(57)【要約】【課題】単結晶半導体層にレーザー光を照射する場合において、レーザー光の照射時に単結晶半導体層中に不純物元素が取り込まれるのを抑制することを目的の一とする。【解決手段】ＳＯＩ基板の作製方法において、単結晶半導体基板と、ベース基板とを用意し、単結晶半導体基板に加速されたイオンを照射することにより、単結晶半導体基板の表面から所定の深さの領域に脆化領域を形成し、単結晶半導体基板とベース基板とを絶縁層を介して貼り合わせ、単結晶半導体基板を加熱し、脆化領域を境として分離することにより、ベース基板上に絶縁層を介して単結晶半導体層を形成し、単結晶半導体層上に形成された酸化膜を除去し、酸化膜を除去した後に単結晶半導体層の表面にレーザー光を照射して単結晶半導体層の少なくとも表面を溶融させ、レーザー光の照射による単結晶半導体層の溶融回数は１回とする。【選択図】図１
2010114431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶半導体基板に加速されたイオンを照射することにより、前記単結晶半導体基板中に脆化領域を形成し、
前記単結晶半導体基板とベース基板とを絶縁層を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を加熱し、前記脆化領域を境として分離することにより、前記ベース基板上に前記絶縁層を介して単結晶半導体層を形成し、
前記単結晶半導体層上に形成された酸化膜を除去し、
前記酸化膜を除去した後に前記単結晶半導体層の表面にレーザー光を照射して前記単結晶半導体層の少なくとも表面を溶融させ、
前記レーザー光の照射による前記単結晶半導体層の溶融回数は１回であることを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記単結晶半導体層の厚さは２００ｎｍ以上であり、
前記レーザー光として、繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザー発振器又は連続発振のレーザー発振器から発振されたレーザー光を用いることを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記レーザー光の照射によって、前記単結晶半導体層を部分溶融させることを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一において、
前記レーザー光を照射した単結晶半導体層の炭素濃度を５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にすることを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一において、
前記ベース基板としてガラス基板を用いることを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁層を介して半導体層が設けられた基板の作製方法に関し、特にＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の作製方法に関する。または、絶縁層を介して半導体層が設けられた基板を用いた半導体装置の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バルク状のシリコンウエハに代わり、絶縁表面に薄い単結晶半導体層が存在するＳＯＩ基板を使った集積回路が開発されている。ＳＯＩ基板を使うことで、トランジスタのドレインと基板間における寄生容量が低減されるため、ＳＯＩ基板は半導体集積回路の性能を向上させるものとして注目されている。
【０００３】
ＳＯＩ基板を製造する方法の１つに、スマートカット（登録商標）法が知られている（例えば、特許文献１参照）。スマートカット法によるＳＯＩ基板の作製方法の概要を以下に説明する。まず、シリコンウエハにイオン注入法を用いて水素イオンを注入することによって表面から所定の深さに微小気泡層を形成する。次に、酸化シリコン膜を介して、水素イオンを注入したシリコンウエハを別のシリコンウエハに接合させる。その後、熱処理を行うことにより、微小気泡層が劈開面となり、水素イオンが注入されたシリコンウエハの一部が微小気泡層を境に薄膜状に分離し、接合させた別のシリコンウエハ上に単結晶シリコン膜を形成することができる。ここで、スマートカット法は水素イオン注入剥離法と呼ぶこともある。
【０００４】
また、このようなスマートカット法を用いて単結晶シリコン層をガラスからなるベース基板上に形成する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。ガラス基板はシリコンウエハよりも大面積化が容易であり、透明、且つ、安価であるため、主に、液晶表示装置等の製造の際に用いられている。このようなガラス基板をベース基板として用いることにより、大面積で安価なＳＯＩ基板を作製することが可能となる。
【０００５】
また、特許文献２では、単結晶シリコン層の結晶品質を改善するために、単結晶シリコン層にレーザー光を照射する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０５−２１１１２８号公報
【特許文献２】特開２００５−２５２２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に示されるように、単結晶半導体層にレーザー光を照射することで、耐熱性が低いガラス基板等を用いる場合であっても、単結晶半導体層を溶融させて結晶性を向上させることができる。しかしながら、レーザー光の照射の際に何ら手当をしない場合には、雰囲気中に存在する炭素等の不純物元素が溶融した半導体層に取り込まれて、当該単結晶半導体層を用いた素子特性に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００８】
特に、単結晶半導体層の表面に形成される酸化膜等に上記の不純物元素が含まれるような場合には、レーザー光の照射による単結晶半導体層の溶融と共に酸化膜が溶融し、単結晶半導体層中には高濃度の不純物元素が取り込まれてしまうことになる。
【０００９】
これらの不純物元素は半導体素子の特性を悪化させ、また、信頼性を低下させる原因となるため、良好な素子特性を保ち、その信頼性を高めるためには、単結晶半導体層中の不純物元素を増加させないことが重要となる。
【００１０】
上記問題に鑑み、開示する発明の一態様では、単結晶半導体層にレーザー光を照射する場合において、レーザー光の照射時に単結晶半導体層中に不純物元素が取り込まれるのを抑制することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
開示する発明の一態様では、ＳＯＩ基板の作製方法において、単結晶半導体層表面の酸化膜を除去した後、レーザー光を照射することを特徴とする。
【００１２】
開示する発明の一は、ＳＯＩ基板の作製方法において、単結晶半導体基板に加速されたイオンを照射することにより、単結晶半導体基板の表面から所定の深さの領域に脆化領域を形成し、単結晶半導体基板とベース基板とを絶縁層を介して貼り合わせ、単結晶半導体基板を加熱し、脆化領域を境として分離することにより、ベース基板上に絶縁層を介して単結晶半導体層を形成し、単結晶半導体層上に形成された酸化膜を除去し、酸化膜を除去した後に単結晶半導体層の表面にレーザー光を照射して単結晶半導体層の少なくとも表面を溶融させ、レーザー光の照射による単結晶半導体層の溶融回数は１回であることを特徴としている。
【００１３】
上記において、単結晶半導体層の厚さを２００ｎｍ以上とし、レーザー光として、繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザー発振器又は連続発振のレーザー発振器から発振されたレーザー光を用いても良い。また、レーザー光の照射によって、単結晶半導体層を部分溶融させると好ましい。
【００１４】
また、上記において、レーザー光を照射した単結晶半導体層の炭素濃度を１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。また、ベース基板としては、ガラス基板を用いることができる。
【００１５】
本明細書において単結晶とは、ある結晶軸に注目した場合、その結晶軸の方向が試料のどの部分において同じ方向を向いている結晶のことをいい、かつ結晶と結晶との間の結晶粒界が存在しない結晶である。なお、本明細書では、結晶欠陥やダングリグボンドを含んでいても、上記のように結晶軸の方向が揃っており、粒界が存在していない結晶であるものは単結晶とする。また、単結晶半導体層の再単結晶化とは、単結晶構造の半導体層が、その単結晶構造と異なる状態（例えば、液相状態）を経て、再び単結晶構造になることをいう。あるいは、単結晶半導体層の再単結晶化とは、単結晶半導体層を再結晶化して、単結晶半導体層を形成するということもできる。
【００１６】
また、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路及び電子機器は全て半導体装置に含まれる。
【００１７】
また、本明細書中において表示装置とは、発光装置や液晶表示装置を含む。発光装置は発光素子を含み、液晶表示装置は液晶素子を含む。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬ等が含まれる。
【発明の効果】
【００１８】
開示する発明の一態様では、単結晶半導体層の表面に形成された酸化膜を除去してレーザー光を照射する。これにより、酸化膜中に含まれる不純物元素が、単結晶半導体層中に取り込まれずに済むため、単結晶半導体層中の不純物元素の増加を抑制することが出来る。また、レーザー光の照射による単結晶半導体層の溶融回数を一回とすることにより、溶融後の固化に伴い形成される表面酸化膜中の不純物元素が、二回目以降の溶融によって単結晶半導体層中に取り込まれずに済むため、単結晶半導体層中の不純物元素の増加を抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＳＯＩ基板の作製方法の一例を示す図である。
【図２】溶融回数と不純物元素の増加の関係を説明する図である。
【図３】ＳＯＩ基板の作製方法の一例を示す図である。
【図４】ＳＯＩ基板を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図である。
【図５】ＳＯＩ基板を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図である。
【図６】ＳＯＩ基板を用いた半導体装置の一例を示す図である。
【図７】ＳＯＩ基板を用いた半導体装置の一例を示す図である。
【図８】ＳＯＩ基板を用いた表示装置の一例を示す図である。
【図９】ＳＯＩ基板を用いた表示装置の一例を示す図である。
【図１０】ＳＯＩ基板を用いた電子機器を示す図である。
【図１１】単結晶半導体層中の炭素濃度の分析結果を示す図である。
