(57)【要約】【課題】半導体基板の生産性を低下させることなく、半導体層の特性を向上し、半導体層の面内ばらつきを抑制し、半導体層の特性を均一にすることを目的の一とする。【解決手段】単結晶半導体基板の一表面にイオンを照射して、該単結晶半導体基板中に損傷領域を形成し、単結晶半導体基板の一表面上に絶縁層を形成し、絶縁表面を有する基板の表面と絶縁層の表面とを接触させて、絶縁表面を有する基板と単結晶半導体基板とを貼り合わせ、加熱処理を施すことにより、損傷領域において単結晶半導体基板を分離して絶縁表面を有する基板上に半導体層を形成し、半導体層の一表面に、半導体層を溶融させない条件でフラッシュランプからの光を照射して、欠陥を修復させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶半導体基板の一表面にイオンを照射して、該単結晶半導体基板中に損傷領域を形成し、
前記単結晶半導体基板の一表面上に絶縁層を形成し、
絶縁表面を有する基板の表面と前記絶縁層の表面とを接触させて、前記絶縁表面を有する基板と前記単結晶半導体基板とを貼り合わせ、
加熱処理を施すことにより、前記損傷領域において前記単結晶半導体基板を分離して前記絶縁表面を有する基板上に半導体層を形成し、
前記半導体層の一表面に、前記半導体層を溶融させない条件でフラッシュランプからの光を照射して、欠陥を修復させることを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項２】
単結晶半導体基板の一表面にイオンを照射して、該単結晶半導体基板中に損傷領域を形成し、
前記単結晶半導体基板の一表面上に第１の絶縁層を形成し、
絶縁表面を有する基板の一表面上に第２の絶縁層を形成し、
前記第２の絶縁層の表面と前記第１の絶縁層の表面とを接触させて、前記絶縁表面を有する基板と前記単結晶半導体基板とを貼り合わせ、
加熱処理を施すことにより、前記損傷領域において前記単結晶半導体基板を分離して前記絶縁表面を有する基板上に半導体層を形成し、
前記半導体層の一表面に、前記半導体層を溶融させない条件でフラッシュランプからの光を照射して、欠陥を修復させることを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項３】
単結晶半導体基板の一表面上に絶縁層を形成し、
前記絶縁層の一表面にイオンを照射して、前記単結晶半導体基板中に損傷領域を形成し、
絶縁表面を有する基板の表面と前記絶縁層の表面とを接触させて、前記絶縁表面を有する基板と前記単結晶半導体基板とを貼り合わせ、
加熱処理を施すことにより、前記損傷領域において前記単結晶半導体基板を分離して前記絶縁表面を有する基板上に半導体層を形成し、
前記半導体層の一表面に、前記半導体層を溶融させない条件でフラッシュランプからの光を照射して、欠陥を修復させることを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項４】
単結晶半導体基板の一表面上に第１の絶縁層を形成し、
前記第１の絶縁層の一表面にイオンを照射して、前記単結晶半導体基板中に損傷領域を形成し、
絶縁表面を有する基板の一表面上に第２の絶縁層を形成し、
前記第２の絶縁層の表面と前記第１の絶縁層の表面とを接触させて、前記絶縁表面を有する基板と前記単結晶半導体基板とを貼り合わせ、
加熱処理を施すことにより、前記損傷領域において前記単結晶半導体基板を分離して前記絶縁表面を有する基板上に半導体層を形成し、
前記半導体層の一表面に、前記半導体層を溶融させない条件でフラッシュランプからの光を照射して、欠陥を修復させることを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一において、
前記フラッシュランプの光の照射前又は照射後に、前記半導体層に対して平坦化処理を施すことを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記平坦化処理は、エッチング処理を含むことを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一において、
前記フラッシュランプからの光の照射時間は、１０μｓ以上であることを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一において、
前記フラッシュランプからの光は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長域において連続的なスペクトルを有することを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一において、
前記フラッシュランプは、キセノンランプであることを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一において、
前記フラッシュランプからの光を照射する際に、前記絶縁表面を有する基板の温度を３００℃以上に保つことを特徴とする半導体基板の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野は、半導体基板の作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、バルク状のシリコン基板に代わり、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を使った半導体装置が開発されている。絶縁層上に形成された薄い単結晶シリコン層の特長を生かすことで、半導体装置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、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、低消費電力など付加価値の高い半導体集積回路が実現できる。
【０００３】
ＳＯＩ基板を製造する方法の１つに、いわゆる水素イオン注入剥離法が知られている。該方法における代表的な工程を以下に示す。
【０００４】
はじめに、シリコン基板に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損傷領域を形成する。次に、ベース基板となる別のシリコン基板を酸化して酸化珪素膜を形成する。その後、損傷領域が形成されたシリコン基板と、別のシリコン基板の酸化珪素膜とを密着させて、２枚のシリコン基板を貼り合わせる。そして、加熱処理を行うことにより、損傷領域において一方のシリコン基板を分離する。
【０００５】
上記方法はベース基板としてシリコン基板を用いるものであるが、これを応用した例として、ガラス基板上に単結晶シリコン層を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、特許文献１では、イオン注入によって形成された欠陥や、剥離面の段差を除去するために、剥離面を機械研磨している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−０９７３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、単結晶半導体基板にイオンを照射する方法を用いて単結晶半導体層を形成する場合には、イオンの照射により、単結晶半導体層中の欠陥が増大することになる。単結晶半導体層中にこのような欠陥が多数存在する場合には、例えば、ゲート絶縁層との界面に欠陥の準位が形成されやすくなるなど、作製した半導体素子の特性が低下する。また、単結晶半導体層中に欠陥が多数存在する場合には、そもそも単結晶半導体本来の特性を得ることができない。
【０００８】
上記の問題を解消する方法としては、例えば、加熱処理（熱平衡状態での加熱）による再結晶化を挙げることができる。しかしながら、高温（例えば８００℃以上）での加熱処理は、ガラス基板上に形成した単結晶半導体層に対する処理としては適当でない。ガラス基板には耐熱温度の問題があるためである。
【０００９】
上記方法に代わるものとしては、例えば、単結晶半導体層に対してレーザ光を照射する方法がある。レーザ光を照射することにより、単結晶半導体層のみを選択的に溶融させて、欠陥を低減することができる。なお、上記のレーザ光としては、主としてパルス発振レーザ光が用いられる。パルス発振レーザ光は、連続発振レーザ光と比較して溶融に必要な光強度を得やすいというメリットを有している。
【００１０】
ここで、単結晶半導体層に対してレーザ光を照射する場合には、レーザ光の端部が照射される領域において単結晶半導体層の特性が低下するという問題がある。これは、当該領域において溶融領域と非溶融領域とが混在することになり、溶融領域と非溶融領域との境界において、結晶構造に歪みが生じやすくなるためである。そして、このような歪みが生じる結果、半導体層表面には凸状物（突起物）が発生し、また、結晶粒界が形成されることになる。この問題を解決するための方法として、例えば、単結晶半導体層全面を溶融できるように、レーザ光の照射面積を大きくすることが考えられるが、大面積の半導体層を一様に溶融できる光強度のレーザ光を得ることは極めて困難である。
【００１１】
上述の問題点に鑑み、本明細書等（少なくとも明細書、特許請求の範囲、および図面を含む）において開示する発明の一態様では、半導体基板の生産性を低下させることなく、半導体層の特性を向上することを目的の一とする。または、半導体層の面内ばらつきを抑制し、半導体層の特性を均一にす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では、半導体層の表面にフラッシュランプからの光を照射して、該半導体層中の欠陥を修復させる。また、この際、半導体層を溶融させない（又は、半導体層表面の平坦性を変化させない）。上記フラッシュランプからの光の照射時間（パルス幅）は、１０μｓ以上（好ましくは１０μｓ以上１００ｍｓ以下、より好ましくは１００μｓ以上１０ｍｓ以下）とする。また、上記フラッシュランプからの光は、可視域（少なくとも４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下）において連続的なスペクトルを有する光（いわゆる白色光）であることが好ましい。
【００１３】
開示する発明の一態様である半導体基板の作製方法の一は、単結晶半導体基板の一表面にイオンを照射して、該単結晶半導体基板中に損傷領域を形成し、単結晶半導体基板の一表面上に絶縁層を形成し、絶縁表面を有する基板の表面と絶縁層の表面とを接触させて、絶縁表面を有する基板と単結晶半導体基板とを貼り合わせ、加熱処理を施すことにより、損傷領域において単結晶半導体基板を分離して絶縁表面を有する基板上に半導体層を形成し、半導体層の一表面に、半導体層を溶融させない条件でフラッシュランプからの光を照射して、欠陥を修復させることを特徴としている。
【００１４】
開示する発明の一態様である半導体基板の作製方法の他の一は、単結晶半導体基板の一表面にイオンを照射して、該単結晶半導体基板中に損傷領域を形成し、単結晶半導体基板の一表面上に第１の絶縁層を形成し、絶縁表面を有する基板の一表面上に第２の絶縁層を形成し、第２の絶縁層の表面と第１の絶縁層の表面とを接触させて、絶縁表面を有する基板と単結晶半導体基板とを貼り合わせ、加熱処理を施すことにより、損傷領域において単結晶半導体基板を分離して絶縁表面を有する基板上に半導体層を形成し、半導体層の一表面に、半導体層を溶融させない条件でフラッシュランプからの光を照射して、欠陥を修復させることを特徴としている。
【００１５】
開示する発明の一態様である半導体基板の作製方法の他の一は、単結晶半導体基板の一表面上に絶縁層を形成し、絶縁層の一表面にイオンを照射して、単結晶半導体基板中に損傷領域を形成し、絶縁表面を有する基板の表面と絶縁層の表面とを接触させて、絶縁表面を有する基板と単結晶半導体基板とを貼り合わせ、加熱処理を施すことにより、損傷領域において単結晶半導体基板を分離して絶縁表面を有する基板上に半導体層を形成し、半導体層の一表面に、半導体層を溶融させない条件でフラッシュランプからの光を照射して、欠陥を修復させることを特徴としている。
【００１６】
