JP3531415B2 - SOI substrate, method of manufacturing the same, semiconductor device and liquid crystal panel using the same - Google Patents
SOI substrate, method of manufacturing the same, semiconductor device and liquid crystal panel using the sameInfo
- Publication number
- JP3531415B2 JP3531415B2 JP10451897A JP10451897A JP3531415B2 JP 3531415 B2 JP3531415 B2 JP 3531415B2 JP 10451897 A JP10451897 A JP 10451897A JP 10451897 A JP10451897 A JP 10451897A JP 3531415 B2 JP3531415 B2 JP 3531415B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- single crystal
- layer
- crystal silicon
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims description 189
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 27
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 title description 19
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title description 10
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 81
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 39
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 20
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 5
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 137
- 239000010408 film Substances 0.000 description 45
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 18
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 13
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 12
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 11
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 5
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 2
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 2
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007743 anodising Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- YXTPWUNVHCYOSP-UHFFFAOYSA-N bis($l^{2}-silanylidene)molybdenum Chemical compound [Si]=[Mo]=[Si] YXTPWUNVHCYOSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910021344 molybdenum silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-RNFDNDRNSA-N molybdenum-100 Chemical compound [100Mo] ZOKXTWBITQBERF-RNFDNDRNSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N tungsten disilicide Chemical compound [Si]#[W]#[Si] WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021342 tungsten silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はSOI(Silic
on on Insulator)基板、特に透明支持基
板を用いたSOI基板とその製造方法、並びにそのSO
I基板を用いた液晶パネル及び電子機器に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to SOI (Silic
on Insulator) substrate, in particular, SOI substrate using a transparent support substrate, its manufacturing method, and its SO
The present invention relates to a liquid crystal panel and an electronic device using an I substrate.
【0002】[0002]
【従来の技術】絶縁基体上にシリコン薄膜を形成し、そ
のシリコン薄膜に半導体デバイスを形成するSOI技術
は、素子の高速化や低消費電力化、高集積化等の利点を
有することから広く研究されている。2. Description of the Related Art SOI technology for forming a silicon thin film on an insulating substrate and forming a semiconductor device on the silicon thin film has been widely studied because it has advantages such as high speed operation of elements, low power consumption and high integration. Has been done.
【0003】このSOI技術の1つとして、単結晶シリ
コン基板の貼り合わせによるSOI基板の作製技術があ
る。一般に貼り合わせ法と呼ばれるこの手法は、単結晶
シリコン基板と支持基板を水素結合力を利用して貼り合
わせた後、熱処理によって貼り合わせ強度の強化がなさ
れ、次いで単結晶シリコン基板の研削や研磨、またはエ
ッチングによって薄膜の単結晶シリコン層を支持基板上
に形成するものである。この手法では、直接単結晶のシ
リコン基板を薄膜化するために、シリコン薄膜の結晶性
に優れ、高性能のデバイスを作成できる。As one of the SOI technologies, there is a technology for manufacturing an SOI substrate by bonding single crystal silicon substrates. This method, which is generally called a bonding method, involves bonding a single crystal silicon substrate and a supporting substrate by utilizing hydrogen bonding force, and then strengthening the bonding strength by heat treatment, and then grinding or polishing the single crystal silicon substrate. Alternatively, a thin film single crystal silicon layer is formed over a supporting substrate by etching. According to this method, since a single crystal silicon substrate is directly thinned, a high-performance device having excellent crystallinity of the silicon thin film can be produced.
【0004】また、この貼り合わせ法を応用したものと
して、単結晶シリコン基板に水素イオンを注入し、これ
を支持基板と貼り合わせた後、熱処理によって薄膜シリ
コン層を単結晶シリコン基板の水素注入領域から分離す
る手法(US Patent5374564)や、表面
を多孔質化したシリコン基板上に単結晶シリコン層をエ
ピタキシャル成長させ、これを支持基板と貼り合わせた
後にシリコン基板を除去し、多孔質シリコン層をエッチ
ングすることにより支持基板上にエピタキシャル単結晶
シリコン薄膜を形成する手法(特開平4−34641
8)などが知られている。このような貼り合わせ法によ
るSOI基板は通常のバルク半導体基板と同様に、さま
ざまなデバイスの作製に用いられているが、従来のバル
ク基板と異なる特徴として、支持基板に様々な材料を使
用することが可能な点を挙げることができる。すなわち
支持基板として通常のシリコン基板はもちろんのこと、
透明な石英、あるいはガラス基板などを用いることがで
きる。透明な基板上に単結晶シリコン薄膜を形成するこ
とによって、光透過性を必要とするデバイス、例えば透
過型の液晶表示デバイスなどにも結晶性に優れた単結晶
シリコンを用いて高性能なトランジスタ素子を形成する
ことが可能となる。Further, as an application of this bonding method, hydrogen ions are implanted into a single crystal silicon substrate, and this is bonded to a supporting substrate, and then a thin film silicon layer is subjected to heat treatment to form a thin film silicon layer into a hydrogen implantation region of the single crystal silicon substrate. (US Pat. No. 5,374,564), or a single crystal silicon layer is epitaxially grown on a silicon substrate having a porous surface, and the silicon substrate is removed after adhering this to a supporting substrate and the porous silicon layer is etched. Method for forming an epitaxial single crystal silicon thin film on a supporting substrate (Japanese Patent Laid-Open No. 4-34641).
8) etc. are known. The SOI substrate by such a bonding method is used for manufacturing various devices like the normal bulk semiconductor substrate. However, as a characteristic different from the conventional bulk substrate, various materials are used for the supporting substrate. Can be mentioned. That is, as well as a normal silicon substrate as a support substrate,
Transparent quartz, a glass substrate, or the like can be used. By forming a single crystal silicon thin film on a transparent substrate, a high performance transistor device using single crystal silicon with excellent crystallinity for devices that require light transparency, such as transmissive liquid crystal display devices. Can be formed.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】このように透明支持基
板と単結晶シリコン薄膜を貼り合わせたSOI基板にお
いては、単結晶シリコン層はMOSFET(Metal
Oxide Semiconductor Fiel
d Effect Transistor)などのトラ
ンジスタ素子のチャネルやソース、ドレイン領域として
用いられる。このとき基板が透明であると、基板裏面か
ら光が照射された際に、このMOSFETのチャネル領
域に光照射によるリーク電流が発生し、デバイスの特性
が劣化する。(なおここでは単結晶シリコン層の形成さ
れた面を基板の表面とし、反対側を裏面としている。)
この点について図を用いながら具体的に説明する。図2
は従来製造されている透明基板を用いた貼り合わせSO
I基板の断面図である。このSOI基板では、単結晶シ
リコン層2は酸化膜層3を介して支持基板1と貼り合わ
された構造となっている。ここで述べた酸化膜層3は一
般に光を透過する性質を持つため、支持基板に石英やガ
ラスなどの透明材料を用いた従来のSOI基板では、単
結晶シリコン層2の下層には遮光性を有する層が一切設
けられていないことになる。In the SOI substrate in which the transparent support substrate and the single crystal silicon thin film are bonded together as described above, the single crystal silicon layer is formed of a MOSFET (Metal).
Oxide Semiconductor Field
It is used as a channel, a source, and a drain region of a transistor element such as a d effect transistor. If the substrate is transparent at this time, when light is irradiated from the back surface of the substrate, a leak current is generated in the channel region of this MOSFET due to light irradiation, and the device characteristics deteriorate. (Here, the surface on which the single crystal silicon layer is formed is the front surface of the substrate, and the opposite side is the back surface.)
This point will be specifically described with reference to the drawings. Figure 2
Is a bonded SO using a conventionally manufactured transparent substrate
It is sectional drawing of I board. This SOI substrate has a structure in which the single crystal silicon layer 2 is bonded to the supporting substrate 1 with the oxide film layer 3 interposed therebetween. Since the oxide film layer 3 described here generally has a property of transmitting light, a conventional SOI substrate using a transparent material such as quartz or glass for the supporting substrate has a light-shielding property under the single crystal silicon layer 2. This means that no layer is provided.