【図１２】単結晶半導体層中の炭素濃度の分析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、その趣旨及び範囲から逸脱することなくその形態および詳細を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、発明は、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、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２１】
（実施の形態１）
本実施の形態では、ＳＯＩ基板の作製方法の一例に関して図面を参照して説明する。具体的には、スマートカット法を用いてベース基板上に絶縁層を介して単結晶半導体層を形成し、当該単結晶半導体層の結晶品質を改善する工程に関して説明する。
【００２２】
まず、単結晶半導体基板１００とベース基板１２０とを準備する（図１（Ａ）、（Ｂ）参照）。
【００２３】
単結晶半導体基板１００として、例えば、単結晶シリコン基板、単結晶ゲルマニウム基板、単結晶シリコンゲルマニウム基板など、第１４族元素でなる単結晶半導体基板を用いることができる。また、ガリウムヒ素やインジウムリン等の化合物半導体基板も用いることができる。市販のシリコン基板としては、直径５インチ（１２５ｍｍ）、直径６インチ（１５０ｍｍ）、直径８インチ（２００ｍｍ）、直径１２インチ（３００ｍｍ）、直径１６インチ（４００ｍｍ）サイズの円形のものが代表的である。なお、単結晶半導体基板１００の形状は円形に限られず、例えば、矩形状等に加工して用いることも可能である。
【００２４】
ベース基板１２０として、絶縁体でなる基板を用いることができる。具体的には、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のような電子工業用に使われる各種ガラス基板、石英基板、セラミック基板、サファイア基板が挙げられる。他にも、ベース基板１２０として単結晶半導体基板（例えば、単結晶シリコン基板等）を用いてもよい。本実施の形態では、ガラス基板を用いる場合について説明する。ベース基板１２０として大面積化が可能で安価なガラス基板を用いることにより、低コスト化を図ることができる。
【００２５】
次に、単結晶半導体基板１００の表面から所定の深さに結晶構造が損傷された脆化領域１０４を形成し、その後、絶縁層１０２を介して単結晶半導体基板１００とベース基板１２０とを貼り合わせる（図１（Ｃ）参照）。
【００２６】
脆化領域１０４は、運動エネルギーを有する水素等のイオンを単結晶半導体基板１００に照射することにより形成することができる。
【００２７】
絶縁層１０２は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の絶縁層を単層、又は積層させて形成することができる。これらの膜は、熱酸化法、ＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて形成することができる。
【００２８】
本明細書中において、酸化窒化シリコンとは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、好ましくは、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及び水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｏｒｗａｒｄ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５０〜７０原子％、窒素が０．５〜１５原子％、シリコンが２５〜３５原子％、水素が０．１〜１０原子％の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、好ましくは、ＲＢＳ及びＨＦＳを用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５〜３０原子％、窒素が２０〜５５原子％、シリコンが２５〜３５原子％、水素が１０〜３０原子％の範囲で含まれるものをいう。ただし、酸化窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を１００原子％としたとき、窒素、酸素、シリコン及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。
【００２９】
次に、熱処理を行い脆化領域１０４にて分離することにより、ベース基板１２０上に、絶縁層１０２を介して単結晶半導体層１２４を設ける（図１（Ｄ）参照）。
【００３０】
熱処理を行うことで、脆化領域１０４に形成されている微小な孔には添加された元素が析出し、内部の圧力が上昇する。圧力の上昇により、脆化領域１０４の微小な孔に体積変化が起こり、脆化領域１０４に亀裂が生じるので、脆化領域１０４に沿って単結晶半導体基板１００が分離する。絶縁層１０２はベース基板１２０に接合しているので、ベース基板１２０上には単結晶半導体基板１００から分離された単結晶半導体層１２４が形成される。
【００３１】
続いて、ベース基板１２０上に形成された単結晶半導体層１２４の表面にレーザー光を照射する工程を行う。単結晶半導体層１２４にレーザー光を照射することにより当該単結晶半導体層１２４の結晶性の改善と表面の平滑化を行うことができる。
【００３２】
本実施の形態では、単結晶半導体層１２４にレーザー光を照射する前に、分離後の単結晶半導体層１２４の表面に形成される酸化膜１２６を除去する（図１（Ｅ）参照）。酸化膜１２６は、熱処理等に起因して形成された酸化膜であり処理雰囲気の不純物元素を取り込んでいるため、当該酸化膜１２６が形成されたままレーザー光を照射して単結晶半導体層１２４を溶融させた場合には、単結晶半導体層１２４中に炭素等の不純物元素がとりこまれるおそれがあるからである。
【００３３】
具体的には、例えば、フッ酸などを用いた洗浄処理によって酸化膜１２６を除去することが出来る。フッ酸による処理は、単結晶半導体層１２４の表面が撥水性を示す程度まで行うと良い。撥水性の有無により、単結晶半導体層１２４表面の酸化膜１２６が除去されたか否かを確認できる。
【００３４】
なお、上記酸化膜１２６は熱処理に起因するものに限定されず、他の処理に起因するものであっても良い。もちろん、自然酸化膜のように、特に何らかの処理に起因するものでないものも含む。
【００３５】
さらにその後、単結晶半導体層１２４の表面にプラズマ処理などの処理を行い、単結晶半導体層１２４の表面に付着した不純物（炭素、窒素、酸素等から構成される不純物）を除去してもよい。
【００３６】
次に、ベース基板１２０上に形成された単結晶半導体層１２４の表面にレーザー光１３０を照射することによって、単結晶半導体層１２４の結晶品質を改善（再単結晶化）する（図１（Ｆ）参照）。
【００３７】
単結晶半導体層１２４の表層部は、脆化領域１０４の形成や脆化領域１０４での分離等により結晶欠陥等が形成され結晶性が低下している。そこで、図１（Ｆ）に示すように単結晶半導体層１２４の表面にレーザー光１３０を照射して、少なくとも単結晶半導体層１２４の表層部を溶融させることにより結晶品質を改善することができる。また、分離後の単結晶半導体層１２４の表面は凹凸が生じるが、単結晶半導体層１２４の表層部を溶融させることにより、表面を平滑化することもできる。なお、単結晶半導体層１２４の結晶性は、光学顕微鏡による観察、およびラマン分光スペクトルから得られるラマンシフト、半値全幅などにより評価することができる。
【００３８】
また、本実施の形態では、分離により露出した単結晶半導体層１２４の表面側からレーザー光１３０を照射することにより、当該単結晶半導体層１２４を完全に溶融させるのではなく、部分的に溶融（部分溶融）させることが好ましい。部分溶融とは、レーザー光１３０の照射により単結晶半導体層１２４の溶融されている深さが絶縁層１０２の界面（単結晶半導体層１２４の厚さ）よりも浅くすることである。つまり、単結晶半導体層１２４の上層は溶融して液相となり、下層は溶融せずに固相のままである状態をいう。
【００３９】
単結晶半導体層１２４を部分溶融させることにより、レーザー光１３０の照射により溶融した部分の結晶成長は、溶融していない単結晶半導体層の面方位に基づいて行われるため、完全に溶融させる場合と比較して面方位をそろえて再結晶化を行うことができる。また、単結晶半導体層１２４を部分的に溶融することによって、絶縁層１０２からの酸素や窒素等の不純物元素の取り込みを抑制することが出来る。
【００４０】
また、本実施の形態では、上記レーザー光１３０の照射による単結晶半導体層１２４の溶融回数を一回とする。ここで、溶融回数が一回とは、単結晶半導体層１２４の同一領域における表層部が二回以上溶融しないことをいう。つまり、単結晶半導体層１２４の表層部は一回溶融した後には固化するが、一回溶融して固化した領域と同じ領域に二回目以降の溶融が生じないことを意味するものである。従って、単結晶半導体層１２４の異なる領域をそれぞれ一回溶融させた場合でも溶融回数は一回となる。
【００４１】
このように、単結晶半導体層１２４の溶融回数を一回とすることにより、固化後に単結晶半導体層１２４の表面に新たに不純物元素を含む酸化膜が形成され、当該不純物元素が、再度の溶融過程によって単結晶半導体層１２４に取り込まれることを防止することが出来る。
【００４２】
ここで、上記の溶融回数と単結晶半導体層中の不純物元素の増加との関係について、図２を参照してより詳細に説明する。なお、図２は単結晶半導体層１２４の溶融について説明する図であるから、溶融過程に大きな影響を与えない構成（例えばベース基板１２０等）については省略している。
【００４３】
上述したように、分離後の単結晶半導体層１２４の表面には加熱処理などに起因する酸化膜１２６が形成されている（図２（Ａ）参照）。そして、当該酸化膜１２６中には、不純物元素１４０が取り込まれている。このままレーザー光を照射して単結晶半導体層１２４を溶融させた場合には、単結晶半導体層中に不純物元素が取り込まれてしまうため、本実施の形態では酸化膜１２６を除去する（図２（Ｂ）参照）。
【００４４】
次に、単結晶半導体層１２４の表面にレーザー光１３０を照射することによって、単結晶半導体層１２４の結晶品質を改善する（図２（Ｃ）参照）。なお、この段階では、酸化膜１２６は除去されており、酸化膜１２６に起因する不純物元素が単結晶半導体層１２４中に取り込まれることはない。
【００４５】
その後、溶融した単結晶半導体層１２４が固化すると、その表面には新たに酸化膜１２８が形成される（図２（Ｄ）参照）。単結晶半導体層１２４の表層部の温度は溶融直後において十分に高く、固化後の単結晶半導体層１２４の熱酸化により酸化膜１２８が生じているものと考えられる。
【００４６】