開示する発明の一態様である半導体基板の作製方法の他の一は、単結晶半導体基板の一表面上に第１の絶縁層を形成し、第１の絶縁層の一表面にイオンを照射して、単結晶半導体基板中に損傷領域を形成し、絶縁表面を有する基板の一表面上に第２の絶縁層を形成し、第２の絶縁層の表面と第１の絶縁層の表面とを接触させて、絶縁表面を有する基板と単結晶半導体基板とを貼り合わせ、加熱処理を施すことにより、損傷領域において単結晶半導体基板を分離して絶縁表面を有する基板上に半導体層を形成し、半導体層の一表面に、半導体層を溶融させない条件でフラッシュランプからの光を照射して、欠陥を修復させることを特徴としている。
【００１７】
上記において、「溶融させない条件」とは、溶融に起因する体積移動を生じない条件を指し、体積移動が生じない程度の瞬間的な溶融が生じる条件や、微視的な結合の組み替えが生じる条件などを除外するものではない。この意味において、上記「半導体層を溶融させない条件で」との記載を、「半導体層表面の平坦性を変化させない条件で」と置き換えることもできる。つまり、フラッシュランプからの光の強度を、半導体層表面の凹凸が変化しない程度に抑えておけば良い。
【００１８】
なお、上記において、フラッシュランプの光の照射前又は照射後に、半導体層に対して平坦化処理を施すと良い。ここで、平坦化処理としては、エッチング処理を用いることができる。又は、特性のばらつきを誘起しない限度において、レーザ光の照射処理を用いても良い。
【００１９】
また、上記において、フラッシュランプからの光の照射時間は、１０μｓ以上であることが好ましい。そして、フラッシュランプからの光は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長域において連続的なスペクトルを有することが好ましい。このようなフラッシュランプとして、例えば、キセノンランプを用いることができる。
【００２０】
なお、上記において、フラッシュランプからの光を照射する際に、絶縁表面を有する基板の温度を３００℃以上に保つことが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
開示する発明の一態様では、フラッシュランプからの光（以下、フラッシュランプ光とも呼ぶ。）を用いて、非溶融で半導体層の欠陥を修復している。このため、レーザ光を用いて溶融させる場合と比較して、生産性を飛躍的に向上させることができる。また、非溶融とすることにより、溶融領域と非溶融領域の発生に起因する結晶粒界などが生じないため、半導体層の面内ばらつきを低減し、半導体層の特性を良好且つ均一なものとすることができる。また、炉などを用いる熱平衡状態での加熱と比較して、極めて短時間に、効率的に処理を行うことができる。つまり、良好且つ均一な特性の大面積基板を極めて効率良く提供することができる。なお、レーザ光を照射して半導体層の特性を向上させる場合には、通常、０．５ｍｍ×３００ｍｍ程度のビームスポットを有する線状のパルスレーザ光を用いる。これは、半導体層の部分溶融が可能な程度の光強度が求められるためである。これに対して、本発明ではフラッシュランプ光により、大面積を一度に処理することが可能である。
【００２２】
なお、非溶融により特性の良い半導体層の形成を実現できるのは、上記の半導体層として、単結晶半導体基板から分離される半導体層（以下では便宜的に「準単結晶半導体層」と呼ぶことがある。）を用いているためである。単結晶半導体基板から分離される半導体層（準単結晶半導体層）の基本的な構造は単結晶半導体層と同様であり、欠陥が多いという点においてのみ、単結晶半導体とは異なると言える。つまり、欠陥を効果的に修復することができれば、非溶融の欠陥修復プロセスを用いる場合であっても、単結晶半導体と同様の極めて高い特性を得ることができるのである。
【００２３】
なお、レーザ光を照射する場合など、半導体層の溶融が必要なプロセスにおいては、その最適なパワー密度の範囲が狭いことが問題となるが、開示する発明の一態様では半導体層を溶融させる必要がないため、最適なパワー密度の範囲が広く、半導体基板の作製プロセスにおいて極めて有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】半導体基板の製造方法について説明する図である。
【図２】半導体基板の製造方法について説明する図である。
【図３】半導体基板の製造方法について説明する図である。
【図４】半導体基板の製造方法について説明する図である。
【図５】半導体基板の製造方法について説明する図である。
【図６】半導体基板の製造方法について説明する図である。
【図７】フラッシュランプの照射方法について説明する図である。
【図８】半導体装置の作製工程を示す図である。
【図９】半導体装置の作製工程を示す図である。
【図１０】半導体装置の平面図及び断面図である。
【図１１】ラマンピークのフラッシュランプ光強度依存性及びラマンピークの半値全幅のフラッシュランプ光強度依存性を示す図である。
【図１２】フラッシュランプ光を照射する前のシリコン層の表面凹凸の様子を示す図である。
【図１３】フラッシュランプ光を照射した後のシリコン層の表面凹凸の様子を示す図である。
【図１４】ランプ光を照射した場合の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定されず、本明細書等において開示する発明の趣旨から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異なる実施の形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。なお、以下に説明する発明の構成において、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用い、その繰り返しの説明は省略する。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すものとする。
【００２６】
（実施の形態１）
本実施の形態では、開示する発明の一態様である半導体基板の作製方法について、図１及び２を参照して説明する。
【００２７】
はじめに、ベース基板１００を用意する（図１（Ａ）参照）。ベース基板１００としては、絶縁表面を有する基板、例えば、液晶表示装置などに使用される可視光透過性を有するガラス基板などを用いることができる。ガラス基板としては、歪み点が５８０℃以上（好ましくは、６００℃以上）であるものを用いると良い。また、ガラス基板は無アルカリガラス基板であることが好ましい。無アルカリガラス基板には、例えば、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などのガラス材料が用いられている。
【００２８】
なお、ベース基板１００としては、ガラス基板の他、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などの絶縁表面を有する基板、珪素などの半導体材料でなる基板、金属やステンレスなどの導電体でなる基板などを用いることもできる。
【００２９】
本実施の形態においては示さないが、ベース基板１００の表面に絶縁層を形成しても良い。該絶縁層を設けることにより、ベース基板１００に不純物（アルカリ金属やアルカリ土類金属など）が含まれている場合であっても、当該不純物が半導体層へ拡散することを防止できる。絶縁層は単層構造でも良いし積層構造でも良い。絶縁層を構成する材料としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムなどを挙げることができる。
【００３０】
なお、本明細書等において、酸化窒化物とは、その組成において、窒素よりも酸素の含有量（原子数）が多いものを示し、例えば、酸化窒化シリコンとは、酸素が５０原子％以上７０原子％以下、窒素が０．５原子％以上１５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化物とは、その組成において、酸素よりも窒素の含有量（原子数）が多いものを示し、例えば、窒化酸化シリコンとは、酸素が５原子％以上３０原子％以下、窒素が２０原子％以上５５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が１０原子％以上２５原子％以下の範囲で含まれるものをいう。但し、上記範囲は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）や、水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合のものである。また、構成元素の含有比率の合計は１００原子％を超えない。
【００３１】
次に、単結晶半導体基板１１０を用意する（図１（Ｂ）参照）。単結晶半導体基板１１０としては、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコンなどの第４属元素でなる半導体基板を用いることができる。もちろん、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの化合物半導体でなる基板を用いてもよい。本実施の形態においては、単結晶半導体基板１１０として、単結晶シリコン基板を用いることとする。単結晶半導体基板１１０のサイズや形状に制限は無いが、例えば、８インチ（２００ｍｍ）、１２インチ（３００ｍｍ）、１８インチ（４５０ｍｍ）といった円形の半導体基板を、矩形に加工して用いると良い。その他、用途に応じて、２０インチを超える半導体基板を用いることも可能である。なお、本明細書において、単結晶とは、結晶構造が一定の規則性を持って形成されており、どの部分においても結晶軸が同じ方向を向いているものをいう。
【００３２】
単結晶半導体基板１１０を洗浄した後、単結晶半導体基板１１０表面に絶縁層１１２を形成する。絶縁層１１２を設けない構成とすることもできるが、後のイオン照射の際の単結晶半導体基板１１０の汚染、単結晶半導体基板１１０表面の損傷、単結晶半導体基板１１０表面のエッチング等を防ぐためには、絶縁層１１２を設けることが好ましい。絶縁層１１２の厚さは１ｎｍ以上４００ｎｍ以下程度にすると良い。
【００３３】
絶縁層１１２を構成する材料としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、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、珪素またはゲルマニウムを組成に含む絶縁材料を挙げることができる。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の酸化物、窒化アルミニウムなどの金属の窒化物、酸化窒化アルミニウムなどの金属の酸化窒化物、窒化酸化アルミニウムなどの金属の窒化酸化物を用いてもよい。絶縁層１１２の形成方法としては、ＣＶＤ法、スパッタ法、単結晶半導体基板１１０の酸化（又は窒化）による方法などがある。
【００３４】
次に、絶縁層１１２を介して、電界で加速されたイオンでなるイオンビーム１３０を単結晶半導体基板１１０に照射し、単結晶半導体基板１１０の表面から所定の深さの領域に、損傷領域１１４を形成する（図１（Ｃ）参照）。損傷領域１１４が形成される領域の深さは、イオンビーム１３０の加速エネルギーとイオンビーム１３０の入射角によって制御することができる。ここで、損傷領域１１４は、イオンの平均侵入深さと同程度の深さの領域に形成されることになる。
【００３５】
上述の損傷領域１１４が形成される深さにより、単結晶半導体基板１１０から分離される半導体層の厚さが決定される。損傷領域１１４が形成される深さは、単結晶半導体基板１１０の表面から２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、好ましくは３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
【００３６】
イオンを単結晶半導体基板１１０に照射する際には、イオン注入装置又はイオンドーピング装置を用いることができる。イオン注入装置では、ソースガスを励起してイオンを生成し、生成されたイオンを質量分離して、所定の質量を有するイオンを被処理物に照射する。イオンドーピング装置は、プロセスガスを励起してイオンを生成し、生成されたイオンを質量分離せずに被処理物に照射する。なお、質量分離装置を備えているイオンドーピング装置では、イオン注入装置と同様に、質量分離を伴うイオン照射を行うこともできる。
【００３７】
