半导体器件及其制法、SOI衬底及其制法和其显示器件制造技术

多晶硅薄膜和单晶硅薄膜被制作在淀积于绝缘衬底上的二氧化硅膜上。用对非晶硅薄膜进行热晶化的方法来生长多晶硅层，以便形成多晶硅薄膜。（ａ）其上具有二氧化硅膜和（ｂ）其中具有氢离子注入部分的单晶硅衬底，被键合到已经经受过腐蚀清除的多晶硅薄膜区域，并经受加热过程。然后，以脱落的方式，在氢离子注入部分处分离单晶硅衬底，以便形成单晶硅薄膜。结果，有可能以低的成本提供性质稳定的具有单晶硅薄膜的大尺寸半导体器件。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体器件及其制造方法，确切地说是涉及具有由多个MOS构成的集成电路的半导体器件及其制造方法。而且，本专利技术涉及SOI衬底，此SOI衬底的构成方法是(a)将已经注入了氢离子的单晶硅薄膜键合到衬底，以及(b)在氢离子注入部分处分割单晶硅薄膜，本专利技术还涉及采用SOI衬底的半导体器件以及SOI衬底的制造方法。此外，本专利技术涉及用于有源矩阵驱动液晶显示器件等的半导体器件，改善了其中集成有外围驱动电路、控制电路等的器件的电路性能。
技术介绍
按照常规，所谓有源矩阵驱动已经得到了应用，且有源矩阵驱动是这样的诸如a-Si(非晶硅)和p-Si(多晶硅)的薄膜晶体管(以下称为TFT)被制作在玻璃衬底上，以便驱动液晶显示平板、有机EL平板等。而且，利用其迁移率高到能够工作于高速的p-Si，已经集成了外围驱动电路。还对利用更高性能的硅的器件的制作进行了研究，以便集成由图象处理器、定时控制器等构成的要求更高性能的系统。这是因为多晶硅导致下列问题因为(a)不完全结晶引起的带隙中的局域态、(b)晶粒边界附近的效率低、(c)带隙中局域态的存在引起的迁移率下降、以及(d)S系数(亚阈值系数)增大，晶体管的性能不足以形成高性能的硅器件。然后，为了制作更高性能的硅器件，不仅已经提出了激光晶化，而且还提出了下列技术用来改进晶化的技术，例如，诸如SLS(顺序横向凝固)之类的更先进的技术(例如2001年10月9日公布的美国专利No.6300175的说明书)、CLC(连续波激光横向晶化)(例如论文Hara et al.，“通过稳定扫描CW激光横向晶化的超高性能玻璃上多晶硅TFT Ultra-high Performance Poly-Si TFTs on a Glass bya Stable Scanning CW Laser Lateral Crystallization)”，2001International Workshop on Active Matrix Liquid CrystalDisplays--TFT Technologies and Related Materials--(AM-LCD2001)，Digest of Technical Papers，p.227-230，July 11-13，2001，Japan Society of Applied Physics)。这些技术是在玻璃衬底上淀积a-Si膜，以便用择优的方式控制晶化，或以便实现单晶化。但在使用激光的这些技术中，仅仅硅膜被加热到高温以便执行晶体生长，同时保持玻璃之类的耐热性低的绝缘衬底的温度。于是，约为109Pa的张应力通常被施加到硅膜上，致使出现这样的问题在膜中出现裂缝，TFT性质的重复性变坏，不均匀性更大等。同时，存在着一种技术，其中单晶硅被键合到绝缘衬底，以便使膜更薄(例如1993年8月20日发布的日本公开专利申请No.211128/1993(Tokukaihei 5-211128))。