(57)【要約】【課題】ＳＯＩ基板の作製方法において、非質量分離型のイオン照射方法を用いる場合であっても、単結晶半導体基板の分離を良好に行い、分離後の単結晶半導体層の表面の平坦性を向上させることを目的の一とする。又は、ＳＯＩ基板の作製方法において、スループットを向上させると共に分離後の単結晶半導体層の表面の平坦性を向上させることを目的の一とする。【解決手段】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中に脆化領域を形成する工程と、絶縁層を介して単結晶半導体基板とベース基板とを貼り合わせる工程と、脆化領域において単結晶半導体基板を分離して、ベース基板上に絶縁層を介して単結晶半導体層を形成する工程とを有し、単結晶半導体基板へのイオンの照射は、イオンドーピング法を用い且つ単結晶半導体基板を冷却しながら行う。【選択図】図１
2010109345.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する工程と、
絶縁層を介して前記単結晶半導体基板とベース基板とを貼り合わせる工程と、
前記脆化領域において前記単結晶半導体基板を分離して、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する工程とを有し、
前記単結晶半導体基板への前記イオンの照射は、イオンドーピング法を用い且つ前記単結晶半導体基板を冷却しながら行うことを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項２】
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する工程と、
絶縁層を介して前記単結晶半導体基板とベース基板とを貼り合わせる工程と、
前記脆化領域において前記単結晶半導体基板を分離して、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する工程とを有し、
前記単結晶半導体基板への前記イオンの照射は、イオンドーピング法を用い且つ前記単結晶半導体基板を揺動させると共に冷却しながら行うことを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記単結晶半導体基板の揺動を、前記単結晶半導体基板が保持される基板支持台を移動させることによって行うことを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項２のいずれか一項において、
前記単結晶半導体基板の冷却を、前記単結晶半導体基板が保持される基板支持台を冷却することによって行うことを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記単結晶半導体基板の保持を、静電チャックを用いて行うことを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項６】
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する工程と、
絶縁層を介して前記単結晶半導体基板とベース基板とを貼り合わせる工程と、
前記脆化領域において前記単結晶半導体基板を分離して、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する工程とを有し、
前記単結晶半導体基板への前記イオンの照射は、イオンドーピング法を用い且つ複数回に分けて行うことを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記単結晶半導体基板に複数回に分けて前記イオンを照射する際に、第ｎ回目（ｎは１以上の自然数）の照射後であって第ｎ＋１回目の照射前に、前記単結晶半導体基板の温度を下げることを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項８】
請求項６又は請求項７において、
前記単結晶半導体基板にイオンを照射するに際し、前記単結晶半導体基板を冷却しながら行うことを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８のいずれか一項において、
前記単結晶半導体基板に前記イオンを複数回に分けて照射するに際し、前記単結晶半導体基板を揺動させることを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記イオンとして、水素元素からなるイオンを用い、前記イオンの総数に対してＨ３＋の割合を７０％以上とすることを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項において、
前記イオンを照射する際の前記単結晶半導体基板の温度を、２００℃以下とすることを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか一項において、
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、絶縁膜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、絶縁膜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（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）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、水素イオン注入剥離法が知られている（例えば、特許文献１参照）。水素イオン注入剥離法による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。
【０００４】
また、このような水素イオン注入剥離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、安価であることから、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、ＳＯＩ基板の大面積化が進むにつれて、生産性の向上が重要な課題となってくる。ＳＯＩ基板の製造においては、用いる単結晶シリコン基板自体が高価であるため、生産性の向上等によるコスト低減は重要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１２４０９２号公報
【特許文献２】特開２００４−８７６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記の水素イオン注入剥離法では、原料ガスから生成されるイオンを質量分離してシリコンウエハに照射する質量分離型のイオン照射方法（イオン注入法）を用いているため、シリコンウエハに照射するイオンの照射範囲が狭く処理時間の短縮化が困難となる。特に、シリコンウエハが大型化するにつれて処理時間の問題が顕著になる。従って、スループットを向上させるためには、原料ガスから生成されるイオンを質量分離せずシリコンウエハに照射する非質量分離型のイオン照射方法（イオンドーピング法）を用いることが有効となる。
