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JP2012080110A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2012080110A
JP2012080110A JP2011252561A JP2011252561A JP2012080110A JP 2012080110 A JP2012080110 A JP 2012080110A JP 2011252561 A JP2011252561 A JP 2011252561A JP 2011252561 A JP2011252561 A JP 2011252561A JP 2012080110 A JP2012080110 A JP 2012080110A
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JP
Japan
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insulating film
oxide film
rare gas
semiconductor device
conductive layer
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Withdrawn
Application number
JP2011252561A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device obtained by applying a gettering method that is suitable for silicon on insulator (SOI).SOLUTION: A semiconductor device having an SOI structure including an embedded oxide film and a surface silicon layer on the embedded oxide film comprises a transistor including the surface silicon layer as an active layer on the embedded oxide film, and an element isolation insulating film. A capacitor is formed on the element isolation insulating film and a rare gas element or a metal element is included in the element isolation insulating film.

Description

本発明は、特にSOI(silicon on insulator)に形成される素子の活性領域から重金属などの汚染物質を除去するゲッタリング方法を適用して得られる半導体装置及びその作製方法に関する。   In particular, the present invention relates to a semiconductor device obtained by applying a gettering method for removing contaminants such as heavy metals from an active region of an element formed in SOI (silicon on insulator) and a method for manufacturing the same.

シリコン単結晶基板を用いた大規模集積回路(LSI)は、動作速度の高速化により種々の改善がなされているが、さらなる高速化を実現するには寄生容量の低減が必要不可欠であると考えられている。寄生容量の低減には絶縁層上にシリコン単結晶層を形成するSOIが一つの解決手段と考えられている。   A large scale integrated circuit (LSI) using a silicon single crystal substrate has been improved in various ways by increasing the operation speed. However, it is considered indispensable to reduce the parasitic capacitance in order to achieve further speedup. It has been. In order to reduce the parasitic capacitance, SOI that forms a silicon single crystal layer on an insulating layer is considered as one solution.

SOIには、シリコン単結晶基板に酸素をイオン注入して埋め込み酸化膜を形成してSOI構造を形成するSIMOX(Separation by Implanted Oxygen)や、貼り合わせSOIなどが知られている。   As SOI, SIMOX (Separation by Implanted Oxygen), in which oxygen is ion-implanted into a silicon single crystal substrate to form a buried oxide film to form an SOI structure, bonded SOI, and the like are known.

SIMOXはシリコン単結晶基板に酸素イオンをイオン注入法により打ち込んだ後、1200℃以上で熱処理して埋め込み酸化膜を形成し、SOI構造を形成するものである。貼り合わせSOIは2枚のシリコン単結晶基板を接着剤を用いずに直接貼り合わせSOI構造としたものである。   In SIMOX, oxygen ions are implanted into a silicon single crystal substrate by ion implantation, and then heat-treated at 1200 ° C. or higher to form a buried oxide film, thereby forming an SOI structure. Bonded SOI is a structure in which two silicon single crystal substrates are directly bonded to each other without using an adhesive.

SOIを用いた素子形成において、素子間の分離方法にはSOI層を単にエッチングするメサ型素子分離や、ボティ領域にコンタクトを配置するための各種方法が提案されているが、LSIのプロセスとの整合性や信頼性などの観点からはLOCOS(Local Oxidation of Silicon)法が多く用いられている。   In element formation using SOI, mesa-type element isolation by simply etching the SOI layer and various methods for arranging contacts in the body region have been proposed as isolation methods between elements. From the viewpoint of consistency and reliability, a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) method is often used.

貼り合わせSOIは2枚のシリコン単結晶基板を接着剤なしで直接貼り合わせてSOI構造とするものである。表面に所定の厚さで酸化膜が形成された第1シリコン単結晶基板と酸化されていない第2シリコン単結晶基板を貼り合わせる。
十分に高い接着強度を得るためには800℃以上、好ましくは1100℃、2時間、酸素雰囲気中での熱処理が必要となる。その後、第1シリコン単結晶基板を研磨して所定の厚さにすることによりSOI構造を得る。製法は若干異なるが、研磨せずに第1シリコン基板の所定の深さの領域に水素注入や多孔質シリコン層を形成し、これを剥離層として用いる方法もある。一方、SIMOXはシリコン単結晶基板に酸素をイオン注入し、埋め込み酸化膜を形成しSOI構造とするものである。このとき表面シリコン層の結晶を破壊せずに、埋め込み酸化膜を制御された深さに絶縁分離特性を十分満足する厚さと品質をもって形成する必要がある。
Bonded SOI is an SOI structure in which two silicon single crystal substrates are directly bonded together without an adhesive. A first silicon single crystal substrate having an oxide film formed on the surface with a predetermined thickness is bonded to a non-oxidized second silicon single crystal substrate.
In order to obtain a sufficiently high adhesive strength, heat treatment in an oxygen atmosphere is required at 800 ° C. or higher, preferably 1100 ° C. for 2 hours. Then, the SOI structure is obtained by polishing the first silicon single crystal substrate to a predetermined thickness. Although the manufacturing method is slightly different, there is also a method in which hydrogen injection or a porous silicon layer is formed in a predetermined depth region of the first silicon substrate without polishing, and this is used as a release layer. On the other hand, SIMOX is an SOI structure in which oxygen is ion-implanted into a silicon single crystal substrate to form a buried oxide film. At this time, it is necessary to form the buried oxide film at a controlled depth with a thickness and quality that sufficiently satisfy the insulation isolation characteristics without destroying the crystal of the surface silicon layer.

SOIにおいても素子の歩留まりを低下させる重金属などの汚染物質を除去するゲッタリング技術の重要性が認識されている。例えば、SIMOXを形成するには、長時間のイオン注入工程や、1200℃を超える熱処理が必要となるため、製造過程で鉄、ニッケル、銅、アルミニウムなどの不純物が表面シリコン層に拡散することが問題となっている。また、貼り合わせSOIでは水素結合で貼り合わせるために高温の熱処理が必要となる。やはり製造過程で外界から汚染物質が取り込まれ素子の活性領域を汚染する可能性を持っている。   Also in SOI, the importance of gettering technology for removing contaminants such as heavy metals that reduce device yield is recognized. For example, in order to form SIMOX, a long ion implantation process or a heat treatment exceeding 1200 ° C. is required, and thus impurities such as iron, nickel, copper, and aluminum may diffuse into the surface silicon layer during the manufacturing process. It is a problem. In addition, the bonding SOI requires high-temperature heat treatment in order to bond by hydrogen bonding. There is a possibility that contaminants are taken in from the outside world during the manufacturing process and contaminate the active region of the device.

ゲッタリング技術はシリコン単結晶基板の素子形成領域外に歪みや格子欠陥を形成し、加熱処理によりそこに重金属などの不純物を捕獲または固着させるものであり、汚染による素子の劣化または特性不良を低減する手段として積極的に導入されている。ゲッタリングにはシリコン単結晶基板の外部から物理的または化学的作用を与えてゲッタリング効果をもたせるエクストリンシッックと、シリコン単結晶基板の内部に生成された酸素が関与する格子欠陥の歪み場を利用したイントリンシックゲッタリングに大別されている。   Gettering technology forms strain and lattice defects outside the element formation region of a silicon single crystal substrate, and traps or fixes heavy metal and other impurities there by heat treatment, reducing element deterioration or characteristic defects due to contamination. It has been actively introduced as a means to do this. Gettering is an extrinsic effect that provides a gettering effect by applying physical or chemical action from the outside of the silicon single crystal substrate, and distortion of lattice defects involving oxygen generated inside the silicon single crystal substrate. It is roughly divided into intrinsic gettering using the venue.

