JPH0439965A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は半導体装置に係り、特に読取装置あるいは表示
装置の駆動回路部等に用いられる高速応答可能な半導体
装置の製造方法に関する。

（従来の技術） 近年、読取装置はコストの低減のため、ロッドレンズア
レイ等の光学系を除いた完全密着方式が提案され、更に
生産性、信頼性の向上のため駆動回路部と光電変換部と
を同一透明基板上に形成する試みか成されている。

例えば、特開昭６０−２２８８１号公報に記載の固体イ
メージセンサには、原稿読取部は安価に製造可能なアモ
ルファスシリコンを、駆動回路部は高速応答可能な多結
晶シリコンを用い、同一基板上に原稿読取部および駆動
回路部を形成することか記載されている。そして、駆動
回路部に用いられる多結晶シリコンとしては、５７０℃
の条件下で減圧ＣＶＤ法により２０００〜３０００オン
グストロームの膜厚で形成し、パターニング後１１００
〜１１５０℃　酸素雰囲気中て熱酸化して１５００オン
グストロームのゲート絶縁膜を形成すると同時に、第１
層のシリコン薄膜の結晶粒径を成長させポリシリコンと
し、更に水素プラズマ処理により良好な特性が得られる
ことが記載されている。

また、上述した固体イメージセンサの特性にっいて、１
日本学術振興会アモルファス材料第１４７委員会第２３
回研究会資料（Ｈｌ、３．２３）　ＪにＡ４版８ｐｅｌ
／關の最大読取り速度２．６１＋＋ｓ／１ｉｎｅである
と記載さところで、上述した固体イメージセンサの特性
であれば、ファクシミリの０３規格（Ａ４版８ｐｅｌ／
　＋ａｍの最大読取り速度１０ｍ５／１ｉｎｅ　）は十
分に満足できるものの、駆動回路部の動作速度を考慮す
ると今後需要が増大すると思われるＧ４規格（Ａ３３版
１ｐｅｌ／ｍｍの最大読取り速度２１Ｉｌｓ／１ｉｎｅ
）を満足することは不可能である。

このような駆動回路部の動作速度の問題は、読取装置の
他に例えば動作周波数１０Ｈｚ以上が要求される液晶テ
レビ等の表示装置でもあげられている。

しかし、現在の真空技術を駆使しても、大面積な透明絶
縁基板上に均一な多結晶シリコン膜を形成し、高速駆動
可能な半導体装置とすることは非常に困難でもある。

本発明は上記課題に鑑がみ成されたもので、特に高速応
答可能な半導体装置を大面積な透明絶縁基板上に容易に
製造可能にする半導体装置の製造方法を提供することを
目的としたものである。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明の半導体装置の製造方法は、透明絶縁基板上に単
結晶シリコン膜を設置する工程と、透明絶縁基板と単結
晶シリコン膜とを加熱し、溶融接合させる工程と、単結
晶シリコン膜を所定形状にパターニングする工程と、単
結晶シリコン膜に接続される電極を形成する工程とを具
備したことを特徴としたものである。

（作　用） 本発明は、上述したように透明絶縁基板上に単結晶シリ
コン膜を溶融接合させることにより、大面積透明絶縁基
板上にも均一な単結晶シリコン膜の設置が可能となる。

また、透明絶縁基板上に設置される単結晶シリコン膜の
膜厚の制御については、透明絶縁基板と単結晶シリコン
膜とを溶融接合した後に、単結晶シリコン膜表面を研磨
することにより容易に制御することができる。

そして、このようにして設置された単結晶シリコン膜を
バターニングし、電極を形成することで、容易に各種半
導体装置を形成することが可能となる。

（実　施　例） 以下、本発明を読取装置を例にとり説明する。

第１図は読取装置（１）の等価回路図を示すもので、複
数の光電変換素子（１３）がアレイ状に配列されて成る
原稿読取部（１１）と、光電変換素子（１３）に接続さ
れる複数の薄膜トランジスタ（３３）より構成されるス
イッチ素子部（３１）と、スイッチ素子部（３１）の動
作を制御するスキャン制御部（５１）とによって構成さ
れている。

このような構成の読取装置（１）の動作について説明す
る。まず、スキャン制御部（５１）により薄膜トランジ
スタ（３３）がＯＮの状態となり、光電変換素子（１３
）には逆バイアス電圧が印加され、寄生容量Ｃが充電さ
れる。そして、光電変換素子（１３）の寄生容量Ｃに蓄
積された電荷は光電変換素子（１３）に照射される光量
に応じて放電される。一定時間の後、再び薄膜トランジ
スタ（３３）をＯＮの状態とすると、光量に応じて放電
された電荷か寄生容量Ｃとして再び蓄積されることとな
る。この充電電流をＳ　０１ｌＴ端子から読取ることに
より、原稿面上の情報を読取ることかできる。