【0006】図3は、図2で示した従来のSOI基板を
用いて作製したMOSFETの断面図である。支持基板
1の上には酸化膜層3があり、さらに単結晶シリコン層
をパターニングして形成したMOSFETのソース領域
2b、チャネル領域2a、およびドレイン領域2cがあ
り、この単結晶シリコン領域はこれを表面酸化して形成
したゲート絶縁膜2dで覆われている。ゲート絶縁膜2
d上にはゲート電極6があり、MOSFETの単結晶シ
リコン領域とゲート電極6は第1の層間膜7によって覆
われている。さらにソース線9とドレイン線8が第1の
層間膜7の開口部を介してそれぞれソース領域2b、ド
レイン領域2cに接続している。この上に更に第2の層
間膜10が形成され、上部遮光層11が第2の層間膜1
0上に形成されている。上部遮光層11は黒色ポリイミ
ド樹脂などの不透明絶縁性の材料あるいはアルミニウム
などの金属薄膜などで形成されている。基板表面側から
光12aが直接入射する場合には、基板上に設けられた
MOSFETのチャネル領域2aを上部遮光層11によ
って、光12aによる光リークを抑えることができる。
しかしMOSFETのチャネル領域2aに基板裏面から
12cで示す光が直接入るような場合には、光リークを
防ぐことができない。また基板の裏側界面1aで反射す
る12bのような光があった場合、それが基板表面から
入射したものであっても、その一部がMOSFETのチ
ャネル領域2aに到達し光リークを引き起こすことにな
る。FIG. 3 is a sectional view of a MOSFET manufactured using the conventional SOI substrate shown in FIG. On the supporting substrate 1, there is an oxide film layer 3, and further, there are a source region 2b, a channel region 2a, and a drain region 2c of a MOSFET formed by patterning a single crystal silicon layer. It is covered with a gate insulating film 2d formed by surface oxidation. Gate insulating film 2
There is a gate electrode 6 on d, and the single crystal silicon region of the MOSFET and the gate electrode 6 are covered with a first interlayer film 7. Further, the source line 9 and the drain line 8 are connected to the source region 2b and the drain region 2c, respectively, through the openings of the first interlayer film 7. A second interlayer film 10 is further formed thereon, and the upper light-shielding layer 11 serves as the second interlayer film 1.
It is formed on 0. The upper light-shielding layer 11 is formed of an opaque insulating material such as black polyimide resin or a metal thin film such as aluminum. When the light 12a is directly incident from the substrate surface side, the light leakage due to the light 12a can be suppressed by the upper light shielding layer 11 in the channel region 2a of the MOSFET provided on the substrate.
However, when the light 12c directly enters the channel region 2a of the MOSFET from the back surface of the substrate, light leakage cannot be prevented. Further, when there is light such as 12b reflected from the backside interface 1a of the substrate, even if it is incident from the substrate surface, part of it reaches the channel region 2a of the MOSFET and causes light leakage. Become.
【0007】すなわち図2に示した従来構造のSOI基
板では、支持基板1と単結晶シリコン層2との間に遮光
層が設けられていないために、このSOI基板を用いて
単結晶シリコン薄膜によるMOSFETを形成した場
合、MOSFETチャネル領域2aを、基板裏面からの
直接的な入射光12cや、基板裏面での反射光12bか
ら遮ることができなかった。このため、前記従来構造の
SOI基板で作製したMOSFETでは光リークが発生
し、素子の特性が劣化するという根本的な問題点があっ
た。またこれによって光を用いるデバイスに対して透明
なSOI基板を用いることが難しく、汎用性が低いとい
う問題があった。That is, in the SOI substrate of the conventional structure shown in FIG. 2, since the light shielding layer is not provided between the supporting substrate 1 and the single crystal silicon layer 2, this SOI substrate is used to form a single crystal silicon thin film. When the MOSFET is formed, the MOSFET channel region 2a cannot be shielded from the incident light 12c directly from the back surface of the substrate and the reflected light 12b from the back surface of the substrate. Therefore, there is a fundamental problem that light leakage occurs in the MOSFET manufactured on the SOI substrate having the conventional structure, resulting in deterioration of device characteristics. Further, this makes it difficult to use a transparent SOI substrate for a device that uses light, and has a problem of low versatility.
【0008】本発明の目的は、透明な支持基板を用いて
も光リークの問題の生じない半導体デバイスを作製でき
るSOI基板と、その製造方法を提供することにある。
また本発明の別の目的は、透明基板を用いた光リークの
ないSOI基板を用いた高性能な半導体デバイスを提供
することにある。An object of the present invention is to provide an SOI substrate capable of producing a semiconductor device which does not cause the problem of light leakage even if a transparent supporting substrate is used, and a method for producing the SOI substrate.
Another object of the present invention is to provide a high-performance semiconductor device using an SOI substrate that uses a transparent substrate and has no light leakage.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明のSOI基板は、
上記の目的を達成するため、透明な支持基板と、その上
に形成される単結晶シリコン層との間に、光リークを防
ぐための埋め込み型の遮光層を設けたものである。この
遮光層は、支持基板の一方の表面上に形成されており、
単結晶シリコン層はこの遮光層上に堆積した絶縁体層の
上に形成される。遮光層は、作製しようとするデバイス
を構成するMOSFETのチャネル領域を覆うようにパ
ターニングされており、上記MOSFETのチャネル領
域以外の部分に遮光層は存在しない。このため例えば透
過型液晶表示デバイスなど基板が光を透過する必要のあ
る用途に用いることが可能である。また、この遮光層の
材料として高融点金属もしくはそれらの珪素化合物(シ
リサイド)を用いることにより、単結晶シリコン層への
不純物拡散などのMOSFET製造に不可欠な熱プロセ
スに対して十分安定な特性をもつSOI基板を作製する
ことができる。また、本発明のSOI基板の製造方法
は、支持基板上に遮光層をパターン形成する工程と、前
記支持基板上及び前記遮光層上に絶縁体層を形成する工
程と、単結晶シリコン基板の一方の面に酸化層を形成す
る工程と、前記支持基板の絶縁体層上に前記単結晶シリ
コン基板の酸化層を熱処理により貼り合わせる工程と、
前記単結晶シリコン基板をエッチング処理により薄くし
て単結晶シリコン層を形成する工程と、前記エッチング
後に前記熱処理より高温の熱処理をする工程と、を備え
ることを特徴とする。また、本発明のSOI基板の製造
方法は、前記絶縁体層の厚みが、前記遮光層の厚みと比
較して500nmから1000nmまで厚いことを特徴
とする。The SOI substrate of the present invention comprises:
In order to achieve the above object, a buried type light-shielding layer for preventing light leakage is provided between a transparent support substrate and a single crystal silicon layer formed thereon. This light shielding layer is formed on one surface of the support substrate,
The single crystal silicon layer is formed on the insulator layer deposited on the light shielding layer. The light-shielding layer is patterned so as to cover the channel region of the MOSFET that constitutes the device to be manufactured, and the light-shielding layer does not exist in the portion other than the channel region of the MOSFET. Therefore, it can be used for applications in which a substrate needs to transmit light, such as a transmissive liquid crystal display device. Further, by using a refractory metal or a silicon compound (silicide) thereof as a material for the light-shielding layer, it has sufficiently stable characteristics against a thermal process indispensable for MOSFET manufacturing such as impurity diffusion into a single crystal silicon layer. An SOI substrate can be manufactured. Further, a method for manufacturing an SOI substrate of the present invention
Includes a step of patterning the light shielding layer on the supporting substrate,
A process of forming an insulating layer on the supporting substrate and the light shielding layer.
And an oxide layer is formed on one surface of the single crystal silicon substrate.