利用这一技术，有可能在单晶硅衬底上形成氧化物膜，并在其上形成单晶硅薄膜。但当单晶硅薄膜要被键合到硅衬底之外的绝缘衬底，例如玻璃衬底或石英衬底时，则由于硅与诸如石英衬底的绝缘衬底之间的热膨胀系数差别而出现硅剥离这样的问题。为了防止由于硅与石英衬底之间的热膨胀系数差别造成的在热键合强度改善工艺中的上述损伤，提出了一种改变晶化玻璃组分的方法(例如1999年6月18日发布的日本专利申请公开No.163363/1999(Tokukaihei 11-163363)。而且，如上所述，按照常规，已经在下列方面造成了引人注目的改善(a)集成电路元件方面，致使单晶硅衬底被处理，且数以亿万计的晶体管被制作在衬底上，(b)薄膜晶体管(TFT)液晶显示技术方面，致使在诸如硅膜的多晶半导体薄膜被制作在诸如玻璃衬底的非晶材料上之后，它们被加工成晶体管，以便形成液晶显示器的图象元件和驱动器，以及采用液晶显示器的计算机和个人信息终端的普及方面。在这些技术中，借助于对厚度不到1mm而直径为150-300mm的商业单晶硅晶片进行加工而在被加工的单晶硅晶片上制作大量晶体管，制作了集成电路。而且，在TFT液晶显示器中，非晶非碱性玻璃上的非晶硅膜被激光等热熔融/多晶化，非晶硅膜从而被加工，以便形成用作开关元件的MOS型晶体管。在采用TFT的液晶显示器和有机EL显示器的领域中，非晶硅膜或多晶硅膜的TFT被制作在透明玻璃衬底上，以便形成用来驱动图象元件，亦即用来执行所谓有源矩阵驱动的硅器件。而且，就有源矩阵驱动而言，为了将外围驱动器、定时控制器等集成为一个系统，已经研究了性能更高的硅器件的制作。这是因为多晶硅膜造成了下列问题因为(a)不完整晶体引起的带隙中的局域态，(b)迁移率的降低，或(c)由晶粒边界附近带隙中局域态的存在造成的亚阈值系数(S系数)的增大，故晶体管的性能不足以形成高性能的硅器件。然后，注意了SOI技术。SOI是绝缘体上硅的缩写，是一种用来在绝缘衬底上形成单晶半导体薄膜的技术(此技术很少被用来形成多晶硅膜)。自从大约1981年以来，此技术已经被积极研究。而且，利用优选的晶体管，用于集成电路领域的SOI衬底引人注目地改善了半导体元件的性能。于是，只要衬底用作绝缘膜，就无论衬底透明与否，或无论衬底是结晶的还是非晶的都无关紧要。在这一领域中，当用SOI衬底制作晶体管时，各个元件被完全分隔开，致使对工作几乎没有限制，从而得到晶体管的最佳性质。现在，作为SOI衬底的代表，正在销售SIMOX(利用氧注入来分隔开)衬底。在此SOI衬底中，氧被注入到硅晶片中，这样形成的氧化硅层将单晶硅薄膜与衬底本体分隔开。于是，作为比氢重得多的元素的氧，被注入到预定的深度，致使注入在高能量和高剂量下被执行。于是，晶体被严重地损伤，以至于出现下列问题不可能获得足够的单晶性质，或由于偏离了二氧化硅膜部分的化学比而不可能获得完全的绝缘性质。然后，Tokukaihei 5-211128公开了一种这样的技术单晶硅被键合到衬底，形成薄膜。这一现有技术被称为“灵活切割工艺”，并根据离子注入工艺将氢离子注入到单晶硅衬底中，且得到的此衬底被键合到加固元件，利用热处理在氢离子注入层中引起少量气泡，单晶硅衬底在氢离子注入层处被分割，以便形成单晶硅薄膜，从而实现SOI结构。结果，有可能制造元件性质高的单晶硅晶体管。从这一观点看，此技术是优异的。但至于这一现有技术，Tokukaihei 5-211128仅仅公开了氧化物膜被形成在单晶硅衬底上，且其上形成单晶硅薄膜。并未考虑对诸如显示用玻璃衬底之类的其它衬底的适用性。然后，Tokukaihei 11-163363指出了一些例子，其中比较了其它衬底的键合适用性。