第２図は、上述した読取装置（１）の要部断面図を示す
もので、石英基板（１，０１）上に原稿読取部（１１）
およびスイッチ素子部（３１）か形成されており、基板
（１０１）裏面から光か照射され、原稿（２０１）面で
の反射光を原稿読取部（１１）で電気信号に変換する完
全密着型の読取装置（１）を示すものである。

石英基板（１０１）上に個別電極（１５）、アモルファ
スシリコン層（１７）、共通電極（２１）が積層設置さ
れて光電変換素子（１３）は構成され、積層部分が画素
となり原稿（２０１）面での反射光を電気信号に変換す
るものである。

この個別電極（１５）はスイッチ素子部（３１）を構成
する薄膜トランジスタ（３３）のソース領域に接続され
ている。薄膜トランジスタ（３３）は、活性層が多結晶
シリコン層（３５）によって成るもので、単結晶シリコ
ン層（３５）に不純物が添加されてソース領域（３３ａ
）およびドレイン領域（３３ｂ）が形成されている。ま
た、ゲート絶縁膜（３５）を介してゲート電極（３７）
が設置されて薄膜トランジスタ（３３）は構成されてい
る。

そして、これら原稿読取部（１１）およびスイッチ素子
部（３１）上には、保護層（６１）、接着層（６３）、
透明導電層（６５）、薄板ガラス（６７）が設置されて
いる。

また、石英基板（１０１）裏面には、光源（図示せず）
からの照射光か光電変換素子（１３）に直接照射される
ことを防止するために、遮光層（７１）が設置されて読
取装置（１）は構成されている。

このような読取装置（１）の製造方法を第３図の製造プ
ロセス図を参照して説明する。

まず、第３図（ａ）に示すように、石英基板（１０１）
上に単結晶シリコン膜（３４）を設置し、１０００℃で
溶融接合させた。単結晶シリコン膜（３４〉は、通常用
いられるチョクラルスキー法を用いて形成し、所定の膜
厚にスライスして使用した。そして、単結晶シリコン膜
（３４）の製造方法としては、上述した方法の他に、フ
ローティングゾーン法等の種々の方法があるが、いずれ
の方法も本実施例に適用可能である。この基板（１０１
）と単結晶シリコン膜（３４）とを溶融接合させる際の
温度としては、上述したように１０００℃程度か最適で
あるが、９００〜１２００℃であれば良いことを実験よ
り確認した。

そして、第３図（ｂ）に示すように、単結晶シリコン膜
（３４）表面を研磨し、２５ミクロンの膜厚とし、余剰
部分を除去して単結晶シリコン層（３５）を形成した。

ここでは単結晶シリコン層（３５）の膜厚を２５ミクロ
ンとしたが、動作速度等を考慮すると１〜５０ミクロン
の膜厚となるように研磨すると良い。

この後、図中（ｃ）に示すように、単結晶シリコン層（
３５）表面を熱処理してゲート絶縁膜（３６）を形成し
、ゲート絶縁膜（３６）上にゲート電極（３７）を形成
した。

更に、図中（ｄ）に示すように、ゲート絶縁膜（３６）
にコンタクトホールを形成し、ソース領域（３５ａ）お
よびトレイン領域（３５ｂ）を形成する領域にイオン注
入し、ソース領域（３５ａ）およびドレイン領域（３５
ｂ）を形成した。Ｐ型ＭＯＳトランジスタを得る場合に
は例えばボロンを、Ｎ型ＭＯＳトランジスタを得る場合
には例えばリンあるいはヒ素を用いると良い。

また、第３図中（ｅ）に示すように酸化シリコンより成
る絶縁膜（３９）を堆積した後に、ソース領域（３３ａ
）およびドレイン領域（３３ｂ）が露出するように絶縁
膜（３９）にコンタクトホール（４０ａ）　、　（４０
ｂ）を形成した。

更に、第３図中（ｆ）に示すように、コンタクトホール
（４０ａ）　、　（４０ｂ）からソース領域（３３ａ）
およびドレイン領域（３３ｂ）に接続されるようにアル
ミニウム（Ａ１）を堆積しパターニングし配線用金属薄
膜（１５ａ）　、　（１５ｂ）を形成した。この時、ソ
ース領域（３５ａ）に接続される配線用金属薄膜（１５
ａ）は、光電気変換素子（１３）の個別電極（１５ａ）
ともなるようにパターニングした。