イオンドーピング装置を用いる場合のイオンの照射工程は、例えば、加速電圧が５ｋＶ以上１００ｋＶ以下（好ましくは３０ｋＶ以上８０ｋＶ以下）、ドーズ量が６×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上４×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下、ビーム電流密度が２μＡ／ｃｍ２以上（好ましくは５μＡ／ｃｍ２以上、より好ましくは１０μＡ／ｃｍ２以上）の条件で行うことができる。
【００３８】
イオンドーピング装置を用いる場合、イオンの照射工程のソースガスには水素を含むガスを用いることができる。該ガスを用いることにより、イオンとしてＨ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋を生成することができる。該ガスをソースガスとして用いる場合には、Ｈ３＋を多く照射することが好ましい。具体的には、イオンビーム１３０に、Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋の総量に対してＨ３＋が７０％以上（好ましくは８０％以上）含まれるようにする。このようにＨ３＋の割合を高めておくことで、損傷領域１１４に１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の濃度で水素を含ませることが可能である。Ｈ３＋の割合を高めて局所的に多量のイオンを含ませることにより、損傷領域１１４からの剥離が容易になる。また、Ｈ３＋を多く照射することで、Ｈ＋、Ｈ２＋を照射するよりもイオンの照射効率が向上する。つまり、照射にかかる時間を短縮することができる。
【００３９】
イオン注入装置を用いる場合には、質量分離により、Ｈ３＋が照射されるようにすることが好ましい。もちろん、Ｈ＋やＨ２＋を照射してもよい。ただし、イオン注入装置を用いる場合には、イオンを選択して照射することになるため、イオンドーピング装置を用いる場合と比較して、イオンの照射効率は低いものになる。
【００４０】
イオン照射工程のソースガスには水素を含むガスの他に、ヘリウムやアルゴンなどの希ガス、フッ素ガスや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には、質量分離を行わなくとも、Ｈｅ＋イオンの割合が高いイオンビーム１３０を作り出すことができる。このようなイオンビーム１３０を用いることで、損傷領域１１４を効率よく形成することができる。
【００４１】
また、複数回のイオン照射工程を行うことで、損傷領域１１４を形成することもできる。この場合、イオン照射工程毎にソースガスを異ならせても良いし、同じソースガスを用いてもよい。例えば、ソースガスとして希ガスを用いてイオンを照射した後、水素を含むガスをソースガスとして用いてイオンを照射することができる。また、初めにハロゲンガス又はハロゲン化合物ガスを用いてイオン照射を行い、次に、水素ガスを含むガスを用いてイオン照射を行うこともできる。
【００４２】
上記の損傷領域１１４を形成した後、絶縁層１１２を除去し、新たに絶縁層１１６を形成する（図１（Ｄ）参照）。ここで、絶縁層１１２を除去するのは、上記のイオン照射の際に、絶縁層１１２が損傷する可能性が高いためである。なお、絶縁層１１２の損傷が問題とならない場合には絶縁層１１２を除去する必要はない。この場合、絶縁層１１２上に新たに絶縁層１１６を形成しても良いし、絶縁層１１６を形成しない構成としても良い。
【００４３】
絶縁層１１６を構成する材料としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、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、珪素またはゲルマニウムを組成に含む絶縁材料を挙げることができる。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の酸化物、窒化アルミニウムなどの金属の窒化物、酸化窒化アルミニウムなどの金属の酸化窒化物、窒化酸化アルミニウムなどの金属の窒化酸化物を用いてもよい。絶縁層１１６の形成方法としては、ＣＶＤ法、スパッタ法、単結晶半導体基板１１０の酸化（又は窒化）による方法などがある。なお、本実施の形態において、絶縁層１１６は単層構造で示しているが、開示する発明の一態様はこれに限定して解釈されない。２層以上の積層構造とすることもできる。
【００４４】
絶縁層１１６は、貼り合わせに係る層であるから、その表面は、高い平坦性を有することが好ましい。例えば、表面の算術平均粗さが０．６ｎｍ以下（好ましくは０．３ｎｍ以下）、二乗平均平方根粗さが０．７ｎｍ以下（好ましくは０．４ｎｍ以下）の層を形成する。このような絶縁層１１６としては、例えば、有機シランガスを用いて化学気相成長法により形成される酸化珪素膜を用いることができる。なお、以下では説明の便宜上、図１（Ｄ）に示す構造を基板１４０と呼ぶこととする。
【００４５】
その後、上記のベース基板１００と基板１４０とを貼り合わせる（図１（Ｅ）参照）。具体的には、ベース基板１００及び基板１４０（絶縁層１１６）の表面を超音波洗浄（周波数が５０ｋＨｚ乃至５ＭＨｚの、いわゆるメガソニック洗浄を含む。）などの方法で洗浄し、親水基を付加する薬液（オゾン水や、アンモニア水と過酸化水素水（と水）との混合溶液など。その他の酸化剤でも良い。）を用いて処理した後、ベース基板１００の表面と基板１４０の表面とを密着させて圧力をかける。なお、ベース基板１００及び基板１４０の表面に施す処理としては、薬液処理以外にも、例えば酸素プラズマ処理などを挙げることができる。
【００４６】
貼り合わせにはファン・デル・ワールス力や水素結合などが関与していると考えられているため、これらの原理を最大限に利用する方法を用いることが好ましい。例えば、貼り合わせを行う前に、上述のようにベース基板１００及び基板１４０の表面に親水基を付加する薬液を用いた処理や、酸素プラズマ処理などを施して、その表面を親水性にすると良い。該処理によって、ベース基板１００及び基板１４０の表面に親水基が付加されるため、貼り合わせ界面に多数の水素結合を形成することができるようになる。つまり、貼り合わせの強度を向上させることができる。
【００４７】
なお、貼り合わせの際の雰囲気は、大気雰囲気、窒素雰囲気のような不活性雰囲気、酸素やオゾンを含む雰囲気、または減圧雰囲気とすることができる。不活性雰囲気中や、酸素やオゾンを含む雰囲気中で貼り合わせを行うことにより、ベース基板１００及び基板１４０の表面に付加された親水基を有効に利用した貼り合わせが可能である。一方で、減圧雰囲気において貼り合わせを行うことも可能である。この場合には、雰囲気中の汚染物による影響を低減することができるため、貼り合わせに係る界面を清浄に保つことができる。また、貼り合わせの際の空気の閉じ込めを低減することもできる。
【００４８】
本実施の形態においては、一のベース基板１００に対して一の基板１４０を貼り合わせて半導体層を形成する工程を示しているが、開示する発明の一態様はこれに限定されない。例えば、一のベース基板１００に対して複数の基板１４０を貼り合わせ、複数の半導体層を形成しても良い。
【００４９】
次に、貼り合わせられたベース基板１００及び基板１４０に対して加熱処理を施して、貼り合わせを強固なものとする。当該加熱処理は、可能な限り貼り合わせ直後に行うようにする。貼り合わせ後、加熱処理前に基板の搬送を行う場合には、ベース基板１００の撓みなどにより基板１４０が剥離する可能性が極めて高くなるためである。
【００５０】
上記加熱温度は、ベース基板の耐熱温度以下、かつ、基板１４０の分離（損傷領域１１４における分離）が生じない温度とする必要がある。例えば、１５０℃以上４５０℃以下、好ましくは２００℃以上４００℃以下とすることができる。処理時間は、好ましくは１分以上１０時間以下（より好ましくは３分以上３時間以下）であるが、処理速度と貼り合わせ強度との関係から最適な条件を適宜設定することができる。本実施の形態においては、２００℃、２時間の加熱処理を施す。なお、基板の貼り合わせに係る領域にのみマイクロ波を照射することで、局所的に加熱することも可能である。
【００５１】
次に、基板１４０を絶縁層１１６及び半導体層１１８と、単結晶半導体基板１４２とに分離する（図１（Ｆ）参照）。基板１４０の分離は、加熱処理により行う。該加熱処理の温度は、ベース基板１００の耐熱温度を目安にすることができる。例えば、ベース基板１００としてガラス基板を用いる場合には、加熱温度は４００℃以上６５０℃以下とすることが好ましい。なお、上記加熱温度の上限は、ベース基板１００の耐熱性に応じて適宜設定することが可能である。例えば、ベース基板１００が７５０℃までの熱処理に耐えるのであれば、７５０℃以下の温度で加熱処理を行えばよい。本実施の形態においては、６００℃、２時間の加熱処理を施すこととする。
【００５２】
上述のような加熱処理を施すことで、損傷領域１１４に形成された微小な空孔の体積変化が生じ、損傷領域１１４に亀裂が生ずる。その結果、損傷領域１１４において単結晶半導体基板１１０が分離する。絶縁層１１６はベース基板１００と貼り合わせられているので、ベース基板１００上には単結晶半導体基板１１０から分離された半導体層１１８が残存することになる。また、この加熱処理で、ベース基板１００と絶縁層１１６の接合界面が加熱されるため、接合界面に共有結合が形成され、ベース基板１００と絶縁層１１６の結合力が一層向上する。なお、上記単結晶半導体基板１４２は、その表面を平坦化した後、再度利用することができる。
【００５３】
以上により、ベース基板１００上に半導体層１１８を有する半導体基板が形成される（図２（Ａ）参照）。該半導体基板は、ベース基板１００上に、絶縁層１１６、半導体層１１８が順に積層された構成となっている。
【００５４】
上述のようにして形成された半導体層１１８には、イオン照射工程や分離工程による欠陥が存在する。このように半導体層１１８に欠陥が多い状態では、単結晶半導体としての特性を発揮することができず、また、半導体層１１８とゲート絶縁層との界面における局在準位密度が高くなるなど、半導体素子の性能及び信頼性に悪影響を与えることになる。そのため、半導体層１１８の欠陥低減処理を行う。
【００５５】
本実施の形態において、半導体層１１８の欠陥低減は、半導体層１１８にフラッシュランプ光１３２を照射することで実現される。より具体的には、半導体層１１８の全面にフラッシュランプ光１３２を照射する（図２（Ｂ）参照）。この際、フラッシュランプ光の光強度は、半導体層１１８を溶融させない程度（又は、半導体層表面の平坦性を変化させない程度）とする。例えば、半導体層１１８の厚さが１００ｎｍ程度であれば、０．１Ｊ／ｃｍ２以上３００Ｊ／ｃｍ２以下（好ましくは、１Ｊ／ｃｍ２以上３０Ｊ／ｃｍ２以下）程度とすればよい。なお、フラッシュランプ光の最適な光強度は半導体層１１８の厚さなどによって異なるから、ここで示した光強度に限定して解釈する必要はない。上記フラッシュランプ光の照射時間（パルス幅）は、１０μｓ以上（好ましくは１０μｓ以上１００ｍｓ以下、より好ましくは１００μｓ以上１０ｍｓ以下）とする。また、フラッシュランプ光１３２を照射する際のベース基板１００の温度は、３００℃以上（より好ましくは５００℃以上）に保っておくと良い。これにより、欠陥の修復を効果的に行うことができる。
【００５６】
なお、本実施の形態においては、フラッシュランプ光１３２を半導体層１１８の上方（ベース基板とは反対側）から照射する例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。半導体層１１８の下方（ベース基板側）から照射することもできる。この場合、半導体層１１８には、ベース基板１００などを透過したフラッシュランプ光１３２が照射されることになる。また、フラッシュランプ光１３２を半導体層１１８の上方及び下方から照射しても良い。半導体層１１８の上下からフラッシュランプ光１３２を照射することで、欠陥の修復を一層効果的に実現することができる。なお、半導体層１１８には、イオン照射工程や分離工程などによって所定の表面凹凸（Ｒａ（算術平均粗さ）で５ｎｍ以上５０ｎｍ以下程度）が存在する。このため、半導体層１１８の上方からフラッシュランプ光１３２を照射する場合には、上記凹凸の反射防止効果により半導体層１１８表面での反射が抑制され、効果的な欠陥修復を実現することができる。なお、フラッシュランプ光１３２の照射効率を向上させるために、意図的に、表面凹凸がより大きくなる条件でイオン照射工程や分離工程などを行っても良い。
【００５７】