And the single crystal silicon layer on the insulating layer of the supporting substrate.
A step of bonding the oxide layer of the con substrate by heat treatment,
The single crystal silicon substrate is thinned by an etching process.
Forming a single crystal silicon layer by etching, and the etching
A step of performing a heat treatment at a higher temperature than the heat treatment afterwards.
It is characterized by Further, the manufacture of the SOI substrate of the present invention
The method is such that the thickness of the insulator layer is compared with the thickness of the light shielding layer.
It is characterized by being thicker from 500 nm to 1000 nm
And
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例を図
面に基づいて説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0011】(実施例1)図1は本発明を適用したSO
I基板の第1の実施例を示す断面図である。また図4及
び図5は本発明第1の実施例におけるSOI基板の作成
方法を示す図である。図1に示すように本発明によるS
OI基板は、透明な支持基板1上にトランジスタ素子の
遮光層4が設けられ、これらの上に堆積した絶縁層5と
酸化膜層3を介して単結晶シリコン層2が形成されたも
のである。このSOI基板の製造プロセスを図4を用い
て説明する。まず図4(a)のように透明な支持基板1
に、遮光層4を全面にわたり形成する。本実施例におい
ては支持基板として厚さ1.1mmの石英を用いた。遮
光層4は、モリブデンをスパッタ法により100〜10
00nm程度の厚さに堆積することにより得る。本実施
例においてはモリブデンを400nmの厚さに堆積し
た。なお、この遮光層4の材料は本実施例に限定される
ものではなく、作製するデバイスの熱プロセス最高温度
に対して安定な材料であればどのような材料を用いても
問題はない。例えば他にもタングステン,タンタルなど
の高融点金属や多結晶シリコン、さらにはタングステン
シリサイド、モリブデンシリサイド等のシリサイドが好
ましい材料として用いられ、形成法もスパッタ法の他、
CVD法、電子ビーム加熱蒸着法などを用いることがで
きる。次に図4(b)のごとく形成した遮光層4を、そ
の上に形成するMOSFETのチャネル領域を覆うよう
に残して除去するために、フォトレジストパターン13
を形成する。次に図4(c)のように形成したフォトレ
ジストパターン13をマスクとして遮光層4のエッチン
グを行い、トランジスタ形成領域以外の遮光層をドライ
エッチングにて除去する。エッチングの後フォトレジス
トパターン13は剥離する。次に図4(d)のように遮
光層4とその上に形成される単結晶シリコン層との間の
絶縁を確保するために、絶縁層5を堆積する。この絶縁
層はシリコン酸化膜を用いた。このシリコン酸化膜は、
例えばスパッタ法、あるいはTEOS(テトラエチルオ
ルソシリケート)を用いたプラズマCVD法により形成
できる。絶縁層5は、遮光層4の被覆段差を研磨によっ
て平坦化しても遮光層4上に単結晶シリコン層2との十
分な絶縁性を確保できる膜厚とする。具体的には絶縁層
5は、遮光層4の膜厚に対して500〜1000nm程
度多く堆積するのがよい。本実施例においては遮光層4
の膜厚400nmに対し、シリコン酸化膜をTEOSの
プラズマCVDにより1000nm堆積させた。こうし
て得られた遮光層付きの支持基板は、基板表面が遮光層
4の有無に応じて凹凸になっているため、このまま単結
晶シリコン基板と貼り合わせを行うと凹凸の段差部分に
ボイド(空隙)が形成され、貼り合わせた際に接合強度
の不均一が生じる。このため図5(e)に示すように遮
光層4を形成した支持基板の表面をグローバルに研磨し
て平坦化する。研磨による平坦化の手法としては、CM
P(化学的機械研磨)法を用いた。CMPにおいては、
遮光層4上での絶縁層5の研磨量を遮光層4の膜厚より
も200〜700nm程度多めに設定するのがよい。こ
の条件でCMP処理を行うことにより遮光層パターン端
部の段差を3nm以下まで小さくすることができるた
め、単結晶シリコン基板貼り合わせの際にも基板全面で
均一な貼り合わせ強度が得られる。次に図5(f)に示
すように遮光層を形成した支持基板と単結晶シリコン基
板20の貼り合わせを行う。貼り合わせに用いる単結晶
シリコン基板20は、厚さ300μmであり、その表面
をあらかじめ0.05〜0.8μm程度酸化して酸化膜
層3を形成しておく。これは貼り合わせ後に形成される
単結晶シリコン層2と酸化膜層3の界面を熱酸化で形成
し、電気特性の良い界面を確保するためである。貼り合
わせ工程は、例えば300℃で2時間の熱処理によって
2枚の基板を直接貼り合わせる方法が採用できる。貼り
合わせ強度をさらに高めるためには、さらに熱処理温度
を上げて450℃程度にする必要があるが、石英基板と
単結晶シリコン基板の熱膨張係数には大きな違いがある
ため、このまま加熱すると単結晶シリコン層にクラック
などの欠陥が発生し、基板品質が劣化してしまう。この
ようなクラックなどの欠陥の発生を抑制するためには、
一度300℃にて貼り合わせのための熱処理を行った単
結晶シリコン基板をウエットエッチングまたはCMPに
よって100〜150μm程度まで薄くした後に、さら
に高温の熱処理を行うことが望ましい。本実施例におい
ては80℃のKOH水溶液を用い、単結晶シリコン基板
の厚さが150μmとなるようエッチングを行った。こ
の後、貼り合わせた基板を450℃にて再び熱処理し、
貼り合わせ強度を高めている。さらに図5(g)に示す
ように、この貼り合わせ基板を研磨して、単結晶シリコ
ン層2の厚さを3〜5μmとした。(Embodiment 1) FIG. 1 shows an SO to which the present invention is applied.
It is sectional drawing which shows the 1st Example of I board | substrate. 4 and 5 are views showing a method for manufacturing an SOI substrate according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, S according to the present invention
The OI substrate is one in which a light shielding layer 4 of a transistor element is provided on a transparent support substrate 1, and a single crystal silicon layer 2 is formed on the light shielding layer 4 of a transistor element via an insulating layer 5 and an oxide film layer 3 deposited thereon. . The manufacturing process of this SOI substrate will be described with reference to FIG. First, a transparent support substrate 1 as shown in FIG.
Then, the light shielding layer 4 is formed over the entire surface. In this example, quartz having a thickness of 1.1 mm was used as the supporting substrate. The light-shielding layer 4 is made of molybdenum 100 to 10 by a sputtering method.
Obtained by depositing to a thickness of about 00 nm. In this example, molybdenum was deposited to a thickness of 400 nm. The material of the light-shielding layer 4 is not limited to this embodiment, and any material may be used as long as it is stable to the maximum temperature of the thermal process of the device to be manufactured. For example, refractory metals such as tungsten and tantalum, polycrystalline silicon, and silicides such as tungsten silicide and molybdenum silicide are used as preferable materials, and the formation method is not limited to the sputtering method.
A CVD method, an electron beam heating evaporation method, or the like can be used. Next, in order to remove the light shielding layer 4 formed as shown in FIG. 4B so as to cover the channel region of the MOSFET formed thereon, the photoresist pattern 13 is formed.