【０００８】
一方で、非質量分離型のイオン照射方法を用いる場合には、質量分離型のイオン照射方法を用いる場合と比較してスループットは著しく向上するが、基板の広い面積に一度にイオンを照射できるが故に、イオンの照射に伴う温度上昇がイオン注入法を用いる場合より大きくなってしまうという問題がある。このような基板の温度上昇は、基板中において、添加されたイオンに起因する元素の熱拡散を促進させ、イオンの深さ方向の分布を広げる要因となる。また、基板の温度上昇は、基板中に存在する添加されたイオンに起因する元素の脱離を促進させてしまう。
【０００９】
また、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及びイオンを加速し照射するための引き出し加速機構を有している。引き出し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ため、イオンが単結晶半導体基板に均一に照射されない問題がある。この場合、単結晶半導体基板において局所的に温度上昇が起こり、添加されたイオンに起因する元素の熱拡散も局所的におこることにより、当該元素の深さ方向の分布が広がると共に水平方向にムラが生じることとなる。
【００１０】
このように、深さ方向や水平方向において添加されたイオンに起因する元素の分布が広がってしまえば、半導体基板の分離を良好に行うことが困難になる。これは、上記半導体基板の分離が複数の深さ領域で生じてしまうことに起因する。また、半導体基板の分離は、当該半導体基板中に存在する添加されたイオンに起因する元素の濃度に依存するから、元素の脱離が促進されてしまえば、結果としてより多くのイオンを照射しなくてはならず、スループットが低下することにもなりかねない。
【００１１】
開示する発明の一態様は、ＳＯＩ基板の作製方法において、非質量分離型のイオン照射方法を用いる場合であっても、単結晶半導体基板の分離を良好に行い、分離後の単結晶半導体層の表面の平坦性を向上させることを目的の一とする。又は、開示する発明の一態様は、ＳＯＩ基板の作製方法において、スループットを向上させると共に分離後の単結晶半導体層の表面の平坦性を向上させることを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
開示する発明の一態様は、ＳＯＩ基板の製造方法において、イオンドーピング法を用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、当該単結晶半導体基板中に結晶構造が損傷された脆化領域を形成する際に、単結晶半導体基板を冷却しながら行うものである。また、単結晶半導体基板を冷却すると共に揺動させながら行ってもよい。
【００１３】
開示する発明の一態様は、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中に脆化領域を形成する工程と、絶縁層を介して単結晶半導体基板とベース基板とを貼り合わせる工程と、脆化領域において単結晶半導体基板を分離して、ベース基板上に絶縁層を介して単結晶半導体層を形成する工程とを有し、単結晶半導体基板へのイオンの照射は、イオンドーピング法を用い且つ単結晶半導体基板を冷却しながら行うことを特徴としている。また、単結晶半導体基板を冷却すると共に揺動させながら行ってもよい。
【００１４】
開示する発明の一態様は、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中に脆化領域を形成する工程と、絶縁層を介して単結晶半導体基板とベース基板とを貼り合わせる工程と、脆化領域において単結晶半導体基板を分離して、ベース基板上に絶縁層を介して単結晶半導体層を形成する工程とを有し、単結晶半導体基板へのイオンの照射は、イオンドーピング法を用い且つ複数回に分けて行うことを特徴としている。また、単結晶半導体基板に複数回に分けてイオンを照射する際に、第ｎ回目（ｎは１以上の自然数）の照射後であって第ｎ＋１回目の照射前に、単結晶半導体基板を冷却してもよい。また、単結晶半導体基板を冷却すると共に揺動させながら行ってもよい。
【００１５】
開示する発明の一態様では、質量分離を伴わないイオン照射を用いているため、質量分離を伴うイオン照射を用いる場合と比較して、広範な領域を一度に処理することが可能である。一方で、質量分離によって局所的にイオンを照射する場合と比較して、基板の温度上昇による影響は無視できないレベルとなる。このように温度上昇が大きい場合には、単結晶半導体基板中において、添加されるイオンを構成する元素のプロファイルが広がってしまう。当該問題を解消するために、開示する発明の一態様では、基板の温度上昇を抑制して単結晶半導体基板中の深さ方向において元素プロファイルが広がることを抑制する。これにより、効率的なイオン照射を実現しつつ、単結晶半導体基板の分離を良好に行い、分離後の単結晶半導体層表面を平坦にすることができる。
【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により、ＳＯＩ基板の作製方法において、非質量分離型のイオン照射方法を用いる場合であっても、単結晶半導体基板の分離を良好に行い、分離後の単結晶半導体層の表面の平坦性を向上させることができる。
【００１９】
開示する発明の一態様により、ＳＯＩ基板の作製方法において、スループットを向上させると共に分離後の単結晶半導体層の表面の平坦性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ＳＯＩ基板の作製方法の一例を示す図である。
【図２】ＳＯＩ基板の作製方法に適用可能なイオンドーピング装置の一例を示す図である。
【図３】ＳＯＩ基板の作製方法の一例を示す図である。
【図４】ＳＯＩ基板の作製方法の一例を示す図である。
【図５】ＳＯＩ基板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基板を用いた使用形態の一例を示す図である。
【図１１】イオンの照射回数を変化させた場合における単結晶半導体基板中の水素濃度の測定結果を示す図である。
【図１２】ＳＯＩ基板の作製方法に適用可能なイオンドーピング装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、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、発明の趣旨及びその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、本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。
【００２２】
（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。
【００２３】
まず、単結晶半導体基板１００を準備する（図１（Ａ−１）参照）。
