射照射或包含約7〇〇它以上峰值溫度之燈退火， 使單晶矽基板10之氫離子植入部12的溫度昇溫至氫自矽脫 離之溫度以上’以氫離子植入部12為邊界剝離單晶矽基板 10 ° 以等方性電漿蝕刻或濕式蝕刻，此處為緩衝氟酸之濕式 蝕刻藉由約1 0 nm輕微蝕刻除去經剝離而殘留於絕緣基板 1上之單晶矽基板10表面之損傷層。藉此，如圖3(d)所示， 於、、、巴緣基板1上分別獲得膜厚約5〇 之多晶矽薄膜與單 晶石夕薄膜5。 其-人’藉由姓刻除去多晶矽薄膜43之不需要部分與第二 氧化矽膜之至少單晶矽薄膜5上之部分。進一步因應特定之 I置形狀，島狀地蝕刻除去多晶矽薄膜43與單晶矽薄膜$ 不需要的部分。其次M呆留構成裝置之活性區域的部分， 蝕刻除去不需要之矽膜，而獲得島狀圖案。 其次，使用TEOS與氧之混合氣體，藉由電漿CVD，堆積 膜厚約35〇nm之氧化矽膜，以異方性蝕刻之RIE予以回蝕約 4〇〇 nm後，使用矽烷與一氧化二氮之混合氣體，藉由電裝 -40- (36)1235486 發明說明續頁 極氧化膜：之氧切膜(圖上未顯示)，作為閉 :族。此時，ϋ由使前述第一氧化石夕薄膜圖 ::梦缚：圖案間之空間大致等於前述第一氧化石夕膜厚之 物早：：述多晶矽薄膜與前述單晶矽薄膜圖案間之溝狀 :内保，整個基板予以平坦化，或是於階差部形 成側壁以減少坡度。
其次，於裝置之活性區域近旁的氧化石夕膜上形成開口部 ，為求除去將氧化矽膜作為掩模促進結晶生長而添加之鎳 ，植入高濃度之1> +離子（15]^乂5\1〇15/(：1112)，以]^八，在約 8〇〇t之溫度下進行！分鐘之熱處理。其係以避免單晶矽中 鎳原子擴散之方式，物理性納入空間，不過極微量之鎳原 子仍可能混入製程中，因此單晶矽之活性區域宜進行前述 除去步驟’但是優先空間時，亦可依設計上考慮省略除去 步驟。 以後之步驟，與第一種實施形態相同，因此省略。 〔弟四種實施形態〕
本發明其他實施例之T F T之主動矩陣基板5 0與第一種實 施形態之主動矩陣基板20大致相同，因此僅說明差異處。 主動矩陣基板20之氧化矽膜2之膜厚約為200 nm，而本實 施形態之主動矩陣基板50之氧化矽膜52之膜厚則約為350 nm ，並進一步形成有深度約150 nm之凹部55(參照圖4(b))。’ 此外，主動矩陣基板20之氧化矽膜Π之膜厚約為200 nm ，而本實施形態之主動矩陣基板5〇之氧化矽膜61之膜厚則 約為400 nm。 -41 - 1235486 y } 發明說明續頁 • ' -__ 先前之形成於多晶矽區域之N通道TFT的移動率約為ι〇〇 cm /V · sec，而該液晶顯示用主動矩陣基板5〇中，形成於 單晶矽區域之N通道TFT則可獲得約500 cm2/v· sec的移動 率0 夕猎由該液晶顯示用主動矩陣基板5〇，驅動器原本形成於 多晶矽薄膜54區域之裝置需要7〜8V之訊號與電源電壓，但 是形成於單晶矽薄膜55區域之裝置之時間控制器只須3·3 V 即可穩定地動作。 此外，本實施例係使用形成有約4〇〇 nm之氧化矽膜61的 單晶矽基板60，所獲得之TFT之臨限值的變動，與使用形 成有約200 nm之氧化矽膜n之單晶矽基板1〇之第一種實施 形態時的0.3 V( ±σ )比較，為約1/2之〇·15 ν( ±σ )，特別是 於低電壓4之動作穩定性提高。此因接合之單晶矽基板與 玻璃基板界面之污染，或是晶格應變及不完全性引起之固 疋電荷的景夕響減輕。前述氧化矽膜6丨之膜壓，於膜厚愈厚 臨限值之變動愈少，不過藉由氧化矽膜之形成步驟的效 率（氧化所需時間）與階差的折衷，適切值大致為2〇〇 nm〜400 nm。重視變動時，適切值大致為4〇〇 nm，重視階 差及效率時，適切值大致為2〇〇 nm。 當然，階差不構成問題時，須大致在4〇〇 nm以上。 就以上祝明之主動矩陣基板5〇之製造方法，依據圖〜 圖4(h)說明如下。 絕緣基板1係使用C0NING公司之# 1737(鹼土類·鋁硼矽 酸玻璃），在其整個表面上，使用矽烷與一氧化二氮之混合 -42- 1235486 (38) 發明說明續頁 . 氣體，藉由電漿CVD堆積膜厚約35〇 nm之氧化矽膜52。進 一步如圖4(a)所示，在其整個表面上使用矽烷氣體，藉由 電聚CVD堆積膜厚約50 nm之非晶質矽膜53。 非晶質矽膜5 3上照射準分子雷射予以加熱晶化，使多晶 矽層生長，而形成多晶矽薄膜54。 藉由約150 nm#刻除去特定區域之多晶矽薄膜54與氧化 石夕膜52之一部分’如圖4(b)所示，形成深度約2〇〇 nm之凹 部55。 其次，準備預先藉由氧化表面或堆疊氧化膜而形成膜厚 約40〇nm之氧化矽膜61，具有以特定能量植入有5xi〇16/cm2 劑量之氫離子之氫離子植入部62之單晶矽基板6〇。 將單晶矽基板60分斷成比凹部55的形狀小〇.5微米的形 狀。 SC-1洗淨形成有多晶矽薄膜54之基板1及單晶矽基板6〇 之兩基板後，如圖4(c)所示，使接近於單晶矽基板6〇之氫 離子植入部62之側的表面密著貼合於凹部55之底面。 而後，以30(TC〜65(TC，此處以約55〇t：2溫度進行熱處 理’藉由雷射照射或包含約700艺以上峰值溫度之燈退火， 使單晶矽基板60之氫離子植入部62的溫度昇溫至氫自矽脫 離之溫度以上，以氫離子植入部62為邊界剝離單晶矽基板 6 0 〇 以等方性電漿蝕刻或濕式蝕刻，此處為緩衝氟酸之濕式 蝕刻，藉由約1 〇 nm輕微蝕刻除去經剝離而殘留於絕緣基板 1上之單晶石夕基板10表面之損傷層。 -43- !235486 發明說明續頁 藉此，如圖4⑷所示’於絕緣基板!上分別可獲得膜厚約 nm之多晶矽薄膜54與單晶矽薄膜55。 而後在度約800 C下’進行}分鐘之燈退火。其次， 保留構成裝置之活性區域的部分，蝕刻除去不需要 膜54,55’如圖4(e)所示，獲得島狀圖案。 / /、人使用TEOS與氧之混合氣體，藉由電漿cvd，堆積 膜厚約350 nm之第—氧切膜，以異方性㈣之⑽予以回 钱約彻nm後，使用錢與—氧化二氮之混合氣體，藉由 電漿CVD 如圖4(f)所示，形成膜厚約6〇 nm之氧化矽膜％ ’作為閘極氧化膜。 以後之步驟’藉由與第_種實施形態相同之步驟形成TFT。 〔第五種實施形態〕 、就本發明其他實施例之TFT之主動矩陣基板說明時，其構 造與第四種實施形態之主動矩陣基板相同，僅製造方法之 一部分不同，因此僅說明差異處。 第四種實施形態中係準備以特定能量植入有5><1〇16/cm2 劑量之氫離子的單晶矽基板6〇。而本實施形態中係準備以 特定能量植入有3 X 1 016/cm2劑量之氫離子的單晶矽基板。 第四種貫施幵> 悲中，於以氫離子植入部62為邊界剝離單 晶矽，可獲得單晶矽薄膜55之前，係在約55〇。(：的溫度下進 行熱處理。而本貫施形態則係以多晶矽層形成時之大致 60〜80%之能量照射準分子雷射之脈衝，與多晶矽層生長時 同樣地，藉由照射全面進行加熱。 先鈾之形成於多晶石夕區域之N通道TFT的移動率約為1 00 -44- 1235486 (40) 發明說明續頁 L---___ cm /V · sec ’而該液晶顯不用主動矩陣基板中，形成於單 晶石夕區域之N通道TFT則可獲得約600 cm2/V · sec的移動率 。另外，第四種實施形態之液晶顯示用主動矩陣基板中， 先前之形成於多晶矽區域之TFT的移動率約為500 Cm2/V · sec。其差異係因本實施形態所獲得之單晶矽薄膜減少氫離 子植入量，而可減少因植入氫離子造成單晶矽之損傷，以 改善TFT特性。 此外，藉由該液晶顯示用主動矩陣基板，驅動器原本形 成於多晶石夕薄膜區域之裝置需要7〜8 v之訊號與電源電壓 ’但疋形成於單晶矽薄膜區域之裝置之時間控制器只須3 ·3 V 即可穩定地動作。 〔第六種實施形態〕 1就本發明其他實施例之TFT之主動矩陣基板說明時，因構 造與，一種實施形態之主動矩陣基板相同，因此省略說明。 貝加例中形成於多晶石夕區域與單晶石夕區域内之tft 的閘長分別為5微#、〇,8微米，閘極氧化膜厚分別為8〇證 nm電源電壓分別以8 v、3 v來動作時可穩定地動作。 另卜於夕曰曰矽區域内形成閘長為〇·8微米冬TFT ,並以3 v /乍寺TFT之特性變動，源極〜汲極間之耐壓不足 住不能使用。
二V於.多晶矽區域内形成閘長為i.5微米之抓，並以3 V 動作日寸’臨限值電壓 ^ 电&及其、交動大，實用上有問題。 乃外’本發明並不限 一 #lJ JS - ,, _ 疋於上返各種貫施形態，在申請專 員所不的乾圍内可作夂你 口種、欠更’適切組合不同實施形態 -45- (41) 1235486 發明說明續頁
中分別揭示之技術性手段所獲得之實施形態亦包含於本發 明之技術範圍内。 、 X 此外，本發明之實施形態並不限定於本内容，如就多晶 石夕形成法或層間絕緣膜之材料、膜厚等，其他該領域之$ 術者即使藉由獲知之手段當然亦可實現。此外，就材料， -般而言只要係相同目的上使用者’即使為不同材料，各 然亦可獲得同樣之效果0 田 〔第七種實施形態〕 就本發明另外實施形態，依據圖5〜圖8說明如下。 圖5#本實施形態之S0I基板2〇1之剖面圖。該s〇i基板2〇ι 係以前述精靈切割法所作成者，於非晶質無驗玻璃基板之 高應變點無驗玻璃基板加之表面堆疊有二氧切膜加， 其^貼合有被二氧切膜2G4所覆蓋之單晶梦薄膜2〇5。 忒圖5中’早3曰矽薄膜2〇5描繪成小於高應變點無鹼玻璃 基板2 0 2 ’此係依目前市隹夕古_ ρ 巾〇之回應受點無鹼玻璃基板與矽晶 圓之一般大小關係者，單晶石々、讀替 夕厚膝205亦可為與高應變點無 驗玻璃基板202相同大小者。奸冰 八』有此外，該圖5中因係模式圖， 因此厚度之大小關係並非享眚。— ,..^ 事貝一般而言，高應變點無鹼 玻璃基板202之厚度約為〇 7 m — 、 门 mm —虱化矽膜203, 204之厚 度約為50〜300 nm。 此外，早晶矽薄膜2〇5之厚 <知度為40〜200 nm。單晶矽薄膜 205之厚度，亦即氫離子 植入冰度若低於200 nm，可獲得 完全耗盡化之電晶體，可大φ3含 」大巾田k呵特性，並且加工亦容易 0另外，比40 nm薄時，膣戶樹^ γ 才胰厗、交動增加，導致製造上之安全 -46- 1235486 發明說明續頁 係數降低。 係數卩牛低。因此如上述地作選擇時， 獲得高的元件特性。 可保持安全係數，且
精靈切割法分割時， 點無驗玻璃基板 歹片之二氧化矽膜204係藉由化學汽相 而獲得該膜時，如該圖6所示，僅形成 3。以下述之熱氧化法形成時，則形成 α與背面兩者。而單晶矽片2〇6以前述 表面側之二氧化矽膜亦被除去，而如 月述圖5所示，成為單晶矽薄膜2〇5。 圖7(a)至圖7(g)係顯示上述之s〇I基板2〇1的製作程序圖 。由於前述高應變點無鹼玻璃基板202原本親水性不足，為 求增加親水性，如圖7(a)至圖7(b)所示，二氧化矽（si〇2)膜 203幵y成别述約50〜3〇〇 nm。其成膜如藉由電漿化學汽相生 長法（電漿CVD法），於真空處理室中流入TE〇s(Tetra 〇rth〇 Silicate)氣體與氧氣，可藉由實施電漿放電來進行。前述電 裝CVD法由於係藉由電漿放電活化材料氣體而成膜，因此 適於在無法提高至6〇〇以上高溫之該高應變點無鹼玻璃 基板202上成膜。具體之成膜法概要如下。 前述真空處理室内流入材料氣體之TE〇s氣體與氧氣，將 真空度調整為133〜1330 Pa。基板溫度形成約200〜40CTC。 放置該基板之載台亦形成高頻電源之一方電極，另一方電 極與載台間施加RADI0 FREQUENCY帶（RF帶）之頻率為 13.56 MHz的高頻，使產生電漿放電。其高頻功率密度約為 〇·1 W/cm2。藉由該電漿放電，經過約工分鐘時間，可形成 -47- (43) !235486 發明說明續頁 前述約50〜300 nm之二氧化矽膜2〇3。 此時，電漿頻率亦可#兆今、+、〇 π俄 士 _丄 」卫非刚述RF帶，亦可為微波帶（約 2.456 GHz)。此夕卜，高應變點無驗玻璃基板2〇2親水足 的原因在於其化學組成。—惫 从一虱化矽（Si〇2)為親水性佳的材料 ’但是其在該基板上僅含約5〇%，此即顯示親水性不足 原因。如上所述’ #由僅以上述厚度塗敷二氧化石夕膜2〇3 ’可獲得足夠之親水性。 另外，一 U吋的圓板形狀 δ. 叙而言單晶矽片206係形成6, 。此外，一般而言，摻雜有某種濃度之硼及磷等雜質，i 電阻率低達ίο。結晶方位’於具有（⑽）面者最容易 獲得。為求避免雜質自表面擴散，而以熱氧化法等，首先 々f 7(c)至圖7(d)所不，形成約5〇〜300 nm之二氧化梦膜⑽ 。前㈣氧化法亦可為乾氧氧化法，不過由於該方法的氧 化速度k，因此欲形成前述3〇〇 nm之氧化膜時將耗費大量 時間。因此亦可使用熱氧化及蒸汽氧化法等氧化速度快： 方法。 、 而後，如圖7⑷所示，植入氫離子。其一種植入條件為·· 加速電壓為12〜36kV，植人量約為4〜6xl〇16cm_2。藉由該氯 離子植^入，如參照符號21〇所示，於單晶矽片206中之特定 深度（前述40〜2〇〇 nm)之面上形成有氫離子植入面。 、如此所準備之高應變點無鹼玻璃基板2〇2及單晶矽片2〇6 ，求^去表面之微粒子予以活化，係以純水稀釋氨水及過 乳化風水之所謂％]溶液洗淨。前述SC-1溶液，如將市售 之28%虱水、35%之過氧化氫水、與電阻率為10 Μ Ω cm以 -48- 1235486 發明說明續頁 古之、、屯水’卩谷積比1 ·· 2 : 1 2等的比率混合作成。使前述 门應文點無鹼玻璃基板2〇2及單晶矽片2〇6浸潰於該^^溶 液中、、、勺1〜1 〇分鐘’除去表面的微粒子。而後，在純水流水 下洗乎約10分鐘’自各表面除去藥劑，再以自旋乾燥機等 使其乾燥。 ^此洗淨之南應變點無鹼玻璃基板2〇2與單晶矽片2〇6彼 此罪近表面牯，藉由van der Waals》而接著。其態樣如圖 1(0所不。此蚪將單晶矽片2〇6顛倒，將前述氫離子植入面 '著於咼應I：點热驗玻璃基板2 〇 2。密著時之力，於經過良 好洗淨，表面之微粒子被除去，表面充分活化時，僅須少 許力即可（如約數百§)。所謂藉由前述van der Waals力之引 力，係與原子間距離之6次方成反比而變化者。因而表面各 原子接近於了與固體之原子間距離比較的距離時形成接著 狀恶。接著狀態於高應變點無鹼玻璃基板2〇2為透明基板時 ’自背面以目視觀察可確認干擾色消失。 如此使單aa石夕片206接著之高應變點無驗玻璃基板2〇2， 如前所述地藉由彼此靠近而接著（van der Waals結合）後，藉 由實施熱處理，而成為化學性結合鍵。亦即，表面之氫藉 由熱而消散’各個基體上之各原子空鍵結合而接著力強化 。此經本件發明人確認即使並非如前述特開平11-163363號 之800〜1200。(：之高溫，只須約3〇〇。〇以上之溫度即可。另外 ’基板之南應變點無鹼玻璃之應變點在7〇〇。〇以下，提高至 其以上溫度時即變形，因此如本發明之基板使用高應變點 無鹼玻璃時，如上所述之接著力強化之熱處理的最高溫度 -49- (45)1235486 發明說明續頁 限制在約650°C，經本件發明人證實， 仍可獲得充分之接合強度。 即使最高溫度約為600。。 如此接著之高應變點無鹼玻璃基板2
，、平曰曰％片206A 界面具有約lxl05dyn/cm2之接著力，此為可與以 等所形成之薄膜之接著力比較之值。該接著力之評估=夢 由將密著之單晶矽薄膜205自端部分剝落試驗來進行。「^ 性理論」（Eri · de · Randaun= Ye · M · Ufchitz著佐藤常 三譯，東京圖書）中，薄層（厚度h)於分離面上藉由與表 引力相反而作用之外力自物體剝除時，每單位長度^接著 力α以 a 24(1-σ2) (^ ζ /dx2)2 來表示。此時，Ε為薄膜之楊氏率，σ為薄膜之泊松比，匕 為薄膜之厚度，χ為薄膜密著之平面之橫方向的軸，^為薄 膜在法線方向剝除之膜之變位。該接著力α可藉由求^之 法線方向之變位對於χ軸之2階偏微分係數而獲得。
此外’進行接著力強化用之熱處理時，玻璃基板之熱膨 脹率大於單晶矽片206之熱膨脹率，係進行穩定之接著的要 素。石夕之熱膨脹率於室溫附近約為2.6xl〇-6deg-i，於約5〇〇。〇 的溫度下約為4.1 xlO^deg·1。另外，本發明使用之前述高應 變點無驗玻璃基板自室溫至約7〇〇。〇的溫度範圍内，可獲得 熱膨脹率與單晶矽相等或大於的基板，因此，如由鹼土類_ 紹硼碎酸玻璃、鋇_紹硼梦酸玻璃、驗土類_鋅_錯，硼矽酸 玻璃或驗土類-鋅-鋁硼矽酸玻璃構成，於5〇〜3〇〇〇c之溫度 範圍内’熱膨脹率約為4.7 χ 1 〇-6 deg-1。因此，於前述50〜300 °C -50- (46) 1235486 發明說明續頁 之/里度範圍内，高應變點無鹼玻璃基板202之熱膨脹率較大 :另外，本發明前述所謂非晶質無鹼玻璃基板，係指鹼含 里為1 /°以下之微量物，具體之製品如CONING公司之 CONING# 1737玻璃等。
—圖8杈式顯不為求進行前述熱處理，而將接著之高應變點 無驗，璃基板2G2及單晶⑦片2G6放人爐中，於高溫時輕曲 的狀心因上述之熱膨脹率的關係，於暴露在進行熱處理 用之高溫下時，高應變點無鹼玻璃基板202向下翹曲於凸方 7。此時，藉由前述van der Waals力而接著之兩者中，單 曰日夕片206之在呵應變點無鹼玻璃基板2〇2附近的部分橫方 向拉扯，不過如前所述，藉由高應變點無鹼玻璃基板202 向下翹曲於凸方向，自單晶矽片2〇6之端剝離之力與翹曲方 向一致，其抵銷單晶石夕片2〇6自接著面剝離力，不引起剝離 ’成為形成結合鍵的要素。 旦疋，丽述氫離子之植入面210因氫脆化之分離，如溫 未1、、勺600 C以上時不產生，因此設定約6〇〇。。之溫度，
同時有效地進行強化前述接著力之熱處理與該單晶矽 2〇6㈣用的熱處理4口進行_。〇，30〜60分鐘之熱處理 七所述地接著之面的接著力被強化，並且單晶矽 2〇6以丽述氫離子植入面21〇分離。顯示該分離狀態者 述圖5及圖7(g)。 ^ .