そして、第３図中（ｇ）に示すように、個別電極（１５
ａ）上に水素化アモルファスシリコン層（１７）、水素
化アモルファスシリコンカーバイト層（１９）を減圧プ
ラズマＣ，Ｖ、Ｄ、により堆積させた後、同図中（ｇ）
に示すように水素化アモルファスシリコンカーバイト層
（１９）上にＩ　、　　Ｔ、　　Ｏ，（Ｉｎｄｉｕｍ　
Ｔｉｎ０ｘｉｄｅ）を設置し、所定形状にパターニング
して共通電極（２１）とし、光電気変換素子（１３）を
形成した。

この後、第２図に示すように光電気変換素子（１３）及
び薄膜トランジスタ（３３）上に保護層（６１）、接着
層（６３）、透明導電層（６５）、薄板ガラス（６７）
を順次設置し、更に石英基板（１０１）裏面に遮光層（
７１）を設置して読取装置（１）とした。ここで用いら
れる薄板ガラス（６７）としては、十分な読取解像度を
確保するために６０ミクロン以下の厚さのものを使用す
ると良い。

そして、保護層（６１）と薄板ガラス（６７）との間に
設けられる透明導電層（６５）をアースすることにより
、薄板ガラス（６７）上を走行する原稿（２０１）との
摩擦により発生する静電気を除去させることができ、光
電気変換素子（１３）等が静電破壊されることを防止す
ることができる。

この透明導電層（６５）としては、Ｉ、Ｔ、Ｏ。

（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）が高い透過率が
得られることから、最も好ましい。

上述したように、単結晶シリコン膜（３５）を基板（１
０１）上に溶融接合して設置し、読取装置（１）のスイ
ッチ素子部（３１）を構成することにより、従来のアモ
ルファスシリコン膜あるいは多結晶シリコン膜を活性層
としていたスイッチ素子部に比べて、動作速度を非常に
高いものにすることができた。

そして、単結晶シリコン膜（３５）を基板（１０１）上
に溶融接合するため、基板（１０１）上に真空技術を利
用して堆積させる方法に比べて大きな真空装置等の必要
がなく、大面積にわたり単結晶シリコン膜（３５）を均
一に形成することができる。

上述した実施例においては、光電気変換素子（１３）の
光電気変換膜としてアモルファスシリコン層（１９）を
用いたか、この他にカドミウム・サルファイド等の化合
物半導体、あるいはスイッチ素子部（３１）に用いたと
同様に単結晶シリコン膜を用いても良い。

本実施例では、原稿読取装置（１）を例にとり説明した
か、本発明はこれに限定されるものではなく、液晶表示
装置の駆動回路部等に用いられる半導体装置に最適であ
り、動作速度を非常に高めることかできる。また、各画
素に非線形素子が設けられて成るアクティブマトリック
ス型液晶表示装置の非線形素子を本発明により製造され
る半導体装置により構成しても良い。この場合、半導体
装置に照射される光により誤動作することが考えられる
が、研磨時に単結晶シリコン膜の膜厚を５〜３００ｒ＋
ａとすることにより、光に対する感度を低下させること
ができる。このため、アクティブマトリックス型液晶表
示装置の非線形素子として５〜３００ｎａ＋膜厚の単結
晶シリコン膜を用いることにより、遮光膜を設ける必要
を解消することができる。

上述した各種半導体装置はいずれも３端子素子であった
が、ダイオード・リングのような２端子素子としても良
いことは言うまでもない。

［発明の効果］ 本発明の半導体装置の製造方法によれば、大面積な絶縁
基板上に均一な単結晶シリコン膜を設置することか可能
となり、これにより動作速度の速い半導体装置を実現す
ることができる。

そして、本発明は特に原稿読取装置のスイッチ素子部あ
るいは液晶表示装置の駆動回路部等に最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例が適用される原稿読取装置の
等価回路図、第２図は第１図における原稿読取装置の要
部断面図、第３図は第２図における原稿読取装置の製造
プロセス図である。 （１）・・・読取装置　　　　　（１工）・・・原稿読
取部（１７）・・・アモルファスシリコン層（３１）・
・・スイッチ素子部 （３５）・・・単結晶シリコン層　（１０１）・・・石
英基板代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　竹　花　喜久男 ３７　ケ二ト慣しなに １１娼艶駁都 ３１スイツチｔｌ 桑 瀕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　透明絶縁基板上に単結晶シリコンを設置する工程と、 前記透明絶縁基板と単結晶シリコンとを加熱し、溶融接
   合させる工程と、 前記単結晶シリコンを所定形状にパターニングする工程
   と、 前記単結晶シリコンに接続される電極を形成する工程と
   から成ることを特徴とする半導体装置の製造方法。