フラッシュランプ光１３２は、例えば、可視域（少なくとも４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下）において連続的なスペクトルを有する光（いわゆる白色光）であることが好ましい。このようなフラッシュランプ光を用いることで、半導体層１１８が厚い場合であっても、十分な深さにまでフラッシュランプ光１３２を到達させることができる。つまり、欠陥の修復を良好に行うことができる。
【００５８】
なお、フラッシュランプ光１３２の照射は、真空又は減圧雰囲気で行うことが好ましいが、これに限られない。フラッシュランプ光１３２を照射する場合には、レーザ光を照射する場合とは異なり、半導体層１１８は溶融しない。このため、レーザ光を用いる場合ほど表面酸化などの問題は深刻ではなく、真空又は減圧雰囲気以外であっても、十分に良好な半導体層が得られる。この点においても、フラッシュランプ光１３２を用いる方法は、レーザ光を用いる方法と比較して有利であると言える。
【００５９】
もちろん、大気雰囲気や、その他の雰囲気においてフラッシュランプ光１３２を照射しても良い。例えば、窒素やアルゴンのような不活性雰囲気でフラッシュランプ光１３２を照射することもできる。不活性雰囲気中でフラッシュランプ光１３２を照射するには、気密性のあるチャンバー内でフラッシュランプ光１３２を照射し、このチャンバー内の雰囲気を制御すればよい。
【００６０】
上記フラッシュランプ光の光源であるフラッシュランプについて特に限定はないが、例えば、キセノンランプ、ハロゲンランプ、高圧ＵＶランプ、超高圧ＵＶランプなどを用いることができる。特に、キセノンランプ（キセノンフラッシュランプ）は、大光量の繰り返し発光が容易であることから、本発明には極めて適していると言える。なお、図２（Ｂ）においては、複数のフラッシュランプを平行に配置して、そのそれぞれに反射板を設ける例を示しているが、フラッシュランプ（及び反射板）の配置や構成はこれに限定されない。例えば、複数のフラッシュランプを平行に配置した後、一又は複数の大型の反射板をフラッシュランプの上方（又は下方）に配置して、フラッシュランプ光の照射効率を向上させても良い。また、フラッシュランプの数や大きさについても、適宜設定することができる。
【００６１】
なお、上記フラッシュランプ光は、その照射時間が通常のランプ光と比較して十分に短い。例えば、フラッシュランプ光の照射時間（パルス幅）は、例えば、１０μｓ以上１００ｍｓ以下（好ましくは１００μｓ以上１０ｍｓ以下）であるのに対して、通常のランプ光の照射時間は概ね０．５ｓ以上である。この照射時間の相違により、開示する発明の一態様では、ランプ光を照射する場合と比較して極めて良好な半導体基板を得ることができるのである。
【００６２】
図１４に、通常のランプ光を照射した場合と、フラッシュランプ光を照射した場合の効果の違いを模式的に示す。図１４（Ａ）は通常のランプ光を照射した場合を、図１４（Ｂ）はフラッシュランプ光を照射した場合を示している。また、図中において、太い実線の矢印は、光によって生じた熱が伝導する様子を示している。
【００６３】
図１４（Ａ）に示すように、通常のランプ光１３４を照射する場合には、その照射時間が長く、発生する熱量が大きくなるため、半導体層１１８で発生した熱の多くが絶縁層１１６を通じてベース基板１００へと伝導する。この場合、ベース基板１００が熱の影響により溶融してしまう可能性がある。また、溶融しないとしても、プロセスが許容できない程度にまでベース基板１００が変形してしまう可能性があり、また、ベース基板１００中の可動イオンが半導体層１１８中に移動してしまう可能性もある。
【００６４】
一方、図１４（Ｂ）に示すように、フラッシュランプ光１３２を照射する場合には、その照射時間が短く、発生する熱量も小さいため、半導体層１１８で発生した熱はベース基板１００にはほとんど伝導しない。このように、フラッシュランプ光を照射することにより、ベース基板１００への熱伝導に起因する不具合を抑制することができる。この点において、通常のランプ光照射と、フラッシュランプ光照射が持つ技術的な意義は大きく異なっている。
【００６５】
以上のように、フラッシュランプ光１３２を半導体層１１８に照射することで、欠陥が修復された半導体層１２０を有する半導体基板１５０を得ることができる（図２（Ｃ）参照）。なお、半導体層１２０は、欠陥が修復されたことにより、単結晶半導体に近い状態となっている。
【００６６】
なお、上述のようにフラッシュランプ光１３２を照射した後には、表面の平坦化処理や半導体層の薄膜化処理を行っても良い。これにより、作製される半導体素子の特性を一層向上させることが可能である。表面の平坦化、半導体層の薄膜化には、例えば、ドライエッチング若しくはウエットエッチングの一方を用いたエッチング処理（エッチバック処理）、又はこれら双方を組み合わせたエッチング処理（エッチバック処理）を適用することができる。又は、特性のばらつきを誘起しない限度において、レーザ光の照射処理を用いても良い。
【００６７】
なお、上記表面の平坦化処理や半導体層の薄膜化処理は、フラッシュランプ光１３２の照射後に行うことに限定されない。例えば、フラッシュランプ光１３２の照射前に平坦化処理などを行ってもよい。この場合には、半導体層表面の凹凸や欠陥がある程度除去されるから、フラッシュランプによる欠陥の修復がより効果的なものとなる。また、フラッシュランプ光１３２の照射前及び照射後の両方に上記処理を適用しても良い。また、フラッシュランプ光１３２の照射と上記処理を交互に繰り返しても良い。このように、フラッシュランプ光の照射と上記の処理を組み合わせて用いることにより、半導体層表面の凹凸、欠陥等を著しく低減することができる。
【００６８】
開示する発明の一態様では、フラッシュランプ光を用いて、非溶融で半導体層の欠陥を修復している。これにより、半導体層全面を一度に処理することが可能である。このため、レーザ光を用いる場合と比較して、生産性を飛躍的に向上させることができる。また、非溶融とすることにより、溶融領域と非溶融領域の発生に起因する結晶粒界などが生じないため、半導体層の面内ばらつきを低減し、半導体層の特性を良好且つ均一なものとすることができる。また、炉などを用いる熱平衡状態での加熱と比較して、極めて短時間に、効率的に処理を行うことができる。つまり、良好且つ均一な特性の大面積基板を極めて効率良く提供することができる。
【００６９】
なお、非溶融により特性の良い半導体層の形成を実現できるのは、上記の半導体層として、単結晶半導体基板から分離される半導体層（準単結晶半導体層）を用いるためである。単結晶半導体基板から分離される半導体層（準単結晶半導体層）の基本的な構造は単結晶半導体と同様であり、欠陥が多いという点においてのみ、単結晶半導体とは異なると言える。つまり、欠陥を効果的に修復することができれば、非溶融の欠陥修復プロセスを用いる場合であっても、単結晶半導体と同様の極めて高い特性を得ることができるのである。
【００７０】
この欠陥低減という目的において、フラッシュランプ光を用いることは極めて好適である。本発明におけるフラッシュランプ光の照射は非溶融の条件で行われるから、欠陥の修復には、熱的な効果のみでなく、光学的な効果が寄与しているものと考察される。すなわち、バンドギャップ光の吸収による局所的な結合の組み替えによって、欠陥の修復が実現されるのであろう。なお、レーザ光を照射する場合など、半導体層を溶融させる場合には、主として熱的な結合の組み替えが行われていると言える。また、いわゆるＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）を用いる場合も、輻射熱による熱的な寄与が大部分である。
【００７１】
フラッシュランプ光は、その照射時間（パルス幅）を１０μｓ以上（好ましくは１０μｓ以上１００ｍｓ以下、より好ましくは１００μｓ以上１０ｍｓ以下）とすることができるから、欠陥に係る結合を組み替えるための時間としては十分であると言える。また、フラッシュランプからの光はいわゆる白色光であるため、単色光であるレーザ光を用いる場合と比較して、様々な種類の欠陥に作用する。すなわち、半導体層中にエネルギー準位の異なる欠陥が複数存在する場合であっても、効果的に光を吸収させて、結合の組み替えを誘起し、欠陥を修復させることができる。さらに、いわゆる白色光を用いることにより、膜厚に大きく依存せずに欠陥の回復を行うことができるため、その膜厚にかかわらず良好な半導体層を得ることができる。
【００７２】
さらに、フラッシュランプ光は、その照射時間が通常のランプ光と比較して十分に短いから、ベース基板に与える熱量を十分に低減することができる。これにより、ベース基板の溶融等に起因して生じる不具合を十分に低減することができる。なお、通常のランプ光の照射時間は０．５ｓ以上である。
【００７３】
なお、レーザ光を照射する場合など、半導体層の溶融が必要なプロセスにおいては、その最適なパワー密度の範囲が狭いことが問題となるが、開示する発明の一態様では半導体層を溶融させる必要がないため、最適なパワー密度の範囲が広く、半導体基板の作製プロセスにおいて極めて有利である。
【００７４】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１において示した半導体基板の製造方法の変形例について説明する。具体的には、エッチングによる平坦化処理を適用する場合について、図３及び４を用いて説明する。なお、本実施の形態に示す半導体基板の製造工程の多くの部分は実施の形態１と共通である。よって、以下では実施の形態１と重複する部分の説明は省略し、主として相違点についての説明を行うものとする。
【００７５】
初めに、図３に示す方法について説明する。
【００７６】
まず、実施の形態１などに示した方法に従ってベース基板１００と基板１４０とを貼り合わせた後に、基板１４０を絶縁層１１６及び半導体層１１８と、単結晶半導体基板１４２とに分離する。これにより、ベース基板１００上に半導体層１１８を有する半導体基板が形成される（図３（Ａ）参照）。なお、図３（Ａ）の構成に至るまでの工程については実施の形態１を参照することができるため、詳細な説明は省略する。なお、上記の半導体基板は、ベース基板１００上に、絶縁層１１６、半導体層１１８が順に積層された構成となっている。
【００７７】
次に、半導体層１１８にフラッシュランプ光１３２を照射する。より具体的には、半導体層１１８の全面にフラッシュランプ光１３２を照射する（図３（Ｂ）参照）。この際、フラッシュランプ光の光強度は、半導体層１１８を溶融させない程度（又は、半導体層表面の平坦性を変化させない程度）とする。また、上記フラッシュランプ光の照射時間（パルス幅）は、１０μｓ以上（好ましくは１０μｓ以上１００ｍｓ以下、より好ましくは１００μｓ以上１０ｍｓ以下）とする。また、フラッシュランプ光１３２を照射する際のベース基板１００の温度は、３００℃以上（より好ましくは５００℃以上）に保っておくと良い。これにより、欠陥の修復を効果的に行うことができる。
【００７８】
フラッシュランプ光１３２は、例えば、可視域（少なくとも４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下）において連続的なスペクトルを有する光（いわゆる白色光）であることが好ましい。このようなフラッシュランプ光を用いることで、半導体層１１８が厚い場合であっても、十分な深さにまでフラッシュランプ光１３２を到達させることができる。つまり、欠陥の修復を良好に行うことができる。
【００７９】
フラッシュランプ光１３２の照射に係るその他の条件については、実施の形態１を参照すれば良いため、ここでは省略する。
【００８０】
以上のように、フラッシュランプ光１３２を半導体層１１８に照射することで、欠陥が修復された半導体層１２０を有する半導体基板１５０を得ることができる（図３（Ｃ）参照）。なお、半導体層１２０は、欠陥が修復されたことにより、単結晶半導体に近い状態となっている。
【００８１】
次に、半導体層１２０の平坦化処理を行う。具体的には、例えば、ドライエッチング若しくはウエットエッチングの一方を用いたエッチング処理（エッチバック処理）、又はこれら双方を組み合わせたエッチング処理（エッチバック処理）を適用することができる。ドライエッチング処理としては、例えば、エッチングガスとして、塩化硼素、塩化珪素、四塩化炭素などの塩化物ガスや、弗化硫黄、弗化窒素などの弗化物ガス、塩素ガス、酸素ガスなどを用いるエッチング処理を適用することができる。ウエットエッチング処理としては、エッチング液として、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ  ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ、略称；ＴＭＡＨ）溶液等を用いるエッチング処理を適用することができる。