このようにして形成された酸化膜１２８中には、処理雰囲気などに起因する不純物元素１４０が存在している。このため、同じ領域に対して再度レーザー光を照射する場合など、単結晶半導体層１２４が再び溶融するような状況では、酸化膜１２８中の不純物元素１４０が拡散して単結晶半導体層１２４中に取り込まれてしまう（図２（Ｅ）参照）。
【００４７】
これを防止するために、本実施の形態では、図２（Ｅ）の工程を行わずレーザー光１３０の照射による単結晶半導体層１２４の溶融回数を一回とするのである。なお、酸化膜１２８を除去する場合には、再度のレーザー光の照射も可能である。
【００４８】
上記のレーザー光１３０の照射に適用可能なレーザー発振器としては、パルス発振レーザー又は連続発振レーザー（ＣＷレーザー）がある。パルス発振レーザーを用いる場合であって、その繰り返し周波数が低い場合には、同じ領域に二以上のパルスレーザー光が照射されないようにすることが好ましい。つまり、パルスレーザー光がオーバーラップしないようにする。これは、上記のようなパルス発振レーザーでは、第１のパルスが照射された後、第２のパルスが照射されるまでの間に単結晶半導体層１２４が固化し、表面に酸化膜が形成されてしまうためである。
【００４９】
一方で、パルス発振レーザーを用いる場合であっても、その繰り返し周波数が高い場合には、パルスレーザー光をオーバーラップさせてもよい。繰り返し周波数が高い場合には、オーバーラップさせた場合であっても、第１のパルスが照射された後第２のパルスが照射されるまでの間に単結晶半導体層が固化せず溶融したままの状態を維持するためである。繰り返し周波数が高いパルスレーザーとしては、例えば、繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振レーザーを用いることができる。
【００５０】
また、連続発振レーザーを用いる場合には、このような問題は発生しないから、照射時間等の条件を適宜設定して部分溶融が実現されるよう照射すればよい。
【００５１】
なお、単結晶半導体層１２４が厚い場合（例えば２００ｎｍ以上の場合）には、連続発振レーザーを用いることが好ましい。これは、連続発振レーザーはエネルギー安定性が高く、安定した結晶品質の確保が可能となるためである。一方で、単結晶半導体層１２４が薄い場合（例えば２００ｎｍ未満の場合）には、パルス発振レーザーを用いることが好ましい。これは、単結晶半導体層１２４が薄い場合において部分溶融を実現するためには、熱伝導との関係から、レーザー光の照射時間を短くする必要があるためである。
【００５２】
また、レーザー光１３０の波長は、単結晶半導体層１２４に吸収される波長とする。レーザー光１３０の波長としては、紫外光域乃至可視光域（例えば、２５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下）にあるものを選択すればよい。例えば、単結晶半導体層１２４が厚い場合（２００ｎｍ以上の場合）には、５００ｎｍ以上の比較的長波長のレーザー光を照射すると、単結晶半導体層１２４の深い領域までレーザー光を到達させることが出来るため好ましい。一般的には、レーザー光の波長は、レーザー光の表皮深さ（ｓｋｉｎ  ｄｅｐｔｈ）などを考慮して決定することができる。
【００５３】
例えば、単結晶半導体層１２４がシリコン材料からなり、厚い場合（例えば２００ｎｍ以上の場合）には、可視光を用いることが好ましい。これは、レーザー光の侵入深さを大きくし、単結晶半導体層１２４の底まで加熱することができるためである。一方で、単結晶半導体層１２４が薄い場合には、近紫外光を用いることが好ましい。レーザー光の侵入深さを小さくし、ベース基板への熱の影響を抑制することができるためである。
【００５４】
単結晶半導体層１２４を部分溶融させるためのレーザー光のエネルギー密度の取りうる範囲は、レーザー光の波長、レーザー光の表皮深さ、単結晶半導体層１２４の膜厚などを考慮して、単結晶半導体層１２４が完全に溶融しない程度のエネルギー密度とする。例えば、単結晶半導体層１２４の膜厚が大きい場合には、単結晶半導体層１２４を完全に溶融するまでのエネルギーも大きいため、レーザー光のエネルギー密度の範囲を大きくとることができる。また、単結晶半導体層１２４の膜厚が小さい場合には、単結晶半導体層１２４を完全に溶融するまでのエネルギーも小さくなるため、レーザー光のエネルギー密度を小さくすることが望ましい。なお、単結晶半導体層１２４を加熱状態でレーザー光を照射する場合には、部分溶融に必要なエネルギー密度の範囲の上限の値を小さくすることが、単結晶半導体層１２４が完全に溶融してしまうことを防ぐためにも好ましい。
【００５５】
また、レーザー光１３０の照射を減圧雰囲気としたチャンバー内において行っても良い。減圧雰囲気下で行うことによって、レーザー光１３０を照射して単結晶半導体層１２４を溶融させる場合であっても、雰囲気中の不純物元素が単結晶半導体層１２４中に取り込まれることを抑制することができる。その結果、レーザー光１３０の照射工程の前後において単結晶半導体層１２４に含まれる不純物元素の濃度を増加させずに済む。
【００５６】
また、レーザー光１３０の照射工程において単結晶半導体層１２４に不純物元素が取り込まれるのを抑制するため、レーザー光の照射前にチャンバーのクリーニング処理を行っても良い。クリーニング処理の一例としては、シランガスを用いた処理、水素ガスを用いた処理などが挙げられる。ここで、シランガスを用いた処理、水素ガスを用いた処理はそれぞれ、シランフラッシュ、水素フラッシュなどとも呼ばれ（総称としてフラッシング処理と呼ぶこともある）、反応性のガスを所定の時間、所定の流量で流すことにより行われる。
【００５７】
なお、上記のクリーニング処理は、例えば、フッ素ラジカルを用いたクリーニング処理の後に行うとより効果的である。フッ素ラジカルは、チャンバー外部などに設けられたプラズマ発生器に、フッ素などを導入して解離させることで生成することができる。
【００５８】
本実施の形態で示した方法を用いることによって、ベース基板上に形成された単結晶半導体層にレーザー光を照射して溶融させることにより結晶品質を改善し、表面を平滑化する場合であっても、レーザー光の照射工程において単結晶半導体層に不純物元素が取り込まれることを抑制できる。
【００５９】
上述のように、本実施の形態では、単結晶半導体層の表面に形成された酸化膜を除去してレーザー光を照射する。これにより、酸化膜中に含まれる不純物元素が、単結晶半導体層中に取り込まれずに済むため、単結晶半導体層中の不純物元素の増加を抑制することが出来る。また、レーザー光の照射による単結晶半導体層の溶融回数を一回とすることにより、溶融後の固化に伴い形成される表面酸化膜中の不純物元素が、二回目以降の溶融によって単結晶半導体層中に取り込まれずに済むため、単結晶半導体層中の不純物元素の増加を抑制することが出来る。
【００６０】
なお、本実施の形態で示した構成は、本明細書の他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わせて行うことができる。
【００６１】
（実施の形態２）
本実施の形態では、単結晶半導体基板１００とベース基板１２０との貼り合わせに関して図面を参照して詳細に説明する。
【００６２】
まず、単結晶半導体基板１００を準備する（図３（Ａ−１）参照）。単結晶半導体基板１００の表面は、あらかじめ硫酸過水（ＳＰＭ）、アンモニア過水（ＡＰＭ）、塩酸過水（ＨＰＭ）、希フッ酸（ＤＨＦ）などを用いて適宜洗浄することが汚染除去の点から好ましい。また、希フッ酸とオゾン水を交互に吐出して洗浄してもよい。
【００６３】
次に、単結晶半導体基板１００の表面に酸化膜１３２を形成する（図３（Ａ−２）参照）。
【００６４】
酸化膜１３２は、例えば、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等の単層、又はこれらを積層させた膜を用いることができる。これらの膜は、熱酸化法、ＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて形成することができる。また、ＣＶＤ法を用いて酸化膜１３２を形成する場合には、テトラエトキシシラン（略称；ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）等の有機シランを用いて作製される酸化シリコン膜を酸化膜１３２に用いることが生産性の点から好ましい。
【００６５】
本実施の形態では、単結晶半導体基板１００に熱酸化処理を行うことにより酸化膜１３２（ここでは、ＳｉＯｘ膜）を形成する（図３（Ａ−２）参照）。
【００６６】
また、熱酸化処理は、酸化性雰囲気中にハロゲンを添加して行うことが好ましい。例えば、塩素（Ｃｌ）が添加された酸化性雰囲気中で単結晶半導体基板１００に熱酸化処理（ＨＣｌ酸化）を行うことによって酸化された酸化膜１３２を形成する。この場合、酸化膜１３２は、塩素原子を含有する膜となる。
【００６７】
酸化膜１３２中に含有された塩素原子は、歪みを形成する。その結果、酸化膜１３２の水分に対する吸収割合が向上し、拡散速度が増大する。つまり、酸化膜１３２表面に水分が存在する場合に、当該表面に存在する水分を酸化膜１３２中に素早く吸収し、拡散させることができる。
【００６８】
熱酸化処理の一例としては、酸素に対し塩化水素（ＨＣｌ）を０．５〜１０体積％（好ましくは３体積％）の割合で含む酸化性雰囲気中で、９００℃〜１１５０℃の温度（代表的には１０００℃）で行うことができる。処理時間は０．１〜６時間、好ましくは０．５〜１時間とすればよい。形成される酸化膜の膜厚としては、１０ｎｍ〜１０００ｎｍ（好ましくは５０ｎｍ〜３００ｎｍ）、例えば１００ｎｍの厚さとする。
【００６９】
本実施の形態では、酸化膜１３２に含まれる塩素原子の濃度を１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となるように制御することが好ましい。酸化膜１３２に塩素原子を含有させることによって、外因性不純物である重金属（例えば、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ等）を捕集して単結晶半導体基板１００が汚染されることを防止する効果を奏する。
【００７０】
また、酸化膜１３２として、ＨＣｌ酸化などによって膜中に塩素等のハロゲンを含ませることにより、単結晶半導体基板に悪影響を与える不純物（例えば、Ｎａ等の可動イオン）をゲッタリングすることができる。つまり、酸化膜１３２を形成した後に行われる熱処理により、単結晶半導体基板に含まれる不純物が酸化膜１３２に析出し、ハロゲン（例えば塩素）と反応して捕獲されることとなる。それにより酸化膜１３２中に捕集した当該不純物を固定して単結晶半導体基板１００の汚染を防ぐことができる。また、酸化膜１３２はガラス基板と貼り合わせた場合に、ガラスに含まれるＮａ等の不純物を固定する膜として機能しうる。
【００７１】
特に、酸化膜１３２として、ＨＣｌ酸化などによって膜中に塩素等のハロゲンを含ませることは、半導体基板の洗浄が不十分である場合や、繰り返し再利用して用いられる半導体基板の汚染除去に有効となる。