【００２４】
単結晶半導体基板１００としては、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、矩形状等に加工して用いることも可能である。
【００２５】
次に、単結晶半導体基板１００の表面に絶縁層１０２を形成する（図１（Ａ−２）参照）。
【００２６】
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。
【００２７】
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）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。
【００２８】
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１（Ａ−３）参照）。図１（Ａ−３）に示すように、絶縁層１０２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に起因する元素が添加され、脆化領域１０４を形成することができる。
【００２９】
本実施の形態では、原料ガスから生成されるイオンを質量分離せず対象物に照射する非質量分離型のイオン照射方法（イオンドーピング法）を用いて脆化領域１０４を形成する。そのため、イオン１０３は、プロセスガスを励起してプラズマを生成し、このプラズマに含まれる全てのイオン種を電界の作用によりプラズマから引き出して、加速されたイオンである。
【００３０】
イオンドーピング法は、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質量分離しないで、チャンバー内に配置された対象物に照射する非質量分離型の装置である。
【００３１】
例えば、本実施の形態では、図２に示すイオンドーピング装置を用いることができる。
【００３２】
図２に示すイオンドーピング装置は、イオンを生成するためのイオン源２００と、対象物にイオンの照射を行う処理室２２０を有している。また、イオン源２００は、プラズマを生成するプラズマ生成室２０２と、プラズマを生成するための電極２０４と、プロセスガスを導入するガス導入口２０６と、生成されたプラズマからイオンを引き出して加速する引き出し加速機構２０８とを有している。
【００３３】
プラズマを形成するための電極２０４としては、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を用いることができる。また、引き出し加速機構２０８は、引出電極２０８ａ、加速電極２０８ｂ、抑制電極２０８ｃ、接地電極２０８ｄ等の電極、及び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。引き出し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２００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。
【００３４】
処理室２２０は、基板を保持する基板支持台２２２と、基板を冷却するための冷却手段２２４とを有している。また、処理室２２０には、ガスの排気口２２６が設けられている。
【００３５】
以下に、図２を用いた場合のイオンの照射方法に関して具体的に説明する。以下の説明では、単結晶半導体基板１００に水素イオンを照射する場合について説明する。
【００３６】
まず、プラズマ生成室２０２にプロセスガスを導入し、電極２０４と引出電極２０８ａとの間に高周波電力を印加することにより当該プロセスガスを励起してプラズマを発生させる。プロセスガスとして、例えば、水素（Ｈ２）ガスを供給する場合、水素ガスから生成されるイオン種（Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋）が生成される。続いて、引き出し加速機構２０８に設けられた電極に電圧を印加することによって、プラズマからイオンを引き出して加速し、基板支持台２２２に設けられた単結晶半導体基板１００に照射され、脆化領域１０４が形成される。
【００３７】
図２において、イオンの加速は、引出電圧が印加される引出電極２０８ａと、加速電圧が印加される加速電極２０８ｂにより行われる。抑制電極２０８ｃでは発散するイオンを捕集してイオン流の方向性を高めている。
【００３８】
また、本実施の形態では、イオン１０３を照射する際に単結晶半導体基板１００を冷却する。単結晶半導体基板１００の冷却は、基板支持台２２２に設けられた冷却手段２２４を用いて行うことができる。
【００３９】
冷却手段２２４としては、イオン１０３の照射時における単結晶半導体基板１００の温度上昇を抑制できる構成であればよく、例えば、基板支持台２２２内に冷却水を流す構成とすることができる。また、ペルチェ素子などを用いる構成としても良い。
【００４０】
また、基板支持台２２２として、静電チャックを用いることができる。静電チャックは、基板支持台表面に誘電層を設け、基板支持台と単結晶半導体基板の間に電圧を印加し、両者の間に発生した力によって単結晶半導体基板を吸着する機構である。静電チャックは、高い熱伝導性を有する材料によって形成されており、高い冷却性能を備えている。また、単結晶半導体基板の冷却及び均熱化のために、静電チャックの吸着面にスリット加工を施し、ガス流路を形成しておくことも有効である。
【００４１】
また、イオン１０３を照射する際に単結晶半導体基板１００を揺動させてもよい。単結晶半導体基板１００の揺動は、基板支持台２２２に設けられた揺動手段２２８を用いて行うことができる（図１２参照）。単結晶半導体基板１００を揺動させながらイオンを照射することにより、引き出し加速機構２０８に設けられた開口やスリットに伴う照射ムラを抑制することが可能となる。また、単結晶半導体基板１００の局所的な温度上昇によって、単結晶半導体基板１００中において添加されたイオンに起因する元素の熱拡散を抑制し、当該元素の水平方向における分布ムラを低減すると共に、深さ方向の分布の広がりを低減することができる。
【００４２】
揺動手段２２８としては、イオン１０３を照射する際に単結晶半導体基板１００を移動させることができる構成であればよく、例えば、１軸方向に移動させる構成としても良いし、２軸方向に移動可能な構成としても良い。もちろん、さらに複雑な移動（基板の回転など）が可能な手段を用いることもできる。
【００４３】
図１２に示した構成では、水平移動機構２２８ａ及び垂直移動機構２２８ｂを設け、単結晶半導体基板１００を左右及び上下に移動可能な場合を示している。もちろん、図１２の構成において、水平移動機構２２８ａと垂直移動機構２２８ｂのいずれか一方を設けた構成としてもよい。
【００４４】
また、電極に規則的な開口が複数形成されている場合には、単結晶半導体基板１００を、当該開口の規則的な配列から僅かにずれた方向に揺動させることが好ましい。例えば、開口がａ軸及びｂ軸に沿って規則的に配列されている場合には、ａ軸及びｂ軸に沿う方向以外の方向に揺動させる。これにより、規則的な開口パターンに起因する照射ムラを低減することができる。
