(57)【要約】【課題】ガラス基板のような耐熱性の低い基板をベース基板として使用した場合にも、実用に耐えうるＳＯＩ基板の作製方法を提供する。【解決手段】ＳＯＩ基板の作製において、ボンド基板中に脆化層を形成する際の水素イオンドーズ量を、ボンド基板の分離下限となる水素イオンドーズ量より増加して脆化層を形成し、ベース基板に貼り合わせたボンド基板を分離して、ベース基板上に単結晶半導体膜が形成されたＳＯＩ基板を形成し、該単結晶半導体膜の表面にレーザ光を照射して作製する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンド基板上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜を介して前記ボンド基板に水素イオンの照射を行うことにより、前記ボンド基板中に脆化層を形成し、
前記ボンド基板を、前記絶縁膜を介してベース基板と貼り合わせ、
熱処理によって前記ボンド基板を前記脆化層において分離し、
前記ベース基板上に前記絶縁膜を介して半導体膜を形成し、
前記半導体膜にレーザ光を照射し、
前記水素イオンの照射における水素イオンドーズ量は、前記熱処理により前記ボンド基板が分離する最小量となる水素イオンドーズ量の２．２倍以上とす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、
前記水素イオンの照射における水素イオンドーズ量は、前記熱処理により前記ボンド基板が分離する最小量となる水素イオンドーズ量の２．２倍以上３．０倍以下とすることを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項３】
ボンド基板上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜を介して前記ボンド基板に水素イオンの照射を行うことにより、前記ボンド基板中に脆化層を形成し、
前記ボンド基板を、前記絶縁膜を介してベース基板と貼り合わせ、
前記ボンド基板を前記脆化層において分離し、
前記ベース基板上に前記絶縁膜を介して半導体膜を形成し、
前記半導体膜にレーザ光を照射し、
前記水素イオンの照射における水素イオンドーズ量は、２．２×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上とすることを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記水素イオンの照射における水素イオンドーズ量は、２．２×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上３．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下と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乃至請求項４のいずれか一項において、
前記レーザ光を照射する前に、前記半導体膜の表面に形成されている自然酸化膜を除去することを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記自然酸化膜を、ドライエッチングを用いて除去することを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
前記レーザ光の照射によって、前記半導体膜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８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
前記絶縁膜は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜から選ばれた単数の膜又は複数の膜の積層であることを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
前記絶縁膜は、前記酸化シリコン膜であり、有機シランガスを用いた化学気相成長法により形成されたものであ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７のいずれか一項において、
前記絶縁膜は、前記酸化シリコン膜であり、前記ボンド基板を熱酸化して形成されたものであ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、
前記ベース基板上に接して第２の絶縁膜を形成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１１において、
前記第２の絶縁膜は、窒化シリコン膜又は窒化酸化シリコン膜であることを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか一項において、
前記ボンド基板は、単結晶シリコン基板であることを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれか一項において、
前記ベース基板は、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、又はアルミノホウケイ酸ガラスであることを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のいずれか一項において、
イオンドーピング装置を用いて前記水素イオンの照射を行うことを特徴とする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の設けられた基板、特にＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板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設けられたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を使った集積回路が開発されている。絶縁膜上に形成された薄い単結晶シリコン膜の特長を活かすことで、集積回路中のトランジスタ同士を完全に分離して形成することができる。またトランジスタを完全空乏型とすることができるため、高集積、高速駆動、低消費電圧など付加価値の高い半導体集積回路を実現することができる。
【０００３】
ＳＯＩ基板を製造する方法の１つとして、スマートカット（登録商標）法が挙げられる。スマートカット法を用いることにより、シリコン基板上だけでなく、ガラス基板等の絶縁基板上に単結晶シリコン膜を有するＳＯＩ基板も作製できる（例えば、特許文献１参照）。スマートカット法を用いた、ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜を有するＳＯＩ基板の作製方法の概要は以下のようになる。まず、単結晶シリコン片表面に二酸化珪素膜を形成する。次に、単結晶シリコン片に水素イオンを注入することによって単結晶シリコン片中の所定の深さに水素イオン打ち込み面を形成する。それから、二酸化珪素膜を介して、水素イオンを注入した単結晶シリコン片をガラス基板に貼り合わせる。しかる後熱処理を施すことで、該水素イオン打ち込み面が劈開面となり、水素イオンを注入した単結晶シリコン片が薄膜状に分離し、貼り合わせたガラス基板上に単結晶シリコン薄膜を形成することができる。この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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】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】
【０００５】
スマートカット法を用いて作製されたＳＯＩ基板上の単結晶シリコン層は、脆化層（水素イオン打ち込み面）形成のためのイオン注入や、熱処理による単結晶シリコン基板（ボンド基板）の分離によって、表面に結晶欠陥が存在し、平坦性も損なわれている。
【０００６】
単結晶シリコン層の平坦性が低く、表面に凹凸が形成されていると、ＳＯＩ基板を用いてＴＦＴを作製する際に形成されるゲート絶縁膜の絶縁耐圧性が低くなってしまう。また、単結晶シリコン層内部に結晶欠陥が存在すると、半導体素子の電気特性に悪影響をもたらす。
【０００７】
ベース基板としてシリコン基板などの高耐熱性を有する基板を用いている場合には、１０００度以上の高温で加熱処理を行うことによって、単結晶シリコン層の結晶性回復及び平坦化を行うことができる。しかし、特許文献１のようにベース基板としてガラス基板などの耐熱性の低い基板を用いている場合、この方法では単結晶シリコン層の結晶性回復及び平坦化を行うことはできない。
【０００８】
また、熱処理以外の単結晶シリコン層の結晶性回復及び平坦化の方法の例としては、単結晶シリコン層へのレーザ光照射が挙げられる。レーザ光を単結晶シリコン層に照射することにより、ガラス基板を直接加熱することなく、単結晶シリコン層を溶融し、結晶性回復及び平坦化を図ることができる。しかし一方で、単結晶シリコン層にレーザ光を照射することによって、単結晶シリコン層に直径１μｍ〜１０μｍ程度の欠損領域が多数発生するという問題もある。
【０００９】
本発明の一態様は上記の問題を鑑み、ガラス基板のような耐熱性の低い基板をベース基板として使用した場合にも、実用に耐えうるＳＯＩ基板の作製方法を提供することを課題とする。また、本発明の一態様は該ＳＯＩ基板を用いた高信頼性の半導体装置を作製することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係るＳＯＩ基板は、ボンド基板中に脆化層を形成する際の水素イオンドーズ量を、ボンド基板の分離下限となる水素イオンドーズ量より増加して脆化層を形成し、ベース基板に貼り合わせたボンド基板を分離して、ベース基板上に単結晶半導体膜が形成されたＳＯＩ基板を形成し、該単結晶半導体膜の表面にレーザ光を照射して作製する。
【００１１】
本発明の一態様に係るＳＯＩ基板の作製方法は、ボンド基板上に絶縁膜を形成し、絶縁膜を介してボンド基板に水素イオンの照射を行うことにより、ボンド基板中に脆化層を形成し、ボンド基板を、絶縁膜を介してベース基板と貼り合わせ、熱処理によってボンド基板を脆化層において分離し、ベース基板上に絶縁膜を介して半導体膜を形成し、半導体膜にレーザ光を照射し、水素イオンの照射における水素イオンドーズ量は、熱処理によりボンド基板が分離する最小量となる水素イオンドーズ量の２．２倍以上とすることを特徴とする。また、水素イオンの照射における水素イオンドーズ量は、熱処理によりボンド基板が分離する最小量となる水素イオンドーズ量の２．２倍以上３．０倍以下とすることが好ましい。
【００１２】
本発明の一態様に係るＳＯＩ基板の作製方法は、ボンド基板上に絶縁膜を形成し、絶縁膜を介してボンド基板に水素イオンの照射を行うことにより、ボンド基板中に脆化層を形成し、ボンド基板を、絶縁膜を介してベース基板と貼り合わせ、熱処理によってボンド基板を脆化層において分離し、ベース基板上に絶縁膜を介して半導体膜を形成し、半導体膜にレーザ光を照射し、水素イオンの照射における水素イオンドーズ量は、２．２×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上とすることを特徴とする。また、水素イオンの照射における水素イオンドーズ量は、２．２×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上３．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下とすることが好ましい。
【００１３】
なお、レーザ光を照射する前に、半導体膜の表面に形成されている自然酸化膜を除去することが好ましく、ドライエッチングを用いて除去すればさらに好ましい。また、レーザ光の照射によって、半導体膜を部分溶融させることが好ましい。
【００１４】
また、絶縁膜は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜から選ばれた単数の膜又は複数の積層膜であることが好ましい。また、酸化シリコン膜は、有機シランガスを用いた化学気相成長法又はボンド基板の熱酸化により形成されたものであることが好ましい。また、ベース基板上に接して第２の絶縁膜を形成することが好ましく、第２の絶縁膜は、窒化シリコン膜又は窒化酸化シリコン膜であればさらに好ましい。また、ボンド基板は、単結晶シリコン基板であることが好ましい。また、ベース基板は、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、又はアルミノホウケイ酸ガラスであることが好ましい。
【００１５】
また、イオンドーピング装置を用いて水素イオンの照射を行うことが好ましい。
【００１６】
本明細書において、「単結晶」とは、結晶面、結晶軸が揃っている結晶であり、それを構成している原子又は分子が空間的に規則正しい配列になっているものをいう。もっとも、単結晶は規則正しく配列することによって構成されるものであるが、一部にこの配列の乱れがある格子欠陥を含むもの、意図的又は非意図的に格子歪みを有するものも含まれる。
【００１７】
本明細書において、脆化層とは、半導体基板へイオンビームを照射し、イオンにより結晶欠陥を有するように脆弱化された層である。この脆化層を、熱処理によって亀裂を生じさせるなどにより分離することで、半導体基板より半導体膜を分離することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一態様は、ＳＯＩ基板上の単結晶半導体膜にレーザ光の照射を行うことで、ガラス基板上の単結晶半導体膜の結晶欠陥を改善し、且つ平坦性を向上することができる。さらに、レーザ光照射によって単結晶半導体膜に発生する欠損領域を、脆化層形成時の水素イオンドーズ量をボンド基板の分離下限となるドーズ量の２．２倍以上とすることで低減することができる。よって、結晶欠陥が改善され、平坦性が向上し、欠損領域の低減された単結晶半導体膜をガラス基板上に有するＳＯＩ基板を作製することができる。
【００１９】
また、上記のようなＳＯＩ基板を用いることで、高性能且つ高信頼性の半導体装置を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一態様に係るＳＯＩ基板の作製方法の一例を示す図。
【図２】本発明の一態様に係るＳＯＩ基板の作製方法の一例を示す図。
【図３】本発明の一態様に係るＳＯＩ基板の作製方法の一例を示す図。
【図４】本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法の一例を示す図。
【図５】本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法の一例を示す図。
【図６】本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法の一例を示す図。
【図７】本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法の一例を示す図。
【図８】本発明の一態様に係るボンド基板及び脆化層の断面図。
【図９】本発明の一態様に係る半導体装置の一例を示す図。
【図１０】本発明の一態様に係る半導体装置の一例を示す図。
【図１１】本発明の一態様に係る半導体装置を用いた表示装置の一例を示す図。
【図１２】本発明の一態様に係る半導体装置を用いた表示装置の一例を示す図。
【図１３】本発明の一態様に係る半導体装置を用いた電子機器を示す図。
【図１４】本発明の一態様に係る半導体装置を用いた電子機器を示す図。
【図１５】ドーズ量の変化に伴う単結晶シリコン膜の欠損領域を比較したグラフ。
