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JP4693938B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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JP4693938B2
JP4693938B2 JP2010207625A JP2010207625A JP4693938B2 JP 4693938 B2 JP4693938 B2 JP 4693938B2 JP 2010207625 A JP2010207625 A JP 2010207625A JP 2010207625 A JP2010207625 A JP 2010207625A JP 4693938 B2 JP4693938 B2 JP 4693938B2
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silicon
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single crystal
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舜平 山崎
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Description

本明細書で開示する発明は、絶縁表面を有する基板上に形成された単結晶半導体薄膜を
利用した半導体装置に関する。特に、基板として安価で耐熱性の高い結晶化ガラス(セラ
ミックスガラスとも呼ばれる)を用いる。
The invention disclosed in this specification relates to a semiconductor device using a single crystal semiconductor thin film formed over a substrate having an insulating surface. In particular, crystallized glass (also called ceramic glass) that is inexpensive and has high heat resistance is used as the substrate.

なお、本明細書中では薄膜トランジスタ(以下、TFT)、半導体回路、電気光学装置
および電子機器を全て「半導体装置」に範疇に含めて扱う。即ち、半導体特性を利用して
機能しうる装置全てを半導体装置と呼ぶ。
Note that in this specification, a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT), a semiconductor circuit, an electro-optical device, and an electronic device are all included in the category of “semiconductor device”. That is, all devices that can function using semiconductor characteristics are called semiconductor devices.

従って、上記特許請求の範囲に記載された半導体装置は、TFT等の単体素子だけでな
く、それを集積化した半導体回路や電気光学装置およびそれらを部品として搭載した電子
機器をも包含する。
Therefore, the semiconductor device described in the claims includes not only a single element such as a TFT but also a semiconductor circuit or an electro-optical device in which the semiconductor device is integrated, and an electronic device in which they are mounted as components.

近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜(厚さ数十〜数百nm程度)を用
いて薄膜トランジスタ(TFT)を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタは
特に画像表示装置(例えば液晶表示装置:LCD)のスイッチング素子としての開発が急
がれている。
In recent years, a technique for forming a thin film transistor (TFT) using a semiconductor thin film (having a thickness of about several tens to several hundreds nm) formed on a substrate having an insulating surface has attracted attention. Thin film transistors are particularly urgently developed as switching elements for image display devices (for example, liquid crystal display devices: LCDs).

また、液晶表示装置においてはマトリクス状に配列された画素を個々に制御する画素マ
トリクス回路、画素マトリクス回路を制御するドライバー回路、さらに外部からのデータ
信号を処理するロジック回路(演算回路、メモリ回路、クロックジェネレータなど)等を
同一基板上に作り込む試みがなされている。
In a liquid crystal display device, a pixel matrix circuit that individually controls pixels arranged in a matrix, a driver circuit that controls the pixel matrix circuit, and a logic circuit (arithmetic circuit, memory circuit, Attempts have been made to build a clock generator on the same substrate.

その様なモノリシック型LCDを実現するために、さらに動作速度の速いTFT回路が
必要とされ、そのために極めてキャリア移動度の高い半導体層が必要となってきている。
In order to realize such a monolithic LCD, a TFT circuit having a higher operating speed is required, and for this purpose, a semiconductor layer having an extremely high carrier mobility is required.

その様な流れの中で、SOI技術が注目されている。特に、単結晶シリコン薄膜を合成
石英などの基板上に形成する技術としてスマートカット法と呼ばれる技術が注目されてい
る。
In such a trend, SOI technology has attracted attention. In particular, a technique called a smart cut method has attracted attention as a technique for forming a single crystal silicon thin film on a substrate such as synthetic quartz.

スマートカット法(1996年、フランスのSOITEC社が発表)とは貼り合わせSOI技術の
一つであり、水素脆化を積極的に利用するものである。ここでスマートカット法の簡単な
手順を図2に説明する。
The smart cut method (announced by SOIITEC in France in 1996) is one of the bonded SOI technologies and actively uses hydrogen embrittlement. Here, a simple procedure of the smart cut method will be described with reference to FIG.

まず、ボンドウェハ201を熱酸化することで熱酸化膜202を形成し、その後、イオ
ンインプランテーション法により水素イオン(H+ )を添加する。水素イオンの添加工程
によってボンドウェハ201内には、水素で終端された微小な空洞(micro cavity)20
3が形成される。本明細書では、この微小な空洞203を水素打ち込み層と呼ぶことにす
る。(図2(A))
First, a thermal oxide film 202 is formed by thermally oxidizing the bond wafer 201, and then hydrogen ions (H + ) are added by an ion implantation method. A hydrogen cavity terminated microcavity 20 is formed in the bond wafer 201 by the hydrogen ion addition process.
3 is formed. In this specification, the minute cavity 203 is referred to as a hydrogen implantation layer. (Fig. 2 (A))

次に、上記処理を終えたボンドウェハ201と、後に薄膜の支持基板となるベースウェ
ハ204とを室温で貼り合わせ、500 ℃程度の加熱処理を施す。この加熱処理によって上
述の水素打ち込み層では水素脆化が生じ、水素脆化による破断層205が形成される。(
図2(B))
Next, the bond wafer 201 that has been subjected to the above treatment and a base wafer 204 that will later become a thin film support substrate are bonded together at room temperature, and a heat treatment at about 500 ° C. is performed. By this heat treatment, hydrogen embrittlement occurs in the hydrogen implantation layer described above, and a fracture layer 205 is formed by hydrogen embrittlement. (
(Fig. 2 (B))

こうして水素脆化によ破断層205が形成されると単結晶シリコン薄膜206のみを残
して容易にボンドウェハ201が剥がれる。(図2(C))
When the fracture layer 205 is formed by hydrogen embrittlement in this way, the bond wafer 201 is easily peeled leaving only the single crystal silicon thin film 206. (Fig. 2 (C))

従って、ベースウェハ204上には下地となる熱酸化膜202と単結晶シリコン薄膜2
06が形成される。なお、この時の単結晶シリコン薄膜206の膜厚は図2(A)におけ
る熱酸化膜202の膜厚と水素イオン注入の打ち込み深さによって決定される。
Accordingly, the base thermal oxide film 202 and the single crystal silicon thin film 2 are formed on the base wafer 204.
06 is formed. The film thickness of the single crystal silicon thin film 206 at this time is determined by the film thickness of the thermal oxide film 202 and the implantation depth of hydrogen ion implantation in FIG.

こうして図2(C)の状態が得られたら、10nmオーダーの浅い研摩(タッチポリッシュ
)を行い、さらに1000〜1100℃程度の温度で2時間ぐらいの加熱処理を行って結合力の強
い単結晶シリコン薄膜207を得る。(図2(D))
When the state of FIG. 2C is obtained in this way, shallow polishing (touch polishing) of the order of 10 nm is performed, and further, heat treatment is performed at a temperature of about 1000 to 1100 ° C. for about 2 hours, and the single crystal silicon having strong bonding strength A thin film 207 is obtained. (Fig. 2 (D))

以上の様に、スマートカット法は非常に簡易な手段で単結晶シリコン薄膜を得られると
いう利点を有している。また、これまでの貼り合わせSOI基板ほど単結晶シリコン層の
膜厚が研摩精度に影響されないので、非常に膜厚の均一性が高い。
As described above, the smart cut method has an advantage that a single crystal silicon thin film can be obtained by a very simple means. Further, since the film thickness of the single crystal silicon layer is not affected by the polishing accuracy as compared with the past bonded SOI substrates, the film thickness is very uniform.

また、最近ではこのスマートカット法を利用して合成石英の上に単結晶シリコン薄膜を
形成する試みもなされている。(阿部孝夫:第24回アモルファス物質の物性と応用セミナ
ーテキスト,p.25-32,1997)
Recently, an attempt has been made to form a single crystal silicon thin film on synthetic quartz using this smart cut method. (Takao Abe: 24th Amorphous Material Properties and Application Seminar Text, p.25-32, 1997)

しかしながら、この報告によると合成石英とシリコンウェハ(ボンドウェハ)とを貼り
合わせると熱膨張係数の差が大きいため300 ℃程度の加熱で破壊が起こる。従って、同報
告ではボンドウェハを200 ℃前後で貼り合わせた後、50μmまで平面研摩(またはエッチ
ング)して、その後で500 ℃の加熱処理を施して貼り合わせを完了している。
However, according to this report, when synthetic quartz and a silicon wafer (bond wafer) are bonded together, the difference in thermal expansion coefficient is large, so that destruction occurs when heated to about 300 ° C. Therefore, in the same report, after bonding the bond wafer at around 200 ° C., planar polishing (or etching) to 50 μm, and then performing heat treatment at 500 ° C. to complete the bonding.

以上の様に、合成石英上にスマートカット法を利用して単結晶シリコン層を形成するに
は、熱膨張係数の差という問題があって貼り合わせ工程が煩雑になるという欠点がある。
As described above, forming a single crystal silicon layer on a synthetic quartz by using the smart cut method has a problem that a bonding process becomes complicated due to a problem of a difference in thermal expansion coefficient.

また、単結晶シリコン層を利用してTFTを形成し、モノリシック型LCDを実現する
という目的を考えると、高価な石英基板を用いることは全体のコストを増加させるため、
好ましいものではない。
Further, considering the purpose of forming a TFT using a single crystal silicon layer and realizing a monolithic LCD, using an expensive quartz substrate increases the overall cost.
It is not preferable.

本願発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、スマートカット法で得られる単結
晶シリコン薄膜を用いた半導体装置を、安価な製造コストで実現するための技術を提供す
ることを課題とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a technique for realizing a semiconductor device using a single crystal silicon thin film obtained by a smart cut method at a low manufacturing cost. .

本明細書で開示する発明の構成は、
歪点が750℃以上であるガラス基板と、
前記ガラス基板の少なくとも表面及び裏面に対して形成された絶縁性シリコン膜と、
前記絶縁性シリコン膜上に形成された単結晶シリコン薄膜をチャネル形成領域とするT
FTと、
を構成に含むことを特徴とする。
The configuration of the invention disclosed in this specification is as follows.
A glass substrate having a strain point of 750 ° C. or higher;
An insulating silicon film formed on at least the front and back surfaces of the glass substrate;
A single crystal silicon thin film formed on the insulating silicon film is used as a channel formation region.
FT,
Is included in the configuration.

また、他の発明の構成は、
歪点が750℃以上であるガラス基板と、
前記ガラス基板の外周囲を覆って形成された絶縁性シリコン膜と、
前記絶縁性シリコン膜上に形成された単結晶シリコン薄膜をチャネル形成領域とするT
FTと、
を構成に含むことを特徴とする。
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
A glass substrate having a strain point of 750 ° C. or higher;
An insulating silicon film formed to cover the outer periphery of the glass substrate;
A single crystal silicon thin film formed on the insulating silicon film is used as a channel formation region.
FT,
Is included in the configuration.

また、他の発明の構成は、
歪点が750℃以上であるガラス基板の全面に対して非晶質半導体薄膜を形成する工程
と、
第1の加熱処理により前記非晶質半導体薄膜を酸化し、完全に熱酸化膜に変成させる工
程と、
スマートカット法により前記ガラス基板の主表面側に単結晶シリコン薄膜を形成する工
程と、
を含むことを特徴とする。
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
Forming an amorphous semiconductor thin film on the entire surface of the glass substrate having a strain point of 750 ° C. or higher;
Oxidizing the amorphous semiconductor thin film by a first heat treatment to completely transform it into a thermal oxide film;
Forming a single crystal silicon thin film on the main surface side of the glass substrate by a smart cut method;
It is characterized by including.