SOIの場合には、シリコン層の下に酸化膜が有ることがシリコン単結晶基板との大きな違いであり、酸化膜を貫いて重金属不純物をゲッタリングサイトに捕獲または固着させることができないか、或いは十分ゲッタリングの効果が得られないことが懸念されている。   In the case of SOI, the presence of an oxide film under the silicon layer is a significant difference from a silicon single crystal substrate, and heavy metal impurities cannot be captured or fixed to the gettering site through the oxide film, or There is a concern that a sufficient gettering effect cannot be obtained.

一般的には、重金属の拡散係数は酸化膜中ではシリコン単結晶中よりも極めて小さな値をとる。SOIでは素子形成領域と、基板バルクまたは基板裏面との間に酸化膜が存在するため汚染不純物の拡散が著しく抑えられてしまう。従って、SOIではゲッタリング技術の適用が極めて困難な状況が発生する。本発明は、SOIにおいて適したゲッタリング方法を適用して得られる半導体装置及びその作製方法を提供することを目的とする。   In general, the diffusion coefficient of heavy metal is much smaller in the oxide film than in the silicon single crystal. In SOI, since an oxide film exists between the element formation region and the substrate bulk or the back surface of the substrate, diffusion of contamination impurities is remarkably suppressed. Therefore, in SOI, a situation where it is extremely difficult to apply gettering technology occurs. An object of the present invention is to provide a semiconductor device obtained by applying a gettering method suitable for SOI and a manufacturing method thereof.

上記問題を解決するために本発明は、SOI構造を有する基板の表面シリコン層の選択された領域に、希ガス元素を注入し、加熱処理によりその選択された領域に表面シリコン層に含まれる金属などの汚染物質をゲッタリングすることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the present invention is directed to injecting a rare gas element into a selected region of a surface silicon layer of a substrate having an SOI structure, and performing a heat treatment on the metal contained in the surface silicon layer in the selected region. It is characterized by gettering such contaminants.

希ガス元素としては、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、ネオン(Ne)
、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)から選ばれた一種または複数種を用いる。イオン注入法またはイオンドープ法(イオンを質量分離しないで注入する方法を指していう)を採用し、ドーズ量は1×1014〜5×1016/cm2として、注入領域の結晶構造を破壊する。希ガス元素を表面シリコン層に注入することの効果の一つは、注入によりダングリングボンドを形成し半導体膜に歪みを与えることであり、その他に半導体膜の格子間に当該イオンを注入することで格子歪みが与えることにより歪み場を形成しゲッタリングサイトとする効果がある。特に後者の効果はアルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)などシリコンより原子半径の大きな元素を用いた時に顕著に得られる。
As rare gas elements, helium (He), argon (Ar), neon (Ne)
, One or more selected from krypton (Kr) and xenon (Xe) are used. An ion implantation method or an ion doping method (referring to a method of implanting ions without mass separation) is adopted, and the dose is set to 1 × 10 14 to 5 × 10 16 / cm 2 to destroy the crystal structure of the implantation region. . One of the effects of injecting a rare gas element into the surface silicon layer is to form a dangling bond by the injection to distort the semiconductor film, and to inject the ions between the lattices of the semiconductor film. As a result of the lattice distortion, a strain field is formed and a gettering site is obtained. In particular, the latter effect is remarkably obtained when an element having a larger atomic radius than silicon, such as argon (Ar), krypton (Kr), and xenon (Xe) is used.

加熱処理の温度は不活性気体雰囲気中450〜1000℃、好ましくは700〜900℃で行う。1×1019〜1×1022/cm2の濃度でシリコン中に注入された希ガス元素は、この熱処理温度範囲によっても外部に再放出されることなく、注入領域にとどまり再結晶化を阻害している。表面シリコン層に含まれる金属不純物は、この歪みが蓄積した希ガス注入領域に移動し、高いゲッタリング効率が得られる。 The temperature of the heat treatment is 450 to 1000 ° C., preferably 700 to 900 ° C. in an inert gas atmosphere. The rare gas element implanted into the silicon at a concentration of 1 × 10 19 to 1 × 10 22 / cm 2 remains in the implanted region without being re-emitted to the outside even in this heat treatment temperature range, thereby inhibiting recrystallization. is doing. The metal impurity contained in the surface silicon layer moves to the rare gas injection region where the strain is accumulated, and high gettering efficiency is obtained.

その後、酸化雰囲気中で800〜1150℃の熱処理を行うと、表面シリコン層に酸化シリコン膜を形成することができる。希ガスを注入した領域は、結晶構造が破壊され酸素の拡散が早くなり、酸化されやすい状況になる。1×106〜1×107Paの水蒸気雰囲気での酸化(高圧酸化)では酸化がより促進され、700℃程度でも十分な速度の酸化反応が得られる。 Thereafter, when heat treatment is performed at 800 to 1150 ° C. in an oxidizing atmosphere, a silicon oxide film can be formed on the surface silicon layer. In the region where the rare gas is injected, the crystal structure is destroyed, oxygen is diffused quickly, and is easily oxidized. Oxidation in a water vapor atmosphere of 1 × 10 6 to 1 × 10 7 Pa (high-pressure oxidation) further promotes oxidation, and an oxidation reaction at a sufficient rate is obtained even at about 700 ° C.

LOCOSによる素子分離構造を形成するためには、表面シリコン層上に酸化シリコン膜と窒化シリコン膜を積層し、開口部に合わせて希ガス元素を注入する。その後、酸化雰囲気中で800〜1150℃の熱処理または、不活性気体雰囲気中450〜1000℃と酸化雰囲気中で800〜1150℃の熱処理を行うことによりゲッタリングとフィールド酸化膜の形成をすることができる。   In order to form an element isolation structure by LOCOS, a silicon oxide film and a silicon nitride film are stacked on the surface silicon layer, and a rare gas element is injected in accordance with the opening. Thereafter, gettering and formation of a field oxide film may be performed by performing heat treatment at 800 to 1150 ° C. in an oxidizing atmosphere or heat treatment at 450 to 1000 ° C. in an inert gas atmosphere and 800 to 1150 ° C. in an oxidizing atmosphere. it can.

形成されたフィールド酸化膜には希ガス元素が残存する領域が形成されるので歪みが残存し、金属元素はその領域に濃集したまま存在する。その後の熱処理によって再度表面シリコン層中に拡散することはない。   Since the region where the rare gas element remains is formed in the formed field oxide film, the strain remains, and the metal element is concentrated in the region. It does not diffuse again into the surface silicon layer by the subsequent heat treatment.

希ガス元素はイオン注入法またはイオンドープ法で行う。この方法はイオン化した元素を質量分離するか、或いは質量分離せずに注入するかの差はあるが、いずれにしてもイオンを電界により加速してシリコン層に注入する方法に代わりはない。希ガス元素を注入する深さは加速電圧により制御するが、表面シリコン層の表面近傍、表面シリコン層の内部、さらに埋め込み酸化膜にまで希ガス元素を分布させても良い。   The rare gas element is formed by ion implantation or ion doping. This method has a difference in whether ionized elements are mass-separated or implanted without mass-separation, but in any case, there is no substitute for a method in which ions are accelerated by an electric field and implanted into the silicon layer. Although the depth at which the rare gas element is implanted is controlled by the acceleration voltage, the rare gas element may be distributed near the surface of the surface silicon layer, inside the surface silicon layer, and even in the buried oxide film.