在现有技术中，指出了晶化玻璃被用来防止衬底在改善衬底键合强度的加热过程中受到损伤，其组分被改变以便在热膨胀率方面对应于硅片。但晶化玻璃通常包含碱性原子，且其性质与其性质被稳定的晶体管相反。而且，在上述技术中，单晶硅衬底被成形为直径6、8、12英寸的晶片，致使要被键合的绝缘衬底被限制为6、8、12英寸的衬底。于是，不可能制造大尺寸的液晶显示平板和有机EL平板。在小尺寸平板的情况下，制造成本上升，从而难以在实际中采用此技术。而且，在采用石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，它包含提供在绝缘衬底的不同区域上的多晶硅薄膜和单晶硅薄膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2002-3-26 86999/02;JP 2002-8-23 243927/02;JP 201.一种半导体器件，它包含提供在绝缘衬底的不同区域上的多晶硅薄膜和单晶硅薄膜。2.权利要求1所述的半导体器件，其特征在于单晶硅薄膜具有键合到绝缘衬底的表面，且此表面被氧化，或此表面上淀积了二氧化硅膜。3.权利要求1所述的半导体器件，其特征在于半导体器件是一种有源矩阵衬底，它包括各由多个提供在绝缘衬底上的MOSFET组成的集成电路。4.权利要求1所述的半导体器件，其特征在于绝缘衬底由高应变点玻璃制成，其中二氧化硅层被提供在至少具有单晶硅的区域的表面上。5.权利要求4所述的半导体器件，其特征在于绝缘衬底由钡铝硼硅酸盐玻璃、碱土铝硼硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、碱土锌铅铝硼硅酸盐玻璃、以及碱土锌铝硼硅酸盐玻璃中的至少任何一种制成。6.权利要求1所述的半导体器件，其特征在于提供在绝缘衬底上的单晶硅薄膜区域与提供在绝缘衬底上的多晶硅薄膜区域被彼此分隔开至少不小于0.3微米。7.权利要求3所述的半导体器件，其特征在于分别提供在不同区域上的导电类型彼此相同的各个晶体管，在迁移率、亚阈值系数、以及阈值中的至少任何一个方面彼此不同。8.权利要求3所述的半导体器件，其特征在于分别提供在不同区域上的集成电路，在栅长度、栅氧化物膜厚度、电源电压、以及逻辑电平中的至少一个方面彼此不同。9.权利要求3所述的半导体器件，其特征在于分别提供在不同区域上的集成电路，在设计规则方面彼此不同。10.权利要求1所述的半导体器件，其特征在于单晶硅薄膜的厚度大约不大于600nm。11.权利要求1所述的半导体器件，其特征在于单晶硅薄膜的厚度不大于100nm。12.一种包括提供在绝缘衬底上的多晶硅薄膜和单晶硅薄膜的半导体器件的制造方法，所述方法的特征在于包含下列步骤在绝缘衬底的表面上相继淀积二氧化硅膜和非晶硅膜；借助于对非晶硅膜进行热晶化而生长多晶硅层，以便形成多晶硅薄膜；用腐蚀方法清除预定区域的多晶硅层；将单晶硅衬底切割成预定形状，以便部分地或基本上全部地覆盖已经经受过腐蚀的预定区域，所述单晶硅衬底具有已经被氧化的或其上已经淀积了二氧化硅膜的表面，并具有氢离子注入部分，其中预定剂量的氢离子已经被注入到预定的深度；将已经切割成预定形状的单晶硅衬底的氢离子注入表面键合到已经经受过腐蚀的预定区域；以及借助于执行热处理，以脱落的方式，在氢离子注入部分处分离单晶硅衬底，以便形成单晶硅薄膜。13.