【図１６】ドーズ量の変化に伴う単結晶シリコン膜の欠損領域を比較したグラフ。
【図１７】ドーズ量の変化に伴う単結晶シリコン膜のラマンシフトを比較したグラフ。
【図１８】ドーズ量の変化に伴う単結晶シリコン膜のラマンピークの半値全幅を比較したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本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及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、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、本明細書中の図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その説明は省略する場合がある。
【００２２】
（実施の形態１）
本実施の形態に係るＳＯＩ基板の作製方法では、ボンド基板である半導体基板から分離させた半導体膜をベース基板に貼り合わせてＳＯＩ基板を作製する。以下、図１〜図３を参照して、本形態に係るＳＯＩ基板の作製方法の一つについて説明する。
【００２３】
まず図１（Ａ）のような、ボンド基板１００を準備する。ボンド基板１００としては、市販の半導体基板を用いることができ、例えば、シリコン、ゲルマニウムなどの単結晶半導体基板または多結晶半導体基板を用いることができる。その他に、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの化合物半導体で形成された単結晶半導体基板または多結晶半導体基板を、ボンド基板１００として用いることができる。また、単結晶半導体基板は、ＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法やＦＺ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｚｏｎｅ）法を用いることで、作製することができる。
【００２４】
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）、直径１８インチ（４５０ｎｍ）サイズの円形のものが代表的であるが、ボンド基板１００の形状は円形に限られるものではない。矩形状または多角形状のボンド基板１００を用いてもよい。なお、本明細書中で矩形状とは、正方形及び長方形を含むものとする。以下の説明では、ボンド基板１００として、単結晶シリコン基板を用いる場合について示す。
【００２５】
次に図１（Ｂ）に示すように、ボンド基板１００上に絶縁膜１０２を形成する。絶縁膜１０２は、単数の絶縁膜を用いたものであっても、複数の絶縁膜を積層して用いたものであっても良い。例えば本実施の形態では、酸化シリコンを絶縁膜１０２として用いる。絶縁膜１０２を構成する膜としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化ゲルマニウム、窒化ゲルマニウム、酸化窒化ゲルマニウム、窒化酸化ゲルマニウムなどのシリコン又はゲルマニウムを組成に含む絶縁膜を用いることが好ましい。また、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウムなどの金属酸化物を用いて形成された絶縁膜、窒化アルミニウムなどの金属窒化物を用いて形成された絶縁膜、酸化窒化アルミニウムなどの金属酸化窒化物を用いて形成された絶縁膜、窒化酸化アルミニウムなどの金属窒化酸化物を用いて形成された絶縁膜などを絶縁膜１０２として用いることもできる。また、あらかじめボンド基板１００の表面を、硫酸過水（ＳＰＭ）、アンモニア過水（ＡＰＭ）、塩酸過水（ＨＰＭ）、希フッ酸（ＤＨＦ）などを用いて洗浄しておくのが好ましい。
【００２６】
なお、本明細書において、酸化窒化物とは、窒素原子よりも酸素原子を多く含有する物質とし、窒化酸化物とは、酸素原子よりも窒素原子を多く含有する物質とする。例えば、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素原子よりも酸素原子の数が多く、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、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素原子より窒素原子の数が多く、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。但し、酸化窒化シリコンまた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。
【００２７】
酸化シリコンを絶縁膜１０２として用いる場合、絶縁膜１０２はシランと酸素、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）と酸素等の混合ガスを用い、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、常圧ＣＶＤ、バイアスＥＣＲＣＶＤ等の気相成長法によって形成することができる。この場合、絶縁膜１０２の表面を酸素プラズマ処理で緻密化しても良い。
【００２８】
また、有機シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコンを、絶縁膜１０２として用いても良い。有機シランガスとしては、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ：化学式Ｓｉ（ＣＨ３）４）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＣ２Ｈ５）３）、トリスジメチルアミノシラン（ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３）等のシリコン含有化合物を用いることができる。
【００２９】
また、ボンド基板１００を酸化することで得られる酸化膜で、絶縁膜１０２を形成することもできる。上記酸化膜を形成するための、熱酸化処理としては、ドライ酸化を用いても良いし、酸化雰囲気中にさらにハロゲンを含むガスを添加しても良い。ハロゲンを含むガスとして、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＦ３、ＨＢｒ、Ｃｌ２、ＣｌＦ、ＢＣｌ３、Ｆ２、Ｂｒ２などから選ばれた一種又は複数種ガスを用いることができる。なお、図１（Ｂ）では、ボンド基板１００の一方の面にしか絶縁膜１０２が形成されていないが、本実施の形態はこれに限定されない。ボンド基板１００を酸化することで得られる酸化膜によって絶縁膜１０２を形成する場合、ボンド基板１００を覆うように絶縁膜１０２が形成されていても良い。
【００３０】
例えば、酸素に対し塩化水素（ＨＣｌ）を０．５体積％〜１０体積％（好ましくは２体積％）の割合で含む雰囲気中で、７００℃以上１１００℃以下の温度で熱処理を行う。例えば９５０℃程度で熱処理を行うとよい。処理時間は０．１〜６時間、好ましくは２．５〜３．５時間とすればよい。形成される酸化膜の膜厚は、１５ｎｍ〜１１００ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ〜１５０ｎｍとするとよい。
【００３１】
このハロゲンを含む雰囲気での熱酸化処理により、酸化膜にハロゲンを含ませることができる。ハロゲン元素を１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度で酸化膜に含ませることにより、外因性不純物である重金属（例えば、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ等）を酸化膜が捕獲するので、後に形成される半導体膜の汚染を防止することができる。また、酸化処理に含まれるハロゲン元素により、ボンド基板１００の表面の欠陥が終端化されるため、酸化膜とボンド基板１００との界面の局在準位密度を低減することができる。
【００３２】
また、絶縁膜１０２に、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、ボンド基板１００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。具体的には、絶縁膜１０２を形成した後に行われる熱処理により、ボンド基板１００に含まれる不純物が絶縁膜１０２に析出し、ハロゲン原子（例えば塩素原子）と反応して捕獲されることとなる。それにより絶縁膜１０２中に捕集した当該不純物を固定してボンド基板１００の汚染を防ぐことができる。また、絶縁膜１０２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。
【００３３】
ベース基板としてガラス基板のような、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属などの半導体装置の信頼性を低下させる不純物を含む基板を用いる場合、このような不純物がベース基板からＳＯＩ基板の半導体膜に拡散することを防止できるバリア層として機能する膜を、少なくとも１層以上、絶縁膜１０２が有することが好ましい。このような膜には、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜などがある。このような膜を絶縁膜１０２が有することで、絶縁膜１０２をバリア膜として機能させることができる。
【００３４】
窒化シリコンを絶縁膜１０２として用いる場合、シランとアンモニアの混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ等の気相成長法によって形成することができる。また、窒化酸化シリコンを絶縁膜１０２として用いる場合、シランとアンモニアの混合ガス、またはシランと酸化窒素の混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ等の気相成長法によって形成することができる。
【００３５】
例えば、絶縁膜１０２を単層構造のバリア膜として形成する場合、厚さ１５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜で形成することができる。
【００３６】
また、絶縁膜１０２を、バリア膜として機能する２層構造の膜とする場合は、上層は、バリア機能の高い絶縁膜で構成する。上層の絶縁膜は、例えば厚さ１５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜で形成することができる。これらの膜は、不純物の拡散を防止するブロッキング効果が高いが、内部応力が高い。そのため、ボンド基板１００と接する下層の絶縁膜には、上層の絶縁膜の応力を緩和する効果のある膜を選択することが好ましい。上層の絶縁膜の応力を緩和する効果のある絶縁膜として、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜およびボンド基板１００を熱酸化して形成した熱酸化膜などがある。下層の絶縁膜の厚さは５ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。
【００３７】
例えば、絶縁膜１０２をブロッキング膜として機能させるために、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜と窒化シリコン膜、酸化シリコン膜と窒化酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜と窒化酸化シリコン膜などの組み合わせで絶縁膜１０２を形成すると良い。
【００３８】
また、絶縁膜１０２をバリア膜として機能する２層構造の膜とする場合に、さらにもう一層上に膜を形成して、絶縁膜を３層構造としても良い。その場合、最上層の絶縁膜はベース基板との接合面となるので、平滑で親水性の高い表面を有するのが好ましい。よって、最上層の絶縁膜には、化学的気相反応により形成される絶縁膜が好ましく、酸化シリコン膜が好ましい。なお、接合面として機能する絶縁膜は、後に行うボンド基板１００へのイオン照射を終えてから形成しても良い。イオン照射の後で絶縁膜を形成することによって、イオン照射によって平滑で親水性の高い表面を荒らされることがなくなる。ただし、イオン照射後は、ボンド基板１００から、照射したイオンが析出しないように、加熱温度は、３５０度以下とするのが好ましい。
【００３９】
最上層の絶縁膜として、プラズマ励起ＣＶＤ法で酸化シリコン膜を形成する場合には、ソースガスに有機シランガスおよび酸素（Ｏ２）ガスを用いることが好ましい。ソースガスに有機シランを用いることで、プロセス温度が３５０℃以下で、平滑な表面を有する酸化シリコン膜を形成することができる。また、熱ＣＶＤ法で、加熱温度が５００℃以下２００℃以上で形成されるＬＴＯ（低温酸化物、ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｏｘｉｄｅ）で最上層の絶縁膜を形成することができる。ＬＴＯの形成には、シリコンソースガスにモノシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）などを用い、酸素ソースガスに一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）などを用いることができる。また、接合面として機能する絶縁膜の厚さは５ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることができ、より好ましくは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とする。また、平均面粗さＲａは、０．７ｎｍ以下、より好ましくは、０．４ｎｍ以下とする。
【００４０】
例えば、最上層の絶縁膜を、ソースガスにＴＥＯＳとＯ２を用いて、酸化シリコン膜で形成する場合、ＴＥＯＳの流量１５ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量７５０ｓｃｃｍ、成膜圧力１００Ｐａ、成膜温度３００℃、ＲＦ出力３００Ｗ、電源周波数１３．５６ＭＨｚとすれば良い。
【００４１】
なお、有機シランを用いて形成された酸化シリコン膜、または低温で成膜した窒化酸化シリコン膜などの、比較的低温で成膜された絶縁膜は、表面にＯＨ基を多く有する。ＯＨ基は水分子と水素結合することでシラノール基を形成して、ベース基板と絶縁膜とを低温で接合する。そして、最終的には共有結合であるシロキサン結合が、ベース基板と絶縁膜との間に形成される。よって、上記の有機シランを用いて形成された酸化シリコン膜、または比較的低温で成膜されたＬＴＯなどの絶縁膜は、スマートカット法などで用いられているＯＨ基が存在しない或いは飛躍的に少ない熱酸化膜よりも、低温での接合に向いていると言える。
【００４２】
次に図１（Ｃ）に示すように、ボンド基板１００に、電界で加速されたイオンでなるイオンビームを、矢印で示すように絶縁膜１０２を介してボンド基板１００に照射し、ボンド基板１００の表面から一定の深さの領域に、微小ボイドを有する脆化層１０４を形成する。脆化層１０４が形成される領域の深さは、イオンビームの加速エネルギーとイオンビームの入射角によって調節することができる。加速エネルギーは加速電圧、ドーズ量などにより調節できる。イオンの平均侵入深さとほぼ同じ深さの領域に脆化層１０４が形成される。よって、イオンを添加する深さで、後にボンド基板１００から分離される半導体膜１１２の厚さが決定される。脆化層１０４が形成される深さは、例えばボンド基板１００の表面から５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることができ、好ましい深さの範囲は５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、例えば１００ｎｍ程度とすると良い。