このように、本発明の半導体装置は、SOIの素子分離領域に希ガス元素が注入されており、そこに金属元素を濃集させることにより素子の特性向上を図っている。希ガス元素を注入する深さは、表面シリコン層、又は表面シリコン層と埋め込み酸化膜、又は薄膜シリコン層と、埋め込み酸化膜及びその下層の半導体に注入することによりゲッタリングをすることができる。この素子分離領域にはフィールド酸化膜が形成されLOCOS構造が形成されていても同様な効果を得ることができる。   As described above, in the semiconductor device of the present invention, the rare gas element is injected into the element isolation region of the SOI, and the characteristics of the element are improved by concentrating the metal element therein. The depth to which the rare gas element is implanted can be gettered by injecting the surface silicon layer, or the surface silicon layer and the buried oxide film, or the thin film silicon layer, the buried oxide film, and the semiconductor under the buried silicon film. The same effect can be obtained even if a field oxide film is formed in this element isolation region and a LOCOS structure is formed.

イオン注入法またはイオンドープ法で注入される希ガス元素としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンから選ばれた一種または複数種を適用することができる。注入する希ガス元素の濃度は、1019〜1×1022/cm3とする。 As the rare gas element implanted by the ion implantation method or the ion doping method, one or more selected from helium, neon, argon, krypton, and xenon can be used. The concentration of the rare gas element to be injected is 10 19 to 1 × 10 22 / cm 3 .

注入する希ガス元素は、表面シリコン層の素子分離領域に存在する可能性のある鉄、ニッケル、銅、アルミニウムなどの金属元素をゲッタリングすることを目的としている。SIMOX法や貼り合わせ法で形成されるSOIは、その製造過程で前記金属元素が混入する可能性があるが、従来技術にあるイントリンシックゲッタやエクストリンシックゲッタでは埋め込み酸化膜があるために有効に機能しない。一方、本発明にように素子分離領域に希ガス元素を注入してゲッタリングする方法は埋め込み酸化膜が介在せず、きわめて効果的にゲッタリングをすることができる。   The rare gas element to be injected is intended to getter metal elements such as iron, nickel, copper, and aluminum that may exist in the element isolation region of the surface silicon layer. The SOI formed by the SIMOX method or the bonding method may be mixed with the metal element in the manufacturing process, but the intrinsic getter and the extrinsic getter in the prior art are effective because there is a buried oxide film. Does not work. On the other hand, the method of injecting a rare gas element into the element isolation region as in the present invention and gettering does not involve a buried oxide film, and can perform gettering very effectively.

このようなゲッタリングを行うために本発明の半導体装置の作製方法は、SOIの素子分離領域に希ガス元素を注入し、加熱処理により前記素子分離領域に金属元素を濃集することを特徴としている。希ガス元素を注入する深さは、イオン注入法又はイオンドープ法において加速電圧を増減させることにより制御されるが、表面シリコン層、又は表面シリコン層と埋め込み酸化膜、又は薄膜シリコン層と、埋め込み酸化膜及びその下層の半導体に注入する。   In order to perform such gettering, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is characterized in that a rare gas element is injected into an element isolation region of SOI and a metal element is concentrated in the element isolation region by heat treatment. Yes. The depth at which the rare gas element is implanted is controlled by increasing or decreasing the acceleration voltage in the ion implantation method or the ion doping method, but the surface silicon layer, or the surface silicon layer and the buried oxide film, or the thin film silicon layer, and the buried Implanted into the oxide film and the underlying semiconductor.

ゲッタリングのための加熱処理の温度は、希ガス元素が注入された薄膜シリコン層が非晶質化され歪みが蓄積されるため400〜800℃でゲッタリング効果を得ることができる。また、希ガス元素が注入された領域は素子分離領域であり、LOCOS構造を形成する場合、フィールド酸化膜が形成されるが、その酸化によっても濃集した金属元素が再拡散するとはない。   The temperature of the heat treatment for gettering can obtain a gettering effect at 400 to 800 ° C. because the thin film silicon layer into which the rare gas element is implanted becomes amorphous and strain is accumulated. The region into which the rare gas element is implanted is an element isolation region. When a LOCOS structure is formed, a field oxide film is formed, but the concentrated metal element is not re-diffused by the oxidation.

本発明を用いることにより、SOIに含まれる金属などの汚染物質を容易にゲッタリングすることができる。ゲッタリングサイトは素子分離用絶縁膜に残るが、そこに濃集した金属元素は再放出されることはなく、作製される素子の信頼性を損なうことはない。本発明のゲッタリング方法は完全空乏型または部分空乏型いずれのMOSトランジスタの製造工程にも適用することができる。   By using the present invention, contaminants such as metals contained in SOI can be easily gettered. Although the gettering site remains in the element isolation insulating film, the metal elements concentrated there are not re-emitted, and the reliability of the manufactured element is not impaired. The gettering method of the present invention can be applied to the manufacturing process of either fully depleted or partially depleted MOS transistors.

本発明のゲッタリング法を用いた半導体装置の作製方法を説明する図。8A and 8B illustrate a method for manufacturing a semiconductor device using the gettering method of the present invention. SOI構造の基板を用いたMOSFETの作製工程を説明する断面図。10 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a MOSFET using a substrate having an SOI structure. FIG. SOI構造の基板を用いたMOSFETの作製工程を説明する断面図。10 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a MOSFET using a substrate having an SOI structure. FIG. MOSFETの上面図。The top view of MOSFET. SOI構造の基板を用いたサリサイドによるMOSFETの作製工程を説明する断面図。Sectional drawing explaining the manufacturing process of MOSFET by the salicide using the board | substrate of SOI structure. 高圧水蒸気酸化を行うための熱処理装置の構成を説明する図。The figure explaining the structure of the heat processing apparatus for performing high pressure steam oxidation. SOI構造の半導体基板を用いた液晶表示装置の構造を説明する断面図。9 is a cross-sectional view illustrating a structure of a liquid crystal display device using a semiconductor substrate having an SOI structure. SRAMを設けた画素の回路図を説明する図。FIG. 6 illustrates a circuit diagram of a pixel provided with an SRAM. 三板式プロジェクタターの構成を説明する図。The figure explaining the structure of a three-plate projector. 希ガス元素を注入して形成されるゲッタリングサイトの形態を説明する図。The figure explaining the form of the gettering site formed by inject | pouring a rare gas element. 半導体装置の一例を示す図。FIG. 11 illustrates an example of a semiconductor device.

本発明に適用するSOIはその作製法や構造に特別限定を受けるものではない。代表的にはSIMOX、ELTRAN(キャノン社の登録商標)、UNIBOND(エス.オー.アイ.テック シリコン オン インシュレータ テクノロジーズ社の登録商標)などを使用することができる。   The SOI applied to the present invention is not particularly limited in its manufacturing method and structure. Typically, SIMOX, ELTRAN (registered trademark of Canon Inc.), UNIBOND (registered trademark of SIO Tech Silicon On Insulator Technologies, Inc.) and the like can be used.

図1(A)は薄膜シリコン層101、埋め込み酸化膜102、半導体103から成るSOI構造を有する基板の断面構造図である。薄膜シリコン層101上には酸化シリコン膜104と窒化シリコン膜105が積層形成され、その開口部に形成される素子分離領域106に希ガス元素をイオン注入法またはイオンドープ法で添加する。注入する希ガス元素の濃度は1×1019〜1×1022/cm3とする。 FIG. 1A is a cross-sectional structure diagram of a substrate having an SOI structure including a thin film silicon layer 101, a buried oxide film 102, and a semiconductor 103. A silicon oxide film 104 and a silicon nitride film 105 are stacked on the thin film silicon layer 101, and a rare gas element is added to the element isolation region 106 formed in the opening by an ion implantation method or an ion doping method. The concentration of the rare gas element to be injected is 1 × 10 19 to 1 × 10 22 / cm 3 .

