半导体基板和半导体器件的制造方法技术

本发明专利技术的目的是通过在大尺寸的玻璃基板上大面积设置单晶硅层以获得大尺寸的ＳＯＩ基板。在将分别设置有分离层的多个矩形单晶半导体基板对齐在伪基板上、并通过低温凝结剂固定两个基板之后，将多个单晶半导体基板结合到支承基板；将温度升高至该低温凝结剂不具有接合效果的温度，以隔离伪基板与单晶半导体基板；执行热处理以沿着各个分离层的边界分离单晶半导体基板的各个部分；以及在支承基板上设置单晶半导体层。

【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基板的制造方法。具体而言，本专利技术涉及半导体基 板的制造方法，在该半导体基板中将单晶半导体层结合至诸如玻璃基板之 类的具有绝缘表面的基板。此外，本专利技术涉及具有包括使用该半导体基板的薄膜晶体管(以下称为TFT)的电路的半导体。例如，本专利技术涉及以液 晶显示面板为代表的光电器件，或其上安装了具有有机发光元件的发光显 示器件作为部件的电子器件。注意在此说明书中，半导体器件指的是能通过利用半导体特性起作用 的所有类型的器件。光电器件、半导体电路以及电子器件包括在所有半导 体器件的类别中。
技术介绍
近年来，本领域技术人员集中关注一种利用在具有绝缘表面的基板上 形成的半导体薄膜(厚度约为数纳米到数百纳米)来制造薄膜晶体管(TFT) 的技术。薄膜晶体管广泛应用于诸如IC和光电器件之类的电子器件，而且 尤其期望它们作为图像显示器件的开关元件的迅速发展。为了获得高分辨率的图像显示，需要用于以高面积效率设置图像显示 器件的开关元件的高分辨率光刻技术。使用了大的一次性曝光装置、步进 曝光装置以在大面积基板上高精度地形成开关元件。虽然大的一次性曝光装置能一次对大面积曝光，但存在的问题是照射 强度或平行度的差异很大。因此，通常使用使用了光学系统的步进曝光装 置。每次通过步进曝光装置暴露给光的区域有限。当在大于该区域的面积 上执行曝光时，需要若干次曝光。作为通过薄切割单晶半导体坯料制造的硅晶片的替代物，已经开发出一种称为绝缘体上的硅(SOI基板)的半导体基板，其中在绝缘层上设置 了薄单晶半导体层。已经广泛使用SOI基板作为制造微处理器等等时的基板。SOI基板已经引起关注，因为当使用SOI基板形成构成集成电路一部分的晶体管时，有可能减小晶体管的漏极与基板之间的寄生电容，从而使 集成电路性能更高，并实现低功耗。作为制造SOI基板的方法，已知使用离子注入装置的氢离子注入分离 法(例如，参见专利文献l:美国专利No. 6,372,609)。使用离子注入装置 的氢离子注入分离法是将氢离子注入硅晶片以在离表面的预定深度处形成 微泡层，并使用该微泡层作为解理面将薄硅层(SOI层)结合至另一硅晶 片的方法。除了用于分离SOI层的热处理之外，必须在氧化气氛中执行热 处理以在SOI层上形成氧化物膜、去除该氧化物膜、并在还原气氛中在1000 C到130(TC下执行热处理以提高结合强度。另一方面，已经试图在诸如玻璃之类的绝缘基板上形成SOI层。作为 在玻璃基板上形成SOI层的SOI基板的示例，已知使用离子注入装置通过 氢离子注入分离方法在具有镀膜的玻璃基板上形成薄单晶硅层的SOI基板 (参见专利文献2:美国专利No. 7,119,365)。而且，在此情况下，按照这 样的方式在玻璃基板上形成薄硅层(SOI层)通过向单晶硅晶片注入氢 离子在离表面预定深度处形成微泡层、将玻璃基板与单晶硅晶片结合，以 及使用该微泡层作为解理面来分离该硅晶片。
技术实现思路
为了通过使用离子注入装置的离子注入分离法分离硅晶片的表面层上 的单晶硅层以获得单晶硅层，需要在高于或等于卯(TC的高温下的热处理。 然而，在为了减少基板成本而使用用于液晶面板等的玻璃基板作为支承基 板、而且将单晶硅层结合至该玻璃基板以形成SOI基板的情况下，存在的 问题是如此高温下的热处理会引起玻璃基板的翘曲。当玻璃基板翘曲时， 玻璃基板与单晶硅层之间的结合强度降低。此外，还存在的问题是，应力 作用于单晶硅层上，而且不利地影响了晶体管的特性。换言之，即使在玻璃基板上设置了单晶硅层并使用该单晶硅层制造了晶体 ，在常规技术下也不能获得足够的性能。