【００４３】
イオンビームをボンド基板１００に照射する際には、質量分離を伴わないイオンドーピング装置を用いる。イオンドーピング装置を用いることによって、ボンド基板１００に対して均一にイオンを照射することができる。イオンドーピング装置の代表的な装置は、プロセスガスをプラズマ励起して生成された全ての種類のイオン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は、プラズマ中のイオンを質量分離しないで、全ての種類のイオンを被処理体に照射する。質量分離型のイオン注入装置と比較して、非質量分離型のイオンドーピング装置はイオン照射を短時間で効率よく行うことができるので、非質量分離型のイオンドーピング装置を用いるのが好ましい。
【００４４】
イオンドーピング装置の主要な構成は、被処理体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、およびイオンを加速し、照射するための加速機構である。イオン源は、所望のイオンを生成するためのソースガスを供給するガス供給装置、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などで構成される。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などが用いられる。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、およびこれらの電極に電力を供給するための電源などで構成される。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。
【００４５】
ソースガスとしては水素（Ｈ２）ガスを用いる。水素ガスを励起してＨ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋を生成することができる。ソースガスから生成されるイオン種の割合は、プラズマの励起方法、プラズマを発生させる雰囲気の圧力、ソースガスの供給量などを調節することで、変化させることができる。イオンドーピング装置でイオン照射を行う場合、イオンビームに、Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋の総量に対してＨ３＋が７０％以上含まれるようにすることが好ましく、Ｈ３＋の割合は８０％以上がより好ましい。Ｈ３＋の割合を７０％以上とすることで、イオンビームに含まれるＨ２＋イオンの割合が相対的に小さくなる。これにより、イオンビームに含まれる水素イオンの平均侵入深さのばらつきが小さくなるので、イオンの添加効率が向上し、タクトタイムを短縮することができる。
【００４６】
また、Ｈ３＋はＨ＋、Ｈ２＋に比べて質量が大きい。そのため、イオンビームにおいて、Ｈ３＋の割合が多い場合と、Ｈ＋、Ｈ２＋の割合が多い場合とでは、ドーピングの際の加速電圧が同じであっても、前者の場合の方が、ボンド基板１００の浅い領域に水素を添加することができる。また前者の場合、ボンド基板１００に添加される水素の、厚さ方向における濃度分布が急峻となるため、脆化層１０４の厚さ自体も薄くすることができる。
【００４７】
ここで、水素イオンのドーズ量を、ボンド基板１００の分離下限となる水素イオンドーズ量より増加させることによって、後の工程でＳＯＩ基板の半導体膜にレーザ光の照射を行う際に発生する半導体膜の欠損領域を低減することができる。水素イオンのドーズ量を増加すると、脆化層１０４の有する微小ボイドの個数が増え、平均侵入深さの位置に形成される微小ボイドの個数が、平均侵入深さの位置からはずれた微小ボイドの個数と比較して著しく増加する。なお、水素イオンとしては、Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋のうちいずれか一種類又は複数種類のイオンが含まれる。
【００４８】
ここで、ボンド基板１００の熱処理によって、微小ボイド１０９同士が結合されて形成される分離面１１１ａ及び分離面１１１ｂの模式図を図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示す。図８（Ａ）は水素イオンドーズ量が多い場合を、図８（Ｂ）は水素イオンドーズ量が少ない場合を表す。また、図８（Ａ）と図８（Ｂ）における脆化層１０４近辺の水素濃度を比較したグラフの概略図を図８（Ｃ）に表す。図８（Ｃ）のグラフは、縦軸に水素濃度を、横軸に絶縁膜１０２とボンド基板１００の界面からの深さをとっており、曲線Ａは図８（Ａ）に示すボンド基板１００中の水素濃度に、曲線Ｂは図８（Ｂ）に示すボンド基板１００中の水素濃度に、それぞれ対応している。
【００４９】
水素イオンドーズ量が多い場合図８（Ｃ）に示すように、曲線Ａは平均侵入深さの位置で水素濃度のピークを持つ。よって、図８（Ａ）に示すように、平均侵入深さの位置に形成される微小ボイド１０９同士が結合しやすくなるため、分離面１１１ａに形成される局所的に大きな凹凸は低減される。よって、ＳＯＩ基板上の半導体膜も局所的に大きな凹凸が低減される。
【００５０】
それに対して、水素イオンのドーズ量が少ない場合、図８（Ｃ）に示すように、曲線Ｂも平均侵入深さの位置で水素濃度のピークを持つが、水素イオンドーズ量が多い場合と比べると低くなっている。よって、図８（Ｂ）に示すように、平均侵入深さの位置に形成される微小ボイド１０９の数が減少し、熱処理を行っても平均侵入深さの位置に形成された微小ボイド同士が結合しにくくなる。相対的に平均侵入深さの位置から外れた微小ボイド１０９と結合する確率が増えるため、分離面１１１ｂに局所的な凹凸が形成されやすくなる。よって、ＳＯＩ基板上の半導体膜も局所的な凹凸が形成されやすくなる。
【００５１】
ＳＯＩ基板上の半導体膜に局所的に大きな凹凸、特に局所的に膜厚が薄い領域が形成されると、後の工程でレーザ光の照射を行う際に半導体膜の膜厚の薄い領域がアブレーションを起こして半導体膜に欠損領域が形成される。しかし、水素イオンのドーズ量を増加してイオン照射を行い、ＳＯＩ基板上の半導体膜の膜厚が局所的に薄い領域を低減することによって、半導体膜にレーザ光を照射しても、半導体膜がアブレーションを起こして欠損領域が形成されることを低減することができる。
【００５２】
レーザ光照射によるＳＯＩ基板上の半導体膜の欠損領域を低減するには、水素イオンドーズ量を、ボンド基板１００の分離下限となる水素イオンドーズ量の２．２倍以上にするのが好ましい。具体的には、水素イオンドーズ量を２．２×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上とするのが好ましい。ただし、水素イオンドーズ量を増やすと、脆化層１０４で水素分子が形成され、ボンド基板１００が分離しやすくなる、または後の工程でベース基板１０８上に形成される半導体膜の結晶性が低下するので、水素イオンドーズ量は、ボンド基板１００の分離下限となる水素イオンドーズ量の３．０倍以下にするのが好ましい。具体的には、水素イオンドーズ量を３．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下とするのが好ましい。なお、本明細書中において、ボンド基板の分離下限とは、ボンド基板に脆化層を形成する際の水素イオンドーズ量で、熱処理によりボンド基板が分離する最小量の水素イオンドーズ量のことを指す。
【００５３】
よって、水素ガスを用いてイオンドーピング装置でイオン照射を行う条件は、加速電圧１０ｋＶ以上２００ｋＶ以下、ドーズ量２．２×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上３．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下とすることが好ましい。イオンビームに含まれるイオン種及びその割合、絶縁膜１０２の膜厚にもよるが、脆化層１０４をボンド基板１００の深さ５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、例えば１００ｎｍ程度の領域に形成することができる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、イオンの照射を絶縁膜１０２の形成後に行っているが、これに限られず、絶縁膜１０２の形成前にイオンの照射を行っても良い。ただし、絶縁膜１０２として、ボンド基板１００の熱酸化膜を用いる場合には、７００℃以上の高温で絶縁膜１０２を成膜するので、イオン照射の前に熱酸化膜の形成を行う必要がある。
【００５５】
次に、絶縁膜１０２が形成されたボンド基板１００の表面処理を行う。絶縁膜１０２の表面処理は、オゾン水による洗浄、純水による超音波洗浄、純水と窒素による２流体ジェット洗浄、原子ビーム若しくはイオンビームの照射処理、オゾン処理、プラズマ処理、若しくはラジカル処理で行うことができる。又はこれらの方法を組み合わせて行うことができる。原子ビーム若しくはイオンビームを利用する場合には、アルゴン等の不活性ガス中性原子ビーム若しくは不活性ガスイオンビームを用いることができる。超音波洗浄はメガヘルツ超音波洗浄（メガソニック洗浄）が好ましい。以上の表面処理を行うことによって、有機物の除去と、絶縁膜１０２表面の親水性を向上させる表面の活性化処理を行うことができる。これによって、ボンド基板とベース基板の接合強度の向上を図ることができる。
【００５６】
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。
【００５７】
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）
【００５８】
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））が生成される。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）が生成される。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。
【００５９】
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）
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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の水準で、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。
【００６３】
次に、ボンド基板１００と貼り合わせるベース基板１０８の準備を行う。ベース基板１０８としては、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの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、サファイア基板等を用いることができる。また、ベース基板１０８として無アルカリガラス基板を用いると、不純物による半導体装置の汚染を抑えることができる。また、ベース基板１０８として、ガラス基板を用いる場合は、酸化セリウムなどで研磨され、平坦性が良好な表面を有しているガラス基板を用いることが好ましい。ベース基板１０８の表面が良好な平坦性を有するほど接合強度を高めることができる。よって、ガラス基板の表面を接合面とする場合は、ガラス基板の表面を研磨することで、接合強度が高まり接合不良を低減することができる。
【００６４】
また、ベース基板１０８として、液晶パネルの製造用に開発されたマザーガラス基板を用いることが好ましい。マザーガラスとしては、例えば、第３世代（５５０ｍｍ×６５０ｍｍ）、第３．５世代（６００ｍｍ×７２０ｍｍ）、第４世代（６８０ｍｍ×８８０ｍｍまたは、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）、第５世代（１１００ｍｍ×１３００ｍｍ）、第６世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ）、第１０世代（２８５０ｍｍ×３０５０ｍｍ）などのサイズの基板が知られている。大面積のマザーガラス基板をベース基板１０８として用いてＳＯＩ基板を製造することで、ＳＯＩ基板の大面積化が実現できる。ＳＯＩ基板の大面積化が実現すれば、一度に多くのＩＣ、ＬＳＩ等のチップを製造することができ、１枚の基板から製造されるチップ数が増加するので、生産性を飛躍的に向上させることができる。
【００６５】
ベース基板１０８の表面は、あらかじめ洗浄しておくことが好ましい。具体的には、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、ベース基板１０８の超音波洗浄（メガヘルツ超音波洗浄）を行う。例えば、塩酸過水を用いて、ベース基板１０８表面を超音波洗浄することが好ましい。また、２流体ジェット洗浄や、オゾン水による洗浄を行ってもよい。このような洗浄処理を行うことによって、ベース基板１０８表面の平坦化や残存する研磨粒子の除去を行うことができる。
【００６６】
また、図２（Ａ）に示すように、ベース基板１０８上に絶縁膜１０６を形成しておくのが好ましい。ベース基板１０８の表面に絶縁膜１０６として、バリア膜として機能する窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、または窒化酸化アルミニウム膜などを形成しておくことで、ベース基板１０８からボンド基板１００に、アルカリ金属やアルカリ土類金属などの不純物が入り込むのを防ぐことができる。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。なお、ベース基板１０８は、その表面に絶縁膜１０６が必ずしも形成されている必要はない。
【００６７】
ベース基板１０８上に絶縁膜１０６を形成する場合、絶縁膜１０２と同様に、絶縁膜１０６の表面にオゾン処理などの表面処理を行ってから貼り合わせを行うのが好ましい。
【００６８】
次に図２（Ｂ）に示すように、ボンド基板１００表面の絶縁膜１０２とベース基板１０８表面の絶縁膜１０６とを対向させて貼り合わせる。
【００６９】
貼り合わせは、ボンド基板１００表面の絶縁膜１０２とベース基板１０８表面の絶縁膜１０６とを密着させてから、ベース基板１０８の一箇所に０．１Ｎ／ｃｍ２以上５００Ｎ／ｃｍ２以下、好ましくは１Ｎ／ｃｍ２以上２０Ｎ／ｃｍ２以下程度の圧力を加える。ベース基板１０８の圧力をかけた部分から絶縁膜１０２と絶縁膜１０６とが接合し始め、自発的に接合が形成されて全面におよび、ベース基板１０８とボンド基板１００とが貼り合わされる。
【００７０】
接合はファン・デル・ワールス力を用いて行われているため、室温でも強固な接合が形成される。ボンド基板１００とベース基板１０８とに圧力を加えることで水素結合により強固な接合を形成することが可能である。なお、上記接合は低温で行うことが可能であるため、上述したようにベース基板１０８は様々なものを用いることが可能である。
【００７１】
ベース基板１０８にボンド基板１００を貼り合わせた後、絶縁膜１０２と絶縁膜１０６の接合界面での結合力を増加させるための加熱処理を行うことが好ましい。この処理温度は、脆化層１０４に亀裂を発生させない温度とし、２００℃以上４５０℃以下の温度範囲で処理することができる。また、この温度範囲で加熱しながら、ベース基板１０８にボンド基板１００を貼り合わせてもよい。
【００７２】