表面シリコン層の希ガス元素が注入された領域では、希ガスがシリコンの格子間に挿入されることにより結晶構造が乱され、それに伴って歪みが蓄積する。その後、窒素雰囲気中において400〜800℃の加熱処理をすることにより鉄、ニッケル、銅、マグネシウムなどの金属元素をゲッタリングすることができる。
即ち、希ガス元素が注入された領域がゲッタリングサイトとなり、表面シリコン層の素子形成領域から金属元素を除去することができる。
In the region of the surface silicon layer where the rare gas element is implanted, the crystal structure is disturbed by inserting the rare gas between the lattices of silicon, and strain accumulates accordingly. Then, metal elements such as iron, nickel, copper, and magnesium can be gettered by heat treatment at 400 to 800 ° C. in a nitrogen atmosphere.
That is, the region into which the rare gas element is implanted becomes a gettering site, and the metal element can be removed from the element formation region of the surface silicon layer.

ゲッタリングサイトの位置は希ガス元素を注入する深さにより決めることができ、図10(A)に示すように表面シリコン層101の表層部のみにゲッタリングサイトを形成しても良い。また、図10(B)に示すように表面シリコン層101と埋め込み酸化膜102に希ガス元素を注入しても良い。また、図10(C)に示すように表面シリコン層101と埋め込み酸化膜102と半導体基板103とに希ガス元素を注入しても良い。   The position of the gettering site can be determined by the depth at which the rare gas element is implanted, and the gettering site may be formed only in the surface layer portion of the surface silicon layer 101 as shown in FIG. Alternatively, a rare gas element may be implanted into the surface silicon layer 101 and the buried oxide film 102 as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 10C, a rare gas element may be implanted into the surface silicon layer 101, the buried oxide film 102, and the semiconductor substrate 103.

さらに、図1(B)に示すようにドライ酸化又はスチーム酸化により素子分離用絶縁膜(フィールド酸化膜)107を形成することにより、LOCOS構造を得ることができる。素子分離用絶縁膜107には希ガス元素と濃集した金属元素が残留するが、これらが素子形成領域に拡散することはない。   Further, as shown in FIG. 1B, a LOCOS structure can be obtained by forming an element isolation insulating film (field oxide film) 107 by dry oxidation or steam oxidation. A rare gas element and a concentrated metal element remain in the element isolation insulating film 107, but they do not diffuse into the element formation region.

こうして形成されるLOCOS構造を用いてMOSトランジスタを形成することができる。本発明のゲッタリング方法は表面シリコン層の厚さや、埋め込み酸化膜の厚さに影響を受けないので、完全空乏型または部分空乏型いずれのMOSトランジスタの製造工程にも適用することができる。また、図1及び図10で示すように、希ガス元素を注入して形成されるゲッタリングサイトは素子分離領域に残存するので、MOSトランジスタの製造工程の任意の段階でゲッタリングを行うこともできる。   A MOS transistor can be formed using the LOCOS structure thus formed. Since the gettering method of the present invention is not affected by the thickness of the surface silicon layer and the thickness of the buried oxide film, it can be applied to the manufacturing process of either a fully depleted or partially depleted MOS transistor. Further, as shown in FIGS. 1 and 10, since the gettering site formed by implanting a rare gas element remains in the element isolation region, the gettering may be performed at an arbitrary stage of the MOS transistor manufacturing process. it can.

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本実施例では、本発明を用いてSOIにMOSトランジスタを作製する工程の一例について図3及び図4を用いて説明する。図3(A)において、まず、半導体基板303、埋め込み酸化膜302、表面シリコン層301から成るSOI構造の基板が準備される。SOI構造はSIMOX法又は貼り合わせSOI法のいずれであっても良い。ここでは完全空乏型SOIによるCMOSプロセスを中心に説明する。   In this embodiment, an example of a process for manufacturing a MOS transistor in an SOI using the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 3A, first, an SOI structure substrate including a semiconductor substrate 303, a buried oxide film 302, and a surface silicon layer 301 is prepared. The SOI structure may be either a SIMOX method or a bonded SOI method. Here, a CMOS process based on a fully depleted SOI will be mainly described.

表面シリコン層上にはCVD法で50nmの酸化シリコン膜304を形成した後、150nmの窒化シリコン膜305を形成する。次いで光露光工程によりフォトレジストによるマスク306を形成する。このマスク306の開口部は素子分離領域に対応して設けられるもので、その部分の窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜をドライエッチングにより除去する。   On the surface silicon layer, a 50 nm silicon oxide film 304 is formed by a CVD method, and then a 150 nm silicon nitride film 305 is formed. Next, a photoresist mask 306 is formed by a light exposure process. The opening of the mask 306 is provided corresponding to the element isolation region, and the silicon nitride film and silicon oxide film in that portion are removed by dry etching.

その後、図3(B)に示すように、素子分離領域にイオン注入法又はイオンドープ法により希ガス元素としてアルゴンを100keVの加速電圧で平均濃度1×1021/cm3となるように注入し、希ガス添加領域307を形成する。そして、ファーネスアニール炉を用い、窒素雰囲気中にて600℃の加熱処理を行い、希ガス添加領域に表面シリコン層に金属元素などの不純物を濃集させる。 Thereafter, as shown in FIG. 3B, argon is implanted as a rare gas element into the element isolation region with an acceleration voltage of 100 keV to an average concentration of 1 × 10 21 / cm 3 by ion implantation or ion doping. Then, a rare gas addition region 307 is formed. Then, using a furnace annealing furnace, heat treatment is performed at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere, and impurities such as metal elements are concentrated on the surface silicon layer in the rare gas addition region.

加熱処理の方法としては、その他にハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどを用いたRTA法を採用する。RTA法で行う場合には、加熱用のランプ光源を1〜60秒、好ましくは30〜60秒点灯させ、それを1〜10回、好ましくは2〜6回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、半導体膜が瞬間的には600〜1000℃、好ましくは650〜800℃程度にまで加熱されるようにする。   As other heat treatment methods, an RTA method using a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high pressure sodium lamp, a high pressure mercury lamp, or the like is employed. When the RTA method is used, the lamp light source for heating is turned on for 1 to 60 seconds, preferably 30 to 60 seconds, and this is repeated 1 to 10 times, preferably 2 to 6 times. The emission intensity of the lamp light source is arbitrary, but the semiconductor film is instantaneously heated to 600 to 1000 ° C., preferably about 650 to 800 ° C.

マスク306を除去した後、図3(C)に示すように1000℃の飽和水蒸気中で酸化し、素子分離絶縁膜(フィールド酸化膜)308を形成することにより、LOCOS構造を得ることができる。素子分離用絶縁膜107には希ガス元素と濃集した金属元素が残留するが、これらが素子形成領域に拡散することはない。   After removing the mask 306, as shown in FIG. 3C, oxidation is performed in saturated water vapor at 1000 ° C. to form an element isolation insulating film (field oxide film) 308, whereby a LOCOS structure can be obtained. A rare gas element and a concentrated metal element remain in the element isolation insulating film 107, but they do not diffuse into the element formation region.

次いで、図3(D)に示すように、マスク309を形成した後、nチャネル型MOSトランジスタを形成する領域にアクセプタとしてボロンを添加してp型半導体領域310を形成する。   Next, as shown in FIG. 3D, after forming a mask 309, boron is added as an acceptor to a region where an n-channel MOS transistor is to be formed, so that a p-type semiconductor region 310 is formed.

この後、PMOS及びNMOSのしきい値電圧を制御するために、アクセプタまたはドナーをイオン注入法で表面シリコン層に注入しても良い。   Thereafter, in order to control the threshold voltages of the PMOS and NMOS, an acceptor or a donor may be implanted into the surface silicon layer by an ion implantation method.