また、他の発明の構成は、
歪点が750℃以上であるガラス基板の全面に対して減圧熱CVD法により絶縁性シリ
コン膜を形成する工程と、
スマートカット法により前記ガラス基板の主表面側に単結晶シリコン薄膜を形成する工
程と、
を含むことを特徴とする。
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
A step of forming an insulating silicon film on the entire surface of a glass substrate having a strain point of 750 ° C. or higher by a low pressure thermal CVD method;
Forming a single crystal silicon thin film on the main surface side of the glass substrate by a smart cut method;
It is characterized by including.

本願発明の重要な構成要件としては、
(1)基板として 750℃以上の温度に耐えうる耐熱性を有するガラス基板(歪点が 750
℃以上であるガラス基板)を用いる。
(2)上記高耐熱性ガラス基板の外周面(少なくとも表面及び裏面、好ましくは全面)
を絶縁性シリコン膜で保護する。
(3)絶縁性シリコン膜で包まれた上記高耐熱性ガラス基板上に、スマートカット法を
用いて単結晶シリコン薄膜を形成する。
という3点が挙げられる。
As important constituent requirements of the present invention,
(1) As a substrate, a glass substrate having heat resistance capable of withstanding temperatures of 750 ° C. or higher (with a strain point of 750
A glass substrate that is at or above ° C is used.
(2) Outer peripheral surface (at least front surface and back surface, preferably entire surface) of the high heat-resistant glass substrate
Is protected with an insulating silicon film.
(3) A single crystal silicon thin film is formed on the high heat resistant glass substrate wrapped with the insulating silicon film by using a smart cut method.
There are three points.

スマートカット法により基板上に貼り合わされた単結晶シリコン薄膜は800〜1200℃(
好ましくは900〜1100℃)の加熱処理を施すことで完全な結合力が得られる。そのため、
ベース基板としては歪点が少なくとも 750℃以上である基板を用いる必要がある。
Single crystal silicon thin film bonded on the substrate by the smart cut method is 800 ~ 1200 ℃ (
A perfect bonding force can be obtained by heat treatment (preferably 900 to 1100 ° C.). for that reason,
As the base substrate, it is necessary to use a substrate having a strain point of at least 750 ° C. or more.

その様な基板としては石英基板がまず考えられるが、前述の様に石英基板は高価である
ため全体的なコストを上げてしまう。また、石英の熱膨張係数は0.48×10-6-1であり、
シリコンの熱膨張係数(約4.15×10-6-1)の1/10程度と小さい。即ち、シリコンとの間
に応力を発生しやすく、加熱処理の際にシリコンのピーリング(膜剥がれ)などを引き起
こしやすい。
As such a substrate, a quartz substrate can be considered first, but the quartz substrate is expensive as described above, which increases the overall cost. In addition, the thermal expansion coefficient of quartz is 0.48 × 10 -6-1
It is as small as 1/10 of the thermal expansion coefficient of silicon (approximately 4.15 × 10 -6 ° C -1 ). That is, stress is easily generated between the silicon and silicon, and silicon peeling (film peeling) is likely to occur during the heat treatment.

そこで、本願発明では歪点が 750℃以上(代表的には800〜1200℃、好ましくは900〜1100℃)である耐熱性の高い結晶化ガラスを基板として用いる。結晶化ガラスは石英よりも薄くできるため、LCDの製造コストを安く抑えられる。また、ガラス基板であるため大版化が可能であり、多面取りによるコストダウンも図れる。   Therefore, in the present invention, crystallized glass with high heat resistance having a strain point of 750 ° C. or higher (typically 800 to 1200 ° C., preferably 900 to 1100 ° C.) is used as the substrate. Since crystallized glass can be made thinner than quartz, LCD manufacturing costs can be reduced. In addition, since it is a glass substrate, it can be enlarged and cost reduction can be achieved by multi-cavity.

さらに、熱膨張係数は結晶化ガラスを構成する成分組成を適切なものとすることで容易
に変えることができるため、単結晶シリコン薄膜の熱膨張係数に近いものを選択すること
ができる。即ち、熱膨張係数の差を極めて小さくすることができるので従来の様な膜剥が
れなどがなくなり、従来例で述べた様な煩雑な工程を行う必要がない。
Furthermore, since the thermal expansion coefficient can be easily changed by making the component composition constituting the crystallized glass appropriate, a coefficient close to the thermal expansion coefficient of the single crystal silicon thin film can be selected. That is, since the difference in thermal expansion coefficient can be made extremely small, there is no film peeling as in the prior art, and there is no need to perform a complicated process as described in the conventional example.

ただし、結晶化ガラスは様々な成分組成を持つため、半導体装置の製造過程における成
分物質の流出が懸念される。そのため、結晶化ガラスを絶縁膜(単結晶シリコン薄膜との
相性を考慮すると絶縁性シリコン膜が好ましい)で保護することが重要となる。そのため
には、全プロセス過程において結晶化ガラスの少なくとも表面(素子が形成される側)及
び裏面を絶縁膜で保護する必要がある。
However, since crystallized glass has various component compositions, there is a concern that component substances may flow out during the manufacturing process of the semiconductor device. Therefore, it is important to protect the crystallized glass with an insulating film (an insulating silicon film is preferable in consideration of compatibility with a single crystal silicon thin film). For this purpose, it is necessary to protect at least the front surface (side on which the element is formed) and the back surface of the crystallized glass with an insulating film in the entire process.

なお、結晶化ガラスの側面は全体から見ると非常に小さい面積であるので露出していてもさほど問題とはならない。しかし、表面、側面及び裏面を絶縁膜で完全に包み込んでしまい、成分物質の流出を完全に防ぐことが最も好ましいことは言うまでもない。   In addition, since the side surface of crystallized glass is a very small area when viewed from the whole, even if it is exposed, it does not matter much. However, it goes without saying that it is most preferable to completely wrap the front surface, side surface, and back surface with an insulating film and to completely prevent the outflow of component substances.

ただし、絶縁膜を成膜する際の基板支持部(プッシャーピン等)の部分には成膜されない部分ができる。しかしながら、全体の面積と比較すると非常に微小な領域なので問題とはならない。   However, a portion where the film is not formed can be formed in the portion of the substrate support portion (such as a pusher pin) when forming the insulating film. However, it is not a problem because it is a very small area compared to the entire area.

以上の点を考慮して、本願発明者らは絶縁性シリコン膜で外周面(好ましくは全面)を保護された高耐熱性ガラス基板上に、スマートカット法により形成された単結晶シリコン薄膜を設ける、という本願発明の構成に至ったのである。   In consideration of the above points, the present inventors provide a single crystal silicon thin film formed by a smart cut method on a high heat-resistant glass substrate whose outer peripheral surface (preferably the entire surface) is protected with an insulating silicon film. It came to the structure of this invention of this application.

本願発明では安価で大版化の可能な結晶化ガラスを使用し、且つ、結晶化ガラスを安全に(汚染の心配なく)活用するためにガラスの少なくとも表面及び裏面(好ましくは外周囲全面)を絶縁性シリコン膜で保護するといった構成を採用している。   In the present invention, crystallized glass that is inexpensive and can be enlarged is used, and at least the front and back surfaces (preferably the entire outer periphery) of the glass are used in order to use the crystallized glass safely (without worrying about contamination). A configuration is adopted in which protection is performed with an insulating silicon film.

そして、その上にスマートカット法を利用して形成した単結晶シリコン薄膜を用いてTFTを作製することでシステム・オン・パネルを実現し、高性能な電気光学装置や半導体回路、さらにはそれらを搭載した電子機器を低価格で提供することができる。   On top of that, a single crystal silicon thin film formed using the smart cut method is used to fabricate TFTs, realizing a system-on-panel, and high-performance electro-optic devices and semiconductor circuits, as well as those The mounted electronic device can be provided at a low price.

単結晶シリコン薄膜の作製工程を示す図。10A and 10B illustrate a manufacturing process of a single crystal silicon thin film. スマートカット法の工程を示す図。The figure which shows the process of the smart cut method. 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。10A and 10B illustrate a manufacturing process of a thin film transistor. 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。10A and 10B illustrate a manufacturing process of a thin film transistor. 薄膜トランジスタの構成を示す図。FIG. 9 illustrates a structure of a thin film transistor. 薄膜トランジスタの構成を示す図。FIG. 9 illustrates a structure of a thin film transistor. 液晶モジュールの構成を示す図。The figure which shows the structure of a liquid crystal module. 電子機器の構成を示す図。FIG. 11 illustrates a structure of an electronic device.

本願発明の実施形態について、以下に示す実施例でもって詳細な説明を行うこととする
The embodiment of the present invention will be described in detail with the following examples.

本実施例では、スマートカット法を利用して結晶化ガラス上に単結晶シリコン薄膜を形成する所までの工程について図1を用いて説明する。   In this embodiment, steps up to forming a single crystal silicon thin film on crystallized glass using the smart cut method will be described with reference to FIG.

まず、基板として0.5〜1.1mm厚(代表的には0.7mm厚)の結晶化ガラス基板101を用意する。結晶化ガラスはガラスセラミックスとも呼ばれ、ガラス生成の段階で微小な結晶を均一に成長させて得られたガラス基板と定義される。この様な結晶化ガラスは耐熱性が高く、熱膨張係数が小さいという特徴がある。   First, a crystallized glass substrate 101 having a thickness of 0.5 to 1.1 mm (typically 0.7 mm) is prepared as a substrate. Crystallized glass is also called glass ceramics and is defined as a glass substrate obtained by uniformly growing fine crystals at the stage of glass production. Such crystallized glass is characterized by high heat resistance and low thermal expansion coefficient.

本願発明で用いるガラス基板には750℃以上、好ましくは900〜1100の歪点温度を有する高い耐熱性が要求される。現状ではその様な耐熱性を実現するガラス材料は結晶化ガラスしかないが、結晶化ガラスの定義に入らないガラス基板(例えば非晶質状態の高耐熱性ガラス基板等)であっても上記耐熱性を有する基板であれば本願発明に利用することができる。   The glass substrate used in the present invention is required to have high heat resistance having a strain point temperature of 750 ° C. or higher, preferably 900 to 1100. At present, the only glass material that realizes such heat resistance is crystallized glass. However, even if the glass substrate does not fall within the definition of crystallized glass (for example, an amorphous heat-resistant glass substrate), the above heat resistance Any substrate having the properties can be used in the present invention.

なお、結晶化ガラスに関する詳細は「ガラスハンドブック;作花済夫 他,pp.197〜21
7 ,朝倉書店,1975」を参考にすると良い。
For details on crystallized glass, see “Glass Handbook; Sakuo Sakuo et al., Pp.197-21
7, “Asakura Shoten, 1975”.

結晶化ガラスの種類も様々であるが、基本的には石英(SiO2)、アルミナ(Al2O3 )を
中心としたアルミノケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス(B2O3が含まれる)などが実用
的と言える。しかしながら、半導体装置用の基板として用いることを考慮すれば無アルカ
リガラスであることが望ましく、そういった意味で、MgO-Al2O3-SiO2系、PbO-ZnO-B2O3
、Al2O3-B2O3-SiO2 系、ZnO-B2O3-SiO2 系などが好ましい。
The type of the crystallized glass is also varied, basically quartz (SiO 2), alumina (Al 2 O 3) aluminosilicate glass, which is centered on (including B 2 O 3) borosilicate glass Etc. can be said to be practical. However, considering that it is used as a substrate for a semiconductor device, it is desirable to use an alkali-free glass. In this sense, MgO—Al 2 O 3 —SiO 2 system, PbO—ZnO—B 2 O 3 system, Al 2 O 3 —B 2 O 3 —SiO 2 system, ZnO—B 2 O 3 —SiO 2 system, and the like are preferable.

