JP5901913B2 - Method for manufacturing semiconductor substrate and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
技術分野は、半導体基板の作製方法、及び半導体基板を用いた半導体装置の作製方法に関する。 The technical field relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate and a method for manufacturing a semiconductor device using the semiconductor substrate.
近年、半導体基板として、支持基板(ベース基板ともいう)上に絶縁層及び単結晶シリコン層が設けられたSOI(Silicon On Insulator)基板が広く利用されている。以下に、SOI基板の代表的な作製工程を示す。 In recent years, an SOI (Silicon On Insulator) substrate in which an insulating layer and a single crystal silicon layer are provided over a supporting substrate (also referred to as a base substrate) has been widely used as a semiconductor substrate. A typical manufacturing process of an SOI substrate will be described below.
まず、単結晶シリコン基板に水素イオンを注入することで、単結晶シリコン基板表面から所定の深さに損傷領域(脆化層ともいう)を形成する。次に、該単結晶シリコン基板を、絶縁層を介して支持基板と貼り合わせる。その後、加熱処理を行い、損傷領域から単結晶シリコン基板を分断(分離ともいう)することにより、支持基板上に絶縁層及び薄い単結晶シリコン層を形成ことができる。すなわち、単結晶シリコン基板の一部からなる単結晶シリコン層を支持基板上に転載することで、SOI基板を作製するものである。 First, hydrogen ions are implanted into a single crystal silicon substrate to form a damaged region (also referred to as an embrittlement layer) at a predetermined depth from the surface of the single crystal silicon substrate. Next, the single crystal silicon substrate is bonded to a supporting substrate through an insulating layer. After that, heat treatment is performed and the single crystal silicon substrate is divided (also referred to as separation) from the damaged region, whereby an insulating layer and a thin single crystal silicon layer can be formed over the supporting substrate. That is, an SOI substrate is manufactured by transferring a single crystal silicon layer formed of a part of a single crystal silicon substrate onto a support substrate.
更に、耐圧の向上等の観点から、単結晶シリコン層を厚膜化する技術が検討されている。
(例えば、特許文献1参照)。
Furthermore, a technique for increasing the thickness of the single crystal silicon layer has been studied from the viewpoint of improving the breakdown voltage.
(For example, refer to Patent Document 1).
特許文献1では、形成された単結晶シリコン層の表面に、原料としてシラン系ガスを供給し、CVD法により、単結晶シリコン層を成膜している。所謂、気相エピタキシャル成長を行い、単結晶シリコン層の厚膜化を行うものである。 In Patent Document 1, a silane-based gas is supplied as a raw material to the surface of a formed single crystal silicon layer, and a single crystal silicon layer is formed by a CVD method. So-called vapor phase epitaxial growth is performed to thicken the single crystal silicon layer.
特許文献1に記載の方法では、水素イオンの注入により単結晶シリコン基板の結晶性や平坦性が損なわれるため、転載後の単結晶シリコン層に欠陥が生じてしまう。 In the method described in Patent Document 1, since the crystallinity and flatness of the single crystal silicon substrate are impaired by the implantation of hydrogen ions, a defect occurs in the single crystal silicon layer after transfer.
また、特許文献1に記載の方法では、気相エピタキシャル成長における成膜速度を向上させることが困難であるため、量産性が低いという問題がある。 In addition, the method described in Patent Document 1 has a problem in that mass productivity is low because it is difficult to improve the deposition rate in vapor phase epitaxial growth.
そこで、半導体基板において、転載後の単結晶半導体層の欠陥を低減し、かつ、厚膜化を実現することを課題の一とする。 Thus, an object is to reduce defects in a single crystal semiconductor layer after transfer and to increase the thickness of a semiconductor substrate.
また、半導体基板又は半導体装置において、量産性を向上することを課題の一とする。 Another object is to improve mass productivity of a semiconductor substrate or a semiconductor device.
開示する作製方法では、単結晶半導体基板上に非晶質半導体層を形成した後、該単結晶半導体基板と支持基板とを絶縁層を介して貼り合わせ、該単結晶半導体基板の一部を非晶質半導体層とともに支持基板上に転載する。そして、非晶質半導体層を固相エピタキシャル成長(固相成長ともいう)させることで、支持基板上に厚い単結晶半導体層を形成する。 In the disclosed manufacturing method, after an amorphous semiconductor layer is formed over a single crystal semiconductor substrate, the single crystal semiconductor substrate and a supporting substrate are attached to each other with an insulating layer interposed therebetween, and a part of the single crystal semiconductor substrate is non-coated. Reprinted on the supporting substrate together with the crystalline semiconductor layer. Then, a thick single crystal semiconductor layer is formed over the supporting substrate by solid phase epitaxial growth (also referred to as solid phase growth) of the amorphous semiconductor layer.
本発明の一態様は、単結晶半導体基板上に非晶質半導体層を形成する工程と、単結晶半導体基板に、イオンを照射して損傷領域を形成する工程と、単結晶半導体基板を、非晶質半導体層及び絶縁層を介して支持基板と貼り合わせる工程と、加熱処理を行い、損傷領域において単結晶半導体基板を分断するとともに、非晶質半導体層を固相成長させる工程とを有する半導体基板の作製方法である。 One embodiment of the present invention includes a step of forming an amorphous semiconductor layer over a single crystal semiconductor substrate, a step of irradiating the single crystal semiconductor substrate with ions to form a damaged region, A semiconductor having a step of bonding to a supporting substrate through a crystalline semiconductor layer and an insulating layer, a step of performing heat treatment, dividing a single crystal semiconductor substrate in a damaged region, and solid-phase-growing an amorphous semiconductor layer This is a method for manufacturing a substrate.
本発明の他の一態様は、単結晶半導体基板上に非晶質半導体層を形成する工程と、単結晶半導体基板に、イオンを照射して損傷領域を形成する工程と、単結晶半導体基板を、非晶質半導体層及び絶縁層を介して支持基板と貼り合わせる工程と、第1の加熱処理を行い、損傷領域において単結晶半導体基板を分断する工程と、第2の加熱処理を行い、非晶質半導体層を固相成長させる工程とを有する半導体基板の作製方法である。 Another embodiment of the present invention includes a step of forming an amorphous semiconductor layer over a single crystal semiconductor substrate, a step of irradiating the single crystal semiconductor substrate with ions to form a damaged region, and a single crystal semiconductor substrate. A step of attaching to the supporting substrate through the amorphous semiconductor layer and the insulating layer, a first heat treatment, a step of dividing the single crystal semiconductor substrate in the damaged region, a second heat treatment, And a step of solid-phase growth of a crystalline semiconductor layer.
本発明の他の一態様は、単結晶半導体基板にイオンを照射して損傷領域を形成する工程と、単結晶半導体基板上に、非晶質半導体層を形成する工程と、単結晶半導体基板を、非晶質半導体層及び絶縁層を介して支持基板と貼り合わせる工程と、加熱処理を行い、損傷領域において単結晶半導体基板を分断するとともに、非晶質半導体層を固相成長させる工程とを有する半導体基板の作製方法である。 Another embodiment of the present invention includes a step of irradiating a single crystal semiconductor substrate with ions to form a damaged region, a step of forming an amorphous semiconductor layer over the single crystal semiconductor substrate, and a single crystal semiconductor substrate. Bonding the support substrate with the amorphous semiconductor layer and the insulating layer, performing a heat treatment, dividing the single crystal semiconductor substrate in the damaged region, and solid-phase growing the amorphous semiconductor layer. This is a method for manufacturing a semiconductor substrate.
本発明の他の一態様は、単結晶半導体基板にイオンを照射して損傷領域を形成する工程と、単結晶半導体基板上に、非晶質半導体層を形成する工程と、単結晶半導体基板を、非晶質半導体層及び絶縁層を介して支持基板と貼り合わせる工程と、第1の加熱処理を行い、損傷領域において単結晶半導体基板を分断する工程と、第2の加熱処理を行い、非晶質半導体層を固相成長させる工程とを有する半導体基板の作製方法である。 Another embodiment of the present invention includes a step of irradiating a single crystal semiconductor substrate with ions to form a damaged region, a step of forming an amorphous semiconductor layer over the single crystal semiconductor substrate, and a single crystal semiconductor substrate. A step of attaching to the supporting substrate through the amorphous semiconductor layer and the insulating layer, a first heat treatment, a step of dividing the single crystal semiconductor substrate in the damaged region, a second heat treatment, And a step of solid-phase growth of a crystalline semiconductor layer.