【００８２】
上述のように、フラッシュランプ光の照射とエッチング処理とを組み合わせて用いることにより、半導体層の欠陥を著しく低減し、かつ半導体層の表面凹凸を十分に低減した半導体層１６０を有する半導体基板１５２を得ることができる（図３（Ｄ）参照）。
【００８３】
次に、図４に示す方法について説明する。
【００８４】
まず、上記と同様の方法によって、ベース基板１００上に半導体層１１８を有する半導体基板を形成する（図４（Ａ）参照）。該半導体基板は、ベース基板１００上に、絶縁層１１６、半導体層１１８が順に積層された構成となっている。
【００８５】
次に、半導体層１１８の平坦化処理を行う。具体的には、例えば、ドライエッチング若しくはウエットエッチングの一方を用いたエッチング処理（エッチバック処理）、又はこれら双方を組み合わせたエッチング処理（エッチバック処理）を適用することができる。ドライエッチング処理としては、例えば、エッチングガスとして、塩化硼素、塩化珪素、四塩化炭素などの塩化物ガスや、弗化硫黄、弗化窒素などの弗化物ガス、塩素ガス、酸素ガスなどを用いるエッチング処理を適用することができる。ウエットエッチング処理としては、エッチング液として、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ  ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ、略称；ＴＭＡＨ）溶液等を用いるエッチング処理を適用することができる。
【００８６】
このように、半導体層１１８にエッチング処理を施すことにより、半導体層の表面凹凸を十分に低減した半導体層１２６を得ることができる（図４（Ｂ）参照）。
【００８７】
次に、エッチング処理によって平坦化された半導体層１２６にフラッシュランプ光１３２を照射する（図４（Ｃ）参照）。この際、フラッシュランプ光の光強度は、半導体層１２６を溶融させない程度（又は、半導体層表面の平坦性を変化させない程度）とする。また、上記フラッシュランプ光の照射時間（パルス幅）は、１０μｓ以上（好ましくは１０μｓ以上１００ｍｓ以下、より好ましくは１００μｓ以上１０ｍｓ以下）とする。また、フラッシュランプ光１３２を照射する際のベース基板１００の温度は、３００℃以上（より好ましくは５００℃以上）に保っておくと良い。これにより、欠陥の修復を効果的に行うことができる。
【００８８】
フラッシュランプ光１３２は、例えば、可視域（少なくとも４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下）において連続的なスペクトルを有する光（いわゆる白色光）であることが好ましい。このようなフラッシュランプ光を用いることで、半導体層１２６が厚い場合であっても、十分な深さにまでフラッシュランプ光１３２を到達させることができる。つまり、欠陥の修復を良好に行うことができる。
【００８９】
フラッシュランプ光１３２の照射に係るその他の条件については、実施の形態１を参照すれば良いため、ここでは省略する。
【００９０】
以上のように、フラッシュランプ光１３２を半導体層１２６に照射することで、欠陥が修復された半導体層１６０を有する半導体基板１５２を得ることができる（図４（Ｄ）参照）。なお、図４に示す方法においては、エッチング処理を施した後にフラッシュランプ光１３２を照射している。これにより、半導体層表面の凹凸や欠陥をある程度低減することができるから、フラッシュランプによる欠陥の修復をより効果的に行うことができる。ここで、半導体層１６０は、欠陥が修復されたことにより、単結晶半導体に近い状態となっている。
【００９１】
本実施の形態は、実施の形態１と適宜組み合わせて用いることができる。
【００９２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の半導体基板の作製方法の別の一例について、図５及び６を参照して説明する。なお、本実施の形態に示す半導体基板の製造工程の多くの部分は実施の形態１と共通である。よって、主として相違点についての説明を行うものとする。
【００９３】
はじめに、ベース基板１００を用意する（図５（Ａ）参照）。ベース基板１００の詳細については、実施の形態１を参照することができる。また、単結晶半導体基板１１０を用意する。単結晶半導体基板１１０の詳細についても実施の形態１を参照することができる。
【００９４】
次に、上記の単結晶半導体基板１１０に対して各種処理を施して、損傷領域１１４、絶縁層１１６を形成する（図５（Ｂ）参照）。各種処理の詳細については実施の形態１を参照すればよい。なお、損傷領域１１４はイオンが高濃度に含まれた領域であり、該領域において単結晶半導体基板１１０を分離することが可能になる。このため、損傷領域１１４が形成される深さにより、単結晶半導体基板１１０から分離される半導体層の厚さが決定されることになる。本実施の形態においては、損傷領域１１４を単結晶半導体基板１１０の表面から５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の深さに形成する。また、単結晶半導体基板１１０に、損傷領域１１４及び絶縁層１１６が形成された構造を基板１４０と呼ぶこととする。
【００９５】
その後、上記のベース基板１００と基板１４０とを貼り合わせる（図５（Ｃ）参照）。そして、貼り合わせられたベース基板１００及び基板１４０に対して加熱処理を施して、貼り合わせを強化する。詳細については、実施の形態１を参照することができる。
【００９６】
次に、基板１４０を、損傷領域１１４にて、半導体層１１８と単結晶半導体基板１４２とに分離する（図５（Ｄ）参照）。基板１４０の分離は、加熱処理により行う。詳細については実施の形態１を参照することができる。
【００９７】
上述のようにして形成された半導体層１１８には、イオン照射工程や分離工程による欠陥が存在する。このように半導体層１１８に欠陥が多い状態では、単結晶半導体としての特性を発揮することができない。そのため、半導体層１１８の欠陥低減処理を行う。
【００９８】
本実施の形態において、半導体層１１８の欠陥低減は、半導体層１１８にフラッシュランプ光１３２を照射することで実現される。より具体的には、半導体層１１８の全面にフラッシュランプ光１３２を照射する（図５（Ｅ）参照）。この際、フラッシュランプ光の光強度は、半導体層１１８を溶融させない程度（又は、半導体層表面の平坦性を変化させない程度）とする。なお、フラッシュランプ光の最適な光強度は半導体層１１８の厚さなどによって異なるから、適宜設定することが好ましい。上記フラッシュランプ光の照射時間（パルス幅）は、１０μｓ以上（好ましくは１０μｓ以上１００ｍｓ以下、より好ましくは１００μｓ以上１０ｍｓ以下）とする。また、フラッシュランプ光１３２を照射する際のベース基板１００の温度は、３００℃以上（より好ましくは５００℃以上）に保っておくと良い。これにより、欠陥の修復を効果的に行うことができる。
【００９９】
フラッシュランプ光１３２は、例えば、可視域（少なくとも４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下）において連続的なスペクトルを有する光（いわゆる白色光）であることが好ましい。このようなフラッシュランプ光を用いることで、半導体層１１８が厚い場合であっても、十分な深さにまでフラッシュランプ光１３２を到達させることができる。つまり、欠陥の修復を良好に行うことができる。
【０１００】
なお、フラッシュランプ光１３２の照射は、真空又は減圧雰囲気で行うことが好ましいが、これに限られない。フラッシュランプ光１３２を照射する場合には、レーザ光を照射する場合とは異なり、半導体層１１８は溶融しない。このため、レーザ光を用いる場合ほど表面酸化などの問題は深刻ではなく、真空又は減圧雰囲気以外であっても、十分に良好な半導体層が得られる。この点においても、フラッシュランプ光１３２を用いる方法は、レーザ光を用いる方法と比較して有利であると言える。
【０１０１】
もちろん、大気雰囲気や、その他の雰囲気においてフラッシュランプ光１３２を照射しても良い。例えば、窒素やアルゴンのような不活性雰囲気でフラッシュランプ光１３２を照射することもできる。不活性雰囲気中でフラッシュランプ光１３２を照射するには、気密性のあるチャンバー内でフラッシュランプ光１３２を照射し、このチャンバー内の雰囲気を制御すればよい。
【０１０２】
上記のフラッシュランプ光の光源であるフラッシュランプについて特に限定はないが、例えば、キセノンランプ、ハロゲンランプ、高圧ＵＶランプ、超高圧ＵＶランプなどを用いることができる。特に、キセノンランプ（キセノンフラッシュランプ）は、大光量の繰り返し発光が容易であることから、本発明には極めて適していると言える。なお、図５（Ｅ）においては、複数のフラッシュランプを平行に配置して、そのそれぞれに反射板を設ける例を示しているが、フラッシュランプ（及び反射板）の配置や構成はこれに限定されない。また、フラッシュランプの数や大きさについても、適宜設定することができる。
【０１０３】
以上のように、フラッシュランプ光１３２を半導体層１１８に照射することで、欠陥が修復された半導体層１２０を有する半導体基板を得ることができる。なお、半導体層１２０は、欠陥が修復されたことにより、単結晶半導体に近い状態となっている。
【０１０４】
なお、上述のようにフラッシュランプ光１３２を照射した後には、表面の平坦化処理などを行っても良い。これにより、作製される半導体素子の特性を一層向上させることが可能である。表面の平坦化などには、例えば、ドライエッチング若しくはウエットエッチングの一方を用いたエッチング処理（エッチバック処理）、又はこれら双方を組み合わせたエッチング処理（エッチバック処理）を適用することができる。又は、特性のばらつきを誘起しない限度において、レーザ光の照射処理を用いても良い。
【０１０５】
次に、半導体層１２０上に半導体層１２２Ａをエピタキシャル成長（気相成長、気相エピタキシャル成長）させる（図６（Ａ）参照）。すなわち、半導体層１２２Ａは、半導体層１２０の結晶性の影響を受けた半導体層である。ここで、半導体層１２２Ａは、半導体層１２０に合わせて材料を選択し、形成すればよい。半導体層１２２Ａとしてシリコン層を形成する場合には、例えば、シラン系ガス（代表的にはシラン）と水素ガスとの混合ガスを原料として、プラズマＣＶＤ法により形成することができる。また、半導体層１２２Ａは、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度の厚さとなるように形成する。
【０１０６】
上記原料ガスは、シラン系ガスに対する水素ガスの流量比を５０倍以上（好ましくは１００倍以上）とする混合ガスである。例えば、シラン（ＳｉＨ４）を４ｓｃｃｍ、水素を４００ｓｃｃｍで混合させて用いれば良い。水素ガスの流量を高めることにより、結晶性の高い半導体層を形成することができる。これにより、半導体層中の水素含有量を低減することができる。
【０１０７】
なお、シラン系ガスとしては、上記のシランを用いることに限定されず、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）その他を用いても良い。また、上記の原料ガスには、希ガスを添加してもよい。
【０１０８】
プラズマＣＶＤ法を用いて半導体層１２２Ａを形成する際のその他の条件は、周波数が１０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚ、電力が５Ｗ以上５０Ｗ以下、チャンバー内圧力が１０Ｐａ以上１０３Ｐａ以下、電極間隔（平行平板型の場合）が１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下、ベース基板１００の温度が２００℃以上４００℃以下であり、代表的には、それぞれ、６０ＭＨｚ、１５Ｗ、１００Ｐａ、２０ｍｍ、２８０℃である。なお、上記の成膜条件は一例に過ぎず、開示する発明の一態様がこれに限定して解釈されるものではない。ここで重要な点は、半導体層１２２Ａとして結晶性の高い半導体層（又は水素濃度が低い半導体層、水素含有量が小さい半導体層）を形成することであるから、この目的を達成することができれば、どのような形成方法で半導体層１２２Ａを形成しても構わない。