【００７２】
なお、酸化膜１３２に含有させるハロゲン原子は塩素原子に限られない。酸化膜１３２にフッ素原子を含有させてもよい。例えば、単結晶半導体基板１００をＨＦ溶液に浸漬させた後に酸化性雰囲気中で熱酸化処理を行うことや、ＮＦ３を酸化性雰囲気に添加して熱酸化処理を行えばよい。
【００７３】
次に、運動エネルギーを有するイオンを単結晶半導体基板１００に照射することで、単結晶半導体基板１００の所定の深さに結晶構造が損傷された脆化領域１０４を形成する（図３（Ａ−３）参照）。図３（Ａ−３）に示すように、酸化膜１３２を介して、加速されたイオン１０３を単結晶半導体基板１００に照射することで、単結晶半導体基板１００の表面から所定の深さの領域にイオン１０３が添加され、脆化領域１０４を形成することができる。イオン１０３は、ソースガスを励起して、ソースガスのプラズマを生成し、このプラズマに含まれるイオンを、電界の作用によりプラズマから引き出して、加速したイオンである。
【００７４】
脆化領域１０４が形成される領域の深さは、イオン１０３の運動エネルギー、質量と電荷、イオン１０３の入射角によって調節することができる。運動エネルギーは加速電圧などにより調節できる。なお、脆化領域１０４は、イオン１０３の平均侵入深さとほぼ同じ深さの領域に形成される。そのため、イオン１０３を添加する深さで、単結晶半導体基板１００から分離される単結晶半導体層の厚さを決めることができる。この単結晶半導体層の厚さが１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下になるように、脆化領域１０４が形成される深さを調節する。
【００７５】
脆化領域１０４の形成は、イオンドーピング処理で行うことができる。イオンドーピング処理には、イオンドーピング装置を用いて行うことができる。イオンドーピング装置の代表的な例は、プロセスガスをプラズマ励起して生成された全てのイオン種をチャンバー内に配置された被処理体に照射する非質量分離型の装置である。非質量分離型の装置であるのは、プラズマ中のイオン種を質量分離しないで、全てのイオン種を被処理体に照射しているからである。これに対して、イオン注入装置は質量分離型の装置である。イオン注入装置は、プラズマ中のイオン種を質量分離し、ある特定の質量のイオン種を被処理体に照射する装置である。
【００７６】
イオンドーピング装置は、被処理物を配置するチャンバー、所望のイオンを発生させるイオン源、イオンを加速し照射するための加速機構等から構成されている。イオン源は、所望のイオン種を生成するためのソースガスを供給するガス供給装置や、ソースガスを励起してプラズマを生成させるための電極等から構成されている。プラズマを形成するための電極として、フィラメント型の電極や容量結合高周波放電用の電極等が用いられる。加速機構は、引出電極、加速電極、減速電極、接地電極等の電極や、これらの電極に電力を供給するための電源等で構成される。加速機構を構成する電極には複数の開口やスリットが設けられており、イオン源で生成されたイオンは電極に設けられた開口やスリットを通過して加速される。なお、イオンドーピング装置の構成は上述したものに限定されず、必要に応じた機構が設けられる。
【００７７】
本実施形態では、イオンドーピング装置で、水素を単結晶半導体基板１００に添加する。プラズマソースガスとして水素を含むガスを供給する。例えば、Ｈ２を供給する。水素ガスを励起してプラズマを生成し、質量分離せずに、プラズマ中に含まれるイオンを加速し、加速されたイオンを単結晶半導体基板１００に照射する。
【００７８】
イオンドーピング装置において、水素ガスから生成されるイオン種（Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋）の総量に対してＨ３＋の割合が５０％以上とする。より好ましくは、そのＨ３＋の割合を８０％以上とする。イオンドーピング装置は質量分離を行わないため、プラズマ中に生成される複数のイオン種のうち、１つ（Ｈ３＋）を５０％以上とすることが好ましく、８０％以上とすることがより好ましい。同じ質量のイオンを照射することで、単結晶半導体基板１００の同じ深さに集中させてイオンを添加することができる。
【００７９】
脆化領域１０４を浅い領域に形成するためには、イオン１０３の加速電圧を低くする必要があるが、プラズマ中のＨ３＋イオンの割合を高くすることで、原子状水素（Ｈ）を効率よく、単結晶半導体基板１００に添加できる。Ｈ３＋イオンはＨ＋イオンの３倍の質量を持つことから、同じ深さに水素原子を１つ添加する場合、Ｈ３＋イオンの加速電圧は、Ｈ＋イオンの加速電圧の３倍にすることが可能となる。イオンの加速電圧を大きくできれば、イオンの照射工程のタクトタイムを短縮することが可能となり、生産性やスループットの向上を図ることができる。
【００８０】
イオンドーピング装置は廉価で、大面積処理に優れているため、このようなイオンドーピング装置を用いてＨ３＋を照射することで、半導体特性の向上、大面積化、低コスト化、生産性向上などの顕著な効果を得ることができる。また、イオンドーピング装置を用いた場合、重金属も同時に導入されるおそれがあるが、塩素原子を含有する酸化膜１３２を介してイオンの照射を行うことによって、上述したようにこれらの重金属による単結晶半導体基板１００の汚染を防ぐことができる。
【００８１】
なお、加速されたイオン１０３を単結晶半導体基板１００に照射する工程は、イオン注入装置で行うこともできる。イオン注入装置は、チャンバー内に配置された被処理体に、ソースガスをプラズマ励起して生成された複数のイオン種を質量分離し、特定のイオン種を照射する質量分離型の装置である。したがって、イオン注入装置を用いる場合は、水素ガスやＰＨ３を励起して生成されたＨ＋イオンおよびＨ２＋イオンを質量分離して、Ｈ＋イオンまたはＨ２＋イオンの一方のイオンを加速して、単結晶半導体基板１００に照射する。
【００８２】
次に、ベース基板１２０を準備する（図３（Ｂ−１）参照）。
【００８３】
ベース基板１２０は、絶縁体でなる基板を用いる。具体的には、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のような電子工業用に使われる各種ガラス基板、石英基板、セラミック基板、サファイア基板が挙げられる。本実施の形態では、ガラス基板を用いる場合について説明する。ベース基板１２０として大面積化が可能で安価なガラス基板を用いることにより、低コスト化を図ることができる。
【００８４】
また、ベース基板１２０を用いるに際し、ベース基板１２０の表面をあらかじめ洗浄することが好ましい。具体的には、ベース基板１２０を、塩酸過水（ＨＰＭ）、硫酸過水（ＳＰＭ）、アンモニア過水（ＡＰＭ）、希フッ酸（ＤＨＦ）等を用いて超音波洗浄を行う。例えば、ベース基板１２０の表面に塩酸過水を用いて超音波洗浄を行うことが好ましい。このような洗浄処理を行うことによって、ベース基板１２０表面の平坦化や残存する研磨粒子を除去することができる。
【００８５】
次に、ベース基板１２０の表面に窒素含有層１２１（例えば、窒化シリコン膜又は窒化酸化シリコン膜等の窒素を含有する絶縁膜）を形成する（図３（Ｂ−２）参照）。
【００８６】
本実施の形態において、窒素含有層１２１は、単結晶半導体基板１００上に設けられた酸化膜１３２と貼り合わされる層（接合層）となる。また、窒素含有層１２１は、後にベース基板上に単結晶構造を有する単結晶半導体層を設けた際に、ベース基板に含まれるＮａ（ナトリウム）等の不純物が単結晶半導体層に拡散することを防ぐためのバリア層として機能する。
【００８７】
また、単結晶半導体基板１００とベース基板１２０との貼り合わせ不良を抑制するには、窒素含有層１２１の表面を平滑化することが好ましい。具体的には、窒素含有層１２１の表面の平均面粗さ（Ｒａ）を０．５ｎｍ以下、自乗平均粗さ（Ｒｍｓ）を０．６０ｎｍ以下、より好ましくは、平均面粗さを０．３５ｎｍ以下、自乗平均粗さを０．４５ｎｍ以下となるように窒素含有層１２１を形成する。膜厚は、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲とすることが好ましい。
【００８８】
次に、単結晶半導体基板１００の表面とベース基板１２０の表面とを対向させ、酸化膜１３２の表面と窒素含有層１２１の表面とを接合させる（図３（Ｃ）参照）。
【００８９】
ここでは、単結晶半導体基板１００とベース基板１２０を酸化膜１３２と窒素含有層１２１を介して密着させた後、単結晶半導体基板１００の一箇所に１〜５００Ｎ／ｃｍ２、好ましくは１〜２０Ｎ／ｃｍ２程度の圧力を加える。圧力を加えた部分から酸化膜１３２と窒素含有層１２１とが接合しはじめ、自発的に接合が形成され全面におよぶ。この接合工程は、ファンデルワールス力や水素結合が作用しており、加熱処理を伴わず、常温で行うことができるため、ベース基板１２０に、ガラス基板のように耐熱温度が低い基板を用いることができる。
【００９０】
なお、単結晶半導体基板１００とベース基板１２０との貼り合わせを行う前に、単結晶半導体基板１００上に形成された酸化膜１３２と、ベース基板１２０上に形成された窒素含有層１２１の表面処理を行うことが好ましい。
【００９１】
表面処理としては、プラズマ処理、オゾン処理、メガソニック洗浄、２流体洗浄（純水や水素添加水等の機能水を窒素等のキャリアガスとともに吹き付ける方法）又はこれらの方法を組み合わせて行うことができる。特に、酸化膜１３２、窒素含有層１２１の少なくとも一方の表面にプラズマ処理を行った後に、オゾン処理、メガソニック洗浄、２流体洗浄等を行うことによって、酸化膜１３２、窒素含有層１２１表面の有機物等のゴミを除去し、表面を親水化することができる。その結果、酸化膜１３２と窒素含有層１２１の接合強度を向上させることができる。
【００９２】
また、酸化膜１３２と窒素含有層１２１を接合させた後、接合強度を増加させるための熱処理を行うことが好ましい。この熱処理の温度は、脆化領域１０４に亀裂を発生させない温度とし、例えば、室温以上４００℃未満の温度範囲で処理する。また、この温度範囲で加熱しながら、酸化膜１３２と窒素含有層１２１を接合させてもよい。熱処理には、拡散炉、抵抗加熱炉などの加熱炉、ＲＴＡ（瞬間熱アニール、Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、マイクロ波加熱装置などを用いることができる。
【００９３】
一般的に、酸化膜１３２と窒素含有層１２１を接合と同時又は接合させた後に熱処理を行うと、接合界面において脱水反応が進行し、接合面同士が近づき、水素結合の強化や共有結合が形成されることにより接合が強化される。脱水反応を促進させるためには、脱水反応により接合界面に生じる水分を高温で熱処理を行うことにより除去する必要がある。つまり、接合後の熱処理温度が低い場合には、脱水反応で接合界面に生じた水分を効果的に除去できないため、脱水反応が進まず接合強度を十分に向上させることが困難となる。
【００９４】