單 °C 二熱處理中，進行1〇8(溫度吸收光譜學）評估時，觀察 曰曰I片2〇6 ^或二氧化石夕膜2〇3，204之表面，從超過3 之’皿度起’氫排出的狀態。該氫排出時，t自單晶矽 -51 - (47) (47)1235486 發明說明續頁 206之氫離子植入面210的位置急遽消散，該單晶矽片2〇6 分離成單晶矽薄膜205與單晶矽片2〇6a，於高應變點無鹼玻 璃基板202上可獲得單晶矽薄獏2〇5。藉由如上的處理，形 成具有W述膜厚為40〜200 nm之單晶矽薄膜2〇5的s〇I基板 201。在δ亥膜厚範圍内，元件形成之電晶體的通道部須完全 耗盡化。 Ν 另外，上述說明係說明以丨個階段進行熱處理，不過多階 段進仃日寸’可進一步強化接著力。尤其是，亦可將強化接 著力用之熱處理（約300〜55(rc之溫度）與分離用之熱處理 區分成不同階段來進行。此時，由於接著力強化如以上所 述係以約300 c以上的溫度進行，其係300〜550。〇之單晶 矽片206未被植入面21〇分離的溫度，經過約。分鐘以下短 日寸間的處ί里’進仃该接著力強化用之第一階段的熱處理， 而後’以6 0 0〜7 0 〇之、、西疮、# —八士， L之μ度進仃分離用之第二階段的熱處理 ，膜自接合面剝落，，丨、xm η ^ ^ 了減乂早日日矽片206之膜於熱處理後剝 洛之？又品的數量。 、卜#上述之說明係顯示於前述熱處理中使用電爐，不 匕亦可藉由田射等光（燈）退火之包含大致它以上之峰 :溫度的瞬間熱退火來進行。藉由前述電爐之加熱，當高 應變點^驗玻璃基板2Q2達到應變點以上之高溫時，產生基 士、鈿·而以燈等之瞬間熱退火及雷射加熱（雷射退火） :則可防止整個基板收縮，且可提高須退火之位置的溫 又，使結晶性或分離效率提高。並可提高製造§〇1基板2〇1 上的通量。 -52- 1235486 (48) 發明說明續頁 以上作成之SOI基板201，如在前述高應變點無鹼玻璃基 板202内使用透過可視光的材料時，於前述單晶矽薄膜2〇5 之層上形成薄膜電晶體，加工成TFT液晶顯示（LCD : crystal Display)裝置、丁FT有機電致發光（〇led: 〇rganic Light Emhting Diode)顯示裝置等。於此種主動矩陣驅動之 顯示面板上導入本發明之Soj基板2〇1時，可促進電晶體之 特性均一化、穩定化及高性能化，亦可自前述主動矩陣之 驅動器積體化週邊驅動器、時間控制器等系統。此外，亦 可於必要之部分貼附單晶矽片2〇6，亦可對應於大面積之基 板。 如以上所述，本發明之S〇I基板2〇1係將以精靈切割法等 所獲得之單晶矽薄膜205貼合於基板上而作成之s〇I基板， 並著眼於於貼合時即使約為3〇〇它仍可獲得足夠之接合強 度’該基板上使用非晶質無鹼玻璃基板之高應變點無鹼破 璃基板2 0 2。 因此，無須使用調整組成之晶化玻璃及高耐熱玻璃，而 使用藉由主動矩陣驅動之液晶顯示面板等上一般所使用之 咼應變點無鹼玻璃，可以低成本製造s〇I基板。此外，因前 迷熱處理之溫度低’因此與以8〇〇〜12〇〇它進行熱處理之先 W比較’可減少驗性金屬對半導體層之擴散達數位數。藉 此’可使為防止前述擴散而形成之二氧化矽膜2〇3, 2〇4等的 膜厚比先前薄，可提高通量。 此外’係使用自室溫至約7〇〇t之溫度範圍内，熱膨脹率 與單晶石夕相等或大於之高應變點無鹼玻璃基板2〇2，於進行 -53 - (49)1235486 發明說明續頁 提高自最高溫度約6〇〇。(：之單曰功μ “ 205之八雜及⑽日& 之早日日矽片206與前述單晶矽薄膜 之刀離及早晶秒片206淑·^古— 之接签七“* 兩應變點無驗玻璃基板加 之接者力的熱處理時，可私制装 的剝離。 了抑制基板破裂及單晶梦薄膜205 2〇6最容易獲得之表面 等其他方位者亦全部同 面研磨而平坦之石夕膜面 為 樣 的 上述說明原係說明單晶石夕片 (100)面，不過（Π0)面及（100)面 地自形成時，可製造具有無須表 S ΟI基板。 而與（_方位者比較，⑴〇)方位者，由於最接近之各原 子絕大部分排列於該⑴0)面上’因此分離該單晶石夕片2〇6 時，分離面極為平坦，可減少作成於本S0I基板201上之矽 電晶體的不良率。 此外4木用（111)方位時，分離之面與單晶石夕塊之劈開面 -致，且於同平面内，最接近之各原子存在於自該⑴1}面 稍微偏差的角度，因此分離該單晶矽片206時，分離面極為 平坦，可進一步降低作成於本S0I基板201上之矽電晶體的 不良率。 〔弟八種實施形態〕 依據圖9(a)及圖10說明本發明另外實施形態如下。 圖9(a)至圖9(h)係顯示本實施形態之S0I基板211的作成 程序圖。該SOI基板211與前述之SOI基板201類似，對應之 部分註記相同之參照符號，而省略其說明。須注意的是， 如圖9(h)所示’該SΟI基板2 11係於同一個高應變點無驗玻 璃基板202上作成多晶矽薄膜212與前述單晶矽薄膜2〇5。 -54- 1235486 發明說明續頁 T先，如圖9(a)至圖9(b)所示，於高應變點無鹼破璃基板 202上藉由電漿化學汽相生長法（pECVD法）形成厚度約3⑻ nm之構成内塗層膜之絕緣膜213。該内塗層之最上&層/形成 親水性良好之前述二氧化矽膜。其次，如圖9(幻所:厂以 前述PECVD法形成30〜200麵之非晶矽膜214不並1 400〜5〇(TC下進行脫氫退火，排除非晶矽膜214中之氫亚而 後，如圖9(d)至圖9(e)所示，以準分子雷射熔融、晶化（雷 射晶化）以非晶矽膜214形成TFT之區域214a，而形成多晶矽 薄膜^12。·此時之多晶矽薄膜212的膜厚須與爾後形成:單 晶矽薄膜205的膜厚，如前述4〇〜2〇〇nm因應。 雷射晶化後，如圖9⑷至圖9⑴所示，㈣除去貼合有單 晶矽薄膜205之區域214b的矽膜。此時，擔心多晶矽薄膜η〕 j面與光阻密著而污染時，只須於光阻塗敷前，在多晶矽 薄膜212之表面預先形成厚度約3()〜⑽麵之二氧切膜即 可。此外’自多晶石夕薄膜212之膜厚，依需要以亦與前述絕 緣膜213之厚度方向之一部分因應，單晶石夕薄膜2Q5之膜厚 與多晶矽薄膜212之膜厚一致的方式蝕刻除去。 繼續，植入有前述氫離子之單晶石夕片2〇6切斷成覆蓋前述 钱刻除去之區域214b的形狀，與前述圖7⑴至圖7(§)同樣地 ，如圖9(g)至圖9(h)所示，將單晶石夕片2〇6貼合於經前述姓 刻處理之區域麗内，繼續藉由經過前述約·^熱步驟 ’使單晶石夕片206自A離子植入面21〇分离隹而獲得單晶石夕薄 膜 205。 不响同日守具有此等薄膜205, 212，或如前述之s〇i基板 -55- (51) 1235486 發明說明續頁 ，僅有單晶矽薄膜2〇5時，TFT之形成程序均如以下之 ^面圖係自前述S0I基板211作成之一種薄膜電晶體221 口！1面圖。坪細說明該薄膜電晶體221之作成程序如下 先將前述薄膜205, 212因應形成之電晶體尺寸予以圖案化 。其次，形成閘極絕緣膜222。該閘極絕緣膜222最宜 =氧切為主要成分之膜，如厚度為％咖。由於問極 fe緣胰222在200〜40(TC溫度下成膜時形成緻密性差之膜， 因此於成膜後係以約60(rc之溫度實施緻密化退火。該退火 亦兼將植入氫離子之單晶石夕膜之晶質恢復成植入前之晶 的處理。 、 而後’形成約300 nm之閘極膜223，並圖案化成適切之形 狀。進一步將前述閘極膜223作為掩模，於前述薄膜2〇5, 212 内植入離子，而形成n+或，區域224。此時，本發明如前述 地，係將單晶矽薄膜2〇5之厚度形成在約2〇〇11111以下，因此 可將通道區域225完全耗盡化。 繼續，形成約400 nm之層間絕緣膜226後，於與源極、汲 極取得接觸之位置開孔。而後，形成約4〇〇 nm之源極、汲 極金屬膜227，並予以圖案化。依需要，11型m〇stft於前 述植入離子時，形成LDD構造以獲得高可靠性。 如此作成之薄膜電晶體221藉由貼合、分離，獲得單晶矽 溥膜205之位置，因構成通道部之矽膜為單晶，因此並無可 自夕曰曰矽溥膜2 1 2觀察出之粒場的電導，可獲得高的特性， 且相同單晶矽薄膜205上之全部電晶體的特性均一。因而如 使用於LCD顯不裝置時，係使用於源極驅動器部及週邊電 -56 - 1235486 ___ 。 ，白夕 夕晶石夕薄膜212作成前述薄膜電晶體221的位 貝J用於特性較差之像素部及間極驅動器部。 依據本件發明人之作成結果，單晶㊉薄膜電晶體，於 、M〇STFT時，電效移動率為500 cm2/V· sec，臨限值電壓 為U V，斷開電流為1x1〇]2a，於pM〇s丁ft時，電效移動 率為·Cm /v · sec ’臨限值電壓為-1·0 V，斷開電流為 A，均可獲得均一性佳之薄膜電晶體。 =由如此構成，可獲得貼合有單晶矽薄膜2〇5之區域2 人夕日日矽薄膜212之區域214a大致相等高度之s〇l基板211 。因而包含島狀蝕刻，對於前述區域214a，214b可同時處理 以後大部分的步驟。此外，形成階差小之電晶體及電路， 如液晶面板時，單元厚度控制性佳。 〔弟九種實施形態〕 依據圖11 (a)至圖11 (h)及圖丨6說明本發明另外一種實施 形態如下。 圖11(a)至圖11(h)顯示本實施形態之主動矩陣基板32〇(半 導體裝置）的一種製造步驟。如圖n(h)所示，本主動矩陣基 板320具備：絕緣基板3〇1、氧化矽（Si〇2)膜3〇2, 311、多晶 石夕薄膜304、單晶矽薄膜305、閘極氧化膜3〇6、閘極321、 層間絕緣膜322、及金屬配線324。此外，主動矩陣基板32〇 具備切換元件之薄膜電晶體（TFT : thin film transistor)。主 動矩陣基板320如使用於液晶顯示裝置等。 絕緣基板301包含高應變點玻璃。此處之絕緣基板3〇1係 使用包含鹼土類-鋁硼矽酸玻璃之c〇del737(c〇N；[NG公司 -57- (53) 1235486 發明說明續頁 製）。 另外，絕緣基板301之材料並無特別限定，亦可為高靡變 點玻璃之鋇_鋁硼矽酸玻璃、硼矽酸玻璃、鹼土類-鋅-妒 紹碎酸玻璃、驗土類-鋅-糊砍酸玻璃等。 於絕緣基板301之表面上，大致全面地形成有包含氧化碎 之氧化矽膜302。氧化矽膜302之膜厚約為1〇〇nm。
於氧化矽膜302上形成有多晶矽薄膜3〇4及氧化矽膜3ι 。多晶矽薄膜304形成島狀圖案，其膜厚約為5〇 nm。氧化 矽膜311係以在氧化矽膜3〇2上，與多晶矽薄膜3〇4不同之區 域形成島狀圖案的方式形成，其膜厚約為2〇〇 nm。於氧化 矽膜311上進一步以島狀圖案之方式形成有同形狀之單晶 矽薄膜305。單晶矽薄膜305之膜厚約為5〇 nm。 鄰接之多晶矽薄膜304區域與單晶矽薄膜3〇5區域至 離0.3 μηι，更宜分離〇 5 μηι以上。 刀 猎此，可防止於後述之多晶矽薄膜3〇4製造步驟中使用之 :的::定Γ:…屬原子擴散於單…域，而促進特
形：：：减矽膜302、多晶矽薄膜304及單晶矽薄膜305上 厚約為Μ· ㈣减㈣卜閘極氧化膜3⑽之膜 面二^薄膜取及單晶梦薄膜奶之各島狀圖案之區域上 與石夕：鶴to6上形成有間極⑵。…亟321包含多晶石夕 多曰曰矽1 ，閘極321之材料並無特別限定，如亦可為 夕、其他矽化物或聚化物及高熔點金屬等。 -58- 1235486 發明說明續胃 L ·>~·—_ 形成有該閘極32 1之整個閘極氧化膜3〇6上形成有包人气 化矽之層間絕緣膜322。但是層間絕緣膜322具有開 觸孔323(參照圖11(g))，該接觸孔323内形成有包^矽化鋁 =金屬之金屬配線324。金屬配線324自多晶矽薄膜3〇4及單 晶石夕薄膜305之各島狀圖案區域的上面形成。 再者，主動矩陣基板3 2 0於液晶顯示用而形成有圖上未顯 示之氮化矽（SiNx)、樹脂平坦化膜、連通孔、透明電極等 。此外，於多晶矽薄膜區域内形成有驅動器及顯示部用之 TFT，而於單晶矽薄膜區域内形成有控制藉由驅動器驅動 之各時間的時間控制器及微處理器等。當然，驅動器亦可 以單晶矽形成。此時性能進一步提高，裝置面積更小，均 一性佳，可以更低電壓動作，不過由於成本增加，因此須 依用途來選擇。 、 以下，依據圖11(a)〜圖11(h)說明主動矩陣基板32〇之製造 方法。 衣仏 首先，於上述之包含code 1737(CONING公司勢）之紹络其 板301的整個表面上，使用TE〇s(四乙氧基矽烷，亦二
Sl(〇C2H5)4)與氧之混合氣體，藉由電漿化學汽相生長法 (P-CVD ·· Plasma Chemical Vapor Deposition，以下稱p_CVD 法）堆積膜厚約100 nm之氧化矽膜302。 繼續，於氧化矽膜3〇2上，藉由使用矽烷氣體之p胃evD法 堆積膜厚約5〇 nm之非晶質矽膜3 03(圖11(a))。 而後於非晶質矽膜303上照射準分子雷射予以加熱，將非 晶質矽予以晶化，藉由使多晶矽層生長而形成多晶矽薄膜 -59- (55) 1235486 發明說明»Μ 304。 並不限定於夢！：曰:石夕薄膜304用之非晶質石夕膜303的加熱 射照射加敎，\^子雷射照射加熱’如亦可藉由其他雷 ’亦可於非、曰！使用爐加熱。此外，為求促進結晶生長 種。、曰曰貝矽膜3〇3内添加鎳、鉑、錫、鈀中之至少— U^。藉由钱刻除去多晶石夕薄膜304中之特定區域（圖 化2或基板310。單晶砍基板310藉由預先氧 之氧化梦膜二羊(乳化石夕膜）’而形成有膜厚約2〇0咖 Λ有 以上，此處為5xl〇16/cm2劑量之 \白、虱離子植入部312，硼摻雜約3xl〇15cm·3 〇藉由士亥 石朋浪度之雜質’ N通道TFT之臨限值設定成仙之值^ / 狀Γί:::藉由蝕刻除去多晶矽薄膜3°4之特定區域之形 龍、· 更宜小G·5 _以上的形狀，藉由切割或 職等異方性餘刻等，切斷單晶石夕基板31〇。 繼績，將形成有多晶石夕薄膜3〇4之基板與單晶石夕基板3ι〇 之兩基板’以除去微粒子與表面活化用之洗淨予以活 化後，在室溫下使靠近切斷之單晶石夕基板31〇之氫離子植入 .P 3 12側之表面岔著接合於蝕刻除去(圖u⑻)之區域(圖 、此日守所明8(%1洗淨’係一種一般稱為RCA洗淨的洗 平法’亚使用包含氨、過氧化氫與純水的洗淨液進行洗淨。 而後，以3〇〇C〜6〇〇°C，此處以約550°C之溫度熱處理， -60- 1235486 I發日！明續頁 將單晶矽基板310之氫離子植入部312溫度昇溫至氫自係脫 離的溫度以上。藉此，將氫離子植入部312作為邊界 離單晶石夕基板3 1 〇。 · 另外，該熱處理並無特別限定，如亦可藉由使用雷射照 射或包含約700。(：以上之峰值溫度之燈退火，將單晶矽基板 310之氫離子植入部312溫度昇溫至氫自係脫離的溫度以上。