加熱処理には、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、抵抗加熱炉、マイクロ波加熱装置を用いることができる。ＲＴＡ装置には、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。接合界面での結合力を増加させるための加熱処理は、貼り合わせを行った装置或いは場所で、そのまま連続して行うことが好ましい。また、接合界面での結合力を増加させるための加熱処理からそのまま連続して、脆化層１０４を境としたボンド基板１００を分離する熱処理を行ってもよい。
【００７３】
通常、このような温度で熱処理を行った場合には、接合強度をある程度は増加させることは可能であるが、十分な接合強度を得ることは難しい。これは、ボンド基板とベース基板を接合させた後に熱処理を行うと、接合界面において脱水縮合反応が生じ共有結合が形成されることにより接合が強化されるが、脱水縮合反応を促進させるためには、脱水縮合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ためである。つまり、接合後の熱処理温度を高くすることにより、脱水縮合反応で接合界面に生じた水分を除去し接合強度を向上させることができるが、熱処理温度が低い場合には、脱水縮合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、脱水縮合反応が進まず、接合強度を十分に向上させることができない。
【００７４】
一方で、絶縁膜１０２として、塩素原子等を含有させた酸化膜を用いた場合、絶縁膜１０２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絶縁膜１０２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、絶縁膜１０２と絶縁膜１０６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、絶縁膜１０２の表面近傍にマイクロポアを形成し、水分を効果的に絶縁膜１０２に吸収し拡散させ、低温であっても絶縁膜１０２と絶縁膜１０６の接合強度を向上させることができる。
【００７５】
なお、ボンド基板１００とベース基板１０８とを貼り合わせるときに、接合面にゴミやパーティクルなどが付着してしまうと、付着部分はボンド基板１００とベース基板１０８の接合が行われず、ボンド基板１００を熱処理してベース基板１０８上に半導体膜１１２を形成した際に、ゴミやパーティクルの付着部分は、半導体膜の欠損領域となる。この半導体膜１１２の欠損領域は、後で半導体膜１１２にレーザ光を照射することによって拡張される危険性がある。接合面の汚染を防ぐために、ボンド基板１００とベース基板１０８との貼り合わせは、気密な処理室内で行うことが好ましい。また、ボンド基板１００とベース基板１０８との貼り合わせるとき、処理室内を５．０×１０−３Ｐａ程度の減圧状態とし、接合処理の雰囲気を清浄にするようにしても良い。
【００７６】
次いで図２（Ｃ）に示すように、加熱処理を行うことで、脆化層１０４において隣接する微小ボイドどうしが結合して、微小ボイドの体積が増大する。その結果、脆化層１０４においてボンド基板１００が爆発的な反応を伴って分離し、ボンド基板１００は、半導体膜１１２と分離後のボンド基板１１０に分離する。絶縁膜１０２はベース基板１０８表面の絶縁膜１０６に接合しているので、ベース基板１０８上にはボンド基板１００から分離された半導体膜１１２が固定される。半導体膜１１２をボンド基板１００から分離するための加熱処理の温度は、ベース基板１０８の歪み点を越えない温度とするのが好ましい。
【００７７】
図８（Ａ）に示すように、脆化層１０４中の微小ボイド１０９は、上述のイオン照射によって、平均侵入深さの位置に著しく多く存在するため、ボンド基板１００を半導体膜１１２と分離後のボンド基板１１０に分離する際の分離面の局所的に大きな凹凸は低減される。よって、ベース基板１０８上の半導体膜１１２から膜厚が局所的に薄い領域が低減されているため、後の工程で半導体膜１１２にレーザ光を照射する際に、膜厚が局所的に薄い領域で半導体膜が消失し、欠損領域が形成されることを低減することができる。
【００７８】
この加熱処理も接合界面での結合力を増加させるための加熱処理と同様の装置を用いて行うことができる。つまり、加熱処理には、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、抵抗加熱炉、マイクロ波加熱装置を用いることができる。ＲＴＡ装置には、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。
【００７９】
ＧＲＴＡ装置を用いる場合は、加熱温度５５０℃以上６５０℃以下、処理時間０．５分以上６０分以内とすることができる。抵抗加熱装置を用いる場合は、加熱温度２００℃以上６５０℃以下、処理時間２時間以上４時間以内とすることができる。
【００８０】
また、上記加熱処理は、マイクロ波などの高周波による誘電加熱を用いて行っても良い。誘電加熱による加熱処理は、高周波発生装置において生成された周波数３００ＭＨｚ以上３ＴＨｚ以下の高周波をボンド基板１００に照射することで行うことができる。具体的には、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を９００Ｗ、１４分間照射することで、脆化層において隣接する微小ボイドどうしを結合させ、最終的にボンド基板１００を分離させることができる。
【００８１】
なお、分離後のボンド基板１１０は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などの処理を施して、再びボンド基板１００として使用するのが望ましい。再生した半導体基板は他の用途に用いてもよい。
【００８２】
図２（Ｃ）に示す半導体膜１１２は、水素イオンのドーズ量が、ボンド基板１００の分離下限となる水素イオンドーズ量より増加された水素イオン照射によって、局所的に大きな凹凸は低減されている。しかし、上記のイオン照射や熱処理によるボンド基板１００の分離によって、表面に結晶欠陥が形成され、平坦性も劣化している。このような表面状態の半導体膜１１２上にゲート絶縁膜を形成しても、高い絶縁耐圧のゲート絶縁膜とするのは困難である。また、半導体膜１１２中に結晶欠陥が存在すると、ゲート絶縁膜との界面における局在準位密度が高くなるなどの悪影響を及ぼすことになる。そこで、レーザ光を照射することによって、半導体膜１１２の結晶性回復及び平坦化処理を行う。なお、半導体膜１１２へのレーザ光照射に加えて、エッチング処理を組み合わせるとより好ましい。
【００８３】
また、半導体膜１１２の表面には自然酸化膜が形成されていることが多い。自然酸化膜が形成されたまま半導体膜１１２にレーザ光を照射しても、半導体膜表面の結晶性回復及び平坦化の効果を十分に得ることが難しい。よって、レーザ光を半導体膜１１２に照射する前に自然酸化膜を除去することが好ましい。
【００８４】
自然酸化膜の除去は、エッチング処理を用いて行うことができ、ドライエッチングを用いるのが好ましい。自然酸化膜の除去にウェットエッチングを用いた場合、半導体膜１１２、絶縁膜１０２及び絶縁膜１０６に微細なクラックや孔が存在すると、薬液が微細なクラックや孔からベース基板１０８を浸食し、ベース基板１０８中に空洞が形成される危険性がある。ベース基板１０８に空洞の形成されたＳＯＩ基板にレーザ光の照射を行うと、空洞内の空気が加熱されて体積が膨張し、空洞上の半導体膜１１２が飛ばされ、半導体膜１１２に欠損領域が形成される恐れがある。
【００８５】
自然酸化膜除去のためのエッチング処理は、ドライエッチングならば特に限定はされない。レーザ光の照射前のエッチング処理は、ドライエッチングを行えるものであれば特に限定されない。例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）エッチング法、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）エッチング法、平行平板型（容量結合型）エッチング法、マグネトロンプラズマエッチング法、２周波プラズマエッチング法またはヘリコン波プラズマエッチング法等を用いることができる。エッチングガスは、例えば、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４などの塩素系ガス、ＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、Ｃ２Ｆ６、ＮＦ３、弗化硫黄等のフッ素系のガス、ＨＢｒ等の臭素系のガスを用いることによりエッチングすることが可能である。その他、Ｈｅ、Ａｒ、Ｘｅなどの不活性ガス、又はＯ２、Ｈ２を用いることができる。これらのエッチングガスは、一種類又は複数種類を組み合わせて用いることができる。例えば、ＩＣＰエッチング法を用いる場合、エッチングガスであるアルゴンの流量１００ｓｃｃｍ、コイル型の電極に投入する電力５００Ｗ、下部電極（バイアス側）に投入する電力１００Ｗ、反応圧力１．３５Ｐａとすれば良い。
【００８６】
また、自然酸化膜の除去に続けて、半導体膜１１２表面の除去も行い、半導体膜１１２表面に形成されている結晶欠陥及び凹凸を除去してもよい。レーザ光を照射する前に半導体膜１１２表面の結晶欠陥を除去しておくことで、レーザ光照射時に結晶欠陥が半導体膜中に取り込まれることを防ぐことができる。半導体膜１１２表面除去の方法としては、自然酸化膜の除去と同様にエッチング処理をすればよく、ドライエッチングを用いるのが好ましい。ドライエッチングの詳細についても、上述の自然酸化膜のドライエッチングと同様に行えばよい。
【００８７】
次に、図３（Ａ）に示すように、半導体膜１１２にレーザ光１１４を照射する。レーザ光１１４を半導体膜１１２に照射することによって、半導体膜１１２を溶融させることができる。レーザ光１１４により溶融された部分が冷却して固化することによって、図３（Ｂ）に示すように、半導体膜１１２の平坦性と結晶欠陥が改善される。レーザ光１１４を用いて半導体膜１１２を加熱することで、ベース基板１０８は直接加熱されないので、ベース基板１０８の温度上昇を抑えることができる。ゆえに、ガラス基板のような耐熱性の低い基板をベース基板１０８に用いることが可能になる。
【００８８】
レーザ光１１４の照射によって半導体膜１１２は部分溶融させることが好ましい。完全溶融させると、液相となった半導体膜１１２での無秩序な核発生により、半導体膜１１２が再結晶化することとなり、半導体膜１１２の結晶性が低下するからである。部分溶融させることで、半導体膜１１２では、溶融されていない固相部分から結晶成長が進行する、いわゆる縦成長が起こる。縦成長による再結晶化によって、半導体膜１１２の結晶欠陥が減少され、結晶性が回復される。なお、半導体膜１１２が完全溶融状態であるとは、半導体膜１１２が絶縁膜１０２との界面まで溶融され、液体状態になっていることをいう。他方、半導体膜１１２が部分溶融状態であるとは、半導体膜１１２の、上層が溶融して液相であり、下層が固相である状態をいう。
【００８９】
ここで、レーザ光１１４を半導体膜１１２に照射するときに、半導体膜１１２に膜厚が局所的に薄い領域が形成されていると、レーザ光１１４の照射により半導体膜１１２の膜厚が局所的に薄い領域がアブレーションを起こして半導体膜１１２に欠損領域が形成されてしまう。
【００９０】
しかし、本実施の形態では上述のように、イオン照射により脆化層１０４を形成する際の水素イオンドーズ量を、ボンド基板１００の分離下限となる水素イオンドーズ量より増加し、好ましくは、水素イオンドーズ量を、ボンド基板の分離下限となる水素イオンドーズ量の２．２倍以上にする。それによって、脆化層１０４の有する微小ボイドの個数が増え、平均侵入深さの位置に形成される微小ボイドの個数が、平均侵入深さの位置からはずれた微小ボイドの個数と比較して著しく増加する。これによって、ボンド基板１００を熱処理によって半導体膜と分離後のボンド基板に分離する際に、平均侵入深さの位置に形成される微小ボイド同士が結合しやすくなるため、ベース基板１０８上に形成される半導体膜１１２の膜厚が局所的に薄い領域が低減される。よって、半導体膜１１２にレーザ光１１４を照射することで、アブレーションが起きて形成される半導体膜１１２の欠損領域を低減することができる。
【００９１】
レーザ光１１４を発振するレーザは、連続発振レーザ、疑似連続発振レーザ及びパルス発振レーザのいずれでもよいが、パルス発振レーザを用いることが好ましい。これは瞬間的に高エネルギーのパルスレーザ光を発振することができ、溶融状態を作り出すことが容易となるためである。
【００９２】
レーザ発振器としては、例えば、ＫｒＦレーザなどのエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ等の気体レーザがある。その他、固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＫＧＷレーザ、ＫＹＷレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ等がある。なお、エキシマレーザはパルス発振レーザであるが、ＹＡＧレーザなどの固体レーザには、連続発振レーザにも、疑似連続発振レーザにも、パルス発振レーザにもなるものがある。
【００９３】
レーザ光の波長は、半導体膜１１２に吸収される波長であり、レーザ光の表皮深さ（ｓｋｉｎ  ｄｅｐｔｈ）等を考慮して決定することができる。例えば、波長は２５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲とすることができる。また、レーザ光のエネルギーにも、レーザ光の波長、レーザ光の表皮深さ、半導体膜１１２の膜厚等を考慮して決定することができる。レーザ光のエネルギーは、例えば、３００ｍＪ／ｃｍ２以上１Ｊ／ｃｍ２以下の範囲とすることができる。またレーザ光の照射は、大気雰囲気のような酸素を含む雰囲気、または窒素雰囲気のような不活性雰囲気で行うことができる。窒素などの不活性雰囲気のほうが、大気雰囲気よりも半導体膜１１２の平坦性を向上させる効果が高い。
【００９４】
なお、レーザ光を照射する際に、ベース基板１０８上の半導体膜１１２を加熱し、半導体膜１１２の温度を上昇させてもよい。加熱温度は４００℃以上７００℃以下が好ましく、４５０℃以上６５０℃以下がより好ましい。
【００９５】
例えば、レーザ光１１４の照射工程は、次のように行うことができる。レーザ光１１４のレーザ発振器として、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長：３０８ｎｍ、パルス幅：２５ｎ秒、繰り返し周波数３０Ｈｚ）を用いる。光学系により、レーザ光１１４の断面を１５０ｍｍ×０．３４ｍｍの線状に整形する。レーザ光１１４の走査速度を１．０ｍｍ／秒とし、スキャンピッチを３３μｍ、ビームショット数を約１０ショットで、レーザ光１１４を半導体膜１１２に照射する。エネルギー密度を８５２ｍＪ／ｃｍ２にする。照射面に窒素ガスを吹き付けながら、レーザ光１１４を走査する。
【００９６】
次に図３（Ｃ）に示すように、後に形成される半導体装置に対して最適となる膜厚まで半導体膜１１２を薄膜化するための薄膜化処理を行うのが好ましい。薄膜化処理としては、上述の自然酸化膜の除去と同様にドライエッチングを用いるのが好ましい。ドライエッチングも自然酸化膜のドライエッチングと同様に行い、目的とする膜厚に合わせて適宜行えばよい。例えば、半導体膜１１２として単結晶シリコンを用いている場合、ＳＦ６をプロセスガスに用いてドライエッチングを行えばよい。
【００９７】
