[发明专利]半导体装置及半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置及半导体装置的制造方法。本发明尤其涉 及使用通过氢离子注入剥离法形成的单晶半导体膜的半导体装置及 半导体装置的制造方法。

背景技术

近年开发出利用在绝缘表面上存在有较薄的单晶半导体膜的SOI (Silicon on Insulator；绝缘体上硅)衬底来代替大块状硅片的集成电 路。因为通过有效地利用形成在绝缘膜上的薄的单晶硅层的特长，可 以使集成电路中的晶体管彼此完全分离地形成，并且可以将晶体管制 造成完全耗尽型，所以可以实现高集成、高速驱动、低耗电等的附加 价值高的半导体集成电路。

作为制造SOI衬底的方法之一，已知组合氢离子注入和剥离的氢 离子注入剥离法。以下说明利用氢离子注入剥离法的SOI衬底的制造 方法的概要。首先，通过利用离子注入法对成为剥离用衬底的硅片注 入氢离子，而在离表面有预定的深度的位置形成离子注入层。接下来， 中间夹着氧化硅膜将注入有氢离子的硅片接合(粘合)到其他硅片。 然后，通过进行热处理，以离子注入层为劈开面，注入有氢离子的剥 离用硅片剥离成薄膜状，而可以在被剥离用硅片上形成单晶硅膜。另 外，氢离子注入剥离法有时也称为智能切割法(注册商标)。

此外，还提出有利用这种氢离子注入剥离法在由玻璃等构成的基 础衬底上形成单晶硅膜的方法(例如，参照专利文献1及2)。在专利 文献1中对剥离面进行机械研磨，以便去除因离子注入形成的缺陷层、 剥离面上的几nm至几十nm的水平差。另外，在专利文献2中，在 剥离工序之后照射激光束以改善半导体薄膜层的结晶品质并使半导 体薄膜层和透明的绝缘衬底牢固地结合。

[专利文献1]日本专利申请公开H11-097379号公报

[专利文献2]日本专利申请公开2005-252244号公报

在使用离子注入法形成单晶半导体膜的情况下，由于离子的注入 而使单晶半导体膜的缺陷增大。在单晶半导体膜中存在有多个缺陷的 情况下，例如，因为在与栅极绝缘膜之间的界面中易形成缺陷的能级， 所以使用此制造的半导体元件的特性欠佳。

常规上，贴合到硅片上的半导体膜的结晶缺陷通过以高温(例如 800℃以上)进行加热来去除。然而，虽然通过使用玻璃衬底作为基 础衬底可以制造大面积且廉价的SOI衬底，但是因为其应变点为 700℃以下耐热性低，所以不可以使用这种高温处理来去除单晶半导 体膜的缺陷。

在专利文献2中示出对进行剥离之后的单晶半导体膜照射激光束 来改善单晶半导体膜的结晶性的方法。然而，虽然通过照射激光可以 修复结晶缺陷，但是在该修复不充分的情况下会产生空穴陷阱。

这种空穴陷阱对当使用单晶半导体膜形成晶体管时的S值产生影 响。在表示栅极电压Vg和漏电流Id的关系的图表中，S值是指Id-Vg 曲线(晶体管的亚阈值区域中)的上升部分的系数，并且S值表示漏 电流Id陡峭地上升的地点的曲线的倾斜度。换言之，S值是指该漏电 流Id增大时的栅极电压的变化。该S值越小晶体管的特性越优选。

发明内容

本发明的一个方式的目的在于提供如下半导体装置及半导体装 置的制造方法，其中使使用玻璃衬底作为基础衬底并使用离子注入剥 离法形成单晶半导体膜的晶体管的S值变小。另外，本发明的一个方 式的目的在于提供一种使使用玻璃衬底作为基础衬底并使用离子注 入剥离法形成单晶半导体膜的晶体管中的半导体层的结晶性良好的 半导体装置及半导体装置的制造方法。

本发明之一的半导体装置具有使用通过氢离子注入剥离法形成 的单晶半导体膜的晶体管。特别地，通过对单晶半导体膜照射激光束 只使单晶半导体膜的上层熔化(以下，也写作激光部分熔化处理)， 而进行使上层结晶成长的处理以与基底的结晶性一致。另外，特别地， 上述晶体管具有由第一厚度的单晶硅膜构成的n沟道型晶体管和由厚 于第一厚度的第二厚度的单晶硅膜构成的p沟道型晶体管。通过采用 这种结构，不但可以通过激光部分熔化处理得到良好的结晶性，而且 还可以使S值变小。