一方で、本実施の形態で示すように酸化膜１３２として、塩素原子等を含有させた酸化膜を用いた場合、当該酸化膜１３２が水分を吸収し拡散させることができるため、接合後の熱処理を低温で行う場合であっても、脱水反応で接合界面に生じた水分を酸化膜１３２へ吸収、拡散させ脱水反応を効率良く促進させることができる。この場合、ベース基板１２０としてガラス等の耐熱性が低い基板を用いた場合であっても、酸化膜１３２と窒素含有層１２１の接合強度を十分に向上させることが可能となる。また、バイアス電圧を印加してプラズマ処理を行うことにより、酸化膜１３２の表面近傍に微小な空孔（マイクロポア）を形成し、水分を効果的に吸収し拡散させ、低温であっても酸化膜１３２と窒素含有層１２１の接合強度を向上させることができる。
【００９５】
次に、熱処理を行い脆化領域１０４にて分離することにより、ベース基板１２０上に、酸化膜１３２及び窒素含有層１２１を介して単結晶半導体層１２４を設ける（図３（Ｄ）参照）。
【００９６】
熱処理を行うことで、脆化領域１０４に形成されている微小な孔には添加された元素が析出し、内部の圧力が上昇する。これによって、脆化領域１０４に亀裂が生じるので、脆化領域１０４に沿って単結晶半導体基板１００が分離する。酸化膜１３２はベース基板１２０上の窒素含有層１２１に接合しているので、ベース基板１２０上には単結晶半導体基板１００から分離された単結晶半導体層１２４が形成される。また、ここでの熱処理の温度は、ベース基板１２０の歪み点を越えない温度とする。
【００９７】
この加熱処理には、拡散炉、抵抗加熱炉などの加熱炉、ＲＴＡ（瞬間熱アニール、Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、マイクロ波加熱装置などを用いることができる。例えば、ＲＴＡ装置を用いる場合、加熱温度５５０℃以上７３０℃以下、処理時間０．５分以上６０分以内で行うことができる。
【００９８】
なお、酸化膜１３２と窒素含有層１２１との接合強度を増加させるための熱処理を行わず、図３（Ｄ）の熱処理を行うことにより、酸化膜１３２と窒素含有層１２１との接合強度の増加の熱処理工程と、脆化領域１０４における分離の熱処理工程を同時に行ってもよい。
【００９９】
以上の工程により、ベース基板１２０上に酸化膜１３２及び窒素含有層１２１を介して単結晶半導体層１２４が設けられたＳＯＩ基板を作製することができる。本実施の形態で示した作製方法を用いることによって、窒素含有層１２１を接合層として用いた場合であっても、ベース基板１２０と単結晶半導体層１２４との接合強度を向上させ、信頼性を向上させることができる。その結果、ベース基板１２０上に形成される単結晶半導体層１２４への不純物の拡散を抑制すると共に、ベース基板１２０と単結晶半導体層１２４とが強固に密着したＳＯＩ基板を形成することができる。
【０１００】
また、ベース基板側に窒素含有層を設け、単結晶半導体基板側に塩素等のハロゲンを有する酸化膜を形成することにより、ベース基板との貼り合わせ前に単結晶半導体基板へ不純物元素が混入することを抑制することができる。また、単結晶半導体基板側に設ける接合層として塩素等のハロゲンを有する酸化膜を形成することにより、接合後の熱処理を低温で行う場合であっても、脱水反応を効率良く促進させることにより接合強度を向上させることができる。
【０１０１】
その後、上記実施の形態１で示したように、単結晶半導体層１２４上に形成された酸化膜１２６を除去した後、単結晶半導体層１２４にレーザー光を照射して当該単結晶半導体層１２４の結晶性を回復させるとともに表面を平滑化する。レーザー光の照射工程は、上記実施の形態で示した方法や装置を用いて行うことができる。
【０１０２】
なお、本実施の形態では、単結晶半導体基板１００上に酸化膜１３２を形成し、ベース基板１２０上に窒素含有層１２１を形成する場合を示したが、これに限られない。例えば、単結晶半導体基板１００上に酸化膜１３２と窒素含有層を順に積層させて形成し、酸化膜１３２上に形成された窒素含有層の表面とベース基板１２０との表面とを接合させてもよい。この場合、窒素含有層は脆化領域１０４の形成前に設けてもよいし、形成後に設けてもよい。なお、窒素含有層上に酸化膜（例えば、酸化シリコン）を形成し、当該酸化膜の表面とベース基板１２０の表面とを接合させても良い。
【０１０３】
また、ベース基板１２０から単結晶半導体層１２４への不純物の混入が問題とならない場合には、ベース基板１２０上に窒素含有層１２１を設けずに、単結晶半導体基板１００上に設けられた酸化膜１３２の表面とベース基板１２０の表面とを接合させてもよい。
【０１０４】
なお、本実施の形態で示した構成は、本明細書の他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わせて行うことができる。
【０１０５】
（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態で作製したＳＯＩ基板を用いて、半導体装置を作製する方法を説明する。
【０１０６】
まず、図４および図５を参照して、ｎチャネル型薄膜トランジスタ、およびｐチャネル型薄膜トランジスタを作製する方法を説明する。複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を組み合わせることで、各種の半導体装置を形成することができる。
【０１０７】
本実施の形態では、ＳＯＩ基板として図３の工程を用いて作製したＳＯＩ基板を用いる場合について説明する。もちろん、上記実施の形態で示した他の方法で作製したＳＯＩ基板を用いることも可能である。
【０１０８】
図４（Ａ）は、図３を用いて説明した方法で作製されたＳＯＩ基板の断面図である。
【０１０９】
まず、エッチングにより、単結晶半導体層１２４を素子分離して、図４（Ｂ）に示すように半導体層２５１、２５２を形成する。半導体層２５１はｎチャネル型のＴＦＴを構成し、半導体層２５２はｐチャネル型のＴＦＴを構成する。
【０１１０】
図４（Ｃ）に示すように、半導体層２５１、２５２上にゲート絶縁膜として機能する絶縁膜２５４を形成する。次に、絶縁膜２５４を介して半導体層２５１上にゲート電極２５５を形成し、半導体層２５２上にゲート電極２５６を形成する。
【０１１１】
なお、単結晶半導体層１２４のエッチングを行う前に、ＴＦＴのしきい値電圧を制御するために、ホウ素、アルミニウム、ガリウムなどの不純物元素、またはリン、ヒ素などの不純物元素を単結晶半導体層１２４に添加することが好ましい。例えば、ｎチャネル型ＴＦＴが形成される領域に不純物元素を添加し、ｐチャネル型ＴＦＴが形成される領域に不純物元素を添加する。
【０１１２】
絶縁膜２５４は、ＣＶＤ法、スパッタリング法又は熱酸化法等により、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン等の絶縁膜を用いて単層又は積層構造で設けることができる。
【０１１３】
また、絶縁膜２５４は、半導体層２５１、２５２に対しプラズマ処理を行うことにより、表面を酸化又は窒化することで形成してもよい。例えば、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの希ガスと、酸素、酸化窒素（ＮＯ２）、アンモニア、窒素、水素などの混合ガスを導入したプラズマ処理で形成する。この場合のプラズマの励起は、マイクロ波の導入により行うと、低電子温度で高密度のプラズマを生成することができる。この高密度プラズマで生成された酸素ラジカル（ＯＨラジカルを含む場合もある）や窒素ラジカル（ＮＨラジカルを含む場合もある）によって、単結晶半導体層の表面を酸化または窒化することができる。このような高密度のプラズマを用いた処理により、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下、代表的には５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の絶縁膜が単結晶半導体層に形成される。この場合の反応は、固相反応であるため、当該絶縁膜と単結晶半導体層との界面準位密度をきわめて低くすることができる。このような高密度プラズマ処理は、単結晶半導体層を直接酸化（または窒化）するため、形成される絶縁膜の厚さのばらつきを極めて小さくすることができる。このような高密度プラズマ処理により単結晶半導体層の表面を固相酸化することにより、均一性が良く、界面準位密度が低い絶縁膜を形成することができる。
【０１１４】
なお、絶縁膜２５４は、高密度プラズマ処理によって形成される絶縁膜のみを用いても良いし、それにＣＶＤ法やスパッタリング法等で酸化シリコン、酸化窒化シリコン又は窒化シリコンの絶縁膜のいずれか一つ又は複数を堆積し、積層させても良い。いずれにしても、高密度プラズマで形成した絶縁膜をゲート絶縁膜の一部または全部に含んで形成されるトランジスタは、特性のばらつきを小さくすることができる。
【０１１５】
次に、図４（Ｄ）に示すように半導体層２５１にｎ型の低濃度不純物領域２５７を形成し、半導体層２５２にｐ型の高濃度不純物領域２５９を形成する。具体的には、まず、半導体層２５１にｎ型の低濃度不純物領域２５７を形成する。このため、ｐチャネル型ＴＦＴとなる半導体層２５２をレジストでマスクし、不純物元素を半導体層２５１に添加する。不純物元素としてリンまたはヒ素を添加すればよい。イオンドーピング法またはイオン注入法により不純物元素を添加することにより、ゲート電極２５５がマスクとなり、半導体層２５１に自己整合的にｎ型の低濃度不純物領域２５７が形成される。半導体層２５１のゲート電極２５５と重なる領域はチャネル形成領域２５８となる。
【０１１６】
次に、半導体層２５２を覆うマスクを除去した後、ｎチャネル型ＴＦＴとなる半導体層２５１をレジストマスクで覆う。次に、イオンドーピング法またはイオン注入法により不純物元素を半導体層２５２に添加する。不純物元素として、ボロンを添加することができる。不純物元素の添加工程では、ゲート電極２５６がマスクとして機能して、半導体層２５２にｐ型の高濃度不純物領域２５９が自己整合的に形成される。高濃度不純物領域２５９はソース領域またはドレイン領域として機能する。半導体層２５２のゲート電極２５６と重なる領域はチャネル形成領域２６０となる。ここでは、ｎ型の低濃度不純物領域２５７を形成した後、ｐ型の高濃度不純物領域２５９を形成する方法を説明したが、先にｐ型の高濃度不純物領域２５９を形成することもできる。
【０１１７】
次に、半導体層２５１を覆うレジストを除去した後、プラズマＣＶＤ法等によって窒化シリコン等の窒素化合物や酸化シリコン等の酸化物からなる単層構造または積層構造の絶縁膜を形成する。この絶縁膜を垂直方向の異方性エッチングすることで、図５（Ａ）に示すように、ゲート電極２５５、２５６の側面に接するサイドウォール絶縁膜２６１、２６２を形成する。この異方性エッチングにより、絶縁膜２５４もエッチングされる。
【０１１８】