【００４５】
なお、単結晶半導体基板１００を揺動させる場合の他に、単結晶半導体基板１００と平行な方向に電位差を発生させ、単結晶半導体基板１００に照射されるイオン１０３の照射方向を制御してもよい。もちろん、単結晶半導体基板１００の揺動と組み合わせてもよい。
【００４６】
また、イオン１０３を照射する際に単結晶半導体基板１００を冷却すると共に揺動させてもよい。単結晶半導体基板１００の冷却は、基板支持台２２２に設けられた冷却手段２２４を用いて行うことができる。
【００４７】
このように、単結晶半導体基板１００を冷却しながらイオン１０３を照射することによって、単結晶半導体基板１００の広い面積に一度にイオンを照射する場合であっても、単結晶半導体基板１００の温度上昇を抑制することができる。その結果、照射されたイオンの熱拡散を抑制し、添加されるイオンの深さ方向の分布の広がりを低減することができる。また、単結晶半導体基板１００を揺動すると共に冷却しながらイオン１０３を照射することによって、単結晶半導体基板１００の温度上昇を抑制すると共に引き出し加速機構に設けられた開口やスリットに伴う照射ムラを抑制することが可能となる。
【００４８】
また、単結晶半導体基板１００の温度上昇を抑制することにより、単結晶半導体基板１００中に添加された水素の離脱を低減することができる。これにより、イオン１０３の照射時間を短くし、スループットを向上させることが可能となる。
【００４９】
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は、イオン１０３が添加される深さで決定される。本実施の形態では、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。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、イオン１０３の入射角等によって調節すればよい。なお、運動エネルギーは加速電圧、ドーズ量などにより調節できる。
【００５０】
また、本実施の形態では、上述したイオンの照射方法において、水素ガスから生成されるイオン種（Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋）の総数に対してＨ３＋の割合を５０％以上、好ましくは、Ｈ３＋の割合を７０％以上とする。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ためである。
【００５１】
脆化領域１０４を浅い領域に形成するためには、通常、イオン１０３の加速電圧を低くする必要があるが、加速電圧が同じであっても、Ｈ３＋イオンを用いる場合にはＨ＋イオンを用いる場合と比較して浅い領域に水素原子が添加される。これは、Ｈ３＋イオンは単結晶半導体基板１００中において構成元素（Ｈ）に分離し、結果として各元素（Ｈ）の運動エネルギーが約１／３になることに起因するためと考察される。つまり、プラズマ中のＨ３＋イオンの割合を高めることで、単結晶半導体基板１００の浅い領域に水素原子を効率よく添加できることになる。一方で、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倍にする必要がある。このため、イオンの加速電圧を大きくすることが可能であれば、同等の深さに水素原子を添加する場合における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。
【００５２】
プロセスガスとして水素ガスを用いる場合、プラズマ中のＨ３＋イオンの割合を高くして単結晶半導体基板１００の広い面積に一度にイオン１０３を照射することによって、スループットを向上させることができる。さらに、単結晶半導体基板１００を冷却しながらイオン１０３を照射することにより、単結晶半導体基板１００の温度上昇を抑制し、深さ方向における脆化領域１０４が形成される領域の幅を小さくすることができる。
【００５３】
また、上記説明では、プロセスガスに水素ガスを用いる場合を説明したが、本実施の形態に適用できるプロセスガスはこれに限られない。例えば、プロセスガスにヘリウム（Ｈｅ）ガスを用いることもできる。ヘリウムを励起して生成されるイオン種は、Ｈｅ＋がほとんどであるため、質量分離を伴わないイオンドーピング法でも、Ｈｅ＋を主なイオンとして単結晶半導体基板１００に照射することができる。この場合、単結晶半導体基板１００の深さ方向において、脆化領域１０４が形成される領域の幅を小さくすることができる。もちろん、Ｈ３＋とＨｅ＋を合わせて照射しても良い。この場合、工程数を増加させることなく半導体層表面の表面荒れを抑制することが可能である。
【００５４】
なお、本実施の形態では、イオンを照射する際に単結晶半導体基板１００を冷却できる構成であれば、イオンドーピング装置の構成は図２に示したものに限定されず、必要に応じた構成で設けることができる。
【００５５】
また、本実施の形態では、絶縁層１０２を介して加速されたイオン１０３を単結晶半導体基板１００に照射する場合を示したが、イオン１０３を単結晶半導体基板１００に照射した後に絶縁層１０２を形成してもよい。
【００５６】
続いて、ベース基板１２０を準備し（図１（Ｂ）参照）、単結晶半導体基板１００とベース基板１２０の貼り合わせを行う。
【００５７】
ベース基板１２０としては、例えば、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）や多結晶半導体基板（例えば、多結晶シリコン基板）を用いてもよい。
【００５８】
本実施の形態では、ベース基板１２０としてガラス基板を用いることが好ましい。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た場合には、低コスト化を図ることができる。特に、ベース基板１２０として、例えば、第６世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）といわれる大面積のマザーガラス基板を用いることにより、当該マザーガラス基板に、複数の単結晶半導体基板を貼り合わせてＳＯＩ基板を製造することにより、ＳＯＩ基板の大面積化が実現できる。
【００５９】
次に、単結晶半導体基板１００とベース基板１２０を、絶縁層１０２を介して貼り合わせる（図１（Ｃ）参照）。ここでは、単結晶半導体基板１００とベース基板１２０とを対向させ、絶縁層１０２の表面とベース基板１２０の表面とを接合させる。
【００６０】
次に、熱処理を行い脆化領域１０４において単結晶半導体基板１００を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）。
【００６１】
熱処理を行うことで、温度上昇によって脆化領域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。
【００６２】