そして、熱酸化法によりゲート絶縁膜となる酸化シリコン膜311を7nmの厚さに形成する。続いて、ゲート用の多結晶シリコン膜をCVD法により100〜300nmの厚さで形成する。このゲート用の多結晶シリコン膜は、低抵抗化するために予め1021/cm3程度の濃度でリン(P)をドープしておいても良いし、多結晶シリコン膜を形成した後で濃いn型不純物を拡散させても良い。ここでは、さらに低抵抗化するためにこの多結晶シリコン膜上にシリサイド膜を50〜300nmの厚さで形成する。シリサイド材料は、モリブデンシリサイド(MoSix)、タングステンシリサイド(WSix)、タンタルシリサイド(TaSix)、チタンシリサイド(TiSix)などを適用することが可能であり、公知の方法に従い形成すれば良い。そして、ゲート電極に対応したレジストパターンを形成してドライエッチングによりゲート電極を形成する。図2(E)で示すように、ゲート電極は多結晶シリコン(312、313)とシリサイド(314、315)から成るポリサイドゲートが形成される。 Then, a silicon oxide film 311 to be a gate insulating film is formed with a thickness of 7 nm by a thermal oxidation method. Subsequently, a polycrystalline silicon film for gate is formed with a thickness of 100 to 300 nm by a CVD method. The polycrystalline silicon film for the gate may be doped with phosphorus (P) at a concentration of about 10 21 / cm 3 in advance in order to reduce the resistance, or may be concentrated after the polycrystalline silicon film is formed. An n-type impurity may be diffused. Here, in order to further reduce the resistance, a silicide film is formed with a thickness of 50 to 300 nm on the polycrystalline silicon film. As the silicide material, molybdenum silicide (MoSix), tungsten silicide (WSix), tantalum silicide (TaSix), titanium silicide (TiSix), or the like can be used. The silicide material may be formed according to a known method. Then, a resist pattern corresponding to the gate electrode is formed, and the gate electrode is formed by dry etching. As shown in FIG. 2E, a polycide gate made of polycrystalline silicon (312, 313) and silicide (314, 315) is formed as the gate electrode.

ゲートを形成した後、LDDを形成する不純物領域を形成する。NMOSを形成する素子領域に対してリン(P)をイオン注入し、PMOSを形成する領域に対してボロン(B)をイオン注入する。ドーズ量は1×1013/cm2とする。図2(E)で示すように、P型MOSFET形成領域にマスク316を設け、ゲートをマスクとしてイオン注入を行うことで、n型MOSが形成される領域にリン(P)が添加された不純物領域316を形成する。また、図3(A)で示すようにマスク317を設けた後、p型MOSFET領域にボロン(B)を添加し、p型不純物領域318を形成する。 After forming the gate, an impurity region for forming the LDD is formed. Phosphorus (P) is ion-implanted into the element region for forming the NMOS, and boron (B) is ion-implanted into the region for forming the PMOS. The dose amount is 1 × 10 13 / cm 2 . As shown in FIG. 2E, a mask 316 is provided in the P-type MOSFET formation region and ion implantation is performed using the gate as a mask, whereby phosphorus (P) is added to the region where the n-type MOS is formed. Region 316 is formed. Further, after providing a mask 317 as shown in FIG. 3A, boron (B) is added to the p-type MOSFET region to form a p-type impurity region 318.

その後、全面にCVD法で酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜などの絶縁膜を形成し、異方性ドライエッチングでこの膜を全面にわたって均一にエッチングする。その結果、図3(B)に示すように絶縁膜がゲートの側壁に残存し、サイドウオールスペーサ319、320を形成する。このサイドウオールスペーサをマスクに用い、n型MOSFETの領域にドナーとなる砒素を5×1015/cm2のドーズ量でイオン注入し、n型不純物領域(ソースまたはドレイン領域)322を形成する。さらに図3(C)に示すように、p型MOSFETの領域にアクセプタとなるボロン(B)をイオン注入し、p型不純物領域(ソースまたはドレイン領域)324を形成する。 Thereafter, an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed on the entire surface by CVD, and this film is uniformly etched on the entire surface by anisotropic dry etching. As a result, as shown in FIG. 3B, the insulating film remains on the side wall of the gate, and sidewall spacers 319 and 320 are formed. Using this sidewall spacer as a mask, arsenic as a donor is ion-implanted into the n-type MOSFET region at a dose of 5 × 10 15 / cm 2 to form an n-type impurity region (source or drain region) 322. Further, as shown in FIG. 3C, boron (B) serving as an acceptor is ion-implanted into the p-type MOSFET region to form a p-type impurity region (source or drain region) 324.

そして、n型不純物領域(ソースまたはドレイン領域)320およびp型不純物領域(ソースまたはドレイン領域)324上に残存する酸化シリコン膜をエッチング除去して、層間絶縁膜325を全面に形成する。層間絶縁膜325は酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などにより100〜200nmの厚さに形成する。   Then, the silicon oxide film remaining on the n-type impurity region (source or drain region) 320 and the p-type impurity region (source or drain region) 324 is removed by etching to form an interlayer insulating film 325 over the entire surface. The interlayer insulating film 325 is formed with a thickness of 100 to 200 nm using a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or the like.

その後、イオン注入した不純物元素を活性化及び結晶性の回復のために加熱処理を行う。この加熱処理はファーネスアニール炉や瞬間熱アニール(Rapid Thermal Anneal)により行う。加熱処理の条件は任意なものとするが、ファーネスアニール炉を用いた800℃アニールと1000℃の瞬間熱アニールにより行うと良い。また、水素化処理は特性を向上させるために必要な処理であり、水素雰囲気中で加熱処理をする方法やプラズマ処理をする方法で行うことができる。層間絶縁膜を窒化シリコン膜で形成し、350〜500℃の加熱処理を行うことで窒化シリコン膜320中の水素が放出される。この水素を半導体に拡散させることで水素化し、欠陥を補償することもできる。   Thereafter, heat treatment is performed for activating the ion-implanted impurity element and restoring crystallinity. This heat treatment is performed by a furnace annealing furnace or rapid thermal annealing. The conditions for the heat treatment are arbitrary, but it is preferable to perform the annealing by 800 ° C. annealing using a furnace annealing furnace and 1000 ° C. instantaneous thermal annealing. The hydrogenation treatment is a treatment necessary for improving the characteristics, and can be performed by a method of performing a heat treatment in a hydrogen atmosphere or a method of performing a plasma treatment. By forming the interlayer insulating film with a silicon nitride film and performing heat treatment at 350 to 500 ° C., hydrogen in the silicon nitride film 320 is released. This hydrogen can be diffused into the semiconductor to be hydrogenated to compensate for defects.

そして、第1層間絶縁膜325に、n型不純物領域(ソースまたはドレイン領域)320およびp型不純物領域(ソースまたはドレイン領域)324に達するコンタクトホールを形成し、配線326、327を形成する。配線に使用する材料に限定はないが、低抵抗材料として通常良く用いられるアルミニウム(Al)
を用いると良い。また、Alとチタン(Ti)の積層構造としても良い。
Then, contact holes reaching the n-type impurity region (source or drain region) 320 and the p-type impurity region (source or drain region) 324 are formed in the first interlayer insulating film 325, and wirings 326 and 327 are formed. There is no limitation on the material used for wiring, but aluminum (Al), which is often used as a low-resistance material
It is good to use. Alternatively, a stacked structure of Al and titanium (Ti) may be used.