レーザ光を照射した後、半導体膜１１２に５００℃以上７００℃以下の加熱処理を行うことが好ましい。この加熱処理によって、レーザ光の照射で回復されなかった、半導体膜１１２の欠陥の消滅、半導体膜１１２の歪みの緩和をすることができる。この加熱処理には、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、抵抗加熱炉、マイクロ波加熱装置を用いることができる。ＲＴＡ装置には、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。例えば、抵抗加熱炉を用いた場合は、６００℃で４時間程度加熱するとよい。
【００９８】
以上の工程より、図３（Ｃ）に示すような、ベース基板１０８上に絶縁膜１０６及び絶縁膜１０２を介して半導体膜１１２が形成されたＳＯＩ基板を作製することができる。本実施の形態で示したＳＯＩ基板の作製方法を用いることによって、結晶欠陥が改善され、平坦性が向上し、欠損領域の低減された単結晶半導体膜をガラス基板のような耐熱性の低い基板上に有するＳＯＩ基板を作製することができる。また、そのような半導体基板を用いることによって素子特性の良好な半導体装置を作製することができる。
【００９９】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で作製したＳＯＩ基板を用いて半導体装置を作製する。図４乃至図６の図面を参照して、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。
【０１００】
まず、半導体膜１１２に、ｎチャネル型薄膜トランジスタ及びｐチャネル型薄膜トランジスタの形成領域に合わせて、硼素、アルミニウム、ガリウムなどのｐ型不純物元素、若しくはリン、砒素などのｎ型不純物元素を添加することが好ましい。例えば、ｎチャネル型薄膜トランジスタの形成領域に対応してｐ型不純物元素を添加し、ｐチャネル型薄膜トランジスタの形成領域に対応してｎ型不純物元素を添加して、所謂ウェル領域を形成する。不純物イオンのドーズ量は１×１０１２ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上１×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下程度で行えばよい。さらに、薄膜トランジスタのしきい値電圧を制御する場合には、これらのウェル領域にｎ型不純物元素若しくはｐ型不純物元素を添加すればよい。
【０１０１】
次に、エッチングにより、半導体膜１１２を素子分離して、図４（Ａ）に示すように半導体膜１１６及び半導体膜１１８を形成する。本実施の形態において、半導体膜１１６はｎチャネル型のＴＦＴを構成し、半導体膜１１８はｐチャネル型のＴＦＴを構成する。
【０１０２】
次に図４（Ｂ）に示すように、半導体膜１１６、半導体膜１１８、絶縁膜１０２及びベース基板１０８を覆うようにゲート絶縁膜１２０を形成する。ゲート絶縁膜１２０は、プラズマＣＶＤ法を用いて、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル等を含む絶縁膜を、単層構造又は積層構造で形成することにより形成するのが好ましい。
【０１０３】
プラズマＣＶＤ法以外の作製方法としては、スパッタリング法や、高密度プラズマ処理による半導体膜１１６及び半導体膜１１８の酸化または窒化による方法が挙げられる。高密度プラズマ処理は、例えば、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガスと、酸素、酸化窒素（亜酸化窒素を含む）、アンモニア、窒素、水素などガスの混合ガスを用いて行う。この場合、プラズマの励起をマイクロ波の導入により行うことで、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。このような高密度の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、半導体層の表面を酸化または窒化することにより、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下、好ましくは２ｎｍ以上１０ｎｍ以下の絶縁層を半導体層に接するように形成する。なお、高密度プラズマ処理による半導体膜１１６及び半導体膜１１８の酸化または窒化によってゲート絶縁膜１２０を形成した場合、ゲート絶縁膜１２０は図４（Ｂ）とは異なり、半導体膜１１６及び半導体膜１１８のみを覆うように形成される。
【０１０４】
上述した高密度プラズマ処理による半導体層の酸化または窒化は固相反応であるため、ゲート絶縁膜１２０と半導体膜１１６及び半導体膜１１８との界面準位密度をきわめて低くすることができる。また、高密度プラズマ処理により半導体層を直接酸化または窒化することで、形成される絶縁層の厚さのばらつきを抑えることが出来る。また、半導体層が結晶性を有するため、高密度プラズマ処理を用いて半導体層の表面を固相反応で酸化させる場合であっても、結晶粒界における不均一な酸化を抑え、均一性が良く、界面準位密度の低いゲート絶縁層を形成することができる。このように、高密度プラズマ処理により形成された絶縁膜をトランジスタのゲート絶縁膜の一部または全部に用いることで、特性のばらつきを抑制することができる。
【０１０５】
プラズマ処理による絶縁膜の作製方法のより具体的な一例について説明する。亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）を、アルゴン（Ａｒ）を用いて１倍以上３倍以下（流量比）に希釈し、１０Ｐａ以上３０Ｐａ以下の圧力下で３ｋＷ以上５ｋＷ以下のマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）電力を印加して、半導体膜１１６及び半導体膜１１８の表面を酸化または窒化させる。この処理により１ｎｍ以上１０ｎｍ以下（好ましくは２ｎｍ以上６ｎｍ以下）のゲート絶縁膜１２０の下層を形成する。さらに、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）とシラン（ＳｉＨ４）を導入し、１０Ｐａ以上３０Ｐａ以下の圧力下で３ｋＷ以上５ｋＷ以下のマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）電力を印加して気相成長法により酸化窒化シリコン膜を形成し、ゲート絶縁膜１２０の上層とする。このように、固相反応と気相成長法を組み合わせてゲート絶縁膜１２０を形成することにより界面準位密度が低く絶縁耐圧の優れたゲート絶縁膜１２０を形成することができる。なお、この場合においてゲート絶縁膜１２０は２層構造となる。
【０１０６】
或いは、半導体膜１１６及び半導体膜１１８を熱酸化させることで、ゲート絶縁膜１２０を形成するようにしても良い。このような熱酸化を用いる場合には、耐熱性の比較的高いベース基板を用いることが好ましい。なお、半導体膜１１６及び半導体膜１１８の熱酸化によってゲート絶縁膜１２０を形成した場合、ゲート絶縁膜１２０は図４（Ｂ）とは異なり、半導体膜１１６及び半導体膜１１８のみを覆うように形成される。
【０１０７】
なお、ゲート絶縁膜１２０は半導体層との界面を形成するため、酸化シリコン膜若しくは酸化窒化シリコン膜が界面となるように形成することが好ましい。これは、窒化シリコン膜又は窒化酸化シリコン膜のように酸素よりも窒素の含有量が多い膜を形成すると、トラップ準位が形成され界面特性が問題となる恐れがあるからである。
【０１０８】
なお、水素を含むゲート絶縁膜１２０を形成し、その後、３５０℃以上４５０℃以下の温度による加熱処理を行うことで、ゲート絶縁膜１２０中に含まれる水素を半導体膜１１６及び半導体膜１１８中に拡散させるようにしても良い。この場合、ゲート絶縁膜１２０として、プラズマＣＶＤ法を用いた窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを用いることができる。なお、プロセス温度は３５０℃以下とすると良い。このように、半導体膜１１６及び半導体膜１１８に水素を供給することで、半導体膜１１６中、半導体膜１１８中、ゲート絶縁膜１２０と半導体膜１１６の界面、及びゲート絶縁膜１２０と半導体膜１１８の界面における欠陥を効果的に低減することができる。
【０１０９】
次に、図４（Ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜１２０を覆うように第１の導電膜１２２を成膜し、さらに第１の導電膜１２２を覆うように第２の導電膜１２４を成膜し、２層構造の積層導電膜１２５を形成する。第１の導電膜１２２及び第２の導電膜１２４はゲート電極を構成する２層構造の積層導電膜である。ここで、第１の導電膜１２２は、圧縮応力を有し、第２の導電膜１２４は同程度の大きさの引っ張り応力を有することが好ましい。また、第１の導電膜１２２は、引っ張り応力を有し、第２の導電膜１２４は同程度の大きさの圧縮応力を有していてもよい。このようにして、第１の導電膜１２２の応力を第２の導電膜１２４の応力で緩和することにより、第１の導電膜１２２及び第２の導電膜１２４が応力によりはがれることを防ぐことができる。
【０１１０】
第１の導電膜１２２及び第２の導電膜１２４には、タングステン、タンタル、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、クロム、或いはニオブ等から選択された元素、前述の元素を含む合金材料、前述の元素を含む化合物材料、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコンに代表される半導体材料などの導電材料を用いることができる。その際、第１の導電膜１２２の応力を、第２の導電膜１２４の応力が緩和するように、導電材料及びその成膜条件を適宜選択してやればよい。以上の導電材料をスパッタリング法やＣＶＤ法により、積層構造で形成する。導電膜の積層構造は、２層に限られるものではなく、３層以上の構造としても良い。また、積層導電膜１２５の代わりに単層の導電膜を用いても良い。本実施の形態では、ゲート電極を形成する積層導電膜１２５を、第１の導電膜１２２及び第２の導電膜１２４の２層構造で形成する。
【０１１１】
本実施の形態のように、第１の導電膜１２２及び第２の導電膜１２４の２層の積層構造でゲート電極を形成する場合は、例えば、窒化タンタル層とタングステン層、窒化チタン層とタングステン層、窒化モリブデン層とモリブデン層などの積層構造を形成することができる。窒化タンタル層とタングステン層との積層構造を形成すると、両者のエッチングレートに差がつけやすく、エッチングの選択比を高くできるため好ましい。なお、例示した２層の積層導電膜１２５において、先に記載した層（例えば窒化タンタル層）をゲート絶縁膜１２０上に接して形成することが好ましい。例えば、第１の導電膜１２２を２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さで形成し、第２の導電膜１２４を１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の厚さで形成する。
【０１１２】
次に、第２の導電膜１２４の上にレジストマスク１２６及びレジストマスク１２８を選択的に形成する。それから、レジストマスク１２６及びレジストマスク１２８を用いて第１の導電膜１２２及び第２の導電膜１２４に第１のエッチング処理及び第２のエッチング処理を行う。
【０１１３】
まず、図４（Ｄ）に示すように、レジストマスク１２６及びレジストマスク１２８を用いた第１のエッチング処理により第１の導電膜１２２、第２の導電膜１２４を選択的にエッチングして、半導体膜１１６上に第１の導電膜１３０および第２の導電膜１３４を、半導体膜１１８上に第１の導電膜１３２及び第２の導電膜１３６を形成する。第１のエッチング処理では、第１の導電膜１３０、１３２および第２の導電膜１３４、１３６がテーパー（傾斜）を有する形状となるようにする。
【０１１４】
次に、図５（Ａ）に示すように、レジストマスク１２６及びレジストマスク１２８を用いた第２のエッチング処理により第２の導電膜１３４、１３６を選択的にエッチングして、半導体膜１１６上に第２の導電膜１３８を、半導体膜１１８上に第２の導電膜１４０を形成する。第２のエッチング処理では、異方性エッチングを行うことによって、第２の導電膜１３８、１４０のテーパーが垂直に近い形状となるようにする。なお、第２の導電膜１３８は第１の導電膜１３０よりも幅が小さくなるように形成する。同様に、第２の導電膜１４０は、第１の導電膜１３２よりも幅が小さくなるように形成する。ここで幅とは、キャリアがチャネル形成領域を流れる方向（ソース領域とドレイン領域を結ぶ方向）に平行な方向の長さのことを指す。このようにして、第１の導電膜１３０及び第２の導電膜１３８からなる２層構造のゲート電極１４２、並びに第１の導電膜１３２及び第２の導電膜１４０からなる２層構造のゲート電極１４４を形成する。
【０１１５】
第１のエッチング処理及び第２のエッチング処理に適用するエッチング法は適宜選択すればよいが、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）方式やＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：誘導結合プラズマ）方式などの高密度プラズマ源を用いたドライエッチング装置を用いるとエッチング速度を向上できるため好ましい。第１のエッチング処理および第２のエッチング処理のエッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節することで、第１の導電膜１３０、１３２、及び第２の導電膜１３８、１４０の側面を所望のテーパー形状とすることができる。所望のゲート電極１４２、１４４を形成した後、レジストマスク１２６、１２８は除去すればよい。
【０１１６】
次に、図５（Ｂ）に示すように、半導体膜１１６を覆うようにレジストマスク１４６を選択的に形成する。そして、レジストマスク１４６をマスクとして、半導体膜１１８にｐ型不純物元素１４８を添加する。半導体膜１１８には、半導体膜１１８の上方に形成された第１の導電膜１３２および第２の導電膜１４０がマスクとなって、自己整合的に一対の高濃度不純物領域１５０と、一対の低濃度不純物領域１５２と、チャネル形成領域１５４が形成される。
【０１１７】
ここでは、半導体膜１１８にｐチャネル型電界効果トランジスタを形成するため、ｐ型不純物元素１４８としては、硼素、アルミニウム、ガリウムなどのｐ型不純物元素を添加する。ここでは、ｐチャネル型電界効果トランジスタを形成するため、ｐ型不純物元素１４８として硼素を添加する。また、高濃度不純物領域１５０に、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下程度の濃度で硼素が含まれるようにする。高濃度不純物領域１５０は、ソース領域又はドレイン領域として機能する。
【０１１８】
半導体膜１１８において、第１の導電膜１３２と重ならない領域に高濃度不純物領域１５０が形成され、第１の導電膜１３２と重なり、第２の導電膜１４０と重ならない領域に低濃度不純物領域１５２が形成され、第２の導電膜１４０と重なる領域にチャネル形成領域１５４が形成される。低濃度不純物領域１５２は、高濃度不純物領域１５０よりも低不純物濃度となる。
【０１１９】
レジストマスク１４６を除去した後、図５（Ｃ）に示すように、半導体膜１１８を覆うようにレジストマスク１５６を選択的に形成する。そして、レジストマスク１５６をマスクとして、半導体膜１１６にｎ型不純物元素１５８を添加する。半導体膜１１６には、上方に形成された第１の導電膜１３０および第２の導電膜１３８がマスクとなって、自己整合的に一対の高濃度不純物領域１６０と、一対の低濃度不純物領域１６２と、チャネル形成領域１６４が形成される。
【０１２０】