上記において、非晶質半導体層は、希釈しないシラン系ガスを原料として用い、プラズマCVD法により形成してもよい。 In the above, the amorphous semiconductor layer may be formed by a plasma CVD method using an undiluted silane-based gas as a raw material.
なお、本明細書において、単結晶とは、結晶構造が一定の規則性を持って形成されており、どの部分においても結晶軸が一定の方向を向いているものをいう。ただし、欠陥や格子歪みなどの規則性の乱れを有していてもよい。 Note that in this specification, a single crystal refers to a crystal whose crystal structure is formed with a certain regularity and whose crystal axis is oriented in a certain direction in any part. However, it may have disorder of regularity such as defects and lattice distortion.
また、本明細書において、半導体基板とは、SOI基板などのように、支持基板上に絶縁層を介して半導体層が設けられているものをいう。 In this specification, a semiconductor substrate refers to a substrate in which a semiconductor layer is provided over a supporting substrate with an insulating layer interposed therebetween, such as an SOI substrate.
本発明の一態様は、支持基板上に形成された単結晶半導体層において、厚膜化を実現することができる。 According to one embodiment of the present invention, thickening can be realized in a single crystal semiconductor layer formed over a supporting substrate.
また、本発明の一態様は、半導体基板又は半導体装置の量産性を向上させることができる。 Further, according to one embodiment of the present invention, mass productivity of a semiconductor substrate or a semiconductor device can be improved.
また、本発明の一態様は、単結晶半導体層の転載不良を低減することができる。 Further, according to one embodiment of the present invention, transfer defects of a single crystal semiconductor layer can be reduced.
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなく、その形態及び詳細を様々に変更しうることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in the structures of the present invention described below, the same reference numerals are used in common in different drawings.
(実施の形態1)
本実施の形態では、半導体基板の構造及び作製方法の一例について説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, an example of a structure and a manufacturing method of a semiconductor substrate will be described.
図1を用いて半導体基板の作製方法を説明する。 A method for manufacturing a semiconductor substrate will be described with reference to FIGS.
まず、支持基板101(ベース基板ともいう)を用意する(図1(A)参照)。 First, a support substrate 101 (also referred to as a base substrate) is prepared (see FIG. 1A).
支持基板101は、ガラス基板、プラスチック基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などの絶縁体でなる基板、シリコンなどの半導体でなる基板、金属やステンレスなどの導電体でなる基板を用いることができる。 As the supporting substrate 101, a substrate made of an insulator such as a glass substrate, a plastic substrate, a ceramic substrate, a quartz substrate, or a sapphire substrate, a substrate made of a semiconductor such as silicon, or a substrate made of a conductor such as metal or stainless steel can be used. .
ガラス基板としては、歪み点が580℃以上730℃以下であるものを用いると良い。また、ガラス基板は無アルカリガラス基板であることが好ましい。無アルカリガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。安価なガラス基板、プラスチック基板を用いることで、コストを低減することができる。 A glass substrate having a strain point of 580 ° C. or higher and 730 ° C. or lower is preferably used. The glass substrate is preferably an alkali-free glass substrate. For the alkali-free glass substrate, glass materials such as aluminosilicate glass, aluminoborosilicate glass, and barium borosilicate glass are used, for example. Cost can be reduced by using an inexpensive glass substrate or plastic substrate.
また、支持基板101の表面に、単層又は積層の絶縁層を形成しても良い。該絶縁層を設けることにより、支持基板101に不純物(アルカリ金属やアルカリ土類金属など)が含まれている場合には、当該不純物が半導体層へ拡散することを防止できる。絶縁層の材料としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどを挙げることができる。 Further, a single layer or a stacked insulating layer may be formed over the surface of the supporting substrate 101. By providing the insulating layer, when the support substrate 101 contains an impurity (an alkali metal, an alkaline earth metal, or the like), the impurity can be prevented from diffusing into the semiconductor layer. Examples of the material for the insulating layer include silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and silicon nitride oxide.
なお、酸化窒化シリコンとは、窒素よりも酸素の含有量が多いものであり、窒化酸化シリコンとは、酸素よりも窒素の含有量が多いものである。ここで、含有量の比較は、ラザフォード後方散乱法及び水素前方散乱法の測定結果に基づいて行うこととする。 Note that silicon oxynitride has a higher oxygen content than nitrogen, and silicon nitride oxide has a higher nitrogen content than oxygen. Here, the content is compared based on the measurement results of the Rutherford backscattering method and the hydrogen forward scattering method.
次に、単結晶半導体基板103を用意する(図1(B)参照)。 Next, a single crystal semiconductor substrate 103 is prepared (see FIG. 1B).
単結晶半導体基板103としては、シリコン、シリコンゲルマニウム、ガリウムヒ素、又はインジウムリン等の半導体材料を用いた基板が挙げられる。ここでは、単結晶シリコン基板を用いる。 As the single crystal semiconductor substrate 103, a substrate using a semiconductor material such as silicon, silicon germanium, gallium arsenide, or indium phosphide can be given. Here, a single crystal silicon substrate is used.
そして、単結晶半導体基板103上に、非晶質半導体層105を形成する(図1(B)参照)。 Then, an amorphous semiconductor layer 105 is formed over the single crystal semiconductor substrate 103 (see FIG. 1B).
非晶質半導体層105の材料は、単結晶半導体基板103の材料に合わせて選択する。ここでは、非晶質半導体層105は、非晶質シリコン(アモルファスシリコンともいう)層とすればよい。この場合、原料ガスとしてシラン系ガス(例えばモノシラン又はジシラン等)を供給し、プラズマCVD法により、非晶質シリコン層の成膜を行う。成膜温度は、200℃以上400℃以下とすればよい。 The material of the amorphous semiconductor layer 105 is selected in accordance with the material of the single crystal semiconductor substrate 103. Here, the amorphous semiconductor layer 105 may be an amorphous silicon (also referred to as amorphous silicon) layer. In this case, a silane-based gas (for example, monosilane or disilane) is supplied as a source gas, and an amorphous silicon layer is formed by plasma CVD. The film formation temperature may be 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.
ここで、シラン系ガスの希釈率を小さくすることで、非晶質シリコン層の成膜速度を向上させることができる。例えば、希釈率を0倍より大きく且つ2倍以下とする。具体的には、シラン200sccmに対して水素ガス(希釈ガス)を0sccmより多く且つ200sccm以下として希釈すればよい。更に、シラン系ガスを希釈せずに用いることで、より成膜速度を向上させることができる。なお、希釈せずに用いるとは、意図的に希釈しないことを指す。そのため、残留ガス等が意図せず導入された場合も、希釈していないものとする。 Here, the film formation rate of the amorphous silicon layer can be improved by reducing the dilution rate of the silane-based gas. For example, the dilution rate is greater than 0 and less than 2 times. Specifically, hydrogen gas (dilution gas) may be diluted with respect to silane at 200 sccm so as to be more than 0 sccm and not more than 200 sccm. Furthermore, the film formation rate can be further improved by using the silane-based gas without dilution. In addition, using without diluting means not deliberately diluting. Therefore, even when residual gas or the like is introduced unintentionally, it is not diluted.
次に、単結晶半導体基板103に、損傷領域107(脆化層ともいう)を形成する(図1(B)参照)。 Next, a damaged region 107 (also referred to as an embrittlement layer) is formed in the single crystal semiconductor substrate 103 (see FIG. 1B).