MgO-Al2O3-SiO2系の高絶縁結晶化ガラスは、核形成剤として、TiO2、SnO2、ZrO2などを
含み、コージュライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2 )を主結晶相とする結晶化ガラスである。
このタイプの結晶化ガラスは耐熱性が高く、電気絶縁性が高周波域でも優れている点に特
徴がある。コージュライト系結晶化ガラスの組成例及び熱膨張係数を表1に示す。
MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 high-insulation crystallized glass contains TiO 2 , SnO 2 , ZrO 2, etc. as nucleating agents, mainly cordierite (2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2 ) It is crystallized glass as a crystal phase.
This type of crystallized glass is characterized by high heat resistance and excellent electrical insulation even in a high frequency range. Table 1 shows composition examples and thermal expansion coefficients of cordierite-based crystallized glass.

Figure 0004693938
Figure 0004693938

熱膨張係数は小さいほど熱によるシュリンケージ(熱による縮み)の影響が小さくなる
ため、微細パターン加工を行う半導体用基板としては好ましい。しかし、半導体薄膜の熱
膨張係数との差が大きいと膜剥がれなどを起こしやすくなるため、なるべく半導体薄膜の
熱膨張係数に近いものを用いることが望ましい。この様なことを考慮すると、SiO2が45〜
57% 、Al2O3 が20〜27% 、MgO が11〜18% 、TiO2が 9〜12% のコージュライト系結晶化ガ
ラスが好ましいと言える。
The smaller the coefficient of thermal expansion, the smaller the influence of heat shrinkage (shrinkage due to heat), so that it is preferable as a semiconductor substrate for fine pattern processing. However, if the difference from the thermal expansion coefficient of the semiconductor thin film is large, film peeling or the like is likely to occur. Therefore, it is desirable to use a semiconductor thin film having a thermal expansion coefficient as close as possible. Considering such things, SiO 2 is 45 ~
It can be said that cordierite crystallized glass having 57%, Al 2 O 3 of 20 to 27%, MgO of 11 to 18% and TiO 2 of 9 to 12% is preferable.

また、例えば透過型LCDを作製する場合には結晶化ガラスには透光性が要求される。その様な場合には無アルカリの透明結晶化ガラスを用いると良い。例えば、結晶相が充填β−石英固溶体で、熱膨張係数が1.1〜3.0×10-6-1の結晶化ガラスとして、表2に示す様な結晶化ガラスがある。 Further, for example, when a transmissive LCD is manufactured, the crystallized glass is required to have translucency. In such a case, an alkali-free transparent crystallized glass may be used. For example, there are crystallized glasses as shown in Table 2 as crystallized glass having a crystalline phase of filled β-quartz solid solution and a thermal expansion coefficient of 1.1 to 3.0 × 10 −6 ° C. −1 .

Figure 0004693938
Figure 0004693938

本願発明の構成要件の第1は、以上の様な結晶化ガラスを基板として用いることである。勿論、適切な工夫(本願発明の様に絶縁膜で完全に保護する等)を施せばアルカリ系結晶化ガラス(Na2O-Al2O3-SiO2 系、Li2O-Al2O3-SiO2 系等)を用いることもできる。また、熱膨張係数が非常に小さい(またはゼロに近い)結晶化ガラスでも、2.0〜3.0×10-6-1の熱膨張係数を有するガラスをコーティングして、半導体薄膜との熱膨張係数の差を緩和することも可能である。 The first of the constituent requirements of the present invention is to use crystallized glass as described above as a substrate. Of course, if appropriate measures are taken (such as complete protection with an insulating film as in the present invention), alkali-based crystallized glass (Na 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 system, Li 2 O—Al 2 O 3) -SiO 2 system or the like) can also be used. The thermal expansion coefficient is also very small (or near zero) crystallized glass, by coating a glass having a thermal expansion coefficient of 2.0~3.0 × 10 -6-1, the thermal expansion coefficient between the semiconductor thin film It is also possible to mitigate the difference.

以上の様な構成の結晶化ガラス101を用意したら、結晶化ガラス101に対して非晶
質シリコン膜102を成膜する。成膜は減圧熱CVD法で行い、成膜ガスとしてはシラン
(SiH4)又はジシラン(Si2H6)を用いる。なお、膜厚は50〜250 nm(代表的には 100〜150 nm)とすれば良い。(図1(A))
When the crystallized glass 101 having the above structure is prepared, an amorphous silicon film 102 is formed on the crystallized glass 101. Film formation is performed by a low pressure CVD method, and silane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) is used as a film formation gas. Note that the film thickness may be 50 to 250 nm (typically 100 to 150 nm). (Fig. 1 (A))

この様に減圧熱CVD法で成膜すると基板101を包み込む様にして表面、裏面及び側
面に対して非晶質シリコン膜102を成膜することができる。なお、厳密には基板を保持
するためのプッシャーピンが接する部分に非晶質シリコン膜102は成膜されない。しか
し、全体の面積から見れば微々たるものである。
When the film is formed by the low pressure thermal CVD method as described above, the amorphous silicon film 102 can be formed on the front surface, the back surface, and the side surface so as to wrap the substrate 101. Strictly speaking, the amorphous silicon film 102 is not formed in a portion where a pusher pin for holding the substrate is in contact. However, it is insignificant when viewed from the overall area.

次に、加熱処理を行い、非晶質シリコン膜102を完全に熱酸化することで熱酸化膜1
03を形成する。この場合、非晶質シリコン膜102は完全に熱酸化して熱酸化膜103
に変化するため、熱酸化膜103の膜厚は100〜500 nm(代表的には200〜300 nm)とな
る。
Next, heat treatment is performed to completely thermally oxidize the amorphous silicon film 102, thereby thermally oxidizing the film 1.
03 is formed. In this case, the amorphous silicon film 102 is completely thermally oxidized to form a thermal oxide film 103.
Therefore, the thickness of the thermal oxide film 103 is 100 to 500 nm (typically 200 to 300 nm).

また、加熱処理の条件は公知のドライO2 酸化、ウェットO2 酸化、スチーム酸化、パ
イロジェニック酸化、酸素分圧酸化、塩酸(HCl)酸化のいずれの手段によっても構わ
ない。処理温度及び処理時間はプロセスを考慮した上で適切な条件を設定すれば良い。
The heat treatment conditions may be any of known dry O 2 oxidation, wet O 2 oxidation, steam oxidation, pyrogenic oxidation, oxygen partial pressure oxidation, and hydrochloric acid (HCl) oxidation. Appropriate conditions may be set for the processing temperature and processing time in consideration of the process.

なお、この加熱処理は結晶化ガラスの歪点以上、徐冷点以下の温度で行い、その温度で
保持した後、徐冷するといった処理を行うことが好ましい。この様な処理を行うと熱酸化
膜の形成と同時にガラスのシュリンケージ対策を行うことができる。即ち、上述の処理に
よって予め基板を十分に縮ませておくことでその後の加熱処理による基板のシュリンケー
ジ量を低減することができる。これに関連した技術は特開平8-250744号公報に記載されて
いる。
In addition, it is preferable to perform the heat treatment at a temperature not lower than the strain point of the crystallized glass and not higher than the slow cooling point, and holding at that temperature, followed by slow cooling. By performing such treatment, it is possible to take measures against glass shrinkage simultaneously with the formation of the thermal oxide film. That is, by sufficiently shrinking the substrate in advance by the above-described processing, the amount of substrate shrinkage due to the subsequent heat treatment can be reduced. A technique related to this is described in JP-A-8-250744.

以上の様にして、熱酸化膜(酸化シリコン膜)103が形成されるが、前述の様に非晶
質シリコン膜102は基板101を包み込む様にして形成されているので、熱酸化膜103も基板101を包み込む様にして形成される。即ち、結晶化ガラス基板101は完全に絶縁性シリコン膜で包まれるので、成分物質の流出を防止することが可能となる。
As described above, the thermal oxide film (silicon oxide film) 103 is formed. Since the amorphous silicon film 102 is formed so as to wrap around the substrate 101 as described above, the thermal oxide film 103 is also formed. It is formed so as to enclose the substrate 101. That is, since the crystallized glass substrate 101 is completely wrapped with an insulating silicon film, it is possible to prevent the outflow of the component substances.

なお、ここではSixOyで表される酸化シリコン膜を絶縁性シリコン膜として用いている
が、他にもSixNyで表される窒化シリコン膜やSiOxNyで表される酸化窒化シリコン膜など
の絶縁性シリコン膜を用いることも可能である。
Here, a silicon oxide film represented by SixOy is used as an insulating silicon film, but other insulating silicon films such as a silicon nitride film represented by SixNy and a silicon oxynitride film represented by SiOxNy are also used. It is also possible to use.

こうして、本願発明の重要な構成のうちの二つ、結晶化ガラスを用いる点と結晶化ガラ
スを絶縁性シリコン膜で包み込む点とが達成される。
In this way, two of the important configurations of the present invention, the point of using crystallized glass and the point of wrapping the crystallized glass with the insulating silicon film, are achieved.

次に、ボンドウェハ104を用意する。ボンドウェハ104はその表面が熱酸化膜10
5で覆われ、イオンインプランテーション法による水素イオン(H+ イオン)打ち込みに
よって水素打ち込み層106が形成されている。
Next, a bond wafer 104 is prepared. The surface of the bond wafer 104 is a thermal oxide film 10.
5 and a hydrogen implantation layer 106 is formed by implantation of hydrogen ions (H + ions) by an ion implantation method.

なお、熱酸化膜105の膜厚は200〜700 nm(代表的には 400〜500nm)とし、水素イオンのドーズ量は 5×1015〜 1×1017ions/cm2(好ましくは1×1016〜5×1016ions/cm2)とする。これ以下のドーズ量では破断層の形成が困難になり、これ以上の濃度ではイオン注入と同時に破断してしまう恐れがある。 Note that the thermal oxide film 105 has a thickness of 200 to 700 nm (typically 400 to 500 nm) and a hydrogen ion dose of 5 × 10 15 to 1 × 10 17 ions / cm 2 (preferably 1 × 10 16 to 5 × 10 16 ions / cm 2 ). If the dose is less than this, it is difficult to form a rupture layer, and if the dose is higher than this, there is a risk of rupture at the same time as ion implantation.

そして、上述の結晶化ガラス101の主表面側(TFTを形成する側)に対してボンド
ウェハ104を室温で貼り合わせ、その後、400〜600 ℃(典型的には 500℃)の温度で
加熱処理を施す。この時、結晶化ガラス101とボンドウェハ104の熱膨張係数に差が
あまりないので、熱応力によるピーリング(膜剥がれ)などの問題を防ぐことができる。
Then, the bond wafer 104 is bonded to the main surface side (TFT forming side) of the crystallized glass 101 described above at room temperature, and then heat treatment is performed at a temperature of 400 to 600 ° C. (typically 500 ° C.). Apply. At this time, since there is not much difference between the thermal expansion coefficients of the crystallized glass 101 and the bond wafer 104, problems such as peeling (film peeling) due to thermal stress can be prevented.

