JP2009260315A - Soi基板の作製方法及び半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】単結晶半導体基板と、単結晶半導体基板から分離した単結晶半導体層が設けられた半導体基板と、の表面に、ハロゲンを含有する酸化膜を形成することで、基板表面又は内部に存在する不純物を減少させる。また、半導体基板上に設けられた単結晶半導体層に、レーザ光を照射することで、単結晶半導体層の結晶性を向上させ、平坦性を回復する。
【選択図】図1
Description
本実施の形態では、SOI基板の作製方法の一例に関して図面を参照して説明する。
上記のような水素プラズマ中には、H+、H2 +、H3 +といった水素イオン種が存在する。ここで、各水素イオン種の反応過程(生成過程、消滅過程)について、以下に反応式を列挙する。
e+H→e+H++e ・・・・・ (1)
e+H2→e+H2 ++e ・・・・・ (2)
e+H2→e+(H2)*→e+H+H ・・・・・ (3)
e+H2 +→e+(H2 +)*→e+H++H ・・・・・ (4)
H2 ++H2→H3 ++H ・・・・・ (5)
H2 ++H2→H++H+H2 ・・・・・ (6)
e+H3 +→e+H++H+H ・・・・・ (7)
e+H3 +→H2+H ・・・・・ (8)
e+H3 +→H+H+H ・・・・・ (9)
H2+H+→H3 + ・・・・・ (10)
H2 ++H→H3 + ・・・・・ (11)
上記のように、H3 +は、主として反応式(5)により表される反応過程により生成される。一方で、反応式(5)と競合する反応として、反応式(6)により表される反応過程が存在する。H3 +が増加するためには、少なくとも、反応式(5)の反応が、反応式(6)の反応より多く起こる必要がある(なお、H3 +が減少する反応としては他にも(7)、(8)、(9)が存在するため、(5)の反応が(6)の反応より多いからといって、必ずしもH3 +が増加するとは限らない。)。反対に、反応式(5)の反応が、反応式(6)の反応より少ない場合には、プラズマ中におけるH3 +の割合は減少する。
ここで、イオン種の割合(特にH3 +の割合)が異なる例を示す。図9は、100%水素ガス(イオン源の圧力:4.7×10−2Pa)から生成されるイオンの質量分析結果を示すグラフである。なお、上記質量分析は、イオン源から引き出されたイオンを測定することにより行った。横軸はイオンの質量である。スペクトル中、質量1、2、3のピークは、それぞれ、H+、H2 +、H3 +に対応する。縦軸は、スペクトルの強度であり、イオンの数に対応する。図9では、質量が異なるイオンの数量を、質量3のイオンを100とした場合の相対比で表している。図9から、上記イオン源により生成されるイオンの割合は、H+:H2 +:H3 +=1:1:8程度となることが分かる。なお、このような割合のイオンは、プラズマを生成するプラズマソース部(イオン源)と、当該プラズマからイオンビームを引き出すための引出電極などから構成されるイオンドーピング装置によっても得ることが出来る。
図9のような複数のイオン種を含むプラズマを生成し、生成されたイオン種を質量分離をしないで単結晶半導体基板に照射する場合、単結晶半導体基板の表面には、H+、H2 +、H3 +の各イオンが照射される。イオンの照射からイオン導入領域形成にかけてのメカニズムを再現するために、以下の5種類のモデルを考える。1.照射されるイオン種がH+で、照射後もH+(H)である場合2.照射されるイオン種がH2 +で、照射後もH2 +(H2)のままである場合3.照射されるイオン種がH2 +で、照射後に2個のH(H+)に***する場合4.照射されるイオン種がH3 +で、照射後もH3 +(H3)のままである場合5.照射されるイオン種がH3 +で、照射後に3個のH(H+)に***する場合
上記のモデルを基にして、水素イオン種をSi基板に照射する場合のシミュレーションを行った。シミュレーション用のソフトウェアとしては、SRIM(the Stopping and Range of Ions in Matter:モンテカルロ法によるイオン導入過程のシミュレーションソフトウェア、TRIM(the Transport of Ions in Matter)の改良版)を用いている。なお、計算の関係上、モデル2ではH2 +を質量2倍のH+に置き換えて計算した。また、モデル4ではH3 +を質量3倍のH+に置き換えて計算した。さらに、モデル3ではH2 +を運動エネルギー1/2のH+に置き換え、モデル5ではH3 +を運動エネルギー1/3のH+に置き換えて計算を行った。