次に、図５（Ｂ）に示すように、半導体層２５２をレジスト２６５で覆う。半導体層２５１にソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域を形成するため、イオン注入法またはイオンドーピング法により、半導体層２５１に高ドーズ量で不純物元素を添加する。ゲート電極２５５およびサイドウォール絶縁膜２６１がマスクとなり、ｎ型の高濃度不純物領域２６７が形成される。次に、不純物元素の活性化のための加熱処理を行う。
【０１１９】
活性化の加熱処理の後、図５（Ｃ）に示すように、水素を含んだ絶縁膜２６８を形成する。絶縁膜２６８を形成後、３５０℃以上４５０℃以下の温度による加熱処理を行い、絶縁膜２６８中に含まれる水素を半導体層２５１、２５２中に拡散させる。絶縁膜２６８は、プロセス温度が３５０℃以下のプラズマＣＶＤ法により窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを堆積することで形成できる。半導体層２５１、２５２に水素を供給することで、半導体層２５１、２５２中および絶縁膜２５４との界面での捕獲中心となるような欠陥を効果的に補償することができる。
【０１２０】
その後、層間絶縁膜２６９を形成する。層間絶縁膜２６９は、酸化シリコン膜、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｇｌａｓｓ）膜などの無機材料でなる絶縁膜、または、ポリイミド、アクリルなどの有機樹脂膜から選ばれた単層構造の膜、積層構造の膜で形成することができる。層間絶縁膜２６９にコンタクトホールを形成した後、図５（Ｃ）に示すように配線２７０を形成する。配線２７０の形成には、例えば、アルミニウム膜またはアルミニウム合金膜などの低抵抗金属膜をバリアメタル膜で挟んだ３層構造の導電膜で形成することができる。バリアメタル膜は、モリブデン、クロム、チタンなどの金属膜で形成することができる。
【０１２１】
以上の工程により、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを有する半導体装置を作製することができる。
【０１２２】
また、半導体装置の作製に用いるＳＯＩ基板として、上記実施の形態１で作製したＳＯＩ基板を用いることによって、チャネル形成領域を構成する半導体層中に含まれる炭素等の不純物元素の濃度を低減することができるため、良好な特性を有するＴＦＴを作製することができる。例えば、チャネル形成領域を構成する半導体層の炭素濃度は、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは２．５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であれば良い。
【０１２３】
図４及び図５を参照して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で、高付加価値の半導体装置を作製することができる。以下、図面を参照しながら半導体装置の具体的な態様を説明する。
【０１２４】
まず、半導体装置の一例として、マイクロプロセッサについて説明する。図６はマイクロプロセッサ５００の構成例を示すブロック図である。
【０１２５】
マイクロプロセッサ５００は、演算回路５０１（Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  ｌｏｇｉｃ  ｕｎｉｔ。ＡＬＵともいう。）、演算回路制御部５０２（ＡＬＵ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、命令解析部５０３（Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ｄｅｃｏｄｅｒ）、割り込み制御部５０４（Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、タイミング制御部５０５（Ｔｉｍｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、レジスタ５０６（Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）、レジスタ制御部５０７（Ｒｅｇｉｓｔｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、バスインターフェース５０８（Ｂｕｓ  Ｉ／Ｆ）、読み出し専用メモリ５０９、およびメモリインターフェース５１０を有している。
【０１２６】
バスインターフェース５０８を介してマイクロプロセッサ５００に入力された命令は、命令解析部５０３に入力され、デコードされた後、演算回路制御部５０２、割り込み制御部５０４、レジスタ制御部５０７、タイミング制御部５０５に入力される。演算回路制御部５０２、割り込み制御部５０４、レジスタ制御部５０７、タイミング制御部５０５は、デコードされた命令に基づき様々な制御を行う。
【０１２７】
演算回路制御部５０２は、演算回路５０１の動作を制御するための信号を生成する。また、割り込み制御部５０４は、マイクロプロセッサ５００のプログラム実行中に、外部の入出力装置や周辺回路からの割り込み要求を処理する回路であり、割り込み制御部５０４は、割り込み要求の優先度やマスク状態を判断して、割り込み要求を処理する。レジスタ制御部５０７は、レジスタ５０６のアドレスを生成し、マイクロプロセッサ５００の状態に応じてレジスタ５０６の読み出しや書き込みを行う。タイミング制御部５０５は、演算回路５０１、演算回路制御部５０２、命令解析部５０３、割り込み制御部５０４、およびレジスタ制御部５０７の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えば、タイミング制御部５０５は、基準クロック信号ＣＬＫ１を元に、内部クロック信号ＣＬＫ２を生成する内部クロック生成部を備えている。図６に示すように、内部クロック信号ＣＬＫ２は他の回路に入力される。
【０１２８】
次に、非接触でデータの送受信を行う機能、および演算機能を備えた半導体装置の一例を説明する。図７は、このような半導体装置の構成例を示すブロック図である。図７に示す半導体装置は、無線通信により外部装置と信号の送受信を行って動作するコンピュータ（以下、「ＲＦＣＰＵ」という）と呼ぶことができる。
【０１２９】
図７に示すように、ＲＦＣＰＵ５１１は、アナログ回路部５１２とデジタル回路部５１３を有している。アナログ回路部５１２として、共振容量を有する共振回路５１４、整流回路５１５、定電圧回路５１６、リセット回路５１７、発振回路５１８、復調回路５１９、変調回路５２０、電源管理回路５３０を有している。デジタル回路部５１３は、ＲＦインターフェース５２１、制御レジスタ５２２、クロックコントローラ５２３、ＣＰＵインターフェース５２４、中央処理ユニット５２５、ランダムアクセスメモリ５２６、読み出し専用メモリ５２７を有している。
【０１３０】
ＲＦＣＰＵ５１１の動作の概要は以下の通りである。共振回路５１４はアンテナ５２８が受信した信号を電送する電磁波に基づいて誘導起電力を生じる。誘導起電力は、整流回路５１５を経て容量部５２９に充電される。この容量部５２９はセラミックコンデンサーや電気二重層コンデンサーなどのキャパシタで形成されていることが好ましい。容量部５２９は、ＲＦＣＰＵ５１１を構成する基板に集積されている必要はなく、他の部品としてＲＦＣＰＵ５１１に組み込むこともできる。
【０１３１】
リセット回路５１７は、デジタル回路部５１３をリセットし初期化する信号を生成する。例えば、電源電圧の上昇に遅延して立ち上がる信号をリセット信号として生成する。発振回路５１８は、定電圧回路５１６により生成される制御信号に応じて、クロック信号の周波数とデューティー比を変更する。復調回路５１９は、受信信号を復調する回路であり、変調回路５２０は、送信するデータを変調する回路である。
【０１３２】
例えば、復調回路５１９はローパスフィルタで形成され、振幅変調（ＡＳＫ）方式の受信信号を、その振幅の変動をもとに、二値化する。また、送信データを振幅変調（ＡＳＫ）方式の送信信号の振幅を変動させて送信するため、変調回路５２０は、共振回路５１４の共振点を変化させることで通信信号の振幅を変化させている。
【０１３３】
クロックコントローラ５２３は、電源電圧または中央処理ユニット５２５における消費電流に応じてクロック信号の周波数とデューティー比を変更するための制御信号を生成している。電源電圧の監視は電源管理回路５３０が行っている。
【０１３４】
アンテナ５２８からＲＦＣＰＵ５１１に入力された信号は復調回路５１９で復調された後、ＲＦインターフェース５２１で制御コマンドやデータなどに分解される。制御コマンドは制御レジスタ５２２に格納される。制御コマンドには、読み出し専用メモリ５２７に記憶されているデータの読み出し、ランダムアクセスメモリ５２６へのデータの書き込み、中央処理ユニット５２５への演算命令などが含まれている。
【０１３５】
中央処理ユニット５２５は、ＣＰＵインターフェース５２４を介して読み出し専用メモリ５２７、ランダムアクセスメモリ５２６、制御レジスタ５２２にアクセスする。ＣＰＵインターフェース５２４は、中央処理ユニット５２５が要求するアドレスより、読み出し専用メモリ５２７、ランダムアクセスメモリ５２６、制御レジスタ５２２のいずれかに対するアクセス信号を生成する機能を有している。
【０１３６】
中央処理ユニット５２５の演算方式は、読み出し専用メモリ５２７にＯＳ（オペレーティングシステム）を記憶させておき、起動とともにプログラムを読み出し実行する方式を採用することができる。また、専用回路で演算回路を構成して、演算処理をハードウェア的に処理する方式を採用することもできる。ハードウェアとソフトウェアを併用する方式では、専用の演算回路で一部の演算処理を行い、プログラムを使って、残りの演算を中央処理ユニット５２５が処理する方式を適用できる。
【０１３７】
次に、図８、図９を用いて、表示装置について説明する。
【０１３８】
図８は液晶表示装置を説明するための図面である。図８（Ａ）は液晶表示装置の画素の平面図であり、図８（Ｂ）は、Ｊ−Ｋ切断線による図８（Ａ）の断面図である。
【０１３９】
図８（Ａ）に示すように、画素は、単結晶半導体層３２０、単結晶半導体層３２０と交差している走査線３２２、走査線３２２と交差している信号線３２３、画素電極３２４、画素電極３２４と単結晶半導体層３２０を電気的に接続する電極３２８を有する。単結晶半導体層３２０は、ベース基板１２０上に設けられた単結晶半導体層から形成された層であり、画素のＴＦＴ３２５を構成する。
【０１４０】
ＳＯＩ基板には上記実施の形態で示したＳＯＩ基板が用いられている。図８（Ｂ）に示すように、ベース基板１２０上に、酸化膜１３２及び窒素含有層１２１を介して単結晶半導体層３２０が積層されている。ベース基板１２０としては、ガラス基板を用いることができる。ＴＦＴ３２５の単結晶半導体層３２０は、ＳＯＩ基板の単結晶半導体層をエッチングにより素子分離して形成された膜である。単結晶半導体層３２０には、チャネル形成領域３４０、不純物元素が添加されたｎ型の高濃度不純物領域３４１が形成されている。ＴＦＴ３２５のゲート電極は走査線３２２と同じ層で一体的に形成され、ソース電極およびドレイン電極の一方は信号線３２３と同じ層で一体的に形成されている。