此外，玻璃基板的形状为矩形，而且其大小从1990年代早期的第一代的300x400 mm增大到了 2000年的第四代的680x880 mm或730x920 mm。相反，半导体基板的晶片大小受限，因为半导体基板是通过切克劳斯 基法(CZ法)形成20到30 cm直径的坯料、然后用金刚石刀等切割该坯 料而制造出来的，因此该切片具有约0.5到1.5 mm厚度以产生圆形晶片。因此，在制造有源矩阵显示器件的情况下，在使用大于半导体基板的 玻璃基板的情况下，对单个玻璃基板使用多个半导体基板。然而，在此情 况下，难以准确对准地在玻璃基板上设置多个半导体基板。鉴于上述问题，在本专利技术中，执行以下步骤以在大尺寸的玻璃基板上 设置大面积的单晶硅层。在将设置有分离层的多个矩形单晶半导体基板对 齐在伪基板上、并通过低温凝结剂临时固定到伪基板上之后，将多个单晶 半导体基板结合到作为支承基板的玻璃基板；将温度升高至该低温凝结剂 不具有结合效果的温度，以隔离伪基板与单晶半导体基板；执行热处理以沿着各个分离层的边界分离单晶半导体基板的部分；以及在玻璃基板上设 置单晶半导体层。通过使用单个母玻璃基板和多个半导体基板，有可能制造比半导体基 板面积更大的显示部分，并进行具有显示部分的半导体器件的大规模生产。附图说明 在附图中图1A到1D是示出用于制造本专利技术的实施方式1中的SOI基板的方法 的截面图2A到2D是示出用于制造本专利技术的实施方式1中的SOI基板的方法 的截面图3是示出本专利技术的实施方式1中薄片在支承基板上的排列的视图； 图4A和4B是示出本专利技术的实施方式1中的装置和过程的视图； 图5A到5D是示出用于制造本专利技术的实施方式2中的SOI基板的方法 的截面图；图6A到6D是示出用于制造本专利技术的实施方式2中的SOI基板的方法 的截面图7A和7B是分别示出本专利技术的实施方式3中的半导体器件的结构的俯视图和截面图8是示出本专利技术的实施方式3中的半导体器件的结构的截面图9A到9D是分别示出本专利技术的实施方式4中的发光元件的元件结构的视图IOA和10B是分别示出本专利技术的实施方式5中的使用液晶元件的半导体器件的结构的俯视图和截面图；以及图IIA到11C是分别示出本专利技术的实施方式6中的电子器件的视图。实施本专利技术的最佳方式 实施方式以下将参照附图描述本专利技术的实施方式。 [实施方式1]本实施方式以下将描述一种用于制造半导体基板(SOI基板)的方法， 其中在绝缘基板上设置单晶半导体层。图1A到1D和图2A到2D分别示出用于制造本实施方式中的SOI基 板的方法。首先，如图1A所示，在半导体基板200上形氧氮化硅(silicon oxynitride)层201,该半导体基板200例如是5英寸硅晶片。技术人员可适 当设置氧氮化硅层201的厚度，而且该厚度可以是10到500 nm (优选10 到150nm)。氧氮化硅层201将起到为SOI基板设置的绝缘层的一部分的 作用。注意可通过诸如等离子体CVD法或低压CVD法之类的CVD法、溅 射法等形成氧氮化硅层201。当将单晶硅基板用作半导体基板200时，利用 通过在包含氧气的气体氛围中等离子体放电而产生的氧自由基(还存在其 中包括OH自由基的情况)对该单晶硅基板的表面进行处理，并利用通过 在包含氮气的气体氛围中等离子体放电而产生的氮自由基(还存在其中包 括NH自由基的情况)对该单晶硅基板的表面进行处理。因此，可在半导 体基板200上形成氧氮化硅层201。设置该氧氮化硅层201，从而可提高稍后结合单晶硅基板与支承基板时的结合强度。注意当不存在结合强度问题 时，不一定要设置该氧氮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造半导体器件的方法，包括：　在多个单晶半导体基板的每一个中形成分离层；　通过在第一温度下使用低温凝结剂将所述多个单晶半导体基板设置和固定在伪基板上；　将支承基板与所述伪基板交迭从而使所述多个单晶半导体基板置于所述 支承基板与所述伪基板之间；　将所述多个单晶半导体基板加热至第二温度，以使所述伪基板与所述多个单晶半导体基板分离；以及　在所述每个分离层的边界处分离所述多个单晶半导体基板的部分，以在所述支承基板上形成多个单晶半导体层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-6-1 146889/20071.