(57)【要約】【課題】半導体基板に対して支持基板が大きい場合でも、半導体基板の分離した領域が容易に移動しないことを課題とする。【解決手段】複数の半導体基板のそれぞれに、イオンを照射して、前記複数の半導体基板のそれぞれに脆化層を形成し、前記複数の半導体基板それぞれの表面に、接合層を形成し、前記複数の半導体基板それぞれの、前記接合層が形成された面を、支持基板に配置し、前記複数の半導体基板上に、前記複数の半導体基板のそれぞれを格納する凹部を有するカバーを配置し、前記カバーの凹部に格納された、前記複数の半導体基板のそれぞれを加熱することにより、前記脆化層に沿って、前記複数の半導体基板のそれぞれから、前記支持基板に固着した半導体層と、分離した領域を回収する半導体層の作製方法に関する。【選択図】図１
2010080938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体基板のそれぞれに、イオンを照射して、前記複数の半導体基板のそれぞれに脆化層を形成し、
前記複数の半導体基板それぞれの表面に、接合層を形成し、
前記複数の半導体基板それぞれの、前記接合層が形成された面を、支持基板に配置し、
前記複数の半導体基板上に、前記複数の半導体基板のそれぞれを格納する凹部を有するカバーを配置し、
前記カバーの凹部に格納された、前記複数の半導体基板のそれぞれを加熱することにより、前記脆化層に沿って、前記複数の半導体基板のそれぞれから、前記支持基板に固着した半導体層と、分離した領域を回収することを特徴とする半導体層の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記カバーは、石英を用いて形成されたカバーであることを特徴とする半導体層の作製方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記イオンは、水素、重水素、ヘリウム、またはハロゲンから選ばれたイオンであることを特徴とする半導体層の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項において、
前記半導体基板は、シリコンウェハであることを特徴とする半導体層の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、
前記支持基板は、ガラス基板であることを特徴とする半導体層の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される発明は、半導体層の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガラス等の絶縁表面を有する基板上に形成された半導体膜（例えば、厚さ数ｎｍ〜数百ｎｍ程度）を用いて、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）等の半導体素子を構成する技術が注目されている。
【０００３】
薄膜トランジスタは、ＩＣや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチング素子として開発が急がれている。
【０００４】
また、単結晶半導体のインゴットを薄く切断して作製されるシリコンウェハに代わり、絶縁層の上に薄い単結晶半導体層を設けたシリコン・オン・インシュレータ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ：ＳＯＩ）と呼ばれる半導体基板（ＳＯＩ基板）が開発されており、マイクロプロセッサなどを製造する際の基板として普及しつつある。
【０００５】
ＳＯＩ基板を使った集積回路は、トランジスタのドレインと基板間における寄生容量を低減し、半導体集積回路の性能を向上させ、低消費電力化を図るものとして注目されているからである。
【０００６】
ＳＯＩ基板を製造する方法としては、イオン注入分離法が知られている。例えば、表面に酸化シリコン膜が形成されたシリコンウェハに水素等のイオンを注入する。これにより、シリコンウェハの表面から所定の深さに微小気泡層を形成することができる。この微小気泡層を劈開面とし、別のシリコンウェハに薄い単結晶シリコン層を接合する。さらに熱処理を施すことにより単結晶シリコン層を劈開面から分離することで、ＳＯＩ基板を形成する。
【０００７】
また、ガラスなどの絶縁基板にＳＯＩ層を形成しようとする試みもなされており、その一例として、イオン注入分離法を用いて、ガラス基板上に薄い単結晶シリコン層を形成したものが知られている（特許文献１参照）。
【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】
【０００８】
しかし、イオン注入分離法等により作製したＳＯＩ基板を使用して、大型のディスプレイを作製する場合、ガラス基板の大きさがシリコンウェハを大きく上回るため、１枚のシリコンウェハではガラス基板全面を覆うことができない。
【０００９】
すなわち、大型のディスプレイを作製するためのガラス基板上に、単結晶シリコン層を形成しようとすると、１枚のシリコンウェハでは足りずに、複数のシリコンウェハが必要となってしまう。
