[發明專利]半導體裝置及半導體裝置的制造方法

有效

• 申請號: 200910132820.5
• 申請日: 2009-04-14
• 公開（公告）號: CN101562153A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 大沼英人;野村典嗣
• 申請（專利權）人: 株式會社半導體能源研究所
• 主分類號: H01L21/8238
• 分類號: H01L21/8238;H01L21/78;H01L21/20;H01L21/50;H01L21/268
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 朱海煜;徐予紅

技術領域

本發明涉及半導體裝置及半導體裝置的制造方法。本發明尤其涉 及使用通過氫離子注入剝離法形成的單晶半導體膜的半導體裝置及 半導體裝置的制造方法。

背景技術

近年開發出利用在絕緣表面上存在有較薄的單晶半導體膜的SOI (Silicon?on?Insulator；絕緣體上硅)襯底來代替大塊狀硅片的集成電 路。因為通過有效地利用形成在絕緣膜上的薄的單晶硅層的特長，可 以使集成電路中的晶體管彼此完全分離地形成，并且可以將晶體管制 造成完全耗盡型，所以可以實現高集成、高速驅動、低耗電等的附加 價值高的半導體集成電路。

作為制造SOI襯底的方法之一，已知組合氫離子注入和剝離的氫 離子注入剝離法。以下說明利用氫離子注入剝離法的SOI襯底的制造 方法的概要。首先，通過利用離子注入法對成為剝離用襯底的硅片注 入氫離子，而在離表面有預定的深度的位置形成離子注入層。接下來， 中間夾著氧化硅膜將注入有氫離子的硅片接合(粘合)到其他硅片。 然后，通過進行熱處理，以離子注入層為劈開面，注入有氫離子的剝 離用硅片剝離成薄膜狀，而可以在被剝離用硅片上形成單晶硅膜。另 外，氫離子注入剝離法有時也稱為智能切割法(注冊商標)。

此外，還提出有利用這種氫離子注入剝離法在由玻璃等構成的基 礎襯底上形成單晶硅膜的方法(例如，參照專利文獻1及2)。在專利 文獻1中對剝離面進行機械研磨，以便去除因離子注入形成的缺陷層、 剝離面上的幾nm至幾十nm的水平差。另外，在專利文獻2中，在 剝離工序之后照射激光束以改善半導體薄膜層的結晶品質并使半導 體薄膜層和透明的絕緣襯底牢固地結合。

[專利文獻1]日本專利申請公開H11-097379號公報

[專利文獻2]日本專利申請公開2005-252244號公報

在使用離子注入法形成單晶半導體膜的情況下，由于離子的注入 而使單晶半導體膜的缺陷增大。在單晶半導體膜中存在有多個缺陷的 情況下，例如，因為在與柵極絕緣膜之間的界面中易形成缺陷的能級， 所以使用此制造的半導體元件的特性欠佳。

常規上，貼合到硅片上的半導體膜的結晶缺陷通過以高溫(例如 800℃以上)進行加熱來去除。然而，雖然通過使用玻璃襯底作為基 礎襯底可以制造大面積且廉價的SOI襯底，但是因為其應變點為 700℃以下耐熱性低，所以不可以使用這種高溫處理來去除單晶半導 體膜的缺陷。

在專利文獻2中示出對進行剝離之后的單晶半導體膜照射激光束 來改善單晶半導體膜的結晶性的方法。然而，雖然通過照射激光可以 修復結晶缺陷，但是在該修復不充分的情況下會產生空穴陷阱。

這種空穴陷阱對當使用單晶半導體膜形成晶體管時的S值產生影 響。在表示柵極電壓Vg和漏電流Id的關系的圖表中，S值是指Id-Vg 曲線(晶體管的亞閾值區域中)的上升部分的系數，并且S值表示漏 電流Id陡峭地上升的地點的曲線的傾斜度。換言之，S值是指該漏電 流Id增大時的柵極電壓的變化。該S值越小晶體管的特性越優選。

發明內容

本發明的一個方式的目的在于提供如下半導體裝置及半導體裝 置的制造方法，其中使使用玻璃襯底作為基礎襯底并使用離子注入剝 離法形成單晶半導體膜的晶體管的S值變小。另外，本發明的一個方 式的目的在于提供一種使使用玻璃襯底作為基礎襯底并使用離子注 入剝離法形成單晶半導體膜的晶體管中的半導體層的結晶性良好的 半導體裝置及半導體裝置的制造方法。

本發明之一的半導體裝置具有使用通過氫離子注入剝離法形成 的單晶半導體膜的晶體管。特別地，通過對單晶半導體膜照射激光束 只使單晶半導體膜的上層熔化(以下，也寫作激光部分熔化處理)， 而進行使上層結晶成長的處理以與基底的結晶性一致。另外，特別地， 上述晶體管具有由第一厚度的單晶硅膜構成的n溝道型晶體管和由厚 于第一厚度的第二厚度的單晶硅膜構成的p溝道型晶體管。通過采用 這種結構，不但可以通過激光部分熔化處理得到良好的結晶性，而且 還可以使S值變小。