To form. Next, the light shielding layer 4 is etched using the photoresist pattern 13 formed as shown in FIG. 4C as a mask, and the light shielding layer other than the transistor formation region is removed by dry etching. After etching, the photoresist pattern 13 is peeled off. Next, as shown in FIG. 4D, an insulating layer 5 is deposited in order to ensure insulation between the light shielding layer 4 and the single crystal silicon layer formed thereon. A silicon oxide film was used for this insulating layer. This silicon oxide film is
For example, it can be formed by a sputtering method or a plasma CVD method using TEOS (tetraethyl orthosilicate). The insulating layer 5 has a film thickness that can ensure sufficient insulation with the single crystal silicon layer 2 on the light-shielding layer 4 even if the step difference of the light-shielding layer 4 is flattened by polishing. Specifically, it is preferable that the insulating layer 5 is deposited in an amount of about 500 to 1000 nm larger than the film thickness of the light shielding layer 4. In this embodiment, the light shielding layer 4
A silicon oxide film having a thickness of 400 nm was deposited to a thickness of 1000 nm by plasma CVD of TEOS. The support substrate with the light-shielding layer thus obtained has unevenness on the substrate surface depending on the presence or absence of the light-shielding layer 4. Therefore, when the substrate is bonded to the single-crystal silicon substrate as it is, voids (voids) are formed in the unevenness. Are formed, and the bonding strength becomes nonuniform when they are bonded together. For this reason, as shown in FIG. 5E, the surface of the support substrate on which the light shielding layer 4 is formed is globally polished and flattened. As a method of flattening by polishing, CM
The P (chemical mechanical polishing) method was used. In CMP,
The polishing amount of the insulating layer 5 on the light shielding layer 4 is preferably set to be 200 to 700 nm larger than the film thickness of the light shielding layer 4. By performing the CMP process under this condition, the step difference at the edge of the light-shielding layer pattern can be reduced to 3 nm or less. Therefore, even when the single crystal silicon substrates are bonded together, uniform bonding strength can be obtained over the entire surfaces of the substrates. Next, as shown in FIG. 5F, the single crystal silicon substrate 20 and the supporting substrate having the light shielding layer formed thereon are bonded together. The single crystal silicon substrate 20 used for bonding has a thickness of 300 μm, and the surface thereof is previously oxidized by about 0.05 to 0.8 μm to form the oxide film layer 3. This is because the interface between the single crystal silicon layer 2 and the oxide film layer 3 formed after the bonding is formed by thermal oxidation, and the interface having good electric characteristics is secured. In the bonding step, for example, a method of directly bonding the two substrates by heat treatment at 300 ° C. for 2 hours can be adopted. In order to further increase the bonding strength, it is necessary to further raise the heat treatment temperature to about 450 ° C. However, there is a large difference in the coefficient of thermal expansion between the quartz substrate and the single crystal silicon substrate. Defects such as cracks occur in the silicon layer, which deteriorates the substrate quality. In order to suppress the occurrence of defects such as cracks,
It is desirable that the single crystal silicon substrate that has been once subjected to the heat treatment for bonding at 300 ° C. be thinned to about 100 to 150 μm by wet etching or CMP, and then heat treated at a higher temperature. In this embodiment, an 80 ° C. KOH aqueous solution was used to perform etching so that the thickness of the single crystal silicon substrate was 150 μm. After that, the bonded substrates are heat-treated again at 450 ° C.,
Improves the bonding strength. Further, as shown in FIG. 5G, this bonded substrate was polished so that the single crystal silicon layer 2 had a thickness of 3 to 5 μm.
【0012】このようにして薄膜化した貼り合わせ基板
は、最後にPACE(PlasmaAssisted
Chemical Etching)法によってシリコ
ン層2の膜厚を0.05〜0.8μm程度までエッチン
グして仕上げる。このPACE処理によって単結晶シリ
コン層2は、例えば膜厚100nmに対しその均一性は
10%以内のものが得られた。以上の工程により遮光層
を有するSOI基板が作製できた。The laminated substrate thus thinned is finally subjected to PACE (Plasma Assisted).
The film thickness of the silicon layer 2 is etched to a thickness of about 0.05 to 0.8 μm by the chemical etching method to finish. By this PACE treatment, the single crystal silicon layer 2 was obtained with a uniformity of 10% or less for a film thickness of 100 nm, for example. Through the above steps, the SOI substrate having the light shielding layer could be manufactured.
【0013】(実施例2)図6及び7は本発明の第2の
実施例を示す図である。図4及び5と同一の符号がつい
ている箇所は、同一の工程で形成される層、あるいは部
材を示す。この実施例においては、図5(e)で示すパ
ターニングされた遮光層付きの支持基板表面を平坦化す
る工程までは、前述の第1の実施例と全く同一である。
図6(a)は、貼り合わせに用いる単結晶シリコン基板
である。この単結晶シリコン基板20は、厚さ600μ
mであり、その表面をあらかじめ0.05〜0.8μm
程度酸化し、酸化膜層3を形成したものである。次に図
6(b)に示すように、単結晶シリコン基板20に水素
イオン14を注入する。例えば本実施例においては、水
素イオン(H+)を加速電圧100keV、ドーズ量1
0E16cm−2にて注入した。この処理によって単結
晶シリコン基板20中に水素イオンの高濃度層15が形
成される。次に図6(c)に示すようにイオン注入した
単結晶シリコン基板20を遮光層4と絶縁層5を形成し
た支持基板1に貼り合わせる。貼り合わせ工程は、例え
ば300℃で2時間の熱処理によって2枚の基板を直接
貼り合わせる方法が採用できる。さらに図7(d)にお
いては貼り合わせた単結晶シリコン基板20の貼り合わ
せ面側の酸化膜3(これがSOI基板完成時には埋め込
み酸化膜となる)と単結晶シリコン層2を支持基板上に
残したまま、単結晶シリコン基板20を支持基板から剥
離するための熱処理を行う。この基板の剥離現象は、単
結晶シリコン基板中に導入された水素イオンによって、
単結晶シリコン基板の表面近傍のある層でシリコンの結
合が分断されるために生じるものである。本実施例にお
いては、貼り合わせた2枚の基板を毎分20℃の昇温速
度にて600℃まで加熱した。この熱処理によって、貼
り合わせた単結晶シリコン基板20が支持基板と分離
し、支持基板表面には約400nmのシリコン酸化膜3
とその上に約200nmの単結晶シリコン層2が形成さ
れた。図7(e)は分離後のSOI基板を示す断面図で
ある。このSOI基板表面は、単結晶シリコン層の表面
に数nm程度の凹凸が残っているため、これを平坦化す
る必要がある。このために本実施例においてはCMP法
を用いて基板表面を微量(研磨量10nm未満)に研磨
するタッチポリッシュを用いた。この平坦化の手法とし
ては他にも水素雰囲気中にて熱処理を行う水素アニール
法を用いることもできる。以上により作製されたSOI
基板は、良好な単結晶シリコン膜厚の均一性を有し、な
おかつ作製するデバイスに対して光リークを抑える遮光
層を有した構造をもつものである。(Embodiment 2) FIGS. 6 and 7 are views showing a second embodiment of the present invention. 4 and 5 indicate the layers or members formed in the same step. In this embodiment, the steps up to the step of planarizing the surface of the supporting substrate with the patterned light shielding layer shown in FIG. 5E are exactly the same as those in the first embodiment.
FIG. 6A shows a single crystal silicon substrate used for bonding. This single crystal silicon substrate 20 has a thickness of 600 μm.
m, and the surface is 0.05 to 0.8 μm in advance.
The oxide film layer 3 is formed by being oxidized to some extent. Next, as shown in FIG. 6B, hydrogen ions 14 are implanted into the single crystal silicon substrate 20. For example, in this embodiment, hydrogen ions (H + ) are used at an acceleration voltage of 100 keV and a dose of 1
It was injected at 0E16 cm −2 . By this treatment, the high concentration layer 15 of hydrogen ions is formed in the single crystal silicon substrate 20. Next, as shown in FIG. 6C, the ion-implanted single crystal silicon substrate 20 is bonded to the support substrate 1 on which the light shielding layer 4 and the insulating layer 5 are formed. In the bonding step, for example, a method of directly bonding the two substrates by heat treatment at 300 ° C. for 2 hours can be adopted. Further, in FIG. 7D, the oxide film 3 (which becomes an embedded oxide film when the SOI substrate is completed) and the single crystal silicon layer 2 on the bonding surface side of the bonded single crystal silicon substrate 20 are left on the supporting substrate. As it is, heat treatment for peeling the single crystal silicon substrate 20 from the supporting substrate is performed. This peeling phenomenon of the substrate is caused by hydrogen ions introduced into the single crystal silicon substrate.