損傷領域107は、電界で加速されたイオン(イオンビーム)を単結晶半導体基板103に照射し、単結晶半導体基板103の表面から所定の深さにイオンを導入することで、形成することができる。ここで、イオンの導入は、単結晶半導体基板103において、非晶質半導体層105が形成された側から行う。 The damaged region 107 can be formed by irradiating the single crystal semiconductor substrate 103 with ions (ion beam) accelerated by an electric field and introducing ions from the surface of the single crystal semiconductor substrate 103 to a predetermined depth. . Here, ions are introduced from the side where the amorphous semiconductor layer 105 is formed in the single crystal semiconductor substrate 103.
また、イオンの導入は、水素、不活性元素またはハロゲンを用いて、イオンドーピング法又はイオン注入法により行うことができる。不活性元素としては、例えばヘリウムが挙げられ、ハロゲンとしては、例えばフッ素が挙げられる。 In addition, ions can be introduced by ion doping or ion implantation using hydrogen, an inert element, or halogen. An example of the inert element is helium, and an example of the halogen is fluorine.
次いで、単結晶半導体基板103を、絶縁層109を介して支持基板101と貼り合わせる(図1(C)参照)。 Next, the single crystal semiconductor substrate 103 is attached to the supporting substrate 101 with the insulating layer 109 interposed therebetween (see FIG. 1C).
絶縁層109は、2つの基板を貼り合わせるための接合層として機能するものであり、単結晶半導体基板103側若しくは支持基板101側の一方に形成すればよい。 The insulating layer 109 functions as a bonding layer for bonding two substrates, and may be formed on one side of the single crystal semiconductor substrate 103 side or the support substrate 101 side.
また、絶縁層109は、CVD法により、酸化物又は窒化物等を、単層又は積層させて形成すればよい。具体的な材料としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、又は窒化酸化シリコン等が挙げられる。 The insulating layer 109 may be formed by a single layer or a stack of oxides, nitrides, or the like by a CVD method. Specific examples of the material include silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and silicon nitride oxide.
なお、貼り合わせを行う前に、2つの基板の貼り合わせ面(接合面ともいう)に表面処理を行うことが好ましい。表面処理を行うことで、親水性又は清浄性が向上し、貼り合わせの際の接合強度を向上させることができる。なお、表面処理は、2つの基板の少なくとも一方に行えばよい。また、絶縁層109が形成されている場合は、絶縁層109の表面に対して行う。 Note that before the bonding, surface treatment is preferably performed on the bonding surfaces (also referred to as bonding surfaces) of the two substrates. By performing the surface treatment, hydrophilicity or cleanliness is improved, and bonding strength at the time of bonding can be improved. Note that the surface treatment may be performed on at least one of the two substrates. In the case where the insulating layer 109 is formed, the surface of the insulating layer 109 is formed.
なお、表面処理としては、ウェット処理(オゾン水洗浄、メガソニック洗浄、又は2流体洗浄等)又はドライ処理(紫外線処理、オゾン処理、プラズマ処理、又はラジカル処理等)が挙げられる。また、これらを組み合わせて行ってもよい。 Examples of the surface treatment include wet treatment (ozone water cleaning, megasonic cleaning, two-fluid cleaning, etc.) or dry processing (ultraviolet treatment, ozone treatment, plasma treatment, radical treatment, etc.). Moreover, you may carry out combining these.
次に、貼り合わされた2つの基板に対して加熱処理を行い、損傷領域107において、単結晶半導体基板103を分断(分離ともいう)する。この分断により、単結晶半導体基板103の一部からなる単結晶半導体層111を、支持基板101上に転載することができる(図1(D)参照)。 Next, heat treatment is performed on the two bonded substrates, and the single crystal semiconductor substrate 103 is divided (also referred to as separation) in the damaged region 107. By this division, the single crystal semiconductor layer 111 including a part of the single crystal semiconductor substrate 103 can be transferred onto the supporting substrate 101 (see FIG. 1D).
加熱処理は、500℃以上、且つ、支持基板101の歪み点未満の温度で行えばよい。 The heat treatment may be performed at a temperature of 500 ° C. or higher and lower than the strain point of the support substrate 101.
更に、ここでの加熱処理により、非晶質半導体層105を固相エピタキシャル成長(固相成長ともいう)させる。この固相成長により、非晶質半導体層105が結晶化された単結晶半導体層113を、支持基板101上に形成することができる。 Further, the amorphous semiconductor layer 105 is subjected to solid phase epitaxial growth (also referred to as solid phase growth) by the heat treatment here. By this solid phase growth, the single crystal semiconductor layer 113 in which the amorphous semiconductor layer 105 is crystallized can be formed over the supporting substrate 101.
すなわち、支持基板101上には、絶縁層109を介して、単結晶半導体層113及び単結晶半導体層111が積層される。このように、2つの単結晶半導体層を積層させることにより、厚膜化を行うことができる。 In other words, the single crystal semiconductor layer 113 and the single crystal semiconductor layer 111 are stacked over the supporting substrate 101 with the insulating layer 109 interposed therebetween. In this manner, the thickness can be increased by stacking two single crystal semiconductor layers.
なお、ここでの加熱処理は2段階で行ってもよい。第1の加熱処理により上記のように分断を行い、第2の加熱処理により上記のように固相成長させればよい。第2の加熱処理は、第1の加熱処理より高い温度で行うことが好ましい。 Note that the heat treatment here may be performed in two stages. Dividing as described above by the first heat treatment and solid phase growth as described above may be performed by the second heat treatment. The second heat treatment is preferably performed at a higher temperature than the first heat treatment.
以上のように、半導体基板115が作製される。 As described above, the semiconductor substrate 115 is manufactured.
固相成長は気相成長と比較して成膜速度が速いため、本実施の形態の作製方法を用いることで、スループットを向上させることができる。その結果、半導体基板の量産性を向上させることができる。 Since solid-phase growth has a higher film formation rate than vapor-phase growth, the throughput can be improved by using the manufacturing method of this embodiment mode. As a result, the mass productivity of the semiconductor substrate can be improved.
また、非晶質半導体層105は、損傷領域107を形成する際のイオンの照射により結晶性が壊れることがないため、単結晶半導体層の転載不良を防止することができる。 In addition, since the amorphous semiconductor layer 105 does not break crystallinity due to ion irradiation when forming the damaged region 107, transfer defects of the single crystal semiconductor layer can be prevented.
また、非晶質半導体層を形成する際に原料ガスの希釈率を小さくする場合、固相成長された単結晶半導体層の結晶性を向上させることができる。その理由を、シリコン層を形成する場合を例に説明する。 Further, when the dilution rate of the source gas is reduced when forming the amorphous semiconductor layer, the crystallinity of the single crystal semiconductor layer grown by solid phase can be improved. The reason will be described by taking the case of forming a silicon layer as an example.
まず、希釈率を小さくすることで、成膜された非晶質シリコン層中には、シラン系ガス(例えばモノシラン)に起因するSi−H結合が多量に含まれる。そして、固相成長の際に、Si−H結合から水素が離脱することで、シリコンが再配列し、単結晶シリコン層の結晶性が高まる。このように、希釈率を低減した成膜工程と、固相成長工程とが相俟って結晶性を向上させるものである。 First, by reducing the dilution rate, the formed amorphous silicon layer contains a large amount of Si—H bonds caused by a silane-based gas (for example, monosilane). Then, during solid phase growth, hydrogen is released from the Si—H bond, so that silicon is rearranged and the crystallinity of the single crystal silicon layer is increased. As described above, the film formation step with a reduced dilution rate and the solid phase growth step combine to improve crystallinity.
更に、シラン系ガスを希釈せずに用いることで、より結晶性を向上させることができる。 Furthermore, crystallinity can be further improved by using the silane-based gas without dilution.
一方、希釈率を大きくする場合、希釈ガス(例えば水素ガス又はアルゴンガス等)に含まれる水素又はアルゴン等がSi−H結合を分解することで、非晶質シリコン層中の水素が低減されるため、シリコンの再配列は抑制される。 On the other hand, when increasing the dilution rate, hydrogen or argon contained in a dilution gas (for example, hydrogen gas or argon gas) decomposes Si—H bonds, thereby reducing hydrogen in the amorphous silicon layer. Therefore, the rearrangement of silicon is suppressed.