而後’以等方性電漿蝕刻或濕式蝕刻，此處為緩衝氟酸 之濕式蝕刻，藉由約20 nm輕微蝕刻除去經剝離而殘留於絕 緣基板301上之單晶矽基板表面之損傷層。藉此，於絕緣基 板301上分別獲得膜厚約5〇 nm之多晶矽薄膜3〇4與單晶矽 薄膜 305。（圖 11(d))。 另外，於上數接合步驟（參照圖11((〇)中，在室溫下接合 單晶矽基板310後，以300〜350。〇，約3〇分鐘熱處理後，進 步以約5 5 0 C熱處理而剝離時，隨剝離之剝落減少。 此外，此時已可獲得足夠之矽與基板的接合強度，不過 為求進一步提高接合強度，如而後以約8〇〇χ：進行丄分鐘燈 退火即可。此亦可與源極汲極之植入雜質的活化合併。 其次，保留構成裝置之活性區域的部分，藉由蝕刻除去 不需要之矽薄膜304, 305，而獲得島狀圖案（圖u(e))。 繼‘，使用TEOS與氧（〇2)之混合氣體，藉由p_CVD法， 堆積膜厚約350 nm之氧化矽膜（回蝕用氧化矽膜），以異方 性蝕刻之RIE(反應性離子蝕刻）予以回蝕約4〇〇 nm。而後， 使用矽烧與一氧化二氮之混合氣體，藉由p_CVD法，形成 膜厚約60 nm之閘極氧化膜306(氧化矽膜）（圖u(f))。 -61 - 1235486 (57) 發明說明續頁 此時，形成之多晶石夕薄膜3〇4與單晶石夕薄膜305之圖案間 的空間小時，階差被埋入，大時則形成側壁。 而後，藉由一般熟知之P-矽（多晶矽）形TFT矩陣基板之形 成製程相同的製程形成即可。亦即，形成包含多晶石夕、石夕 化物或聚化物等之閘極321後，植入p +及B +離子，堆積層間 絕緣膜（氧化石夕膜）3 22，開設接觸孔323 (圖11 (g))。而後， 於接觸孔323内形成金屬（矽化鋁）配線324(圖11(h))。 另外’將形成於絕緣基板301之單晶矽薄膜3〇5與多晶矽 薄膜304予以餘刻圖案化成島狀而形成m〇s電晶體，n型 MOS電晶體及P型M0S電晶體之源極及汲極區域之至少一 4刀内植入約1015/cm2以上之P +離子。藉此，繼續藉由瞬間 熱退火（Rapid Thermal Annea卜以下稱RTA)、雷射、爐等 進行加熱處理，除多晶矽薄膜3〇4區域外，單晶矽薄膜3〇5 區域亦同時藉由除去金屬原子，可獲得特性變動小而特性 穩定之TFT。 繼績，於液晶顯示用上進一步依序形成SiNx(氮化矽卜樹 脂平坦化膜、連通孔、及透明電極，於多晶矽薄膜3〇4區域 形成驅動器及顯示部用之TFT，於單晶矽薄膜3〇5 時間控制器及微處理器等。 ^ /再^，上述之使單晶矽基板310密著接合於絕緣基板3〇1 後由熱處理自絕緣基板301劈開剝離單晶矽基板31〇時 11(。）、圖U⑷），接合、劈開剝離是否良好係依絕 、、彖基板301之材料而定。 ' ^ ’係依據圖16，說明單晶矽基板310之材料（s -62- (58) (58)1235486 發明說明續頁
Slllcon)、上述絕緣基板301之材料（codel737(CONING公司 製））、及包含鋇·《硼矽酸剝離之c〇de7059(CONING公司製） 經規格化的線膨脹（AL/L)。另外，所謂規格化之線膨脹（以 下稱線膨脹），係指因溫度變化引起之長度變化（ppm)。亦 即’ L為原長度，Δ]ί為延伸後（變化後）之長度。 因而’cOdel737之線膨脹係數（。C-1)於約 600。C以下大致 一疋’ code 1737與矽之線膨脹幾乎無差異，在室溫（約25。〇 (圖16中顯示約l〇〇°C以上））至約600°C之範圍内，線膨脹差 異約在250 ppm以内。 另外，c〇de7059於約000°C時，線膨脹係數急遽增加， C〇de7059與矽之線膨脹差於約600°C時變大至約800 ppm。 因而於絕緣基板3〇1上使用c〇de7059時，即使可與使用 c〇del737同樣地接合，劈開剝離的成功率極低。亦即，劈 開剝離時，引起單晶矽基板31〇的破壞、接合界面的剝離= 於結晶中發生缺陷。 因而，絕緣基板301之材料，係使用大致在室溫以上，且 2在60(TC以下之溫度範圍内接合之材料，此處係使用與單 晶矽基板310之材料（矽）之線膨脹差約在25〇 ppm以下者。 此時之線膨脹予以規格化。 此外，考慮施加於單晶矽薄膜305之接合界面的應力。此 時係以顯微喇曼測定裝置（如此時係日本分光股伤;有限八 司製之NR-丨800U)測定單晶矽薄膜3〇5的喇曼偏差。此時= 曼峰值之偏差量為 520·52Cm-1(kaySer)，σ=0·12cnΓl。大 此’暸解單晶矽薄膜3〇5上並未施加應力。 -63 - 1235486 (59) Γ—_ 發明說明續頁 通常’使用雷射結晶生長時，制曼峰值之偏差量殘留 3〜5 cm_1(相當於l〇9Pa)之大的應力。 、、'、 另外，由於單晶矽基板31〇係經由氧化矽膜在室溫下接合 於玻璃基板等之絕緣基板3〇1，因此可使施加於接合之矽^ 面的應力μ貝上幾乎為零。亦即，藉由使喇曼峰值之偏差 里在52 0.5± 1(5 19.5〜52 1.5)cm 1的範圍，施加於接合之 面的應力實質上幾乎為零。 ^ 藉此，與使用雷射使矽膜結晶生長時之TF 丁比較，可進一 步確實防止因施加於界面之應力的不均一及變動造成石夕結 晶應變而引起之移動率降低及變動，或是界面之缺陷及隨 伴其之界面固定電荷、界面之局部位準造成之臨限值偏差 及變動、特性穩定性降低等。 另外，本實施形態中增加氫離子之植入能量，加深氫原 子之峰值位置’增加單晶矽薄膜305之膜厚時，於5〇 〜1⑻ nm時雖無大的變化’但是增加至扇nm〜_麵時，通道 部未能完全耗盡化，因& ’加之3值（次臨限值係數）逐漸 變大，且斷開電流顯著增加。 因此，單晶石夕薄膜305之膜厚雖亦與通道部之雜質換雜密 度有關，但是考慮對變動之餘裕’須大致在6〇〇 nm以下， 並宜在約500 nm以下，更宜在1〇〇 nm以下。 此外，先前之形成於多晶石夕區域之TFT的移動率（載體移 動率）約為lOOcmVv· sec(N通道），而該液晶顯示用主動矩 車^板320中，形成於單晶石夕區域之則可獲得約 em2/v· sec(N通道）的移動率。 -64- (60) (60)1235486 發明說明續頁 再者’错由该液晶顯示用φ私紅；由 貝丁用主動矩陣基板320,驅動器原本 形成於多晶石夕薄膜304區域之裝置需要7〜s v之訊號與電源 電壓’但是形成於單晶石夕薄膜3 〇 5區域之裝置之時間控制器 及微處理器只須3 ·3 V即可穩定地動作。 " 另外，該液晶顯示用主動矩陣基板3 2 0中，藉由電晶體形 成於多晶⑦薄膜綱區域與單W薄❹㉛❹，形成於 各個區域之同一導電型之電晶體之移動率、次臨限值係數 限值中之至）一個於各區域不同。因而可因應必要之 特性而形成於適合電晶體的區域内。 此外’該液晶顯示用主動矩陣基板32〇中，藉由積體電路 形成於多晶珍薄膜304區域與單晶石夕薄膜3()5區域内，可因 應必要之構造及特性而形成於適合積體電路的區域内，來 成於各個區域内之積體電路中，當然可製作動作速度㈣ 作電源電壓等不同性能的積體電路。'亦即，可設計成各區 域之閘長、閉極氧化膜之膜厚、電源電壓、邏輯位準； 至少一個不同。 ^液“貞示用主動矩陣基板32G中，藉由積體電路形成於 夕晶矽溥膜304區域與單晶矽薄膜3〇5區域内， 區域之積體電路可適用各區域不同之加工原則。：因：;: 別於短之通道長時，單晶部分無結晶粒場，咖特性之變 動幾乎不增加’而多晶部分受到結晶粒場之影冑，變動急 遽地增加，因此各個部分需要改變加工原則。目而可因： 加工原則形成於適合積體電路的區域内。 另外，本發明可獲得之單晶矽區域尺寸雖受限於LSI製造 -65- (61) 1235486 裝置之晶圓尺寸，不過σ彡百& , s i /W ;形成要求單晶矽區域必要 之N速性、耗電及變動之其步 , 助之阿逮邂輯、時間產生器、高速之 DAC(電、級緩衝器）等時之足夠尺寸即可。 此外，單晶矽薄膜3〇5 联与與夕晶矽溥膜304之膜厚大 致相荨。 藉此，可同時處理包含島妝 ◦各笱狀圖案蝕刻之以後步驟的大部 为步驟’且可形成階差小之電 — 电曰曰體：¾電路。藉此，如為液 晶面板時，單元厚度控制性佳。 〆再者，主.動矩陣基板320中，形成於多晶石夕區域（多晶石夕 薄膜304上）及單晶矽區域（單晶矽薄膜3〇5)之tft的閘長分 別為5微米、〇·8微米，閘極氧化膜厚分別為8〇 nm、5〇 _ 電源電壓分別以8 V、3 V來動作時可穩定地動作。
另外，於多晶矽區域内形成閘長為〇 ·8微米之TF丁，並以3 V 動作呤，TFT之特性變動，源極〜汲極間之耐壓不足，往 在不能使用。 此外’於多晶石夕區域内形成閘長為1 5微米之TFT，並以3 V 動作時’臨限值電壓及其變動大，實用上有問題。 〔第十種實施形態〕 依據圖12(a)至圖12(h)說明本發明另外一種實施形態如 下。另外’本實施形態中具有與第九種實施形態之構成要 素相同功能之構成要素，註記相同符號，並省略其說明。 圖12(a)至圖12(h)顯示本實施形態之主動矩陣基板330 (半導體裝置）之一種製造步驟。如圖12(h)所示，本主動矩 陣基板330具備：絕緣基板3〇ι、氧化矽（以〇2)膜332，311， -66- 1235486 v ; 發明說明續頁 335、多晶矽薄膜337、單晶矽薄膜334、閘極氧化膜、 閘極321、層間絕緣膜322、及金屬配線324。此外，主動矩 陣基板330具備切換元件之薄膜電晶體（TFT · transistor) ° 於與第九種實施形態同樣之絕緣基板3〇1表面上，大致全 面地形成有氧化矽膜（第一氧化矽膜）332。氧化矽膜332之 膜厚約為350 nm。 +於氧化矽膜332上形成有氧化矽膜（絕緣膜）335及氧化矽 膜311。氧化矽膜33 5之膜厚約為100 nm。氧化矽膜31丨在氧 化石夕膜332上，於與氧切膜335不同的區域以形成島狀圖 案之方式形成，其膜厚約為200 nm。 夕於虱=矽膜335上，進一步以形成島狀圖案之方式形成有 夕曰曰矽薄膜337。多晶矽薄膜337之膜厚約為5〇nm。 氧化矽膜332於與多晶矽薄膜337區域不同的區域内具有 凹部333，其具有約15〇 nm之深度（參照圖12(4)。凹部'μ〕 2 ’以島狀圖案之方式形成有上述氧化石夕膜叫，進一步於 其^形成有與氧化矽膜311相同形狀之單晶矽薄膜”々。、 多晶矽薄膜337之區域與單晶矽薄膜334之區域至少分離 :3八_ ’尤宜分離〇·5 _以上。藉此防止鎳、!白、錫、鈀 至屬原子擴散於單晶矽區域，促進特性穩定化。 / 正個氧化矽膜332、多晶矽薄膜337及單晶矽薄膜gw上 死/成有膜厚約60 nm之閘極氧化膜336。 多晶矽薄膜337及單晶矽薄膜334之各島狀圖案區域上面 之閑極氧化膜336上形成有閘極321。 -67- 1235486 (63) 發明說明續頁 此外，與主動矩陣基板320同樣地，形成有層間絕緣膜322 、接觸孔323(參照圖12(g))、及金屬配線324。此外，亦同 樣地主動矩陣基板320於液晶顯不用上形成有SiNx(氮^匕 石夕）、树脂平坦化膜、連通孔、及透明電極，於多晶石夕區域 形成有驅動器及顯示部用之TFT，於單晶矽區域形成有時 間控制器及微處理器等。 以下，依據圖12(a)〜圖12(h)說明主動矩陣基板330之製造 方法。 首先，於包含c〇del737(CONING公司製）之絕緣基板3〇1 的整個表面上，使用TE0S(四乙氧基矽烷，亦即Si(〇C2H5)4) 與氧之混合氣體，藉由P-CVD堆積膜厚約350 nm之氧化石夕 膜332。而後，藉由蝕刻約15〇 11111氧化矽膜332之特定區域 而形成凹部333(圖12(a))。 另外’準備單晶矽基板3丨〇。單晶矽基板3丨〇預先藉由氧 化表面或堆積氧化膜（氧化矽膜）形成有膜厚約2〇〇 nm之氧 化矽膜3 11。此外，單晶矽基板3 1〇具有以特定能量植入有 5 X 1 0 /cm2劑量之氫離子之氫離子植入部3丨2，硼約摻雜 3x1015cm'3 ° 而後，藉由切割或KOH等之異方性蝕刻等切斷單晶矽基 板310成比凹部333至少小〇3 μιη，更宜小〇5 μηι以上的形 狀。 繼績，以微粒子除去與表面活化用之sc_丨洗淨形成有凹 部333之絕緣基板301與單晶矽基板31〇之兩基板後，以室溫 使靠近切斷之單晶矽基板31〇之氫離子植入部312側的表面 -68- 1235486 (64) 發明說明續頁 密著接合於凹部333(圖12(b))。 而後，以30(TC〜600°C，此處以約55(TC之溫度進行熱處 理’使單晶矽基板3 1 〇之氫離子植入部3 1 2的溫度昇溫至氫 自矽脫離之溫度以上。