一种包括提供在绝缘衬底上的多晶硅薄膜和单晶硅薄膜的半导体器件的制造方法，所述方法的特征在于包含下列步骤在绝缘衬底的表面上相继淀积二氧化硅膜和非晶硅膜；借助于对非晶硅膜进行热晶化而生长多晶硅层，以便形成多晶硅膜；用腐蚀方法清除预定区域的多晶硅层，并用腐蚀方法，沿二氧化硅膜的厚度方向清除一部分对应于此预定区域的二氧化硅膜；将单晶硅衬底切割成预定形状，以便部分地或基本上全部地覆盖已经经受过腐蚀的预定区域，所述单晶硅衬底具有已经被氧化的或其上已经淀积了二氧化硅膜的表面，并具有氢离子注入部分，其中预定剂量的氢离子已经被注入到预定的深度；将已经切割成预定形状的单晶硅衬底的氢离子注入表面键合到已经经受过腐蚀的预定区域；以及借助于执行热处理，以脱落的方式，在氢离子注入部分处分离单晶硅衬底，以便形成单晶硅薄膜。14.一种包括提供在绝缘衬底上的多晶硅薄膜和单晶硅薄膜的半导体器件的制造方法，所述方法的特征在于包含下列步骤在绝缘衬底的表面上淀积二氧化硅膜；用腐蚀方法清除预定区域的多晶硅层，并用腐蚀方法，沿二氧化硅膜的厚度方向清除一部分对应于此预定区域的二氧化硅膜；将单晶硅衬底切割成预定形状，以便部分地或基本上全部地覆盖已经经受过腐蚀的预定区域，所述单晶硅衬底具有已经被氧化的或其上已经淀积了二氧化硅膜的表面，并具有氢离子注入部分，其中预定剂量的氢离子已经被注入到预定的深度；将已经切割成预定形状的单晶硅衬底的氢离子注入表面键合到已经经受过腐蚀的预定区域；以及借助于执行热处理，以脱落的方式，在氢离子注入部分处分离单晶硅衬底，以便形成单晶硅薄膜；在绝缘衬底的表面上相继淀积第二二氧化硅膜和非晶硅膜；以及借助于对非晶硅膜进行热晶化而生长多晶硅层，以便形成多晶硅薄膜。15.权利要求12-14中任何一个所述的方法，其特征在于热处理在从不低于300℃到不高于650℃的单个温度步骤下执行。16.权利要求12-14中任何一个所述的方法，其特征在于热处理在从不低于300℃到不高于650℃的多步温度下执行。17.权利要求12-14中任何一个所述的方法，其特征在于在生长多晶硅层时，Ni、Pt、Sn和Pd中的至少一种被加入到非晶硅膜。18.权利要求12-14中任何一个所述的方法，其特征在于借助于根据激光辐照将单晶硅衬底的氢离子注入部分的温度升高到氢从硅中分解的温度，来执行以脱落的方式在氢离子注入部分处分离单晶硅衬底的步骤。19.权利要求12-14中任何一个所述的方法，其特征在于借助于执行包括大约不低于700℃的峰值温度的灯退火，而以脱落的方式在氢离子注入部分处分离单晶硅衬底。20.权利要求12-14中任何一个所述的方法，其特征在于单晶硅薄膜的最大尺寸不大于10cm。21.权利要求12-14中任何一个所述的方法，其特征在于单晶硅薄膜的最大尺寸不大于5cm。22.权利要求12-14中任何一个所述的方法，其特征在于还包含下列步骤利用各向同性等离子体腐蚀或湿法腐蚀方法，从单晶硅薄膜的表面清除被损伤的层；用腐蚀方法将多晶硅薄膜和单晶硅薄膜图形化成小岛形状；用各向异性腐蚀方法，部分地或全部地回腐蚀已经淀积在多晶硅薄膜和单晶硅薄膜的整个表面上的第一二氧化硅膜；以及淀积第二二氧化硅膜作为栅绝缘膜，其中，这些步骤在多晶硅薄膜和单晶硅薄膜已经被提供在绝缘衬底上之后执行。23.权利要求22所述的方法，其特征在于未曾经受用来形成小岛形状的腐蚀的(a)形成在多晶硅薄膜上的图形与(b)形成在单晶硅薄膜上的图形之间的空间，其长度基本上等于第一二氧化硅膜厚度的二倍。24.权利要求12-14中任何一个所述的方法，其特征在于还包含下列步骤借助于根据腐蚀方法，将已经被形成在绝缘衬底上的单晶硅薄膜和多晶硅薄膜图形化成小岛形，而制作MOS晶体管；以及将不低于1015/cm2且不高于5×1015/cm2的P+离子注入到N型MOS晶体管的至少源区和漏区的各个部分以及P型MOS晶体管的至少源区和漏区的各个部分。