以上の理由により、単結晶半導体層の結晶性を向上させる場合、シラン系ガスの希釈率を小さくする、更には希釈せずに用いることが好ましい。 For the above reasons, when improving the crystallinity of the single crystal semiconductor layer, it is preferable to use a silane-based gas with a low dilution rate or without dilution.
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments.
(実施の形態2)
本実施の形態では、半導体装置の構造及び作製方法について、実施の形態1と異なる一例を説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, an example of the structure and manufacturing method of a semiconductor device, which is different from that in Embodiment 1, will be described.
実施の形態1は、図1(B)で示す工程において、非晶質半導体層105の成膜後に、損傷領域107を形成するものである。 In Embodiment 1, the damaged region 107 is formed after the amorphous semiconductor layer 105 is formed in the step shown in FIG.
これに対し、本実施の形態では、損傷領域107の形成後に、非晶質半導体層105を成膜することを特徴とする。その他の構成については、実施の形態1と同様である。 On the other hand, this embodiment mode is characterized in that the amorphous semiconductor layer 105 is formed after the damaged region 107 is formed. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
以下では、実施の形態1の方法によって作製した半導体基板(サンプルAという)と実施の形態2の方法によって作製された半導体基板(サンプルB)とを、データを示して比較する。 Hereinafter, the semiconductor substrate manufactured by the method of Embodiment 1 (referred to as sample A) and the semiconductor substrate manufactured by the method of Embodiment 2 (sample B) are shown and compared.
まず、サンプルAの具体的な作製方法を示す。まず、単結晶シリコン基板上に、プラズマCVD法により非晶質シリコン層を成膜した。ついで、単結晶シリコン基板に、ドーピング法を用いて水素イオンを添加し、損傷領域を形成した。そして、単結晶シリコン基板を、窒化酸化シリコン層が形成されたガラス基板と貼り合わせ、分断とともに固相成長させ、ガラス基板上に単結晶シリコン層を転載した。 First, a specific manufacturing method of Sample A will be described. First, an amorphous silicon layer was formed on a single crystal silicon substrate by a plasma CVD method. Next, hydrogen ions were added to the single crystal silicon substrate by a doping method to form a damaged region. Then, the single crystal silicon substrate was bonded to the glass substrate on which the silicon nitride oxide layer was formed, and solid phase growth was performed along with the division, and the single crystal silicon layer was transferred onto the glass substrate.
ここで、プラズマCVD法の成膜条件は、原料ガスとしてモノシランを希釈せずに用い、成膜温度を250℃とした。また、分断及び固相成長の際の加熱温度は、600℃とした。 Here, the film formation conditions of the plasma CVD method were as follows. Monosilane was used without being diluted as a source gas, and the film formation temperature was 250 ° C. Further, the heating temperature at the time of splitting and solid phase growth was 600 ° C.
また、サンプルBの作製方法は、単結晶シリコン基板に水素イオンを添加した後、非晶質シリコン層を形成した点において、サンプルAと異なる。その他は、サンプルAと同様にして作製した。 The manufacturing method of Sample B is different from Sample A in that an amorphous silicon layer is formed after adding hydrogen ions to a single crystal silicon substrate. Others were produced in the same manner as Sample A.
そして、作製されたサンプルA及びサンプルBの構造は、いずれもガラス基板(glass)上に窒化酸化シリコン層(SiNO)を介して単結晶シリコン層(c−Si)が設けられたものである。 The structures of the sample A and the sample B thus manufactured are obtained by providing a single crystal silicon layer (c-Si) on a glass substrate (glass) through a silicon nitride oxide layer (SiNO).
以下に、サンプルA及びサンプルBの測定結果を示す。 The measurement results of Sample A and Sample B are shown below.
図6は、単結晶シリコン層(c−Si)の断面TEM像(左図)及びラマン分光測定の結果(右図)である。図6(A)がサンプルAのデータであり、図6(B)がサンプルBのデータである。 FIG. 6 shows a cross-sectional TEM image (left figure) of the single crystal silicon layer (c-Si) and the result of Raman spectroscopic measurement (right figure). 6A shows data of sample A, and FIG. 6B shows data of sample B.
なお、ラマン分光測定の結果においては、単結晶シリコン層の面内の3カ所について半値全幅をプロットした。また、該3カ所における平均半値全幅も示した。 Note that the full width at half maximum was plotted at three locations in the plane of the single crystal silicon layer in the results of the Raman spectroscopic measurement. The average full width at half maximum at the three locations is also shown.
断面TEM像より、サンプルA(図6(A))は、サンプルB(図6(B))と比べて、単結晶シリコン層(c−Si)の表面の平坦性が高いことが認められた。 From the cross-sectional TEM image, it was confirmed that the surface of the single crystal silicon layer (c-Si) was higher in the sample A (FIG. 6A) than in the sample B (FIG. 6B). .
ラマン分光測定の結果より、サンプルB(図6(B))は、サンプルA(図6(A))と比べて、平均半値全幅が小さく単結晶シリコン層(c−Si)の結晶性が高いことが認められた。 From the results of Raman spectroscopy, sample B (FIG. 6B) has a smaller average full width at half maximum and higher crystallinity of the single crystal silicon layer (c-Si) than sample A (FIG. 6A). It was recognized that
以上のように、実施の形態1の方法(サンプルA)では平坦性の高い単結晶シリコン層が得られ、実施の形態2の方法(サンプルB)では結晶性が高い単結晶シリコン層が得られることが確認できた。 As described above, a single crystal silicon layer with high flatness is obtained by the method of Embodiment 1 (Sample A), and a single crystal silicon layer with high crystallinity is obtained by the method of Embodiment 2 (Sample B). I was able to confirm.
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments.
(実施の形態3)
本実施の形態では、半導体装置の作製方法の一例を説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, an example of a method for manufacturing a semiconductor device will be described.
図2及び図3を用いて、上記実施の形態で作製した半導体基板により薄膜トランジスタ(TFTともいう)を作製する方法を説明する。 A method for manufacturing a thin film transistor (also referred to as a TFT) using the semiconductor substrate manufactured in the above embodiment mode will be described with reference to FIGS.
まず、半導体基板として、実施の形態1の方法により作製された半導体基板を用意する(図2(A)参照)。 First, a semiconductor substrate manufactured by the method of Embodiment 1 is prepared as a semiconductor substrate (see FIG. 2A).
半導体基板は、支持基板101上に絶縁層109を介して単結晶半導体層201が設けられている。単結晶半導体層201は、図1(E)のように単結晶半導体層111及び単結晶半導体層113を積層させたものである。 In the semiconductor substrate, a single crystal semiconductor layer 201 is provided over a supporting substrate 101 with an insulating layer 109 interposed therebetween. The single crystal semiconductor layer 201 is formed by stacking a single crystal semiconductor layer 111 and a single crystal semiconductor layer 113 as illustrated in FIG.
なお、単結晶半導体層201の表面に、エッチング処理(例えばドライエッチング又はウェットエッチング)や、研磨処理(例えばCMP)などの平坦性を向上させる処理を行ってもよい。 Note that the surface of the single crystal semiconductor layer 201 may be subjected to treatment for improving flatness such as etching treatment (for example, dry etching or wet etching) or polishing treatment (for example, CMP).
また、半導体基板として、実施の形態2の方法により作製されたものを用いてもよい。 A semiconductor substrate manufactured by the method of Embodiment Mode 2 may be used.
また、単結晶半導体層201に、TFTのしきい値電圧を制御するための不純物元素を添加してもよい。不純物元素としては、例えば、pチャネル型のTFTを形成する領域にホウ素、アルミニウム、又はガリウムなどのp型の導電性を付与するアクセプタを添加し、nチャネル型のTFTが形成される領域に、リン又はヒ素などのn型の導電性を付与するドナーを添加すればよい。 Further, an impurity element for controlling the threshold voltage of the TFT may be added to the single crystal semiconductor layer 201. As the impurity element, for example, an acceptor imparting p-type conductivity such as boron, aluminum, or gallium is added to a region where a p-channel TFT is formed, and the n-channel TFT is formed in a region where the n-channel TFT is formed. A donor imparting n-type conductivity such as phosphorus or arsenic may be added.