藉此以氫離子植入部3丨2為邊界劈開 剝離單晶矽基板3 1 0。 以等方性電漿蝕刻或濕式蝕刻，此處為緩衝氟酸之濕式 蝕亥i藉由約1 0 nm輕微蝕刻除去經剝離而殘留於絕緣基板 301上之單晶矽基板表面之損傷層。藉此，於絕緣基板 上獲得各個膜厚約50 nm之單晶矽薄膜334。（圖12(c》 繼續，於整個絕緣基板301表面上，使用矽烷與一氧化二 氮之混合氣體，藉由P-CVD法，堆積膜厚約1〇〇 nm之氧化 矽膜335，作為閘極氧化膜3〇6，進一步於其大致整個表面 上使用矽烷氣體，藉由P_CVD法，堆積膜厚約5〇nm之非晶 質矽膜336(圖12(d))。 而後，非晶質石夕膜336上照射準分子雷射予以加I，將非 晶—質石夕予以晶化，使多晶梦層生長，而形成多晶石夕薄膜爪 。精由該加熱可促使單晶矽薄膜334之接合強度提高。 其次，II由餘刻除去多晶石夕薄膜337之不冑要部分與氧化 石夕膜335之至少單晶石夕薄膜334上之部分。而後，保留構成 !置之活性區域的部分，藉由蝕刻除去不需要之矽 成島狀圖案（圖12(e))。 而後，使用丁咖與氧之混合氣體，藉由Ρ-CVD法，堆产 膜厚約35Gnm之氧切膜，以異方性_之謂予以回^ 400 nm。而後，传用功p ^ 用夕k與一氧化二氮之混合氣體，藉由 -69- 1235486 (65) 發明說明續頁 P CVD法’形成膜厚約60 nm之閘極氧化膜338(圖12(f))。 此時，形成之多晶矽薄膜334與單晶矽薄膜337之圖案間 的空間小時階差被埋入，大時則形成侧壁。 爾後’與第九種實施形態同樣地形成閘極3 2 1、層間絕緣 膜（氧化石夕膜）322，開没接觸孔323(圖1 2(g))後，於接觸孔 323内形成金屬配線324(圖12(h))。 先前之形成於多晶矽區域之N通道TFT的移動率約為1〇〇 cm2/V· sec，而該主動矩陣基板33〇中，形成於單晶矽區域 之N通道TFT則可獲得約550 cm2/V · sec的移動率。 主動矩陣基板330中，驅動器原本形成於多晶矽薄膜337 區域之裝置需要7〜8 V之訊號與電源電壓，但是形成於單晶 石夕溥膜3 3 4區域之裝置之時間控制器及微處理器只須33 v 即可穩定地動作。 〔第十一種實施形態〕 依據圖13(a)至圖13(f)說明本發明另外一種實施形態如 下。另外，本實施形態中具有與第十種實施形態之構成要 素相同功此之構成要素，註記相同符號，並省略其說明。 圖13(a)至圖i3(f)顯示本實施形態之主動矩陣基板（半導 體裝置）之一種製造步驟。如圖13(f)所示，本主動矩陣基板 具備：絕緣基板301、氧化矽（以〇2)膜362, 3 1 1，335、.曰 石夕薄膜367、單晶矽薄膜364、及閘極氧化膜368。此外，該 主動矩陣基板與上述第九、十種實施形態同樣，具備：圖 上未顯示之薄膜電晶體（TFT : thin film transistor)、閘極、 層間絕緣膜、及金屬配線。 -70- (66) 1235486
^與第十種實施形態同樣之絕緣基板301表面上，大致入 :地形成有包含氧切之氧切膜(第一氧化 大致f 化石夕膜362之膜厚約㈣咖。 ")362 0 ^ 二m^2jl形^有氧切膜（絕、_335及氧化石夕 化石夕膜3^2石，M 335^之膜厚約為1〇0 _。氧化石夕膜3 U在氧 荦之方犬’於與減⑪膜335不同的區域以形成島狀圖 茱之方式形成，其膜厚約為2〇〇nm。 二=膜3U上，以形成島狀圖案之方式形成有與氧化 約為U)〇 狀之早晶砍薄膜364。單晶梦薄膜364之膜厚 切nm。此外，於氧切膜335上，以形成島狀圖案之 方式形成多晶料賴7。多__367之膜厚約為5〇·。 :整個氧切膜362、多晶石夕薄膜367及單晶梦薄膜364上 形成有閘極氧化膜368。閘極氧化膜烟之膜厚約為6〇咖。 再者，於多晶石夕薄膜367及單晶石夕薄膜364之各島狀圖案 £域上面之閘極氧化膜368上形成有圖上未顯示之閘極。閘 極係與第十種實施形態之主動矩陣基板別相同者，如包含 多晶石夕、石夕化物或聚化物等。 此外，與主動矩陣基板330同樣地，形成有圖上未顯示之 層間絕緣膜、接觸孔、及金屬配線。此外，亦同樣地，於 液晶顯示用上形成有SiNx(氮化矽）、樹脂平坦化膜、連通 孔、及透明電極’於多曰曰曰石夕區域形成有驅動器及顯示部用 之TFT，於單晶矽區域形成有時間控制器及微處理器等。 以下，依據圖13(a)〜圖l3(f)說明上述之本實施形態之主 動矩陣基板之製造方法。 -71 - 1235486 、) 發明說明續頁 首先，於包含C〇del737(CONING公司製）之絕緣基板3〇1 的整個表面上，使用TEOS(四乙氧基矽烷，亦即Si(〇C2H5)4) 與氧之混合氣體，藉由P-CVD堆積膜厚約5〇 nm之氧化矽膜 362(圖 13(a))。 、 另外，準備預先切斷成適切形狀之單晶矽基板3 1〇。單晶 矽基板310預先藉由氧化表面或堆積氧化膜（氧化矽膜）形 成有膜厚約200 nm之氧化矽膜311。此外，單晶矽基板31〇 具有以特定能量植入有5xl 〇16/cm2劑量之氫離子之氫離子 植入部312.，硼約摻雜3xl015cnr3。 而後，以微粒子除去與表面活化用之SCq洗淨絕緣基板 3〇1與單晶矽基板310之兩基板予以活化後，以室溫使靠近 切斷之單晶矽基板310之氫離子植入部312側的表面密著接 合於絕緣基板301(圖13(b))。 而後，以300。(：〜600°C，此處以約55(TC之溫度進行熱處 理’使單晶矽基板310之氫離子植入部312的溫度昇溫至氫 自矽脫離之溫度以上。藉此以氫離子植入部3丨2為邊界劈開 剝離單晶矽基板3 1 0。 以專方性電漿姓刻或濕式姓刻，此處為緩衝氟酸之濕式 蝕刻，藉由約20 nm輕微蝕刻除去經剝離而殘留於絕緣基板 301上之單晶矽基板表面之損傷層。藉此，於絕緣基板 上獲得膜厚約80 nm之單晶矽薄膜364(圖13(c))。 /、人於整個、纟巴緣基板3 0 1表面上，使用石夕烧與一氧化二 氮之混合氣體，藉由P-CVD法，堆積膜厚約1〇〇 nm之氧化 石夕膜335，進一步於其大致整個表面上使用矽烷氣體，藉由 -72- (68) 1235486
P-=法’堆積膜厚約50⑽之非晶質石夕膜刊6(圖i3(d))。 而後’非晶質石夕膜3 6 6上昭射進八工干 刀子雷射予以加熱，將非 貝夕予以日日化，使多晶石夕声 。Ιϋ β Λ Μ 曰生長而形成多晶矽薄膜367 稭由该加熱可促使單晶矽薄膜364之接合強度提高。 *其次’保留多晶矽薄膜367中構成裝置之活性區域 ，稭由餘刻至少將單晶石夕薄膜364上之部分除去包含 部分的不需要部分，而形成島狀圖案（圖13(e))。 繼續，使用TEOS與氧之混合氣體，藉由p_cvD法，堆 膜厚約350.麵之氧切膜’進_步將約35()nm之光阻作: 樹脂平坦化膜全面塗敷後，使用含氧與四氟化碳之混合氣 體，以RIE回蝕樹脂平坦化膜之全部與氧化矽膜335
分。 口丨 、而後，使用矽烷與一氧化二氮之混合氣體，藉由p_cvD 法’形成膜厚約60 nm之閘極氧化膜368(圖13(f))。 爾後，與第九、十種實施形態同樣地，藉由一般熟知之 P-石夕（多晶矽）形TFT矩陣基板之形成製程相同的製程形成 即可。亦即，形成包含多晶石夕、石夕化物或聚化物等之閘極 。而後，植入P +及B +離子，堆積層間絕緣膜（氧化矽膜）， 開設接觸孔後，於接觸孔内形成金屬配線。 先前之形成於多晶矽區域之N通道TFT的移動率約為1〇〇 cm2/V · sec，而本實施形態之主動矩陣基板中，形成於單 晶矽區域之N通道TFT則可獲得約550 cm2/V · sec的移動率。 該主動矩陣基板中，驅動器原本形成於多晶矽薄膜367區 域之裝置需要7〜8 V之訊號與電源電壓，但是形成於單晶石夕 -73- 1235486 (69) 發明說明續頁 薄膜3 64區域之裝置之時間控制器及微處理器只須3 · 3 V即 可穩定地動作。 〔第十二種實施形態〕 依據圖14(a)至圖14(e)說明本發明另外一種實施形態如 下。另外’本實施形態中具有與第九種實施形態之構成要 素相同功能之構成要素，註記相同符號，並省略其說明。 本實施形態之主動矩陣基板係於上述第九種實施形態之 主動矩陣基板320中，形成多晶矽薄膜343來取代多晶矽薄 膜3 04 ’其他構造與主動矩陣基板32〇相同。以下僅說明與 主動矩陣基板320不同之處。 多晶石夕薄膜343包含於藉由金屬協助而促進結晶生長之 夕日日石夕的所谓連績結晶粒場石夕（C〇ntinu〇us Grain silicon) 〇 以下’依據圖14(a)〜圖14(e)說明使用上述多晶矽薄膜343 之主動矩陣基板的製造方法。 首先，於上述之包含〇〇心1737(〇：〇^川0公司製）之絕緣基 板301的整個表面上，使用TE〇s(四乙氧基矽烷，亦即 Si(OC2H5)4)與氧（〇2)之混合氣體，藉由P-Cvd法堆積膜厚 約100 nm之氧化矽膜3〇2。 繼績’於氧化矽膜302上，藉由使用矽烷氣體之P-cvD法 堆積膜厚約50 nm之非晶質矽膜3〇3。而後於絕緣基板3〇1 之大致整個表面上，藉由使用矽烷與一氧化二氮之混合氣 體之P-CVD法堆積膜厚約200 nm之氧化矽膜341(第二氧化 矽膜）。（圖 14(a))。 而後，於上層之氧化矽膜341之特定區域内藉由蝕刻形成 -74- (70) 1235486 發明說明續頁 開口部後’為求控制該開口部之非晶質石夕膜3〇3表面的親水 性’將非晶質石夕膜303表面輕微氧化而形成氧化石夕膜心 在其上自旋塗敷醋酸鎳水溶液（圖l4(b))。 其次，以_ t之溫度進行約i 2小時固 由金屬協助促進結晶生長之多糟田便猎 _ 夕日日矽之所明連績結晶粒場矽 (Continuous Grain Silicon^ p ^ 晶石夕薄膜而形成膜厚⑽⑽之多 及氧化膜342。而後二:ΓΓ 343上之氧切膜⑷ (圖14⑷）。後卿去多晶㈣膜343之特定區域 另外’準備單晶石夕基板3 1 〇。置曰 ,..^ „ 早曰日矽基板310預先藉由氧 匕表面或隹μ化膜（氧切膜）而形成膜厚約2 化矽膜3 11。此外，單晶石々其w Λ曰； 心乳 A24k彻+ = 基板0具有以特定能量（此處約 為24 ke观入有1〇16/cm2以上’此處為& 1〇16/‘劑量之氫 離子之氫離子植入部312，硼約摻雜3χΐ〇1^γ3。 二 而後，藉由切割或職等之異方性钱刻等切斷單晶石夕基 =成二猎由姓刻除去多晶石夕薄膜343之特定區域之形狀 …更宜小Ο·、以上的形狀。藉此，可防止 、以後之多晶碎薄膜343製造步驟中使用之 等金屬原子擴散於單晶石夕區域’促進特性之穩定翻化錫、妃 繼續’以微粒子除去與表面活化用之SCM洗淨 晶矽薄膜343之基板與單晶矽基板31〇之兩基 ；夕 ’以室溫使靠近切斷之單晶石夕基板31。之氫：子：:::2 :)表面密著接合於㈣除去（參照圖14⑷）之區域（圖 -75- (71) 1235486 而後，藉由使用雷射照射或包含約·。c 之燈退火，# I曰& *上 < π值/皿度 、、西 日日土板310之氫離子植入部312的溫度昇 自石夕脫離之溫度以上。藉此以氫離子植入部312為邊 ,自=緣基板301劈開剝離單晶矽基板310。 以等^性電漿钱刻或濕式飯刻，此處為緩衝氟酸之濕式 J藉，、々1 〇 nm輕微蝕刻除去經剝離而殘留於絕緣基板 is之單θθ矽基板表面之損傷層。藉此，於絕緣基板301 上獲得膜厚約50 nm之單晶矽薄膜3〇5(圖i4(e))。 ’、广於I置之活性區域近旁的氧化矽膜上形成開口部 ，為求除去將氧切膜作為掩模促進結晶生長而添加之錄 ，植入高濃度之？ +離子（15]^兄5><1〇〖5/(^2)，以&1^，在約 8+00°C之溫度下進行丨分鐘之熱處理。其係以避免單晶矽薄 膜305中鎳原子擴散之方式，於單晶矽薄膜305與多晶矽薄 膜343之間物理性納入空間，不過極微量之鎳原子仍可能混 入製程中，因此單晶矽之活性區域亦宜進行上述除去步驟 。另外，優先空間時，亦可依設計上考慮省略除去步驟。 其次，保留構成裝置活性區域之部分，蝕刻除去多晶矽 4膜343之不需要部分與單晶石夕薄膜3〇5之不需要部分，獲 得島狀圖案（對應於圖1 l(e))。 以後之步驟（對應於圖11(f)〜圖11(h))與第九種實施形態 相同，因此省略。 先前之形成於連續結晶粒場矽區域之N通道TFT的移動 率約為200 cm /V · sec，而本實施形態之主動矩陣基板中 ，形成於單晶矽區域之N通道TFT則可獲得約550 cm2/V· sec -76- (72) (72)1235486 發明說明續頁 的移動率。 、 動矩陣基板中，驅動器原本形成於多晶石夕薄膜3 4 3區 域之裝置需要7〜8 v之訊號與電源電壓，但是形成於單晶矽 專膜3 〇 5區域之裝置之時間控制器及微處理器只須3 · 3 V即 可穩定地動作。 、 另外，圖14(b)所示之步驟係使用醋酸鎳水溶液自旋塗敷 不過並不限定於此，如亦可使用乙醇等。 〔第十三種實施形態〕 依據圖15(a)至圖15(h)說明本發明另外一種實施形態如 下。另外，本實施形態中具有與第九種實施形態之構成要 素相2功能之構成要素，註記相同符號，並省略其說明。 所本貝怨之主動矩陣基板350係形成絕緣膜352、非晶 :夕膜353來取代上述第九種實施形態之主動矩陣基板咖 =氧切膜3〇2、非晶詩膜如，其他構造與主動矩陣 土反〇相同。以下僅說明與主動矩陣基板320不同之處。 、/圖15(h)所不，主動矩陣基板35G於絕緣基板训上具有 珠度約15〇請之凹部351，並形成有膜厚約35〇麵之包含氧 化矽膜及氮化矽膜等之絕緣膜352。 