【０１４１】
層間絶縁膜３２７上には、信号線３２３、画素電極３２４および電極３２８が設けられている。層間絶縁膜３２７上には、柱状スペーサ３２９が形成されている。信号線３２３、画素電極３２４、電極３２８および柱状スペーサ３２９を覆って配向膜３３０が形成されている。対向基板３３２には、対向電極３３３、対向電極を覆う配向膜３３４が形成されている。柱状スペーサ３２９は、ベース基板１２０と対向基板３３２の隙間を維持するために形成される。柱状スペーサ３２９によって形成される隙間に液晶層３３５が形成されている。信号線３２３および電極３２８と高濃度不純物領域３４１との接続部は、コンタクトホールの形成によって層間絶縁膜３２７に段差が生じるので、この接続部では液晶層３３５の液晶の配向が乱れやすい。そのため、この段差部に柱状スペーサ３２９を形成して、液晶の配向の乱れを防ぐ。
【０１４２】
次に、エレクトロルミネセンス表示装置（以下、ＥＬ表示装置という。）について図９を参照して説明する。図９（Ａ）はＥＬ表示装置の画素の平面図であり、図９（Ｂ）は、Ｊ−Ｋ切断線による図９（Ａ）の断面図である。
【０１４３】
図９（Ａ）に示すように、画素は、ＴＦＴでなる選択用トランジスタ４０１、表示制御用トランジスタ４０２、走査線４０５、信号線４０６、および電流供給線４０７、画素電極４０８を含む。エレクトロルミネセンス材料を含んで形成される層（ＥＬ層）が一対の電極間に挟んだ構造の発光素子が各画素に設けられている。発光素子の一方の電極が画素電極４０８である。また、半導体層４０３は、選択用トランジスタ４０１のチャネル形成領域、ソース領域およびドレイン領域が形成されている。半導体層４０４は、表示制御用トランジスタ４０２のチャネル形成領域、ソース領域およびドレイン領域が形成されている。半導体層４０３、４０４は、ベース基板上に設けられた単結晶半導体層１２４から形成された層である。
【０１４４】
選択用トランジスタ４０１において、ゲート電極は走査線４０５と同じ層で一体的に形成され、ソース電極またはドレイン電極の一方は信号線４０６と同じ層で一体的に形成され、他方は電極４１１として形成されている。表示制御用トランジスタ４０２は、ゲート電極４１２が電極４１１と電気的に接続され、ソース電極またはドレイン電極の一方は、画素電極４０８に電気的に接続される電極４１３として形成され、他方は、電流供給線４０７と同じ層で一体的に形成されている。
【０１４５】
表示制御用トランジスタ４０２はｐチャネル型のＴＦＴである。図９（Ｂ）に示すように、半導体層４０４には、チャネル形成領域４５１、およびｐ型の高濃度不純物領域４５２が形成されている。なお、ＳＯＩ基板は、実施の形態で作製したＳＯＩ基板が用いられている。
【０１４６】
表示制御用トランジスタ４０２のゲート電極４１２を覆って、層間絶縁膜４２７が形成されている。層間絶縁膜４２７上に、信号線４０６、電流供給線４０７、電極４１１、４１３などが形成されている。また、層間絶縁膜４２７上には、電極４１３に電気的に接続されている画素電極４０８が形成されている。画素電極４０８は周辺部が絶縁性の隔壁層４２８で囲まれている。画素電極４０８上にはＥＬ層４２９が形成され、ＥＬ層４２９上には対向電極４３０が形成されている。補強板として対向基板４３１が設けられており、対向基板４３１は樹脂層４３２によりベース基板１２０に固定されている。
【０１４７】
ＥＬ表示装置の階調の制御は、発光素子の輝度を電流で制御する電流駆動方式と、電圧でその輝度を制御する電圧駆動方式とがあるが、電流駆動方式は、画素ごとでトランジスタの特性値の差が大きい場合、採用することは困難であり、そのためには特性のばらつきを補正する補正回路が必要になる。ＳＯＩ基板の作製工程を含む製造方法でＥＬ表示装置を作製することで、選択用トランジスタ４０１および表示制御用トランジスタ４０２は画素ごとに特性のばらつきがなくなるため、電流駆動方式を採用することができる。
【０１４８】
つまり、ＳＯＩ基板を用いることで、様々な電気機器を作製することができる。電気機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポなど）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍など）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  ｄｉｓｃ）などの記録媒体に記憶された音声データを再生し、かつ記憶された画像データを表示しうる表示装置を備えた装置などが含まれる。それらの一例を図１０に示す。
【０１４９】
図１０は、本発明を適用した携帯電話の一例であり、図１０（Ａ）が正面図、図１０（Ｂ）が背面図、図１０（Ｃ）が２つの筐体をスライドさせたときの正面図である。携帯電話は、筐体７０１及び筐体７０２二つの筐体で構成されている。携帯電話は、携帯電話と携帯情報端末の双方の機能を備えており、コンピュータを内蔵し、音声通話以外にも様々なデータ処理が可能な所謂スマートフォンである。
【０１５０】
携帯電話は、筐体７０１及び筐体７０２で構成されている。筐体７０１においては、表示部７０３、スピーカ７０４、マイクロフォン７０５、操作キー７０６、ポインティングデバイス７０７、表面カメラ用レンズ７０８、外部接続端子ジャック７０９及びイヤホン端子７１０等を備え、筐体７０２においては、キーボード７１１、外部メモリスロット７１２、裏面カメラ７１３、ライト７１４等により構成されている。また、アンテナは筐体７０１に内蔵されている。
【０１５１】
また、携帯電話には、上記の構成に加えて、非接触型ＩＣチップ、小型記録装置等を内蔵していてもよい。
【０１５２】
重なり合った筐体７０１と筐体７０２（図１０（Ａ）に示す）は、スライドさせることが可能であり、スライドさせることで図１０（Ｃ）のように展開する。表示部７０３には、実施の形態３で説明した表示装置の作製方法を適用した表示パネル又は表示装置を組み込むことが可能である。表示部７０３と表面カメラ用レンズ７０８を同一の面に備えているため、テレビ電話としての使用が可能である。また、表示部７０３をファインダーとして用いることで、裏面カメラ７１３及びライト７１４で静止画及び動画の撮影が可能である。
【０１５３】
スピーカ７０４及びマイクロフォン７０５を用いることで、携帯電話は、音声記録装置（録音装置）又は音声再生装置として使用することができる。また、操作キー７０６により、電話の発着信操作、電子メール等の簡単な情報入力操作、表示部に表示する画面のスクロール操作、表示部に表示する情報の選択等を行うカーソルの移動操作等が可能である。
【０１５４】
また、書類の作成、携帯情報端末としての使用等、取り扱う情報が多い場合は、キーボード７１１を用いると便利である。更に、重なり合った筐体７０１と筐体７０２（図１０（Ａ））をスライドさせることで、図１０（Ｃ）のように展開させることができる。携帯情報端末として使用する場合には、キーボード７１１及びポインティングデバイス７０７を用いて、円滑な操作が可能である。外部接続端子ジャック７０９はＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブル等の各種ケーブルと接続可能であり、充電及びパーソナルコンピュータ等とのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット７１２に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動が可能になる。
【０１５５】
筐体７０２の裏面（図１０（Ｂ））には、裏面カメラ７１３及びライト７１４を備え、表示部７０３をファインダーとして静止画及び動画の撮影が可能である。
【０１５６】
また、上記の機能構成に加えて、赤外線通信機能、ＵＳＢポート、テレビワンセグ受信機能、非接触ＩＣチップ又はイヤホンジャック等を備えたものであってもよい。
【０１５７】
図１０において説明した電子機器は、上述したトランジスタ及び表示装置の作製方法を適用して作製することができる。
【０１５８】
なお、本実施の形態で示した構成は、本明細書の他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わせて行うことができる。
【実施例１】
【０１５９】
本実施例では、レーザー光の照射工程において単結晶半導体層の溶融回数を１回とすることによる、不純物元素取り込みの抑制効果を確認した。具体的には、レーザー光を照射する際に、単結晶半導体層の溶融回数を１回とする場合と、溶融回数を複数回（１０回）とする場合について、単結晶半導体層中に取り込まれた不純物に起因する炭素濃度プロファイルを比較した。
【０１６０】
以下、本実施例のＳＯＩ基板の製造方法について説明する。
【０１６１】
まず、単結晶半導体基板を準備し、当該単結晶半導体基板を熱酸化処理して絶縁層として機能する酸化シリコン膜を形成した。熱酸化処理の温度は、９５０℃とし、絶縁層の膜厚は１００ｎｍとした。また、熱酸化処理の雰囲気は酸素に対しＨＣｌを３体積％の割合で含む雰囲気とした。
【０１６２】
本実施例においては、単結晶半導体基板として単結晶シリコンウエハを用いて、ベース基板上に単結晶シリコン層を形成した。単結晶シリコンウエハは、５インチ角の四角い基板である。また、その結晶方位は、主表面が（１００）であり、側面が＜１１０＞であり、導電型はＰ型である。
【０１６３】
単結晶半導体基板を熱酸化処理した後、単結晶半導体基板に脆化領域を形成するために、イオンドーピング装置を用い、水素イオンを照射した。ソースガスには１００％水素ガスを用い、水素ガスを励起して生成されたプラズマ中のイオンを質量分離せずに、電界で加速して単結晶半導体基板に照射して、脆化領域を形成した。なお、イオンドーピング装置を用いて水素ガスを励起することで、３種類のイオン種（Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋）を生成し、このうち７０％程度をＨ３＋とした。水素イオンドーピングの条件は、加速電圧５０ｋＶ、ビーム電流密度５μＡ／ｃｍ２、ドーズ量１．８×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２とした。
【０１６４】
次いで、ベース基板、及び単結晶半導体基板を純水中で超音波洗浄した後、オゾンを含む純水中で洗浄し、ベース基板表面と単結晶半導体基板上に形成された絶縁層とを密着させて、接合した。
【０１６５】
なお、本実施例においては、ベース基板として無アルカリガラス基板（商品名ＡＮ１００）を用いた。ＡＮ１００は、比重２．５１ｇ／ｃｍ３、ポワソン比０．２２、ヤング率７７ＧＰａ、二軸弾性係数９８．７ＧＰａ、熱膨張率３８×１０−７／℃といった物性値を有するガラス基板である。
【０１６６】