ここでは、半導体膜１１６にｎチャネル型電界効果トランジスタを形成するため、ｎ型不純物元素１５８としてリン、砒素などのｎ型不純物元素を添加する。例えばｎ型不純物元素１５８としてリンを添加し、高濃度不純物領域１６０に５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下程度の濃度でリンが含まれるようにする。高濃度不純物領域１６０は、ソース領域又はドレイン領域として機能する。
【０１２１】
半導体膜１１６において、第１の導電膜１３０と重ならない領域に高濃度不純物領域１６０が形成され、第１の導電膜１３０と重なり第２の導電膜１３８と重ならない領域に低濃度不純物領域１６２が形成され、第２の導電膜１３８と重なる領域にチャネル形成領域１６４が形成される。低濃度不純物領域１６２は、高濃度不純物領域１６０よりも低不純物濃度となる。
【０１２２】
なお、半導体膜１１８に高濃度不純物領域１５０、低濃度不純物領域１５２、チャネル形成領域１５４を形成し、半導体膜１１６に高濃度不純物領域１６０、低濃度不純物領域１６２、チャネル形成領域１６４を形成する順序などは本実施の形態に限られるものでなく、適宜変更することができる。また、半導体膜１１６、半導体膜１１８に不純物領域（高濃度不純物領域１５０、低濃度不純物領域１５２、高濃度不純物領域１６０及び低濃度不純物領域１６２）形成後は、熱処理やレーザビームの照射などを適宜行うことにより、活性化（低抵抗化）するのが好ましい。
【０１２３】
次に、図６（Ａ）に示すように、ゲート電極１４２、ゲート電極１４４、およびゲート絶縁膜１２０上を覆う絶縁膜１６６を形成する。絶縁膜１６６は、ＣＶＤ法やスパッタリング法により、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は窒化酸化シリコン膜などを形成する。例えば、絶縁膜１６６として、プラズマＣＶＤ法により酸化窒化シリコン膜（膜厚５０ｎｍ）を形成する。次に、４００℃以上、ベース基板１０８の歪み点温度以下で熱処理を行うことで、不純物領域（高濃度不純物領域１５０、低濃度不純物領域１５２、高濃度不純物領域１６０及び低濃度不純物領域１６２）の活性化を行うことができる。例えば、窒素雰囲気下で４８０℃、１時間の熱処理を行う。絶縁膜１６６を形成した後に熱処理を行うことで、該熱処理によるゲート電極の酸化を防ぐことができる。なお、熱処理の際に雰囲気を制御することで、絶縁膜１６６を形成しなくともゲート電極の酸化を防ぐこともできる。
【０１２４】
次に、図６（Ｂ）に示すように、絶縁膜１６６上に、第１の層間絶縁膜１６８および第２の層間絶縁膜１７０を形成する。第１の層間絶縁膜１６８、第２の層間絶縁膜１７０としては、ＣＶＤ法やスパッタリング法により、酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化シリコン層、又は窒化酸化シリコン層等を形成することができる。また、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル若しくはエポキシ等の有機材料、シロキサン樹脂等のシロキサン材料、又はオキサゾール樹脂などを用いて、スピンコート法などの塗布法により形成することができる。なお、シロキサン材料とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む材料に相当する。
【０１２５】
なお、ゲート電極１４２、１４４上層に形成される絶縁膜としては、水素を含有する絶縁膜を少なくとも１層形成し、熱処理を行うことにより、単結晶半導体膜に存在するダングリングボンドの水素終端化を図ることが好ましい。水素を含有する絶縁膜を形成した後、例えば３５０℃以上４７０℃以下、好ましくは４００℃以上４５０℃以下の処理温度で熱処理を行うことで、絶縁膜に含有された水素が熱処理により熱的に励起して拡散され、絶縁膜を通過して単結晶半導体膜に到達する。そして、到達した水素により単結晶半導体膜に存在するダングリングボンドが水素終端される。半導体層、特にチャネル形成領域にダングリングボンドが存在すると、完成するトランジスタの電気的特性に悪影響を与えかねないため、本実施の形態のように水素終端化を行うことは効果的である。水素終端化を行うことで、ゲート絶縁膜と単結晶半導体膜との界面特性の改善を図ることができる。
【０１２６】
水素を含有する絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法により、水素を含む成膜用のプロセスガスを用いることで形成することができる。また、水素を含有する絶縁膜を形成しなくとも、水素を含む雰囲気中で熱処理を行うことにより、単結晶半導体膜のダングリングボンドの水素終端化を行うこともできる。例えば、第１の層間絶縁膜１６８として水素を含有する絶縁膜を形成し、その上層に第２の層間絶縁膜１７０を形成した後、水素終端する熱処理を行う。この場合、第２の層間絶縁膜１７０は、第１の層間絶縁膜１６８に含まれる水素が脱水素化しない成膜条件で成膜する。
【０１２７】
例えば、プラズマＣＶＤ法により、第１の層間絶縁膜１６８である窒化酸化シリコン膜（膜厚３００ｎｍ）と第２の層間絶縁膜１７０である酸化窒化シリコン膜（膜厚４５０ｎｍ）とを連続成膜する。窒化酸化シリコン膜は成膜用のプロセスガスとしてモノシラン、アンモニア、水素および酸化窒素を用いる。酸化窒化シリコン膜は成膜用のプロセスガスとしてモノシランと酸化窒素を用いる。また、処理温度は２００℃以上３００℃以下程度とすることで、窒化酸化シリコン膜に含有される水素を脱水素化することなく、絶縁膜を形成できる。そして、第２の層間絶縁膜１７０を形成した後、窒素雰囲気下で４１０℃１時間の熱処理を行うことにより、単結晶半導体膜の水素終端化を行う。
【０１２８】
次に、図６（Ｃ）に示すように、第２の層間絶縁膜１７０、第１の層間絶縁膜１６８、絶縁膜１６６およびゲート絶縁膜１２０にコンタクトホールを形成し、該コンタクトホールを埋めるように配線１７２、配線１７４を形成する。ここでは、一対の高濃度不純物領域１６０それぞれに達する一対のコンタクトホールを形成し、該コンタクトホールを通じて高濃度不純物領域１６０に達する一対の配線１７２を形成する。同時に、一対の高濃度不純物領域１５０それぞれに達する一対のコンタクトホールを形成し、該コンタクトホールを通じて高濃度不純物領域１５０に達する一対の配線１７４を形成する。配線１７２、配線１７４は、ソース電極又はドレイン電極として機能する。配線１７２は高濃度不純物領域１６０と電気的に接続する。配線１７４は、高濃度不純物領域１５０と電気的に接続する。
【０１２９】
配線１７２、配線１７４は、アルミニウム、タングステン、チタン、タンタル、モリブデン、ニッケル、ネオジム、或いは銅等から選択された元素、前述の元素を含有する合金材料、又は前述の元素を含有する化合物材料を用いて形成する。前述の元素を含有する合金材料としては、例えば、チタンを含有したアルミニウム合金、ネオジムを含有したアルミニウム合金、シリコンを含有するアルミニウム合金（アルミニウムシリコンとも言われる）などが挙げられる。また、上記元素を含有する化合物としては、窒化タングステン、窒化チタン、窒化タンタルなどの窒化物が挙げられる。配線１７２、配線１７４は、上述の材料を用いてスパッタリング法やＣＶＤ法により全面に形成した後、選択的にエッチングして所望の形状に加工すればよい。また、配線１７２、配線１７４は、単層構造又は２層以上の積層構造で形成することができる。例えば、チタン層、窒化チタン層、アルミニウム層およびチタン層を順に積層した構造とすることができる。アルミニウム層をチタン層で挟む構成とすることで、耐熱性を向上させることができる。また、チタン層とアルミニウム層との間に形成する窒化チタン層はバリア層として機能できる。
【０１３０】
以上の工程により、単結晶半導体膜を有するＳＯＩ基板を用いて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。
【０１３１】
本実施の形態の半導体装置に用いるＳＯＩ基板の作製過程において、結晶欠陥が改善され、平坦性が向上し、欠損領域の低減された単結晶半導体膜がＳＯＩ基板に設けられているので、高性能かつ高信頼性の半導体装置を作製することができるようになる。
【０１３２】
また、配線１７２および配線１７４を電気的に接続させることでｎチャネル型電界効果トランジスタとｐチャネル型電界効果トランジスタを電気的に接続させ、ＣＭＯＳトランジスタとすることもできる。
【０１３３】
なお本発明の一態様は、本実施の形態で説明したトランジスタを複数組み合わせて、マイクロプロセッサ、画像処理回路などの集積回路や、質問器とデータの送受信が非接触でできるＲＦタグ、半導体表示装置等、各種機能を有する半導体装置の作製に用いることができる。半導体表示装置には、液晶表示装置、有機発光素子（ＯＬＥＤ）に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）等や、半導体膜を用いた回路素子を駆動回路に有しているその他の半導体表示装置がその範疇に含まれる。また、本実施の形態で示したトランジスタの構造は一例であり、図示した構造に限定されるものではない。
【０１３４】
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。
【０１３５】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２とは異なり、サイドウォールを形成することによって、半導体膜中に高濃度不純物領域、低濃度不純物及びチャネル形成領域を形成する半導体装置の製造方法について図７を参照して説明する。
【０１３６】
まず、実施の形態１と同様の方法で、図４（Ｃ）に示されるように、ベース基板１０８上に、絶縁膜１０６、絶縁膜１０２、半導体膜１１６及び半導体膜１１８を形成し、さらにその上をゲート絶縁膜１２０、第１の導電膜１２２、第２の導電膜１２４で覆う。
【０１３７】
次に、第２の導電膜１２４の上にレジストマスク１２６及びレジストマスク１２８を選択的に形成する。それから、レジストマスク１２６及びレジストマスク１２８を用いて第１の導電膜１２２及び第２の導電膜１２４にエッチング処理を行う。これにより、図７（Ａ）に示すように、半導体膜１１６上に第１の導電膜２００と第２の導電膜２０４から成る２層構造のゲート電極２０８と、半導体膜１１８上に第１の導電膜２０２と第２の導電膜２０６から成る２層構造のゲート電極２１０を形成する。このとき、実施の形態１とは異なり、ゲート電極２０８及びゲート電極２１０にテーパー形状を設けない方が好ましい。
【０１３８】
次に図７（Ｂ）に示すように、ゲート電極２０８及びゲート電極２１０をマスクとして一導電型を付与する不純物元素を半導体膜１１６及び半導体膜１１８に添加する。ここでは、半導体膜１１８にｐチャネル型電界効果トランジスタを形成するため、ｐ型不純物元素として、硼素、アルミニウム、ガリウムなどのｐ型不純物元素を添加する。そして、半導体膜１１６にｎチャネル型電界効果トランジスタを形成するため、ｎ型不純物元素として、リン、砒素などのｎ型不純物元素を添加する。なお、ｐ型を付与する不純物元素を半導体膜１１８に添加する際、ｎ型の不純物元素が添加される半導体膜１１６はマスク等で覆い、ｐ型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。逆にｎ型を付与する不純物元素を半導体膜１１６に添加する際、ｐ型の不純物元素が添加される半導体膜１１８はマスク等で覆い、ｎ型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。或いは、先に半導体膜１１６及び半導体膜１１８にｐ型もしくはｎ型のいずれか一方を付与する不純物元素を添加した後、一方の半導体膜のみに選択的により高い濃度でｐ型もしくはｎ型のうちの他方を付与する不純物元素のいずれか一方を添加するようにしても良い。上記不純物元素の添加により、自己整合的に、半導体膜１１６に低濃度不純物領域２１２、チャネル形成領域２１４が、半導体膜１１８に低濃度不純物領域２１６、チャネル形成領域２１８が形成される。
【０１３９】
次に、図７（Ｃ）に示すように、ゲート電極２０８の側面にサイドウォール２２０及びゲート電極２１０の側面にサイドウォール２２２を形成する。サイドウォール２２０及びサイドウォール２２２は、例えば、ゲート絶縁膜１２０及びゲート電極２０８及びゲート電極２１０を覆うように新たに絶縁膜を形成し、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより、新たに形成された該絶縁膜を部分的にエッチングすることで、形成することが出来る。上記異方性エッチングにより、新たに形成された絶縁膜が部分的にエッチングされて、ゲート電極２０８の側面にサイドウォール２２０が、ゲート電極２１０の側面にサイドウォール２２２が形成される。なお上記異方性エッチングにより、ゲート絶縁膜１２０を部分的にエッチングしても良い。サイドウォール２２０及びサイドウォール２２２を形成するための絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法等により、シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜や、有機樹脂などの有機材料を含む膜を、単層または積層して形成することができる。本実施の形態では、膜厚１００ｎｍの酸化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法によって形成する。またエッチングガスとしては、ＣＨＦ３とヘリウムの混合ガスを用いることができる。なお、サイドウォール２２０及びサイドウォール２２２を形成する工程は、これらに限定されるものではない。
【０１４０】
次に図７（Ｄ）に示すように、ゲート電極２０８、ゲート電極２１０、サイドウォール２２０及びサイドウォール２２２をマスクとして、半導体膜１１６、半導体膜１１８に一導電型を付与する不純物元素を添加する。なお、半導体膜１１６、半導体膜１１８には、それぞれ先の工程で添加した不純物元素と同じ導電型の不純物元素をより高い濃度で添加する。なお、ｐ型を付与する不純物元素を半導体膜１１８に添加する際、ｎ型の不純物元素が添加される半導体膜１１６はマスク等で覆い、ｐ型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。また、ｎ型を付与する不純物元素を半導体膜１１６に添加する際、ｐ型の不純物元素が添加される半導体膜１１８はマスク等で覆い、ｎ型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。
【０１４１】
上記不純物元素の添加により、半導体膜１１６に、一対の高濃度不純物領域２２４と、一対の低濃度不純物領域２２６と、チャネル形成領域２２８とが自己整合的に形成される。また上記不純物元素の添加により、半導体膜１１８に、一対の高濃度不純物領域２３０と、一対の低濃度不純物領域２３２と、チャネル形成領域２３４とが自己整合的に形成される。高濃度不純物領域２２４、２３０はソース領域又はドレイン領域として機能し、低濃度不純物領域２２６、２３２はＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ  Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ）領域として機能する。
【０１４２】
本実施の形態の半導体装置に用いるＳＯＩ基板の作製過程において、結晶欠陥が改善され、平坦性が向上し、欠損領域の低減された単結晶半導体膜がＳＯＩ基板に設けられているので、高性能かつ高信頼性の半導体装置を作製することができるようになる。
【０１４３】
以降の工程については、実施の形態１を参照することで半導体装置を作製することができる。
