JP5460972B2 - 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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Description
本実施の形態ではSOI基板の構成及び作製方法について図面を用いて説明する。
本実施の形態では、SOI基板を用いた半導体装置について図面を用いて説明する。
本実施の形態では、図6及び図7とは異なる方法により作製したSOI基板を用いた半導体装置について図8及び図9を参照して説明する。
本実施の形態では、上記実施の形態に示すSOI基板を用いて作製された半導体装置の一例を説明する。図10に半導体装置の一例として、マイクロプロセッサ200の一例を示す。このマイクロプロセッサ200は、上記したように上記実施の形態に係るSOI基板により製造されるものである。このマイクロプロセッサ200は、演算回路201(Arithmetic logic unit。ALUともいう。)、演算回路制御部202(ALU Controller)、命令解析部203(Instruction Decoder)、割り込み制御部204(Interrupt Controller)、タイミング制御部205(Timing Controller)、レジスタ206(Register)、レジスタ制御部207(Register Controller)、バスインターフェース208(Bus I/F)、読み出し専用メモリ209、及びメモリインターフェース210(ROM I/F)を有している。
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)
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16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16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16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16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。
[フィッティング関数]
=X/V×[モデル1のデータ]+Y/V×[モデル5のデータ]
・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元素の移動)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16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。
Claims (12)
- 厚さ50μm以下の単結晶半導体基板に補強基板を貼りあわせ、
前記単結晶半導体基板の所定の深さに脆化層を形成し、
表面に絶縁層を有する支持基板と前記単結晶半導体基板とを、前記絶縁層を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を前記脆化層において分断して、前記支持基板上に前記絶縁層を介して薄膜の単結晶半導体層を形成し、
前記貼り合わせの後、又は、前記単結晶半導体層の形成後に、前記補強基板と前記単結晶半導体基板とを分離する工程を有することを特徴とするSOI基板の作製方法。 - 単結晶半導体基板の所定の深さに脆化層を形成し、
前記単結晶半導体基板上に絶縁層を形成し、
前記単結晶半導体基板を厚さ50μm以下に薄膜化し、
前記単結晶半導体基板と支持基板とを、前記絶縁層を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を前記脆化層において分断して、前記支持基板上に前記絶縁層を介して薄膜の単結晶半導体層を形成し、
前記単結晶半導体基板に補強基板を貼りあわせる工程を有し、
前記貼り合わせの後、又は、前記単結晶半導体層の形成後に、前記補強基板と前記単結晶半導体基板とを分離する工程を有することを特徴とするSOI基板の作製方法。 - 請求項1又は2において、
前記絶縁層は、酸化珪素層、又は、酸化珪素層と窒素含有絶縁層との積層膜を有することを特徴とするSOI基板の作製方法。 - 単結晶半導体基板の所定の深さに脆化層を形成し、
前記単結晶半導体基板上に第1の絶縁層を形成し、
前記単結晶半導体基板を厚さ50μm以下に薄膜化し、
表面に第2の絶縁層を有する支持基板と前記単結晶半導体基板とを、前記第1の絶縁層及び前記第2の絶縁層を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を前記脆化層において分断して、前記支持基板上に前記第1の絶縁層及び前記第2の絶縁層を介して薄膜の単結晶半導体層を形成し、
前記単結晶半導体基板に補強基板を貼りあわせる工程を有し、
前記貼り合わせの後、又は、前記単結晶半導体層の形成後に、前記補強基板と前記単結晶半導体基板とを分離する工程を有することを特徴とするSOI基板の作製方法。 - 請求項4において、
前記第1の絶縁層又は前記第2の絶縁層は、酸化珪素層、又は、酸化珪素層と窒素含有絶縁層との積層膜を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5のいずれか一項において、
前記脆化層は、水素又は希ガスをイオンドープ法又はイオン注入法を用いて照射することにより形成されることを特徴とするSOI基板の作製方法。 - 厚さ50μm以下の単結晶半導体基板に補強基板を貼りあわせ、
前記単結晶半導体基板の所定の深さに脆化層を形成し、
表面に第1の絶縁層を有する支持基板と前記単結晶半導体基板とを、前記第1の絶縁層を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を前記脆化層において分断して、前記支持基板上に前記第1の絶縁層を介して薄膜の単結晶半導体層を形成し、
前記単結晶半導体層上に第2の絶縁層を形成し、
前記第2の絶縁層上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極をマスクとして前記単結晶半導体層に不純物を導入し、
前記ゲート電極及び前記単結晶半導体層上に第3の絶縁層を形成し、
前記第3の絶縁層に前記単結晶半導体層に達するコンタクトホールを形成し、
前記コンタクトホールを介して前記第3の絶縁層上に前記単結晶半導体層と電気的に接続する導電層を形成し、
前記貼り合わせの後、又は、前記単結晶半導体層の形成後に、前記補強基板と前記単結晶半導体基板とを分離する工程を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 単結晶半導体基板の所定の深さに脆化層を形成し、
前記単結晶半導体層上に第1の絶縁層を形成し、
前記単結晶半導体基板を厚さ50μm以下に薄膜化し、
前記単結晶半導体基板と支持基板とを、前記第1の絶縁層を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を前記脆化層において分断して、前記支持基板上に前記第1の絶縁層を介して薄膜の単結晶半導体層を形成し、
前記単結晶半導体層上に第2の絶縁層を形成し、
前記第2の絶縁層上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極をマスクとして前記単結晶半導体層に不純物を導入し、
前記ゲート電極及び前記単結晶半導体層上に第3の絶縁層を形成し、
前記第3の絶縁層に前記単結晶半導体層に達するコンタクトホールを形成し、
前記コンタクトホールを介して前記第3の絶縁層上に前記単結晶半導体層と電気的に接続する導電層を形成し、
前記単結晶半導体基板に補強基板を貼りあわせる工程を有し、
前記貼り合わせの後、又は、前記単結晶半導体層の形成後に、前記補強基板と前記単結晶半導体基板とを分離する工程を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項7又は8において、
前記第1の絶縁層は、酸化珪素層、又は、酸化珪素層と窒素含有絶縁層との積層膜を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 単結晶半導体基板の所定の深さに脆化層を形成し、
前記単結晶半導体層上に第1の絶縁層を形成し、
前記単結晶半導体基板を厚さ50μm以下に薄膜化し、
表面に第2の絶縁層を有する支持基板と前記単結晶半導体基板とを、前記第1の絶縁層及び前記第2の絶縁層を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を前記脆化層において分断して、前記支持基板上に前記第1の絶縁層及び前記第2の絶縁層を介して薄膜の単結晶半導体層を形成し、
前記単結晶半導体層上に第3の絶縁層を形成し、
前記第3の絶縁層上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極をマスクとして前記単結晶半導体層に不純物を導入し、
前記ゲート電極及び前記単結晶半導体層上に第4の絶縁層を形成し、
前記第4の絶縁層に前記単結晶半導体層に達するコンタクトホールを形成し、
前記コンタクトホールを介して前記第4の絶縁層上に前記単結晶半導体層と電気的に接続する導電層を形成し、
前記単結晶半導体基板に補強基板を貼りあわせる工程を有し、
前記貼り合わせの後、又は、前記単結晶半導体層の形成後に、前記補強基板と前記単結晶半導体基板とを分離する工程を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項10において、
前記第1の絶縁層又は前記第2の絶縁層は、酸化珪素層、又は、酸化珪素層と窒素含有絶縁層との積層膜を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項7乃至11のいずれか一項において、
前記脆化層は水素又は希ガスをイオンドープ法またはイオン注入法を用いて照射することにより形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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