第2層間絶縁膜329はCVD法により酸化シリコン膜を1〜2μmの厚さに形成し、その後CMP(化学的機械的研磨)により表面を平坦化する。この第2層間絶縁膜にコンタクトホールを形成した後、Wプラグ電極を形成し、窒化チタン、アルミニウムの積層構造の第2電極を形成する。図4はこのようなn型MOSFETとp型MOSFETの配置に上面図を示す。   The second interlayer insulating film 329 is formed with a silicon oxide film having a thickness of 1 to 2 μm by a CVD method, and then the surface is flattened by CMP (chemical mechanical polishing). After forming a contact hole in the second interlayer insulating film, a W plug electrode is formed, and a second electrode having a laminated structure of titanium nitride and aluminum is formed. FIG. 4 shows a top view of such an arrangement of n-type and p-type MOSFETs.

このようにして、nチャネル型MOSトランジスタ331とpチャネル型MOSトランジスタ330が完成する。本実施形態で説明したトランジスタの構造はあくまで一実施形態であり、図2〜3に示した作製工程及び構造に限定される必要はない。これらのトランジスタを使ってCMOS回路やNMOS回路、PMOS回路を形成することができる。また、シフトレジスタ、バッファ、サンプリング、D/Aコンバータ、ラッチ、などの各種回路を形成することが可能であり、メモリ、CPU、ゲートアレイ、RISCなどの半導体装置を作製することができる。そしてこのような回路は、MOSで構成されることにより高速動作が可能であり、また、駆動電圧を3〜5Vとして低消費電力化をすることもできる。   In this way, the n-channel MOS transistor 331 and the p-channel MOS transistor 330 are completed. The structure of the transistor described in this embodiment is just an embodiment, and is not necessarily limited to the manufacturing process and structure illustrated in FIGS. A CMOS circuit, an NMOS circuit, or a PMOS circuit can be formed using these transistors. Various circuits such as a shift register, a buffer, sampling, a D / A converter, and a latch can be formed, and a semiconductor device such as a memory, a CPU, a gate array, and a RISC can be manufactured. Such a circuit can be operated at high speed by being composed of MOS, and can reduce power consumption by setting the drive voltage to 3 to 5V.

本実施例では、サリサイド技術を用いたMOSトランジスタの製造工程の一実施例を説明する。   In this embodiment, an embodiment of a MOS transistor manufacturing process using salicide technology will be described.

図5(A)において、実施例1と同様にしてゲート電極、サイドウオールスペーサを形成する。ゲート電極は200nmの多結晶シリコンで形成し、n型及びp型MOSFETのそれぞれのソース及びドレイン領域形成時にn型、p型の不純物を同時に添加してデュアルゲートを形成する。   In FIG. 5A, gate electrodes and sidewall spacers are formed in the same manner as in the first embodiment. The gate electrode is formed of polycrystalline silicon having a thickness of 200 nm, and n-type and p-type impurities are simultaneously added when forming the source and drain regions of the n-type and p-type MOSFETs to form a dual gate.

その後、不純物の拡散、活性化及び結晶性回復のための加熱処理を行う。加熱処理は800℃のファーネスアアニールと1000℃の瞬間熱アニールにより行う。   After that, heat treatment for impurity diffusion, activation, and crystallinity recovery is performed. The heat treatment is performed by furnace annealing at 800 ° C. and instantaneous thermal annealing at 1000 ° C.

次に、チタンシリサイド(TiSi2)を用いたサリサイドの形成を行う。20nmのチタン(Ti)膜340を堆積し、1回目のRTA処理を600〜650℃で行う。その後、未反応のチタンを除去して2回目の850℃のRTA処理によってTiSi2サリサイド膜343〜346が得られる。表面シリコン層上のサリサイド層の表面抵抗は10Ω/sq.が得られる。 Next, salicide is formed using titanium silicide (TiSi 2 ). A 20 nm titanium (Ti) film 340 is deposited, and the first RTA treatment is performed at 600 to 650 ° C. Thereafter, unreacted titanium is removed, and TiSi 2 salicide films 343 to 346 are obtained by the second RTA treatment at 850 ° C. The surface resistance of the salicide layer on the surface silicon layer is 10Ω / sq.

以降の工程は実施例1と同様にして行われ、p型MOSFETとn型MOSFETを作製することができる。   The subsequent steps are performed in the same manner as in Example 1, and a p-type MOSFET and an n-type MOSFET can be manufactured.

高圧水蒸気加熱処理は酸化力が強く、低温でも欠陥密度や固定電荷密度が低い酸化膜の形成が可能である。素子分離絶縁膜を形成する酸化処理に高圧水蒸気酸化を用いると、酸化膜中に希ガス元素を残した状態で、膜の緻密化が進みストレスの低い酸化膜の形成が可能となる。
希ガス元素が混入したシリコンを酸化すると、当然のことながら希ガス元素が酸化膜中に残留し、酸化膜中に欠陥の多い酸化膜が形成されてしまう。しかし、1×106〜5×106Paの水蒸気雰囲気中で加熱することにより酸化が促進され、欠陥の少ない酸化膜の形成が可能となる。
The high-pressure steam heat treatment has a strong oxidizing power and can form an oxide film having a low defect density and a low fixed charge density even at a low temperature. When high-pressure steam oxidation is used for the oxidation treatment for forming the element isolation insulating film, the film becomes denser and an oxide film with low stress can be formed with a rare gas element remaining in the oxide film.
When silicon mixed with a rare gas element is oxidized, the rare gas element naturally remains in the oxide film, and an oxide film having many defects is formed in the oxide film. However, by heating in a steam atmosphere of 1 × 10 6 to 5 × 10 6 Pa, oxidation is promoted and an oxide film with few defects can be formed.

図6は高圧水蒸気酸化を行うための装置の構成を説明する図である。金属でできた圧力容器201の内側にヒーター203と石英製の反応管202が設けられている。基板205は石英製の基板カセット204に設置される。水蒸気は、純水供給手段207により圧力容器201内に供給され、蒸発手段206により水蒸気を反応管内に供給する。反応管内は飽和蒸気圧に達するまで水蒸気の圧力が増加する。   FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of an apparatus for performing high-pressure steam oxidation. A heater 203 and a quartz reaction tube 202 are provided inside a pressure vessel 201 made of metal. The substrate 205 is placed in a quartz substrate cassette 204. The water vapor is supplied into the pressure vessel 201 by the pure water supply means 207, and the water vapor is supplied into the reaction tube by the evaporation means 206. The water vapor pressure increases until the saturated vapor pressure is reached in the reaction tube.

高圧水蒸気加熱処理は酸化膜の形成に好適に用いることができるが、特に本発明において希ガス元素をイオン注入した表面シリコン層の酸化に用いると良い。   The high-pressure steam heat treatment can be suitably used for forming an oxide film, but it is particularly preferable in the present invention to oxidize a surface silicon layer into which a rare gas element is ion-implanted.

SOI構造の半導体基板を用いた応用の一例として表示装置の構成を図7を用いて説明する。図7は液晶表示装置の一例であり、駆動回路400のp型MOSFET402、n型MOSFET403及び画素部401のn型MOSFET404は実施例1と同様にして作製されるものである。画素を形成する画素電極408は平坦化の加工処理がなされた第2層間絶縁膜407上に形成されている。
409は画素電極と同時に形成される金属層であり、駆動回路400上に設けられ遮光層となっている。液晶に印加する電圧を保持するために補助的に設けられる補助容量は素子分離絶縁膜上に形成された電極406と画素電極408と第2層間絶縁膜407とにより形成している。
A structure of a display device will be described with reference to FIG. 7 as an example of application using a semiconductor substrate having an SOI structure. FIG. 7 shows an example of a liquid crystal display device. A p-type MOSFET 402, an n-type MOSFET 403 of the drive circuit 400, and an n-type MOSFET 404 of the pixel portion 401 are manufactured in the same manner as in the first embodiment. The pixel electrode 408 forming the pixel is formed on the second interlayer insulating film 407 that has been subjected to planarization processing.
Reference numeral 409 denotes a metal layer formed at the same time as the pixel electrode, which is provided on the driving circuit 400 and serves as a light shielding layer. An auxiliary capacitor provided auxiliary to hold a voltage applied to the liquid crystal is formed by the electrode 406, the pixel electrode 408, and the second interlayer insulating film 407 formed on the element isolation insulating film.