【００１０】
例えば、横６００ｍｍ×縦７２０ｍｍのガラス基板に、φ３００ｍｍのウエハから切り出した横２００ｍｍ×縦２００ｍｍの矩形のウエハを敷き詰めようとすると、９枚のウエハを貼り合わせる必要がある。
【００１１】
以上のように、複数のシリコンウェハを、大面積を有するガラス基板に貼り合わせる場合、熱処理によって脆化層から分離されたシリコンウェハが、分離面間にできる空気層上を容易に移動してしまう恐れがある。そのため、非常にわずかな力や、ガラス基板の微小な歪みの発生により、シリコンウェハが、ガラス基板上に形成された単結晶シリコン層の外に移動する恐れや、ガラス基板から外れる恐れがある。
【００１２】
分離したシリコンウェハがこのように移動してしまうと、ガラス基板上に形成された単結晶シリコン層を傷つけてしまう恐れがある。また熱処理後にガラス基板とシリコンウェハをそれぞれ搬送装置で回収しようとすると、その回収が困難になる等の問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そのため、大型の支持基板上に脆化層（「分離層」ともいう）を有する半導体基板複数枚貼り合わせた後、貼り合わせた半導体基板上に、石英製のカバーを載せる。石英製のカバーが半導体基板と接触する面あるいは近接する面側には、半導体基板が格納されるよう、凹部を形成しておく。石英製のカバーの凹部の面積は、半導体基板よりもやや広くしておく。例えば、半導体基板と凹部の面積がほぼ等しい場合は、加熱時に半導体基板の半導体と石英の熱膨張率の違いが生じ、どちらかが割れるなどの問題が発生する恐れがある。以上によって、熱処理によって分離した半導体基板の移動を抑制することが可能である。
【００１４】
なお、半導体基板としては、シリコンウェハを用いるが、半導体として珪素（シリコン）に限定されるものではない。ゲルマニウムを含む基板やシリコンとゲルマニウムを含む基板を用いてもよい。
【００１５】
また、支持基板として主にガラス基板を用いるが、もちろんこれに限定される必要もなく、石英基板、サファイヤ基板などの絶縁材料でなる基板であればよい。また、ステンレス基板等の導電性基板や半導体基板の表面を絶縁膜で覆った基板を用いてもよい。
【００１６】
複数の半導体基板のそれぞれに、イオンを照射して、前記複数の半導体基板のそれぞれに脆化層を形成し、前記複数の半導体基板それぞれの表面に、接合層を形成し、前記複数の半導体基板それぞれの、前記接合層が形成れた面を、支持基板に配置し、前記複数の半導体基板上に、前記複数の半導体基板のそれぞれを格納する凹部を有するカバーを配置し、前記カバーの凹部に格納された、前記複数の半導体基板のそれぞれを加熱することにより、前記脆化層に沿って、前記複数の半導体基板のそれぞれから、前記支持基板に固着した半導体層と、分離した領域を回収することを特徴とする半導体層の作製方法に関する。
【発明の効果】
【００１７】
ガラス基板上に複数のシリコンウェハから単結晶半導体層を形成する際に、分離したシリコンウェハの移動を抑えることができる。そのため、単結晶半導体層への損傷を防止することが可能となる。
【００１８】
また、それにより分離後のシリコンウェハの位置特定が可能となるため、自動搬送装置でのシリコンウェハの回収及び搬送が容易となる。以上から、より簡素な装置構成で、安価かつ処理能力の高い単結晶半導体層作製装置が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】半導体層の作製方法を説明する断面図。
【図２】半導体層の作製方法を説明する断面図。
【図３】半導体層の作製方法を説明する断面図。
【図４】半導体層の作製方法を説明する斜視図。
【図５】半導体層の作製方法を説明する斜視図。
【図６】半導体層の作製方法を説明する断面図。
【図７】半導体層の作製方法を説明する断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し、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。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、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２１】
なお、本明細書において、半導体装置とは半導体素子（トランジスタやダイオードなど）を含む回路を有する装置をいう。また、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般でもよい。
【００２２】
［実施の形態１］
本実施の形態を、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）、図２（Ａ）〜図２（Ｄ）、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）を用いて説明する。
【００２３】