また、本実施の形態では、上述したように、単結晶半導体基板１００に形成される脆化領域１０４の深さ方向における幅を狭くすることができるため、単結晶半導体基板１００の分離を良好に行うことができる。さらに、分離後の単結晶半導体層１２４の表面を平坦にすることができる。
【００６３】
なお、熱処理は、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。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。
【００６４】
以上の工程により、ベース基板１２０上に絶縁層１０２を介して単結晶半導体層１２４が設けられたＳＯＩ基板を作製することができる。
【００６５】
本実施の形態で示す作製方法を用いることによって、非質量分離型のイオン照射方法を用いる場合であっても、単結晶半導体基板１００の分離を良好に行い、分離後の単結晶半導体層１２４の表面の平坦性を向上させることができる。
【００６６】
なお、本実施の形態で示したＳＯＩ基板の作製方法は、本明細書の他の実施の形態で示した作製方法と適宜組み合わせることができる。
【００６７】
（実施の形態２）
本実施の形態では、イオンの照射時における単結晶半導体基板１００の冷却方法に関して、上記実施の形態と異なる方法について説明する。
【００６８】
上述したように、イオンドーピング法を用いた場合には、広い面積に一度にイオンが照射されるため単結晶半導体基板１００の温度が上昇していく。そのため、イオンの照射時間が長くなるにつれて単結晶半導体基板１００の温度が上昇することとなる。つまり、イオンの照射開始時の単結晶半導体基板１００の温度とイオンの照射終了時の単結晶半導体基板１００の温度の差は著しく異なることとなる。
【００６９】
したがって、イオンの照射開始時では、添加されたイオンに起因する元素の熱拡散が起こりにくいが、イオンが照射されるにつれて単結晶半導体基板１００の温度が上昇し添加されたイオンに起因する元素の熱拡散が生じ、元素の深さ方向の分布が広がることとなる。また、単結晶半導体基板１００の温度上昇に伴い、基板中に存在する添加されたイオンに起因する元素の脱離が促進され、スループットが悪化する。スループットが悪化すると、照射時間が長くなりさらに単結晶半導体基板１００の温度が上昇するという問題が生じる。単結晶半導体基板１００の温度が上昇しすぎると、イオンの添加時に単結晶半導体基板１００が分離するおそれもある。
【００７０】
そこで、本実施の形態では、単結晶半導体基板１００へのイオンの照射を、少なくとも２回以上の複数回に分けて行う。つまり、イオンドーピング法を用いて単結晶半導体基板１００の全面に一度にイオンを照射する場合であっても、１回の照射時間を短くして複数回イオンを照射する。なお、複数回に分けてイオンを照射する場合であっても、イオンの照射時に単結晶半導体基板１００を揺動させて行ってもよい。
【００７１】
イオンの照射時間を短くすることにより、イオンの照射による単結晶半導体基板１００の温度上昇を抑制することが可能となり、添加されたイオンに起因する元素の熱拡散を低減することができる。また、単結晶半導体基板１００中に存在する添加されたイオンに起因する元素の脱離を低減することができる。
【００７２】
なお、イオンの照射時間は、イオン照射時の単結晶半導体基板１００の温度に基づいて決定すればよい。例えば、イオン照射時の単結晶半導体基板１００の温度を測定し、単結晶半導体基板１００の温度が所定の温度を超える前にイオンの照射をやめ、単結晶半導体基板１００の温度を下げた後、再び単結晶半導体基板１００にイオンの照射を行う構成とすることができる。例えば、単結晶半導体基板１００に複数回に分けてイオンを照射する工程において、第ｎ回目（ｎは１以上の自然数）の照射後であって第ｎ＋１回目の照射前に、単結晶半導体基板１００の温度を下げることができる。
【００７３】
所定の温度としては、例えば２００℃とすることができる。これは、２００℃を超える温度では、イオンの熱拡散が大きくなると共に、添加されたイオンの脱離が増大する傾向にあるためである。また、複数回のイオンの照射工程において、イオン未照射時に単結晶半導体基板１００を積極的に冷却して温度を下げてもよい。
【００７４】
なお、本実施の形態で示した冷却方法と、上記実施の形態で示した冷却方法を組み合わせて実施してもよい。
【００７５】
つまり、イオンの照射を複数回に分けて行うと同時に、単結晶半導体基板１００を冷却しながらイオンを照射することができる。この場合、単結晶半導体基板１００の広い面積に一度にイオン１０３を照射する場合であっても、単結晶半導体基板１００の基板温度の上昇を効果的に抑制することができる。また、冷却手段によりイオン照射時の単結晶半導体基板１００の温度上昇を抑制することができるため、イオンの照射時間を長くすることができる。
【００７６】
なお、本実施の形態で示したＳＯＩ基板の作製方法は、本明細書の他の実施の形態で示した作製方法と適宜組み合わせることができる。
【００７７】
（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態で示した作製方法において、単結晶半導体基板１００とベース基板１２０との貼り合わせ方法に関して図面を参照して詳細に説明する。
【００７８】
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。
【００７９】
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）。
【００８０】
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。
【００８１】
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）。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。
【００８２】
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に熱酸化処理を行うことにより、塩素酸化された酸化膜１３２を形成する。この場合、酸化膜１３２は、塩素原子を含有した膜となる。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
また、酸化膜１３２に含有させるハロゲン原子として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。単結晶半導体基板１００表面をフッ素酸化するには、単結晶半導体基板１００表面にフッ酸に浸漬し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。
【００８９】
次に、運動エネルギーを有するイオン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）。脆化領域１０４の形成は、上記実施の形態で示したように、単結晶半導体基板１００を冷却しながらイオン１０３を照射することにより行う。
【００９０】