こうして、加熱処理工程が終了したら、ボンドウェハ104を引き離し、結晶化ガラス
101上にボンドウェハ104の一部であった熱酸化膜105と、単結晶シリコン薄膜1
07を残存させる。(図2(D))
Thus, when the heat treatment step is completed, the bond wafer 104 is separated, and the thermal oxide film 105 that was a part of the bond wafer 104 and the single crystal silicon thin film 1 on the crystallized glass 101.
07 remains. (Fig. 2 (D))

この熱酸化膜105は図2(B)の工程で形成された熱酸化膜103と一体化して下地
膜として機能する。
This thermal oxide film 105 is integrated with the thermal oxide film 103 formed in the step of FIG. 2B and functions as a base film.

その後、10nm前後のタッチポリッシュ工程を行い、900〜1200℃(代表的には950〜10
50℃)の加熱処理を行って単結晶シリコン薄膜107の結合力を高める。こうして、熱酸
化膜103で外周囲を完全に保護された結晶化ガラス101上に単結晶シリコン薄膜10
7を形成することができる。
After that, a touch polishing process of about 10 nm is performed, and 900 to 1200 ° C. (typically 950 to 10 ° C.)
50 ° C.) to increase the bonding strength of the single crystal silicon thin film 107. Thus, the single crystal silicon thin film 10 is formed on the crystallized glass 101 whose outer periphery is completely protected by the thermal oxide film 103.
7 can be formed.

本実施例に従って作製された図1(D)に示す結晶化ガラス基板は、従来の様に石英基
板を用いるよりも大幅に製造コストが安価である。また、基板外周囲を完全に酸化シリコ
ン膜で保護しているため、後工程でガラス成分による汚染が発生することもない。
The crystallized glass substrate shown in FIG. 1 (D) manufactured according to the present embodiment is much cheaper to manufacture than using a quartz substrate as in the prior art. In addition, since the outer periphery of the substrate is completely protected by the silicon oxide film, contamination due to the glass component does not occur in the subsequent process.

本実施例では、本願発明の構成を有する半導体装置の作製工程について図3を用いて説
明する。具体的にはNTFT(Nチャネル型TFT)とPTFT(Pチャネル型TFT)
とを相補的に組み合わせたCMOS回路で構成される駆動回路及びロジック回路と、NT
FTで構成される画素マトリクス回路とを同一基板上に一体形成する例を示す。
In this embodiment, a manufacturing process of a semiconductor device having the structure of the present invention will be described with reference to FIGS. Specifically, NTFT (N-channel TFT) and PTFT (P-channel TFT)
A drive circuit and a logic circuit composed of CMOS circuits that are combined in a complementary manner, and NT
An example in which a pixel matrix circuit composed of FT is integrally formed on the same substrate is shown.

なお、ロジック回路とは、シフトレジスタなどに代表される駆動回路とは別の機能を有
する信号処理回路であり、D/Aコンバータ回路、メモリ回路、γ補正回路、さらには演
算処理回路など、従来外付けICで行っていた様な信号処理を行う回路の総称を意味する
Note that a logic circuit is a signal processing circuit having a function different from that of a drive circuit typified by a shift register or the like, such as a D / A converter circuit, a memory circuit, a γ correction circuit, and an arithmetic processing circuit. This is a general term for circuits that perform signal processing as performed by an external IC.

まず、図1を用いて説明した作製工程に従って、単結晶シリコン薄膜の形成までを終了
させる。そして、得られた単結晶シリコン薄膜をパターニングして活性層303〜305
を形成する。303はCMOS回路のPTFTの活性層、304はCMOS回路のNTF
Tの活性層、305は画素マトリクス回路の活性層であり、それぞれの膜厚は30nmとなる
様に調節してある。
First, according to the manufacturing process described with reference to FIG. Then, the obtained single crystal silicon thin film is patterned to form active layers 303 to 305.
Form. 303 is an active layer of a PTFT of a CMOS circuit, 304 is an NTF of a CMOS circuit
An active layer of T, 305 is an active layer of the pixel matrix circuit, and each film thickness is adjusted to be 30 nm.

なお、本実施例では基板301としてSiO2:65%、Al2O3:25% 、MgO:10% 、ZrO2:10%の組
成を有する結晶化ガラスを用いる。この基板301は透明である点に特徴がある。また、
302は非晶質シリコン膜を熱酸化させて得た酸化シリコン膜であり、膜厚は400nmであ
る。
In this embodiment, crystallized glass having a composition of SiO 2 : 65%, Al 2 O 3 : 25%, MgO: 10%, ZrO 2 : 10% is used as the substrate 301. The substrate 301 is characterized in that it is transparent. Also,
Reference numeral 302 denotes a silicon oxide film obtained by thermally oxidizing an amorphous silicon film, and the film thickness is 400 nm.

こうして図3(A)の状態が得られる。次に、酸化シリコン膜から構成されるゲイト絶
縁膜306を120nmの膜厚に形成する。なお、他にも酸化窒化シリコン膜又は窒化シリコ
ン膜を用いることができる。さらに、これら絶縁性シリコン膜を自由に組み合わせて積層
構造としても良い。
In this way, the state of FIG. Next, a gate insulating film 306 made of a silicon oxide film is formed to a thickness of 120 nm. Alternatively, a silicon oxynitride film or a silicon nitride film can be used. Further, these insulating silicon films may be freely combined to form a laminated structure.

ゲイト絶縁膜306を形成したら、その状態で800〜1100℃(好ましくは1000〜1150℃
)の温度範囲で熱酸化工程を行う。この時、活性層とゲイト絶縁膜との界面で熱酸化反応
が進行するため、活性層は薄膜化され、ゲイト絶縁膜の膜厚は増加する。この構成はエッ
ジシニング現象(活性層端部で熱酸化膜が極端に薄くなる現象)によるゲイト絶縁膜の絶
縁破壊を抑える上で効果的である。
After the gate insulating film 306 is formed, 800 to 1100 ° C. (preferably 1000 to 1150 ° C.) in that state.
) In the temperature range. At this time, since the thermal oxidation reaction proceeds at the interface between the active layer and the gate insulating film, the active layer is thinned and the thickness of the gate insulating film is increased. This configuration is effective in suppressing the dielectric breakdown of the gate insulating film due to the edge thinning phenomenon (a phenomenon in which the thermal oxide film becomes extremely thin at the end portion of the active layer).

また、この時、加熱処理の雰囲気は不活性雰囲気でも酸化雰囲気でも良いが、ドライO
2 雰囲気が最も安定な界面特性を得る上で好ましい。また、高温で加熱処理を行うことに
よりゲイト絶縁膜自体の膜質も向上する。
At this time, the atmosphere for the heat treatment may be an inert atmosphere or an oxidizing atmosphere.
Two atmospheres are preferred for obtaining the most stable interface characteristics. Further, the film quality of the gate insulating film itself is improved by performing the heat treatment at a high temperature.

次に、ゲイト絶縁膜306の上にN型導電性を呈する結晶性シリコン膜からなるゲイト
電極307〜309を形成する。ゲイト電極307〜309の膜厚は200〜300 nmの範囲
で選択すれば良い。(図3(B))
Next, gate electrodes 307 to 309 made of a crystalline silicon film exhibiting N-type conductivity are formed on the gate insulating film 306. The film thickness of the gate electrodes 307 to 309 may be selected in the range of 200 to 300 nm. (Fig. 3 (B))

ゲイト電極307〜309を形成したら、ゲイト電極307〜309をマスクとしてド
ライエッチング法によりゲイト絶縁膜306をエッチングする。本実施例では酸化シリコ
ン膜をエッチングするためにCHF3 ガスを用いる。
After the gate electrodes 307 to 309 are formed, the gate insulating film 306 is etched by a dry etching method using the gate electrodes 307 to 309 as a mask. In this embodiment, CHF 3 gas is used to etch the silicon oxide film.

この工程によりゲイト電極(及びゲイト配線)の直下のみにゲイト絶縁膜が残存する状
態となる。勿論、ゲイト電極の下に残った部分が実際にゲイト絶縁膜として機能する部分
である。
By this step, the gate insulating film remains only directly under the gate electrode (and the gate wiring). Of course, the portion remaining under the gate electrode is the portion that actually functions as the gate insulating film.

次に、PTFTとなる領域をレジストマスク310で隠し、N型を付与する不純物(本
実施例ではリン)をイオンインプランテーション法またはプラズマドーピング法により添
加する。この時形成される低濃度不純物領域311、312の一部は後にLDD(Lightl
y Doped Drain )領域となるので、1×1017〜5×1018atoms/cm3 の濃度でリンを添加しておく。(図3(C))
Next, a region to be a PTFT is hidden with a resist mask 310, and an impurity imparting N-type (phosphorus in this embodiment) is added by an ion implantation method or a plasma doping method. Part of the low-concentration impurity regions 311 and 312 formed at this time will later be LDD (Lightl
y Doped Drain) region, phosphorus is added at a concentration of 1 × 10 17 to 5 × 10 18 atoms / cm 3 . (Fig. 3 (C))

次に、レジストマスク310を除去した後、NTFTとなる領域をレジストマスク31
3で隠し、P型を付与する不純物(本実施例ではボロン)をイオンインプランテーション
法またはプラズマドーピング法により添加する。この時も、リンの場合と同様に低濃度不
純物領域314を形成する。(図3(D))
Next, after removing the resist mask 310, the region to be NTFT is removed from the resist mask 31.
Impurities that conceal at 3 and impart p-type (boron in this embodiment) are added by ion implantation or plasma doping. At this time, the low concentration impurity region 314 is formed as in the case of phosphorus. (Fig. 3 (D))

こうして図3(D)の状態が得られたら、レジストマスク313を除去した後、エッチ
バック法を用いてサイドウォール315〜317を形成する。本実施例ではサイドウォー
ル315〜317を窒化シリコン膜を用いて構成する。
When the state of FIG. 3D is thus obtained, the resist mask 313 is removed, and then the sidewalls 315 to 317 are formed using an etch back method. In this embodiment, the sidewalls 315 to 317 are formed using a silicon nitride film.

なお、サイドウォールの材料として酸化シリコン膜を用いる場合、結晶化ガラス301
の側面を保護する酸化シリコン膜302の膜厚が薄いとエッチバック工程でなくなってし
まう場合も起こりうる。ガラス側面は全体の面積よりも十分に小さいためガラス成分の流
出はさほど問題とならないが、予め酸化シリコン膜302の膜厚を厚くしてエッチバック
工程後も残る様にしておいても良い。
Note that in the case where a silicon oxide film is used as a material for the sidewall, the crystallized glass 301 is used.
If the thickness of the silicon oxide film 302 that protects the side surface of the silicon oxide film 302 is thin, the etching back process may not be performed. Since the glass side surface is sufficiently smaller than the entire area, the outflow of the glass component does not matter so much, but the thickness of the silicon oxide film 302 may be increased in advance so that it remains after the etch-back process.

こうしてサイドウォール315〜317を形成したら、再びPTFTとなる領域をレジ
ストマスク318で隠し、リンを添加する。この時は先程の添加工程よりもドーズ量を高
くする。
After the side walls 315 to 317 are formed in this way, the region to be the PTFT is again hidden by the resist mask 318 and phosphorus is added. At this time, the dose is set higher than in the previous addition step.