This occurs because the silicon bond is broken in a certain layer near the surface of the single crystal silicon substrate. In this example, the two bonded substrates were heated to 600 ° C. at a heating rate of 20 ° C./min. By this heat treatment, the bonded single crystal silicon substrate 20 is separated from the supporting substrate, and the silicon oxide film 3 of about 400 nm is formed on the supporting substrate surface.
And a single crystal silicon layer 2 having a thickness of about 200 nm was formed thereon. FIG. 7E is a sectional view showing the SOI substrate after separation. Since the surface of this SOI substrate has irregularities of about several nm remaining on the surface of the single crystal silicon layer, it is necessary to flatten it. For this reason, in this embodiment, a touch polish for polishing the substrate surface to a very small amount (polishing amount less than 10 nm) by using the CMP method was used. As the planarization method, a hydrogen annealing method in which heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere can also be used. SOI manufactured by the above
The substrate has a good single crystal silicon film thickness uniformity, and has a structure having a light-shielding layer that suppresses light leakage with respect to a device to be manufactured.
【0014】(実施例3)図8及び9は本発明における
第3の実施例を示す図である。図4〜6と同一の符号が
ついている箇所は、同一の工程で形成される層、あるい
は部材を示す。この実施例においては、図5(e)に示
すパターニングされた遮光層付きの支持基板表面を平坦
化する工程までは、前述第1の実施例と全く同一であ
る。図8(a)は、貼り合わせ用の単結晶シリコン層を
形成するためのシリコン基板である。シリコン基板16
は、厚さ600μmであり、HF/エタノール液中で陽
極酸化することによりその表面を多孔質層17にするこ
とができる。この処理によって表面を12μm程度多孔
質化した単結晶シリコン基板16に水素雰囲気中で10
50℃の熱処理を行うことにより、多孔質層17の表面
を平滑化する。これはこの後にシリコン基板16上に形
成する単結晶シリコン層の欠陥密度を低減し、その品質
を向上させるものである。次に図8(b)に示すよう
に、多孔質シリコン層17の表面を平滑化したシリコン
基板16にエピタキシャル成長により単結晶シリコン層
2を形成する。エピタキシャル成長による単結晶シリコ
ン層2の堆積膜厚は、本実施例においては500nmと
したが、これは本発明の適用範囲を限定するものではな
い。単結晶シリコン層の膜厚は作製しようとするデバイ
スに応じて任意に選択することができる。さらに図8
(c)のように単結晶シリコン層2の表面を50〜40
0nm程度酸化し、酸化膜層3を形成して、これを貼り
合わせ後のSOI基板の埋め込み酸化膜とする。次に図
9(d)に示すように、単結晶シリコン層2および酸化
膜層3を形成した基板を、遮光層4と絶縁層5が形成さ
れた支持基板1に貼り合わせる。貼り合わせ工程は、例
えば300℃で2時間の熱処理によって2枚の基板を直
接貼り合わせる方法が採用できる。次に図9(e)に示
すように、貼り合わせ面側の表面酸化膜3、単結晶シリ
コン層2、および多孔質化したシリコン層17を残して
シリコン基板を研削する。次いで図9(f)に示すよう
に多孔質シリコン層17をエッチングにより除去し、支
持基板上に単結晶シリコン層2を得る。この多孔質シリ
コン層17のエッチングは、HF/H2O2という組成
のエッチング液を用いると、単結晶シリコン層2に対し
て多孔質シリコン層17が高いエッチング選択性を示す
ため、非常に良好な単結晶シリコンの膜厚均一性を保ち
つつ、多孔質シリコンのみを完全に除去することができ
る。このように多孔質シリコン層17を除去したSOI
基板は、単結晶シリコン層2の表面に数nm程度の凹凸
が残っているため、これを平坦化する必要がある。この
ために本実施例においては水素雰囲気中にて熱処理を行
う水素アニール法を用いた。またこの平坦化の手法とし
てはCMP法を用いてSOI基板の単結晶シリコン層2
の表面を微量(研磨量10nm未満)に研磨するタッチ
ポリッシュを用いることもできる。以上により作製され
たSOI基板は、良好な単結晶シリコン膜厚の均一性を
有し、なおかつ作製するデバイスに対して光リークを抑
える遮光層を有した構造をもつものであった。(Embodiment 3) FIGS. 8 and 9 are views showing a third embodiment of the present invention. 4 to 6 indicate the layers or members formed in the same step. In this embodiment, the steps up to the step of flattening the surface of the supporting substrate with the patterned light-shielding layer shown in FIG. 5E are exactly the same as those in the first embodiment. FIG. 8A shows a silicon substrate for forming a single crystal silicon layer for bonding. Silicon substrate 16
Has a thickness of 600 μm, and its surface can be made into the porous layer 17 by anodizing in a HF / ethanol solution. By this treatment, the surface of the single crystal silicon substrate 16 is made porous by about 12 μm in a hydrogen atmosphere.
The surface of the porous layer 17 is smoothed by performing heat treatment at 50 ° C. This reduces the defect density of the single crystal silicon layer formed on the silicon substrate 16 thereafter and improves its quality. Next, as shown in FIG. 8B, the single crystal silicon layer 2 is formed by epitaxial growth on the silicon substrate 16 in which the surface of the porous silicon layer 17 is smoothed. The deposited film thickness of the single crystal silicon layer 2 by epitaxial growth was 500 nm in the present embodiment, but this does not limit the scope of application of the present invention. The thickness of the single crystal silicon layer can be arbitrarily selected according to the device to be manufactured. Furthermore, FIG.
As shown in (c), the surface of the single crystal silicon layer 2 is 50 to 40
Oxidation is performed to about 0 nm to form an oxide film layer 3, which is used as a buried oxide film of the SOI substrate after being bonded. Next, as shown in FIG. 9D, the substrate on which the single crystal silicon layer 2 and the oxide film layer 3 are formed is attached to the supporting substrate 1 on which the light shielding layer 4 and the insulating layer 5 are formed. In the bonding step, for example, a method of directly bonding the two substrates by heat treatment at 300 ° C. for 2 hours can be adopted. Next, as shown in FIG. 9E, the silicon substrate is ground while leaving the surface oxide film 3, the single crystal silicon layer 2 and the porous silicon layer 17 on the bonding surface side. Next, as shown in FIG. 9F, the porous silicon layer 17 is removed by etching to obtain the single crystal silicon layer 2 on the supporting substrate. The etching of the porous silicon layer 17 is very good when the etching liquid having a composition of HF / H 2 O 2 is used, because the porous silicon layer 17 exhibits high etching selectivity with respect to the single crystal silicon layer 2. It is possible to completely remove only porous silicon while maintaining uniform film thickness of single crystal silicon. The SOI with the porous silicon layer 17 thus removed
Since the substrate has irregularities of about several nm remaining on the surface of the single crystal silicon layer 2, it is necessary to flatten it. Therefore, in this embodiment, a hydrogen annealing method is used in which heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere. As the planarization method, the CMP method is used to form the single crystal silicon layer 2 of the SOI substrate.
It is also possible to use a touch polish that polishes the surface of (1) to a minute amount (less than 10 nm). The SOI substrate manufactured as described above had a good uniformity of the single crystal silicon film thickness, and also had a structure having a light-shielding layer for suppressing light leakage with respect to the device to be manufactured.
【0015】(実施例4)図10は、本発明により作製
されたSOI基板を用いたデバイスの好適な例として透
過型液晶パネルの平面レイアウトを示した図である。な
お、この図面は理解を容易にするために説明に不要な箇
所は省略しており、モデル的に描いている。(Embodiment 4) FIG. 10 is a diagram showing a planar layout of a transmissive liquid crystal panel as a preferred example of a device using an SOI substrate manufactured according to the present invention. In addition, in order to facilitate understanding, this drawing omits unnecessary portions and is drawn as a model.