まず、絶縁表面１０９上に、複数の半導体基板１０２を形成する。本実施の形態では、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂを絶縁表面１０９上に形成する（図２（Ａ）参照）。本実施の形態では、半導体基板１０２としてシリコンウェハを用いるが、半導体として珪素（シリコン）に限定されるものではない。ゲルマニウムを含む基板やシリコンとゲルマニウムを含む基板を用いてもよい。絶縁表面１０９は、絶縁基板の表面や、半導体基板や導電性基板を絶縁膜で覆った表面であればよい。
【００２４】
絶縁基板は、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイヤ基板などの絶縁材料でなる基板であればよい。また、導電性基板はステンレス基板等を用いればよい。さらに半導体基板はシリコン基板等を用いればよい。導電性基板や半導体基板の上面に形成される絶縁膜には、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素などの単層膜または積層膜を用いることができる。これらの絶縁膜は、ＣＶＤ法およびスパッタ法で形成することができる。
【００２５】
また、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれに、保護膜１０７ａ及び保護膜１０７ｂを形成しておくとよい。保護膜１０７ａ及び保護膜１０７ｂは、必ずしも形成する必要はないが、次に行う脆化層１０３ａ及び脆化層１０３ｂを形成するためのイオン照射工程で半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂが金属などの不純物に汚染されることを防止し、また、照射されるイオンの衝撃による表面の損傷を防止することができるため、保護膜１０７ａ及び保護膜１０７ｂを形成するのが好ましい。
【００２６】
保護膜１０７ａ及び保護膜１０７ｂはそれぞれ、ＣＶＤ法等により、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜などの絶縁材料を堆積した単層膜または多層膜とすることができる。または、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれの表面を熱酸化することによっても形成することができる。
【００２７】
なお、本明細書において、酸化窒化物とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い物質であり、また、窒化酸化物とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い物質をいう。例えば、酸化窒化シリコンとは、酸素が５５〜６５原子％、窒素が１〜２０原子％、Ｓｉが２５〜３５原子％、水素が０．１〜１０原子％の範囲で含まれる物質とする。また、窒化酸化シリコンとは、酸素が１５〜３０原子％、窒素が２０〜３５原子％、Ｓｉが２５〜３５原子％、水素が１５〜２５原子％の範囲で含まれる物質とする。
【００２８】
次いで半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂにイオン１０６を照射し（図２（Ｂ）参照）、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれに、脆化層１０３ａ及び脆化層１０３ｂを形成する（図２（Ｃ）参照）。なお本明細書では「脆化層」は、「分離層」ともいう。
【００２９】
脆化層１０３ａ及び脆化層１０３ｂは、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれに電界で加速されたイオン１０６を照射することで、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれの所定の深さの領域に形成される。
【００３０】
半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれに形成される脆化層１０３ａ及び脆化層１０３ｂの深さは、照射されるイオン１０６の種類と、イオン１０６の加速電圧と、イオン１０６の照射角度によって制御することができる。脆化層１０３ａ及び脆化層１０３ｂは、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれの表面から、イオン１０６の平均進入深さに近い深さの領域に形成される。また、脆化層１０３ａ及び脆化層１０３ｂの形成される深さは、後に支持基板に転置する半導体層の膜厚を決定する。そのため、脆化層１０３ａ及び脆化層１０３ｂを形成するイオン１０６を照射する際の加速電圧及びイオンのドーズ量は、転置する半導体層の膜厚を考慮して調整する。
【００３１】
イオン１０６の照射はイオンドーピング装置を用いて行うことが好ましい。すなわち、原料ガスをプラズマ励起して生成された複数種類のイオンを質量分離しないで照射するドーピング方式を用いることが好ましい。本実施の形態の場合、一或いは複数の同一の原子からなる質量が単一のイオン、又は一或いは複数の同一の原子からなる質量が異なるイオンを照射することができる。好ましくは、一或いは複数の同一の原子からなる質量が異なるイオンを照射する。