このリンの添加工程によりCMOS回路を構成するNTFTのソース領域319、ドレ
イン領域320、低濃度不純物領域(LDD領域)321、チャネル形成領域322が画
定する。また、画素マトリクス回路を構成するNTFTのソース領域323、ドレイン領
域324、低濃度不純物領域(LDD領域)325、チャネル形成領域326が画定する
。(図4(A))
By this phosphorus addition step, a source region 319, a drain region 320, a low concentration impurity region (LDD region) 321 and a channel formation region 322 of the NTFT constituting the CMOS circuit are defined. Further, a source region 323, a drain region 324, a low-concentration impurity region (LDD region) 325, and a channel formation region 326 of the NTFT constituting the pixel matrix circuit are defined. (Fig. 4 (A))

次に、レジストマスク315を除去した後、レジストマスク327でNTFTとなる領
域を隠し、ボロンを先程よりも高いドーズ量で添加する。このボロンの添加工程によりC
MOS回路を構成するPTFTのソース領域328、ドレイン領域329、低濃度不純物
領域(LDD領域)330、チャネル形成領域331が画定する。(図4(B))
Next, after the resist mask 315 is removed, the resist mask 327 hides a region to be NTFT, and boron is added at a higher dose than before. By this boron addition process, C
A source region 328, a drain region 329, a low concentration impurity region (LDD region) 330, and a channel formation region 331 of the PTFT constituting the MOS circuit are defined. (Fig. 4 (B))

以上の様にして、活性層への不純物の添加工程が終了したら、ファーネスアニール、レ
ーザーアニールまたはランプアニールによって熱処理を行い、添加した不純物の活性化を
行う。また、この時、不純物の添加時に活性層が受けた損傷も回復される。
As described above, after the process of adding impurities to the active layer is completed, heat treatment is performed by furnace annealing, laser annealing, or lamp annealing to activate the added impurities. Further, at this time, the damage to the active layer when the impurity is added is also recovered.

なお、チャネル形成領域322、326、331は全く不純物元素が添加されず、真性
または実質的に真性な領域である。ここで実質的に真性であるとは、N型又はP型を付与
する不純物濃度がチャネル形成領域のスピン密度以下であること、或いは同不純物濃度が
1×1014〜 1×1017atoms/cm3 の範囲に収まっていることを指す。
Note that the channel formation regions 322, 326, and 331 are intrinsic or substantially intrinsic regions to which no impurity element is added. Here, substantially intrinsic means that the impurity concentration imparting N-type or P-type is lower than the spin density of the channel formation region, or the impurity concentration is
It means being within the range of 1 × 10 14 to 1 × 10 17 atoms / cm 3 .

次に、25nm厚の窒化シリコン膜と 900nm厚の酸化シリコン膜との積層膜からなる第1の
層間絶縁膜332を形成する。そして、Ti/Al/Ti(膜厚は順に100/500/100nm)からなる
積層膜で構成されるソース電極333〜335、ドレイン電極336、337を形成する
Next, a first interlayer insulating film 332 made of a laminated film of a 25 nm thick silicon nitride film and a 900 nm thick silicon oxide film is formed. Then, source electrodes 333 to 335 and drain electrodes 336 and 337 formed of a laminated film made of Ti / Al / Ti (film thicknesses are sequentially 100/500/100 nm) are formed.

次に、50nm厚の窒化シリコン膜338、20nm厚の酸化シリコン膜(図示せず)、1μm
厚のポリイミド膜339の積層構造からなる第2の層間絶縁膜を形成する。なお、ポリイ
ミド以外にもアクリル、ポリアミド等の他の有機性樹脂膜を用いることができる。また、
この場合の20nm厚の酸化シリコン膜はポリイミド膜339をドライエッチングする際のエ
ッチングストッパーとして機能する。
Next, a 50 nm thick silicon nitride film 338, a 20 nm thick silicon oxide film (not shown), 1 μm
A second interlayer insulating film having a laminated structure of thick polyimide films 339 is formed. In addition to polyimide, other organic resin films such as acrylic and polyamide can be used. Also,
In this case, the 20 nm-thick silicon oxide film functions as an etching stopper when the polyimide film 339 is dry-etched.

第2の層間絶縁膜を形成したら、後に補助容量を形成する領域においてポリイミド膜3
39をエッチングして開口部を設ける。この時、開口部の底部には窒化シリコン膜338
のみ残すか、窒化シリコン膜338と酸化シリコン膜(図示せず)を残すかのいずれかの
状態とする。
When the second interlayer insulating film is formed, the polyimide film 3 is formed in a region where an auxiliary capacitor is formed later.
39 is etched to provide an opening. At this time, a silicon nitride film 338 is formed on the bottom of the opening.
Or a silicon nitride film 338 and a silicon oxide film (not shown) are left.

そして、300 nm厚のチタン膜を成膜し、パターニングによりブラックマスク340を形
成する。このブラックマスク340は画素マトリクス回路上において、TFTや配線部な
ど遮光を要する部分に配置される。
Then, a titanium film having a thickness of 300 nm is formed, and a black mask 340 is formed by patterning. The black mask 340 is disposed on the pixel matrix circuit in a portion requiring light shielding, such as a TFT or a wiring portion.

この時、前述の開口部では画素マトリクス回路のドレイン電極337とブラックマスク
340とが窒化シリコン膜338(又は窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層膜)を
挟んで近接した状態となる。本実施例ではブラックマスク340を固定電位に保持して、
ドレイン電極337を下部電極、ブラックマスク340を上部電極とする補助容量341
を構成する。この場合、誘電体が非常に薄く比誘電率が高いため、大きな容量を確保する
ことが可能である。
At this time, the drain electrode 337 of the pixel matrix circuit and the black mask 340 are close to each other with the silicon nitride film 338 (or a laminated film of a silicon nitride film and a silicon oxide film) interposed therebetween in the opening. In this embodiment, the black mask 340 is held at a fixed potential,
Auxiliary capacitor 341 having drain electrode 337 as a lower electrode and black mask 340 as an upper electrode
Configure. In this case, since the dielectric is very thin and the relative dielectric constant is high, a large capacity can be secured.

こうしてブラックマスク340及び補助容量341を形成したら、1μm厚のポリイミ
ド膜を形成して第3の層間絶縁膜342とする。そして、コンタクトホールを形成して透
明導電膜(代表的にはITO)で構成される画素電極343を120nmの厚さに形成する。
After forming the black mask 340 and the auxiliary capacitor 341 in this way, a polyimide film having a thickness of 1 μm is formed to form a third interlayer insulating film 342. Then, a contact hole is formed to form a pixel electrode 343 made of a transparent conductive film (typically ITO) with a thickness of 120 nm.

最後に、水素雰囲気中で 350℃2時間程度の加熱処理を行い、素子全体の水素化を行う
。こうして図4(C)に示す様なアクティブマトリクス基板が完成する。本実施例で形成
されたTFTは活性層として単結晶シリコン薄膜を用いているため、非常に高い性能を有
する。
Finally, heat treatment is performed at 350 ° C. for about 2 hours in a hydrogen atmosphere to hydrogenate the entire device. Thus, an active matrix substrate as shown in FIG. 4C is completed. Since the TFT formed in this embodiment uses a single crystal silicon thin film as an active layer, it has very high performance.

例えば、サブスレッショルド係数(S値)はNTFT、PTFT共に60〜80mV/decade
であり、NTFTの電界効果移動度(モビリティ)は 300〜700cm2/Vs 、PTFTのモビ
リティは 200〜400cm2/Vs を実現する。
For example, the subthreshold coefficient (S value) is 60-80 mV / decade for both NTFT and PTFT.
NTFT has a field effect mobility (mobility) of 300 to 700 cm 2 / Vs, and PTFT has a mobility of 200 to 400 cm 2 / Vs.

また、単結晶シリコン薄膜をスマートカット法で形成しているので基板上における活性
層の膜厚の均一性を高めることができる。特に、高い均一性を要求される画素TFT(画
素マトリクス回路を構成するTFT)の特性バラツキを抑える上で本願発明は非常に有効
である。
Moreover, since the single crystal silicon thin film is formed by the smart cut method, the uniformity of the thickness of the active layer on the substrate can be improved. In particular, the present invention is very effective in suppressing variations in characteristics of pixel TFTs (TFTs constituting a pixel matrix circuit) that require high uniformity.

また、アクティブマトリクス基板が完成したら、公知のセル組み工程によって対向基板
との間に液晶層を挟持すればアクティブマトリクス型の液晶表示装置(透過型)が完成す
る。
When the active matrix substrate is completed, an active matrix liquid crystal display device (transmission type) can be completed by sandwiching a liquid crystal layer between the counter substrate and the opposite substrate by a known cell assembly process.

なお、アクティブマトリクス基板の構造は本実施例に限定されず、あらゆる構造とする
ことができる。即ち、本願発明の構成要件を満たしうる構造であれば、TFT構造や回路
配置等は実施者が自由に設計することができる。
Note that the structure of the active matrix substrate is not limited to this embodiment, and can be any structure. That is, the practitioner can freely design the TFT structure, circuit arrangement, and the like as long as the configuration requirements of the present invention can be satisfied.

例えば、本実施例では画素電極として透明導電膜を用いているが、これをアルミニウム
合金膜など反射性の高い材料に変えれば容易に反射型のアクティブマトリクス型液晶表示
装置を実現することができる。また、この場合、アクティブマトリクス基板の母体となる
結晶化ガラスは透明である必要はなく、遮光性の基板を用いても構わない。
For example, although a transparent conductive film is used as the pixel electrode in this embodiment, a reflective active matrix liquid crystal display device can be easily realized by changing this to a highly reflective material such as an aluminum alloy film. In this case, the crystallized glass serving as the base of the active matrix substrate does not need to be transparent, and a light-shielding substrate may be used.

また、本実施例ではアクティブマトリクス基板として結晶化ガラスを用いているので対
向基板としてガラス基板を用いる場合に相性がいい。仮にアクティブマトリクス基板をと
して石英を用いると、石英とガラスの熱膨張係数の違いからアクティブマトリクス基板と
対向基板との間で反りが生じる場合がある。
In this embodiment, crystallized glass is used as the active matrix substrate, so that compatibility is good when a glass substrate is used as the counter substrate. If quartz is used as the active matrix substrate, warpage may occur between the active matrix substrate and the counter substrate due to the difference in thermal expansion coefficient between quartz and glass.

本実施例では実施例1、2の構成において結晶化ガラスを保護するための絶縁性シリコ
ン膜を減圧熱CVD法により形成する場合の例について説明する。
In this embodiment, an example in which an insulating silicon film for protecting crystallized glass in the configuration of Embodiments 1 and 2 is formed by a low pressure thermal CVD method will be described.

まず、基板としてSiO2:52.5、Al2O3:26.5、MgO:11.9、TiO2:11.4を組成成分とする結晶化ガラスを用意する。これは核形成剤としてTiO2を利用した無アルカリのコージュライト系結晶化ガラスである。 First, a crystallized glass having SiO 2 : 52.5, Al 2 O 3 : 26.5, MgO: 11.9, and TiO 2 : 11.4 as composition components is prepared as a substrate. This is an alkali-free cordierite crystallized glass using TiO 2 as a nucleating agent.