25.权利要求12-14中任何一个所述的方法，其特征在于单晶硅薄膜的厚度基本上等于多晶硅薄膜的厚度。26.权利要求12-14中任何一个所述的方法，其特征在于借助于预先对单晶硅衬底的表面进行氧化或在表面上淀积二氧化硅膜而形成的二氧化硅膜的厚度，不小于200nm。27.权利要求12-14中任何一个所述的方法，其特征在于借助于预先对单晶硅衬底的表面进行氧化或在表面上淀积二氧化硅膜而形成的二氧化硅膜的厚度，不小于300nm。28.一种SOI衬底，它包含衬底；以及其中已经注入了氢离子的单晶硅片，所述单晶硅片被键合到所述非晶非碱性玻璃衬底，所述单晶硅片在氢离子注入部分处被分离，以便形成单晶硅薄膜，所述SOI的特征在于非晶非碱性玻璃衬底被用作所述衬底。29.权利要求28所述的SOI衬底，其特征在于非晶硅非碱性玻璃衬底的热膨胀率等于单晶硅片的热膨胀率，或高于单晶硅片的热膨胀率。30.权利要求29所述的SOI衬底，其特征在于非晶非碱性玻璃衬底是碱土铝硼硅酸盐玻璃、钡铝硼硅酸盐玻璃、碱土锌铅铝硼硅酸盐玻璃和碱土锌铝硼硅酸盐玻璃中的任何一种。31.权利要求28所述的SOI衬底，其特征在于单晶硅片的键合表面由(111)面、或(110)面、或(100)面构成。32.包含权利要求28所述的SOI衬底的显示器件，其特征在于非晶非碱性玻璃衬底由能够透射可见光的非晶玻璃材料制成。33.一种制造SOI衬底的方法，它包括下列步骤将其中已经注入了氢离子的单晶硅片键合到衬底；以及借助于执行热处理，在氢离子注入部分处分离所述单晶硅片，所述方法的特征在于非晶非碱性玻璃衬底被用作所述衬底，且所述热处理在最高600℃下执行，以便形成单晶硅薄膜。34.权利要求33所述的方法，其特征在于热处理在从不低于300℃到不高于700℃的多步温度下执行。35.一种制造SOI衬底的方法，它包括下列步骤将其中已经注入了氢离子的单晶硅片键合到衬底；以及借助于执行热处理，在氢离子注入部分处分离所述单晶硅片，所述方法的特征在于非晶非碱性玻璃衬底被用作所述衬底，且所述热处理根据包括不低于850℃的峰值温度的灯退火而被执行，以便形成单晶硅薄膜。36.权利要求33或35所述的方法，其特征是还包含下列步骤在非晶非碱性玻璃衬底的表面上相继淀积二氧化硅膜和非晶硅膜；借助于对非晶硅膜进行热晶化而生长多晶硅层，以便形成多晶硅薄膜；用腐蚀方法清除预定区域的多晶硅层，并用腐蚀方法，沿二氧化硅膜的厚度方向清除一部分对应于此预定区域的二氧化硅膜；对单晶硅片的表面进行氧化，或在单晶硅片的表面上淀积二氧化硅膜，并在单晶硅片中注入氢离子；将其中注入了氢离子的单晶硅片切割成一定形状，以便覆盖已经经受过腐蚀的预定区域；将已经切割成预定形状的单晶硅片的氢离子注入表面键合到已经经受过腐蚀的预定区域；以及根据由热处理引起的氢脆来分离单晶硅片，以便形成单晶硅薄膜。37.权利要求33或35所述的方法，其特征在于氢离子的注入深度为40-200nm。38.一种半导体器件，它包含分别提供在绝缘衬底不同区域上的多晶硅薄膜和单晶硅薄膜，所述半导体器件的特征在于绝缘衬底与单晶硅薄膜的标称线性膨胀之间的差异在室温到大约600℃的温度范围内大约不大于250ppm。39.一种半导体器件，它包含分别提供在绝缘衬底不同区域上的多晶硅薄膜和单晶硅薄膜，所述半导体器件的特征在于拉曼位移...

【专利技术属性】
技术研发人员：高藤裕，糸贺隆志，
申请(专利权)人：夏普公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]