【０１４４】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様を適用して作製した半導体装置の具体的な態様について、図９及び図１０を参照しながら、説明する。
【０１４５】
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９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。
【０１４６】
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（ＲＯＭ）５０９、およびＲＯＭインターフェース５１０を有している。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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９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。
【０１４９】
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１０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１０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。
【０１５０】
図１０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及び電源管理回路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（ＣＰＵ）５２５、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５２６、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）５２７を有している。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
本実施の形態のマイクロプロセッサ及びＲＦＣＰＵに用いるＳＯＩ基板の作製過程で、結晶欠陥が改善され、平坦性が向上し、欠損領域の低減された単結晶半導体膜がＳＯＩ基板に設けられているので、高性能かつ高信頼性の半導体装置を作製することができるようになる。
【０１５９】
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。
【０１６０】
（実施の形態５）
本実施の形態では上記実施の形態で示した半導体装置を適用して作製した表示装置について、図１１及び図１２を参照しながら、説明する。
【０１６１】
まず、液晶表示装置について、図１１を参照して説明する。図１１（Ａ）は液晶表示装置の画素の平面図であり、図１１（Ｂ）は、Ｊ−Ｋ切断線による図１１（Ａ）の断面図である。
【０１６２】
図１１（Ａ）に示すように、画素は、単結晶半導体膜３２０、単結晶半導体膜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と単結晶半導体膜３２０を電気的に接続する電極３２８を有する。単結晶半導体膜３２０は、ベース基板１０８上に設けられた単結晶半導体膜から形成された層であり、画素のＴＦＴ３２５を構成する。
【０１６３】
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１１（Ｂ）に示すように、ベース基板１０８上に、第２の絶縁膜１０６及び第１の絶縁膜１０２を介して単結晶半導体膜３２０が積層されている。ＴＦＴ３２５の単結晶半導体膜３２０は、ＳＯＩ基板の単結晶半導体膜をエッチングにより素子分離して形成された膜である。単結晶半導体膜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。
【０１６４】
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１０８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。
【０１６５】
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１２を参照して説明する。図１２（Ａ）はＥＬ表示装置の画素の平面図であり、図１２（Ｂ）は、Ｊ−Ｋ切断線による図１２（Ａ）の断面図である。
【０１６６】
図１２（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、半導体膜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。半導体膜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。半導体膜４０３、４０４は、ベース基板上に設けられた単結晶半導体膜から形成された層である。
【０１６７】
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４１０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。
【０１６８】
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１２（Ｂ）に示すように、半導体膜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。
【０１６９】
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１０８に固定されている。
【０１７０】
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、およびゲッタリング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。
【０１７１】
また、本実施の形態の半導体装置である、液晶表示装置及びＥＬ表示装置に用いるＳＯＩ基板の作製過程で、結晶欠陥が改善され、平坦性が向上し、欠損領域の低減された単結晶半導体膜がＳＯＩ基板に設けられているので、高性能かつ高信頼性の半導体装置を作製することができるようになる。
【０１７２】
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。
【０１７３】
（実施の形態６）
本実施の形態では、上記実施の形態で示した半導体装置を適用して作製した電子機器について、図１３及び図１４を参照しながら、説明する。
【０１７４】
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、テレビジョン、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、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、ノート型コンピュータ、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１３、図１４に示す。
【０１７５】
図１３は、携帯電話の一例であり、図１３（Ａ）が正面図、図１３（Ｂ）が背面図、図１３（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７００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７００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。
【０１７６】
携帯電話７００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、スピーカー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。
【０１７７】
また、携帯電話７００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。
【０１７８】
重なり合った筐体７０１と筐体７０２（図１３（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１３（Ｃ）のように展開する。表示部７０３には、本実施の形態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。
【０１７９】
スピーカー７０４及びマイクロフォン７０５を用いることで、携帯電話７００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。
【０１８０】
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１３（Ａ））をスライドさせることで、図１３（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、円滑な操作でマウスの操作が可能である。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。
【０１８１】
筐体７０２の裏面（図１３（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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
図１４（Ａ）は表示装置であり、筐体８０１、支持台８０２、表示部８０３、スピーカー部８０４、ビデオ入力端子８０５等を含む。なお、表示装置は、パーソナルコンピュータ用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。
【０１８４】
図１４（Ｂ）はコンピュータであり、筐体８１２、表示部８１３、キーボード８１４、外部接続ポート８１５、マウス８１６等を含む。
【０１８５】
図１４（Ｃ）はビデオカメラであり、表示部８２２、外部接続ポート８２４、リモコン受信部８２５、受像部８２６、操作キー８２９等を含む。
【０１８６】
本実施の形態にて説明した各種電子機器は、電子機器に用いるＳＯＩ基板の作製過程で、結晶欠陥が改善され、平坦性が向上し、欠損領域の低減された単結晶半導体膜がＳＯＩ基板に設けられているので、高性能かつ高信頼性の半導体装置を作製することができるようになる。
【０１８７】
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。
【実施例１】
【０１８８】
本実施例では、試料基板として脆化層を形成する際の水素イオンドーズ量をＳＯＩ基板ごとに変更したＳＯＩ基板を作製し、レーザ照射を行った後の該ＳＯＩ基板の単結晶シリコン膜の欠損領域について評価した結果を示す。
【０１８９】
本実施例では、脆化層を形成する際の水素イオンドーズ量の条件を、１．８×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２、２．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２、２．２×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２及び２．４×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２の４種類とし、各水素イオンドーズ量に対して２枚ずつ計８枚の試料基板を作製し、パーティクル検査機を用いてＳＯＩ基板上の単結晶シリコン膜の欠損領域の個数を検出した。
【０１９０】
次に、試料基板の作製方法について説明する。各基板は脆化層形成時の水素イオンドーズ量以外は同じ条件で作製する。ボンド基板として角５インチの正方形状単結晶シリコン基板を用いた。まず、単結晶シリコン基板をＨＣｌ雰囲気下で熱酸化し、１００ｎｍの厚さで熱酸化膜を成膜した。このとき、ＨＣｌが酸素に対して３体積％の割合で含まれる雰囲気とし、９５０℃の温度で３時間熱酸化を行った。
【０１９１】
次に、熱酸化膜の表面からイオンドーピング装置を用いて単結晶シリコン基板に水素イオンを照射した。本実施例では、水素をイオン化して照射することによって、単結晶シリコン基板に脆化層を形成した。イオンドーピングは加速電圧を４０ｋＶとして行った。水素イオンのドーズ量は、１．８×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２、２．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２、２．２×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２及び２．４×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２の４種類とし、各イオンドーズ量につき２枚、合計８枚の単結晶シリコン基板に水素イオン照射を行った。このとき、照射された水素イオンのイオン種の比は、Ｈ２＋：Ｈ３＋＝３：２（ｉｏｎｓ／ｃｍ２）程度であり、Ｈ＋も微量に含まれていた。
【０１９２】
次に、それぞれの単結晶シリコン基板に表面処理として、オゾン水処理とメガソニック洗浄を行った。
【０１９３】
次に、各単結晶シリコン基板を、熱酸化膜を介してガラス基板に貼り合わせた。その後２００℃で１２０分の熱処理を行い、さらに、６００℃で１２０分の熱処理を行って、ガラス基板上に単結晶シリコン膜を形成した。このとき、単結晶シリコンの膜厚は１４０ｎｍ程度になった。
【０１９４】
次に、各ＳＯＩ基板上の単結晶シリコン膜表面に形成された自然酸化膜を除去するために、１／１００に希釈されたフッ酸で１１０秒間処理を行った。
【０１９５】
次に、各ＳＯＩ基板上の単結晶シリコン膜にレーザ光を照射した。レーザ発振器は、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長：３０８ｎｍ、パルス幅：２５ｎ秒、繰り返し周波数３０Ｈｚ）を用いた。光学系により、レーザ光の断面を１５０ｍｍ×０．３４ｍｍの線状に整形し、レーザ光の走査速度を１．０ｍｍ／秒とし、スキャンピッチを３３μｍ、ビームショット数を約１０ショットとした。エネルギー密度は８５２ｍＪ／ｃｍ２とした。レーザ光の照射は、照射面に窒素ガスを吹き付けながら行った。このようにして、ガラス基板上に単結晶シリコン膜が形成された試料基板を作製した。
【０１９６】
次に各基板について、パーティクル検査機（日立電子エンジニアリング株式会社製、ガラス基板表面検査装置ＧＩ−４６００）を用いてＳＯＩ基板上の単結晶シリコン膜の欠損領域の個数を検出した。該パーティクル検査機は、出力３０ｍＷ、波長７８０ｎｍのレーザ光を試料基板に照射し、凹凸で反射した散乱光及び欠損領域を通過した透過光を受光器で検出することによって、欠損領域の個数を数えることができる。Ｘ軸方向にレーザ光を操作し、Ｙ軸方向にテーブルごと試料基板を操作することによって、単結晶シリコン膜の１０７ｍｍ四方を走査して、単結晶シリコン膜の欠損領域を検出した。なお、本実施例で用いたパーティクル検査機は、単結晶シリコン欠損領域を激しい凹部として捉え、検出する。そのため、表面凹凸やゴミや傷も検出されるので、あくまで定性的な数値として評価・比較する必要がある。
【０１９７】