・モデル3に示される照射過程により導入される水素は、モデル5の照射過程と比較して僅かであるため、除外して考えても大きな影響はない(SIMSデータにおいても、ピークが現れていない)。
・モデル5とピーク位置の近いモデル3は、モデル5において生じるチャネリング(結晶の格子構造に起因する原子の移動)により隠れてしまう可能性が高い。すなわち、モデル3のフィッティングパラメータを見積もるのは困難である。これは、本シミュレーションが非晶質Siを前提としており、結晶性に起因する影響を考慮していないことによるものである。
図9に示すようなH3 +の割合を高めた水素イオン種を基板に照射することで、H3 +に起因する複数のメリットを享受することができる。例えば、H3 +はH+やHなどに分離して基板内に導入されるため、主にH+やH2 +を照射する場合と比較して、イオンの導入効率を向上させることができる。これにより、半導体基板の生産性向上を図ることができる。また、同様に、H3 +が分離した後のH+やHの運動エネルギーは小さくなる傾向にあるから、薄い半導体層の製造に向いている。
本実施の形態では、上記実施の形態と異なるSOI基板の作製方法に関して図面を参照して説明する。具体的には、角(端部)に丸みを帯びている(エッジロールオフ(ERO)を有する)単結晶半導体基板を用いてSOI基板を作製する場合について説明する。また、単結晶半導体基板を繰り返し利用する(再利用)する場合に関して図面を参照して説明する。
(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態3と異なる高性能及び高信頼性な半導体素子を有する半導体装置を、歩留まりよく作製することを目的とした半導体装置の作製方法の一例について説明する。なお、本実施の形態に示す半導体装置の作製方法では、半導体層と配線との接続に係る開口が自己整合的に形成されることを特徴としている。
実施の形態3及び実施の形態4を参照してトランジスタの作製方法を説明したが、トランジスタの他、容量、抵抗などトランジスタと共に各種の半導体素子を形成することで、高付加価値の半導体装置を作製することができる。以下、図面を参照しながら半導体装置の具体的な態様を説明する。
(実施の形態6)
102 酸化膜
103 脆化領域
105 単結晶半導体基板
106 絶縁膜
107 残渣部
108 酸化膜
111 半導体基板
112 単結晶半導体層
113 酸化膜
114 SOI基板
115 酸化膜
206 保護層
207 素子分離絶縁層
208 ゲート絶縁層
209 ゲート電極
210 絶縁膜
211 不純物領域
212 不純物領域
213 サイドウォール絶縁層
214 サイドウォール絶縁層
215 不純物領域
216 不純物領域
217 シリサイド
218 シリサイド
219 シリサイド
220 層間絶縁膜
221 コンタクトプラグ
222 nFET
223 pFET
401 選択用トランジスタ
402 表示制御用トランジスタ
405 走査線
406 信号線
407 電流供給線
408 画素電極
410 電極
411 電極
412 ゲート電極
413 電極
420 層間絶縁膜
428 隔壁層
429 EL層
430 対向電極
431 対向基板
432 樹脂層
500 マイクロプロセッサ
501 演算回路
502 演算回路制御部
503 命令解析部
504 制御部
505 タイミング制御部
506 レジスタ
507 レジスタ制御部
508 バスインターフェース
509 専用メモリ
510 メモリインターフェース
511 RFCPU
512 アナログ回路部
513 デジタル回路部
514 共振回路
515 整流回路
516 定電圧回路
517 リセット回路
518 発振回路
519 復調回路
520 変調回路
521 RFインターフェース
522 制御レジスタ
523 クロックコントローラ
524 インターフェース
525 中央処理ユニット
526 ランダムアクセスメモリ
527 専用メモリ
528 アンテナ
529 容量部
530 電源管理回路
606 島状半導体層
608 絶縁層
610 導電層
612 導電層
614 絶縁層
616 レジストマスク
618 導電層
620 導電層
622 絶縁層
624 絶縁層
626 不純物領域
628 サイドウォール
630 チャネル形成領域
632 低濃度不純物領域
634 高濃度不純物領域
636 開口
638 導電層
640 導電層
642 導電層
644 導電層
646 導電層
648 導電層
700 携帯電話
701 筐体
702 筐体
703 表示部
704 スピーカ
705 マイクロフォン
706 操作キー
707 ポインティングデバイス
708 カメラ用レンズ
709 外部接続端子
710 イヤホン端子
711 キーボード
712 外部メモリスロット