次に、単結晶半導体層201をエッチングし、島状の半導体層203、205を形成する(図2(B))。なお、半導体層203はnチャネル型のTFTの半導体層として機能し、半導体層203はpチャネル型のTFTの半導体層として機能する。 Next, the single crystal semiconductor layer 201 is etched to form island-shaped semiconductor layers 203 and 205 (FIG. 2B). Note that the semiconductor layer 203 functions as a semiconductor layer of an n-channel TFT, and the semiconductor layer 203 functions as a semiconductor layer of a p-channel TFT.
次いで、半導体層203、205上に絶縁層207を形成する。そして、半導体層203上に絶縁層207を介して導電層209を形成するとともに、半導体層205上に絶縁層207を介して導電層211を形成する(図2(C)参照)。なお、絶縁層207はTFTのゲート絶縁層として機能し、導電層209はTFTのゲート電極として機能する。 Next, the insulating layer 207 is formed over the semiconductor layers 203 and 205. Then, a conductive layer 209 is formed over the semiconductor layer 203 with the insulating layer 207 interposed therebetween, and a conductive layer 211 is formed over the semiconductor layer 205 with the insulating layer 207 interposed therebetween (see FIG. 2C). Note that the insulating layer 207 functions as a gate insulating layer of the TFT, and the conductive layer 209 functions as a gate electrode of the TFT.
絶縁層207は、酸化シリコン又は窒化シリコンなどを用いて、単層又は積層で形成することができる。 The insulating layer 207 can be formed as a single layer or a stacked layer using silicon oxide, silicon nitride, or the like.
導電層209、211は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層又は積層により形成することができる。 The conductive layers 209 and 211 can be formed as a single layer or stacked layers using a metal material such as molybdenum, titanium, tantalum, tungsten, aluminum, copper, neodymium, or scandium, or an alloy material containing these as a main component.
次に、半導体層203にn型の低濃度不純物領域213を形成し、半導体層205にp型の高濃度不純物領域217を形成する(図2(D)参照)。 Next, an n-type low concentration impurity region 213 is formed in the semiconductor layer 203, and a p-type high concentration impurity region 217 is formed in the semiconductor layer 205 (see FIG. 2D).
詳細には、半導体層205をレジストで覆い、半導体層203にドナーとなる不純物元素を添加する。そして、該レジストを除去した後、同様に半導体層203をレジストで覆い、半導体層205にアクセプタとなる不純物元素を添加する。なお、高濃度不純物領域217は、ソース領域又はドレイン領域として機能する。 Specifically, the semiconductor layer 205 is covered with a resist, and an impurity element serving as a donor is added to the semiconductor layer 203. After the resist is removed, the semiconductor layer 203 is similarly covered with the resist, and an impurity element serving as an acceptor is added to the semiconductor layer 205. Note that the high-concentration impurity region 217 functions as a source region or a drain region.
ここで、導電層209及び導電層211をマスクとして不純物元素を添加することで、自己整合的に低濃度不純物領域213及び高濃度不純物領域217を形成することができる。なお、不純物元素の添加は、イオンドーピング法又はイオン注入法などにより行えばよい。 Here, by adding an impurity element using the conductive layers 209 and 211 as a mask, the low concentration impurity region 213 and the high concentration impurity region 217 can be formed in a self-aligning manner. Note that the impurity element may be added by an ion doping method, an ion implantation method, or the like.
そして、半導体層203の導電層209と重なる領域は、チャネル形成領域215となる。また、半導体層205の導電層211と重なる領域は、チャネル形成領域219となる。 A region of the semiconductor layer 203 that overlaps with the conductive layer 209 is a channel formation region 215. A region of the semiconductor layer 205 that overlaps with the conductive layer 211 is a channel formation region 219.
なお、上記工程と順序を逆にして、半導体層205に高濃度不純物領域217を形成した後、半導体層203に低濃度不純物領域213を形成してもよい。 Note that the order of the steps described above may be reversed, and the high concentration impurity region 217 may be formed in the semiconductor layer 205 and then the low concentration impurity region 213 may be formed in the semiconductor layer 203.
次に、半導体層203を覆うレジストを除去した後、プラズマCVD法などによって絶縁層を形成する。そして、この絶縁層に垂直方向の異方性エッチングを行うことで、導電層209、211の側面に接する絶縁層(サイドウォールともいう)221、223を形成する(図3(A)参照)。 Next, after removing the resist covering the semiconductor layer 203, an insulating layer is formed by a plasma CVD method or the like. Then, by performing anisotropic etching in the vertical direction on the insulating layer, insulating layers (also referred to as sidewalls) 221 and 223 that are in contact with the side surfaces of the conductive layers 209 and 211 are formed (see FIG. 3A).
なお、ここでの異方性エッチングにより、絶縁層207もエッチングされる。 Note that the insulating layer 207 is also etched by the anisotropic etching here.
次に、半導体層205をレジスト225で覆い、半導体層205にドナーとなる不純物元素を添加してn型の高濃度不純物領域227を形成する(図3(B)参照)。 Next, the semiconductor layer 205 is covered with a resist 225, and an impurity element serving as a donor is added to the semiconductor layer 205 to form an n-type high concentration impurity region 227 (see FIG. 3B).
ここで、導電層209および絶縁層221をマスクとして不純物元素を添加することで、自己整合的に高濃度不純物領域227を形成することができる。 Here, by adding an impurity element using the conductive layer 209 and the insulating layer 221 as a mask, the high-concentration impurity region 227 can be formed in a self-aligning manner.
なお、高濃度不純物領域227は、低濃度不純物領域213より不純物濃度が高い。また、高濃度不純物領域227と高濃度不純物領域217とは、同程度の不純物濃度である。不純物濃度は、不純物元素を添加する際のドーズ量により調整すればよい。なお、高濃度不純物領域227は、ソース領域又はドレイン領域として機能する。また、低濃度不純物領域213により、耐圧を高めることができる。 Note that the high concentration impurity region 227 has a higher impurity concentration than the low concentration impurity region 213. Further, the high concentration impurity region 227 and the high concentration impurity region 217 have substantially the same impurity concentration. The impurity concentration may be adjusted by the dose amount when the impurity element is added. Note that the high-concentration impurity region 227 functions as a source region or a drain region. Further, the breakdown voltage can be increased by the low concentration impurity region 213.
次に、ドナー及びアクセプタの活性化のための加熱処理を行う。その後、レジスト225を除去する。 Next, heat treatment for activating donors and acceptors is performed. Thereafter, the resist 225 is removed.
次いで、絶縁層229、絶縁層231、及び導電層233を形成する(図3(C))。 Next, an insulating layer 229, an insulating layer 231, and a conductive layer 233 are formed (FIG. 3C).
絶縁層229は、窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを用いて形成することができる。 The insulating layer 229 can be formed using silicon nitride or silicon nitride oxide.
絶縁層231は、酸化シリコン、BPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)などの無機材料、または、ポリイミド、アクリルなどの有機材料を用いて形成することができる。 The insulating layer 231 can be formed using an inorganic material such as silicon oxide or BPSG (Boron Phosphorus Silicon Glass), or an organic material such as polyimide or acrylic.
導電層233は、絶縁層229及び絶縁層231にコンタクトホールを形成した後、薄膜トランジスタと電気的に接続するように形成する。導電層233は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層又は積層により形成することができる。なお、導電層233は、ソース電極又はドレイン電極として機能する。 The conductive layer 233 is formed so as to be electrically connected to the thin film transistor after a contact hole is formed in the insulating layer 229 and the insulating layer 231. The conductive layer 233 can be formed by a single layer or a stacked layer using a metal material such as molybdenum, titanium, tantalum, tungsten, aluminum, copper, neodymium, or scandium, or an alloy material containing any of these materials as its main component. Note that the conductive layer 233 functions as a source electrode or a drain electrode.
以上の工程により、nチャネル型のTFT及びpチャネル型のTFTを有する半導体装置を作製することができる。 Through the above steps, a semiconductor device including an n-channel TFT and a p-channel TFT can be manufactured.