次に、結晶化ガラスの表面、裏面及び側面に対して酸化窒化シリコン膜を形成する。本
実施例では成膜ガスとしてシラン(SiH4) と亜酸化窒素(N2O)を用いた減圧熱CVD法に
より酸化窒化シリコン膜を形成する。
Next, a silicon oxynitride film is formed on the front surface, back surface, and side surfaces of the crystallized glass. In this embodiment, a silicon oxynitride film is formed by a low pressure thermal CVD method using silane (SiH 4 ) and nitrous oxide (N 2 O) as a film forming gas.

この場合、成膜温度は800〜850 ℃(本実施例では850 ℃)で行い、それぞれの成膜ガ
スの流量はSiH4:10〜30sccm、N2O:300〜900sccm とする。また、反応圧力は 0.5〜1.0torr とすれば良い。
In this case, the film forming temperature is 800 to 850 ° C. (850 ° C. in this embodiment), and the flow rates of the respective film forming gases are SiH 4 : 10 to 30 sccm and N 2 O: 300 to 900 sccm. The reaction pressure may be 0.5 to 1.0 torr.

また、成膜ガスとしてシランと二酸化窒素(N2O)又は一酸化窒素(NO)を用いれば 600〜
650 ℃の温度で酸化窒化シリコン膜を形成することもできる。その場合、反応圧力は0.1〜1.0torr とし、それぞれのガス流量はSiH4:10〜30sccm、NO2又はNO:300〜900sccmとすれば良い。
If silane and nitrogen dioxide (N 2 O) or nitric oxide (NO) are used as the deposition gas, 600 ~
A silicon oxynitride film can also be formed at a temperature of 650 ° C. In this case, the reaction pressure may be 0.1 to 1.0 torr, and the gas flow rates may be SiH 4 : 10 to 30 sccm, NO 2 or NO: 300 to 900 sccm.

本実施例の場合、減圧熱CVD法により酸化窒化シリコン膜を形成するため、結晶化ガ
ラスの全面が絶縁膜で包まれる形となる。また、成膜ガスを異なるものとすることで結晶
化ガラスの保護膜として窒化シリコン膜を形成することもできる。
In this embodiment, since the silicon oxynitride film is formed by the low pressure thermal CVD method, the entire surface of the crystallized glass is covered with an insulating film. In addition, by using different deposition gases, a silicon nitride film can be formed as a protective film for crystallized glass.

その場合、成膜ガスとして40〜50sccmのジクロールシラン(SiH2Cl2)と200〜250sccmのアンモニア(NH3)とを用い、成膜温度を750〜800 ℃、反応圧力を0.1〜0.5torr とすれば良い。 In this case, 40-50 sccm of dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and 200-250 sccm of ammonia (NH 3 ) are used as the film forming gas, the film forming temperature is 750-800 ° C., and the reaction pressure is 0.1-0.5 torr. What should I do?

窒化シリコン膜はガラス成分の流出を阻止するには最適な絶縁膜であるが応力が強いの
でTFTの下地膜としては不向きであった。しかしながら、本願発明では結晶化ガラスの
少なくとも表面及び裏面に窒化シリコン膜が形成されるので窒化シリコン膜の応力が基板
の裏表で相殺され、基板の反り等は発生しない。
A silicon nitride film is an optimal insulating film for preventing the outflow of glass components, but it is not suitable as a base film for TFT because of its strong stress. However, in the present invention, since the silicon nitride film is formed on at least the front surface and the back surface of the crystallized glass, the stress of the silicon nitride film is offset between the front and back surfaces of the substrate, so that the substrate is not warped.

本実施例では、実施例1乃至実施例2においてゲイト絶縁膜として減圧熱CVD法によ
り成膜した絶縁性シリコン膜を用いる場合の例を示す。説明には図5を用いる。図5に示
す状態は、ゲイト電極を形成した後にゲイト絶縁膜をエッチングした直後の状態である。
In this embodiment, an example in which an insulating silicon film formed by a low pressure thermal CVD method is used as the gate insulating film in Embodiments 1 and 2 will be described. FIG. 5 is used for the description. The state shown in FIG. 5 is a state immediately after etching the gate insulating film after forming the gate electrode.

図5において、501は結晶化ガラス、502は結晶化ガラスからの成分物質の流出を
阻止するための保護膜(下地膜)となる酸化窒化シリコン膜である。結晶化ガラス501
の表面側には活性層503〜505が形成され、ゲイト絶縁膜を成膜した後、ゲイト電極
506〜508が形成される。
In FIG. 5, reference numeral 501 denotes crystallized glass, and reference numeral 502 denotes a silicon oxynitride film serving as a protective film (underlying film) for preventing outflow of component substances from the crystallized glass. Crystallized glass 501
On the surface side, active layers 503 to 505 are formed. After forming a gate insulating film, gate electrodes 506 to 508 are formed.

このゲイト電極506〜508をマスクとしてドライエッチングを行うことでゲイト電
極直下にゲイト絶縁膜509〜511が残存する。
By performing dry etching using the gate electrodes 506 to 508 as a mask, gate insulating films 509 to 511 remain immediately below the gate electrode.

本実施例の最も重要な構成は、ゲイト絶縁膜として減圧熱CVD法により成膜した絶縁
性シリコン膜(本実施例では酸化窒化シリコン膜)を用いる点にある。即ち、ゲイト絶縁
膜も結晶化ガラス501の表面、裏面及び側面側の全ての面に成膜される点が特徴である
The most important configuration of this embodiment is that an insulating silicon film (silicon oxynitride film in this embodiment) formed by a low pressure thermal CVD method is used as the gate insulating film. That is, the gate insulating film is also characterized in that it is formed on all surfaces of the crystallized glass 501 on the front surface, back surface, and side surfaces.

従って、ゲイト絶縁膜(酸化窒化シリコン膜)のエッチング工程が終了した時点(図5
の状態)では基板の表面側はゲイト電極でマスクされた部分以外は完全に除去され、基板
の裏面及び側面にはそのまま酸化窒化シリコン膜512が残る。なお、側面に形成された
酸化窒化シリコン膜は条件によっては除去されてしまうが、側面は除去されてしまっても
問題ない。
Therefore, when the etching process of the gate insulating film (silicon oxynitride film) is completed (FIG. 5).
In this state, the surface side of the substrate is completely removed except the portion masked by the gate electrode, and the silicon oxynitride film 512 remains on the back surface and side surfaces of the substrate. Note that although the silicon oxynitride film formed on the side surface is removed depending on conditions, there is no problem even if the side surface is removed.

本実施例の構成では、後の工程で裏面及び側面が酸化窒化シリコン膜をエッチングしう
るエッチャント又はエッチングガスに曝されることがあっても結晶化ガラス501に直接
成膜した酸化窒化シリコン膜502を残すことができる。即ち、ガラス基板からの成分物
質の流出を徹底的に阻止することが可能である。
In the structure of this embodiment, the silicon oxynitride film 502 formed directly on the crystallized glass 501 even when the back surface and the side surface are exposed to an etchant or etching gas capable of etching the silicon oxynitride film in a later step. Can leave. That is, it is possible to thoroughly prevent the component substances from flowing out of the glass substrate.

実施例2ではゲイト電極としてN型導電性を呈する結晶性シリコン膜を利用しているが
、導電性を有する材料であればあらゆる材料を用いることができる。特に、直視用の液晶
表示装置を作製する場合には、画素マトリクス回路の面積が大きくなるため配線抵抗の小
さい材料を用いることが好ましい。
In Example 2, a crystalline silicon film exhibiting N-type conductivity is used as the gate electrode, but any material having conductivity can be used. In particular, when a liquid crystal display device for direct viewing is manufactured, it is preferable to use a material having a low wiring resistance because the area of the pixel matrix circuit becomes large.

その様な場合には、ゲイト電極としてアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする
材料を用いることが望ましい。本実施例ではゲイト電極として2wt%のスカンジウムを含有したアルミニウム膜を用いる。
In such a case, it is desirable to use aluminum or a material mainly composed of aluminum for the gate electrode. In this embodiment, an aluminum film containing 2 wt% scandium is used as the gate electrode.

アルミニウムを主成分とする材料をゲイト電極として利用する場合には、本発明者らに
よる特開平7-135318号公報に記載された技術を利用すると良い。同公報では実施例1で用
いたサイドウォールの代わりにゲイト電極を陽極酸化して得られる陽極酸化膜を利用して
いる。
In the case where a material mainly composed of aluminum is used as the gate electrode, it is preferable to use the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-13518 by the present inventors. In this publication, an anodic oxide film obtained by anodizing a gate electrode is used instead of the side wall used in the first embodiment.

本実施例の様にゲイト電極としてアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料
を用いることで配線抵抗の小さいゲイト配線を形成することが可能となり、応答速度の速
いアクティブマトリクス基板を作製することができる。
By using aluminum or a material mainly composed of aluminum as the gate electrode as in this embodiment, it is possible to form a gate wiring with a low wiring resistance, and an active matrix substrate with a high response speed can be manufactured.

なお、本実施例は実施例1〜4の構成と組み合わせることが可能である。   In addition, a present Example can be combined with the structure of Examples 1-4.

実施例2において、活性層中にTFTのしきい値電圧(Vth)を制御するための不純物
元素を添加することは有効である。この不純物元素は少なくともチャネル形成領域にさえ
添加されていれば良いので、ゲイト電極の形成前であれば何時添加しても良い。
In Example 2, it is effective to add an impurity element for controlling the threshold voltage (Vth) of the TFT to the active layer. Since this impurity element only needs to be added at least to the channel formation region, it may be added at any time before the gate electrode is formed.

成膜時以外に添加する場合には、イオンインプランテーション法またはプラズマドーピ
ング法による添加、気相中からの拡散による添加、固相中からの拡散による添加などの手
段を用いることができる。これらの手段は、例えばNTFTとPTFTとで添加する不純
物を異ならせるといった具合に選択的な添加が可能であるため有効である。
In the case of adding other than during film formation, means such as addition by ion implantation method or plasma doping method, addition by diffusion from the gas phase, addition by diffusion from the solid phase can be used. These means are effective because they can be selectively added, for example, different impurities are added between NTFT and PTFT.

また、添加する不純物元素としては、Vthをプラス側に移動させるのであれば13族元
素(ボロン、ガリウム又はインジウム)を用い、マイナス側に移動させるのであれば15
元素(リン、砒素又はアンチモン)を用いる。
As the impurity element to be added, a group 13 element (boron, gallium, or indium) is used if Vth is moved to the plus side, and 15% is moved if it is moved to the minus side.
Use elements (phosphorus, arsenic or antimony).

なお、本実施例は実施例1〜5の構成と組み合わせることが可能である。   In addition, a present Example can be combined with the structure of Examples 1-5.

本実施例では、実施例1で説明したアクティブマトリクス基板において、第3の層間絶
縁膜342(図4(C)参照)の上にヒートシンクとしてDLC(Diamond Like Corbon
)膜を利用する場合の例について説明する。
In this embodiment, in the active matrix substrate described in Embodiment 1, DLC (Diamond Like Corbon) is used as a heat sink on the third interlayer insulating film 342 (see FIG. 4C).
) An example of using a film will be described.

図6に示す構造は、基本的には図4(C)の構造と同じであるが第3の層間絶縁膜34
2上にDLC膜601が設けられている点が異なる。
The structure shown in FIG. 6 is basically the same as the structure shown in FIG. 4C, but the third interlayer insulating film 34.
2 is different in that a DLC film 601 is provided.