また、イオンドーピング法を用いた場合、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、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。
【００９１】
次に、ベース基板１２０を準備する（図３（Ｂ−１）参照）。
【００９２】
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。
【００９３】
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）。
【００９４】
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。
【００９５】
また、窒素含有層１２１を接合層として用いるため、接合不良を抑制するには窒素含有層１２１の表面を平滑と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０．５０ｎｍ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以下の範囲で設けることが好ましい。
【００９６】
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）。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
ここで、オゾン処理の一例を説明する。例えば、酸素を含む雰囲気下で紫外線（ＵＶ）を照射することにより、被処理体表面にオゾン処理を行うことができる。酸素を含む雰囲気下で紫外線を照射するオゾン処理は、ＵＶオゾン処理または紫外線オゾン処理などとも言われる。酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち２００ｎｍ未満の波長を含む光と２００ｎｍ以上の波長を含む光を照射することにより、オゾンを生成させるとともに、オゾンから一重項酸素を生成させることができる。紫外線のうち１８０ｎｍ未満の波長を含む光を照射することにより、オゾンを生成させるとともに、オゾンから一重項酸素を生成させることもできる。
【０１０１】
酸素を含む雰囲気下で、２００ｎｍ未満の波長を含む光および２００ｎｍ以上の波長を含む光を照射することにより起きる反応例を示す。
Ｏ２＋ｈν（λ１ｎｍ）→Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ（３Ｐ）      ・・・      （１）
Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ２→Ｏ３                            ・・・      （２）
Ｏ３＋ｈν（λ２ｎｍ）→Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ２            ・・・      （３）
【０１０２】
上記反応式（１）において、酸素（Ｏ２）を含む雰囲気下で２００ｎｍ未満の波長（λ１ｎｍ）を含む光（ｈν）を照射することにより基底状態の酸素原子（Ｏ（３Ｐ））が生成する。次に、反応式（２）において、基底状態の酸素原子（Ｏ（３Ｐ））と酸素（Ｏ２）とが反応してオゾン（Ｏ３）が生成する。そして、反応式（３）において、生成されたオゾン（Ｏ３）を含む雰囲気下で２００ｎｍ以上の波長（λ２ｎｍ）を含む光が照射されることにより、励起状態の一重項酸素Ｏ（１Ｄ）が生成される。酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち２００ｎｍ未満の波長を含む光を照射することによりオゾンを生成させるとともに、２００ｎｍ以上の波長を含む光を照射することによりオゾンを分解して一重項酸素を生成する。上記のようなオゾン処理は、例えば、酸素を含む雰囲気下での低圧水銀ランプの照射（λ１＝１８５ｎｍ、λ２＝２５４ｎｍ）により行うことができる。
【０１０３】
また、酸素を含む雰囲気下で、１８０ｎｍ未満の波長を含む光を照射することにより起きる反応例を示す。
Ｏ２＋ｈν（λ３ｎｍ）→Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ（３Ｐ）      ・・・      （４）
Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ２→Ｏ３                            ・・・      （５）
Ｏ３＋ｈν（λ３ｎｍ）→Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ２            ・・・      （６）
【０１０４】
上記反応式（４）において、酸素（Ｏ２）を含む雰囲気下で１８０ｎｍ未満の波長（λ３ｎｍ）を含む光を照射することにより、励起状態の一重項酸素Ｏ（１Ｄ）と基底状態の酸素原子（Ｏ（３Ｐ））が生成する。次に、反応式（５）において、基底状態の酸素原子（Ｏ（３Ｐ））と酸素（Ｏ２）とが反応してオゾン（Ｏ３）が生成する。反応式（６）において、生成されたオゾン（Ｏ３）を含む雰囲気下で１８０ｎｍ未満の波長（λ３ｎｍ）を含む光が照射されることにより、励起状態の一重項酸素と酸素が生成される。酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち１８０ｎｍ未満の波長を含む光を照射することによりオゾンを生成させるとともにオゾンまたは酸素を分解して一重項酸素を生成する。上記のようなオゾン処理は、例えば、酸素を含む雰囲気下でのＸｅエキシマＵＶランプの照射（λ３＝１７２ｎｍ）により行うことができる。
【０１０５】
２００ｎｍ未満の波長を含む光により被処理体表面に付着する有機物などの化学結合を切断し、オゾンまたはオゾンから生成された一重項酸素により被処理体表面に付着する有機物、または化学結合を切断した有機物などを酸化分解して除去することができる。上記のようなオゾン処理を行うことで、被処理体表面の親水性および清浄性を高めることができ、接合を良好に行うことができる。
【０１０６】
酸素を含む雰囲気下で紫外線を照射することによりオゾンが生成される。オゾンは、被処理体表面に付着する有機物の除去に効果を奏する。また、一重項酸素も、オゾンと同等またはそれ以上に、被処理体表面に付着する有機物の除去に効果を奏する。オゾン及び一重項酸素は、活性状態にある酸素の例であり、総称して活性酸素とも言われる。上記反応式等で説明したとおり、一重項酸素を生成する際にオゾンが生じる、またはオゾンから一重項酸素を生成する反応もあるため、ここでは一重項酸素が寄与する反応も含めて、便宜的にオゾン処理と称する。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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、水素結合の強化や共有結合の形成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、高温の熱処理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難しい。