次いで、加熱炉において、２００℃、２時間の加熱処理を行い、ベース基板と酸化シリコン膜の結合強度を向上させた。引き続き、加熱炉において６００℃、２時間の加熱処理を行うことで、脆化領域を境として単結晶半導体基板を分離し、ベース基板上に絶縁層を介して単結晶半導体層を形成した。単結晶半導体層の膜厚は１４０ｎｍ程度とした。
【０１６７】
次いで、１／１００に希釈されたフッ酸で単結晶半導体層の表面を処理して、表面に形成された自然酸化膜を除去した。続いて、単結晶半導体層にレーザー光を照射して、単結晶半導体層を溶融させて、再結晶化させた。
【０１６８】
レーザー発振器には、波長３０８ｎｍのビームを発振するＸｅＣｌエキシマレーザーを用い、光学系により、被照射面でのビーム形状がおおよそ３００μｍ×１３０ｍｍの線状となるように集光した。レーザー光のパルス幅は２０ｎｓｅｃであり、繰り返し周波数は３０Ｈｚである。また、レーザー光の照射は、室温で窒素ガスを照射領域に吹き付けながら行い、照射面におけるエネルギー密度は、６７９ｍＪ／ｃｍ２であった。
【０１６９】
単結晶半導体層の溶融回数を１回とする場合には、単結晶半導体層にレーザー光を１ショット照射した。また、単結晶半導体層の溶融回数を１０回とする場合には、レーザー光は走査させず、単結晶半導体層の一領域あたりにレーザー光を１０ショット照射した。本実施例においては、レーザー光の繰り返し周波数が３０Ｈｚと低く、１つのショットと次のショットの間に単結晶半導体層の表層部が固化するため、同一領域あたりに１０ショットのレーザー光を照射することで、同一領域あたりの単結晶半導体層の溶融回数を１０回とすることができる。
【０１７０】
レーザー光の照射処理前後における単結晶半導体層の不純物元素濃度を確認するために、単結晶半導体層の炭素濃度を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）で分析した。図１１に、ＳＩＭＳ分析による単結晶半導体層の深さ方向の炭素濃度プロファイルを示す。図１１において、縦軸は炭素濃度を示し、横軸は単結晶半導体層表面からの深さを示す。また、図１１において、細い実線のグラフは、表面酸化膜の除去後レーザー光を照射する前の単結晶半導体層における炭素濃度プロファイルを、太い実線のグラフは、溶融回数が１回の単結晶半導体層における炭素濃度プロファイルを、太い破線のグラフは、溶融回数が１０回の単結晶半導体層における炭素濃度プロファイルをそれぞれ示す。
【０１７１】
図１１より、酸化膜を除去した後にレーザー光を照射し、単結晶半導体層の溶融回数を１回とした場合には、レーザー光未照射の単結晶半導体層中の炭素濃度とほぼ同等の炭素濃度を示し、レーザー光の照射による炭素濃度の増加が抑制されていることがわかる。一方、酸化膜を除去した後にレーザー光を照射し、単結晶半導体層の溶融回数を１０回とした場合には、レーザー光未照射の単結晶半導体層と比較して、炭素濃度の増加が見られた。これは、一度溶融した単結晶半導体層の固化に伴い形成された表面酸化膜中の炭素原子が、以後の溶融過程によって単結晶半導体層中に取り込まれたためである。
【０１７２】
また、図１１より、単結晶半導体層の溶融回数を１回とした場合には、単結晶半導体層中に含まれる炭素濃度が概ね５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、炭素濃度の増加を十分に抑制することができると言える。
【０１７３】
なお、本実施例で示した構成は、本明細書の他の実施の形態及び実施例で示す構成を適宜組み合わせることができる。
【実施例２】
【０１７４】
本実施例では、ベース基板に設けられた単結晶半導体層にレーザー光を照射し、単結晶半導体層に含まれる炭素の量を測定した結果について示す。
【０１７５】
本実施例で評価した試料について説明する。まず、単結晶半導体基板として単結晶シリコン基板を用い、単結晶シリコン基板の表面に自然に形成されてしまった自然酸化膜を除去した後、ヒドロキシラジカルを含むオゾン水に１２０秒程度晒すことにより、単結晶シリコン基板表面に酸化シリコン膜を形成した。
【０１７６】
次に、単結晶シリコン基板に酸化膜を介してイオンドーピング法を用いて水素イオンを照射することにより、単結晶シリコン基板中に脆化領域を形成した。詳細な条件は、イオンドーピング装置を用い、加速電圧８０ｋＶ、ドーズ量２．２×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２、ビーム電流密度５μＡ／ｃｍ２、水素ガス流量５０ｓｃｃｍとして行った。次に、単結晶シリコン基板に形成されている酸化シリコン膜を除去した後、ＴＥＯＳ及びＯ２を用い、酸化シリコン膜を１００ｎｍ形成し、酸化シリコン膜上に窒化酸化シリコン膜を５０ｎｍ形成した。
【０１７７】
次に、ベース基板としてガラス基板を用い、脆化領域が形成された側の窒化酸化シリコン膜とガラス基板とを接合させて、熱処理を行った後、脆化領域において分離することによって、ガラス基板上に窒化酸化シリコン膜及び酸化シリコン膜を介して単結晶シリコン層が設けられたＳＯＩ基板を作製した。分離後の単結晶シリコン層の膜厚は、３２０ｎｍとした。
【０１７８】
次に、ガラス基板上に設けられた単結晶シリコン層に形成された酸化膜を除去した後にレーザー光を照射した。本実施例で用いたレーザー発振器は、連続発振のＮｄ：ＹＶＯ４レーザーである。また、レーザー光の波長は５３２ｎｍ、ビーム形状は長軸が０．５ｍｍ、短軸が２０μｍ、走査速度が８０ｃｍ／ｓｅｃ、レーザー光の出力は２３．５Ｗ、照射雰囲気は大気雰囲気であった。また、レーザー光の一領域あたりへの照射時間は、走査速度及びビームの短軸からから求めることができる。本実施例においては、ビームの短軸２０μｍで、走査速度が８０ｃｍ／ｓｅｃであるため、単結晶シリコン層の一領域あたりの照射時間は、２５μｓとなる。
【０１７９】
次に、レーザー光を照射した後の単結晶シリコン層に含まれる炭素の濃度について、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて測定を行った。また、比較のため、表面酸化膜の除去後レーザー光の照射を行っていない単結晶シリコン層についても二次イオン質量分析法を用いて炭素の濃度を測定した。
【０１８０】
図１２に、ガラス基板上に形成された単結晶シリコン膜におけるＳＩＭＳ分析による炭素の濃度深さ方向プロファイルを示す。図１２において、横軸は単結晶シリコン層の深さ（ｎｍ）を示し、縦軸は炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を示す。また、図１２において、細い実線で示したグラフは、レーザー光の照射を行っていない単結晶シリコン層に含まれる炭素濃度のプロファイルを示しており、太い実線で示したグラフは、レーザー光を照射した後の単結晶シリコン層に含まれる炭素濃度のプロファイルを示している。なお、単結晶シリコン層の膜厚は３２０ｎｍであるため、３２０ｎｍより深い領域は酸化シリコン膜の領域である。
【０１８１】
図１２より、レーザー光の照射を行っていない単結晶シリコン層に含まれる炭素濃度と、レーザー光の照射を行った単結晶シリコン層に含まれる炭素濃度は、ほぼ変わらないという結果が得られた。以上により、単結晶シリコン層に形成された酸化膜を除去した後に、レーザー光を照射することで、酸化膜中に含まれる炭素が、単結晶シリコン層中に取り込まれずにすむため、単結晶シリコン層に含まれる炭素の濃度の増加を抑制することができることが確認できた。
【符号の説明】
【０１８２】
１００    単結晶半導体基板
１０２    絶縁層
１０３    イオン
１０４    脆化領域
１２０    ベース基板
１２１    窒素含有層
１２４    単結晶半導体層
１２６    酸化膜
１２８    酸化膜
１３０    レーザー光
１３２    酸化膜
２５１    半導体層
２５２    半導体層
２５４    絶縁膜
２５５    ゲート電極
２５６    ゲート電極
２５７    低濃度不純物領域
２５８    チャネル形成領域
２５９    高濃度不純物領域
２６０    チャネル形成領域
２６１    サイドウォール絶縁膜
２６５    レジスト
２６７    高濃度不純物領域
２６８    絶縁膜
２６９    層間絶縁膜
２７０    配線
３２０    単結晶半導体層
３２２    走査線
３２３    信号線
３２４    画素電極
３２５    ＴＦＴ
３２７    層間絶縁膜
３２８    電極
３２９    柱状スペーサ
３３０    配向膜
３３２    対向基板
３３３    対向電極
３３４    配向膜
３３５    液晶層
３４０    チャネル形成領域
３４１    高濃度不純物領域
４００    室温以上
４０１    選択用トランジスタ
４０２    表示制御用トランジスタ
４０３    半導体層
４０４    半導体層
４０５    走査線
４０６    信号線
４０７    電流供給線
４０８    画素電極
４１０    電極
４１１    電極
４１２    ゲート電極
４１３    電極
４２７    層間絶縁膜
４２８    隔壁層
４２９    ＥＬ層
４３０    対向電極
４３１    対向基板
４３２    樹脂層
４５１    チャネル形成領域
４５２    高濃度不純物領域
５００    マイクロプロセッサ
５０１    演算回路
５０２    演算回路制御部
５０３    命令解析部
５０４    制御部
５０５    タイミング制御部
５０６    レジスタ
５０７    レジスタ制御部
５０８    バスインターフェース
５０９    専用メモリ
５１０    メモリインターフェース
５１１    ＲＦＣＰＵ
５１２    アナログ回路部
５１３    デジタル回路部
５１４    共振回路
５１５    整流回路
５１６    定電圧回路
５１７    リセット回路
５１８    発振回路
５１９    復調回路
５２０    変調回路
５２１    ＲＦインターフェース
５２２    制御レジスタ
５２３    クロックコントローラ
５２４    ＣＰＵインターフェース
５２５    中央処理ユニット
５２６    ランダムアクセスメモリ
５２７    専用メモリ
５２８    アンテナ
５２９    容量部
５３０    電源管理回路
７０１    筐体
７０２    筐体
７０３    表示部
７０４    スピーカ
７０５    マイクロフォン
７０６    操作キー
７０７    ポインティングデバイス
７０８    表面カメラ用レンズ
７０９    外部接続端子ジャック
７１０    イヤホン端子
７１１    キーボード
７１２    外部メモリスロット
７１３    裏面カメラ
７１４    ライト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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