一种用于制造半导体器件的方法，包括在多个单晶半导体基板的每一个中形成分离层；通过在第一温度下使用低温凝结剂将所述多个单晶半导体基板设置和固定在伪基板上；将支承基板与所述伪基板交迭从而使所述多个单晶半导体基板置于所述支承基板与所述伪基板之间；将所述多个单晶半导体基板加热至第二温度，以使所述伪基板与所述多个单晶半导体基板分离；以及在所述每个分离层的边界处分离所述多个单晶半导体基板的部分，以在所述支承基板上形成多个单晶半导体层。2. 如权利要求1所述的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，通过 热处理来执行所述分离步骤。3. 如权利要求1所述的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述 第一温度是1(TC或更低，而所述第二温度是25或更高。4. 如权利要求1所述的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，在所 述多个单晶半导体基板上形成氧氮化硅层，而且将所述多个单晶半导体基板与所述支承基板交迭从而使所述氧氮化硅层置于所述多个单晶半导体基板与所 述支承基板之间。5. 如权利要求1所述的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，通过 受电场加速的离子的辐照形成所述各个分离层。6. 如权利要求1所述的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，在所 述支承基板上形成氧氮化硅层或氮氧化硅层。7. 如权利要求1所述的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述 多个单晶半导体基板中的每一个的形状是矩形。8. 如权利要求1所述的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述 支承基板是玻璃基板。9. 如权利要求1所述的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述多个单晶半导体层具有大于或等于0.01 mm且小于或等于1 mm的间距。10. 如权利要求1所述的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述 半导体器件是从包括显示面板、电视设备以及计算机的组中选择的一种器件。11. 一种用于制造半导体器件的方法，包括 在多个单晶半导体基板的各个表面上形成氧化物层；在所述多个单晶半导体基板中的每一个中形成分离层； 通过在第一温度下使用低温凝结剂将所述多个单晶半导体基板设置和固 定在伪基板上；将支承基板与所述伪基板交迭从而使所述各个氧化物层和所述多个单晶 半导体基板置于所述支承基板与所述伪基板之间；将所述多个单晶半导体基板加热至第二温度，以使所述伪基板与所述多个 单晶半导体基板分离；以及在相应的分离层的边界处分离所述多个单晶半导体基板的部分，以在所述 支承基板上形成多个单晶半导体层。12. 如权利要求11所述的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，通 过热处理来执行所述分离步骤。13. 如权利要求11所述的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所 述第一温度是l(TC或更低，而所述第二温度是25'C或更高。14. 如权利要求11所述的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，在 所述氧化物层上形成氧氮化硅层，而且将所述多个单晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，田中幸一郎，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]