対向側の基板410はガラスまたは石英材から形成し、透明電極411を画素部に形成する。配向膜412、413を形成しラビング処理をして対向側の基板410とMOSFETが形成された半導体基板とをシール材を用いて貼り合わせる。液晶414はTN液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶などを用いることができる。   The opposite substrate 410 is formed of glass or quartz material, and the transparent electrode 411 is formed in the pixel portion. The alignment films 412 and 413 are formed and subjected to a rubbing process, and the opposite substrate 410 and the semiconductor substrate on which the MOSFET is formed are bonded together using a sealant. As the liquid crystal 414, a TN liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, or the like can be used.

画素部401にはスイッチング用のn型MOSFET404のみを示しているが、それ以外にもp型MOSFETを形成して各画素に記憶回路(メモリー)を形成しても良い。図8はそのようなメモリーを設けた画素の構成を回路図として示している。   Although only the switching n-type MOSFET 404 is shown in the pixel portion 401, a p-type MOSFET may be formed in addition thereto, and a memory circuit (memory) may be formed in each pixel. FIG. 8 is a circuit diagram showing the configuration of a pixel provided with such a memory.

図8は1画素分の回路構成を示したものであり、液晶のスイッチング素子705と、スタティックメモリー(SRAM)707と液晶素子708とが設けられている。スイッチング素子705やSRAM707はp型及びn型MOSFETで形成されている。   FIG. 8 shows a circuit configuration for one pixel, which includes a liquid crystal switching element 705, a static memory (SRAM) 707, and a liquid crystal element 708. The switching element 705 and the SRAM 707 are formed of p-type and n-type MOSFETs.

スイッチング素子705のゲートは走査線709に接続されている。また、スイッチング素子705のソース又はドレイン領域の一方はデータ線に接続し、他方はSRAM707の入力側に接続されている。SRAM707はn型及びp型MOSFETで構成され、p型MOSFETのソース側は高電位電源線(VDD
接続され、VDDが印加されている。また、n型MOSFETのソース側は低電位電源線(VSS)に接続されている。一対のp型MOSFETとn型MOSFETはそのゲート及びドレインはそれぞれ接続されている。そして、一方のp型及びn型MOSFET対のドレインが、他方のp型及びn型MOSFET対のゲートと同じ電位に保たれている。SRAMの出力側は液晶セルの画素電極と接続されている。
The gate of the switching element 705 is connected to the scanning line 709. One of the source and drain regions of the switching element 705 is connected to the data line, and the other is connected to the input side of the SRAM 707. The SRAM 707 is composed of n-type and p-type MOSFETs, and the source side of the p-type MOSFET is a high potential power supply line (V DD ).
Connected and V DD is applied. The source side of the n-type MOSFET is connected to a low potential power supply line (V SS ). A pair of p-type MOSFET and n-type MOSFET have their gates and drains connected to each other. The drains of one p-type and n-type MOSFET pair are kept at the same potential as the gates of the other p-type and n-type MOSFET pair. The output side of the SRAM is connected to the pixel electrode of the liquid crystal cell.

SRAMは入力電圧Vinを保持し、その反転信号であるVoutを出力するように設計されている。ゲート線の選択信号によりスイッチング素子705がオンになり、データ線のデジタルビデオ信号がSRAMに入力される。SRAMに入力されたデジタルビデオ信号は、次のジタルビデオが入力するまでの間保持される。そして、SRAMの出力信号が液晶セルの画素電極に入力される。こうして液晶が駆動される。これを各画素毎に行うことにより画素部に映像を映し出すことができる。このように画素にSRAMを設けることにより各画素毎にデジタルビデオ信号を記憶することが可能となり、それをもって映像の表示を行うことができる。デジタルビデオ信号が各画素毎に記憶されるので、例えば静止画を表示するような場合には常時書き込みを繰り返す必要がなく、低消費電力化を図ることができる。   The SRAM is designed to hold the input voltage Vin and output Vout that is an inverted signal thereof. The switching element 705 is turned on by the selection signal of the gate line, and the digital video signal of the data line is input to the SRAM. The digital video signal input to the SRAM is held until the next digital video is input. Then, the output signal of the SRAM is input to the pixel electrode of the liquid crystal cell. Thus, the liquid crystal is driven. By performing this for each pixel, an image can be displayed on the pixel portion. Thus, by providing the SRAM in the pixel, it becomes possible to store a digital video signal for each pixel and display an image with it. Since the digital video signal is stored for each pixel, for example, when displaying a still image, it is not necessary to repeat writing constantly, and power consumption can be reduced.

こうしてSOI構造の半導体基板を用い、反射型の液晶表示装置を形成することができる。半導体基板を用いたMOSFETのプロセスはLSIの生産技術をそのまま応用することができるので画素の高密度化に対して有利である。従って、好適な応用の一例として、プロジェクターのライトバルブを形成するのに用いることができる。   Thus, a reflective liquid crystal display device can be formed using a semiconductor substrate having an SOI structure. The MOSFET process using a semiconductor substrate is advantageous for increasing the density of pixels because the LSI production technology can be applied as it is. Therefore, as an example of a suitable application, it can be used to form a light valve of a projector.

図9は、反射型の表示装置を三板式投影装置に適用した一例を示している。図9において、メタルハライドランプ、ハロゲンランプなどからなる光源901から放射された光は、偏光ビームスプリッター902で反射され、クロスダイクロイックミラー903に進む。尚、偏光ビームスプリッターとは光の偏光方向によって反射したり透過したりする機能を有した光学フィルターである。この場合、光源901からの光は偏光ビームスプリッター902で反射されるような偏光を与えてある。   FIG. 9 shows an example in which a reflective display device is applied to a three-plate projection device. In FIG. 9, light emitted from a light source 901 formed of a metal halide lamp, a halogen lamp, or the like is reflected by a polarization beam splitter 902 and proceeds to a cross dichroic mirror 903. The polarization beam splitter is an optical filter having a function of reflecting or transmitting light depending on the polarization direction of light. In this case, the light from the light source 901 is polarized so as to be reflected by the polarization beam splitter 902.

クロスダイクロイックミラー903では、赤(R)に対応する液晶表示装置904の方向に赤(R)成分光が反射され、青(B)に対応する液晶表示装置906の方向に青(B)成分光が反射される。また、緑(G)成分光はクロスダイクロイックミラー903を透過して、緑(G)に対応する液晶表示装置905に入射する。各色に対応した液晶表示装置904〜906は、画素がオフ状態にある時は入射光の偏光方向を変化させないで反射するように液晶分子を配向している。また、画素がオン状態にある時は液晶層の配向状態が変化し、入射光の偏光方向もそれに伴って変化するように構成されている。   The cross dichroic mirror 903 reflects red (R) component light in the direction of the liquid crystal display device 904 corresponding to red (R), and blue (B) component light in the direction of the liquid crystal display device 906 corresponding to blue (B). Is reflected. The green (G) component light is transmitted through the cross dichroic mirror 903 and is incident on the liquid crystal display device 905 corresponding to green (G). The liquid crystal display devices 904 to 906 corresponding to the respective colors align liquid crystal molecules so as to reflect the light without changing the polarization direction of the incident light when the pixel is in the off state. Further, when the pixel is in the on state, the alignment state of the liquid crystal layer is changed, and the polarization direction of incident light is changed accordingly.