【００３２】
イオン１０６としては、水素、重水素、ヘリウム、又はフッ素等のハロゲンから選ばれた原料ガスをプラズマ励起して生成された一或いは複数の同一の原子からなる質量が異なるイオンを照射することが好ましい。
【００３３】
水素イオンを照射する場合には、Ｈ＋イオン、Ｈ２＋イオン、Ｈ３＋イオンを含ませると共に、Ｈ３＋イオンの割合を高めておくとイオンの照射効率を高めることができ、照射時間を短縮することができるため好ましい。半導体基板１０２に局所的に高濃度の水素を照射して形成される脆化層１０３は、結晶構造が乱されて微小な空洞が形成された多孔質構造となる。
【００３４】
また、イオンを質量分離して特定種類のイオン１０６を半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれに照射しても、同様に脆化層１０３ａ及び脆化層１０３ｂを形成することができる。この場合にも、質量が大きいイオン（例えばＨ３＋イオン）を選択的に照射することは上記と同様な効果を奏することとなり好ましい。
【００３５】
また、イオン照射工程のソースガスには、水素ガスの他、ヘリウム、アルゴンなどの希ガス、フッ素ガス、塩素ガスに代表されるハロゲンガス、フッ素化合物ガス（例えば、ＢＦ３）などのハロゲン化合物ガスから選ばれた一種または複数種類のガスを用いることができる。ソースガスにヘリウムを用いる場合は、質量分離を行わないことで、Ｈｅ＋イオンの割合が高いイオン１０６を照射することができる。
【００３６】
またイオン１０６の照射は、１回だけでなく複数回行うことも可能である。
【００３７】
半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれの表面上に、接合層１０８ａ及び接合層１０８ｂを形成する。なお、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれの表面に、絶縁膜からなる保護膜１０７ａ及び保護膜１０７ｂが形成されている場合は、保護膜１０７ａ及び保護膜１０７ｂを大型の支持基板１０１に貼り合わせる前に除去してもよいし、除去せずに保護膜１０７ａ及び保護膜１０７ｂ上に接合層を形成してもよい。本実施の形態では、保護膜１０７ａ及び保護膜１０７ｂを除去した後に、接合層１０８ａ及び接合層１０８ｂを形成する。
【００３８】
接合層１０８ａ及び接合層１０８ｂはそれぞれ、化学的な反応により形成される絶縁膜が好ましく、特に酸化珪素膜が好ましい。接合層１０８ａ及び接合層１０８ｂとして、酸化珪素膜を化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ法）で形成する場合には、珪素のソースガスとして有機シランガスを用いることが好ましい。酸素のソースガスには酸素気体を用いることができる。有機シランガスには、珪酸エチル（ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、トリメチルシラン（ＴＭＳ：（ＣＨ３）３ＳｉＨ）、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）、又はトリスジメチルアミノシラン（ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３）などを用いることができる。
【００３９】
接合層１０８ａ及び接合層１０８ｂとなる酸化珪素膜は、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）で形成することができる。この場合、珪素のソースガスにシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）などを用い、酸素ソースガスに酸素（Ｏ２）又は一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）などを用いることができる。
【００４０】
次いで、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれの、接合層１０８ａ及び接合層１０８ｂが形成された面を、大型の支持基板１０１に配置する（図２（Ｄ）参照）。本実施の形態では、半導体基板は２つだけだが、半導体基板の数はそれに限定されず、３つ以上でもよい。
【００４１】
支持基板１０１は、ガラス基板、石英基板、サファイヤ基板などの絶縁材料でなる基板を用いればよい。また、ステンレス基板等の導電性基板上に絶縁膜を形成したものを用いてもよい。さらにシリコン基板等の半導体基板上に絶縁膜を形成したものを用いてもよい。導電性基板や半導体基板の上面に形成される絶縁膜には、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素などの単層膜または積層膜を用いることができる。これらの絶縁膜は、ＣＶＤ法およびスパッタ法で形成することができる。本実施の形態では、大型の支持基板１０１として、大型のガラス基板を用いる。