【０１０９】
一方で、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。
【０１１０】
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）。
【０１１１】
加熱処理を行うことで、温度上昇によって脆化領域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が劈開する。酸化膜１３２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。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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
なお、上述したベース基板１２０と酸化膜１３２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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
本実施の形態で示す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。
【０１１６】
また、ベース基板側に窒素含有層を設け、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、作製工程を簡略化すると共にベース基板との貼り合わせ前に当該半導体基板へ不純物元素が浸入することを抑制することができる。また、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。
【０１１７】
その後、分離された単結晶半導体基板１００は、上記実施の形態１で示したようにＳＯＩ基板の製造プロセスにおいて、再利用することができる。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。この場合、窒素含有層を設ける工程を省略することができる。
【０１２０】
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。
【０１２１】
（実施の形態４）
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
本実施の形態では、ＳＯＩ基板として上記図１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。
【０１２４】
図４（Ａ）は、上記図１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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
図４（Ｃ）に示すように、半導体層２５１、２５２上に絶縁膜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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。ＳＯＩ基板の作製過程で、チャネル形成領域を構成する半導体層の酸素濃度を低減させているので、オフ電流が小さく、しきい値電圧の変動が抑制されたＴＦＴを作製することができる。また、チャネル形成領域を構成する半導体層の酸素濃度を１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とすることが望ましい。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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と、変調回路５２０と、電源管理回路５３０とを有している。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、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。
【０１４２】
ＲＦＣＰＵ５１１の動作の概要は以下の通りである。アンテナ５２８が受信した信号は共振回路５１４により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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
中央処理ユニット５２５は、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。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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
次に、図８、図９を用いて、表示装置について説明する。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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に含まれ、ソース電極およびドレイン電極の一方は信号線３２３に含まれている。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
選択用トランジスタ４０１において、ゲート電極は走査線４０５に含まれ、ソース電極またはドレイン電極の一方は信号線４０６に含まれ、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に含まれている。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
図１０は、ＳＯＩ基板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。図１０の携帯電話は、筐体７０１及び筐体７０２二つの筐体で構成されている。図１０の携帯電話は、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。
【０１６２】
図１０の携帯電話は、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。
【０１６３】
また、図１０の携帯電話には、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。
【０１６４】
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２及び実施の形態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。
【０１６５】