本実施の形態では、TFTの作製方法を説明したが、TFTの他、容量、抵抗などTFTと共に各種の半導体素子を形成することができる。 Although this embodiment mode describes a method for manufacturing a TFT, various semiconductor elements such as a capacitor and a resistor can be formed in addition to the TFT.
また、上記半導体素子を用いて、様々な電子機器を作製することができる。電子機器の一例としては、テレビ、パーソナルコンピュータ、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ナビゲーションシステム又は携帯情報端末(携帯電話、電子書籍又は携帯型ゲーム機等)などの表示装置が挙げられる。これら表示装置の表示部又は周辺部に、上記半導体素子を用いた回路を設けることができる。 In addition, various electronic devices can be manufactured using the semiconductor element. Examples of the electronic device include a display device such as a television, a personal computer, a video camera, a digital camera, a navigation system, or a portable information terminal (such as a mobile phone, an electronic book, or a portable game machine). A circuit using the semiconductor element can be provided in a display portion or a peripheral portion of these display devices.
また、電子機器の他の一例としては、表示部を必須としないものでもよく、例えば、無線タグ、認証装置、照明装置又は空調機などの様々な装置が挙げられる。これらの装置に上記半導体素子を用いた回路を設けることができる。 Further, as another example of the electronic apparatus, a display unit may not be essential, and examples thereof include various devices such as a wireless tag, an authentication device, a lighting device, and an air conditioner. A circuit using the semiconductor element can be provided in these devices.
上記回路としては、画素回路、駆動回路、演算回路、センサ回路、電源回路又はメモリ回路など、上記半導体素子を用いることが可能な回路が挙げられる。 Examples of the circuit include a circuit that can use the semiconductor element, such as a pixel circuit, a driver circuit, an arithmetic circuit, a sensor circuit, a power supply circuit, or a memory circuit.
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
(実施の形態4)
This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments.
(Embodiment 4)
本実施の形態では、光電変換装置の構造及び作製方法について一例を説明する In this embodiment, an example of a structure and a manufacturing method of a photoelectric conversion device will be described.
まず、支持基板101を用意する(図4(A)参照)。材料等は、実施の形態1と同様である。 First, the support substrate 101 is prepared (see FIG. 4A). The materials and the like are the same as those in the first embodiment.
次に、単結晶半導体基板103を用意する(図4(B)参照)。単結晶半導体基板103は、一導電型を有する基板を用いることができる。ここではp型を用いる。 Next, a single crystal semiconductor substrate 103 is prepared (see FIG. 4B). As the single crystal semiconductor substrate 103, a substrate having one conductivity type can be used. Here, p-type is used.
単結晶半導体基板103上に、i型の非晶質半導体層301、n型の非晶質半導体層303を順に形成する。 An i-type amorphous semiconductor layer 301 and an n-type amorphous semiconductor layer 303 are sequentially formed over the single crystal semiconductor substrate 103.
i型の非晶質半導体層301としてシリコン層を形成する場合は、原料として、シラン系ガスを用い、プラズマCVD法等により形成することができる。 In the case of forming a silicon layer as the i-type amorphous semiconductor layer 301, a silane-based gas can be used as a raw material by a plasma CVD method or the like.
なお、i型の半導体は、p型もしくはn型の導電性を付与する不純物元素を添加せずに形成された、いわゆる真性な半導体であることが好ましい。しかしながら、厳密に真性な半導体とすることは困難であり、わずかにp型もしくはn型を示してしまう。そのため、i型の半導体とは、このような実質的に真性な半導体を含むものとする。 Note that the i-type semiconductor is preferably a so-called intrinsic semiconductor formed without adding an impurity element imparting p-type or n-type conductivity. However, it is difficult to make a strictly intrinsic semiconductor, and slightly p-type or n-type is exhibited. For this reason, the i-type semiconductor includes such a substantially intrinsic semiconductor.
n型の非晶質半導体層303としてシリコン層を形成する場合は、原料として、シラン系ガス及びn型を付与する不純物元素(例えばリン)を含んだガス(例えばホスフィン)を用い、プラズマCVD法等により形成することができる。また、非晶質半導体層を形成した後、n型を付与する不純物元素をドーピングしてもよい。 In the case of forming a silicon layer as the n-type amorphous semiconductor layer 303, a plasma CVD method using a silane-based gas and a gas containing an impurity element imparting n-type (for example, phosphorus) (for example, phosphine) as a raw material. Or the like. Further, after the amorphous semiconductor layer is formed, an impurity element imparting n-type conductivity may be doped.
ここで、シラン系ガスの希釈率を小さくすることで、非晶質シリコン層の成膜速度を向上させることができる。例えば、希釈率を0倍より大きく且つ2倍以下とする。具体的には、シラン200sccmに対して水素ガス(希釈ガス)を0sccmより多く且つ200sccm以下として希釈すればよい。更に、シラン系ガスを希釈せずに用いることで、より成膜速度を向上させることができる。 Here, the film formation rate of the amorphous silicon layer can be improved by reducing the dilution rate of the silane-based gas. For example, the dilution rate is greater than 0 and less than 2 times. Specifically, hydrogen gas (dilution gas) may be diluted with respect to silane at 200 sccm so as to be more than 0 sccm and not more than 200 sccm. Furthermore, the film formation rate can be further improved by using the silane-based gas without dilution.
次に、単結晶半導体基板103に、損傷領域107を形成する。損傷領域107の形成方法は、実施の形態1と同様である。なお、実施の形態2のように、損傷領域107を形成した後、非晶質半導体層301、303を形成してもよい。 Next, a damaged region 107 is formed in the single crystal semiconductor substrate 103. The method for forming the damaged region 107 is the same as that in the first embodiment. Note that the amorphous semiconductor layers 301 and 303 may be formed after the damaged region 107 is formed as in Embodiment Mode 2.
次いで、非晶質半導体層303上に導電層305を形成する。なお、導電層305を形成した後、損傷領域107を形成してもよい。 Next, a conductive layer 305 is formed over the amorphous semiconductor layer 303. Note that the damaged region 107 may be formed after the conductive layer 305 is formed.
導電層305は、光電変換装置の受光面と対向する面側の電極として機能し、反射性を有する材料で形成する。反射性を有する材料としては、アルミニウム、銀、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、銅から選ばれた金属、または該金属を主成分とする合金材料もしくは化合物材料を用いる。また、導電層305は、蒸着法又はスパッタリング法等により、これらの材料を単層又は積層で形成することができる。 The conductive layer 305 functions as an electrode on a surface facing the light receiving surface of the photoelectric conversion device, and is formed using a reflective material. As the material having reflectivity, a metal selected from aluminum, silver, titanium, tantalum, tungsten, molybdenum, and copper, or an alloy material or a compound material containing the metal as a main component is used. The conductive layer 305 can be formed using a single layer or a stacked layer using any of these materials by an evaporation method, a sputtering method, or the like.
次いで、単結晶半導体基板103を、絶縁層109を介して支持基板101と貼り合わせる(図4(C)参照)。その後、損傷領域107において単結晶半導体基板103と支持基板101とを分断し、非晶質半導体層301、303を固相成長させる(図4(D)参照)。貼り合わせ、分断、及び固相成長は、実施の形態1と同様にして行えばよい。 Next, the single crystal semiconductor substrate 103 is attached to the supporting substrate 101 with the insulating layer 109 interposed therebetween (see FIG. 4C). After that, the single crystal semiconductor substrate 103 and the supporting substrate 101 are separated in the damaged region 107, and amorphous semiconductor layers 301 and 303 are grown in a solid phase (see FIG. 4D). Bonding, splitting, and solid phase growth may be performed in the same manner as in the first embodiment.
以上の工程により、支持基板101上に、絶縁層109を介して、導電層305、n型の単結晶半導体層313、i型の単結晶半導体層311、及びp型の単結晶半導体層309が積層される。 Through the above steps, the conductive layer 305, the n-type single crystal semiconductor layer 313, the i-type single crystal semiconductor layer 311, and the p-type single crystal semiconductor layer 309 are formed over the supporting substrate 101 with the insulating layer 109 interposed therebetween. Laminated.