【０１０９】
なお、半導体層１２２Ａのエピタキシャル成長を行う前に、半導体層１２０表面に形成されている自然酸化層などは除去しておくことが好ましい。これは、半導体層１２０の表面に酸化層が存在する場合には、半導体層１２０の結晶性を受けたエピタキシャル成長を進行させることができず、半導体層１２２Ａの結晶性が低下してしまうためである。ここで、上記の酸化層の除去は、フッ酸系の薬液などを用いて行うことができる。
【０１１０】
次に、半導体層１２２Ａ上に半導体層１２２Ｂを形成する（図６（Ｂ）参照）。ここで、半導体層１２２Ｂは、半導体層１２２Ａに合わせて材料を選択し、形成する。また、半導体層１２２Ｂは、２００ｎｍ以上２μｍ以下（好ましくは４００ｎｍ以上１μｍ以下）の厚さとなるように形成する。この場合においても、半導体層１２２Ａ表面に形成されている酸化層は除去しておくことが好ましい。
【０１１１】
半導体層１２２Ｂは、半導体層１２２Ａと比較して結晶性が低い半導体層とする。または、半導体層１２２Ｂは、半導体層１２２Ａと比較して水素濃度が高い半導体層（水素含有量が大きい半導体層）とする。このような半導体層１２２Ｂとしては、例えば、非晶質半導体層を形成すればよい。
【０１１２】
半導体層１２２Ｂの形成方法は任意であるが、少なくとも半導体層１２２Ａより成膜速度が高い条件で形成することが好ましい。例えば、シラン系ガス（代表的にはシラン）と水素ガスとの混合ガスを原料として、プラズマＣＶＤ法により半導体層１２２Ｂを形成する場合には、シラン系ガスに対する水素ガスの流量比を２倍以上２０倍以下（好ましくは５倍以上１５倍以下）とすればよい。また、周波数を１０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚ、電力を５Ｗ以上５０Ｗ以下、チャンバー内圧力を１０Ｐａ以上１０３Ｐａ以下、電極間隔（平行平板型の場合）を１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下、ベース基板１００の温度を２００℃以上４００℃以下とすると良い。代表的には、シラン（ＳｉＨ４）の流量を２５ｓｃｃｍ、水素の流量を１５０ｓｃｃｍ、周波数を２７ＭＨｚ、電力を３０Ｗ、圧力を６６．６Ｐａ、電極間隔を２５ｍｍ、基板温度を２８０℃とする。なお、上記の成膜条件は一例に過ぎず、開示する発明の一態様はこれに限定して解釈されるものではない。
【０１１３】
その後、熱処理を行い、固相エピタキシャル成長（固相成長）による半導体層１２４を形成する（図６（Ｃ）参照）。なお、半導体層１２２Ａは半導体層１２４の下層領域１２４Ａに対応し、半導体層１２２Ｂは半導体層１２４の上層領域１２４Ｂに対応する。
【０１１４】
上記の熱処理は、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）、炉（ファーネス）、ミリ波加熱装置などの熱処理装置を用いて行うことができる。熱処理装置の加熱方式としては抵抗加熱式、ランプ加熱式、ガス加熱式、電磁波加熱式などが挙げられる。レーザビームの照射や、熱プラズマジェットの照射を行っても良い。
【０１１５】
一般的に、炉は外熱式であり、チャンバー内と被処理物は熱的に平衡状態となる。一方、ＲＴＡは、被処理物に直接エネルギーを与えることで瞬間的な加熱（急速加熱）を行うものであり、チャンバー内と被処理物は熱的に非平衡状態である。ＲＴＡ装置としては、ランプ加熱式のＲＴＡ（ＬＲＴＡ；Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、加熱された気体を用いるガス加熱式のＲＴＡ（ＧＲＴＡ；Ｇａｓ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、又はランプ加熱式とガス加熱式の両方を備えたＲＴＡ装置等が挙げられる。
【０１１６】
ＲＴＡ装置を用いる場合には、処理温度を５００℃以上７５０℃以下、処理時間を０．５分以上１０分以下とすることが好ましい。炉を用いる場合は、処理温度を５００℃以上６５０℃以下、処理時間を１時間以上４時間以下とすることが好ましい。もちろん、処理温度や処理時間は上記のものに限定して解釈する必要はなく、ベース基板の耐熱温度などに応じて適宜設定することができる。
【０１１７】
以上により、半導体層１２０と半導体層１２４の積層構造が形成される。なお、結晶性が高い半導体層が不要である場合には、上記の熱処理工程を省略することもできる。また、上記の熱処理に変えて、非溶融の条件でフラッシュランプ光を照射してもよい。
【０１１８】
本実施の形態では、気相成長により半導体層１２２Ａ（結晶性が高い半導体層、水素濃度が低い半導体層）を形成した後、半導体層１２２Ｂ（結晶性が低い半導体層、水素濃度が高い半導体層）を厚く形成し、その後、固相成長を行うことで半導体層１２４を形成している。これにより、成膜速度を確保しつつ、半導体層間における剥離の発生を抑制することができる。つまり、生産性良く、且つ、歩留まり良く、所定の厚さを有する単結晶半導体層を形成することができる。
【０１１９】
このように、半導体層１２０上に結晶性の高い半導体層１２２Ａと結晶性の低い半導体層１２２Ｂの積層構造を形成し、その後固相成長させることで剥離の発生が低減されるのは、隣接する層同士の結晶性の差が小さくなることで、界面における原子同士の結合が強化され、密着性が高まることによると考えられる。
【０１２０】
なお、本実施の形態においては、半導体層１２０と結晶性が低い半導体層１２２Ｂとの間に結晶性が高い半導体層１２２Ａを形成しているが、上述の理由を考えた場合、開示する発明の一態様をこれに限定して解釈する必要はない。つまり、半導体層１２０と結晶性が低い半導体層１２２Ｂとの間に、結晶性が異なる半導体層を複数設ける構成としても良い。例えば、半導体層（本実施の形態における半導体層１２０）上に、結晶性が高い半導体層を形成し、その上に結晶性がやや高い半導体層を形成し、その上に結晶性が低い半導体層を形成する、といったことも可能である。このような構成とすることで、密着性をより向上させることができる。
【０１２１】
また、界面における密着力という観点からは、上記積層構造は、できるだけ大気などに触れないように形成することが好ましい。例えば、半導体層１２２Ａと半導体層１２２Ｂを同一のチャンバー内で連続的に成膜すると良い。
【０１２２】
以上により、厚膜化された半導体層を有する半導体基板を作製することができる。なお、本実施の形態においては半導体層１２０の表面に平坦化処理を施していないため、半導体層１２４の表面は、半導体層１２０の表面の影響を強く受けたものとなっている。したがって、必要がある場合には、半導体層１２４の表面を平坦化しても良い。
【０１２３】
また、本実施の形態では、ベース基板１００上に絶縁層１１６を介して半導体層１２０及び半導体層１２４を形成する方法について説明しているが、本発明はこれに限定して解釈されるものではない。例えば、半導体層１２０の下部に各種の機能を持たせた層（以下、機能層と呼ぶ）を設けても良い。例えば、導電性材料を含む層や、不純物元素を含有する層（不純物元素を含有する半導体層）などを機能層として形成することができる。
【０１２４】
なお、本実施の形態においては、フラッシュランプ光１３２を照射して欠陥が低減された半導体層１２０を形成した後に、半導体層１２２Ａ及び半導体層１２２Ｂを形成している。しかしながら、本発明はこれに限定して解釈されるものではない。例えば、半導体層１１８上に半導体層１２２Ａ及び半導体層１２２Ｂを形成し、その後、フラッシュランプ光１３２を照射することも可能である。この場合であっても、半導体層１１８中の欠陥を十分に低減することができる。
【０１２５】
本実施の形態は、実施の形態１又は２と適宜組み合わせて用いることができる。
【０１２６】
（実施の形態４）
本実施の形態では、フラッシュランプ光の照射例について、図７を参照して説明する。なお、本実施の形態に示す方法は一例に過ぎず、開示する発明の一態様が本実施の形態において示す方法に限定して解釈されるものではない。
【０１２７】
はじめに、半導体層２００に対して、フラッシュランプ光１３２の照射領域が大きい場合を示す（図７（Ａ）参照）。この場合、フラッシュランプ光１３２は、半導体層２００の全面を覆うように照射されることになる。このように、半導体層２００の全面にフラッシュランプ光を照射することで、フラッシュランプ光の照射に係る時間を最小限に抑えることができる。すなわち、半導体基板を効率的に作製することができる。
【０１２８】
次に、半導体層２００に対して、フラッシュランプ光１３２の照射領域が小さい場合を示す（図７（Ｂ）参照）。なお、図７（Ｂ）では、半導体層２００を４つの領域に分けて、フラッシュランプ光１３２を照射する例について示している。また、フラッシュランプ光が半導体層２００の全面に照射されるように、フラッシュランプ光の照射領域（Ａ乃至Ｄ）は一部が重なるように設けられている。
【０１２９】
本発明では、フラッシュランプ光１３２を非溶融の条件で照射する。このため、レーザ光を照射する場合に問題となる単結晶半導体層の特性ばらつきが生じない。より具体的には、フラッシュランプ光の照射領域が重複する部分と、重複しない部分との比較において、その特性の差は極めて小さい。
【０１３０】
このように、フラッシュランプ光１３２を重複して照射する場合であっても、その特性の差を十分に小さくすることができるから、極めて均質な半導体層を有する半導体基板を提供することができる。特に、照射領域に重なりが生じるような大面積基板において、本発明の効果は著しい。
【０１３１】
本実施の形態は、実施の形態１乃至３と適宜組み合わせて用いることができる。
【０１３２】
（実施の形態５）
本実施の形態では、図８乃至１０を参照して、上述の半導体基板を用いた半導体装置の作製方法について説明する。ここでは、半導体装置の一例として複数のトランジスタからなる半導体装置の作製方法について説明することとする。なお、以下において示すトランジスタを組み合わせて用いることで、様々な半導体装置を形成することができる。
【０１３３】
初めに、実施の形態２に示す方法を用いて作製した半導体基板を用意する（図８（Ａ）参照）。なお、本実施の形態においては、実施の形態２に示す方法を用いて作製した半導体基板を用いて半導体装置を作製する方法について説明するが、開示する発明の一態様はこれに限定されない。実施の形態１などに示す方法を用いて作製した半導体基板を用いても良い。
【０１３４】
半導体層１０００（実施の形態２における半導体層１６０に対応）には、ＴＦＴのしきい値電圧を制御するために、硼素、アルミニウム、ガリウムなどのｐ型不純物、又はリン、砒素などのｎ型不純物を添加しても良い。不純物を添加する領域、および添加する不純物の種類は、適宜変更することができる。例えば、ｎチャネル型ＴＦＴの形成領域にはｐ型不純物を添加し、ｐチャネル型ＴＦＴの形成領域にｎ型不純物を添加することができる。上述の不純物を添加する際には、ドーズ量が１×１０１５／ｃｍ２以上１×１０１７／ｃｍ２以下程度となるように行えばよい。その後、半導体層１０００を島状に分離して、半導体層１００２、及び半導体層１００４を形成する（図８（Ｂ）参照）。
【０１３５】
次に、半導体層１００２と半導体層１００４を覆うように、ゲート絶縁層１００６を形成する（図８（Ｃ）参照）。ここでは、プラズマＣＶＤ法を用いて、酸化珪素膜を単層で形成することとする。その他にも、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、窒化珪素、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膜を、単層構造又は積層構造で形成することによりゲート絶縁層１００６としても良い。
【０１３６】
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、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、望ましくは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。
【０１３７】