於氧化矽膜302上形成有多晶矽薄膜354及氧化矽膜3 並多/㈣膜354與多晶石夕薄膜304同樣地形成島狀圖案 一 礼亿矽肤311於絕緣膜352上，且在與多 石夕薄膜354不同的區域肉彬；、白^ - ^成島狀圖案，其膜厚約為200n 0於氧化矽膜3 11上，進_牛*山 ,, v以島狀圖案之方式形成有相 形狀之單晶矽薄膜3〇5。單曰 早日日石夕潯馭305之膜厚約為50 nm 〇 -77- 1235486 (73) 發明說明續頁 另外’本貫施形態之氧化矽膜3 11的膜厚為400 nm。 以下’依據圖1 5(a)〜圖1 5(h)說明主動矩陣基板35〇之製造 方法。 首先，於上述之包含c〇del737(CONING公司製）之絕緣基 板301的整個表面上，使用矽烷與一氧化二氮之混合氣體， 藉由P-CVD法堆積膜厚約35〇 nm之絕緣膜352。繼續於其整 個表面上使用矽烷氣體，藉由P-CVD法堆積膜厚約5〇nm2 非晶質矽膜353(圖15(a))。 而後，於非晶質矽膜3 53上照射準分子雷射，予以加熱、 晶化，使多晶矽層生長而形成多晶矽薄膜354。 藉由約150 nm餘刻除去特定區域之多晶矽薄膜354與絕 緣膜352之一部分，形成深度約2〇〇nm之凹部351(圖i5(b))。 另外，準備單晶矽基板3 1 0。單晶矽基板3 1 0預先藉由氧 化表面或堆疊氧化膜（氧化矽膜）而形成膜厚約4〇〇 之氧 化矽膜3 11。此外，單晶矽基板3丨〇具有以特定能量（此處約 為24 keV)植入有；i〇i6/cm2以上，此處為5χ 1〇16/_2劑量之氫 離子之氫離子植入部312。 而後，藉由切割或異方性蝕刻等切斷單晶矽基板3 1〇成比 藉由蝕刻除去多晶矽薄膜354之特定區域之形狀小〇.5 # m 以上的形狀。 繼續，以微粒子除去與表面活化用之sc“洗淨形成有多 晶矽薄膜354之基板與單晶矽基板31〇之兩基板予以活化後 ’以至溫使靠近切斷之單晶矽基板31〇之氫離子植入部312 側的表面密著接合於凹部351(圖。 -78- 1235486 1 J p明說明續頁 而後，以300°C〜600°C，此處以約550。〇之溫度進行加熱 處理，使單晶矽基板31〇之氫離子植入部312的溫度昇溫至 氫自矽脫離之溫度以上。藉此以氫離子植入部3丨2為邊界劈 開剝離早晶碎基板3 1 〇。 以等方性電漿餘刻或濕式蝕刻，此處為緩衝氟酸之濕式 餘刻，藉由約1 0 nm輕微蝕刻除去經剝離而殘留於絕緣基板 301上之單晶矽基板表面之損傷層。藉此，於絕緣基板 上獲得各個膜厚約50 nm之多晶矽薄膜354與單晶矽薄膜 305(圖 15(d))。 而後，以約800。(：進行1分鐘的燈退火。 其次，保留構成裝置之活性區域的部分，藉由蝕刻除去 不需要之矽薄膜354, 305，獲得島狀圖案（圖15(e))。 繼續，使用TEOS與氧（〇2)之混合氣體，藉由P-CVD法堆 積膜厚約350 nm之氧化矽膜，以異方性蝕刻之；^1£(反應性 離子I虫刻）將其回蝕約400 nm。而後，使用矽烷與一氧化二 氮之此合氣體’藉由p_cVD法形成膜厚約60 nm之閘極氧化 膜3 06(氧化矽膜）（圖15(f))。 以後之步驟（圖15(g)、圖15(h)(對應於圖11(g)、圖ii(h)) 與第九種實施形態相同，因此省略。 先前之形成於多晶矽區域之N通道TFT的移動率約為1〇〇 cm2/V · sec，而該液晶顯示用主動矩陣基板36〇中，形成於 單晶矽區域之N通道TFT則可獲得約550 cm2/V · sec的移動 率 〇 該主動矩陣基板350中，驅動器原本形成於多晶矽薄膜 -79- 1235486 (75) I發明說明續頁 品或之衣置需要7〜8 V之訊號與電源電壓，但是形成於 早晶石夕薄膜305區域之裝置之時間控制器及微處理器只須 3 · 3 V即可穩定地動作。 此外，該主動矩陣基板350係使用形成有約400 nm之氧化 石夕膜3 11的單晶矽基板3 10，所獲得之TFT之臨限值的變動 ’與使用形成有約2〇〇 nm之氧化矽膜311之單晶矽基板31〇 之第九種實施形態時的〇·3 ν( ±σ)比較，為約1/2之〇15 V (士 σ )’特別是於低電壓時之動作穩定性提高。 此因接合之單晶矽基板與絕緣基板界面之污染，或是晶 格應變及不完全性引起之固定電荷的影響減輕。上述約4〇ϋ nm之氧化矽膜311之膜厚愈厚，臨限值之變動愈少，不過 藉由氧化石夕膜3 11之形成步驟的效率（氧化所需時間）與階 差的折衷，適切值大致為2〇〇 nm〜4〇〇 nm。重視變動時，適 切值大致為400 nm，重視階差及效率時，適切值大致為2⑻ nm ° 當然，階差不構成問題時，須大致在4〇〇 nm以上。 再者，亦可於形成凹部351後，藉由使用TE0S*氧氣之 P/CVD法，以覆蓋整個絕緣基板301之方式堆積數10nm之 氧化矽膜之後，接合單晶矽基板31〇與絕緣基板3〇1。藉此 接合性改善，可更確實且良率良好的接合。 此時，上述之單晶矽基板31〇係使用以特定能量植入有 5x1〇，cm2劑量之氫離子者，不過以下係說明使用以特定能 量植入有3xl016/cm2劑量之氫離子之單晶矽基板。 使用單晶矽基板310(氫離子劑量：“…力⑽2)時，為求 >80- 1235486 v ; 發明說明續頁 獲得單晶矽薄膜305，係於約550°C之溫度中進行熱處理， 而使用單晶矽基板（氫離子劑量：3xl〇1Vcm2)時，則係以多 晶矽層形成時之大致60〜80%之能量照射準分子雷射的脈 衝，與多晶矽層生長時同樣地藉由照射全面進行熱處理。 此種情況下，先前之形成於多晶矽區域通道tft的移 動率約為100 cm2/V.sec，而形成於單晶矽區域之\通道τρτ 則可獲得約600 cm2/V · sec的移動率。 另外，於使用單晶矽基板31〇之主動矩陣基板35〇(參照圖 15(h))中，先前之形成於單晶矽區域之TFT的移動率約為 550 cm2/V · sec。 其差異係因使用單晶矽基板（氫離子劑量：3xl〇U/cm2)所 獲得之單晶石夕薄膜減少氫離子植入量，而可減少隨植入氫 離子造成單晶石夕的損傷，來改善T F τ特性。 此外，使用單晶矽基板（氫離子劑量：3xl〇16/cm2)時，驅 動器原本形成於多晶矽薄膜區域之裝置需要7〜8 v之訊號 與電源笔壓，但疋开> 成於單晶石夕薄膜區域之裝置之時間控 制器及微處理器只須3 · 3 V即可穩定地動作。 另外，本發明並不限定於上述各種實施形態，在申請專 利範圍内可作各種變更，適切組合分別揭示於不同實施形 悲中之技術性手ί又而獲付之實施形態亦包含在本發明之技 術性範圍内。 此外，本發明之實施形態並不限定於本内容，如多晶矽 形成法或層間、纟巴緣膜之材料、膜厚等，當然亦可藉由其他 本領域之技術人員獲知之手段實現。此外，材料方面，一 -81- (77) 1235486 發明說明續頁 般而g ’只要為相同目的使用者，即 仍可獲得相同效果。 史馮不同材料，當然 丹#，上述第九、十、十二 ^ , 久卞一種貫施形態中，ϋ入 於形成在絕緣基板3G1上之單晶㈣ 4接a ’亦可餘列容曰功嚅w 4 、 表面的氧化石夕膜 蝕刻夕日日矽溥肤或絕緣基板3〇1 後堆積。 心邛刀，形成凹部 /發明之半導體裝置除上述構造外，亦可 = 絕緣基板之接合側表面被氧化，或前述單晶砍 «絕緣基板之接合側表面堆積有氧切膜的方式 ^者’以“料基板之單晶料合㈣面亦堆 減石夕膜的方式構成。另外，單晶梦之接合側表面之氧化 石夕，的柄厚宜在100 nm以上，更宜在5〇〇咖以上。藉此， :::接合之單晶矽薄膜經由氧化層或氧化矽膜與二緣基 防止因施加於接合之梦界面之應力造成梦結晶應 之移動率降低’或是界面之缺陷及隨伴其之界面 固疋電何、界面之局部位準造成之臨限值偏差、特性 性降低等。 心 此外，藉此，無須使用防止因與揭示於特開平 號公報之石英基板之熱膨脹係數差而進行加熱接合強度提 高步驟造成破壞用之調整組成的晶化玻璃。因而不發生因 晶化玻璃產生之鹼性金屬造成污染的問題，因此，即使使 用低成本之一般主動矩陣用高應變點玻璃，仍可防止因熱 膨脹係數差而進行加熱接合強度提高步驟中之破壞及剝落。 -82- 1235486 (78) 發明說明續頁 因而，不發生於絕緣基板上使用晶化玻璃而產生之驗性 金屬造成污染的問題，且可低成本化。 本發明之半導體裝置除上述構造外，前述半導體裝置可 以為於前述絕緣基板上形成包含數個MOSFET之積體電路 之主動矩陣基板的方式構成。 藉由上述構造，進一步由於半導體裝置為於前述絕緣基 板上形成包含數個MOS(金屬氧半導體）Fet之積體電路的 主動矩陣基板，因此可獲得具有前述特徵之主動矩陣基板。 本發明之半導體裝置，除上述構造外，前述絕緣基板可 以包含至少於單晶矽存在之區域表面形成有氧化矽膜之高 應變點玻璃之方式構成。 如前所述，由於無須使用調整組成之晶化玻璃，因此藉 由自主動矩陣驅動之液晶顯示面板等上一般所使用之高應 變點玻璃改採絕緣基板，可以低成本製造半導體裝置。 本發明之半導體裝置，除上述構造外，前述緣基板可 以包含表面形成有氧化矽膜之鋇_鋁硼矽酸玻璃、鹼土噸 鋁硼矽酸玻璃、硼矽酸玻璃、鹼土類_鋅_鉛_銘硼矽酸/璃 、鹼土類-鋅-鋁硼矽酸玻璃中之任何一種的方式構成。 藉由上述構造’進-步由於自自主動矩陣動之液晶顯 不面板等上-般所使用之高應變點玻璃之上述揭示之、 改採絕緣基板，因此可純成本製造適於主 半導體裝置。 早基板之 -83- (79) 1235486 聲明說明續頁 域至少分離〇.3微米以上的方式構成。 藉由上述構造，it-步由於單晶矽薄膜之區域血 ㈣之區域至少分離0.3微米以上，因此可 - 、鈀等自多晶矽擴散至單曰功 ^ 始錫 穩定。 …一夕，可促進半導體裝置之特性 μ明之料體裝置’除±述構造外，亦可以 於别述不同區域内之相同導電型之電晶體中' 構成。 中之至一個前述各區域不同的方式 導=广造，· — 至I 2 1體中’移動率、次臨限值係數、臨限值中之 至卜個不同，因此可因應 丨良值中之 之區域。 要之特14形成於適合電晶體 本發明之半導體裝置，除上述構造 於前述不同區域之積體電路中， 亦y以分別形成 、電源電壓、邏輯位準中又閘極氧化膜之膜厚 式構成。 #中之至少-個前述各區域不同的方 藉由上述構造，進一步由 電路中，閑長、閉極氧化膜之二，不同區域之積體 中之至少-個不同，因此可因=要=特邏輯位準 適合積體電路之區域。 以及特性形成於 本發明之半導體裝置，除上 不同區域内之積體電路亦可以前述：祕分別形成於前述 之方式構成。 α £或之加工原則不同 -84 - (80)1235486 發明說明續頁 藉由上述構造，進_ 體電路的加工原則不同 積體電路之區域。 步由於分別形成於 ，因此可因應加工 不同區域内之積 原則形成於適合 石夕薄膜之膜厚d為對於以雜質_ ^之可卩前述單晶 包Γ動範圍之小值，亦即即使雜質密度二用::m, l〇I5cm·3，d之上限仍a 士# 又馮只用性下限之 士… 為大致600 nm以下的方式構成。 此日守，Wm= [4sskTln (Ni/ni) 2 1/2， ，k為波耳兹曼常數，了為 ηι為固有載體密度 為電子電荷，Ni為雜質密度。 包书數，q 糟由上述構造，由於單晶㈣膜之膜厚大致在_ 、 下太因此半導體裝置之8值變小，且斷開電流減少。_以 本發明之半導體裝置’除上述構造外，亦 石夕薄膜之膜厚在100nm以下的方式構成。 述早曰曰 m L 田於早日日矽溥膜之膜厚在100 nm以下 因：:半導體裝置之S值進—步變小，且斷開電流減;下。， 、她之半導體裝置之製造方法，除上述構造 以藉由3 0 0。〇以上，6 5 〇。「u 亦可 下之1個階段的溫度步驟進行Iff 述熱處理之方式構成。 仃則 :由上述構造，進一步由於藉由賺段之溫度步驟 ‘，、、處理，因此匕可以1個步驟進行執處s。 丁 發明之半導體裝置之製造方法，除上述構造外 乂藉由300 C以上’ 650。。以下之多階段的溫度步驟進行二 述熱處理之方式構成。 T ^ -85 - (81) 1235486 發明說明續頁 藉由上述構造，進一步由於 夕 熱處理，因此可減少因單曰矽;：“又之溫度步驟進行 U早日日矽剝離造成的剝落。 以半導體裝置之製造方法，除上述構造外，亦可 ΓΓΓ層生長時，於前述非…膜内添二 鉑二錫、鈀中之至少—種的方式構成。 藉由上述構造，進一步於使多晶矽層生 矽膜内添加鎳、鉑、錫、鈀中之 守，於非晶質
加熱，可促進多晶，夕層之結晶生；：：：；：藉由其後之 之移動率，有助於驅動電路J成等長。…提高…層 她之半導體裝置之製造方法，除上述構造外，亦可 雷射照射’使前述單W基板之氫離子植人區域溫 =:=自石夕脫離之溫度以上’進行以氣離子植入區域 為邊界剝離前述單晶矽基板之步驟的方式構成。 藉由上述構造’ it-步由於藉由雷射照射，將單晶石夕基 ，之氫離子植人區域之溫度予以昇溫，因此可僅昇溫狹窄 範圍的區域，可抑制單晶石夕的損傷。