713 裏面カメラ
714 ライト
901 筐体
902 支持台
903 表示部
904 スピーカ部
905 ビデオ入力端子
911 筐体
912 表示部
913 キーボード
914 外部接続ポート
915 ポインティングデバイス
921 筐体
922 表示部
923 操作キー
924 センサ部
931 筐体
932 表示部
933 レンズ
934 操作キー
935 シャッターボタン
941 本体
942 表示部
943 筐体
944 外部接続ポート
945 リモコン受信部
946 受像部
947 バッテリー
948 音声入力部
949 操作キー
950 接眼部
Claims (10)
- 単結晶半導体基板に第1の熱酸化処理を行うことにより、前記単結晶半導体基板の表面に第1の酸化膜を形成し、
前記第1の酸化膜を介して、前記単結晶半導体基板にイオンを照射して、前記単結晶半導体基板中に脆化領域を形成し、
前記単結晶半導体基板上の前記第1の酸化膜の表面と半導体基板の表面とを接着させ、
熱処理によって、前記脆化領域を境として前記単結晶半導体基板を分離することにより、前記半導体基板上に前記第1の酸化膜を介して単結晶半導体層を形成し、
前記単結晶半導体層にレーザ光を照射し、
前記半導体基板に第2の熱酸化処理を行うことにより、前記単結晶半導体層上に第2の酸化膜を形成し、
前記第2の酸化膜を除去することを特徴とするSOI基板の作製方法。 - 単結晶半導体基板に第1の熱酸化処理を行うことにより、前記単結晶半導体基板の表面に第1の酸化膜を形成し、
前記第1の酸化膜を介して、前記単結晶半導体基板にイオンを照射して、前記単結晶半導体基板中に脆化領域を形成し、
前記単結晶半導体基板上の前記第1の酸化膜の表面と半導体基板の表面とを接着させ、
熱処理によって、前記脆化領域を境として前記単結晶半導体基板を分離することにより、前記半導体基板上に前記第1の酸化膜を介して単結晶半導体層を形成し、
前記単結晶半導体層にレーザ光を照射し、
前記レーザ光を照射した前記単結晶半導体層に平坦化処理を行い、
前記半導体基板に第2の熱酸化処理を行うことにより、前記単結晶半導体層上に第2の酸化膜を形成し、
前記第2の酸化膜を除去することを特徴とするSOI基板の作製方法。 - 請求項1又は請求項2において、
前記脆化領域の形成のためのソースガスに水素ガスを用い、
前記水素ガスを励起して、H3 +を含むプラズマを生成し、前記プラズマに含まれるイオンを加速して、前記単結晶半導体基板に照射することで、前記脆化領域を形成することを特徴とするSOI基板の作製方法。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記第1の熱酸化処理は、ハロゲンを含む雰囲気下において行われ、
前記第1の酸化膜は、1×1016atoms/cm3以上2×1021atoms/cm3以下のハロゲンを含有することを特徴とするSOI基板の作製方法。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記第2の熱酸化処理は、ハロゲンを含む雰囲気下において行われ、
前記第2の酸化膜は、1×1016atoms/cm3以上2×1021atoms/cm3以下のハロゲンを含有することを特徴とするSOI基板の作製方法。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記第1の熱酸化処理は、塩素を含む雰囲気下において行われることを特徴とするSOI基板の作製方法。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一において、
前記第2の熱酸化処理は、塩素を含む雰囲気下において行われることを特徴とするSOI基板の作製方法。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか一において、
前記半導体基板は、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、又は太陽電池級シリコン基板であることを特徴とするSOI基板の作製方法。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか一において、
不活性雰囲気で前記レーザ光を照射することを特徴とするSOI基板の作製方法。 - 請求項1乃至請求項9のいずれか一に記載の作製方法で作製されたSOI基板を用いて、半導体装置を作製する方法であり、
前記半導体基板上の前記単結晶半導体層を用いて半導体素子を作製することを特徴とする半導体装置の作製方法。
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