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、ゲート絶縁層１００６と半導体層１００２及び半導体層１００４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層をトランジスタのゲート絶縁層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。
【０１３８】
他にも、半導体層１００２と半導体層１００４を熱酸化させることで、ゲート絶縁層１００６を形成することができる。熱酸化を用いる場合には、耐熱性の高いベース基板を用いることが好ましい。
【０１３９】
なお、水素を含むゲート絶縁層１００６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、ゲート絶縁層１００６中に含まれる水素を半導体層１００２及び半導体層１００４中に拡散させるようにしても良い。この場合、ゲート絶縁層１００６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、ゲート絶縁層１００６の形成後、水素の拡散処理前のプロセス温度は３５０℃以下とすると良い。このように、半導体層１００２及び半導体層１００４に水素を供給することで、半導体層１００２中、半導体層１００４中、ゲート絶縁層１００６と半導体層１００２の界面、及びゲート絶縁層１００６と半導体層１００４の界面における欠陥を効果的に低減することができる。
【０１４０】
次に、ゲート絶縁層１００６上に導電層を形成した後、該導電層を所定の形状に加工（パターニング）することで、半導体層１００２と半導体層１００４の上方に電極１００８を形成する（図８（Ｄ）参照）。導電層の形成にはＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いることができる。導電層は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）等の材料を用いて形成することができる。また、上記金属を主成分とする合金材料を用いても良いし、上記金属を含む化合物を用いても良い。または、半導体に導電性を付与する不純物元素をドーピングした多結晶珪素など、半導体材料を用いて形成しても良い。
【０１４１】
本実施の形態では電極１００８を単層の導電層で形成しているが、開示する発明の一態様に係る半導体装置は該構成に限定されない。電極１００８は積層された複数の導電層で形成されていても良い。２層構造とする場合には、例えば、モリブデン膜、チタン膜、窒化チタン膜等を下層に用い、上層にはアルミニウム膜などを用いればよい。３層構造の場合には、モリブデン膜とアルミニウム膜とモリブデン膜の積層構造や、チタン膜とアルミニウム膜とチタン膜の積層構造などを採用するとよい。
【０１４２】
なお、電極１００８を形成する際に用いるマスクは、酸化珪素や窒化酸化珪素等の材料を用いて形成してもよい。この場合、酸化珪素膜や窒化酸化珪素膜等をパターニングしてマスクを形成する工程が加わるが、レジスト材料と比較して、エッチング時におけるマスクの膜減りが少ないため、より正確な形状の電極１００８を形成することができる。また、マスクを用いずに、液滴吐出法を用いて選択的に電極１００８を形成しても良い。ここで、液滴吐出法とは、所定の組成物を含む液滴を吐出または噴出することで所定のパターンを形成する方法を意味し、インクジェット法などがその範疇に含まれる。
【０１４３】
また、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング条件（コイル型の電極層に印加される電力量、基板側の電極層に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節し、所望のテーパー形状を有するように導電層をエッチングすることで、電極１００８を形成することもできる。また、テーパー形状は、マスクの形状によって制御することもできる。なお、エッチング用ガスとしては、塩素、塩化硼素、塩化珪素もしくは四塩化炭素などの塩素系ガス、四弗化炭素、弗化硫黄もしくは弗化窒素などのフッ素系ガス又は酸素などを適宜用いることができる。
【０１４４】
次に、電極１００８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層１００２、半導体層１００４に添加する（図９（Ａ）参照）。本実施の形態では、半導体層１００２にｎ型を付与する不純物元素（例えばリンまたはヒ素）を、半導体層１００４にｐ型を付与する不純物元素（例えばボロン）を添加する。なお、ｎ型を付与する不純物元素を半導体層１００２に添加する際には、ｐ型の不純物が添加される半導体層１００４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。また、ｐ型を付与する不純物元素を半導体層１００４に添加する際には、ｎ型の不純物が添加される半導体層１００２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。又は、半導体層１００２及び半導体層１００４に、ｐ型を付与する不純物元素又はｎ型を付与する不純物元素の一方を添加した後、一方の半導体層のみに、より高い濃度でｐ型を付与する不純物元素又はｎ型を付与する不純物元素の他方を添加するようにしても良い。上記不純物の添加により、半導体層１００２に不純物領域１０１０、半導体層１００４に不純物領域１０１２が形成される。
【０１４５】
次に、電極１００８の側面にサイドウォール１０１４を形成する（図９（Ｂ）参照）。サイドウォール１０１４は、例えば、ゲート絶縁層１００６及び電極１００８を覆うように新たに絶縁層を形成し、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより、該絶縁層を部分的にエッチングすることで形成することができる。なお、上記の異方性エッチングにより、ゲート絶縁層１００６を部分的にエッチングしても良い。サイドウォール１０１４を形成するための絶縁層としては、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法等により、珪素、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、有機材料などを含む膜を、単層構造又は積層構造で形成すれば良い。本実施の形態では、膜厚１００ｎｍの酸化珪素膜をプラズマ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１０１４を形成する工程は、これらに限定されるものではない。
【０１４６】
次に、ゲート絶縁層１００６、電極１００８及びサイドウォール１０１４をマスクとして、半導体層１００２、半導体層１００４に一導電型を付与する不純物元素を添加する（図９（Ｃ）参照）。なお、半導体層１００２、半導体層１００４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、ｎ型を付与する不純物元素を半導体層１００２に添加する際には、ｐ型の不純物が添加される半導体層１００４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。また、ｐ型を付与する不純物元素を半導体層１００４に添加する際には、ｎ型の不純物が添加される半導体層１００２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。
【０１４７】
上記不純物元素の添加により、半導体層１００２に、一対の高濃度不純物領域１０１６と、一対の低濃度不純物領域１０１８と、チャネル形成領域１０２０とが形成される。また、上記不純物元素の添加により、半導体層１００４に、一対の高濃度不純物領域１０２２と、一対の低濃度不純物領域１０２４と、チャネル形成領域１０２６とが形成される。高濃度不純物領域１０１６、高濃度不純物領域１０２２はソース又はドレインとして機能し、低濃度不純物領域１０１８、低濃度不純物領域１０２４はＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ  Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ）領域として機能する。
【０１４８】
なお、半導体層１００２上に形成されたサイドウォール１０１４と、半導体層１００４上に形成されたサイドウォール１０１４は、キャリアが移動する方向（いわゆるチャネル長に平行な方向）の長さが同じになるように形成しても良いが、異なるように形成しても良い。ｐチャネル型トランジスタとなる半導体層１００４上のサイドウォール１０１４の長さは、ｎチャネル型トランジスタとなる半導体層１００２上のサイドウォール１０１４の長さよりも大きくすると良い。なぜならば、ｐチャネル型トランジスタにおいてソース及びドレインを形成するために注入されるボロンは拡散しやすく、短チャネル効果を誘起しやすいためである。ｐチャネル型トランジスタにおいて、サイドウォール１０１４のキャリアが移動する方向の長さをより大きくすることで、ソース及びドレインに高濃度のボロンを添加することが可能となり、ソース及びドレインを低抵抗化することができる。
【０１４９】
ソース及びドレインをさらに低抵抗化するために、半導体層１００２及び半導体層１００４の一部をシリサイド化したシリサイド層を形成しても良い。シリサイド化は、半導体層に金属を接触させ、加熱処理（例えば、ＧＲＴＡ法、ＬＲＴＡ法等）により、半導体層中の珪素と金属とを反応させて行う。シリサイド層としては、コバルトシリサイド又はニッケルシリサイドを用いれば良い。半導体層１００２や半導体層１００４が薄い場合には、半導体層１００２、半導体層１００４の底部までシリサイド反応を進めても良い。シリサイド化に用いることができる金属材料としては、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、Ｈｆ（ハフニウム）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、ネオジム（Ｎｂ）、クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等が挙げられる。また、レーザ光の照射などによってもシリサイド層を形成することができる。
【０１５０】
上述の工程により、ｎチャネル型トランジスタ１０２８及びｐチャネル型トランジスタ１０３０が形成される。なお、図９（Ｃ）に示す段階では、ソース電極又はドレイン電極として機能する導電層は形成されていないが、これらのソース電極又はドレイン電極として機能する導電層を含めてトランジスタと呼ぶこともある。
【０１５１】
次に、ｎチャネル型トランジスタ１０２８、ｐチャネル型トランジスタ１０３０を覆うように絶縁層１０３２を形成する（図９（Ｄ）参照）。絶縁層１０３２は必ずしも設ける必要はないが、絶縁層１０３２を形成することで、アルカリ金属やアルカリ土類金属などの不純物がｎチャネル型トランジスタ１０２８、ｐチャネル型トランジスタ１０３０に侵入することを防止できる。具体的には、絶縁層１０３２を、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなどの材料を用いて形成するのが望ましい。本実施の形態では、膜厚６００ｎｍ程度の窒化酸化珪素膜を、絶縁層１０３２として用いる。この場合、上述の水素化の工程は、該窒化酸化珪素膜形成後に行っても良い。なお、本実施の形態においては、絶縁層１０３２を単層構造としているが、積層構造としても良いことはいうまでもない。例えば、２層構造とする場合には、酸化窒化珪素膜と窒化酸化珪素膜との積層構造とすることができる。
【０１５２】
次に、ｎチャネル型トランジスタ１０２８、ｐチャネル型トランジスタ１０３０を覆うように、絶縁層１０３２上に絶縁層１０３４を形成する。絶縁層１０３４は、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機材料を用いて形成するとよい。また、上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）、アルミナ等を用いることもできる。ここで、シロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は、置換基に水素の他、フッ素、アルキル基、芳香族炭化水素から選ばれる一を有していても良い。なお、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層させることで、絶縁層１０３４を形成しても良い。