本發明之半導體裝置之製造方法，除上述構造外，亦可 以進行包含大致7〇(TC以上之峰值溫度的燈退火，以氫離子 植入區域為邊界剝離前述單晶矽基板之方式構成。 藉由上述構造，進一步進行包含大致？^^以上之峰值溫 度之瞬間熱退火（Rapid Thermal Anneal，以下稱之燈 退火，以氫離子植入部為邊界剝離單晶矽基板，因此接: 強度進一步提高，並且藉由恢復剝離界面及單晶矽薄膜内 部之氫離子植入造成的損傷，可提高電晶體的特性。另外 -86- 1235486 姦明說明續頁 隹垃达火之峰值溫度愈南電晶體的特性愈高，但是基板 的輕曲及伸縮變大。因而只須依基板尺寸及形成之裝置種 類選擇適切之溫度與保持時間即可。 本孓明之半導體裝置之製造方法，除上述構造外，亦可 乂月〕述單aa矽薄膜之最大尺寸在丨〇 以下的方式構成。 猎由上述構造，進-步單晶矽薄膜之最大尺寸在10 cm以 下時，與單晶矽之熱膨脹係數差大於石英基板，一般而言 即使使用主動矩陣驅動之液晶顯示面板等上通常使用之高 應變點玻璃，仍可防止龜裂等破壞及石夕之剝落。另外，所 謂單晶石夕薄膜之最大尺寸，係指具有厚度薄之單晶石夕薄膜 之表面形狀之各尺寸中最大的尺寸。如單晶石夕薄膜為圓盤 形狀時，係指其直徑，單晶矽薄膜為薄立方體時，係指上 面四方形狀之對角線長度。 、=發明。之半導體裝置之製造方法，除上述構造外，亦可 X刖述單曰曰矽薄膜之最大尺寸在5 cm以下之方式構成。 猎由上述構造’進一步單晶矽薄膜之最大尺寸在5 下時，與單晶矽之熱膨脹係數差大於石英基板，一般而言 即使使用主動矩陣驅動之液晶顯示面板等上通常使用之高 應變點玻璃，仍可進一步防止龜裂等破壞及矽之剝落。 本發明之半導體裝置之製造方法，除上述構造外，亦可 j於前述絕緣基板上形成有前述多晶矽薄膜與前述單晶矽 薄膜後’ it 一步包含：蝕刻除去步驟’其係藉由等方性電 漿蝕刻或濕式蝕刻，蝕刻除去前述單晶矽薄膜表面之損傷 層；島狀㈣ϋ案化步·驟，其係將前述多晶石夕薄膜與前述 *87- (83) (83)1235486 發明說明續] 單晶矽薄膜蝕刻圖案化成島狀 述多晶石夕薄膜與前述單晶石夕薄 穑驟’其係於整個前 藉由異方性㈣Μ呆留前述第二 =-氧切膜後， ，或回蝕全邱·乃换拉此 虱化矽肤之膜厚的一部分 邛，及堆積步驟，其係 第二氧切膜；之方式構成。 ㈣為閘極、％緣腰之 藉由上述構造，進一步由於進 驟，因此可使錢前之步驟製成步 上述之製造方法中，宜使特徵之TFT。 壯舳引乂 ^ 吏j ^夕日日矽薄膜圖案與前述島 狀姓刻刖之早晶石夕薄膜圖荦問 ^ 累間之空間大致與前述第一氧化 矽肤厗之兩倍相專。藉此’於 石夕镇日望闰安叫 >、故… 乂日日吵厚與刖述早晶 化 案間之溝狀部内殘留氧化膜，整個基板予以平坦 本發明之半導體裝置之製造方法，除上述構造外，亦可 =前述多晶石夕薄膜圖案與前述島狀姓刻 式構成。 虱化矽膜厚之兩倍相等的方 、本發明之半導 +體裝置之製造方法’除上述構造外，亦可 ^進=包含P離子植人步驟，其係、將形成於前述絕緣基 板上之前述單晶石夕薄膜與前述多晶石夕薄膜姓刻圖案化成島 狀，而形成MOS電曰曰曰體，_M〇s電晶體及？型_電晶體 之源極及没極區域之至少_部分大致植人1()15/_2以上^ 5x10 /cm2以下之P +離子的方式構成。 错由上述構造’進一步由於㈣河⑽電曰曰曰體及”則㉘ 晶體之源極及汲極區域之至少一部分大致植入i〇lw以 •88- (84) 1235486
^ ’ 5xH^/cm2以下之p +離子’因此而後藉由rta、雷射 爐4進行加熱處理，除多晶矽薄膜區域 =亦同時藉由除去金屬原子，而可獲得特性變動 性穩定之TFT。 向斗寸 、亡發明之半導體裝置之製造方法’除上述構造外， =單晶矽薄膜之膜厚與前述多晶石夕薄膜之膜厚 等的方式構成。 ——上述構&，進一步由於單晶矽薄膜之膜厚與多晶 ::膜之膜厚大致相等，因此可同時處理包含島狀蝕刻之以 $步驟之大部分步驟，且可形成階差小之電晶體或電路。 因而如為液晶面板時，單元厚度控制性佳。 本毛明之半導體裝置之製造方法，除上述構造外，亦可 以藉由於單晶氧化石夕膜上預先藉由氧化表面或堆積氧化石夕 版所，成之前述氧切膜之膜厚在刪上的方式構成。 本毛明之半導體裝置之製造方法，除上述構造外，亦可 =由於^氧切膜上預先藉由氧化表面或堆積氧化石夕 、斤形成之料氧切膜之膜厚在· nnm上的方式構成。 /氧化石夕膜之膜厚愈厚，自限值之變動愈小，不過藉由 乳化石夕膜形成步驟之效率（氧化所需時間）與階差的折衷， 適^刀值大致為2〇〇 nm〜彻⑽。重視變動時適切值大致為 4〇〇譲以上，重視階差及效率時適切值大致為2⑻麵〜彻 _ ’更宜為250饋〜35〇麵。氧化石夕膜之膜厚較厚時，特 別於低電麼時動作的穩定性提高。此因接合之單晶石夕基板 與玻璃基板等絕緣基板界面之污染，或晶格應變及不完全 -89- (85) 1235486 發明說明續] 性引起之固定電荷的影響減少。 此外’可獲得臨限值之變動與氧化 及階差之均衡性適切的半導體基板。、乂驟之效率 t外，本發明之咖基板可以前述非 熱膨脹率與前述單晶矽相笪十+ ^ 、…嶮玻螭基板之 一 相荨或大於的方式構成。 藉由上述構造，為哫袒古σσ 馮求耠回早晶矽薄膜之分離及對美;之 接著力進行熱處理而暴露於古刀離及對基板之 r円肉，陌甘1 路於回，皿下時，在其熱處理之溫度 靶圍内口基板之熱膨脹率大於單曰切, 门6χ1ΓΓ6心-1、 m 千穴於早日日石夕之熱膨脹率 • g )’因此基板向下翹曲於凸方向。此時，夢由 van der Waals力而接著之兩者中， 猎 部分橫方向拉扯，藉由前— 曰曰 土板附近的 猎由刖述向下翹曲於凸方向，自 ”端剝離之力與翹曲方向-致，其抵銷單晶矽片自：著 面剝離力，不引起自接著面剝 者 风局开^成結合鍵的要辛 。因而可防止單晶矽薄膜自基板剝離及基板之破裂。’、 !即’於使植入單晶矽片内之氫離子消散分離之步驟及 提南單晶石夕片對基板接著力之步驟中的熱處理時，基板向 下翹曲於凸方向’自皁晶矽片之端剝離之力與翹曲方向一 致’不引起剝離。藉此可抑制基板破裂及單晶石夕片的剝離。 =本t月之SOI基板可^述非晶f無驗破璃基板為 鹼土類-鋁硼矽酸玻璃、鋇-鋁硼矽酸玻璃、鹼土類-鋅-鉛-鋁硼碎酸玻璃或驗土類-鋅-鋁·石夕酸玻璃之方式構成 藉由上述構造，可獲得熱膨脹率與上述單晶矽相等或大 於之基板。 此外，本發明之SOI基板可以前述單晶矽片之貼合表面為 -90- (86) 1235486 (111)面、（110)面或（100)面之方式構成。 藉由上述構造，藉 完全同樣地自形成時 矽膜面的SOI基板。
由使用具有上述面方位之單晶矽片， ，可製造具有表面無須研磨之平坦之
而作為前述單晶石夕片，與最容易獲得表面為（100)方位者 比較’⑴0)方位者’由於最接近之各原子絕大部分排列於 該⑴0)面上’因此分離該單晶矽片時，分離面極為平相， 可減少作成於本SOI基板上之矽電晶體的不良率。 此外’才本用（111)方位者時，分離之面與單晶石夕塊之劈開 面-致，且於同平面内，最接近之各原子存在於自該（叫 面稍微偏差的角度’因此分離該單日^片_，分離面極為 平坦，可進一步降低作成於本S0I基板上之石夕電晶體的不良 率。 再者，本發明之801基板之製造方法，可以將前述熱處理 設定在3’以上’ 7()(rc以下之溫度範圍内，以多階段之 溫度步驟進行的方式構成。 藉由上述構造，藉由以多階段之溫度步驟進行熱處理， 可進一步減少單晶矽薄膜之剥落。尤其是，以單晶矽片未 被氫離子紅面分離《溫度進純著力強化用t第一階段 的熱處理，而後’進行分離用之第二階段的熱處理，膜自 接合面剝落，可減少單晶矽片於熱處理後剝落之瑕疵品的 數量。 此外，本發明之301基板之製造方法可以前述氫離子之植 入深度為40〜200 nm之方式構成。 -91. (87) (87)1235486 。。猎由上述構造’ h以上所述，氫離子之植人深度，亦即 早晶石夕薄膜之厚度若薄至扇_下時，可獲得完全耗盡 化之電晶體，可大幅提高特性，並且加工亦容易。另外， nm薄k s破裂’導致製造上之安全係數降低。 上述之半導體裝置可以絕緣基板包含至少於單晶石夕存在 之區域：表面上形成有氧化矽層之包含鹼土類-鋁硼矽酸 玻璃之高應變點玻璃之方式構成。 $由上述構造’由於無須使用調整組成之晶化玻璃，因 Ay藉由絕緣基包含主動矩陣驅動之液晶顯示面板等上一 般所使用之高應變點玻璃，可以低成本製造半導體裝置。 上述半V體裝置可以絕緣基板包含鋇_鋁硼矽酸玻璃、鹼 土類-鋁硼矽酸玻璃、硼矽酸玻璃、鹼土類-鋅_鉛-鋁硼矽酸 玻螭、鹼土類-鋅_鋁硼矽酸玻璃中之任何一種之方式構成。 藉由上述構造，進一步由於自主動矩陣驅動之液晶顯示 面板等上一般所使用之高應變點玻璃之上述玻璃形成絕緣 基板’因此可以低成本製造適用於主動矩陣基板之半導體 裝置。
上述半導體裝置可以絕緣基板上為包含由數個MOSFET 、雙極電晶體或Sit構成之積體電路之主動矩陣基板的方式 構成。 藉由上述構成，進一步由於半導體裝置係於絕緣基板上 形成包含數個MOS(金屬氧半導體）FET(TFT)之積體電路的 主動矩陣基板，因此可獲得具有上述特徵之主動矩陣基板。 上述半導體裝置可以形成於絕緣基板上之單晶矽薄膜區 -92. (88) 1235486
域與多晶石夕薄膜區域分離0.3 _以上之方式構成。 曰曰 石广外’上述半導體裝置更宜為形成於絕緣基板上之單 :艇區域與多晶矽薄膜區域分離0.5 _以上。 藉由上述構造，可防止如鎳、鉑、 散至單晶梦，可促進半導體裝置之特性參^ ^自夕晶石夕擴 型別形成於不;區域之相同導電 個土述各區域不同的方式構成。 L限值中之至少一 藉由上述構造’進一步由於分 導電型電晶體中，移動率、次臨限值區域之相同 少-個不Θ ’因此可因應所需特 D:值中之至 域。 战於適合電晶體之區 上述之半導體裝置可以分㈣成於 中’閘長、閘極氧化膜之膜厚 /或之積體電路 Μ 一個上述各區域不同的方式構^電壓、邏輯位準中之 藉由上述構造，進一步由於分別形 電路中1長、.閘極氧化膜之膜厚1 2同區域之積體 中之至少—個不m可因應所〜電壓、邏輯位準 適合積體電路之區域。 而之構造及特性形成於 上述之半導體裝置可以分別形成於 中，加工原則係上述各區域不同的方冋區域之積體電路 藉由上述構造’進一步由於分別形：：成。 電路之加工原則不@，因此可因應加战於不同區域之積體 體電路之區域。 、°工原則形成於適合積 -93- 1235486 (89) 發明說明續頁 上述之半導體裝置’可以單晶矽薄膜之膜厚d為對於以雜 質錄所定義之最大耗盡長Wm，包含變動範圍之小值，亦即 即使雜負後、度為貫用性下限之1 〇 1 5 cm-3，d之上限仍為大致 600 nm以下的方式構成。 此時，Wm= [4sskTln (Ni/ni) q2Ni]1/2，ni為固有載體密度 ，k為波耳茲曼常數，τ為絕對溫度，％為矽之介電常數，q 為電子電荷，Ni為雜質密度。 藉由上述構造，由於單晶矽薄膜之膜厚大致在6〇〇 nm以 下，因此半導體裝置之S值（次臨限值係數）變小，且斷開電 流減少。 上述之半V體I置，可以單晶矽薄膜之膜厚在1〇〇。㈤以 下的方式構成。 以藉由上述構造，+導㈣置之3值（次㉟限值係數）進一步 變小’且斷開電流減少。 、上述半導體裝置之製造方法，可以藉由3〇〇t)以上，65〇艽 二下之1個階段或多階段的溫度步驟進行上述熱處理之方 式構成。 亦即以1個步 错由上述方法，可以1個階段之溫度步驟 驟進行熱處理。 了以使多晶碎層生長時， 、錫、鈀中之至少一種的 上述半導體裝置之製造方法， 於上述非晶質矽膜内添加鎳、鉑 方式構成。 ，於非晶質矽膜内 猎由其後之加熱， 藉由上述方法，於使多晶矽層生長時 添加鎳、鉑、錫、鈀中之至少一種，並 -94- 1235486 1 } 發明說明續頁 -—__ ^進夕曰日矽層之結晶生長。因而可提高多晶矽層之移動 率’有助於驅動電路形成等。 曰上述半導體裝置之製造方法，可以藉由雷射照射，使單 曰曰夕基板之氫離子植入部溫度昇溫至氫自矽脫離之溫度以 上，進仃以氫離子植入部為邊界劈開剝離單晶矽基板之 驟的方式構成。
女藉由上述方法，由於藉由雷射照射，將單晶矽基板之氫 離子植入部之溫度予以昇溫，因此可僅昇溫狹窄範圍的區 域’可抑制單晶矽的損傷。 上述之半導體裝置，可以藉由進行包含大致700°C以上之 岭值溫度的燈退火’以氫離子植入部為邊界剝離單晶石夕基 板之方式構成。 藉由上述方法，由於進行包含大致。〇以上之峰值溫度 之％間熱退火（Rapid Thermal Anneal)之燈退火，卩氯離子 植邊界剝離單晶石夕基板，因此接合強度進一步提高 二亚且藉由恢復剝離界面及單晶矽薄膜内部之氫離子植入
造，的損傷，可提高電曰曰曰體的特性。#外，_退火之峰 值溫度愈高電晶體的特性愈高，但是基板的麵曲及伸縮變 大口而，、須依基板尺寸及形成之裝置種類選擇適切之溫 度與保持時間即可。 少上述半導體裝置之製造方法，可以於絕緣基板上形成有 夕^夕薄膜與單晶石夕薄膜後，進一步包含：姓刻除去步驟 :/、係藉由等方性電㈣刻或濕式姓刻，姓刻除去單晶石夕 轉表面之損傷層；島狀圖案化步驟，其係藉由餘刻多晶 -95. (91) 1235486 發明說明I賣胃 矽缚膜與單晶矽薄膜而圖案化成島狀；回 整個多晶石夕薄膜與單晶石夕薄膜上堆積回银^、係於 藉由異方性㈣，保留回蚀用氧 羊=後， 膜厚全部；及間極絕緣膜形成步驟尹或回餘 膜形成閘極絕緣膜；之方式構成。…、3由隹積氧化石夕 藉由上述方法，由於進行一船 此可使用先前之步驟製造呈有晶石夕丁咖成步驟，因 W衣&具有刖述特徵之TFT。 上述半導體裝置之製造方法’可以於絕緣基板上步 上述多晶發薄膜與上述單晶石夕薄膜後，進一步