【００４２】
半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれと大型の支持基板１０１を貼り合わせ、熱処理を施すことで、脆化層１０３ａ及び脆化層１０３ｂに形成された微小な空孔に体積変化が起こり、亀裂が生ずる。その結果、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂがそれぞれ、脆化層１０３ａ及び脆化層１０３ｂに沿って分離される（図３（Ａ）参照）。
【００４３】
この熱処理により、支持基板１０１上には半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれから分離された薄膜の半導体層１０４ａ及び半導体層１０４ｂが固定される（図３（Ｂ）参照）。また、この熱処理で、支持基板１０１と半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれの接合層１０８ａ及び接合層１０８ｂが加熱されるので、接合界面に水素結合よりも結合力が強い共有結合が形成されるので、接合界面での結合力を向上させることができる。
【００４４】
しかしながら、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれの、半導体層１０４ａ及び半導体層１０４ｂとは分離された領域１０５ａ及び領域１０５ｂは、分離面間にできる空気層上を容易に移動できる状況にある。
【００４５】
図３（Ｃ）に示すように、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれに対して支持基板１０１が大きい場合、非常にわずかな力や、支持基板１０１の微小な歪みの発生により、領域１０５ｂが半導体層１０４ｂの外に移動する恐れや、領域１０５ａが支持基板１０１から外れる恐れがある。
【００４６】
半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれから分離された領域１０５ａ及び領域１０５ｂがこのように移動すると、支持基板１０１上に形成された半導体層１０４ａ及び半導体層１０４ｂを傷つけてしまう可能性や、熱処理後に支持基板１０１、並びに、領域１０５ａ及び領域１０５ｂを、それぞれ搬送装置での回収が困難になる等の問題が生じる。
【００４７】
そこで、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれから分離した領域１０５ａ及び領域１０５ｂが、それぞれ半導体層１０４ａ及び半導体層１０４ｂから移動しない方法を図１（Ａ）〜図１（Ｃ）及び図７（Ａ）〜図７（Ｃ）を用いて説明する。
【００４８】
まず、図２（Ｄ）までの構成を得る。次いで、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂ上に、石英を用いて形成されたカバー２０１を載せる（図１（Ａ）参照）。
【００４９】
カバー２０１は、耐熱性及び汚染抑制のために石英を用いたものがよいが、耐熱性に問題なく、汚染対策の可能な材料であれば、必ずしも石英を用いる必要はない。また石英と他の材料、例えば耐熱性を有する金属材料を用いて、カバー２０１を形成してもよい。
【００５０】
ただし、石英を用いて形成されたカバー２０１は、耐熱性及び汚染抑制があり、かつ、平坦性もあり、透明であるので、半導体基板上に配置する際に位置合わせが容易である。
【００５１】
カバー２０１の半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂと接触する面あるいは近接する面側には、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれが格納されるように、それぞれ凹部２０２ａ及び凹部２０２ｂを形成しておく。カバー２０１の凹部２０２ａ及び凹部２０２ｂのそれぞれは、その面積が半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれよりもやや広くしておく。
【００５２】
図１（Ａ）に示すように、凹部２０２ａ及び凹部２０２ｂは、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれよりも一回り大きい構成となっている。これにより、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂが移動するのを最小限に抑制することができ、かつ、カバー２０１の重さを支持基板１０１で支えることができる。
【００５３】