これらの液晶表示装置904〜906で反射された光は再びクロスダイクロイックミラー903で反射(緑(G)成分光は透過)して合成され、再び偏光ビームスプリッター902へと入射する。この時、オン状態にある画素領域で反射された光は偏光方向が変化するため偏光ビームスプリッター902を透過する。一方、オフ状態にある画素領域で反射された光は偏光方向が変化しないため偏光ビームスプリッター902で反射される。このように、画素部にマトリクス状に配置された画素領域を複数のトランジスタでオン・オフ制御することによって特定の画素領域で反射された光のみが偏光ビームスプリッター902を透過できるようになる。この動作は各液晶表示装置904〜906で共通である。   The light reflected by these liquid crystal display devices 904 to 906 is reflected again by the cross dichroic mirror 903 (green (G) component light is transmitted) and synthesized, and is incident on the polarization beam splitter 902 again. At this time, the light reflected by the pixel region in the on state is transmitted through the polarization beam splitter 902 because the polarization direction changes. On the other hand, the light reflected by the pixel region in the off state is reflected by the polarization beam splitter 902 because the polarization direction does not change. As described above, the pixel region arranged in a matrix in the pixel portion is turned on / off by the plurality of transistors, so that only the light reflected by the specific pixel region can be transmitted through the polarization beam splitter 902. This operation is common to the liquid crystal display devices 904 to 906.

以上のようにして偏光ビームスプリッター902を透過した画像情報を含む光は投影レンズ等で構成される光学系レンズ907でスクリーン908に映し出される。ここでは、基本的な構成について示したが、このような原理を応用して投影型の電気光学装置を実現することができる。   The light including the image information transmitted through the polarization beam splitter 902 as described above is displayed on the screen 908 by the optical system lens 907 configured by a projection lens or the like. Although a basic configuration is shown here, a projection type electro-optical device can be realized by applying such a principle.

尚、図9で示すプロジェクターの構成は一実施例であり、図9で示す光学系の構成にのみ限定されるものではない。また、ここでは本発明を液晶表示装置に応用した場合について示したが、その他にもマイクロプロセッサやメモリー、ゲートアレーによるLSIなどあらゆる集積回路に適用することができる。   The configuration of the projector shown in FIG. 9 is an example and is not limited to the configuration of the optical system shown in FIG. Although the case where the present invention is applied to a liquid crystal display device is shown here, the present invention can be applied to any other integrated circuit such as a microprocessor, a memory, and an LSI using a gate array.

本発明を用いることにより様々な半導体装置を製造することができる。その様な半導体装置として、ゴーグル型表示装置(ヘッドマウントディスプレイ)、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)などが挙げられる。それら半導体装置の具体例を図11に示す。   Various semiconductor devices can be manufactured by using the present invention. Examples of such a semiconductor device include a goggle type display device (head mounted display), a portable information terminal (such as a mobile computer, a mobile phone, a portable game machine, or an electronic book). Specific examples of these semiconductor devices are shown in FIGS.

図11(A)は携帯電話機であり、本体3401、音声出力部3402、音声入力部3403、表示部3404、操作スイッチ3405、アンテナ3406を含む。本発明を用いることにより、表示部3404やその他集積回路を製造することができる。   FIG. 11A illustrates a mobile phone, which includes a main body 3401, an audio output portion 3402, an audio input portion 3403, a display portion 3404, operation switches 3405, and an antenna 3406. By using the present invention, the display portion 3404 and other integrated circuits can be manufactured.

図11(B)はヘッドマウントELディスプレイの一部(右片側)であり、本体3321、信号ケーブル3322、頭部固定バンド3323、投影部3324、光学系3325、表示部3326等を含む。本発明を用いることにより、表示部3326やその他集積回路を製造することができる。   FIG. 11B shows a part (right side) of a head-mounted EL display, which includes a main body 3321, a signal cable 3322, a head fixing band 3323, a projection unit 3324, an optical system 3325, a display unit 3326, and the like. By using the present invention, the display portion 3326 and other integrated circuits can be manufactured.

図11(C)はゴーグル型表示装置(ヘッドマウントディスプレイ)であり、本体3341、表示部3342、アーム部3343を含む。本発明を用いることにより、表示部3342やその他集積回路を製造することができる。   FIG. 11C illustrates a goggle type display device (head mounted display), which includes a main body 3341, a display portion 3342, and an arm portion 3343. By using the present invention, the display portion 3342 and other integrated circuits can be manufactured.

以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、様々な電子装置に適用することが可能である。また、本実施例の電子装置は実施例1〜4のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。   As described above, the applicable range of the present invention is so wide that the present invention can be applied to various electronic devices. Further, the electronic apparatus of the present embodiment can be realized by using a configuration including any combination of the first to fourth embodiments.

Claims (7)

埋め込み酸化膜と、前記埋め込み酸化膜上に表面シリコン層と、を有するSOI構造を有する半導体装置であって、
前記埋め込み酸化膜上に、前記表面シリコン層を活性層として有するトランジスタと、素子分離絶縁膜と、を有し、
前記トランジスタと前記素子分離絶縁膜上に第1の絶縁膜を有し、
前記第1の絶縁膜上に、前記トランジスタと電気的に接続される第1の導電層と、前記素子分離絶縁膜と前記第1の絶縁膜を介して重なる第2の導電層と、を有し、
前記第2の導電層上に、第2の絶縁膜を有し、
前記第2の絶縁膜上に、前記第1の導電層と電気的に接続される第3の導電層を有し、
前記第3の導電層は、前記第2の絶縁膜を介して前記第2の導電層と重なり、
前記第2の導電層、前記第2の絶縁膜、及び前記第3の導電層により、容量が形成されていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having an SOI structure having a buried oxide film and a surface silicon layer on the buried oxide film,
A transistor having the surface silicon layer as an active layer on the buried oxide film, and an element isolation insulating film;
A first insulating film on the transistor and the element isolation insulating film;
On the first insulating film, there is provided a first conductive layer electrically connected to the transistor, and a second conductive layer overlapping the element isolation insulating film via the first insulating film. And
A second insulating film on the second conductive layer;
A third conductive layer electrically connected to the first conductive layer on the second insulating film;
The third conductive layer overlaps with the second conductive layer through the second insulating film,
A capacitor is formed by the second conductive layer, the second insulating film, and the third conductive layer.
請求項1において、前記素子分離絶縁膜に希ガス元素又は金属元素が含まれていることを特徴とする半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the element isolation insulating film contains a rare gas element or a metal element. 請求項2において、前記希ガス元素は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンから選ばれた一種または複数種であることを特徴とする半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the rare gas element is one or more selected from helium, neon, argon, krypton, and xenon. 請求項2において、前記希ガス元素の濃度は、1×1019〜1×1022/cmであることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2, wherein the concentration of the rare gas element is 1 × 10 19 to 1 × 10 22 / cm 3 . 請求項2において、前記金属元素は、鉄、ニッケル、銅、アルミニウムから選ばれた一種が含まれることを特徴とする半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the metal element includes one selected from iron, nickel, copper, and aluminum. 請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記第3の導電層上に、配向膜を介して液晶を有することを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
A semiconductor device comprising a liquid crystal on the third conductive layer with an alignment film interposed therebetween.
請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記半導体装置は、携帯電話又はヘッドマウントELディスプレイの表示部又は集積回路に用いられることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The semiconductor device is used for a display unit or an integrated circuit of a mobile phone or a head mounted EL display.
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