各試料基板の単結晶シリコン膜における欠損領域の検出結果を図１５に示す。図１５のグラフは縦軸に単結晶シリコン膜の欠損領域の検出個数［個／１０７ｍｍ□］をとり、横軸に脆化層を形成した際の水素イオンドーズ量［×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２］をとっている。各ドーズ量につき基板２枚の試料基板の欠損領域の検出個数をグラフに記し、各ドーズ量の２つの欠損領域の検出個数の平均値を折れ線で結んでいる。図１５より、ドーズ量を増やすにつれて欠損領域の個数が減っていく傾向が見られる。特に、ドーズ量が２．２×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２の試料基板は、欠損領域の個数が３桁となり、ドーズ量が１．８×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２及び２．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２の試料基板と比較すると激減している。さらに、ドーズ量が２．４×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２の試料基板は、ドーズ量が２．２×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２の試料基板の半分程度になっている。
【０１９８】
以上より、脆化層形成時の水素イオンドーズ量を２．２×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上にしてＳＯＩ基板を作製することによって、単結晶シリコン膜へのレーザ光照射による単結晶シリコン膜の欠損領域の増加を著しく低減できることが示された。
【実施例２】
【０１９９】
本実施例では、試料基板として脆化層を形成する際の水素イオンドーズ量をＳＯＩ基板ごとに変更したＳＯＩ基板を作製し、レーザ照射を行った後の該ＳＯＩ基板の単結晶シリコン膜の欠損領域について、パターン検査装置を用いて評価した結果を示す。
【０２００】
本実施例では、脆化層を形成する際の水素イオンドーズ量の条件を、２．４×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２、２．６×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２及び３．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２の３種類とし、各水素イオンドーズ量に対して２枚ずつ計６枚の試料基板を作製し、パターン検査装置を用いてＳＯＩ基板上の単結晶シリコン膜の欠損領域の個数を検出した。
【０２０１】
試料基板の作製については、水素イオンドーズ量の条件以外は実施例１と同様の方法で行った。
【０２０２】
水素イオンドーズ量の条件が、２．４×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２、２．６×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２及び３．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２である計６枚の試料基板を作製した後、各基板について、パターン検査装置（ＴＯＰＣＯＮ社製ＶＩＳＩＯＮ  ＩＮＳＰＥＣＴＯＲチップ外観検査装置（Ｖｉ−１２０２））を使用してＳＯＩ基板上の単結晶シリコン膜表面の欠損領域の個数を検出した。該パターン検査装置は、デジタルカメラで膜面の光学顕微鏡画像を撮影し、パターンマッチング画像処理により、基板上の微小な異物や欠陥を検査する装置である。本装置において、単結晶シリコン膜表面の光学顕微鏡反射型明視野像を基板全面（１０７ｍｍ四方）について撮影した。撮影には５．０倍の対物レンズを使用し、視野角１．２ｍｍ×１．０ｍｍの顕微鏡画像を電荷結合素子（ＣＣＤ）でデジタルデータ化した。ＣＣＤで撮影された各画像データを６０×８０μｍ角毎にエリア分割し、注目するエリアと、注目エリアの上下左右各２エリアの平均画像（合計８エリアの平均画像）の輝度（８ビット）について、ピクセル毎に値を比較した。輝度の値が３０以上低いピクセルが見られた場合に、元の撮影画像に異常が見られると判断した。更に、異常箇所を２００倍の対物レンズで画像撮影し、撮影された異常画像を目視で確認し、単結晶シリコン欠損領域とその他（表面凹凸やゴミまたは傷など）を選別して単結晶シリコン膜における欠損領域の個数をカウントした。本実施例に示すパターン検査装置は、実施例１に示すパーティクル検査機より、より正確に単結晶シリコン膜における欠損領域の個数を評価することができる。
【０２０３】
各試料基板の単結晶シリコン膜における欠損領域の検出結果を図１６に示す。図１６のグラフは縦軸に単結晶シリコン膜の欠損領域の検出個数［個／１０７ｍｍ□］をとり、横軸に脆化層を形成した際の水素イオンドーズ量［×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２］をとっている。各ドーズ量につき基板２枚の試料基板の欠損領域の検出個数をグラフに記し、各ドーズ量の２つの欠損領域の検出個数の平均値を折れ線で結んでいる。図１６より、水素イオンドーズ量が２．４×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上でも実施例１と同様に、ドーズ量を増やすにつれて欠損領域の個数が減っていく傾向が見られる。水素イオンドーズ量を２．４×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上３．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下にすることで、単結晶シリコン膜の欠損領域を３０個乃至３００個程度に低減できることが分かる。
【０２０４】
以上より、脆化層形成時の水素イオンドーズ量を２．４×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上３．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下にしてＳＯＩ基板を作製することによって、単結晶シリコン膜へのレーザ光照射による単結晶シリコン膜の欠損領域の増加をさらに低減できることが示された。
【実施例３】
【０２０５】
本実施例では、試料基板として脆化層を形成する際の水素イオンドーズ量をＳＯＩ基板ごとに変更したＳＯＩ基板を作製し、レーザ照射を行った後の該ＳＯＩ基板の単結晶シリコン膜の欠損領域について、ラマンスペクトル測定を行って評価した結果を示す。
【０２０６】
本実施例では、実施例２と同様に脆化層を形成する際の水素イオンドーズ量の条件を、２．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２、２．２×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２、２．４×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２、２．６×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２及び３．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２の５種類とし、各水素イオンドーズ量に対して計５枚の試料基板を作製し、パターン検査装置を用いてＳＯＩ基板上の単結晶シリコン膜の欠損領域の個数を検出した。
【０２０７】
試料基板の作製については、水素イオンドーズ量の条件以外は実施例１と同様の方法で行った。
【０２０８】
水素イオンドーズ量の条件が、２．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２、２．２×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２、２．４×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２、２．６×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２及び３．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２である計５枚の試料基板を作製した後、各基板について、顕微ラマン分光装置（堀場製作所製、Ｕ−１０００）を使用して単結晶シリコン膜のラマンスペクトル測定を行った。該顕微ラマン分光装置は、固体グリーンレーザ（λ＝５３２ｎｍ）を顕微鏡へ導入し、対物レンズで集光して単結晶シリコン膜表面に照射した。試料からの散乱光を集光して分光器に導入し、レーリー散乱光とラマン散乱光を波長分離してマルチチャンネルディテクタで検出して、ラマン散乱光の強度波長分布（ラマンスペクトル）を計測する。単結晶シリコンでは、ラマン活性な光学フォノンとして５２１ｃｍ−１付近に１本のシャープなラマン線が観測される。結晶性が低下すると半値全幅（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ）が増大し、ピーク位置（ラマンシフト）がシフトする。本実施例では、同一試料面内で１０ポイントのラマンスペクトルを測定し、ローレンツ関数を用いてＦｉｔｔｉｎｇを行い、各ポイントでのラマンシフトとラマンスペクトルの半値全幅を算出した。
【０２０９】
各試料基板の各ポイントにおける、単結晶シリコン膜のラマンスペクトル測定の結果を図１７及び図１８に示す。図１７のグラフは縦軸に５２１ｃｍ−１付近のラマンシフト［ｃｍ−１］をとり、横軸に脆化層を形成した際の水素イオンドーズ量［×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２］をとっている。また、図１８のグラフは縦軸に５２１ｃｍ−１付近におけるラマンスペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）をとり、横軸に脆化層を形成した際の水素イオンドーズ量［×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２］をとっている。図１７及び図１８より、水素イオンドーズ量を増やすにつれて、ラマンシフトは５２１ｃｍ−１から離れ、ラマンスペクトルの半値全幅は増大している傾向が見られる。水素イオンドーズ量３．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２では、ラマンシフトは５１９．０ｃｍ−１付近、ラマンスペクトルの半値全幅は３．６０付近となり、それほど結晶性の低下は見られない。しかし、さらに水素イオンドーズ量を増加させることにより、単結晶シリコン膜の結晶性が低下していくのは、容易に推測される。
【０２１０】
以上より、脆化層形成時の水素イオンドーズ量を３．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下にしてＳＯＩ基板を作製することによって、単結晶シリコン膜の結晶性が良好なＳＯＩ基板を作製できることが示された。
【符号の説明】
【０２１１】
１００    ボンド基板
１０２    絶縁膜
１０４    脆化層
１０６    絶縁膜
１０７    レーザ光
１０８    ベース基板
１０９    微小ボイド
１１０    分離後のボンド基板
１１１ａ  分離面
１１１ｂ  分離面
１１２    半導体膜
１１４    レーザ光
１１６    半導体膜
１１８    半導体膜
１２０    ゲート絶縁膜
１２２    第１の導電膜
１２４    第２の導電膜
１２５    積層導電膜
１２６    レジストマスク
１２８    レジストマスク
１３０    第１の導電膜
１３２    第１の導電膜
１３４    第２の導電膜
１３６    第２の導電膜
１３８    第２の導電膜
１４０    第２の導電膜
１４２    ゲート電極
１４４    ゲート電極
１４６    レジストマスク
１４８    ｐ型不純物元素
１５０    高濃度不純物領域
１５２    低濃度不純物領域
１５４    チャネル形成領域
１５６    レジストマスク
１５８    ｎ型不純物元素
１６０    高濃度不純物領域
１６２    低濃度不純物領域
１６４    チャネル形成領域
１６６    絶縁膜
１６８    第１の層間絶縁膜
１７０    第２の層間絶縁膜
１７２    配線
１７４    配線
２００    第１の導電膜
２０２    第１の導電膜
２０４    第２の導電膜
２０６    第２の導電膜
２０８    ゲート電極
２１０    ゲート電極
２１２    低濃度不純物領域
２１４    チャネル形成領域
２１６    低濃度不純物領域
２１８    チャネル形成領域
２２０    サイドウォール
２２２    サイドウォール
２２４    高濃度不純物領域
２２６    低濃度不純物領域
２２８    チャネル形成領域
２３０    高濃度不純物領域
２３２    低濃度不純物領域
２３４    チャネル形成領域
３０２    単結晶半導体膜
３２０    単結晶半導体膜
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
４０１    選択用トランジスタ
４０２    表示制御用トランジスタ
４０３    半導体膜
４０４    半導体膜
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    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
７００    携帯電話
７０１    筐体
７０２    筐体
７０３    表示部
７０４    スピーカー
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
８０１    筐体
８０２    支持台
８０３    表示部
８０４    スピーカー部
８０５    ビデオ入力端子
８１２    筐体
８１３    表示部
８１４    キーボード
８１５    外部接続ポート
８１６    マウス
８２２    表示部
８２４    外部接続ポート
８２５    リモコン受信部
８２６    受像部
８２９    操作キー
１０００    周辺部
１００２    単結晶シリコン層
１００４    熱酸化膜
１００６    単結晶シリコン層
１００８    熱酸化膜
１００８    領域
１０１２    第１の領域
１０１４    第２の領域
１０１６    第３の領域
１０１８    第４の領域
１０２０    第５の領域
１０２２    第６の領域
【図１】
2010109353.tif 000003
【図２】
2010109353.tif 000004
【図３】
2010109353.tif 000005
【図４】
2010109353.tif 000006
【図５】
2010109353.tif 000007
【図６】
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【図７】
2010109353.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010109353.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2010109353.tif 000013
【図１２】
2010109353.tif 000014
【図１３】
2010109353.tif 000015
【図１４】
2010109353.tif 000016
【図１５】
2010109353.tif 000017
【図１６】
2010109353.tif 000018
【図１７】
2010109353.tif 000019
【図１８】
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