しかしながらカバー２０１の形状は、図１（Ａ）に限定されるものではない。例えば、図７（Ａ）に示すように、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂの、接合層１０８ａ及び接合層１０８ｂが形成される面と反対の面が、カバー２０１と接するようにしてもよい。このときカバー２０１は支持基板１０１と接せず、いわば半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂに乗っかっている状態であってもよい。この場合、カバー２０１の重さが半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂにかかるので、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂがより動きにくくなる。
【００５４】
また図７（Ｂ）に示すように、凹部２０２ａ及び凹部２０２ｂは、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれよりも一回り大きい構成であり、かつ、カバー２０１の一部が支持基板１０１と接していてもよい。カバー２０１の重さが半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂにかかると、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂがより動きにくくなると同時に、半導体層１０４ａ及び半導体層１０４ｂが傷つく恐れがあるので、カバー２０１の重さを支持基板１０１で支える構成にしてもよい。
【００５５】
図７（Ｃ）は、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂの、接合層１０８ａ及び接合層１０８ｂが形成される面と反対の面が、カバー２０１と接し、かつ、カバー２０１の一部が支持基板１０１と接している構成である。これにより、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂが動きにくくなると同時に、カバー２０１の重さを支持基板１０１で支えることが可能である。
【００５６】
次いで図３（Ａ）に示す工程と同様に、加熱により脆化層１０３ａ及び脆化層１０３ｂに形成された微小な空孔に体積変化が起こさせ、亀裂が生じさせる。その結果、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂがそれぞれ、脆化層１０３ａ及び脆化層１０３ｂに沿って分離される（図１（Ｂ）参照）。
【００５７】
この熱処理により、支持基板１０１上には半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれから分離された薄膜の半導体層１０４ａ及び半導体層１０４ｂが固定される（図１（Ｃ）参照）。また、この熱処理で、支持基板１０１と半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれの接合層１０８ａ及び接合層１０８ｂが加熱されるので、接合界面に水素結合よりも結合力が強い共有結合が形成されるので、接合界面での結合力を向上させることができる。
【００５８】
半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれと、１つの凹部の面積がほぼ等しい場合、加熱時に半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれの半導体と、カバー２０１の石英の熱膨張率の違いが生じ、どちらかが割れるなどの問題が発生する可能性がある。従って、半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれよりも、１つの凹部の面積の方が広い方がよい。以上によって、熱処理によって半導体基板１０２ａ及び半導体基板１０２ｂそれぞれから分離した領域１０５ａ及び領域１０５ｂの移動を抑制する。
【００５９】
本実施の形態により、大型の支持基板１０１上に、複数の半導体基板から半導体層を形成することができ、かつ、半導体基板から分離した領域の移動を抑えることができる。そのため、半導体層への損傷を防止することが可能となる。
【００６０】
さらに、半導体基板から分離した領域の位置特定が可能となるため、自動搬送装置を用いての、半導体基板から分離した領域の回収及び搬送が容易となる。
【００６１】
［実施の形態２］
【００６２】
本実施の形態を、図４（Ａ）〜図４（Ｂ）及び図５（Ａ）〜図５（Ｂ）を用いて説明する。
【００６３】
まず実施の形態１の図２（Ａ）〜図２（Ｄ）に基づいて、支持基板３０１上に、脆化層が形成された半導体基板３０２を複数個配置する。そして凹部３０４を有する石英製のカバー３０３を用意する（図４（Ａ）参照）。
【００６４】
例えば、支持基板３０１として、６００×７２０ｍｍ、厚さが０．７ｍｍのガラス基板、及び、半導体基板３０２として、１２５×１２５ｍｍ、厚さが０．７ｍｍのシリコンウェハを１６枚用意する。１２５×１２５ｍｍのシリコンウェハは、φ２００ｍｍの円柱状のインゴットから１２５ｍｍ角の四角柱に切り出した後、所望の厚さにスライスすることで作製が可能である。若しくは、φ２００ｍｍ（φ８インチ）のシリコンウェハを矩形状に切り出すことでも作製可能である。スライスして得られたシリコンウェハを、公知の方法に従って表面の研磨及び洗浄を行い、欠陥のない表面を有するシリコンウェハを形成する。