なお、n型の単結晶半導体層313は、n型の非晶質半導体層303が固相成長されたものである。同様に、i型の単結晶半導体層311は、i型の非晶質半導体層301が固相成長されたものである。そして、p型の単結晶半導体層309は、p型の単結晶半導体基板103の一部からなり、上記分断によって支持基板101上に転載されたものである。 Note that the n-type single crystal semiconductor layer 313 is obtained by solid-phase growth of an n-type amorphous semiconductor layer 303. Similarly, the i-type single crystal semiconductor layer 311 is obtained by solid-phase growth of the i-type amorphous semiconductor layer 301. The p-type single crystal semiconductor layer 309 is a part of the p-type single crystal semiconductor substrate 103 and is transferred onto the support substrate 101 by the above-described division.
n型の単結晶半導体層313、i型の単結晶半導体層311、及びp型の単結晶半導体層309は、光電変換装置における光電変換層315として機能する。 The n-type single crystal semiconductor layer 313, the i-type single crystal semiconductor layer 311, and the p-type single crystal semiconductor layer 309 function as the photoelectric conversion layer 315 in the photoelectric conversion device.
次いで、光電変換層315上に導電層317を形成する(図4(E)参照)。 Next, a conductive layer 317 is formed over the photoelectric conversion layer 315 (see FIG. 4E).
導電層317は、光電変換装置の受光面側の電極として機能し、透光性を有する材料を用いて形成される。透光性を有する材料としては、酸化インジウム、酸化インジウム酸化スズ合金(ITOともいう)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(IZOともいう)、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などを用いることができる。なお、導電層317を設けなくてもよい。 The conductive layer 317 functions as an electrode on the light-receiving surface side of the photoelectric conversion device and is formed using a light-transmitting material. As the light-transmitting material, indium oxide, indium oxide tin oxide alloy (also referred to as ITO), indium zinc oxide oxide alloy (also referred to as IZO), zinc oxide, zinc oxide to which gallium is added, or the like can be used. Note that the conductive layer 317 is not necessarily provided.
なお、図4(E)に示すように、導電層317上に、グリッド電極として機能する導電層319を設けてもよい。導電層319を、導電層317に接して設けることで、導電層317の抵抗損失を低減できる。特に、高照度下での電気特性を向上させることができる。なお、導電層317を設けない場合、導電層319は光電変換層315上に形成される。 Note that as illustrated in FIG. 4E, a conductive layer 319 functioning as a grid electrode may be provided over the conductive layer 317. By providing the conductive layer 319 in contact with the conductive layer 317, resistance loss of the conductive layer 317 can be reduced. In particular, electrical characteristics under high illuminance can be improved. Note that in the case where the conductive layer 317 is not provided, the conductive layer 319 is formed over the photoelectric conversion layer 315.
導電層319は、材料として、銀、銅、アルミニウム、パラジウム等の金属元素を用いて、印刷法等により、単層又は積層して形成することができる。なお、導電層319の平面形状をグリッド状にすることで、受光面積を向上させることができる。 The conductive layer 319 can be formed as a single layer or stacked layers using a metal element such as silver, copper, aluminum, or palladium as a material by a printing method or the like. Note that the light receiving area can be improved by forming the planar shape of the conductive layer 319 in a grid shape.
以上のようにして、光電変換装置を作製することができる。光電変換装置は、太陽電池や光センサ等に適用することができる。 As described above, a photoelectric conversion device can be manufactured. The photoelectric conversion device can be applied to a solar cell, an optical sensor, or the like.
なお、本実施の形態では、pin構造の光電変換装置を示したが、pn構造としてもよい。pn構造の場合は、i型の単結晶半導体層313を形成しない。 Note that although a pin structure photoelectric conversion device is described in this embodiment mode, a pn structure may be employed. In the case of the pn structure, the i-type single crystal semiconductor layer 313 is not formed.
また、導電層305側(支持基板101側)から受光を行う構造としてもよく、導電層317側及び導電層305側の両方から受光を行う構造としてもよい。これらの構造のように導電層305側から受光を行う場合、導電層305は透光性を有する材料を用いて形成することが好ましい。 Alternatively, light reception may be performed from the conductive layer 305 side (the support substrate 101 side), or light reception may be performed from both the conductive layer 317 side and the conductive layer 305 side. In the case where light is received from the conductive layer 305 side as in these structures, the conductive layer 305 is preferably formed using a light-transmitting material.
また、単結晶半導体基板103は、n型のものを用いてもよい。その場合、非晶質半導体層303をp型とすればよい。そのため、固相成長後の単結晶半導体層313もp型となる。すなわち、非晶質半導体層303及び単結晶半導体層313は、単結晶半導体基板103と反対の導電型を有していればよい。 The single crystal semiconductor substrate 103 may be an n-type substrate. In that case, the amorphous semiconductor layer 303 may be p-type. Therefore, the single crystal semiconductor layer 313 after the solid phase growth is also p-type. That is, the amorphous semiconductor layer 303 and the single crystal semiconductor layer 313 may have a conductivity type opposite to that of the single crystal semiconductor substrate 103.
なお、p型の非晶質半導体層303としてシリコン層を形成する場合、原料としては、シラン系ガス及びp型を付与する不純物元素(例えばボロン)を含んだガス(例えばジボラン)を用い、プラズマCVD法等により形成することができる。また、非晶質半導体層を形成した後、p型を付与する不純物元素をドーピングしてもよい。 Note that in the case where a silicon layer is formed as the p-type amorphous semiconductor layer 303, a plasma containing a silane-based gas and a gas containing an impurity element imparting p-type (eg, boron) (eg, diborane) is used. It can be formed by a CVD method or the like. Further, after forming the amorphous semiconductor layer, an impurity element imparting p-type conductivity may be doped.
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
(実施の形態5)
This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments.
(Embodiment 5)
本実施の形態では、光電変換装置の構造及び作製方法について、実施の形態4とは異なる一例を説明する。 In this embodiment, an example of a structure and a manufacturing method of a photoelectric conversion device, which is different from that in Embodiment 4, will be described.
まず、支持基板101を用意する(図5(A)参照)。材料等は、実施の形態1と同様である。 First, the support substrate 101 is prepared (see FIG. 5A). The materials and the like are the same as those in the first embodiment.
次に、単結晶半導体基板103を用意する(図5(B)参照)。単結晶半導体基板103は、一導電型を有する基板を用いることができる。ここではp型を用いる。 Next, a single crystal semiconductor substrate 103 is prepared (see FIG. 5B). As the single crystal semiconductor substrate 103, a substrate having one conductivity type can be used. Here, p-type is used.
単結晶半導体基板103上に、p型の非晶質半導体層401、i型の非晶質半導体層301、n型の非晶質半導体層303を順に形成する。なお、n型、i型、p型の順に形成してもよい。非晶質半導体層の形成工程等は、実施の形態4と同様である。 A p-type amorphous semiconductor layer 401, an i-type amorphous semiconductor layer 301, and an n-type amorphous semiconductor layer 303 are sequentially formed over the single crystal semiconductor substrate 103. The n-type, i-type, and p-type may be formed in this order. The formation process of the amorphous semiconductor layer and the like are the same as those in the fourth embodiment.
次いで、損傷領域107の形成工程、及び導電層305の形成工程を行う。そして、単結晶半導体基板103と支持基板101との貼り合わせ工程、分断工程、及び固相成長工程を行う(図5(C)、(D)参照)。これらの工程は、実施の形態4等と同様に行う。 Next, a damaged region 107 formation step and a conductive layer 305 formation step are performed. Then, a bonding process, a dividing process, and a solid phase growth process between the single crystal semiconductor substrate 103 and the supporting substrate 101 are performed (see FIGS. 5C and 5D). These steps are performed in the same manner as in the fourth embodiment.
以上の工程により、支持基板101上に、絶縁層109を介して、導電層305、n型の単結晶半導体層313、i型の単結晶半導体層311、p型の単結晶半導体層411、及び単結晶半導体基板103の一部からなる単結晶半導体層309が積層される。 Through the above steps, the conductive layer 305, the n-type single crystal semiconductor layer 313, the i-type single crystal semiconductor layer 311, the p-type single crystal semiconductor layer 411, and the insulating layer 109 are provided over the supporting substrate 101. A single crystal semiconductor layer 309 including a part of the single crystal semiconductor substrate 103 is stacked.