DLCとは、ダイヤモンドの如き物性を示す炭素または炭素を主成分とする硬度の高い
材料である。また、i−カーボンとも呼ばれ、sp3 結合を主体として構成されている。
DLC is carbon having a physical property such as diamond or a material having high hardness mainly composed of carbon. Also called i-carbon, it is composed mainly of sp 3 bonds.

ダイヤモンドは室温において最も熱伝導率の高い材料(室温で約10〜20W/cm・k )で
あり、それと同等の物性を示すDLC膜も高い熱伝導率を示す。本実施例ではその熱伝導
率の高さを利用してヒートシンクとして機能させている。
Diamond is a material having the highest thermal conductivity at room temperature (about 10 to 20 W / cm · k at room temperature), and a DLC film having the same physical properties also shows a high thermal conductivity. In this embodiment, the high heat conductivity is used to function as a heat sink.

また、DLC膜は有機性樹脂膜との密着性に優れているため、層間絶縁膜として有機性
樹脂膜を用い、その上にヒートシンクを設ける場合には非常に有効な材料である。
In addition, since the DLC film is excellent in adhesion with the organic resin film, it is a very effective material when an organic resin film is used as an interlayer insulating film and a heat sink is provided thereon.

なお、DLC膜の成膜手段としてはプラズマCVD法、ECRプラズマCVD法、スパ
ッタ法、イオンビームスパッタ法、イオン化蒸着法等の気相成膜法を用いることができる
As a DLC film forming means, a gas phase film forming method such as a plasma CVD method, an ECR plasma CVD method, a sputtering method, an ion beam sputtering method, or an ionized vapor deposition method can be used.

また、DLC膜を形成する際の原料ガスとしては炭化水素が用いられる。炭化水素とし
てはメタン、エタン、プロパン等の飽和炭化水素、エチレン、アセチレン等の不飽和炭化
水素が挙げられる。また、炭化水素分子の水素のうち1個若しくは複数個がハロゲン元素
に置換したハロゲン化炭化水素を用いても良い。
Further, hydrocarbon is used as a source gas for forming the DLC film. Examples of the hydrocarbon include saturated hydrocarbons such as methane, ethane, and propane, and unsaturated hydrocarbons such as ethylene and acetylene. Alternatively, a halogenated hydrocarbon in which one or a plurality of hydrogen atoms in a hydrocarbon molecule is substituted with a halogen element may be used.

また、炭化水素の他に水素を添加することは有効である。水素を添加するとプラズマ中
での水素ラジカルが増加し、膜中の余分な水素を引き抜き、膜質を向上させる効果が期待
できる。この時、全ガス流量に対する水素ガス流量の比は30〜90%、好ましくは50〜70%
が良い。この比が多すぎると成膜速度が減少し、少なすぎると余分な水素の引き抜き効果
がなくなる。
In addition to hydrocarbons, it is effective to add hydrogen. When hydrogen is added, hydrogen radicals in the plasma increase, and the effect of improving the film quality by extracting excess hydrogen in the film can be expected. At this time, the ratio of the hydrogen gas flow rate to the total gas flow rate is 30 to 90%, preferably 50 to 70%.
Is good. If this ratio is too large, the film formation rate decreases, and if it is too small, the effect of extracting excess hydrogen is lost.

さらに、原料ガスを希釈するキャリアガスとしてヘリウムを添加することもできるし、
スパッタ法の場合にはスパッタリングガスとしてアルゴンを添加する場合もある。また、
特開平6-208721号公報に記載される様に13〜15族の元素を添加することも有効である
Furthermore, helium can be added as a carrier gas for diluting the source gas,
In the case of sputtering, argon may be added as a sputtering gas. Also,
It is also effective to add a group 13-15 element as described in JP-A-6-208721.

また、反応圧力は5〜1000mTorr 、好ましくは10〜100mTorrが良い。高周波電力は通常
13.56MHzを用いる。この時、印加するRF電力は0.01〜1W/cm2、好ましくは0.05〜0.5W/c
m2とする。さらに、原料ガスの分解を助長するために2.45GHz のマイクロ波による励起効
果を付加したり、その励起空間に対して875 ガウスの磁場を形成し、電子スピン共鳴を利
用することも有効である。
The reaction pressure is 5 to 1000 mTorr, preferably 10 to 100 mTorr. High frequency power is usually
Use 13.56MHz. At this time, the applied RF power is 0.01 to 1 W / cm 2 , preferably 0.05 to 0.5 W / c.
and m 2. In addition, it is effective to add an excitation effect by microwave of 2.45 GHz to promote decomposition of the source gas, or to form an 875 Gauss magnetic field in the excitation space and use electron spin resonance.

本実施例ではプラズマCVD装置の反応空間に原料ガスとしてメタンガスを50sccm、水
素ガスを50sccmを導入し、成膜圧力は10mTorr 、RF電力は100W、反応空間の温度は室温
とする。また、基板バイアスとして 200Vの直流バイアスを加え、プラズマ中の粒子(イ
オン)が被形成面上に入射する様な電界を形成することで膜質の緻密化と硬度の向上を図
っている。
In this embodiment, 50 sccm of methane gas and 50 sccm of hydrogen gas are introduced into the reaction space of the plasma CVD apparatus, the deposition pressure is 10 mTorr, the RF power is 100 W, and the temperature of the reaction space is room temperature. Further, a DC bias of 200 V is applied as a substrate bias, and an electric field is formed so that particles (ions) in the plasma are incident on the surface to be formed, thereby improving the film quality and improving the hardness.

また、DLC膜は膜厚が10nm程度でも非常に高い耐摩耗性を持っている。そのため、図
7に示した構造では第3の層間絶縁膜342を機械的な衝撃から保護する効果が得られる
。これは、ラビング工程等による摩擦工程に対して非常に効果的である。
The DLC film has very high wear resistance even when the film thickness is about 10 nm. Therefore, in the structure shown in FIG. 7, the effect of protecting the third interlayer insulating film 342 from mechanical shock can be obtained. This is very effective for a friction process such as a rubbing process.

なお、摩擦係数はDLC膜厚に依存性を有し、DLC膜厚が厚くなる程小さくなる。従
って、DLC膜の膜厚は10nm以上あれば良いことになるが、厚すぎると液晶に印加される
電界が弱くなるので10〜50nm程度が良い。
The friction coefficient depends on the DLC film thickness, and becomes smaller as the DLC film thickness increases. Accordingly, it is sufficient that the thickness of the DLC film is 10 nm or more, but if it is too thick, the electric field applied to the liquid crystal is weakened, so about 10 to 50 nm is preferable.

なお、DLC膜のさらに詳細な成膜方法および成膜装置等については、本発明者らによ
る特公平3-72711号公報、同4-27690号公報、同4-27691号公報を参考にすると良い。
In addition, for more detailed film forming method and film forming apparatus of the DLC film, it is preferable to refer to Japanese Patent Publication Nos. 3-72711, 44-26900, and 42-27691 by the present inventors. .

以上の様な構成で得られた図7の構造では、TFTで発生した熱が高い効率で逃がされ
るので、蓄熱による動作不良を防ぐことができる。特に、プロジェクションタイプの電子
機器に用いる液晶表示装置には、この様な耐熱構造を利用した方が良い。
In the structure of FIG. 7 obtained with the above configuration, the heat generated in the TFT is released with high efficiency, so that malfunction due to heat storage can be prevented. In particular, it is better to use such a heat-resistant structure for a liquid crystal display device used in a projection type electronic device.

実施例1〜7に示した構成を有するアクティブマトリクス基板を用い、液晶表示装置を
構成した例を図7に示す。図7は液晶表示装置の本体に相当する部位であり、液晶モジュ
ールとも呼ばれる。
An example in which a liquid crystal display device is configured using the active matrix substrate having the configuration shown in Examples 1 to 7 is shown in FIG. FIG. 7 shows a portion corresponding to the main body of the liquid crystal display device, which is also called a liquid crystal module.

図7において、701は結晶化ガラス、702は結晶化ガラスの全面を包む様にして形
成された絶縁性シリコン膜である。大版基板から多面取りによって複数枚のアクティブマ
トリクス基板を切り出す場合には切断面となる側面には絶縁性シリコン膜が存在しないが
、それ以外の側面には絶縁性シリコン膜が残るというのが本願発明の特徴である。勿論、
アクティブマトリクス基板として完成してしまっているので絶縁性シリコン膜で保護され
ていなくても成分物質が流出する心配はない。
In FIG. 7, reference numeral 701 denotes crystallized glass, and reference numeral 702 denotes an insulating silicon film formed so as to enclose the entire surface of the crystallized glass. In the case where a plurality of active matrix substrates are cut out from a large-sized substrate by multi-chamfering, the insulating silicon film does not exist on the side surface that becomes the cut surface, but the insulating silicon film remains on the other side surface. It is a feature of the invention. Of course,
Since it has been completed as an active matrix substrate, there is no concern that component substances will flow out even if it is not protected by an insulating silicon film.

そして、この様な構成の基板上に単結晶シリコン薄膜でもって複数のTFTが形成され
ている。これらのTFTは基板上に画素マトリクス回路703、ゲイト側駆動回路704
、ソース側駆動回路705、ロジック回路706を構成する。そして、その様なアクティ
ブマトリクス基板に対して対向基板707が貼り合わされる。アクティブマトリクス基板
と対向基板707との間には液晶層(図示せず)が挟持される。
A plurality of TFTs are formed with a single crystal silicon thin film on the substrate having such a configuration. These TFTs are provided on a substrate with a pixel matrix circuit 703 and a gate side drive circuit 704.
, A source side driver circuit 705 and a logic circuit 706 are configured. Then, a counter substrate 707 is attached to such an active matrix substrate. A liquid crystal layer (not shown) is sandwiched between the active matrix substrate and the counter substrate 707.

また、図7に示す構成では、アクティブマトリクス基板の側面と対向基板の側面とをあ
る一辺を除いて全て揃えることが望ましい。こうすることで大版基板からの多面取り数を
効率良く増やすことができる。また、前述の一辺では、対向基板の一部を除去してアクテ
ィブマトリクス基板の一部を露出させ、そこにFPC(フレキシブル・プリント・サーキ
ット)708を取り付ける。ここには必要に応じてICチップ(単結晶シリコン上に形成
されたMOSFETで構成される半導体回路)を搭載しても構わない。
In the configuration shown in FIG. 7, it is desirable that the side surfaces of the active matrix substrate and the side surface of the counter substrate are all aligned except for one side. By doing so, the number of multiple chamfers from the large substrate can be increased efficiently. On the one side, a part of the counter substrate is removed to expose a part of the active matrix substrate, and an FPC (flexible printed circuit) 708 is attached thereto. Here, an IC chip (semiconductor circuit composed of MOSFETs formed on single crystal silicon) may be mounted as necessary.

本実施例の回路を構成するTFTは極めて高い動作速度を有しているため、数百MHz
〜数GHzの高周波数で駆動する信号処理回路を画素マトリクス回路と同一の基板上に一
体形成することが可能である。即ち、図7に示す液晶モジュールはシステム・オン・パネ
ルを具現化したものである。
Since the TFT constituting the circuit of this embodiment has an extremely high operation speed, it is several hundred MHz.
A signal processing circuit driven at a high frequency of ˜several GHz can be integrally formed on the same substrate as the pixel matrix circuit. That is, the liquid crystal module shown in FIG. 7 embodies a system-on-panel.