【０１５３】
絶縁層１０３４の形成には、その材料に応じて、ＣＶＤ法、スパッタ法、ＳＯＧ法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等を用いることができる。
【０１５４】
次に、半導体層１００２と半導体層１００４の一部が露出するように絶縁層１０３２及び絶縁層１０３４にコンタクトホールを形成する。そして、該コンタクトホールを介して半導体層１００２と半導体層１００４に接する導電層１０３６、導電層１０３８を形成する（図１０（Ａ）参照）。導電層１０３６及び導電層１０３８は、トランジスタのソース電極又はドレイン電極として機能する。なお、本実施の形態においては、コンタクトホール開口時のエッチングに用いるガスとしてＣＨＦ３とＨｅの混合ガスを用いたが、これに限定されるものではない。
【０１５５】
導電層１０３６、導電層１０３８は、ＣＶＤ法やスパッタリング法等により形成することができる。具体的には、導電層１０３６、導電層１０３８として、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ネオジム（Ｎｄ）、炭素（Ｃ）、珪素（Ｓｉ）等を用いることができる。また、上記材料を主成分とする合金を用いても良いし、上記材料を含む化合物を用いても良い。また、導電層１０３６、導電層１０３８は、単層構造としても良いし、積層構造としても良い。
【０１５６】
アルミニウムを主成分とする合金の例としては、アルミニウムを主成分として、ニッケルを含むものを挙げることができる。また、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素または珪素の一方または両方を含むものを挙げることができる。アルミニウムやアルミニウムシリコン（Ａｌ−Ｓｉ）は抵抗値が低く、安価であるため、導電層１０３６、導電層１０３８を形成する材料として適している。特に、アルミニウムシリコンは、パターニングの際のレジストベークによるヒロックの発生を抑制することができるため好ましい。また、珪素の代わりに、アルミニウムに０．５％程度のＣｕを混入させた材料を用いても良い。
【０１５７】
導電層１０３６、導電層１０３８を積層構造とする場合には、例えば、バリア膜とアルミニウムシリコン膜とバリア膜の積層構造、バリア膜とアルミニウムシリコン膜と窒化チタン膜とバリア膜の積層構造などを採用するとよい。なお、バリア膜とは、チタンまたはチタンの窒化物、モリブデンまたはモリブデンの窒化物などを用いて形成された膜である。バリア膜の間にアルミニウム膜やアルミニウムシリコン膜を挟むように導電層を形成すると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生をより一層防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンを用いてバリア膜を形成すると、半導体層１００２と半導体層１００４上に薄い酸化膜が形成されていたとしても、バリア膜に含まれるチタンが該酸化膜を還元し、導電層１０３６と半導体層１００２、及び導電層１０３８と半導体層１００４のコンタクトを良好なものとすることができる。また、バリア膜を複数積層するようにして用いても良い。その場合、例えば、導電層１０３６、導電層１０３８を、下層からチタン、窒化チタン、アルミニウムシリコン、チタン、窒化チタンのように、５層構造又はそれ以上の積層構造とすることもできる。
【０１５８】
また、導電層１０３６、導電層１０３８として、ＷＦ６ガスとＳｉＨ４ガスから化学気相成長法で形成したタングステンシリサイドを用いても良い。また、ＷＦ６を水素還元して形成したタングステンを、導電層１０３６、導電層１０３８として用いても良い。
【０１５９】
なお、導電層１０３６はｎチャネル型トランジスタ１０２８の高濃度不純物領域１０１６に接続されている。導電層１０３８はｐチャネル型トランジスタ１０３０の高濃度不純物領域１０２２に接続されている。
【０１６０】
図１０（Ｂ）に、図１０（Ａ）に示したｎチャネル型トランジスタ１０２８及びｐチャネル型トランジスタ１０３０の平面図を示す。ここで、図１０（Ａ）は、図１０（Ｂ）のＭ−Ｎにおける断面に対応している。ただし、図１０（Ｂ）においては、簡単のため、導電層１０３６、導電層１０３８、絶縁層１０３２、絶縁層１０３４等を省略している。
【０１６１】
なお、本実施の形態においては、ｎチャネル型トランジスタ１０２８とｐチャネル型トランジスタ１０３０が、それぞれゲート電極として機能する電極１００８を１つずつ有する場合を例示しているが、開示する発明の一態様は該構成に限定されない。開示する発明の一態様によって作製されるトランジスタは、例えば、ゲート電極として機能する電極を複数有し、なおかつ該複数の電極が電気的に接続されているマルチゲート構造を有していても良い。
【０１６２】
本実施の形態では、エッチング処理及びフラッシュランプ光の照射処理を経た半導体基板を用いている。これによって、高速動作が可能で、サブスレッショルド値が低く、電界効果移動度が高く、低電圧で駆動可能なトランジスタを低いコストで作製することができる。
【０１６３】
本実施の形態は、実施の形態１乃至４と適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例１】
【０１６４】
開示する発明の一態様に係る方法を用いてガラス基板上に形成されたシリコン層の特性を調査した。以下、図１１を用いて説明する。
【０１６５】
まず、上記実施の形態において説明した方法を用いて、ガラス基板上にシリコン層を形成した。本実施例では、厚さ０．７ｍｍのガラス基板上に厚さ１２０ｎｍのシリコン層を形成し、その後、上記シリコン層に、フラッシュランプ光を照射した。なお、フラッシュランプ光を照射する際のガラス基板の温度は約５００℃であった。
【０１６６】
上記試料に関して、フラッシュランプ光の光強度を変化させたときのラマンスペクトルを観察した。より詳細には、ラマンスペクトルにおけるピーク（ラマンピークとも呼ぶ）のフラッシュランプ光強度依存性（図１１（Ａ）参照）とラマンピークの半値全幅のフラッシュランプ光強度依存性（図１１（Ｂ）参照）を観察した。図１１（Ａ）において、横軸はランプパワー（任意単位）であり、縦軸はラマンピークのピーク波数（ｃｍ−１）である。また、図１１（Ｂ）において、横軸はランプパワー（任意単位）であり、縦軸はラマンピークの半値全幅（ｃｍ−１）である。ここで、図１１（Ａ）の横軸と、図１１（Ｂ）の横軸は対応している。
【０１６７】
図１１（Ａ）より、ランプパワーが９の時のラマンピーク波数の平均値は５１９．５ｃｍ−１乃至５１９．６ｃｍ−１であり、単結晶シリコンに近い値となっている。なお、単結晶シリコンのラマンピーク波数は約５２０ｃｍ−１である。ラマンスペクトルは、入射光に対する散乱光（ラマン散乱光）の波数ずれを測定するものであり、該波数ずれは原子間の振動エネルギーに対応するから、ラマンピークの波数が単結晶シリコンに近づくということは、単結晶シリコンと同様の結合状態が増加しているということになる。つまり、フラッシュランプ光を適切な光強度で照射したシリコン層の特性は、単結晶シリコンにより近づくと言える。
【０１６８】
また、図１１（Ｂ）より、ランプパワーが９以上の場合には、ラマンスペクトルの半値全幅が５ｃｍ−１以下程度となっている。半値全幅が小さいということは、原子間結合の多くが同じ状態にあることを意味するから、フラッシュランプ光を照射したシリコン層は、より単結晶的な特性になっているといえる。一方で、フラッシュランプ光の照射を行わないシリコン層では半値全幅が大きく、原子間結合の状態にばらつきがある。つまり、単結晶シリコンと比較した場合には、結晶性が低い状態であるといえる。
【０１６９】
以上をまとめると、フラッシュランプ光を適切な強度で照射した場合には、ラマンピークの波数が５１９．２ｃｍ−１以上５２０ｃｍ−１以下程度、ラマンピークの半値全幅は５ｃｍ−１以下程度になることが分かった。
【０１７０】
本実施例は、実施の形態１乃至５と適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例２】
【０１７１】
開示する発明の一態様であるフラッシュランプ光の照射によって、半導体層が溶融しないことを確認した。具体的には、フラッシュランプ光の照射前後における、半導体層の表面凹凸を観察した。以下、図１２及び１３を用いて説明する。なお、本実施例では実施例１で用いた試料と同じ試料を用いた。
【０１７２】
まず、フラッシュランプ光を照射する前のシリコン層の表面凹凸の様子を観察した。具体的には、ランダムに選択した３つの領域（Ｎｏ．０１、Ｎｏ．０２、Ｎｏ．０３）において、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による表面凹凸の観察を行った（図１２（Ａ）参照）。表面凹凸の評価は、Ｒａ（算術平均粗さ）、Ｐ−Ｖ（最大高低差）、Ｒｍｓ（二乗平均平方根粗さ）を用いて行っている（図１２（Ｂ）参照）。
【０１７３】
その後、フラッシュランプ光を照射した後のシリコン層の表面凹凸の様子を観察した。具体的には、ランダムに選択した４つの領域（Ｎｏ．０４、Ｎｏ．０５、Ｎｏ．０６、Ｎｏ．０７）についての観察を行った（図１３（Ａ）参照）。表面凹凸の評価は、Ｒａ（算術平均粗さ）、Ｐ−Ｖ（最大高低差）、Ｒｍｓ（二乗平均平方根粗さ）を用いて行っている（図１３（Ｂ）参照）。なお、シリコン層に照射したフラッシュランプ光の強度は、実施例１におけるランプパワー９に対応する強度であった。
【０１７４】
図１２（Ｂ）及び図１３（Ｂ）から分かるように、フラッシュランプ光の照射前後において、Ｒａ（算術平均粗さ）、Ｐ−Ｖ（最大高低差）、Ｒｍｓ（二乗平均平方根粗さ）のいずれも大きな相違は見られない。一方で、パルスレーザ光を照射して溶融させたシリコン層の表面は、Ｒａで１ｎｍ乃至３ｎｍ程度、Ｐ−Ｖで１０ｎｍ乃至４０ｎｍ程度、Ｒｍｓで１ｎｍ乃至５ｎｍ程度になることが分かっている。
【０１７５】
以上により、開示する発明の一態様であるフラッシュランプ光の照射によって、半導体層が溶融しないことが確認された。
【０１７６】
本実施例は、実施の形態１乃至５、実施例１と適宜組み合わせて用いることができる。
【符号の説明】
【０１７７】
１００    ベース基板
１１０    単結晶半導体基板
１１２    絶縁層
１１４    損傷領域
１１６    絶縁層
１１８    半導体層
１２０    半導体層
１２２Ａ    半導体層
１２２Ｂ    半導体層
１２４    半導体層
１２４Ａ    下層領域
１２４Ｂ    上層領域
１２６    半導体層
１３０    イオンビーム
１３２    フラッシュランプ光
１３４    ランプ光
１４０    基板
１４２    単結晶半導体基板
１５０    半導体基板
１５２    半導体基板
１６０    半導体層
２００    半導体層
１０００    半導体層
１００２    半導体層
１００４    半導体層
１００６    ゲート絶縁層
１００８    電極
１０１０    不純物領域
１０１２    不純物領域
１０１４    サイドウォール
１０１６    高濃度不純物領域
１０１８    低濃度不純物領域
１０２０    チャネル形成領域
１０２２    高濃度不純物領域
１０２４    低濃度不純物領域
１０２６    チャネル形成領域
１０２８    ｎチャネル型トランジスタ
１０３０    ｐチャネル型トランジスタ
１０３２    絶縁層
１０３４    絶縁層
１０３６    導電層
１０３８    導電層
【図１】
2010016356.tif 000003
【図２】
2010016356.tif 000004
【図３】
2010016356.tif 000005
【図４】
2010016356.tif 000006
【図５】
2010016356.tif 000007
【図６】
2010016356.tif 000008
【図７】
2010016356.tif 000009
【図８】
2010016356.tif 000010
【図９】
2010016356.tif 000011
【図１０】
2010016356.tif 000012
【図１１】
2010016356.tif 000013
【図１４】
2010016356.tif 000014
【図１２】
2010016356.tif 000015
【図１３】
2010016356.tif 000016