【００６５】
次に、シリコンウェハ表面を洗浄して清浄にした後に、シリコンウェハ上に保護膜を形成する。保護膜は、次に行う脆化層を形成するためのイオン照射工程でシリコンウェハが金属などの不純物に汚染されることを防止し、また、照射されるイオンの衝撃による表面の損傷を防止するなどの目的のために形成する。この保護膜は、ＣＶＤ法等により、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などの絶縁材料を堆積することで形成できる。また、シリコンウェハ表面を熱酸化することによっても形成することができる。本実施の形態においては、熱酸化により酸化膜を形成する。
【００６６】
次に、保護膜を介して、電界で加速されたイオンでなるイオンビームを柱状シリコンウェハに照射して、シリコンウェハの表面から所定の深さの領域に、脆化層を形成する。脆化層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制御することができる。イオンの平均進入深さとほぼ同じ深さ領域に、脆化層が形成される。形成される脆化層の深さで、シリコンウェハから分離される薄膜の単結晶シリコン層の厚さが決定される。シリコンウェハから分離される単結晶シリコン層の厚さは５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、好ましい厚さの範囲は１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。イオンを照射する深さを考慮して、イオンの加速電圧を調節する。
【００６７】
このイオン照射工程のソースガスには、水素ガスを用いることができる。水素ガス（Ｈ２ガス）からＨ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋が生成されるが、水素ガスをソースガスに用いる場合は、Ｈ３＋が最も多く照射されることが好ましい。Ｈ３＋イオンを照射することで、Ｈ＋、Ｈ２＋を照射するよりもイオンの照射効率が向上し、かつ照射時間を短縮することができる。また、脆化層に亀裂が生じやすくなる。
【００６８】
次に、ガラス基板の接合面側の表面とシリコンウェハ表面を超音波洗浄などの方法で洗浄する。そして、ガラス基板とシリコンウェハとを密着させると、ガラス基板と接合層の界面にファン・デル・ワールス力が作用し、ガラス基板とシリコンウェハが接合する。ガラス基板とシリコンウェハとを密着させることで、接合界面にファン・デル・ワールス結合ができ、貼り合わされる。以上の工程を、１６回繰り返し、ガラス基板上に１６枚のシリコンウェハを貼り合わせる。
【００６９】
また、ガラス基板からのアルカリ成分等の汚染物質をシリコンウェハに拡散させないために、ガラス基板全面に汚染物質をブロックする絶縁膜、例えば酸素を含む窒化珪素膜を形成してもよい。
【００７０】
なお、結合力がより強固な接合を形成するために、ガラス基板の表面を酸素プラズマ処理若しくはオゾン処理して、その表面に親水性を持たせる処理を施してもよいし、ガラス基板と接合層を密着させた後、加熱処理又は加圧処理を行ってもよい。
【００７１】
次に、支持基板３０１上に貼り合わされた半導体基板３０２上に石英製のカバー３０３を載せる（図４（Ｂ）参照）。カバー３０３の半導体基板３０２と接触する面あるいは近接する面には、半導体基板３０２が格納されるよう複数の凹部３０４を形成する。凹部の面積は、半導体基板３０２面積よりもやや広くしておく。半導体基板３０２とカバー３０３の凹部３０４の面積がほぼ等しい場合、加熱時に半導体基板３０２に含まれる半導体とカバー３０３に含まれる石英の熱膨張率の違いが生じ、支持基板３０１か半導体基板３０２のどちらかが割れるなどの問題が発生する可能性があるため好ましくない。
【００７２】
本実施の形態においては、半導体基板３０２として、貼り合わせ面の形状が１２５×１２５ｍｍのシリコンウェハを使用するため、凹部３０４の面積は、１２７×１２７ｍｍとする。また、凹部３０４の深さは、使用するシリコンウェハの厚さ０．７ｍｍよりも浅ければよく、本実施の形態においては、凹部３０４の深さを０．４ｍｍとする。
【００７３】
次に、カバー３０３を載せた状態で熱処理を施す。加熱温度は４００℃以上７００℃未満とすることができる。４００℃以上７００℃未満の温度範囲で熱処理を行うことで半導体基板３０２中の脆化層に形成された微小な空孔に体積変化が起こり、亀裂が生ずる。その結果、半導体基板３０２が脆化層に沿って分離される。
【００７４】
この熱処理により、支持基板３０１上にはシリコンウェハから分離された薄膜の半導体層が固定される。また、この熱処理で、支持基板３０１半導体基板３０２との接合界面が加熱されるので、接合界面に水素結合よりも結合力が強い共有結合が形成されるので、接合界面での結合力を向上させることができる。
【００７５】