なお、本実施例では本願発明を液晶表示装置に適用した場合について記載しているが、
アクティブマトリクス型EL(エレクトロルミネッセンス)表示装置などを構成すること
も可能である。また、光電変換層を具備したイメージセンサ等を同一基板上に形成するこ
とも可能である。
In this embodiment, the present invention is described as applied to a liquid crystal display device.
An active matrix EL (electroluminescence) display device or the like can also be configured. Further, an image sensor or the like provided with a photoelectric conversion layer can be formed over the same substrate.

なお、上述の液晶表示装置、EL表示装置及びイメージセンサの様に光学信号を電気信
号に変換する、又は電気信号を光学信号に変換する機能を有する装置を電気光学装置と定
義する。本願発明は絶縁表面を有する基板上に半導体薄膜を利用して形成しうる電気光学
装置ならば全てに適用することができる。
Note that a device having a function of converting an optical signal into an electric signal or converting an electric signal into an optical signal, such as the above-described liquid crystal display device, EL display device, and image sensor, is defined as an electro-optical device. The present invention can be applied to all electro-optical devices that can be formed using a semiconductor thin film on a substrate having an insulating surface.

本願発明は実施例8に示した様な電気光学装置だけでなく、機能回路を集積化した薄膜
集積回路(または半導体回路)を構成することもできる。例えば、マイクロプロセッサ等
の演算回路や携帯機器用の高周波回路(MMIC:マイクロウェイブ・モジュール・IC
)などを構成することもできる。
The present invention can constitute not only an electro-optical device as shown in the eighth embodiment but also a thin film integrated circuit (or semiconductor circuit) in which functional circuits are integrated. For example, arithmetic circuits such as microprocessors and high-frequency circuits for mobile devices (MMIC: microwave module module IC)
) Etc. can also be configured.

さらには、薄膜を用いるTFTの利点を生かして三次元構造の半導体回路を構成し、超
高密度に集積化されたVLSI回路を構成することも可能である。この様に、本願発明の
TFTを用いて非常に機能性に富んだ半導体回路を構成することが可能である。なお、本
明細書中において、半導体回路とは半導体特性を利用して電気信号の制御、変換を行う電
気回路と定義する。
Furthermore, it is possible to construct a three-dimensional semiconductor circuit by taking advantage of thin film TFTs, and to construct a VLSI circuit integrated at an ultra-high density. As described above, it is possible to constitute a semiconductor circuit having a very high functionality by using the TFT of the present invention. Note that in this specification, a semiconductor circuit is defined as an electric circuit that controls and converts an electric signal using semiconductor characteristics.

本実施例では、実施例8や実施例9に示された電気光学装置や半導体回路を搭載した電
子機器(応用製品)の一例を図8に示す。なお、電子機器とは半導体回路および/または
電気光学装置を搭載した製品と定義する。
In this embodiment, an example of an electronic device (applied product) on which the electro-optical device or the semiconductor circuit shown in Embodiment 8 or Embodiment 9 is mounted is shown in FIG. An electronic device is defined as a product on which a semiconductor circuit and / or an electro-optical device is mounted.

本願発明を適用しうる電子機器としてはビデオカメラ、電子スチルカメラ、プロジェク
ター、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、携
帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、PHS等)などが挙げられる。
Electronic devices to which the present invention can be applied include video cameras, electronic still cameras, projectors, head mounted displays, car navigation systems, personal computers, personal digital assistants (mobile computers, mobile phones, PHS, etc.) and the like.

図8(A)は携帯電話であり、本体2001、音声出力部2002、音声入力部200
3、表示装置2004、操作スイッチ2005、アンテナ2006で構成される。本願発
明は音声出力部2002、音声出力部2003、表示装置2004等に適用することがで
きる。
FIG. 8A illustrates a mobile phone, which includes a main body 2001, an audio output unit 2002, and an audio input unit 200.
3, a display device 2004, an operation switch 2005, and an antenna 2006. The present invention can be applied to the audio output unit 2002, the audio output unit 2003, the display device 2004, and the like.

図8(B)はビデオカメラであり、本体2101、表示装置2102、音声入力部21
03、操作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部2106で構成される。本願
発明は表示装置2102、音声入力部2103、受像部2106等に適用することができ
る。
FIG. 8B shows a video camera, which includes a main body 2101, a display device 2102, an audio input unit 21.
03, an operation switch 2104, a battery 2105, and an image receiving unit 2106. The present invention can be applied to the display device 2102, the audio input unit 2103, the image receiving unit 2106, and the like.

図8(C)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体2201、
カメラ部2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表示装置2205で構成さ
れる。本願発明はカメラ部2202、受像部2203、表示装置2205等に適用できる
FIG. 8C shows a mobile computer (mobile computer).
The camera unit 2202, the image receiving unit 2203, operation switches 2204, and a display device 2205 are included. The present invention can be applied to the camera unit 2202, the image receiving unit 2203, the display device 2205, and the like.

図8(D)はヘッドマウントディスプレイであり、本体2301、表示装置2302、
バンド部2303で構成される。本発明は表示装置2302に適用することができる。
FIG. 8D illustrates a head mounted display, which includes a main body 2301, a display device 2302,
It is composed of a band unit 2303. The present invention can be applied to the display device 2302.

図8(E)はリア型プロジェクターであり、本体2401、光源2402、表示装置2
403、偏光ビームスプリッタ2404、リフレクター2405、2406、スクリーン
2407で構成される。本発明は表示装置2403に適用することができる。
FIG. 8E illustrates a rear projector, which includes a main body 2401, a light source 2402, and a display device 2.
403, a polarizing beam splitter 2404, reflectors 2405 and 2406, and a screen 2407. The present invention can be applied to the display device 2403.

図8(F)はフロント型プロジェクターであり、本体2501、光源2502、表示装
置2503、光学系2504、スクリーン2505で構成される。本発明は表示装置25
03に適用することができる。
FIG. 8F illustrates a front projector, which includes a main body 2501, a light source 2502, a display device 2503, an optical system 2504, and a screen 2505. The present invention is a display device 25.
03 can be applied.

以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用するこ
とが可能である。また、電気光学装置や半導体回路を必要とする製品であれば全てに適用
できる。
As described above, the application range of the present invention is extremely wide and can be applied to electronic devices in various fields. Further, the present invention can be applied to any product that requires an electro-optical device or a semiconductor circuit.

Claims (6)

歪点750℃以上の無アルカリガラス基板と水素打ち込み層を有するシリコンウェハとを、前記無アルカリガラス基板に形成された絶縁性シリコン膜を挟むようにして貼り合わせ、
前記貼り合わせ後、加熱処理し、前記シリコンウェハの前記水素打ち込み層の部分で、前記シリコンウェハの一部を引き離すことにより、前記無アルカリガラス基板上に単結晶シリコン薄膜を形成し、
前記単結晶シリコン薄膜を用いて半導体装置を作製し、
前記無アルカリガラス基板は、2.0×10 ―6 〜3.0×10 ―6 −1 の熱膨張係数を有するガラスがコーティングされていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
A non-alkali glass substrate having a strain point of 750 ° C. or higher and a silicon wafer having a hydrogen implantation layer are bonded together so as to sandwich an insulating silicon film formed on the non-alkali glass substrate,
After the bonding, heat treatment, by separating a part of the silicon wafer at the hydrogen implantation layer part of the silicon wafer, to form a single crystal silicon thin film on the alkali-free glass substrate,
A semiconductor device is manufactured using the single crystal silicon thin film ,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the alkali-free glass substrate is coated with glass having a thermal expansion coefficient of 2.0 × 10 −6 to 3.0 × 10 −6 ° C. −1 .
歪点750℃以上の無アルカリガラス基板と水素打ち込み層を有するシリコンウェハとを、前記無アルカリガラス基板に形成された絶縁性シリコン膜と前記シリコンウェハに形成された酸化膜とを挟むようにして貼り合わせ、
前記貼り合わせ後、加熱処理し、前記シリコンウェハの前記水素打ち込み層の部分で、前記シリコンウェハの一部を引き離すことにより、前記無アルカリガラス基板上に単結晶シリコン薄膜を形成し、
前記単結晶シリコン薄膜を用いて半導体装置を作製し、
前記無アルカリガラス基板は、2.0×10 ―6 〜3.0×10 ―6 −1 の熱膨張係数を有するガラスがコーティングされていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
A non-alkali glass substrate having a strain point of 750 ° C. or higher and a silicon wafer having a hydrogen implantation layer are bonded together so as to sandwich an insulating silicon film formed on the non-alkali glass substrate and an oxide film formed on the silicon wafer. ,
After the bonding, heat treatment, by separating a part of the silicon wafer at the hydrogen implantation layer part of the silicon wafer, to form a single crystal silicon thin film on the alkali-free glass substrate,
A semiconductor device is manufactured using the single crystal silicon thin film ,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the alkali-free glass substrate is coated with glass having a thermal expansion coefficient of 2.0 × 10 −6 to 3.0 × 10 −6 ° C. −1 .
請求項2において、前記酸化膜の膜厚は200〜700nmであることを特徴とする半導体装置の作製方法。   3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the oxide film has a thickness of 200 to 700 nm. 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記水素打ち込み層は、ドーズ量5×1015〜1×1017ions/cmの水素イオンを打ち込むことによって形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claim 1 thru | or 3,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the hydrogen implantation layer is formed by implanting hydrogen ions having a dose of 5 × 10 15 to 1 × 10 17 ions / cm 2 .
請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記絶縁性シリコン膜は、前記無アルカリガラス基板に形成された非晶質シリコン膜を熱酸化することにより形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the insulating silicon film is formed by thermally oxidizing an amorphous silicon film formed on the alkali-free glass substrate.
歪点750℃以上のガラス基板の表面及び裏面に第1の絶縁性シリコン膜を形成し、
前記ガラス基板と水素打ち込み層を有するシリコンウェハとを、前記ガラス基板に形成された前記第1の絶縁性シリコン膜を挟むように貼り合わせ、
前記貼り合わせ後、加熱処理し、
前記加熱処理後、前記シリコンウェハの前記水素打ち込み層の部分で、前記シリコンウェハの一部を引き離して、前記ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜を形成し、
前記単結晶シリコン薄膜をパターニングして活性層を形成し、
前記活性層が設けられた前記ガラス基板の表面及び裏面に前記第1の絶縁性シリコン膜を介して第2の絶縁性シリコン膜を形成し、
前記第2の絶縁性シリコン膜上にゲイト電極を形成し、
少なくとも前記ゲイト電極でマスクされた部分および前記ガラス基板の裏面に前記第2の絶縁性シリコン膜が残るように、前記ガラス基板の表面の前記第2の絶縁性シリコン膜を除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a first insulating silicon film on the front and back surfaces of a glass substrate having a strain point of 750 ° C. or higher;
The glass substrate and a silicon wafer having a hydrogen implantation layer are bonded together so as to sandwich the first insulating silicon film formed on the glass substrate,
After the bonding, heat treatment,
After the heat treatment, part of the silicon wafer is separated at the portion of the hydrogen implantation layer of the silicon wafer to form a single crystal silicon thin film on the glass substrate,
Patterning the single crystal silicon thin film to form an active layer;
Forming a second insulating silicon film on the front and back surfaces of the glass substrate provided with the active layer via the first insulating silicon film;
Forming a gate electrode on the second insulating silicon film;
Removing the second insulating silicon film on the surface of the glass substrate so that the second insulating silicon film remains on at least a portion masked by the gate electrode and a back surface of the glass substrate; A method for manufacturing a semiconductor device.
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