その後、単結晶半導体層309に、エッチング処理(例えばドライエッチング又はウェットエッチング)や、研磨処理(例えばCMP)などを行う。これらの処理により、単結晶半導体層309を除去するとともに、露出する単結晶半導体層411の平坦性を向上させることができる。なお、単結晶半導体層309を除去せずに、表面の平坦性を向上させるだけでもよい。その場合、単結晶半導体層309の導電型(単結晶半導体基板103の導電型)は、p型とする。 After that, the single crystal semiconductor layer 309 is subjected to an etching process (for example, dry etching or wet etching) or a polishing process (for example, CMP). Through these treatments, the single crystal semiconductor layer 309 can be removed and the flatness of the exposed single crystal semiconductor layer 411 can be improved. Note that the planarity of the surface may be improved without removing the single crystal semiconductor layer 309. In that case, the conductivity type of the single crystal semiconductor layer 309 (the conductivity type of the single crystal semiconductor substrate 103) is p-type.
得られたn型の単結晶半導体層313、i型の単結晶半導体層311、及びp型の単結晶半導体層411は、光電変換装置における光電変換層315として機能する。単結晶半導体層309を除去しない場合は、単結晶半導体層309も光電変換層315の一部として機能する。 The obtained n-type single crystal semiconductor layer 313, i-type single crystal semiconductor layer 311 and p-type single crystal semiconductor layer 411 function as the photoelectric conversion layer 315 in the photoelectric conversion device. In the case where the single crystal semiconductor layer 309 is not removed, the single crystal semiconductor layer 309 also functions as part of the photoelectric conversion layer 315.
その後、実施の形態4と同様にして、導電層317及び導電層319を形成する(図5(E)参照)。 After that, a conductive layer 317 and a conductive layer 319 are formed in a manner similar to that in Embodiment 4 (see FIG. 5E).
以上のようにして、光電変換装置を作製することができる。 As described above, a photoelectric conversion device can be manufactured.
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments.
101 支持基板
103 単結晶半導体基板
105 非晶質半導体層
107 損傷領域
109 絶縁層
111 単結晶半導体層
113 単結晶半導体層
201 単結晶半導体層
203 半導体層
205 半導体層
207 絶縁層
209 導電層
211 導電層
213 低濃度不純物領域
215 チャネル形成領域
217 高濃度不純物領域
219 チャネル形成領域
221 絶縁層
223 絶縁層
225 レジスト
227 高濃度不純物領域
229 絶縁層
231 絶縁層
233 導電層
301 非晶質半導体層
303 非晶質半導体層
305 導電層
309 単結晶半導体層
311 単結晶半導体層
313 単結晶半導体層
315 光電変換層
317 導電層
319 導電層
401 非晶質半導体層
411 単結晶半導体層
101 support substrate 103 single crystal semiconductor substrate 105 amorphous semiconductor layer 107 damaged region 109 insulating layer 111 single crystal semiconductor layer 113 single crystal semiconductor layer 201 single crystal semiconductor layer 203 semiconductor layer 205 semiconductor layer 207 insulating layer 209 conductive layer 211 conductive layer 213 Low concentration impurity region 215 Channel formation region 217 High concentration impurity region 219 Channel formation region 221 Insulating layer 223 Insulating layer 225 Resist 227 High concentration impurity region 229 Insulating layer 231 Insulating layer 233 Conductive layer 301 Amorphous semiconductor layer 303 Amorphous Semiconductor layer 305 Conductive layer 309 Single crystal semiconductor layer 311 Single crystal semiconductor layer 313 Single crystal semiconductor layer 315 Photoelectric conversion layer 317 Conductive layer 319 Conductive layer 401 Amorphous semiconductor layer 411 Single crystal semiconductor layer
Claims (3)
前記非晶質半導体層を介して前記単結晶半導体基板にイオンを照射して、前記単結晶半導体基板に損傷領域を形成する工程と、
前記単結晶半導体基板を、前記非晶質半導体層及び絶縁層を介して支持基板と貼り合わせる工程と、
第1の加熱処理を行い、前記損傷領域において前記単結晶半導体基板を分断する工程と、
第2の加熱処理を行い、前記非晶質半導体層を固相成長させる工程と、を有することを特徴とする半導体基板の作製方法。 Forming an amorphous semiconductor layer over a single crystal semiconductor substrate;
A step of the said single crystal semiconductor substrate through the amorphous semiconductor layer is irradiated with ion-to form a damaged region in the single crystal semiconductor substrate,
Bonding the single crystal semiconductor substrate to a supporting substrate through the amorphous semiconductor layer and the insulating layer;
Performing a first heat treatment and dividing the single crystal semiconductor substrate in the damaged region;
Performing a second heat treatment, a method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim Rukoto to have a, a step of the amorphous semiconductor layer a solid phase growth.
前記i型の非晶質半導体層上にn型の非晶質半導体層を形成する工程と、Forming an n-type amorphous semiconductor layer on the i-type amorphous semiconductor layer;
前記i型の非晶質半導体層及び前記n型の非晶質半導体層を介して前記単結晶半導体基板にイオンを照射して、前記単結晶半導体基板に損傷領域を形成する工程と、Irradiating the single crystal semiconductor substrate with ions through the i-type amorphous semiconductor layer and the n-type amorphous semiconductor layer to form a damaged region in the single crystal semiconductor substrate;
前記損傷領域を形成した後、前記n型の非晶質半導体層上に導電層を形成する工程と、Forming a conductive layer on the n-type amorphous semiconductor layer after forming the damaged region;
前記単結晶半導体基板を、前記導電層及び絶縁層を介して支持基板と貼り合わせる工程と、Bonding the single crystal semiconductor substrate to a supporting substrate through the conductive layer and the insulating layer;
第1の加熱処理を行い、前記損傷領域において前記単結晶半導体基板を分断する工程と、Performing a first heat treatment and dividing the single crystal semiconductor substrate in the damaged region;
第2の加熱処理を行い、前記i型の非晶質半導体層及び前記n型の非晶質半導体層を固相成長させる工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。Performing a second heat treatment to solid-phase grow the i-type amorphous semiconductor layer and the n-type amorphous semiconductor layer.
前記p型の非晶質半導体層上にi型の非晶質半導体層を形成する工程と、Forming an i-type amorphous semiconductor layer on the p-type amorphous semiconductor layer;
前記i型の非晶質半導体層上にn型の非晶質半導体層を形成する工程と、Forming an n-type amorphous semiconductor layer on the i-type amorphous semiconductor layer;
前記p型の非晶質半導体層、前記i型の非晶質半導体層、及び前記n型の非晶質半導体層を介して前記単結晶半導体基板にイオンを照射して、前記単結晶半導体基板に損傷領域を形成する工程と、Irradiating the single crystal semiconductor substrate with ions through the p-type amorphous semiconductor layer, the i-type amorphous semiconductor layer, and the n-type amorphous semiconductor layer, the single crystal semiconductor substrate Forming a damaged region on the substrate,
前記損傷領域を形成した後、前記n型の非晶質半導体層上に導電層を形成する工程と、Forming a conductive layer on the n-type amorphous semiconductor layer after forming the damaged region;
前記単結晶半導体基板を、前記導電層及び絶縁層を介して支持基板と貼り合わせる工程と、Bonding the single crystal semiconductor substrate to a supporting substrate through the conductive layer and the insulating layer;
第1の加熱処理を行い、前記損傷領域において前記単結晶半導体基板を分断する工程と、Performing a first heat treatment and dividing the single crystal semiconductor substrate in the damaged region;
第2の加熱処理を行い、前記p型の非晶質半導体層、前記i型の非晶質半導体層、及び前記n型の非晶質半導体層を固相成長させる工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。Performing a second heat treatment to solid-phase grow the p-type amorphous semiconductor layer, the i-type amorphous semiconductor layer, and the n-type amorphous semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor device.
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