除去步驟，其係藉由等方性 .蝕J 去上述垔曰X"" 电水餘刻或濕式蝕刻’蝕刻除 =过早曰曰夕缚版表面之損傷層；島狀圖案化步驟，其係 错由钮刻上迷多晶石夕薄膜與上述單晶石夕薄膜而圖案 f ;塗敷步驟’其係於整個上述多晶石夕薄膜及上述單晶石夕 輪上堆積回姓用氧化石夕膜後，進一步全面塗敷樹脂平挺 化版，回飯步驟，其係藉由異方性餘刻，回姓上述樹脂平 坦化版之全部與上述回姓用之氧化石夕膜之一部分；及閉極 絕緣膜形成步驟’其係藉由堆積氧化石夕膜形成問 ，·之方式構成。 藉由上述方法，可於多晶矽薄膜與單晶矽薄膜之圖案間 的溝狀部内殘留氧化膜（氧化石夕膜），可促進整個基板 坦化。 上述半導體裝置之製造方法，可以進_步包含p +離子植 入步驟，其係藉由蝕刻形成於絕緣基板上之上述單晶矽薄 膜與上述多晶矽薄膜，圖案化成島狀，而形成M〇s電晶體 -96- !235486 (92) 發明說明續頁 N型MOS電晶體及p型m〇S電晶體之源極及汲極區域之至 少一部分大致植入10"/cm2以上，5xl〇15/cm2以下之p+離子 的方式構成。 藉由上述方法，係於N型MOS電晶體及P型MOS電晶體之 源極及沒極區域之至少一部分大致植入1015/cm2以上， 5xl〇15/cm2以下之P +離子。因此而後藉由RTA、雷射、爐等 進仃加熱處理，除多晶矽薄膜區域外，單晶矽薄膜區域亦 同時藉由除去金屬原子，而可獲得特性變動更小而特性穩 定之TFT。 " 少上述半導體裝置之製造方法，可以單晶矽薄膜之膜厚與 多晶石夕薄膜之膜厚大致相等的方式構成。 、藉由上述方法，可同時處理包含島狀圖案化用之蝕刻之 以後步驟之大部分步驟，且可形成階差小之電晶體或電路 。因而如為液晶面板時，單元厚度控制性佳。 上述半導體裝置之製造方法，可以預先形成於單晶矽基 板表面所开7成之氧化石夕膜之膜厚在nm以上，更宜在 以上的方式構成。 通常氧化矽膜之膜厚愈厚，臨限值之變動愈小，不過藉 由氧化矽膜形成步驟之效率（氧化所需時間）與階差的折衷 適切值大致為200 nm〜400 nm。重視變動時適切值大致為 4〇〇 η:以上，論皆差&效率日寺適切值大致為2〇〇腿〜4〇〇㈣ ’更宜為25〇nm〜35〇nm。氧化石夕膜之膜厚較厚時，特別於 低包£日守動作的穩定性提高。此因接合之單晶矽基板與玻 璃基板等絕緣基板界面之污染，《晶格應變及不完全性引 -97- (93) !235486 發明說明續頁 起之固定電荷的影響減少。 形t驟藉由上述方法’可獲得臨限值之變動與氧化石夕膜 /’之效率及階差之均衡性適切的半導體基板。、 寸半導體裝置之製造方法，可以單晶石夕薄膜之最大尺 '^在10 cm以下的方式構成。 盘上述方法’單晶石夕薄膜之最大尺寸在10⑽以下時， 用、：：石夕之熱膨脹係數差大於石英基板，-般而言即使使 玻璃，仍可防止龜；；:：=11常使用之高應變點 矽薄膜之芒女P 4 4 剝洛。另外，所謂單晶 形肤、 、，係指具有厚度薄之單晶矽薄膜之表面 寸中最A的尺寸。如單晶石夕薄膜為圓盤形狀時 來：單晶彻為薄長方形時，係指上面四方 心狀之對角線長度。 ^半‘體衣置之製造方法，可以單晶石夕薄膜之最大尺 寸在5 cm以下之方式構成。 下：由々述方法’進-步單晶矽薄膜之最大尺寸在5 cm以 g ^與早晶石夕之熱膨服係數差大於石英基板，一般而言 :ί=動矩陣驅動之液晶顯示面板等上通常使用之高 心點仍可進—步防止龜裂等破壞切之剝落。 ^述丰導體裝置之製造方法，可以單晶石夕薄膜之與絕緣 基板之規格化的線膨脹差，於大致室溫以上，以下之 溫，乾圍内，約為25〇ppm以下之方式構成。 β藉（方法，緣基板與單晶㈣膜之線膨脹係數差 愛小。因此於在絕緣基板上形成單晶㈣顧的步驟中’ -98- (94)1235486 發明說明續頁 造成自氫植入位置劈開剝離步 或於結晶中產生缺陷，並可促 去’可以植入氫離子植入部之 進一步約為3xl010/cm2的方式 可確實防止因熱膨脹係數差 驟之破壞及接合界面剝離， 進加熱接合強度的提高。 上述半導體裝置之製造方 氫離子劑量在1016/cm2以上， 構成。 藉由上述方法，可使形成於單晶石夕薄膜區域之之移動 率等的特性提高。 /外，發明說明項中形成之具體實施態樣或實施例僅在 «兄月本|明之技*性内I ’不應狹義解釋成僅限定於此種 =體例’只要在符合本發明之精神及以下之t請專利範圍 内，可作各種變更來實施。 圖式之簡單說明 的=〜圖顧顯示本發明—種半導體裝置之製造步驟 例⑻係顯示本發明其他半導體裝置之製繼 例=1 〜rd)係顯示本發明另外半導體裝置之製造步驟 的m〜圖4(h)軸示本發明另外半導體m造㈣ 圖5係本發明另外— _示將單晶砂種：=，^ 之狀態的剖面圖。 、口 、同應、交點無鹼玻璃基板前 -99- 1235486 (96) 發明說明續頁 6, 38, 56 10, 60 11，61 12, 62 20, 30, 50 33, 55 35, 41 201，211 202 203, 204 205 206 210 212 213 214 221 222 223 224 225 226 227 301 矽氧化膜（閘極絕緣膜） 單晶矽基板 氧化矽膜 氫離子植入部 半導體裝置 凹部 第二氧化矽膜 SOI基板 高應變點無鹼玻璃基板（非晶質無鹼玻璃基板) 二氧化矽膜 單晶矽薄膜 早晶梦片 氫離子植入面 多晶矽薄膜 絕緣膜 非晶質碎膜 薄膜電晶體 閘極絕緣膜 閘極膜 n+或p+區域 通道區域 層間絕緣膜 源極、汲極金屬膜 絕緣基板 1235486 (97) 發明說明續頁 302, 332, 352, 362氧化矽膜（絕緣膜、第一氧化矽膜） 303, 336, 353 非晶質矽薄膜 304, 337, 343, 354多晶矽薄膜 305, 334 306, 338 310 311 312 320, 330, 350 333, 355 335 341 單晶矽薄膜 閘極絕緣膜（矽氧化膜） 早晶碎基板 氧化矽膜 氫離子植入部 半導體裝置 凹部 氧化矽膜（絕緣膜） 氧化矽膜（第二氧化矽膜) -102-

Claims (1)

1235486 拾、申清專利範圍 !.一種半導體裂置，其係於絕緣基板上，晶石夕薄膜分別形成於不同之區域。$曰曰夕祕與早 :申明專利粑圍第!項之半導體裝置，其 ，專月緣基板之接合側表面 矽薄膜與前述絕緣基板 匕成月述早晶 如申請專利範圍第丨項 、有虱化矽胰。 啤示i貝之+導體裝置，复 裝置係於前述絕緣美拓 /、中引述丰V體 土反上包含由數個M〇 體電路之主動矩陣基板。 ㈣構成之積 如申請專利範圍第丨項之半 板包含至少於單晶石夕& 衣置’其中前述絕緣基八平日日石7存在之區域表 之高應變點玻璃。 义表面形成有氧化石夕層 如申請專利範圍第4項之半 板包含鋇-鋁硼矽酸玻^ ^ ^ "刖述絕緣基 酸玻璃、鹼土類二類卿 双土颂鋅-鉛-鋁硼矽酸玻璃、 矽酸玻璃中之任何一種。 双土力員-鋅-鋁硼 如申請專利範圍第i項之半 {緣基板上之^單^“ 與 區域至少分離0.3微米以上。 …曰曰矽㈣ 如申請專利範圍第3項之半導體裝置， 前述不同區域内之相同導 、刀别开/成於 臨限值係數、臨限值中 私動革、-人 ，由Ο 值中之至少-個前述各區域不同。如申㉖專利範圍第3項之半導 前述不同區域之積體電路中二’;、分別形成於 T閘長、閘極氧化膜之膜厚 2. 3. 4. 5. 6. 8. 1235486 串請專利範圍續頁 ^源電壓、邏輯位準中之至少一個前述各區域不同。 1申,月專利|巳圍第3項之半導體裝置，其中分別形成於 、丨迟不同區域内之積體電路之加工原則係前述各區域 不同。 10· ^申請專利範圍第^員之半導體裝置，其中前述單晶石夕 薄膜之膜厚大致在600 nm以下。 η.如申請專利範圍第w之半導體裝置，其中前述單晶石夕 薄膜之膜厚在100 nm以下。 12 户種半導體m造方法，其係於絕緣基板上形成有 夕晶矽薄膜與單晶矽薄膜，且包含： 堆積步驟，其係於絕緣基板表面依序堆積氧化石夕膜及 非晶質矽膜； ' 多一夕薄膜形成步驟，其係將前述非晶質石夕膜予以加 匕，使多晶矽層生長而形成多晶矽薄膜； 域姓刻除去步驟，其係银刻除去前述多晶梦層之特定區 驟’其係將預先氧化表面或堆積氧 f有^特定深度植人特定漠度之氫離子之氫離子植入 部之單晶石夕基板切割成覆 二 ^ ^ ν 盖别述钱刻除去之區域形妝 之一邛勿或大致全部區域的特定形狀； /片 密著貼合步驟，其係將前述切 氫離子侧之面密著貼合於前述㈣2㈣基板使植入 口。« ★ j迷餘刻除去之區域·；9 早曰曰石夕薄膜形成步驟，其係藉由熱處理 子植入部為邊界剝離而形成單晶矽薄膜。則述― 1235486 申請專利範圍續頁 13· —種半導體裝置之製造方法，兑 多晶矽薄膜與單晶矽薄膜，且包含·、巴緣基板上形成有 堆積步驟，其係於絕緣基板依 非晶質矽膜； 隹積氧化矽膜及 多w薄膜形成步驟，其係將前述非 熱曰曰化’使多晶矽層生長而形 .肤予以加 蝕刻除去步驟，其係蝕刻除二’杈， 層，並且蝕刻除去嗜^玫之Γ特叱區域之前述多晶矽 一部分.； £域之爾切膜在厚度方向之 ::=，其係將預先氧化表面或 具有在特定深度植入特定 γ联且 部之單晶石夕基板切割成覆離子之氯離子植入 —邛刀或大致全部區域的特定形狀，· 狀 密著貼合步驟，其係將前述 氫面密著貼—刻除::::板:植人 14. 子植入部為邊界剝離而形成單晶：薄：理“述㈣ -種半導體裝置之製造方法輪 多晶石夕薄膜與單晶石夕薄膜，且=在，、'邑緣基板上形成有 牛其係於絕緣基板表:堆積氧化砍膜，· 膜在厚度方向之-部分；+特疋£域之則述氧化石夕 切斷步驟，豆係蔣苑生& ^ Λ M ^ .....、先氧化表面或堆積氧化膜，且| 在特疋深度植入特定濃度之氣離子之氯離子植入部 1235486 J請專利範圍續頁 -之:::大 = 成域=:刻除去…… 岔耆貼合步驟，其係將前述切斷之單晶矽基 氫離子側之面密著貼合於前述蝕刻除去之區域· 入 子婦驟，其係藉由熱處理’以前述氫離 千植入°卩為邊界剝離而形成單晶矽薄膜； 堆積步驟，其係於前述絕緣基板上依序堆積 石夕膜及非晶質石夕膜；及 ^晶矽薄膜形成步驟，其係將前述非晶質矽膜予以加 熱晶化，使多晶矽層生長而形成多晶矽薄膜。 15·如申請專利範圍第12至14項中任一項之半導體裝置之 製造方法，其中藉由3〇〇。〇以上，65(rc以下之i個階段 的溫度步驟進行前述熱處理。 16.如申請專利範圍第12至14項中任一項之半導體裝置之 ▲ ^方法’其中藉由3 0 0 °C以上，6 5 0 °C以下之多階段的 溫度步驟進行前述熱處理。 1 7 ·如申凊專利範圍第1 2至14項中任一項之半導體裝置之 製造方法’其中使前述多晶矽層生長時，於前述非晶質 石夕膜内添加鎳、鉑、錫、鈀中之至少一種。 1 8 ·如申睛專利範圍第1 2至1 4項中任一項之半導體裝置之 製造方法’其中藉由雷射照射，使前述單晶矽基板之氫 離子植入區域溫度昇溫至氫自矽脫離之溫度以上，進行 以氮離子植入部為邊界剝離前述單晶矽基板之步驟。 19·如申請專利範圍第12至14項中任一項之半導體裝置之 1235486 __ 串請專利範圍續頁 衣仏方法，其中藉由進行包含大致700°C以上之峰值溫 度的燈退纟，以氨離子植入部為邊界剝#前述單晶碎基 板。 2 〇 ·如申請專利範圍第1 2至1 4項中任-項之半導體裝置之 製造方法’其中前述單晶梦薄膜之最大尺寸在二乂 下。 21' 11 .1^1411" ^ ^ ^ -，、中刖述單晶矽薄膜之最大尺寸在5 cm以下。 22.==利範圍第12至14項中任一項之半導體裝置之 :::::其中於前述絕緣基板上形成有前述多晶石夕薄 胰與則述早晶矽薄膜後，進一步包含·· 驟’其係藉由等方性電㈣刻或濕式姓刻 ，蝕刻除去前述單晶矽薄膜表面之損傷層； 、案化步14 ’其係將月！1述多晶石夕薄膜與前述單晶 矽溥膜蝕刻圖案化成島狀； —⑽步驟’其係於整個前述多晶石夕薄膜與前述單晶矽 =亡：積第：氧切膜後，藉由異方性姓刻，保留前 ；L 氧化矽膜之一部分，或回蝕全部；及 積v 其係堆積作為閘極絕緣膜之第二氧彳 23·如:請專利範圍第22項之半導體裝置之製造=，夕:中 2 =晶石夕薄膜圖案與前述島狀姓刻前之單晶石夕薄 等曰之空間大致與前述第一氧化石夕膜厚之兩倍相 24.如申請專利範圍第12至14項中任一項之半導體裝置之 1235486 甲請專利範圍續頁 25. 26. 27. 28. 29. 30. 製造方法，其中進一步包含P +離子植入步驟，其係將形 成於前述絕緣基板上之前述單晶矽薄膜與前述多晶石夕 薄膜蝕刻圖案化成島狀，而形成M0S電晶體，Nsm〇s 電曰S體及P型]VI0 S電晶體之源極及汲極區域之至少一部 分大致植入lOb/cm〗以上，5xl〇15/cm2以下之p +離子。 如申請專利範圍第12至14項中任一項之半導體裝置之 製造方法，其中前述單晶矽薄膜之膜厚與前述多晶矽薄 膜之膜厚大致相等。 如申請·專利範圍第12至14項中任一項之半導體裝置之 ‘ k方法其中預先藉由氧化表面或堆積氧化石夕膜而形 成於單晶矽基板上之氧化矽膜之膜厚在200 nm以上。 如申請專利範圍第12至丨4項中任一項之半導體裝置之 製造^法，其中預先藉由氧化表面或堆積氧化矽膜而形 成於單晶矽基板上之氧化矽膜之膜厚在3〇〇 nm以上。 一種SOI基板，其係包含： 非晶質無驗玻璃基板；及 於上述非晶質無鹼玻璃基板上貼合植入氫離子之單 曰曰矽片以七述氫離子植入層使前述單晶矽片分段而形 成卓晶碎薄膜。 如申請專利範圍第28項之S0I基板，其中前述非晶質無 鹼玻璃基板之熱膨脹率與前述單晶矽相等或大於。 士申π月專利範圍第29項之s〇I基板，其中前述非晶質無 鹼玻璃基板為鹼土類_鋁硼矽酸玻璃、鋇-鋁硼矽酸玻璃 、鹼土類鋅-鉛-鋁硼矽酸玻璃或鹼土類-鋅-鋁硼矽酸玻 1235486 串請專利範圍願 士申巧專利範圍第28項之SOI基板，其中前述單晶矽片 之貼合表面為（111)面、（11〇)面或（1〇〇)面。 32. 一種顯示裝置，i述非晶質無驗玻璃基板係透過可視光 之非晶質玻璃材料，且使用前述申請專利範圍第以項 SOI基板。 