スピーカ７０４及びマイクロフォン７０５を用いることで、図１０の携帯電話は、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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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】
【０１７１】
本実施例では、単結晶半導体基板にイオンを照射する際の、単結晶半導体基板の温度上昇抑制の効果を確認した。具体的には、所定数のイオンを照射する際に、一度で照射する場合と、複数回に分けて照射する場合とについて、単結晶半導体基板中の添加されたイオンに起因する元素プロファイルを確認した。
【０１７２】
まず、単結晶半導体基板を準備し、当該単結晶半導体基板に加速された水素イオンを照射して脆化領域を形成した。その後、単結晶半導体基板に添加された水素濃度の分析を行った。
【０１７３】
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、水素イオンを単結晶シリコンウエハに添加した。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シリコンウエハ基板に照射することにより、脆化領域を形成した。イオンドーピング装置において、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、この全てのイオン種を加速して単結晶半導体基板に照射した。なお、水素ガスから生成された水素イオン種のうち、７０％程度をＨ３＋とした。
【０１７４】
イオンの照射条件としては、イオンの総照射数（ドーズ量）が一定となるような条件（ここでは、２．０×１０１６ｃｍ−２となる条件）をそれぞれ選択した。例えば、一回で照射する場合には、一回で照射されるイオンのドーズ量が２．０×１０１６ｃｍ−２となる条件で照射し、２回に分けて照射する場合には、一回で照射されるイオンのドーズ量が１．０×１０１６ｃｍ−２となる条件で、２回照射した。同様に、４回、８回に分けて照射する場合には、一回で照射されるイオンのドーズ量が５．０×１０１５ｃｍ−２となる条件で４回、又は一回で照射されるイオンのドーズ量が２．５×１０１５ｃｍ−２となる条件で８回照射した。また、その他の共通条件として、加速電圧５０ｋＶ、ビーム電流密度５μＡ／ｃｍ２とした。
【０１７５】
単結晶半導体基板中の水素濃度の分析は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて行った。
【０１７６】
分析結果を図１１（Ａ）に示す。また、図１１（Ａ）のプロファイル中、２００ｎｍ付近に存在するピーク（Ｈ３＋の照射に起因するピーク）に関して、各サンプルのピーク位置とピーク濃度の関係を図１１（Ｂ）に示す。
【０１７７】
また、イオンの照射において、一度に照射するドーズ量を変化させた時の単結晶シリコン基板の温度を測定した結果を表１に示す。単結晶シリコン基板の温度は、単結晶半導体基板に特定温度で示温部が変色する不可逆性サーモラベル（ＴＭＣ（Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  Ｌｔｄ）社製、商品名：ＴＨＥＲＭＡＸ  ６Ｌｅｖｅｌ  Ｍｉｎｉ  Ｓｔｒｉｐｓ）を用いて測定した。
【０１７８】
【表１】
2010109345.tif 000003
【０１７９】
表１から、１回で照射するイオンのドーズ量が増加するにつれて（１回の照射時間が増えるにつれて）、単結晶シリコン基板の温度が上昇することが確認された。
【０１８０】
図１１（Ａ）、（Ｂ）から、イオンを一度で照射した場合にはピーク位置は最も浅く、且つピーク濃度は最も小さくなっていることが分かる。一方で、照射回数が増えるほどピーク位置は深く、ピーク濃度は大きくなる傾向にある。特に、照射回数が４回以上の場合には、照射回数が１回の場合と比較してピーク位置が深く且つピーク濃度が大きくなることが分かった。これは、照射回数が増加する（すなわち、一度に照射するイオンのドーズ量を少なくする、又は基板冷却期間を設ける）ことにより、基板の温度上昇が抑制されるためである。
【０１８１】
単結晶半導体基板の温度上昇が抑制されることにより、単結晶半導体基板中において、添加されたイオンに起因する元素（ここでは、水素）の熱拡散が抑えられるため、単結晶半導体基板の深さ方向において水素が添加される領域が狭くなることが分かる。また、基板の温度上昇が抑制されることにより、単結晶シリコン基板中のシリコン原子と結合した水素の脱離が低減し、結果として、残存する水素が増加すると考えられる。このように、単結晶半導体基板の深さ方向において脆化領域が形成される領域が狭くなることにより、単結晶半導体基板の分離を良好に行い、分離後の単結晶半導体層表面を平坦にすることができる。
【０１８２】
また、図１１（Ａ）、（Ｂ）及び表１より、イオンの照射時における単結晶半導体基板の温度が概ね２００℃以下の温度条件であれば、十分に効果を得ることができると言える。
【０１８３】
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で示す構成と適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０１８４】
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
１３２    酸化膜
２００    イオン源
２０２    プラズマ生成室
２０４    電極
２０６    ガス導入口
２０８    加速機構
２２０    処理室
２２２    基板支持台
２２４    冷却手段
２２６    排気口
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
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    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
５５０    加熱温度
７００    携帯電話
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
２０８ａ    引出電極
２０８ｂ    加速電極
２０８ｃ    抑制電極
２０８ｄ    接地電極
【図１】
2010109345.tif 000004
【図２】
2010109345.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010109345.tif 000009
【図７】
2010109345.tif 000010
【図８】
2010109345.tif 000011
【図９】
2010109345.tif 000012
【図１０】
2010109345.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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