【0016】図10に示すように、透明基板1上には表
示画素領域27があり、画素電極19がマトリクス状に
配置されている。表示画素領域27の周辺には、表示信
号を処理する駆動回路が形成されている。ゲート線駆動
回路21はゲート信号線を順次走査し、データ線駆動回
路22はソース信号線に画像データに応じた画像信号を
供給する。またパッド領域26を介して外部から入力さ
れる画像データを取り込む入力回路23や、これらの回
路を制御するタイミング制御回路24等の回路が設けら
れており、これらの回路はすべて画素電極スイッチング
用のMOSFETと同一工程または異なる工程で形成さ
れるMOSFETを能動素子あるいはスイッチング素子
とし、これに抵抗や容量などの負荷素子組み合わせるこ
とで構成されている。As shown in FIG. 10, the display pixel area 27 is provided on the transparent substrate 1, and the pixel electrodes 19 are arranged in a matrix. A drive circuit that processes a display signal is formed around the display pixel region 27. The gate line drive circuit 21 sequentially scans the gate signal lines, and the data line drive circuit 22 supplies an image signal corresponding to image data to the source signal line. Further, circuits such as an input circuit 23 for taking in image data input from the outside via the pad area 26 and a timing control circuit 24 for controlling these circuits are provided, and all of these circuits are for pixel electrode switching. A MOSFET formed in the same process as or a process different from that of the MOSFET is used as an active element or a switching element, and is combined with a load element such as a resistor or a capacitor.
【0017】図11に図10で述べた液晶パネルのA−
A´線での断面図である。図8に示すように液晶パネル
は、表示画素と駆動回路を形成した基板31と、LCコ
モン電位が印加される透明導電膜(ITO)からなる対
向電極33を有する透明基板32が一定間隔をおいて配
置され、周辺をシール材35で封止された隙間内に周知
のTN(Twisted Nematic)型液晶34
または電圧無印加状態で液晶分子がほぼ垂直に配向され
たSH(Super Homeotropic)型液晶
などが充填されて液晶パネル30として構成されてい
る。なお、外部から信号を入力できるように、パッド領
域26は上記シール材35の外側に来るようにシール材
を設ける位置が設定されている。FIG. 11 shows the A- of the liquid crystal panel described in FIG.
It is sectional drawing in the A'line. As shown in FIG. 8, the liquid crystal panel includes a substrate 31 on which display pixels and drive circuits are formed, and a transparent substrate 32 having a counter electrode 33 made of a transparent conductive film (ITO) to which an LC common potential is applied. Well-known TN (Twisted Nematic) type liquid crystal 34 is disposed in a gap whose periphery is sealed by a sealing material 35.
Alternatively, an SH (Super Homeotropic) type liquid crystal in which liquid crystal molecules are substantially vertically aligned in a state where no voltage is applied is filled to form a liquid crystal panel 30. Note that the pad area 26 is set at a position where the seal material is provided so as to be outside the seal material 35 so that a signal can be input from the outside.
【0018】図12は本発明により作製されたSOI基
板を用いた透過型液晶パネルの画素部分の拡大平面図で
ある。各画素には画素への電荷書き込みを制御するトラ
ンジスタ素子としてMOSFETが形成されている。各
画素にはチャネル、ソースおよびドレイン領域となる単
結晶シリコン層2が設けられMOSFETを成し、その
一端子はゲート線6に、また、他の一端子はソース線9
に、残る一端子は表示画素の画素電極19へつながるド
レイン電極8に接続されている。またMOSFETのチ
ャネル領域の遮光、および表示画素間の光漏れを防ぐた
めに上部遮光層11を形成している。この液晶パネルの
最大の特徴は、各表示画素の制御用MOSFETおよび
表示信号処理、入力回路、並びにタイミング制御回路を
構成するMOSFETの形成領域の下には、すべてSO
I基板作製の際に形成された遮光層4が配置される構造
となっている点である。FIG. 12 is an enlarged plan view of a pixel portion of a transmissive liquid crystal panel using an SOI substrate manufactured according to the present invention. A MOSFET is formed in each pixel as a transistor element for controlling charge writing to the pixel. Each pixel is provided with a single crystal silicon layer 2 serving as a channel, a source and a drain region to form a MOSFET, one terminal of which is a gate line 6 and the other terminal is a source line 9
The remaining one terminal is connected to the drain electrode 8 connected to the pixel electrode 19 of the display pixel. Further, the upper light shielding layer 11 is formed in order to shield the channel region of the MOSFET and prevent light leakage between display pixels. The most important feature of this liquid crystal panel is that the control MOSFET of each display pixel, the display signal processing, the input circuit, and the MOSFET forming the timing control circuit are all under the formation area of SO.
This is a structure in which the light shielding layer 4 formed when the I substrate is manufactured is arranged.
【0019】これについて図13を用いて詳しく説明す
る。図13は図12で示した表示画素領域に設けられた
MOSFETのB−B’における断面構造を示す図であ
る。MOSFETのチャネル領域2aと透明な支持基板
1との間には、チャネル領域2aを覆うように遮光層4
が設けられており、基板裏面側からのいかなる入射光も
遮ることができる構造となっている。例えば従来のSO
I構造では遮光できなかった基板裏面からの直接的な入
射光12cや、基板裏面での反射光12bなどに対して
本発明の遮光層4は有効な遮光性を発揮する。ここでは
遮光層の例として表示画素部のMOSFET構造を示し
たが、この構造は表示画素エリア周辺に形成された駆動
回路を構成するMOSFETにも同様に適用されてい
る。This will be described in detail with reference to FIG. FIG. 13 is a diagram showing a cross-sectional structure taken along the line BB ′ of the MOSFET provided in the display pixel region shown in FIG. Between the channel region 2a of the MOSFET and the transparent support substrate 1, a light shielding layer 4 is formed so as to cover the channel region 2a.
Is provided, so that any incident light from the back surface side of the substrate can be blocked. For example, conventional SO
The light-shielding layer 4 of the present invention exhibits an effective light-shielding property with respect to the direct incident light 12c from the back surface of the substrate, the reflected light 12b on the back surface of the substrate, etc., which could not be shielded by the I structure. Here, the MOSFET structure of the display pixel portion is shown as an example of the light-shielding layer, but this structure is similarly applied to the MOSFET forming the driving circuit formed in the periphery of the display pixel area.
【0020】遮光層4と絶縁層5が設けられた支持基板
1の上には酸化膜層3があり、さらに単結晶シリコン層
をパターニングして形成したMOSFETのソース領域
2b、チャネル領域2a、およびドレイン領域2cがあ
り、この単結晶シリコン領域はこれを表面酸化して形成
したゲート絶縁膜2dで覆われている。ゲート絶縁膜5
上にはゲート電極6があり、MOSFETの単結晶シリ
コン領域とゲート電極6は第1の層間膜7によって覆わ
れている。さらにソース線9とドレイン線8が第1の層
間膜7の開口部を介してそれぞれソース領域2b、ドレ
イン領域2cに接続している。この上に更に第2の層間
膜10が形成され、上部遮光層11と画素電極19は第
2の層間膜10上に形成されている。なお、画素電極1
9は第2の層間膜10の開口部を介してドレイン電極8
と接続されており、上部遮光層11は黒色ポリイミド樹
脂などの不透明絶縁性の材料で形成され、画素電極間の
光漏れを防ぐ構造となっている。An oxide film layer 3 is provided on a support substrate 1 provided with a light shielding layer 4 and an insulating layer 5, and a source region 2b, a channel region 2a, and a source region 2b of a MOSFET formed by patterning a single crystal silicon layer. There is a drain region 2c, and this single crystal silicon region is covered with a gate insulating film 2d formed by surface-oxidizing the single crystal silicon region. Gate insulating film 5
There is a gate electrode 6 on the upper side, and the single crystal silicon region of the MOSFET and the gate electrode 6 are covered with a first interlayer film 7. Further, the source line 9 and the drain line 8 are connected to the source region 2b and the drain region 2c, respectively, through the openings of the first interlayer film 7. A second interlayer film 10 is further formed thereon, and the upper light-shielding layer 11 and the pixel electrode 19 are formed on the second interlayer film 10. The pixel electrode 1
9 is the drain electrode 8 through the opening of the second interlayer film 10.