、 33· -種S0I基板之製造方法，其係於非晶質無驗玻璃基板 上貼合植入氫離子之單晶矽片， 藉由以最高溫度約為600t之溫度進行熱處理，以前 述氫離子植入層使前述單晶石夕月分割而形成單晶石夕薄 34.如申請專利範圍第33項之則基板之製造方法，其中於 二0。以上’ 700。。以下之溫度範圍内，以多階段之溫度 步驟進行前述熱處理。 35\種Γ"1基板之製造方法，其係於非晶質無驗玻璃基板 上貼3植入氫離子之單晶矽片， :由以包含大致85〇 c以上之峰值溫度之燈退火進行 述氫離子植人層使前述單晶W分割而形 成單日日發薄膜。 36. 2請專利範圍第33或35項之SOI基板之製造方法，1 中包含： 〃 库ΓΓ步驟’其係在前述非晶質無驗玻璃基板之表面依 隹積一氧化矽膜及非晶質矽膜； 述夕曰曰石夕薄膜形成步，驟，其係將前述非晶質石夕膜予 1235486 續頁 37. 38. 39. 40. __利範鼯 以加熱晶化’使多晶矽層生長而形成多晶矽薄膜· 蝕刻除去步，驟，其係_除去預定區域 層，並爛除去相同區域之前述二氧化石夕膜：：：石夕 向之一部分； 、在居度方 植入步驟，其係預先氧化前述單晶矽片之 二氧化矽膜，並植入前述氫離子； 又S、堆S 切斷步驟，其係將前述植入有氫離子之單# 成覆蓋前述蝕刻除去之區域的形狀； 切斷 密著貼合步驟，其係將前述切斷之單晶矽 入氫離子側之面«貼合於前述㈣除去之區域1植 單晶矽薄膜形成步驟，其係實施前述熱處理 1 述氫脆化使前述單晶石夕片分割而形成單晶石夕薄膜。曰月 如申請專利範圍第33或35項之則基板之製造方法，盆 中丽述氫離子之植入深度為40〜200 nm。 八 一種^導體裝置’其係於絕緣基板上，多^薄膜與單 晶石夕，膜分別形成於不同區域，上述絕緣基板與上述單 晶矽薄膜之規格化之線膨脹差，大致於室溫以上，_。匸 以下之溫度範圍内約在250 ppm以下。 ..... 衣置，其係於絕緣基板上，多晶碎薄膜與單 晶石夕薄膜分別形成於不㈤的區域，且上述單晶石夕薄膜之 °刺曼峰值之偏差量在519.5 cm-1以上，且在52!·5 Cm-1以 下。 如申明專利乾圍第38或39項之半導體裝置，其中上述絕 緣基板包含向應變點玻璃，該高應變點玻璃包含至少於 1235486 申請專利範圍續頁 單曰B石夕存在之區域的表面形成有氧化石夕層之驗土類-鋁 ^夕酸玻璃。 41.如申請專利範圍第38或39項之半導體裝置，其中上述絕 緣基板包含鋇-銘硼矽酸玻璃、鹼土類-鋁硼矽酸玻璃、 硼矽酸玻璃、鹼土類-鋅-鉛-鋁硼矽酸玻璃、鹼土類-鋅_ I呂石朋石夕酸玻璃中之任何一種。 42. 如申請專利範圍第38或39項之半導體裝置，其中上述半 導體裝置係於上述絕緣基板上包含由數個m〇sfet、雙 極電晶體或SIT構成之積體電路之主動矩陣基板。 43. 如申請專利範圍第38或39項之半導體裝置，其中形成於 ^述絕緣基板上之上述單晶矽薄膜區域與上述多晶矽 薄膜區域至少分離〇·3 μηι以上。 44. 45. 46. 如申請專利範圍第38或39項之半導體裝置，其中形成於 一述、巴緣基板上之上述單晶矽薄膜區域與上述多晶矽 薄膜區域至少分離〇·5 μηι以上。 如申請專利範圍第38或39項之半導體裝置，其中分別形 成於上述不同區域内之相同導電型之電晶體中，移動率 二臨限值係數、臨限值中之至少一個上述各區域不同。 利範圍第38或39項之半導體裝置，其中分別形 膜户H同11域之積體電路中，閉長、閘極氧化膜之 同尽、電源電壓、邏輯位準中之至少一個上述各區域不 47.如申請專利範圍第38或39 成於卜、十、Τ 貝之牛¥體I置，其中分別形 攻於上述不同區域內 L A内之積體電路之加工原則係上述各 1235486 申請專利範圍續頁 區域不同。 48 49. 50. •如申請專利範圍第38或39項之半導體裝置，其中上述單 曰曰石夕薄膜之膜厚大致在6〇〇 nm以下。 如申請專利範圍第38或39項之半導體裝置，其中上述單 晶石夕薄膜之膜厚在1 00 nm以下。 -種半導體裝置之製造方法，其係於絕緣基板上形成有 夕晶石夕薄膜與單晶矽薄膜，且包含·· 隹積γ私，其係於絕緣基板表面依序堆積氧化矽膜及 非晶質矽膜； ' 夕曰日以膜形成步驟，其係將上述非晶質梦膜予以加 一曰化Μ吏多晶矽層生長而形成多晶矽薄膜； 域钱刻除去步驟，其係蚀㈣去上述多晶石夕層之特定區 :斷步驟，其係將預先氧化表面或堆積氧化膜，而在 2離：、乳化矽膜，且具有在特定深度植入特定濃度之 ㈣2讀子植人部之單以基板切割成覆蓋上述 =除去之區域形狀之—部分或大致全部區域的特定 該兩：二t洗淨上述絕緣基板與單晶矽基板，將 扳灸表面予以活化； 接合步驟，盆係蔣μ 使植入氫離子側之面一蝴之單晶石夕基板，在室溫下 上述兩基板；& 4者於上述蝕刻除去之區域’接合 單晶石夕薄膜形成步驟，其係藉由熱處理，以上述氫離 -10- 1235486 申請專利範圍續頁 子植入部為邊界劈開剝離，於上述絕緣基板上形成單晶 矽薄膜。 as 一種半導體裝置之製造方法，其係在絕緣基板上形成有 多晶石夕薄膜與單晶石夕薄膜，且包含： 堆積步驟，其係於絕緣基板表面依序堆積氧化矽膜及 非晶質石夕膜；
多晶矽薄膜形成步驟，其係將上述非晶質矽膜予以加 熱，使多晶矽層生長而形成多晶矽薄膜； 蝕刻除去步驟，其係蝕刻除去特定區域之上述多晶矽 薄膜’並且餘刻除去相肖區域之上述氧化石夕膜在厚^方 向之一部分； 又 切斷步驟，其係將預先氧化表面或堆積氧化膜，於表 面形絲切膜，且具有在料深度植人敎濃度之氯 離子之氫離子植入部之單晶矽基板切割成覆蓋上述蝕 刻除去之區域形狀之一部分或大致全部區域的特定形
士 ’十必似只早日日兮7暴板 該兩基板之表面予以活化； 接合步驟’其係、將上述切斷之單晶石夕基板，在室 使植入氫離子側之面密著於上述㈣除去之區域， 上述兩基板；及 單晶石夕薄膜形成步驟，其係藉由熱處理，以上述 子植入部為邊界劈㈣離’於上述絕緣基板上形成 矽薄膜。 -11 - 1235486 申請專利範圍續頁 種半導體裝置之製造方法 係在絕緣基板上形成有 多晶石夕薄膜與單晶矽薄膜，且包含： 堆f步驟，其係於絕緣基板表面堆積氧化石夕膜； 切斷步驟，其係將預先氧 面m β 无乳化表面或堆積氧化膜，於表 ^ ^ 寺疋，木度植入特定濃度之氫 離子之虱離子植入部之單晶々其 早日日矽基板切割成特定形狀； 活化步驟，其係洗淨上述 該兩基板表面予以活化；緣基板與早晶梦基板’將 、、^合步驟’其係將上述切斷之單晶梦基板，在室 概下使植入氫離子側之面密 氧化矽胺_t m⑴者接合於上述絕緣基板之 乳化矽膜側表面之特定位置； 子：晶:夕薄膜形成步驟’其係藉由熱處理，以上述氯離 子植入部為邊界劈開剝 虱離 石夕薄膜； W於上H緣基板上形成單晶 堆積步驟，其係於上述絕 非晶” n 4 e、«板上料堆積絕緣膜及 夕日日夕薄膜开> 成步驟，其係將上述非曰質04 熱，佶吝曰汾拭丄E 灯丄述非日日貝矽Μ予以加 53, 曰曰s生長而形成多晶矽薄膜。 一種半導體裝置之萝iiL古 # / 夕日 ^ 法，其係在絕緣基板上形成有 多晶石夕溥膜與單晶石夕薄膜，且包含· /成有 =:’其係於絕緣基板表面堆積氧化石夕膜； 獏在厚度方向之—部分；除去i區域之上述氧化石夕 切斷步驟，其係將預先氧化表面或堆積氧化膜’於表 -12- 1235486 串請專利範圍續頁 面形成氧化矽膜，且具有在特定 ^ ^ ^ M ^ _ 隹特疋/木度植入特定濃度之轰 =離子植人部之單^基板切割成覆蓋上述鞋 ^于、區域之一冑分或大致全部區域之特定形狀； 活化步驟，其係洗淨±述絕緣基板與單 該兩基板表面予以活化； 奴將 ::接合步驟’其係將上述切斷之單晶石夕基板之植入 ㈣子側之面’在室溫下密著接合於上賴刻除去區域· :晶石夕薄膜形成步驟，其係藉由熱處理，以上述氫離 植入部為邊界劈開剝離，而形成單晶矽薄膜； ，積步驟’其係於上述絕緣基板上依序堆積絕 非晶質矽膜；及 久 54.
多晶秒薄膜形成步驟’錢將上述非晶㈣膜予以加 …、，使多晶矽層生長而形成多晶矽薄膜。 ^半導體裝置之製造方法’其係在絕緣基板上 夕晶矽薄膜與單晶矽薄膜，且包含： ’ 堆積步驟，其係於絕緣基板表面依序堆積 膜、非晶質石夕膜及第二氧化石夕膜； 夕 域 露出步驟，其係蝕刻除去上述第二氧化矽膜之特 使上述非晶質砍膜之一部分露出； 定區
露出之非晶質石夕膜 敷醋酸鎳水溶液； 上述非晶質石夕膜予 生長之多晶石夕層生 而形 以力口 長， 自旋塗敷步驟，其係氧化上述 成氧化膜，於該氧化膜上自旋塗 多晶矽薄膜形成步驟，其係將 …、使猎由金屬協助而促進結晶 而形成多晶矽薄膜； -13- 1235486 串請專利範圍續頁 域 :二步：，其係將預先氧化表面或堆積氧化膜 切膜，且具有在特定深度植入特定濃度之氣 列r去「風：子植入部之單晶矽基板切割成覆蓋上述钱 ]除去區域之一部分或大致全部區域之特定形狀； 兮雨1Ά其係洗乎上述絕緣基板與單晶梦基板，將 邊兩基板表面予以活化； 接合步驟，其係將上述切斷之單晶石夕基板，在室溫下 使植入氫離子側之面密著於上述_除去區域，接合上 述兩基板；及 單晶石夕薄膜形成步驟，其係藉由熱處理，以上述氫離 子植入部為邊界劈開剝離，於上述絕緣基板上形 矽薄膜。 55. 如申凊專利範圍第50至54項中任一項之半導體裝置之 製造方法，其中藉由30〇m，65(rc以下之一個階段 或夕卩白4又之溫度步驟進行上述熱處理。 56. 如申請專利範圍第50至54項中任一項之半導體裝置之 製造方法，其中使上述多晶矽層生長時，於上述非晶質 石夕膜内添加錦、始、錫、I巴中之至少一種。 如申請專利範圍第50至54項中任一項之半導體裝置之 製造方法，其中藉由雷射照射，使上述單晶矽基板之氫 離子植入部溫度昇溫至氫自矽脫離之溫度以上，進行以 -14 - 57. 1235486 58. 59. 60. 申翁利範圔續頁 氫離子植人部為邊界劈開剝離上述單晶梦基板之步驟。 如申請專利範圍第50至54項中任一項之半導體裝置之 衣造方法，其中藉由進行包含大致7〇〇t；c以上之峰值溫 度的燈退火’以氫離子植人部為邊界剝離上述單晶石夕^ 如申請專利範圍第5G至54項中任—項之半導體裝置之 製造方法，其中於上述絕緣基板上形成有上述多晶矽薄 膜與上述單晶矽薄膜後，進一步包含： 姓刻除去步驟，其係藉由等方性電㈣刻或濕式姓刻 ，蝕刻除去上述單晶矽薄膜表面之損傷層； 、…島狀圖案化步驟’其係藉由蝕刻上述多晶矽薄膜與上 述單晶矽薄膜而圖案化成島狀； “回姓步驟’其㈣整個上料^薄膜與上述單晶石夕 缚膜上堆積回钱用氧化石夕膜後，藉由異方性餘刻，保留 述回姓用氧化梦膜之_部分，或回姓膜厚全部；及 :’極絕緣膜形成步驟’其係藉由堆積氧化石夕 閘極絕緣膜。 取
如申請專利範圍第5()至54項中任—項之半導體裝置 其中於上述絕緣基板上形成有上述多晶石夕 膜與上述皁晶矽薄膜後，進一步包含：
餘刻除去步驟，其係藉由等 ’蝕刻除去上述單晶矽薄膜表 島狀圖案化步驟，其係藉由 述單晶石夕薄膜而圖案化成島狀 方性電漿蝕刻或濕式蝕刻 面之損傷層； 蝕刻上述多晶矽薄膜與上 -15 - I235486 申請專利範圍續頁 上述多晶矽薄膜及上述單晶石夕 膜後，進一步全面塗敷樹脂平 塗敷步驟，其係於整個 薄膜上堆積回蝕用氧化石夕 坦化膜； 回蝕步驟，其係藉由異方性蝕刻，回蝕上述樹脂平坦 化膜之全部與上述回姓用之氧化石夕膜之一部分；及- 閘極絕緣膜形成步驟，其係藉由堆積氧化石夕膜形成問 極絕緣膜。
61· ^請專利範圍第50至54項中任一項之半導體裝置之 衣w方法，其中進一步包含p+離子植入步驟，其係藉由 成於上I絕緣基板上之上述單晶石夕薄膜與上述 夕曰曰夕薄膜’圖案化成島狀，而幵)成電晶體，N型 MOS電晶體及P型M〇s電晶體之源極及汲極區域之至少 一部分大致植入l〇i5/cm2以上，5xl〇15/cm2以下之p+離子。 62. 2申喷專利範圍第5〇至54項中任一項之半導體裝置之 衣U方法其中上述單晶矽薄膜之膜厚與上述多晶矽薄 膜之膜厚大致相等。
63. =申請專利範圍第5〇至54項中任一項之半導體裝置之 製方法其中形成於單晶石夕基板表面之氧化石夕膜之膜 厚在200 nm以上。 64. 如申請專利範圍第5〇至54項中任一項之半導體裝置之 A k方法八中形成於單晶石夕基板表面之氧化石夕膜之膜 厚在300 nm以上。 65·如申租專利範圍第50至54項中任一項之半導體裝置之 製造方法，其中上述單晶矽薄膜之最大尺寸在⑺cm& -16- 1235486 串請專利範圔續頁 下。 66. 67. 68. 69. 70. 71. 如申請專利範圍第50至54項中任一項之半導體裝置之 製造方法，其中上述單晶石夕薄膜之最大尺寸在5⑽以下。 如申請專利範圍第50至54項中任一項之半導體裝置之 製造方法，其中上述單晶矽薄膜與上述絕緣基板之規格 化之線膨脹差，大致於室溫以上，6〇〇它以下之溫度範 圍内約在250 ppm以下。 如申明專利範圍弟5 0至5 4項中任一項之半導體裝置之 製造方法，其中植入上述氫離子植入部之氫離子劑量在 l〇16/cm2以上。 如申請專利範圍第50至54項中任一項之半導體裝置之 製造方法，其中植入上述氫離子植入部之氫離子劑量大 致為 3><l〇16/cni2。 如申請專利範圍第12至14, 50至54項中任一項之半導體 叙置之製造方法，其中前述單晶矽薄膜之最大尺寸在i 〇 cm以下。 如申請專利範圍第12至14，50至54項中任一項之半導體 I置之製造方法，其中前述單晶矽薄膜之最大尺寸在5 cm以下。 -17-
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