上記熱処理により、実施の形態１で述べられた、半導体基板１０２ａから半導体層１０４ａ及び領域１０５ａ、並びに、半導体基板１０２ｂから半導体層１０４ｂ及び領域１０５ｂに分離されたように、半導体基板３０２は、２つに分離されるが、カバー３０３が存在するため、分離した半導体基板３０２は分離する前の位置を保持することができる。
【００７６】
したがって、半導体基板３０２の分離した一部（半導体基板１０２ａに対する領域１０５ａに相当する）の移動に起因する半導体層や支持基板３０１表面への損傷を防止することが可能となる。また、半導体基板３０２の分離した一部は分離する前の位置を保持しているため、自動装置による回収が容易である。
【００７７】
また図４（Ａ）及び図４（Ｂ）と異なるカバーの形状を、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を用いて説明する。
【００７８】
図４おいては、１６枚の半導体基板３０２を貼り合わせた、１枚の支持基板３０１に対して、１枚のカバー３０３を載せる例を示したが、支持基板３０１に対して複数のカバーを作製してもよい。
【００７９】
特に支持基板３０１として大型の基板、例えば大型ガラス基板を用いた場合、同じサイズの石英製のカバーを作製することは困難となる可能性がる。また、カバーが大型化すると、貼り合わされた半導体基板３０２とカバーに形成された凹部とを正確に位置合わせしつつ、カバーを載せることは困難となる。よって、より大型の基板を使用する場合、図５が示す方法により対応することが可能である。
【００８０】
図５に示すように、１６枚の半導体基板３０２上に、カバーを１枚載せるのではなく、４枚の半導体基板３０２に対して１枚のカバー、すなわちカバー４０１ａ、カバー４０１ｂ、カバー４０１ｃ、カバー４０１ｄのいずれかを載せる。カバー４０１ａ、カバー４０１ｂ、カバー４０１ｃ、カバー４０１ｄそれぞれには、半導体基板３０２に対する凹部４０２が形成されている。
【００８１】
カバー４０１ａ、カバー４０１ｂ、カバー４０１ｃ、カバー４０１ｄは、複数の半導体基板３０２を格納するサイズであり、かつ支持基板３０１の搬送等により容易に移動しない重量を有していればよい。
【００８２】
以上のように、カバーを小型化するにより、大型の支持基板３０１を用いることができる。半導体基板３０２の分離した一部（半導体基板１０２ａに対する領域１０５ａに相当する）の移動を抑えることができるため、半導体層への損傷を防止することが可能となる。
【００８３】
また、分離後の半導体基板３０２の一部の位置特定が可能となるため、自動搬送装置での半導体基板３０２の一部の回収及び搬送が容易となり、より簡素な装置構成とすることができる。これにより安価かつ処理能力の高い半導体層作製装置が実現可能となる。
【００８４】
［実施の形態３］
本実施の形態を、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）を用いて説明する。なお実施の形態１と同じものは同じ符号で示している。
【００８５】
図６（Ａ）では、支持基板１０１及び石英製のカバー２０１を石英製のトレイ５０６上に配置する。支持基板１０１を大型化すると、自重により撓みやすくなるため、支持基板１０１の搬送等における撓みを防止することができる。
【００８６】
また図６（Ｂ）では、石英製のカバー２０１は石英製のトレイ５０６に接触するように配置する。これにより、カバー２０１の重量を支持基板１０１だけでなく、トレイ５０６にもかけることができるので、支持基板１０１をより平坦な状態に維持することが可能である。
【００８７】
また、図６（Ｃ）では、トレイ５０６をカバー２０１及び支持基板１０１を覆うように形成する。これにより、支持基板１０１、支持基板１０１に固着された半導体層１０４ａ及び半導体層１０４ｂ、半導体基板から分離された領域１０５ａ及び領域１０５ｂ、並びに、カバー２０１の位置がずれることを防止することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１０１    支持基板
１０２    半導体基板
１０２ａ    半導体基板
１０２ｂ    半導体基板
１０３    脆化層
１０３ａ    脆化層
１０３ｂ    脆化層
１０４ａ    半導体層
１０４ｂ    半導体層
１０５ａ    領域
１０５ｂ    領域
１０６    イオン
１０７ａ    保護膜
１０７ｂ    保護膜
１０８ａ    接合層
１０８ｂ    接合層
１０９    絶縁表面
２０１    カバー
２０２ａ    凹部
２０２ｂ    凹部
３０１    支持基板
３０２    半導体基板
３０３    カバー
３０４    凹部
４０１ａ    カバー
４０１ｂ    カバー
４０１ｃ    カバー
４０１ｄ    カバー
４０２    凹部
５０６    トレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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