The upper light-shielding layer 11 is formed of an opaque insulating material such as black polyimide resin and has a structure for preventing light leakage between pixel electrodes.
【0021】上記実施例では透過型液晶パネルを例にし
て説明したが、これは本発明の用途を限定するものでは
なく、透過型の表示モードを用いる他のディスプレイデ
バイスや光学的な情報を読みとるイメージ入力デバイス
などさまざまな半導体装置にも適用できることは明らか
である。その際においても前記半導体装置を駆動するト
ランジスタ素子等は前記実施例のごとくSOI基板に設
けられた遮光層上に形成すればよい。In the above embodiment, the transmissive liquid crystal panel has been described as an example, but this does not limit the application of the present invention, and other display devices using the transmissive display mode and reading optical information. Obviously, it can be applied to various semiconductor devices such as image input devices. Also in this case, the transistor element or the like for driving the semiconductor device may be formed on the light shielding layer provided on the SOI substrate as in the above embodiment.
【0022】なお、遮光層のパターンは、その上に形成
されるトランジスタの配置によって決定されるため、基
板の貼り合わせ工程は、目的とする半導体デバイス作製
プロセスの一部として含まれることが望ましい。このよ
うに基板製造プロセスとデバイス製造プロセスをつなげ
ることにより、デバイス側のニーズにあった高性能な基
板を用いたトータルプロセスを構築することが可能とな
り、デバイスの高性能化とプロセスコストの低減をも達
成することができる。Since the pattern of the light-shielding layer is determined by the arrangement of the transistors formed thereon, it is desirable that the substrate bonding step be included as part of the intended semiconductor device manufacturing process. By connecting the substrate manufacturing process and the device manufacturing process in this way, it is possible to build a total process using a high-performance substrate that meets the needs of the device side, and to improve the device performance and reduce the process cost. Can also be achieved.
【0023】[0023]
【発明の効果】このように本発明によるSOI基板は、
透明な支持基板と、その上に形成される半導体薄膜層と
の間に遮光層を設けたため、基板裏面からの直接入射光
や、基板裏面で反射した光がトランジスタ素子形成領域
に侵入して光リークの発生を防ぐことができる。このた
め本発明のSOI基板を用いれば光を用いる用途に対し
てもデバイスを作製することが可能となる。As described above, the SOI substrate according to the present invention is
Since a light-shielding layer was provided between the transparent support substrate and the semiconductor thin film layer formed on top of it, the light directly incident from the back surface of the substrate and the light reflected from the back surface of the substrate enter the transistor element formation area and Leakage can be prevented. Therefore, by using the SOI substrate of the present invention, it becomes possible to manufacture a device even for the use of light.
【図1】本発明第1の実施例におけるSOI基板の断面
図。FIG. 1 is a sectional view of an SOI substrate according to a first embodiment of the present invention.
【図2】従来製造されている貼り合わせ法を用いたSO
I基板の断面図。FIG. 2 SO using a conventionally manufactured bonding method
Sectional drawing of I board | substrate.
【図3】従来の貼り合わせ法によるSOI基板を用いて
作製したMOSFETの遮光手段を示す断面構造図。FIG. 3 is a cross-sectional structural view showing a light shielding means of a MOSFET manufactured using an SOI substrate by a conventional bonding method.
【図4】本発明第1の実施例におけるSOI基板の製造
工程を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of an SOI substrate according to the first embodiment of the present invention.
【図5】本発明第1の実施例におけるSOI基板の製造
工程を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of the SOI substrate according to the first embodiment of the present invention.
【図6】本発明第2の実施例におけるSOI基板の製造
工程を示す図。FIG. 6 is a view showing a manufacturing process of an SOI substrate according to the second embodiment of the present invention.
【図7】本発明第2の実施例におけるSOI基板の製造
工程を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a manufacturing process of an SOI substrate according to the second embodiment of the present invention.
【図8】本発明第3の実施例におけるSOI基板の製造
工程を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a manufacturing process of an SOI substrate according to the third embodiment of the present invention.
【図9】本発明第3の実施例におけるSOI基板の製造
工程を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a process of manufacturing an SOI substrate according to the third embodiment of the present invention.
【図10】本発明第4の実施例における液晶パネルの平
面図。FIG. 10 is a plan view of a liquid crystal panel according to a fourth embodiment of the present invention.
【図11】本発明第4の実施例における液晶パネルの断
面図。FIG. 11 is a sectional view of a liquid crystal panel according to a fourth embodiment of the present invention.
【図12】本発明第4の実施例における液晶パネルの基
板上に作製された表示画素部の平面レイアウト図。FIG. 12 is a plan layout view of a display pixel portion manufactured on a substrate of a liquid crystal panel according to a fourth embodiment of the present invention.
【図13】本発明における第4の実施例で液晶パネルの
基板上に作製されたMOSFETの断面構造図。FIG. 13 is a sectional structural view of a MOSFET manufactured on a substrate of a liquid crystal panel according to a fourth embodiment of the present invention.
1 透明支持基板 2 単結晶シリコン薄膜 2a MOSFETチャネル領域 2b MOSFETソース領域 2c MOSFETドレイン領域 2d MOSFETゲート酸化膜 3 表面酸化による埋め込み酸化膜 4 遮光層 5 絶縁層 6 ゲート電極 7 第1の層間膜 8 ドレイン電極 9 ソース電極および信号線 10 第2の層間膜 11 上部遮光層 12a 基板表面側からの入射光 12b 基板表面から入射し支持基板で反射すした光 12c 基板裏面からの入射光 13 フォトレジストマスク 14 水素イオンビーム 15 シリコン基板中に打ち込まれた水素イオン層 16 シリコン基板 17 多孔質シリコン層 19 画素電極 20 単結晶シリコン基板 21 データ線駆動回路 22 ゲート線駆動回路 23 入力回路 24 タイミング制御回路 26 パッド領域 27 表示画素領域 30 液晶パネル 31 液晶パネル素子基板 32 透明基板 33 対向電極 34 液晶層 35 シール材 1 transparent support substrate 2 Single crystal silicon thin film 2a MOSFET channel region 2b MOSFET source region 2c MOSFET drain region 2d MOSFET gate oxide film 3 Embedded oxide film by surface oxidation 4 Light-shielding layer 5 insulating layers 6 Gate electrode 7 First interlayer film 8 drain electrode 9 Source electrode and signal line 10 Second interlayer film 11 Upper light-shielding layer 12a Incident light from the substrate surface side 12b Light incident on the surface of the substrate and reflected by the supporting substrate 12c Incident light from the backside of the substrate 13 Photoresist mask 14 Hydrogen ion beam 15 Hydrogen ion layer implanted in silicon substrate 16 Silicon substrate 17 Porous silicon layer 19 pixel electrodes 20 Single crystal silicon substrate 21 Data line drive circuit 22 Gate line drive circuit 23 Input circuit 24 Timing control circuit 26 Pad area 27 display pixel area 30 LCD panel 31 LCD panel element substrate 32 transparent substrate 33 Counter electrode 34 Liquid crystal layer 35 Seal material
Claims (6)
程と、前記支持基板上及び前記遮光層上に絶縁体層を形
成する工程と、単結晶シリコン基板の一方の面に酸化層
を形成する工程と、前記支持基板の絶縁体層上に前記単
結晶シリコン基板の酸化層を熱処理により貼り合わせる
工程と、前記単結晶シリコン基板をエッチング処理によ
り薄くして単結晶シリコン層を形成する工程と、前記エ
ッチング後に前記熱処理より高温の熱処理をする工程
と、 を備えることを特徴とするSOI基板の製造方法。Formation and 1. A process for the light-shielding layer pattern formed on the support substrate, forming an insulating layer on said supporting substrate and said shading layer, the oxide layer on one surface of the single crystal silicon substrate And a step of bonding the oxide layer of the single crystal silicon substrate on the insulator layer of the supporting substrate by heat treatment, and the single crystal silicon substrate by etching treatment.
