(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコン基板表面を、酸素ラジカル処理した後に窒素ラジカル処理することにより、単結晶シリコン基板表面に第１の酸化窒化珪素膜を形成し、
前記第１の酸化窒化珪素膜を介して前記単結晶シリコン基板に水素を導入して、前記単結晶シリコン基板の一表面から一定の深さに脆化層を形成し、
前記第１の酸化窒化珪素膜の一表面をプラズマ雰囲気もしくはイオン雰囲気にさらして活性化し、
前記第１の酸化窒化珪素膜の活性化した面とガラス基板とを貼り合わせて、前記第１の酸化窒化珪素膜を前記単結晶シリコン基板と前記ガラス基板とで挟むようにし、
熱処理を行って前記脆化層において前記単結晶シリコン基板を分断して、前記ガラス基板上に前記第１の酸化窒化珪素膜を介して単結晶シリコン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２】
単結晶シリコン基板表面を、酸素ラジカル処理した後に窒素ラジカル処理することにより、単結晶シリコン基板表面に第１の酸化窒化珪素膜を形成し、
前記第１の酸化窒化珪素膜を介して前記単結晶シリコン基板に水素を導入して、前記単結晶シリコン基板の一表面から一定の深さに脆化層を形成し、
前記第１の酸化窒化珪素膜の一表面にアルゴンイオンビームを照射して活性化し、
前記第１の酸化窒化珪素膜の活性化した面とガラス基板とを貼り合わせて、前記第１の酸化窒化珪素膜を前記単結晶シリコン基板と前記ガラス基板とで挟むようにし、
熱処理を行って前記脆化層において前記単結晶シリコン基板を分断して、前記ガラス基板上に前記第１の酸化窒化珪素膜を介して単結晶シリコン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３】
単結晶シリコン基板表面を、酸素ラジカル処理した後に窒素ラジカル処理することにより、単結晶シリコン基板表面に第１の酸化窒化珪素膜を形成し、
前記第１の酸化窒化珪素膜を介して前記単結晶シリコン基板に水素を導入して、前記単結晶シリコン基板の一表面から一定の深さに脆化層を形成し、
第２の酸化窒化珪素膜を上面に有するガラス基板を用意し、
前記第１の酸化窒化珪素膜の一表面をプラズマ雰囲気もしくはイオン雰囲気にさらして活性化し、
前記第２の酸化窒化珪素膜の一表面をプラズマ雰囲気もしくはイオン雰囲気にさらして活性化し、
前記第１の酸化窒化珪素膜の活性化した面と前記第２の酸化窒化珪素膜の活性化した面とを貼り合わせて、前記第１の酸化窒化珪素膜および前記第２の酸化窒化珪素膜を前記単結晶シリコン基板と前記ガラス基板とで挟むようにし、
熱処理を行って前記脆化層において前記単結晶シリコン基板を分断して、前記ガラス基板上に前記第１の酸化窒化珪素膜および前記第２の酸化窒化珪素膜を介して単結晶シリコン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４】
単結晶シリコン基板表面を、酸素ラジカル処理した後に窒素ラジカル処理することにより、単結晶シリコン基板表面に第１の酸化窒化珪素膜を形成し、
前記第１の酸化窒化珪素膜を介して前記単結晶シリコン基板に水素を導入して、前記単結晶シリコン基板の一表面から一定の深さに脆化層を形成し、
第２の酸化窒化珪素膜を上面に有するガラス基板を用意し、
前記第１の酸化窒化珪素膜の一表面にアルゴンイオンビームを照射して活性化し、
前記第２の酸化窒化珪素膜の一表面にアルゴンイオンビームを照射して活性化し、
前記第１の酸化窒化珪素膜の活性化した面と前記第２の酸化窒化珪素膜の活性化した面とを貼り合わせて、前記第１の酸化窒化珪素膜および前記第２の酸化窒化珪素膜を前記単結晶シリコン基板と前記ガラス基板とで挟むようにし、
熱処理を行って前記脆化層において前記単結晶シリコン基板を分断して、前記ガラス基板上に前記第１の酸化窒化珪素膜および前記第２の酸化窒化珪素膜を介して単結晶シリコン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５】
請求項１または請求項３において、
前記プラズマ雰囲気にさらすときに用いるガスは、酸素、窒素、水素、ハロゲンガス、希ガス、Ｈ２Ｏ、シラン系を除く化合物ガス、またはこれらの混合ガスであることを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項６】
請求項１、３または５において、
前記プラズマ雰囲気もしくは前記イオン雰囲気は２０ｅＶ以上２００ｅＶ未満のエネルギーを持つイオンを有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、
前記単結晶シリコン基板に導入する前記水素は、Ｈ３＋イオンを主なイオン種として含むことを特徴とする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、ＳＯＩ基板の作製方法、ＳＯＩ基板を用いた半導体装置およびその作製方法に関する。なお、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示す。
【背景技術】
【０００２】
絶縁表面上に単結晶シリコン膜を形成するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて作製された集積回路は、バルクシリコン基板を用いて作製された集積回路では得られない優位点を有するため、ＳＯＩ技術に関して様々な研究がなされている。
【０００３】
ＳＯＩ技術として例えば、単結晶シリコン基板中に酸素をイオン注入して埋め込み酸化層を形成するＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ  Ｏｘｙｇｅｎ）技術や、２枚のシリコン基板をシリコン酸化膜を介して貼り合わせる貼り合わせＳＯＩ技術、多孔質シリコン層の選択性エッチングを利用したＥＬＴＲＡＮ（登録商標）技術等が報告されている。
【０００４】
中でも、貼り合わせＳＯＩ技術は、良好な結晶性のＳＯＩ層をシリコン基板以外の基板（例えば石英基板、セラミックス基板等）上にも簡便に形成できるため注目されている。しかしながら、貼り合わせＳＯＩ基板を作製する上で、ＳＯＩ層の汚染による品質劣化や基板の反りなどが生じ、デバイス特性へ悪影響を及ぼすという問題があった。
【０００５】
そこで、そのような問題を解決するために、２枚のウェハーを直接接合することによりＳＯＩ基板を作製する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１には、活性層となる単結晶層上にシリコン酸化層、窒化珪素層、多結晶シリコン層を順次積層した基板と、別途用意した支持基板とを溶液により洗浄して各基板表面を活性化し、２枚のウェハーを直接接合し、熱処理して貼り合わせた後、活性層となる単結晶シリコン膜を研削研磨することによりＳＯＩ基板を作製する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３２００５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来の方法では、２枚の基板を接合する際に８００℃〜１１００℃の高温の熱処理を行う必要があり、支持基板としてシリコン基板等の高耐熱性基板を用いなければならず、作製コストが増大するという問題がある。また、従来の方法では、単結晶シリコン膜を研削研磨して薄膜の単結晶シリコン膜を作製するため、膜厚の制御や膜厚の均一性の制御が困難であるという問題がある。
【０００７】
本願発明はこのような課題を解決するための技術であり、接合の際に高温の熱処理を行うことなく、密着性のよいＳＯＩ基板を作製する方法を提案する。また、ＳＯＩ基板を用いた半導体装置およびその作製方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一は、内部に脆化層が形成され、かつ表面に第１の絶縁膜が形成された単結晶シリコン基板でなる第１の基板を用意し、第２の基板表面に第２の絶縁膜を形成し、第１の絶縁膜または第２の絶縁膜の少なくとも一方の表面をプラズマ雰囲気もしくはイオン雰囲気にさらして第１の絶縁膜または第２の絶縁膜の表面を活性化し、第１の基板と第２の基板とを、第１の絶縁膜および第２の絶縁膜を介して貼り合わせ、第１の基板の脆化層の界面において、単結晶シリコン膜を分断して、第２の基板上に第１の絶縁膜および第２の絶縁膜を介して薄膜の単結晶シリコン膜を形成することにより作製できるＳＯＩ基板である。なお、第１の絶縁膜または第２の絶縁膜は必ずしも設ける必要はない。
【０００９】
本発明の一は、
内部に脆化層が形成され、かつ表面に第１の絶縁膜が形成された単結晶シリコン基板でなる第１の基板を用意し、第２の基板表面に第２の絶縁膜を形成し、第１の絶縁膜または第２の絶縁膜の少なくとも一方の表面をプラズマ雰囲気もしくはイオン雰囲気にさらして第１の絶縁膜または第２の絶縁膜の表面を活性化し、第１の基板と第２の基板とを、第１の絶縁膜および第２の絶縁膜を介して貼り合わせ、第１の基板の脆化層の界面において、単結晶シリコン膜を分断して、第２の基板上に第１の絶縁膜および第２の絶縁膜を介して薄膜の単結晶シリコン膜を形成し、薄膜の単結晶シリコン膜上に第３の絶縁膜を形成し、第３の絶縁膜上にゲート電極を形成し、ゲート電極をマスクとして薄膜の単結晶シリコン膜に不純物元素を導入し、ゲート電極上に第４の絶縁膜を形成し、第４の絶縁膜に薄膜の単結晶シリコン膜に達するコンタクトホールを形成し、コンタクトホールを介して第４の絶縁膜上に薄膜の単結晶シリコン膜と電気的に接続する導電膜を形成することにより作製できる半導体装置である。なお、第１の絶縁膜または第２の絶縁膜は必ずしも設ける必要はない。
【００１０】
なお、プラズマ雰囲気にさらすときに用いるガスは、酸素、窒素、水素、ハロゲン、希ガス、Ｈ２Ｏ、シラン系を除く化合物ガス、アンモニア等の分子ガス、またはこれらの混合ガスを用いることができる。
【００１１】
なお、プラズマ雰囲気もしくはイオン雰囲気にさらす際に２０ｅＶ以上２００ｅＶ未満のエネルギーを持つイオンを用いることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、基板表面に接合するための結合力を付与して基板を重ね合わせるため、高温の熱処理を行うことなく強固な接合を行うことが可能である。従って、高価な高耐熱性基板を用いる必要がなく、安価なガラス基板やプラスチック基板などを用いることができ、作製コストの低減を図ることができる。また、支持基板と単結晶シリコン膜との間の絶縁膜として酸素または窒素を含む珪素膜を用いているため、単結晶シリコン膜への基板からの汚染物の混入を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を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、本発明は以下に示す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、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる場合がある。
【００１４】
（実施の形態１）
本実施の形態では、ガラス基板上に絶縁膜を介して単結晶半導体薄膜を作製する方法について図１を用いて説明する。
【００１５】
まず、単結晶シリコン基板１１０１を用意する（図１（Ａ））。なお、単結晶シリコン基板に限らず、単結晶シリコンゲルマニウム基板等を用いてもよい。
【００１６】
次に、単結晶シリコン基板１１０１表面に窒素を含む酸化珪素（酸化窒化珪素）膜１１０２を形成する（図１（Ａ））。膜厚は実施者が適宜決定すれば良いが、１０〜５００ｎｍ（好ましくは２０〜１００ｎｍ）とすれば良い。酸化窒化珪素膜１１０２は後にＳＯＩ基板の絶縁膜の一部として機能する。なお、酸化窒化珪素膜１１０２はプラズマＣＶＤ法や低圧ＣＶＤ法などのＣＶＤ法、スパッタ法などの方法を用いて形成することができる。なお、酸素を含むガス雰囲気下でのプラズマ放電により生成された酸素ラジカル（ＯＨラジカルを含む場合もある）によって単結晶シリコン基板の表面を処理した後、窒素を含むガス雰囲気下でのプラズマ放電により生成された窒素ラジカル（ＮＨラジカルを含む場合もある）によって単結晶シリコン基板の表面を処理することにより、単結晶シリコン基板１１０１表面に酸化窒化珪素膜１１０２を形成することができる。これにより、後に支持基板と接合する際の接合強度を強めることができる。
【００１７】
なお、酸化窒化珪素膜１１０２は必ずしも設ける必要はない。酸化窒化珪素膜のかわりに熱酸化法による酸化珪素膜を設けてもよい。また、ＴＥＯＳガスと酸素ガスとの混合ガスを用いて化学気相成長法（ＣＶＤ法：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法）、特にプラズマ化学気相成長法（プラズマＣＶＤ法）によって酸化珪素膜を成膜してもよい。なお、ＴＥＯＳガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたＣＶＤ法によって酸化珪素膜を成膜する場合、４０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の膜厚で成膜することが好ましい。
【００１８】
なお、ここでＴＥＯＳガスとは、テトラエチルオルソシリケート（Ｔｅｔｒａ  Ｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）ガスを意味する。ＴＥＯＳガスと酸素ガスとを用いたＣＶＤ法によって成膜された酸化珪素膜を、単結晶シリコン基板と支持基板との貼り合わせ界面に設けることにより、基板の密着性をより向上させることができる。
【００１９】
なお、単結晶シリコン基板表面に酸化窒化珪素膜１１０２を形成しない場合、単結晶シリコン基板の表面に、自然酸化膜、ケミカルオキサイド、または酸素を含む雰囲気で紫外光を照射することにより極薄酸化膜を形成しておくことが好ましい。ここで、ケミカルオキサイドは、オゾン水、過酸化水素水、硫酸等の酸化剤で単結晶シリコン基板表面を処理することにより形成することができる。単結晶シリコン基板表面に酸化膜を形成しておくことで、後に水素を導入した際の単結晶シリコン基板表面のエッチングを防ぐことができる。
【００２０】
次に、単結晶シリコン基板１１０１に、酸化窒化珪素膜１１０２を通して水素を導入して脆化層１１０３を形成する（図１（Ｂ））。なお、脆化層１１０３が形成される深さ（単結晶シリコン基板１１０１と酸化窒化珪素膜１１０２との界面と脆化層１１０３との間の距離）は、後にＴＦＴを形成する際の活性層として機能する単結晶シリコン膜の膜厚となる。例えば、単結晶シリコン基板１１０１の表面と脆化層１１０３との間に５０ｎｍ厚の単結晶シリコン膜が残る様に、イオンインプランテーション法を用いて水素イオンを１×１０１６〜１×１０１７ｉｏｎｓ／ｃｍ２のドーズ量で添加することができる。また、非質量分離イオンドーピング装置を用いてＨ３＋イオンを主なイオン種として水素イオンを添加してもよい。水素イオンとしてＨ３＋を用いることにより、添加に要する時間を短縮することができる。
【００２１】
なお、脆化層形成のタイミングは絶縁膜形成後に限られない。例えば、単結晶シリコン基板表面に極薄酸化膜を形成し、単結晶シリコン基板に水素を導入して脆化層を形成した後に、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、ＴＥＯＳガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたＣＶＤ法によって成膜された酸化珪素膜を順次積層してもよい。また、単結晶シリコン基板表面に酸化窒化珪素膜および窒化酸化珪素膜を順次積層し、単結晶シリコン基板に水素を導入して脆化層を形成した後に、窒化酸化珪素膜表面にＴＥＯＳガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたＣＶＤ法によって酸化珪素膜を成膜してもよい。また、単結晶シリコン基板表面に酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、ＴＥＯＳガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたＣＶＤ法によって成膜された酸化珪素膜を順次積層し、単結晶シリコン基板に水素を導入して脆化層を形成してもよい。このように、脆化層形成のタイミングは絶縁膜形成途中および形成後、または極薄酸化膜形成後かつ絶縁膜形成前のいずれでもよい。
【００２２】
なお、本実施の形態において酸化窒化珪素膜１１０２の表面を平坦化する処理を行っておいてもよい。例えば、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）と呼ばれる研磨処理により酸化窒化珪素膜表面を平坦化することができる。酸化窒化珪素膜表面を平坦化しておくことにより、後に貼り合わせる支持基板との密着性を高めることができる。
【００２３】
次に、真空中で単結晶シリコン基板１１０１に形成された酸化窒化珪素膜１１０２にアルゴンイオンビームを照射して、表面の原子を化学結合しやすい活性な状態とする。ここで、アルゴンガス雰囲気下でのプラズマ放電により生成されたアルゴンイオンを酸化窒化珪素膜１１０２表面に衝突させることで酸化窒化珪素膜１１０２を活性な状態とすることができる。なお、アルゴンイオンビームに限らず、酸化窒化珪素膜１１０２表面をプラズマ雰囲気、Ｘ線、電子線にさらすことにより、酸化窒化珪素膜１１０２表面を活性な状態とすることができる。プラズマ雰囲気にさらすときに用いるガスは、酸素、窒素、水素、ハロゲンガス、アルゴンやヘリウム等の不活性ガス、Ｈ２Ｏ、アンモニア等の分子ガス、シラン系を除く化合物ガス、またはこれらの混合ガスなどを用いることができる。なお、その際に基板に照射するエネルギーはＤＣバイアスで数ボルト〜４００ボルト程度の範囲で制御するのが好ましい。また、２０ｅＶ以上２００ｅＶ未満のエネルギーを持つイオンを有するプラズマ雰囲気もしくはイオン雰囲気中にさらすことにより表面を活性な状態としてもよい。
【００２４】
例えば、原料ガスに酸素を用いてＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｅｎｃｙ：高周波）パワーを印加してプラズマを生成し、容量結合プラズマの一種であるＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンエッチング）モードで酸化窒化珪素膜１１０２表面をプラズマ処理することで酸化窒化珪素膜１１０２表面を活性な状態とすることができる。なお、本発明では原料ガスとして酸素を用いており、試料面は酸化珪素や酸化窒化珪素や窒化酸化珪素であるので、エッチング作用は少ない。試料は、コンデンサを介して高周波電圧が印加される陰極電極あるいは陰極電極上のステージに設置する。高周波電圧を印加しプラズマを生成すると、陰極電極に負の自己バイアスが発生し、プラズマ中の正イオンが加速されて試料面に達する。なお、プラズマ処理の際、周波数は１３．５６〜６７．８ＭＨｚ、圧力は３０〜１３０Ｐａ、パワー密度は０．３〜１．５Ｗ／ｃｍ２、時間は５〜１００秒の範囲内であればよく、具体的には１３．５６ＭＨｚ、６７Ｐａ、０．６１７Ｗ／ｃｍ２、３０秒である。
【００２５】
次に、単結晶シリコン基板１１０１と別途用意された支持基板とを貼り合わせる。本実施の形態では支持基板としてガラス基板１１０４を用い、その表面に酸素を含む窒化珪素（窒化酸化珪素）膜１１０５および窒素を含む酸化珪素（酸化窒化珪素）膜１１０６を順次形成しておく（図１（Ｃ））。なお、単結晶シリコン基板１１０１に形成された酸化窒化珪素膜１１０２表面と同様に、酸化窒化珪素膜１１０６の表面を活性化しておいてもよい。なお、必ずしもガラス基板１１０４表面に窒化酸化珪素膜１１０５または酸化窒化珪素膜１１０６を設ける必要はない。例えば、ガラス基板表面に、ＴＥＯＳガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたＣＶＤ法によって酸化珪素膜が成膜された支持基板を用いてもよい。また、表面に絶縁膜が形成されていないガラス基板を用いてもよい。その場合、ガラス基板表面を洗浄しておくことが好ましい。
【００２６】
本実施の形態では、表面に酸化窒化珪素膜１１０２が形成された単結晶シリコン基板１１０１と、表面に酸化窒化珪素膜１１０６が形成されたガラス基板１１０４と、を貼り合わせることにより、酸化窒化珪素膜１１０２と酸化窒化珪素膜１１０６との界面での化学結合が形成され、酸化窒化珪素膜１１０２と酸化窒化珪素膜１１０６とが接合した酸化窒化珪素膜１１０９が形成される（図２（Ａ））。
【００２７】
本実施の形態では、真空中で基板表面にアルゴンイオンビームなどを照射することにより、基板表面に存在する吸着ガスや自然酸化膜などをエッチングし、基板表面に接合するための結合力を付与する表面活性化を行い、その後２枚の基板を重ね合わせることにより基板を貼り合わせることが可能である。このように貼り合わされた基板界面では原子間結合が形成され、加熱処理を行うことなく強固な結合を形成することができる。なお、貼り合わせは、表面活性化後に大気にさらさずに行うと好適である。
【００２８】
なお、ガラス基板のかわりに、プラスチック基板を用いてもよいし、フィルムのような可撓性基板を用いてもよい。プラスチック基板としてはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）からなる基板、可撓性基板としてはアクリル等の合成樹脂を用いることができる。また、石英基板、セラミックス基板、結晶化ガラス基板などの高耐熱性基板を用いてもよい。これらの基板を用いる場合、外部からウォータージェット、ブレード、振動等の力を加え剥離するのが望ましい。
【００２９】
なお、ガラス基板１１０４表面に形成された窒化酸化珪素膜１１０５および酸化窒化珪素膜１１０６はブロッキング層として機能し、ガラス基板からの不純物の拡散を防ぐことができる。ガラス基板は、移動し易い可動イオンを含むため、ブロッキング層を設けることは特に効果的である。なお、窒化酸化珪素膜１１０５および酸化窒化珪素膜１１０６は、プラズマＣＶＤ法や低圧ＣＶＤ法などのＣＶＤ法、スパッタ法などの方法を用いて形成することができる。
【００３０】
ここで好ましくは酸化窒化珪素膜１１０６の表面を平坦化する処理を行っておくとよい。例えば、ＣＭＰにより酸化窒化珪素膜表面を平坦化することができる。酸化窒化珪素膜表面を平坦化しておくことにより、後に貼り合わせる支持基板との密着性を高めることができる。
【００３１】
次に、４００〜６００℃の熱処理（第１熱処理）を行う。この熱処理により脆化層１１０３では微小空乏の体積変化が起こり、脆化層１１０３に沿って破断面が発生する。これにより単結晶シリコン基板１１０１は分断され、分断された単結晶シリコン膜１１０７を除去することによりガラス基板１１０４の上には窒化酸化珪素膜１１０５および酸化窒化珪素膜１１０９と単結晶シリコン膜１１０８が残される（図２（Ａ））。
【００３２】
次に、単結晶シリコン膜１１０８の表面を平坦化する処理を行ってもよい。平坦化処理は、ＣＭＰによって行うことができる。本実施の形態において、最終的な単結晶シリコン膜１１０８の膜厚は１０〜２００ｎｍ（好ましくは１０〜７０ｎｍ、更に好ましくは２０〜５０ｎｍ）とすれば良い。
【００３３】
以上の工程により、本実施の形態のＳＯＩ基板を作製することができる（図２（Ｂ））。本実施の形態では、基板表面に接合するための結合力を付与して基板を重ね合わせるため、高温の熱処理を行うことなく強固な接合を行うことが可能である。従って、高価な高耐熱性基板を用いる必要がなく、安価なガラス基板やプラスチック基板などを用いることができ、作製コストの低減を図ることができる。また、高温処理に耐えられない可撓性の基板を用いることもでき、ＳＯＩ基板の利用範囲を拡大することができる。また、支持基板と単結晶シリコン膜との間の絶縁膜として酸素または窒素を含む珪素膜を用いているため、単結晶シリコン膜に基板からの汚染物の混入を防ぐことができる。
【００３４】
なお、本実施の形態では、ガラス基板と単結晶シリコン膜との間に窒素を含む酸化珪素膜と酸素を含む窒化珪素とを形成する例を示したが、これに限られることはなく、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜のいずれか一層のみを用いる単層構造としてもよいし、これらを適宜積層する構造としても良い。なお、本明細書中において、酸化窒化珪素とは酸素の組成比が窒素の組成比よりも大きい物質のことを指している。例えば、酸化窒化珪素は、窒素を含む酸化珪素ということもできる。また、本明細書中において、窒化酸化珪素とは窒素の組成比が酸素の組成比よりも大きい物質のことを指している。例えば、窒化酸化珪素は、酸素を含む窒化珪素ということもできる。
【００３５】
例えば、単結晶シリコン基板表面に酸化窒化珪素膜を形成し、ガラス基板表面に窒化酸化珪素膜を形成し、単結晶シリコン基板とガラス基板とを酸化窒化珪素膜および窒化酸化珪素膜を介して貼り合わせてもよい。また、ガラス基板表面に窒化酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜を順次形成し、単結晶シリコン基板とガラス基板とを酸化窒化珪素膜および窒化酸化珪素膜を介して貼り合わせてもよい。また、単結晶シリコン基板表面に酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜を順次形成し、単結晶シリコン基板とガラス基板とを酸化窒化珪素膜および窒化酸化珪素膜を介して貼り合わせてもよい。その際、ガラス基板表面にはＴＥＯＳガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたＣＶＤ法によって成膜された酸化珪素膜が形成されていてもよい。また、単結晶シリコン基板表面に酸化窒化珪素膜を形成し、ガラス基板表面に窒化酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜を順次形成し、酸化窒化珪素膜同士を貼り合わせることにより単結晶シリコン基板とガラス基板とを貼り合わせてもよいし、酸化窒化珪素膜と窒化酸化珪素膜との間にＴＥＯＳガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたＣＶＤ法によって成膜された酸化珪素膜を形成してもよい。また、単結晶シリコン膜表面にＴＥＯＳガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたＣＶＤ法によって成膜された酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜を順次形成し、ガラス基板表面にＴＥＯＳガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたＣＶＤ法によって成膜された酸化珪素膜を形成し、単結晶シリコン基板とガラス基板とを窒化酸化珪素膜および酸化珪素膜を介して貼り合わせてもよい。
【００３６】
なお、ＴＥＯＳガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたＣＶＤ法によって成膜された酸化珪素膜を単結晶シリコン基板とガラス基板とを接合する際の界面に設けておくことは、密着性をより向上させるため好ましい。特にプラズマＣＶＤ法によって成膜された酸化珪素膜を接合界面に設けておくことは、プラズマで活性化処理された熱酸化膜を接合界面に用いる場合と同等の接合強度を得ることができるため好ましい。例えば、単結晶シリコン基板表面に窒化酸化珪素等の絶縁膜を設けた後、ＴＥＯＳガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたＣＶＤ法によって酸化珪素膜を成膜し、当該酸化珪素膜とガラス基板とを接合してもよい。また、ガラス基板表面に窒化酸化珪素等の絶縁膜を設けた後、ＴＥＯＳガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたＣＶＤ法によって酸化珪素膜を成膜し、当該酸化珪素膜と単結晶シリコン基板とを接合させてもよい。なお、ＴＥＯＳガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたＣＶＤ法によって成膜された酸化珪素膜のかわりに、スパッタ法で形成された酸化珪素膜等を用いてもよい。
【００３７】
なお、ガラスからの不純物拡散を防ぐブロッキング能力は酸化珪素膜よりも窒化珪素膜の方が高い。一方、単結晶シリコン膜１１０８に接する下地絶縁膜との界面に発生する界面準位は窒化珪素膜よりも酸化珪素膜の方が低い。従って、下地絶縁膜の構成は基板側に接する下地絶縁膜は窒化珪素膜が好ましく、半導体膜側に接する下地絶縁膜は酸化珪素膜が好ましい。なぜならば、窒化珪素膜が半導体膜に接すると界面準位が形成され、ＴＦＴを作製した場合に、下地絶縁膜と半導体膜間の界面準位に電荷がトラップされ、トラップされた電荷による電界の影響のため、しきい値電圧が大きく変動するためである。
【００３８】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示したＳＯＩ基板を用いた半導体装置およびその作製方法の一例について説明する。
【００３９】
本実施の形態で示す半導体装置を図３に示す。なお、図３（Ａ）は本実施の形態で示す半導体装置の上面図を示し、図３（Ａ）のＡ１−Ｂ１における断面図を図３（Ｂ）に、Ａ２−Ｂ２における断面図を図３（Ｃ）に、Ａ３−Ｂ３における断面図を図３（Ｄ）に示している。
【００４０】
本実施の形態で示す半導体装置は、ガラス基板１１０４表面に形成された窒化酸化珪素膜１１０５と、窒化酸化珪素膜１１０５上に形成された酸化窒化珪素膜１１０９と、酸化窒化珪素膜１１０９上に設けられた島状の単結晶シリコン膜１０３と、単結晶シリコン膜１０３上に形成されたゲート絶縁膜１０４と、ゲート絶縁膜１０４を介して単結晶シリコン膜１０３上に形成されたゲート電極として機能する導電膜１０５と、を含む薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４０１と、ゲート絶縁膜１０４と導電膜１０５を覆って設けられた絶縁膜１０６と、絶縁膜１０６上に設けられたソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜１０７とを有している（図３（Ａ）〜（Ｄ））。
【００４１】
ゲート電極を形成する導電膜１０５は、島状の単結晶シリコン膜１０３を横断するように設けられている。なお、ここでは、導電膜１０５を第１の導電膜１０５ａと第２の導電膜１０５ｂとの積層構造で設けた場合を示しているが、これに限らず単層または３層以上の積層構造で設けてもよい。
【００４２】
また、島状に設けられた単結晶シリコン膜１０３は、導電膜１０５とゲート絶縁膜１０４を介して重なる領域に設けられたチャネル形成領域１０３ａと、導電膜１０５と重ならない領域であって当該チャネル形成領域１０３ａと隣接して設けられたソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域１０３ｂと、を有している。
【００４３】
また、ソース電極またはドレイン電極を形成する導電膜１０７は、絶縁膜１０６に形成された開口部を介して不純物領域１０３ｂと電気的に接続するように設けられている。
【００４４】
次に、図３で示した半導体装置の作製方法の一例に関して図面を参照して説明する。なお、図４は図３（Ａ）のＡ１−Ｂ１の断面図を示している。
【００４５】
まず、実施の形態１と同様に、単結晶シリコン基板１１０１表面に酸化窒化珪素膜１１０２を形成し、その後酸化窒化珪素膜１１０２を通して単結晶シリコン基板１１０１に水素を導入し脆化層１１０３を形成する。次に、酸化窒化珪素膜１１０２をプラズマ雰囲気またはイオン雰囲気にさらし、表面の原子を活性な状態とする。そして、表面に酸化窒化珪素膜１１０２を形成した単結晶シリコン基板１１０１と、表面に窒化酸化珪素膜１１０５と酸化窒化珪素膜１１０６を形成したガラス基板１１０４とを貼り合わせ、酸化窒化珪素膜１１０２と酸化窒化珪素膜１１０６とが接合した酸化窒化珪素膜１１０９を形成する。続いて、４００〜６００℃の熱処理を行い、脆化層１１０３に沿って単結晶シリコン基板１１０１を分断し、分断された単結晶シリコン膜１１０７を除去する。これにより、窒化酸化珪素膜１１０５と、酸化窒化珪素膜１１０９と、単結晶シリコン膜１１０８と、が形成されたガラス基板１１０４を得る（図４（Ａ））。
【００４６】
次に、単結晶シリコン膜１１０８上に選択的にレジストを形成し、単結晶シリコン膜１１０８をエッチングして島状の単結晶シリコン膜１０３を形成する。次に、単結晶シリコン膜１０３を覆ってゲート絶縁膜１０４を形成する（図４（Ｂ））。
【００４７】
ゲート絶縁膜１０４は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）（ｘ＞ｙ＞０）、窒化酸化シリコン（ＳｉＮｘＯｙ）（ｘ＞ｙ＞０）等を適用する。このような絶縁膜は、気相成長法やスパッタリング法で形成する。また、単結晶シリコン膜１０３に対し、酸素を含む雰囲気下（例えば、酸素（Ｏ２）と希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅの少なくとも一つを含む）雰囲気下、または酸素と水素（Ｈ２）と希ガス雰囲気下）、または窒素を含む雰囲気下（例えば、窒素（Ｎ２）と希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅの少なくとも一つを含む）雰囲気下、または窒素と水素と希ガス雰囲気下またはＮＨ３と希ガス雰囲気下）で高密度プラズマ処理を行い単結晶シリコン膜１０３の表面を酸化処理または窒化処理することによって、ゲート絶縁膜１０４を形成することもできる。
【００４８】
高密度プラズマ処理は、上記ガスの雰囲気中において、電子密度が１×１０１１ｃｍ−３以上であり、プラズマの電子温度が１．５ｅＶ以下の条件で行う。より詳しくは、電子密度が１×１０１１ｃｍ−３以上１×１０１３ｃｍ−３以下で、プラズマの電子温度が０．５ｅＶ以上１．５ｅＶ以下の条件で行う。プラズマの電子密度が高密度であり、ガラス基板１１０４上に形成された被処理物（ここでは、単結晶シリコン膜１０３）付近での電子温度が低いため、被処理物に対するプラズマによる損傷を防止することができる。また、プラズマの電子密度が１×１０１１ｃｍ−３以上と高密度であるため、プラズマ処理を用いて、被照射物を酸化または窒化することよって形成される酸化膜または窒化膜は、ＣＶＤ法やスパッタ法等により形成された膜と比較して膜厚等が均一性に優れ、且つ緻密な膜を形成することができる。また、プラズマの電子温度が１．５ｅＶ以下と低いため、従来のプラズマ処理や熱酸化法と比較して低温度で酸化または窒化処理を行うことができる。例えば、ガラス基板の歪点よりも１００度以上低い温度でプラズマ処理を行っても十分に酸化または窒化処理を行うことができる。プラズマを形成するための周波数としては、マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）等の高周波を用いることができる。高密度プラズマ処理により単結晶シリコン膜１０３の表面を酸化または窒化することによってゲート絶縁膜１０４を形成することにより、電子やホールのトラップとなる欠陥準位密度を低減することができる。また、単結晶シリコン膜１０３の端部においても、ゲート絶縁膜１０４の段切れ等を低減することができる。
【００４９】
なお、単結晶シリコン膜１０３のしきい値等を制御するため、あらかじめ低濃度の不純物元素を導入しておいてもよい。この場合は、単結晶シリコン膜１０３において、後にチャネル形成領域となる領域にも不純物元素が導入されることとなる。不純物元素としては、ｎ型を付与する不純物元素またはｐ型を付与する不純物元素を用いることができる。ｎ型を付与する不純物元素としては、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）等を用いることができる。ｐ型を付与する不純物元素としては、ボロン（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）等を用いることができる。ここでは、不純物元素として、ボロン（Ｂ）を５×１０１５〜５×１０１７／ｃｍ３の濃度で含まれるように単結晶シリコン膜１０３の全面にあらかじめ導入する。
【００５０】
次に、ゲート絶縁膜１０４上に導電膜１２５を形成する。ここでは、導電膜１２５として、第１の導電膜１２５ａと第２の導電膜１２５ｂとを積層して形成した例を示している（図４（Ｃ））。もちろん、導電膜１２５は、単層または３層以上の積層構造で形成してもよい。
【００５１】
導電膜１２５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）等から選択された元素またはこれらの元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成することができる。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成することもできる。例えば、窒化タンタルで形成された第１の導電膜１２５ａと、タングステンで形成された第２の導電膜１２５ｂとの積層構造で、導電膜１２５を形成することができる。なお、導電膜１２５を積層して形成する場合には、上記材料を自由に組み合わせて設けることができる。
【００５２】
次に、導電膜１２５（ここでは、第１の導電膜１２５ａと第２の導電膜１２５ｂとの積層構造）を選択的にエッチングすることにより、ゲート電極として機能する導電膜１０５（ここでは、導電膜１０５ａと導電膜１０５ｂの積層構造）を形成し、その後、当該導電膜１０５をマスクとして単結晶シリコン膜１０３に不純物元素１２１を導入することによって、単結晶シリコン膜１０３に不純物領域１０３ｂを形成する（図４（Ｄ））。ここでは、導電膜１０５を島状の単結晶シリコン膜１０３を横断するように形成した後に不純物元素を導入するため、導電膜１０５と重ならない単結晶シリコン膜１０３の領域に不純物領域１０３ｂが形成される。
【００５３】
不純物元素１２１としては、ｎ型を付与する不純物元素またはｐ型を付与する不純物元素を用いることができる。ｎ型を付与する不純物元素としては、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）等を用いることができる。ｐ型を付与する不純物元素としては、ボロン（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）等を用いることができる。また、本実施の形態では、不純物元素１２１として、ボロン（Ｂ）を１×１０１９〜１×１０２０／ｃｍ３の濃度で含まれるように単結晶シリコン膜１０３に導入し、ｐ型を示す不純物領域１０３ｂを形成する。
【００５４】
次に、導電膜１０５、ゲート絶縁膜１０４等を覆うように絶縁膜１０６を形成し、当該絶縁膜１０６上にソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜１０７を選択的に形成する（図４（Ｅ））。導電膜１０７は、単結晶シリコン膜１０３のソース領域またはドレイン領域を形成する不純物領域１０３ｂと電気的に接続されるように設ける。
【００５５】
絶縁膜１０６は、ＣＶＤ法やスパッタリング法等で形成した、酸化シリコン、酸化窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）（ｘ＞ｙ＞０）、窒化酸化シリコン（ＳｉＮｘＯｙ）（ｘ＞ｙ＞０）などを用いることができる。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、エポキシ等の有機材料、またはシロキサン樹脂等のシロキサン材料、オキサゾール樹脂などからなる単層または積層構造で設けることができる。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。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、アリール基）が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いることもできる。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。オキサゾール樹脂は、例えば、感光性ポリベンゾオキサゾール等である。感光性ポリベンゾオキサゾールは、誘電率が低く（常温１ＭＨｚで誘電率２．９）、耐熱性が高く（示差熱分析（ＤＴＡ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）で昇温５℃／ｍｉｎで熱分解温度５５０℃）、吸水率が低い（常温２４時間で０．３％）材料である。オキサゾール樹脂は、ポリイミド等の比誘電率（３．２〜３．４程度）と比較すると、比誘電率が低いため（２．９程度）、寄生容量の発生を抑制し、高速動作を行うことができる。ここでは、絶縁膜１０６として、ＣＶＤ法で形成した酸化シリコン、酸化窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）（ｘ＞ｙ＞０）または窒化酸化シリコン（ＳｉＮｘＯｙ）（ｘ＞ｙ＞０）を単層または積層して形成する。また、さらに、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、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、またはオキサゾール樹脂を積層して形成してもよい。
【００５６】
導電膜１０７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、ネオジムから選ばれた一種の元素または当該元素を複数含む合金からなる単層構造または積層構造を用いることができる。例えば、当該元素を複数含む合金からなる導電膜として、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などで形成することができる。また、積層構造で設ける場合、例えば、アルミニウム層もしくは前記したようなアルミニウム合金層を、チタン層で挟んで積層した構造としても良い。
【００５７】
以上の工程により、ＴＦＴ４０１を含む半導体装置を作製することができる。本実施の形態では、高温の熱処理を行うことなく強固に接合されたＳＯＩ基板を用いている。従って、ＳＯＩ基板の作製コストを抑えることができ、それを用いて作製された半導体装置のコストの低減を図ることができる。また、ＴＦＴの活性層として単結晶シリコン膜を用いることができるため、ガラス基板やプラスチック基板上に特性の良いＴＦＴを作製することができる。高温処理に耐えられない可撓性の基板を用いることもでき、半導体装置の利用範囲を拡大することができる。また、基板と単結晶シリコン膜との間の絶縁膜として酸素または窒素を含む珪素膜を用いているため、基板から単結晶シリコン膜への汚染物の混入による半導体装置の特性への悪影響を低減することができる。
【００５８】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２で作製した半導体装置を用いて、ＥＬ表示装置を作製する方法について図面を参照して説明する。
【００５９】
本実施の形態では、エレクトロルミネッセンス素子からの光を第１の電極５１２側から取り出す構造にするため、透光性を有する膜を用いて第１の電極５１２を形成する。本実施の形態では、酸化珪素を含むインジウムスズ酸化物（ＩＴＳＯ）を第１の電極５１２として用いる。
【００６０】
まず、実施の形態２と同様にＳＯＩ基板を形成し、ＳＯＩ基板上にＴＦＴ５０１〜５０３と、ＴＦＴ５０１〜５０３を覆う第１の絶縁膜５１０と、ＴＦＴ５０１〜５０３のソース領域またはドレイン領域と電気的に接続する配線５０４〜５０９を形成する。次に、ＴＦＴ５０１〜５０３、第１の絶縁膜５１０および配線５０４〜５０９を覆うように第２の絶縁膜５１１を形成し、第２の絶縁膜５１１上に配線５０９と電気的に接続する第１の電極５１２を形成する。次に、第１の電極５１２の端部および第２の絶縁膜５１１を覆うように第３の絶縁膜５１３（バンク、隔壁、障壁、土手などとも呼ばれる）を形成する（図５）。
【００６１】
第３の絶縁膜５１３としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、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その他の無機絶縁性材料、またはアクリル酸、メタクリル酸およびこれらの誘導体、またはポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール（ｐｏｌｙｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）などの耐熱性高分子、または珪素、酸素、水素からなる化合物のうちＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む無機シロキサン、珪素に結合されている水素がメチルやフェニルのような有機基に置換された有機シロキサン系の絶縁性材料を用いることができる。アクリル、ポリイミド等の感光性、非感光性の材料を用いて形成してもよい。本実施の形態では、感光性ポリイミドを用いて、平坦な領域で膜厚が１．５μｍとなるように第３の絶縁膜５１３を形成する。
【００６２】
また、第３の絶縁膜５１３は曲率半径が連続的に変化する形状が好ましく、第３の絶縁膜５１３上に形成される電界発光層５１４（有機化合物を含む層）、第２の電極５１５の被覆性を向上させることができる。
【００６３】
また、信頼性をさらに向上させるために、電界発光層５１４を形成する前に第１の電極５１２および第３の絶縁膜５１３に対して、高密度プラズマ装置を用いて窒化処理または酸化処理を行うとよい。第１の電極５１２を高密度プラズマ装置を用いて窒化または酸化することで、電極の表面改質の際のプラズマダメージが少なく、より欠陥の少ない表面を得ることができるため、本実施の形態の発光素子による表示は高精細で表示ムラが少ない。さらに、第３の絶縁膜５１３を窒化した場合、第３の絶縁膜５１３の表面が改質され、絶縁膜内部への水分の吸収を抑えることができる。また、第３の絶縁膜５１３を酸化した場合、膜が強固になり、有機ガスの放出を抑えることができる。本実施の形態では、高密度プラズマ装置を用いることでプラズマダメージの少ない処理を行うことが可能である。ここで、第３の絶縁膜５１３表面に対して、酸化処理を行うか、窒化処理を行うかは絶縁膜の材料および効果を考えて適宜選択すればよい。
【００６４】
次に、第１の電極５１２上に電界発光層５１４を形成する。なお、図５では１画素しか図示していないが、本実施の形態では赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色に対応した電界電極を作り分けている。本実施の形態では電界発光層５１４として、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の発光を示す材料を、蒸着マスクを用いた蒸着法によって、それぞれ選択的に形成する。赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の発光を示す材料は、蒸着マスクを用いた蒸着法によってそれぞれ選択的に形成する方法や、液滴吐出法により形成することができる。液滴吐出法の場合、マスクを用いずにＲＧＢの塗り分けを行うことができるという利点がある。本実施の形態では、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の発光を示す材料を蒸着法によってそれぞれ形成する。
【００６５】
なお、ＥＬの蒸着前に、不活性ガスを主成分とし、酸素の濃度が５％以下且つ水の濃度が１％以下とする雰囲気で加熱処理を行い、水分などを除去することが好ましい。本実施の形態では、３００℃で１時間加熱処理を行う。
【００６６】
次に、電界発光層５１４の上に導電膜からなる第２の電極５１５を形成する。第２の電極５１５としては、仕事関数の小さい材料（Ａｌ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｃａ、またはこれらの合金ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉ、ＣａＦ２等）を用いればよい。こうして第１の電極５１２、電界発光層５１４および第２の電極５１５からなる発光素子が形成される。
【００６７】
図５に示す表示装置において、発光素子から発した光は、基板５００と第１の電極５１２の間に形成された膜を透過して第１の電極５１２側から矢印の方向に射出される。
【００６８】
また、第２の電極５１５を覆うようにしてパッシベーション膜を設けることは有効である。パッシベーション膜としては、窒化珪素、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒素含有量が酸素含有量よりも多い窒化酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウム、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、窒素含有炭素膜（ＣＮ）を含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしくは組み合わせた積層を用いることができる。また、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成されるシロキサンを用いてもよい。シロキサンは、置換基として少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、アリール基）が用いられる。また、置換基としてフルオロ基、または少なくとも水素を含む有機基とフルオロ基とを用いてもよい。
【００６９】
この際、カバレッジの良い膜をパッシベーション膜として用いることが好ましく、炭素膜、特にＤＬＣ膜を用いることは有効である。ＤＬＣ膜は室温から１００℃以下の温度範囲で成膜可能であるため、耐熱性の低い電界発光層５１４の上方にも容易に成膜することができる。また、ＤＬＣ膜は酸素に対するブロッキング効果が高く、電界発光層５１４の酸化を抑制することが可能である。そのため、この後に続く封止工程を行う間に電界発光層５１４が酸化するといった問題を防止することができる。
【００７０】
次に、発光素子が形成された基板５００と、封止基板とをシール材によって固着し、発光素子を封止する。断面からの水分の侵入がシール材によって遮断されるので、発光素子の劣化が防止でき、表示装置の信頼性が向上する。なお、シール材で囲まれた領域には充填材を充填してもよく、窒素雰囲気下で封止することによって、窒素等を封入してもよい。また充填材は、液状の状態で滴下し、表示装置内に充填することもできる。本実施の形態は、下面射出型のため、透光性を有する充填材を使用する必要はないが、充填材を透過して光を取り出す構造の場合は、透光性を有す材料を用いて充填材を形成する必要がある。充填材の一例としては、可視光硬化、紫外線硬化または熱硬化のエポキシ樹脂が挙げられる。以上の工程において、発光素子を有する表示装置が完成する。
【００７１】
また、素子の水分による劣化を防ぐためにＥＬ表示パネル内に乾燥剤を設置することが好ましい。本実施の形態では、画素領域を取り囲むように封止基板に形成された凹部に乾燥剤を設置し、薄型化を妨げない構成とする。また、ゲート配線層に対応する領域にも乾燥剤を設置することにより吸水面積を広く取ることができ、吸水効果が高い。また、直接発光しないゲート配線層上に乾燥剤を形成しているので、光取り出し効率を低下させることもない。
【００７２】
なお、発光素子を封止する処理とは、発光素子を水分から保護するための処理であり、カバー材で機械的に封入する方法、熱硬化性樹脂または紫外光硬化性樹脂で封入する方法、金属酸化物や窒化物等のバリア能力が高い薄膜により封止する方法のいずれかを用いる。封止基板またはカバー材としては、ガラス、セラミックス、プラスチックもしくは金属を用いることができるが、カバー材側に光を放射させる場合は透光性でなければならない。また、カバー材と上記発光素子が形成された基板とは熱硬化性樹脂または紫外光硬化性樹脂等のシール材を用いて貼り合わせられ、熱処理または紫外光照射処理によって樹脂を硬化させて密閉空間を形成する。この密閉空間の中に酸化バリウムに代表される吸湿材を設けることも有効である。この吸湿材は、シール材の上に接して設けても良いし、発光素子よりの光を妨げないような、隔壁の上や周辺部に設けても良い。さらに、カバー材と発光素子の形成された基板との空間を熱硬化性樹脂もしくは紫外光硬化性樹脂で充填することも可能である。この場合、熱硬化性樹脂もしくは紫外光硬化性樹脂の中に酸化バリウムに代表される吸湿材を添加しておくことは有効である。
【００７３】
本実施の形態で示す薄膜トランジスタ５０１〜５０３は実施の形態２に示す方法で作製されており、薄膜トランジスタ５０１〜５０３の活性層として実施の形態１に示す方法で形成された単結晶シリコン膜を用いている。そのため、ＳＯＩ基板の作製コストを抑えることができ、それを用いて作製された半導体装置のコストの低減を図ることができる。また、ＴＦＴの活性層として単結晶シリコン膜を用いることができるため、ガラス基板やプラスチック基板上に特性の良いＴＦＴを作製することができる。高温処理に耐えられない可撓性の基板を用いることもでき、半導体装置の利用範囲を拡大することができる。また、基板と単結晶シリコン膜との間の絶縁膜として酸素または窒素を含む珪素膜を用いているため、基板から単結晶シリコン膜への汚染物の混入による半導体装置の特性への悪影響を低減することができる。従って、特性の劣化が抑えられた、特性の良いＥＬ表示装置を容易に作製することができる。
【００７４】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態２で作製した半導体装置を用いて、透過型液晶表示装置を作製する方法について図面を参照して説明する。
【００７５】
まず、実施の形態２と同様にＳＯＩ基板を形成し、ＳＯＩ基板上にＴＦＴ６０１〜６０３と、ＴＦＴ６０１〜６０３を覆う第１の絶縁膜６１０と、ＴＦＴ６０１〜６０３のソース領域またはドレイン領域と電気的に接続する配線６０４〜６０９を形成する。次に、ＴＦＴ６０１〜６０３、第１の絶縁膜６１０および配線６０４〜６０９を覆うように第２の絶縁膜６１１を形成し、絶縁膜６１１上に配線６０９と電気的に接続する第１の電極６１２を形成する。本実施の形態では、第１の電極６１２の材料として、酸化珪素を含むインジウムスズ酸化物（ＩＴＳＯ）を用いる。次に、第２の絶縁膜６１１および第１の電極６１２上に配向膜６１３を形成する。本実施の形態では、配向膜６１３にポリイミドを用いた。次に対向基板６１４を用意する。対向基板６１４は、ガラス基板６１５、透明導電膜からなる対向電極６１６、配向膜６１７とで構成される（図６）。
【００７６】
次に、上記工程により得たＴＦＴ基板６１９と対向基板６１４とをシール材を介して貼り合わせる。ここで、両基板の間隔を一定に保つために、配向膜６１３と配向膜６１７との間にスペーサを設けても良い。その後、両基板の間に液晶６１８を注入し、封止材によって封止することで図６に示すような透過型液晶表示装置が完成する。
【００７７】
なお、本実施の形態においては透過型の液晶表示装置について説明したが、本発明の液晶表示装置はこれに限定されない。第１の電極６１２として反射性を有する電極を用いる、または第１の電極６１２の上面または下面に反射膜を設けることで、反射型液晶表示装置に用いることができる。また、半透過型液晶表示装置に用いてもよい。
【００７８】
本実施の形態で示す薄膜トランジスタ６０１〜６０３は実施の形態２に示す方法で作製されており、薄膜トランジスタ６０１〜６０３の活性層として実施の形態１に示す方法で形成された単結晶シリコン膜を用いている。そのため、ＳＯＩ基板の作製コストを抑えることができ、それを用いて作製された半導体装置のコストの低減を図ることができる。また、ＴＦＴの活性層として単結晶シリコン膜を用いることができるため、ガラス基板やプラスチック基板上に特性の良いＴＦＴを作製することができる。高温処理に耐えられない可撓性の基板を用いることもでき、半導体装置の利用範囲を拡大することができる。また、基板と単結晶シリコン膜との間の絶縁膜として酸素または窒素を含む珪素膜を用いているため、基板から単結晶シリコン膜への汚染物の混入による半導体装置の特性への悪影響を低減することができる。従って、特性の劣化が抑えられた、特性の良い液晶表示装置を容易に作製することができる。
【００７９】
（実施の形態５）
本実施の形態では、薄膜トランジスタ、記憶素子およびアンテナを含む無線通信可能な半導体装置の作製方法について、図面を参照して説明する。
【００８０】
本実施の形態で示す半導体装置を図７に示す。なお、図７（Ａ）は本実施の形態で示す半導体装置の上面構造の一例を示し、図７（Ａ）の断面構造の一部を図７（Ｂ）に示している。
【００８１】
本実施の形態において、半導体装置７００は集積回路部７０１、メモリ部７０２、アンテナ７０３を有している（図７（Ａ））。なお、図７（Ｂ）において、領域７０４は図７（Ａ）の集積回路部７０１の断面構造の一部に対応し、領域７０５は図７（Ａ）のメモリ部７０２の断面構造の一部に対応し、領域７０６は図７（Ａ）のアンテナ７０３の断面構造の一部に対応している。
【００８２】
本実施の形態の半導体装置は、図７（Ｂ）に示すように第１の基体７１０上に第１の絶縁膜７１１を介して設けられた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）７１２〜７１６と、薄膜トランジスタ７１２〜７１６上に設けられた第２の絶縁膜７１７と、第２の絶縁膜７１７上に設けられたソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜７１８〜７２７と、を有する。また、本実施の形態の半導体装置は、第２の絶縁膜７１７およびソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜７１８〜７２７上に設けられた第３の絶縁膜７２８と、第３の絶縁膜７２８上に設けられた導電膜７２９〜７３１と、第３の絶縁膜７２８および導電膜７２９〜７３１の一部を覆うように設けられた第４の絶縁膜７３２と、第４の絶縁膜７３２上に設けられた記憶素子部７３３、７３４と、導電膜７３１上に設けられたアンテナとして機能する導電膜７３５と、第４の絶縁膜７３２、記憶素子部７３３、７３４およびアンテナとして機能する導電膜７３５を覆うように設けられた第５の絶縁膜７３６と、第５の絶縁膜７３６上に設けられた第２の基体７３７と、を有している。なお、第１の基体７１０および第２の基体７３７によって、半導体装置の集積回路部７０１、メモリ部７０２、アンテナ７０３は封止されている。
【００８３】
本実施の形態で示す薄膜トランジスタ７１２〜７１６は実施の形態２に示す方法で作製されており、薄膜トランジスタ７１２〜７１６の活性層として実施の形態１に示す方法で形成された単結晶シリコン膜を用いている。そのため、ＳＯＩ基板の作製コストを抑えることができ、それを用いて作製された半導体装置のコストの低減を図ることができる。また、ＴＦＴの活性層として単結晶シリコン膜を用いることができるため、ガラス基板やプラスチック基板上に特性の良いＴＦＴを作製することができる。高温処理に耐えられない可撓性の基板を用いることもでき、半導体装置の利用範囲を拡大することができる。また、基板と単結晶シリコン膜との間の絶縁膜として酸素または窒素を含む珪素膜を用いているため、基板から単結晶シリコン膜への汚染物の混入による半導体装置の特性への悪影響を低減することができる。従って、特性の劣化が抑えられた、特性のよい無線通信可能な半導体装置を容易に作製することができる。
【実施例１】
【００８４】
本実施例では、脆化層形成における水素導入方法について考察する。
【００８５】
上述の実施の形態では、脆化層形成において、水素（Ｈ）に由来するイオン（以下「水素イオン種」と呼ぶ）を単結晶シリコン基板に対して照射している。より具体的には、水素ガスまたは水素を組成に含むガスを原材料として用い、水素プラズマを発生させ、該水素プラズマ中の水素イオン種を単結晶シリコン基板に対して照射している。
【００８６】
（水素プラズマ中のイオン）
上記のような水素プラズマ中には、Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋といった水素イオン種が存在する。ここで、各水素イオン種の反応過程（生成過程、消滅過程）について、以下に反応式を列挙する。
ｅ＋Ｈ→ｅ＋Ｈ＋＋ｅ                         ・・・・・    （１）
ｅ＋Ｈ２→ｅ＋Ｈ２＋＋ｅ                         ・・・・・    （２）
ｅ＋Ｈ２→ｅ＋（Ｈ２）＊→ｅ＋Ｈ＋Ｈ             ・・・・・    （３）
ｅ＋Ｈ２＋→ｅ＋（Ｈ２＋）＊→ｅ＋Ｈ＋＋Ｈ            ・・・・・    （４）
Ｈ２＋＋Ｈ２→Ｈ３＋＋Ｈ                             ・・・・・    （５）
Ｈ２＋＋Ｈ２→Ｈ＋＋Ｈ＋Ｈ２                         ・・・・・    （６）
ｅ＋Ｈ３＋→ｅ＋Ｈ＋＋Ｈ＋Ｈ                     ・・・・・    （７）
ｅ＋Ｈ３＋→Ｈ２＋Ｈ                             ・・・・・    （８）
ｅ＋Ｈ３＋→Ｈ＋Ｈ＋Ｈ                         ・・・・・    （９）
【００８７】
図８に、上記の反応の一部を模式的に表したエネルギーダイアグラムを示す。なお、図８に示すエネルギーダイアグラムは模式図に過ぎず、反応に係るエネルギーの関係を厳密に規定するものではない点に留意されたい。
【００８８】
（Ｈ３＋イオンの生成過程）
上記のように、Ｈ３＋は、主として反応式（５）により表される反応過程により生成される。一方で、反応式（５）と競合する反応として、反応式（６）により表される反応過程が存在する。Ｈ３＋が増加するためには、少なくとも、反応式（５）の反応が、反応式（６）の反応より多く起こる必要がある（なお、Ｈ３＋が減少する反応としては他にも（７）、（８）、（９）が存在するため、（５）の反応が（６）の反応より多いからといって、必ずしもＨ３＋が増加するとは限らない）。反対に、反応式（５）の反応が、反応式（６）の反応より少ない場合には、プラズマ中におけるＨ３＋の割合は減少する。
【００８９】
上記反応式における右辺（最右辺）の生成物の増加量は、反応式の左辺（最左辺）で示す原料の密度や、その反応に係る速度係数などに依存している。ここで、Ｈ２＋の運動エネルギーが約１１ｅＶより小さい場合には（５）の反応が主要となり（すなわち、反応式（５）に係る速度係数が、反応式（６）に係る速度係数と比較して十分に大きくなり）、Ｈ２＋の運動エネルギーが約１１ｅＶより大きい場合には（６）の反応が主要となることが実験的に確認されている。
【００９０】
荷電粒子は電場から力を受けて運動エネルギーを得る。該運動エネルギーは、電場によるポテンシャルエネルギーの減少量に対応している。例えば、ある荷電粒子が他の粒子と衝突するまでの間に得る運動エネルギーは、その移動により失ったポテンシャルエネルギーに等しい。つまり、電場中において、他の粒子と衝突することなく長い距離を移動できる状況では、そうではない状況と比較して、荷電粒子の運動エネルギー（の平均）は大きくなる傾向にある。このような、荷電粒子に係る運動エネルギーの増大傾向は、粒子の平均自由行程が大きい状況、すなわち、圧力が低い状況で生じ得る。
【００９１】
また、平均自由行程が小さくとも、その間に大きな運動エネルギーを得ることができる状況であれば、荷電粒子の運動エネルギーは大きくなる。すなわち、平均自由行程が小さくとも、電位差が大きい状況であれば、荷電粒子の持つ運動エネルギーは大きくなると言える。
【００９２】
これをＨ２＋に適用してみる。プラズマの生成に係るチャンバー内のように電場の存在を前提とすれば、該チャンバー内の圧力が低い状況ではＨ２＋の運動エネルギーは大きくなり、該チャンバー内の圧力が高い状況ではＨ２＋の運動エネルギーは小さくなる。つまり、チャンバー内の圧力が低い状況では（６）の反応が主要となるため、Ｈ３＋は減少する傾向となり、チャンバー内の圧力が高い状況では（５）の反応が主要となるため、Ｈ３＋は増加する傾向となる。また、プラズマ生成領域における電場（または電界）が強い状況、すなわち、ある二点間の電位差が大きい状況ではＨ２＋の運動エネルギーは大きくなり、反対の状況では、Ｈ２＋の運動エネルギーは小さくなる。つまり、電場が強い状況では（６）の反応が主要となるためＨ３＋は減少する傾向となり、電場が弱い状況では（５）の反応が主要となるため、Ｈ３＋は増加する傾向となる。
【００９３】
（イオン源による差異）
ここで、イオン種の割合（特にＨ３＋の割合）が異なる例を示す。図９は、１００％水素ガス（イオン源の圧力：４．７×１０−２Ｐａ）から生成されるイオンの質量分析結果を示すグラフである。なお、上記質量分析は、イオン源から引き出されたイオンを測定することにより行った。横軸はイオンの質量である。スペクトル中、質量１、２、３のピークは、それぞれ、Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋に対応する。縦軸は、スペクトルの強度であり、イオンの数に対応する。図９では、質量が異なるイオンの数量を、質量３のイオンを１００とした場合の相対比で表している。図９から、上記イオン源により生成されるイオンの割合は、Ｈ＋：Ｈ２＋：Ｈ３＋＝１：１：８程度となることが分かる。なお、このような割合のイオンは、プラズマを生成するプラズマソース部（イオン源）と、当該プラズマからイオンビームを引き出すための引出電極などから構成されるイオンドーピング装置によっても得ることが出来る。
【００９４】
図１０は、図９とは異なるイオン源を用いた場合であって、イオン源の圧力がおおよそ３×１０−３Ｐａの時に、ＰＨ３から生成したイオンの質量分析結果を示すグラフである。上記質量分析結果は、水素イオン種に着目したものである。また、質量分析は、イオン源から引き出されたイオンを測定することにより行った。図９と同様、横軸はイオンの質量を示し、質量１、２、３のピークは、それぞれＨ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋に対応する。縦軸はイオンの数量に対応するスペクトルの強度である。図１０から、プラズマ中のイオンの割合はＨ＋：Ｈ２＋：Ｈ３＋＝３７：５６：７程度であることが分かる。なお、図１０はソースガスがＰＨ３の場合のデータであるが、ソースガスとして１００％水素ガスを用いたときも、水素イオン種の割合は同程度になる。
【００９５】
図１０のデータを得たイオン源の場合には、Ｈ＋、Ｈ２＋およびＨ３＋のうち、Ｈ３＋が７％程度しか生成されていない。他方、図９のデータを得たイオン源の場合には、Ｈ３＋の割合を５０％以上（上記の条件では８０％程度）とすることが可能である。これは、上記考察において明らかになったチャンバー内の圧力および電場に起因するものと考えられる。
【００９６】
（Ｈ３＋イオンの照射メカニズム）
図９のような複数のイオン種を含むプラズマを生成し、生成されたイオン種を質量分離しないで単結晶シリコン基板に照射する場合、単結晶シリコン基板の表面には、Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋の各イオンが照射される。イオンの照射からイオン導入領域形成にかけてのメカニズムを再現するために、以下の５種類のモデルを考える。
１．照射されるイオン種がＨ＋で、照射後もＨ＋（Ｈ）である場合
２．照射されるイオン種がＨ２＋で、照射後もＨ２＋（Ｈ２）のままである場合
３．照射されるイオン種がＨ２＋で、照射後に２個のＨ（Ｈ＋）に分裂する場合
４．照射されるイオン種がＨ３＋で、照射後もＨ３＋（Ｈ３）のままである場合
５．照射されるイオン種がＨ３＋で、照射後に３個のＨ（Ｈ＋）に分裂する場合。
【００９７】
（シミュレーション結果と実測値との比較）
上記のモデルを基にして、水素イオン種をＳｉ基板に照射する場合のシミュレーションを行った。シミュレーション用のソフトウェアとしては、ＳＲＩＭ（ｔｈｅ  Ｓｔｏｐｐｉｎｇ  ａｎｄ  Ｒａｎｇｅ  ｏｆ  Ｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｍａｔｔｅｒ：モンテカルロ法によるイオン導入過程のシミュレーションソフトウェア、ＴＲＩＭ（ｔｈｅ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｏｆ  Ｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｍａｔｔｅｒ）の改良版）を用いている。なお、計算の関係上、モデル２ではＨ２＋を質量２倍のＨ＋に置き換えて計算した。また、モデル４ではＨ３＋を質量３倍のＨ＋に置き換えて計算した。さらに、モデル３ではＨ２＋を運動エネルギー１／２のＨ＋に置き換え、モデル５ではＨ３＋を運動エネルギー１／３のＨ＋に置き換えて計算を行った。
【００９８】
なお、ＳＲＩＭは非晶質構造を対象とするソフトウェアではあるが、高エネルギー、高ドーズの条件で水素イオン種を照射する場合には、ＳＲＩＭを適用可能である。水素イオン種とＳｉ原子の衝突により、Ｓｉ基板の結晶構造が非単結晶構造に変化するためである。
【００９９】
図１１に、モデル１乃至モデル５を用いて水素イオン種を照射した場合（Ｈ換算で１０万個照射時）の計算結果を示す。また、図９の水素イオン種を照射したＳｉ基板中の水素濃度（ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）のデータ）をあわせて示す。モデル１乃至モデル５を用いて行った計算の結果については、縦軸を水素原子の数で表しており（右軸）、ＳＩＭＳデータについては、縦軸を水素原子の密度で表している（左軸）。横軸はＳｉ基板表面からの深さである。実測値であるＳＩＭＳデータと、計算結果とを比較した場合、モデル２およびモデル４は明らかにＳＩＭＳデータのピークから外れており、また、ＳＩＭＳデータ中にはモデル３に対応するピークも見られない。このことから、モデル２乃至モデル４の寄与は、相対的に小さいことが分かる。イオンの運動エネルギーが数ｋｅＶ程度であるのに対して、Ｈ−Ｈの結合エネルギーは数ｅＶ程度に過ぎないことを考えれば、モデル２およびモデル４の寄与が小さいのは、Ｓｉ元素との衝突により、大部分のＨ２＋やＨ３＋が、Ｈ＋やＨに分離しているためと思われる。
【０１００】
以上より、モデル２乃至モデル４については、以下では考慮しない。図１２乃至図１４に、モデル１およびモデル５を用いて水素イオン種を照射した場合（Ｈ換算で１０万個照射時）の計算結果を示す。また、図９の水素イオン種を照射したＳｉ基板中の水素濃度（ＳＩＭＳデータ）および、上記シミュレーション結果をＳＩＭＳデータにフィッティングさせたもの（以下フィッティング関数と呼ぶ）を合わせて示す。ここで、図１２は加速電圧を８０ｋＶとした場合を示し、図１３は加速電圧を６０ｋＶとした場合を示し、図１４は加速電圧を４０ｋＶとした場合を示している。なお、モデル１およびモデル５を用いて行った計算の結果については、縦軸を水素原子の数で表しており（右軸）、ＳＩＭＳデータおよびフィッティング関数については、縦軸を水素原子の密度で表している（左軸）。横軸はＳｉ基板表面からの深さである。
【０１０１】
フィッティング関数はモデル１およびモデル５を考慮して以下の計算式により求めることとした。なお、計算式中、Ｘ、Ｙはフィッティングに係るパラメータであり、Ｖは体積である。
［フィッティング関数］
＝Ｘ／Ｖ×［モデル１のデータ］＋Ｙ／Ｖ×［モデル５のデータ］
【０１０２】
現実に照射されるイオン種の割合（Ｈ＋：Ｈ２＋：Ｈ３＋＝１：１：８程度）を考えればＨ２＋の寄与（すなわち、モデル３）についても考慮すべきであるが、以下に示す理由により、ここでは除外して考えた。
・モデル３に示される照射過程により導入される水素は、モデル５の照射過程と比較して僅かであるため、除外して考えても大きな影響はない（ＳＩＭＳデータにおいても、ピークが現れていない）。
・モデル５とピーク位置の近いモデル３は、モデル５において生じるチャネリング（結晶の格子構造に起因する元素の移動）により隠れてしまう可能性が高い。すなわち、モデル３のフィッティングパラメータを見積もるのは困難である。これは、本シミュレーションが非晶質Ｓｉを前提としており、結晶性に起因する影響を考慮していないことによるものである。
【０１０３】
図１５に、上記のフィッティングパラメータをまとめる。いずれの加速電圧においても、導入されるＨの数の比は、［モデル１］：［モデル５］＝１：４２〜１：４５程度（モデル１におけるＨの数を１とした場合、モデル５におけるＨの数は４２以上４５以下程度）であり、照射されるイオン種の数の比は、［Ｈ＋（モデル１）］：［Ｈ３＋（モデル５）］＝１：１４〜１：１５程度（モデル１におけるＨ＋の数を１とした場合、モデル５におけるＨ３＋の数は１４以上１５以下程度）である。モデル３を考慮していないことや非晶質Ｓｉと仮定して計算していることなどを考えれば、実際の照射に係るイオン種の比（Ｈ＋：Ｈ２＋：Ｈ３＋＝１：１：８程度）に近い値が得られていると言える。
【０１０４】
（Ｈ３＋イオンを用いる効果）
図９に示すようなＨ３＋の割合を高めた水素イオン種を基板に照射することで、Ｈ３＋に起因する複数のメリットを享受することができる。例えば、Ｈ３＋はＨ＋やＨなどに分離して基板内に導入されるため、主にＨ＋やＨ２＋を照射する場合と比較して、イオンの導入効率を向上させることができる。これにより、シリコン基板の生産性向上を図ることができる。また、同様に、Ｈ３＋が分離した後のＨ＋やＨの運動エネルギーは小さくなる傾向にあるから、薄いシリコン膜の製造に向いている。
【０１０５】
なお、本明細書では、Ｈ３＋を効率的に照射するために、図９に示すような水素イオン種を照射可能なイオンドーピング装置を用いる方法について説明している。イオンドーピング装置は廉価で、大面積処理に優れているため、このようなイオンドーピング装置を用いてＨ３＋を照射することで、大面積化、低コスト化、生産性向上などの顕著な効果を得ることができる。一方で、Ｈ３＋の照射を第一に考えるのであれば、イオンドーピング装置を用いることに限定して解釈する必要はない。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明のＳＯＩ基板の作製工程を説明する図。
【図２】本発明のＳＯＩ基板の作製工程を説明する図。
【図３】本発明の薄膜トランジスタの構成を説明する図。
【図４】本発明の薄膜トランジスタの作製工程を説明する図。
【図５】本発明の表示装置の構成を説明する図。
【図６】本発明の表示装置の構成を説明する図。
【図７】本発明の無線通信可能な半導体装置の構成を説明する図。
【図８】水素イオン種のエネルギーダイアグラムについて示す図。
【図９】イオンの質量分析結果を示す図。
【図１０】イオンの質量分析結果を示す図。
【図１１】加速電圧を８０ｋＶとした場合の水素元素の深さ方向のプロファイル（実測値および計算値）を示す図。
【図１２】加速電圧を８０ｋＶとした場合の水素元素の深さ方向のプロファイル（実測値、計算値、およびフィッティング関数）を示す図。
【図１３】加速電圧を６０ｋＶとした場合の水素元素の深さ方向のプロファイル（実測値、計算値、およびフィッティング関数）を示す図。
【図１４】加速電圧を４０ｋＶとした場合の水素元素の深さ方向のプロファイル（実測値、計算値、およびフィッティング関数）を示す図。
【図１５】フィッティングパラメータの比（水素元素比および水素イオン種比）をまとめた図。
【符号の説明】
【０１０７】
１１０１    単結晶シリコン基板
１１０２    酸化窒化珪素膜
１１０３    脆化層
１１０４    ガラス基板
１１０５    窒化酸化珪素膜
１１０６    酸化窒化珪素膜
１１０７    単結晶シリコン膜
１１０８    単結晶シリコン膜
１１０９    酸化窒化珪素膜
【図１】
0005427366.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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