Forming a single crystal silicon layer by thinning
A heat treatment at a higher temperature than the above heat treatment after etching
And a method for manufacturing an SOI substrate.
と比較して500nmから1000nmまで厚いことを
特徴とする請求項1に記載のSOI基板の製造方法。 2. The thickness of the insulator layer is the thickness of the light shielding layer.
Thicker from 500nm to 1000nm compared to
The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 1, wherein
前記単結晶シリコン層により形成されるトランジスタ素Transistor element formed of the single crystal silicon layer
子領域を覆うべくパターニングされることを特徴とするCharacterized by being patterned to cover the child area
請求項1に記載のSOI基板の製造方法。The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 1.
造方法で製造されたSOI基板。 4. The manufacturing method according to claim 1.
An SOI substrate manufactured by the manufacturing method.
されたSOI基板を用いた半導体装置。Device using the completed SOI substrate.
されたSOI基板を用いた液晶パネル。LCD panel using the manufactured SOI substrate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10451897A JP3531415B2 (en) | 1997-04-22 | 1997-04-22 | SOI substrate, method of manufacturing the same, semiconductor device and liquid crystal panel using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10451897A JP3531415B2 (en) | 1997-04-22 | 1997-04-22 | SOI substrate, method of manufacturing the same, semiconductor device and liquid crystal panel using the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10293320A JPH10293320A (en) | 1998-11-04 |
JP3531415B2 true JP3531415B2 (en) | 2004-05-31 |
Family
ID=14382722
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10451897A Expired - Fee Related JP3531415B2 (en) | 1997-04-22 | 1997-04-22 | SOI substrate, method of manufacturing the same, semiconductor device and liquid crystal panel using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3531415B2 (en) |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6358759B1 (en) | 1999-07-16 | 2002-03-19 | Seiko Epson Corporation | Method for manufacturing electro-optical device, electro-optical device, and electronic equipment |
JP3889533B2 (en) | 1999-09-22 | 2007-03-07 | シャープ株式会社 | Liquid crystal display device and manufacturing method thereof |
JP4843840B2 (en) * | 2000-09-25 | 2011-12-21 | セイコーエプソン株式会社 | Electro-optical device substrate manufacturing method, electro-optical device substrate, electro-optical device, and electronic apparatus |
US6661025B2 (en) | 2000-09-22 | 2003-12-09 | Seiko Epson Corporation | Method of manufacturing electro-optical apparatus substrate, electro-optical apparatus substrate, electro-optical apparatus and electronic apparatus |
US6583440B2 (en) * | 2000-11-30 | 2003-06-24 | Seiko Epson Corporation | Soi substrate, element substrate, semiconductor device, electro-optical apparatus, electronic equipment, method of manufacturing the soi substrate, method of manufacturing the element substrate, and method of manufacturing the electro-optical apparatus |
JP3909583B2 (en) | 2001-08-27 | 2007-04-25 | セイコーエプソン株式会社 | Manufacturing method of electro-optical device |
JP4772258B2 (en) * | 2002-08-23 | 2011-09-14 | シャープ株式会社 | Manufacturing method of SOI substrate |
US7119365B2 (en) | 2002-03-26 | 2006-10-10 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and manufacturing method thereof, SOI substrate and display device using the same, and manufacturing method of the SOI substrate |
US7192812B2 (en) | 2002-12-20 | 2007-03-20 | Seiko Epson Corporation | Method for manufacturing electro-optical substrate |
US8130335B2 (en) | 2007-02-13 | 2012-03-06 | Seiko Epson Corporation | Electro-optic substrate, electro-optic device, method of designing the electro-optic substrate, and electronic device |
US8110832B2 (en) | 2007-02-22 | 2012-02-07 | Seiko Epson Corporation | Electro-optical substrate, method for designing the same, electro-optical device, and electronic apparatus |
JP5396772B2 (en) * | 2008-08-11 | 2014-01-22 | セイコーエプソン株式会社 | Electro-optical device design method |
WO2010089831A1 (en) | 2009-02-05 | 2010-08-12 | シャープ株式会社 | Semiconductor device and method for producing the same |
CN102473643B (en) | 2009-10-02 | 2015-04-01 | 夏普株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
JP2016053722A (en) * | 2015-10-20 | 2016-04-14 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Semiconductor device |
JP2017004013A (en) * | 2016-09-13 | 2017-01-05 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Semiconductor device |
JP2018170510A (en) * | 2018-06-04 | 2018-11-01 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Semiconductor device |
JP6466614B2 (en) * | 2018-06-04 | 2019-02-06 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Liquid crystal display |
-
1997
- 1997-04-22 JP JP10451897A patent/JP3531415B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10293320A (en) | 1998-11-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3531415B2 (en) | SOI substrate, method of manufacturing the same, semiconductor device and liquid crystal panel using the same | |
JP4553991B2 (en) | Manufacturing method of electro-optical device | |
EP0530972B1 (en) | Liquid crystal image display unit | |
KR100505804B1 (en) | A manufacturing method of semiconductor substrate, semiconductor substrate, electrooptic apparatus and electronic eqipment | |
US6331473B1 (en) | SOI substrate, method for making the same, semiconductive device and liquid crystal panel using the same | |
TWI293498B (en) | Transistor and method of manufacturing the same, electro-optical device, semiconductor device, and electronic apparatus | |
JPH1117185A (en) | Liquid crystal display device and method of manufacturing the same | |
KR100538598B1 (en) | Electrooptical device, method for manufacturing the same, liquid crystal device and projection display device | |
JP2002110998A (en) | Electro-optical substrate and method of manufacturing the same, electro-optical device and electronic apparatus | |
JP4017240B2 (en) | Thin film transistor manufacturing method | |
JP2824818B2 (en) | Active matrix liquid crystal display | |
JP2001257355A (en) | Electro-optical substrate, electro-optical device and electronic equipment | |
JP2002110993A (en) | Electro-optical substrate and method of manufacturing the same, electro-optical device and electronic apparatus | |
JP4366953B2 (en) | Method for manufacturing composite semiconductor substrate | |
JPH07248508A (en) | Liquid crystal display device | |
JP2835580B2 (en) | Semiconductor device for driving a flat light valve | |
JP4366954B2 (en) | Method for manufacturing composite semiconductor substrate | |
JP2005166911A (en) | Semiconductor device manufacturing method, semiconductor device, electro-optical device manufacturing method, electro-optical device, and electronic apparatus | |
JP2004273922A (en) | Method of manufacturing thin film transistor, thin film transistor, display device, and electronic device | |
JP2003270664A (en) | Manufacturing method of electro-optical device | |
JP2004281878A (en) | Semiconductor substrate manufacturing method, semiconductor substrate manufactured thereby, electro-optical device, and electronic equipment | |
JP4366983B2 (en) | Method for manufacturing composite semiconductor substrate | |
JP2003142665A (en) | Semiconductor substrate manufacturing method, semiconductor substrate, electro-optical device, and electronic equipment | |
JP4556376B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor substrate | |
JP2003142667A (en) | Semiconductor substrate manufacturing method, semiconductor substrate, electro-optical device, and electronic equipment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040210 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040223 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080312 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090312 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090312 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100312 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100312 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110312 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120312 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120312 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130312 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140312 Year of fee payment: 10 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |