(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径が３００ｍｍ乃至４５０ｍｍの略円形の単結晶半導体ウエハから該単結晶半導体基板の周辺端部を頂部に含む略四辺形の単結晶半導体基板を形成し、
Ｈ３＋イオンを５０％以上含むイオンビームを前記単結晶半導体基板の一面から注入し該単結晶半導体基板の表面から所定の深さに損傷層を形成し、
前記単結晶半導体基板の前記クラスターイオンの注入面側に接合層を形成し、
絶縁表面を有する支持基板の一面に複数の前記単結晶半導体基板を、前記接合層を密接させ互いに離間して配列し、
熱処理を行うことにより前記損傷層に亀裂を生じさせ前記支持基板上に単結晶半導体層を残存させたまま前記単結晶半導体基板を剥離して除去し、
前記単結晶半導体層に窒素雰囲気中でレーザビームを照射して前記単結晶半導体層の表面を平坦化し、
前記支持基板に接着された前記単結晶半導体層から一又は複数の表示パネルを作製することを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項２】
直径が３００ｍｍ乃至４５０ｍｍの略円形の単結晶半導体ウエハから該単結晶半導体ウエハの表面積の５０％以上を占める略四辺形の単結晶半導体基板を形成し、
Ｈ３＋イオンを５０％以上含むイオンビームを前記単結晶半導体基板の一面から注入し該単結晶半導体基板の表面から所定の深さに損傷層を形成し、
前記単結晶半導体基板の前記クラスターイオンの注入面側に接合層を形成し、
絶縁表面を有する支持基板の一面に複数の前記単結晶半導体基板を、前記接合層を密接させ互いに離間して配列し、
熱処理を行うことにより前記損傷層に亀裂を生じさせ前記支持基板上に単結晶半導体層を残存させたまま前記単結晶半導体基板を剥離して除去し、
前記単結晶半導体層に窒素雰囲気中でレーザビームを照射して前記単結晶半導体層の表面を平坦化し、
前記支持基板に接着された前記単結晶半導体層から一又は複数の表示パネルを作製することを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
レーザビームを照射して前記単結晶半導体層の表面を平坦化するときに２５０℃から６００℃の温度に加熱することを特徴とする表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）技術を用いて成る半導体基板、表示パネル又は表示装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタを用いた液晶ディスプレイの市場が拡大している。薄膜トランジスタは電界効果トランジスタの一種であり、チャネルを形成する半導体を薄膜で形成することからこのような命名がされている。理想的には単結晶半導体でチャネルを形成する薄膜トランジスタを作製することができれば良いが、液晶ディスプレイの基材となるガラス基板の耐熱温度が低いため、６００℃以下のプロセス温度で作製可能な非晶質シリコン薄膜や多結晶シリコン薄膜が薄膜トランジスタに用いられている。
【０００３】
勿論、液晶ディスプレイに用いることが可能な絶縁基板上に単結晶シリコン薄膜を形成する技術も開発されている。例えば、高耐熱性ガラスである結晶化ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜を形成する技術が開示されている（特許文献１〜３参照）。最近では、アクティブマトリクス液晶ディスプレー向けのＳＯＩ基板として、ガラス基板に単結晶シリコンの小片をタイル状にさせる技術が開示されている（特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平１１−１６３３６３号公報
【特許文献２】特開２０００−０１２８６４号公報
【特許文献３】特開２０００−１５０９０５号公報
【特許文献４】特表２００５−５３９２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
液晶パネルは、マザーガラスと呼ばれるガラス基板上に複数枚分のパネルを作り込んだ後、個々のパネルに分断する工法がとられている。これは、１枚のマザーガラスから複数枚のパネルを取り出すようにして、パネル１枚当たりのコストを低減するためである。
【０００５】
表示パネルの製造に用いられているマザーガラスは、第３世代（５５０ｍｍ×６５０ｍｍ）、第３．５世代（６００ｍｍ×７２０ｍｍ、又は６２０ｍｍ×７５０ｍｍ）、第４世代（６８０ｍｍ×８８０ｍｍ、又は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）と年々大型化が進んでおり、今後は第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ、２４５０ｍｍ×３０５０ｍｍ）、第１０世代（２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）へと大面積化が進むと予測されている。
【０００６】
一方、ガラス基板（マザーガラス）の面積に対して、単結晶シリコン層を形成するための母材となるシリコンインゴット若しくはシリコンウエハーのサイズは小さい。従って、複数枚のシリコンウエハを大面積のガラス基板に貼り合わせる必要があるが、パネルサイズとシリコンウエハのサイズは一致しないことが問題となる。複数のシリコンウエハをガラス基板上に密に貼り合わせても、シリコンウエハ同士が隣接する部分に隙間が出来てしまう。この隙間部分には薄膜トランジスタを作ることができないので、シリコンウエハのサイズ以上の画面を持つ表示パネルを作ることは不可能である。
【０００７】
結局、シリコンウエハのサイズに合わせて表示パネルを作ることになる。その場合、大型のガラス基板（マザーガラス）を用いても、タイル状に貼り付けた単結晶シリコン層の大きさが適切でないとパネルの取り数を最大化することができず、コストミニマムを図ることができないといった問題がある。これは生産性の問題ばかりでなく、多量のエネルギーを消費して生産されるガラス基板やシリコンウエハを有効利用できないことにより、資源を有効利用できず、環境問題に配慮した省エネルギー型の工場を構築することができないことになる。
【０００８】
そこで単結晶半導体層を備えた半導体基板、表示パネル又は表示装置の生産性を向上させることを目的の一とする。また、単結晶半導体層を備えた半導体基板、表示パネル又は表示装置の製造に当たり、無駄を除き資源の有効利用を図ることを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
直径が３００ｍｍ乃至４５０ｍｍの略円形の単結晶半導体ウエハから、該単結晶半導体基板の周辺端部を頂部に含む略四辺形の単結晶半導体基板、若しくは該単結晶半導体ウエハの表面積の５０％以上を占める略四辺形の単結晶半導体基板を形成し、水素イオンであって質量が水素分子よりも重いクラスターイオンを５０％以上、好ましくは８０％以上含むイオンビームを単結晶半導体基板の一面から注入し、該単結晶半導体基板の表面から所定の深さに損傷層を形成する。単結晶半導体基板のクラスターイオンの注入面側に接合層を形成し、絶縁表面を有する支持基板の一面に、複数の単結晶半導体基板を、接合層を密接させ互いに離間して配列させる。熱処理を行うことにより、損傷層に亀裂を生じさせ、支持基板上に単結晶半導体層を残存させたまま単結晶半導体基板を剥離して除去する。単結晶半導体層に窒素雰囲気中でレーザビームを照射して、単結晶半導体層の表面を平坦化し、しかる後、支持基板に接着された単結晶半導体層から、一又は複数の表示パネルを作製する。
【００１０】
表示パネルの製造方法に係る発明の一は、直径が４００ｍｍ以上の略円形のシリコンウエハから、該シリコンウエハの主表面積の５０％以上を占める略四辺形の領域を絶縁表面を有する支持基板に接合することにより、該支持基板上に厚さ１００ｎｍ以下の単結晶半導体層を互いに離間して複数形成することを要旨とする。そして、単結晶半導体層に、１０インチ以上１５インチ以下の画面を構成する素子領域を形成する。若しくは、複数の単結晶半導体層の一から、２インチ以上７インチ以下の画面サイズを有する表示パネルを１０個以上取り出す。
【００１１】
半導体基板の製造方法に係る発明の一は、直径が４００ｍｍ以上のシリコンウエハから、該シリコンウエハの主表面積の５０％以上を占める略四辺形の領域を、絶縁表面を有する支持基板に接合することにより、該支持基板上に厚さ１００ｎｍ以下の単結晶半導体層を互いに離間して複数形成することを要旨とする。
【００１２】
なお、半導体基板とは、絶縁表面を有する基板若しくは絶縁基板の少なくとも一面に、半導体層が形成された基板である。好適な半導体基板の一態様は、半導体層として単結晶半導体層、特に好ましくは単結晶シリコン層が設けられたものである。
【００１３】
ここで、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、単結晶は原子が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。
【発明の効果】
【００１４】
単結晶半導体基板の外形寸法と、それから切り出される転置用半導体基板の寸法、及び単結晶半導体層が形成される支持基板（マザーガラス）のサイズを、表示パネルの画面サイズを考慮して適した組み合わせにすることにより、１枚の支持基板から取り出すことのできる表示パネルの数を最大化することができる。このことから、単結晶半導体層を備えた半導体基板、表示パネル又は表示装置の生産性を向上させることができる。また、単結晶半導体層を備えた半導体基板、表示パネル又は表示装置の製造に当たり、無駄を除き資源の有効利用を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
開示される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、開示される発明は以下の説明に限定されず、開示される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さまざま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、開示される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。以下に説明する開示される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。
【００１６】
本実施の形態では、表示パネルの画素領域に設けられる薄膜トランジスタを単結晶半導体層を用いて作製するために、円形の半導体基板、例えばシリコンウエハから略四辺形の半導体層を切り出して、絶縁表面を有する支持基板に接合する一態様について示す。
【００１７】
支持基板は、マザーガラスとして用いることのできるガラス基板が適用される。この場合、支持基板上に配列される単結晶半導体層は、シリコンウエハの形状をそのまま反映させた円形ではなく、矩形に加工して配置することが好ましい。円形の単結晶半導体層を配列させると隣接する他の単結晶半導体層との間に隙間が広がり、支持基板の面積を有効利用できないからである。
【００１８】
本実施の形態では、単結晶半導体基板の表面から１μｍ以下の領域、好ましくは５０ｎｍから１５０ｎｍの領域に損傷層を形成し、該単結晶半導体基板の表層部を、この損傷層から剥離して支持基板上に単結晶半導体層を接着する技術を用いている。この工程の詳細を、以下に示す実施の形態によって示す。
【００１９】
（単結晶半導体基板の加工法１）
図１は、あるサイズの単結晶半導体基板１００、代表的にはシリコンウエハから、所定の外形寸法の転置用半導体基板１０１を切り出す態様を示す。転置用半導体基板１０１は、各頂点が単結晶半導体基板１００に内接する大きさで最大化することができるが、必ずしも正方形とする必要はない。表示パネルの画面の縦横比は４対３又は１６対９が採用されており、表示パネルの外形寸法もおのずとそれに準ずる。シリコンウエハのサイズは直径３００ｍｍ以上が好ましく、例えば直径４００ｍｍ若しくは直径４５０ｍｍのシリコンウエハ（１８インチシリコンウエハ）を適用することができる。
【００２０】
図２で示すように、四辺形として転置用半導体基板１０１の頂点を単結晶半導体基板１００の外形に内接させて、切断線１０２と切断線１０３に沿って切り出す場合には、図中に点線丸で示す角部１０４の頂点の角度が略９０度となる。また、転置用半導体基板１０１を単結晶半導体基板１００の内側から切り出す場合にも同様である。
【００２１】
この場合、角部１０４を曲面加工して鋭端部とならないようにすることが好ましい。図３（Ａ）は角部１０４の拡大図であり、このように曲面加工することで転置用半導体基板１０１の破損を防止することができる。転置用半導体基板１０１の周辺端部の断面形状も、図３（Ｂ）で示すように稜角を削る面取加工を施し、曲面形状又は多段角形状に加工することが好ましい。これにより、基板の破損が防止されシリコン資源の無駄使いを減らすことができる。なお、切り出した後の端材は、再利用することができる。また、小さな単結晶半導体層を形成する際に利用することができる。
【００２２】
（単結晶半導体基板の加工法２）
図４は、あるサイズの単結晶半導体基板１００、代表的にはシリコンウエハから、所定の外形寸法の転置用半導体基板１０１を切り出す態様を示す。転置用半導体基板１０１は、各頂点が単結晶半導体基板１００に内接する大きさで最大化することができるが、必ずしも正方形とする必要はない。表示パネルの画面の縦横比は４対３又は１６対９が規格として採用されており、表示パネルの外形寸法もおのずとそれに準ずるからである。シリコンウエハのサイズは直径３００ｍｍ以上が好ましく、例えば直径４００ｍｍ若しくは直径４５０ｍｍのシリコンウエハ（１８インチシリコンウエハ）を適用することができる。
【００２３】
図５で示すように、内接する矩形領域よりも対辺の間隔が長くなるように切り出す。すなわち、切断線１０２と切断線１０３に沿って切断することにより矩形の頂点が９０度とならないように切り出すことができる。このように加工することで、転置用半導体基板１０１において、表示パネルの製造に必要な面積を確保しつつ、角部が９０度の鋭角とならない基板を作製することができる。転置用半導体基板１０１の角部が略直角とならないことで、基板をハンドリングする際に破損することを防止できる。また、図３（Ｂ）で説明したように、転置用半導体基板１０１の周辺端部の稜角を削る面取加工を施し、曲面形状又は多段角形状に加工することが好ましい。これにより、基板の破損が防止されシリコン資源の無駄使いを減らすことができる。なお、切り出した後の端材は、溶融して再生することができる。また、小さな単結晶半導体層を形成する際に利用することができる。
【００２４】
（単結晶半導体基板の利用効率）
略円形の単結晶半導体基板１００、代表的にはシリコンウエハを有効利用するために、当該ウエハの外形寸法と、それから切り出される転置用半導体基板１０１の寸法は考慮されるべきである。たとえ大型のガラス基板を用いても、転置用半導体基板１０１の大きさが表示パネルの外寸に適合しなければパネルの取り数を最大化することができないからである。
【００２５】
表示パネルの外形寸法は、画面の大きさと、それに付随する周辺領域（額縁領域ともいう）によって決まる。付随する周辺領域には、信号の入出力端子を形成するために必要な面積、駆動回路を形成するために必要な面積等が含まれる。
【００２６】
表示パネルの製造に用いられるガラス基板のサイズは、第３世代（５５０ｍｍ×６５０ｍｍ）、第３．５世代（６００ｍｍ×７２０ｍｍ、又は６２０ｍｍ×７５０ｍｍ）、第４世代（６８０ｍｍ×８８０ｍｍ、又は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、２４５０ｍｍ×３０５０ｍｍ）、第１０世代（２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）と表示パネルの生産ラインの仕様によって様々である。
【００２７】
ここでは、第３．５世代乃至第４世代のガラス基板を用いた場合について、表示パネルの大きさとシリコンウエハの利用効率の関係を表１に示す。なお、ウエハ利用効率とは、転置用半導体基板の面積をシリコンウエハの面積で割った値を百分率で表している。
【００２８】
【表１】
0005530619.tif 000002
【００２９】
表１中、＜１＞の行はガラス基板として６００ｍｍ×７２０ｍｍを用いた場合、直径４５０ｍｍのシリコンウエハ（１８インチシリコンウエハ）から取り出すことのできる転置用半導体基板の大きさと、ウエハ利用効率の関係を示す。表１中、右側には、画面サイズが１５インチ、１１．５インチ、７インチ、３．７インチ、２．４インチの各場合における表示パネルの取り数を示している。また、＜２＞の行はガラス基板として６２０ｍｍ×７５０ｍｍを用いた場合、＜３＞の行はガラス基板として７３０ｍｍ×９２０ｍｍを用いた場合をそれぞれ示している。
【００３０】
表１は、転置用半導体基板のサイズにより、各種表示パネルの取り数と、ウエハ利用効率が異なることを示している。この場合、表示パネルの取り数が多くウエハ有効利用効率が高い方が、生産性が良く資源を有効利用していることの指標となる。
【００３１】
ここで注目されることは、直径４５０ｍｍのシリコンウエハを用いることにより１５インチの表示パネルを、単結晶シリコンを使ったトランジスタで形成できることである。例えば、６００ｍｍ×７２０ｍｍのガラス基板には、直径４５０ｍｍのシリコンウエハを使うことにより、２８０ｍｍ×３５０ｍｍの転置用半導体基板を４枚貼り合わせることができる。それによりガラス基板１枚当から、１５インチの表示パネルを４枚取り出すことができる。これを１１．５インチのパネルに置き換えると、１枚のガラス基板から８枚のパネルを取り出すことができる。このときのウエハ利用効率は６０％以上を達成することができる。
【００３２】
また、７３０ｍｍ×９２０ｍｍのガラス基板の場合には、３３５ｍｍ×３００ｍｍの転置用半導体基板を６枚貼り合わせることができ、１５インチの表示パネルを４枚取り出すことができる。これを１１．５インチのパネルに置き換えると、１枚のガラス基板から１２枚のパネルを取り出すことができる。このときのウエハ利用効率は６３％以上にも達する。
【００３３】
このように、大口径シリコンウエハを用いることにより、シリコンウエハを有効利用しつつ、コンピュータ等のモニタやポータブルテレビジョン等に利用することができる中型パネルを生産性良く製造することが可能となる。
【００３４】
一方、画面サイズが１０インチ以下の小型パネルについては、６００ｍｍ×７２０ｍｍのガラス基板に２８０ｍｍ×３５０ｍｍの転置用半導体基板を４枚貼り合わせることで、７インチの表示パネル換算で１６枚、３．７インチの表示パネル換算で６４枚、２．４インチの表示パネル換算で１４４枚のパネルを生産することができる。すなわち、２インチ以上７インチ以下の画面サイズを有する表示パネルを１０個以上取り出すことができる。勿論、単結晶シリコンを用いることで微細化が可能であり、１０インチ以下の表示パネルにおいても画素の高密度化を図り高精細な画像を表示させることが可能となる。
【００３５】
表１の結果から明らかなように、６００ｍｍ×７２０ｍｍのガラス基板を用いれば、１５インチの表示パネルから２．４インチの表示パネルの所謂中小型パネルの生産において、６０％以上のウエハ利用効率でパネルの取り数を最大化することができる。また、６２０ｍｍ×７５０ｍｍのガラス基板を用いた場合には、５５％以上のウエハ利用効率でパネルの取り数を最大化することができる。また、７３０ｍｍ×９２０ｍｍのガラス基板を用いた場合には、５２％以上のウエハ利用効率でパネルの取り数を最大化することができる。
【００３６】
（支持基板転着可能な単結晶半導体層の数）
上記形態で示すように、略円形の単結晶半導体基板から転置用半導体基板を切り出してマザーガラス基板に単結晶半導体層を転置する場合、転置用半導体基板１０１の大きさが表示パネルの外寸に適合しなければ、パネルの取り数を最大化することができない。本実施の形態では、転置用半導体基板とマザーガラス基板の関係について例示する。
【００３７】
図６（Ａ）は、直径４５０ｍｍのシリコンウエハから、２８０ｍｍ×３５０ｍｍの転置用半導体基板１０１を１枚取り出すことができ、６００ｍｍ×７２０ｍｍの支持基板１０５（例えば、ガラス基板）に４枚貼り合わせることができる。同図（Ｂ）は、直径４５０ｍｍのシリコンウエハから、２９０ｍｍ×３４４ｍｍの転置用半導体基板１０１を１枚取り出すことができ、６００ｍｍ×７２０ｍｍの支持基板１０５に４枚貼り合わせることができる。２８０ｍｍ×３５０ｍｍ及び２９０ｍｍ×３４４ｍｍの転置用半導体基板１０１は、その中に画面サイズが１５インチの表示パネルを１枚作製することができる。
【００３８】
図７（Ａ）は、直径３００ｍｍのシリコンウエハから、１９５ｍｍ×２２５ｍｍの転置用半導体基板１０１を１枚取り出すことができ、６００ｍｍ×７２０ｍｍの支持基板１０５（例えば、ガラス基板）に９枚貼り合わせることができる。同図（Ｂ）は、直径２００ｍｍのシリコンウエハから、１４１ｍｍ×１４１ｍｍの転置用半導体基板１０１を１枚取り出すことができ、６００ｍｍ×７２０ｍｍの支持基板１０５に２０枚貼り合わせることができる。１９５ｍｍ×２２５ｍｍの転置用半導体基板１０１は、その中に画面サイズが７インチの表示パネルを２枚、支持基板１０５からは１８枚作製することができ、画面サイズが３．７インチの表示パネルを６枚、支持基板１０５からは５４枚作製することができ、画面サイズが２．４インチの表示パネルを１２枚、支持基板１０５からは１０８枚作製することができる。
【００３９】
図８（Ａ）は、直径４５０ｍｍのシリコンウエハから、２８０ｍｍ×３５０ｍｍの転置用半導体基板１０１を１枚取り出すことができ、６２０ｍｍ×７５０ｍｍの支持基板１０５（例えば、ガラス基板）に４枚貼り合わせることができる。同図（Ｂ）は、直径４５０ｍｍのシリコンウエハから、３１０ｍｍ×２５０ｍｍの転置用半導体基板１０１を１枚取り出すことができ、６２０ｍｍ×７５０ｍｍの支持基板１０５に６枚貼り合わせることができる。２８０ｍｍ×３５０ｍｍの転置用半導体基板１０１は、その中に画面サイズが１５インチの表示パネルを１枚、支持基板１０５からは４枚作製することができ、３１０ｍｍ×２５０ｍｍの転置用半導体基板１０１は、その中に画面サイズが１５インチの表示パネルを１枚、支持基板１０５からは６枚作製することができる。
【００４０】
図９（Ａ）は、直径３００ｍｍのシリコンウエハから、２０５ｍｍ×２１９ｍｍの転置用半導体基板１０１を１枚取り出すことができ、６２０ｍｍ×７５０ｍｍの支持基板１０５（例えば、ガラス基板）に９枚貼り合わせることができる。同図（Ｂ）は、直径３００ｍｍのシリコンウエハから、２００ｍｍ×２２３ｍｍの転置用半導体基板１０１を１枚取り出すことができ、６２０ｍｍ×７５０ｍｍの支持基板１０５に９枚貼り合わせることができる。２０５ｍｍ×２１９ｍｍ及び２００ｍｍ×２２３ｍｍの転置用半導体基板１０１は、その中に画面サイズが７インチの表示パネルを２枚、支持基板１０５からは１８枚作製することができ、画面サイズが３．７インチの表示パネルを６枚、支持基板１０５からは５４枚作製することができ、画面サイズが２．４インチの表示パネルを１５枚、支持基板１０５からは１３５枚作製することができる。
【００４１】
図１０（Ａ）は、直径４５０ｍｍのシリコンウエハから、２８０ｍｍ×３５０ｍｍの転置用半導体基板１０１を１枚取り出すことができ、７３０ｍｍ×９２０ｍｍの支持基板１０５（例えば、ガラス基板）に６枚貼り合わせることができる。同図（Ｂ）は、直径４５０ｍｍのシリコンウエハから、３６５ｍｍ×２３０ｍｍの転置用半導体基板１０１を１枚取り出すことができ、７３０ｍｍ×９２０ｍｍの支持基板１０５に８枚貼り合わせることができる。２８０ｍｍ×３５０ｍｍの転置用半導体基板１０１は、その中に画面サイズが１５インチの表示パネルを１枚作製することができ、支持基板１０５からは６枚作製することができる。また、２８０ｍｍ×３５０ｍｍの転置用半導体基板１０１は、その中に画面サイズが２．４インチの表示パネルを３６枚作製することができ、支持基板１０５からは２１６枚作製することができる。３６５ｍｍ×２３０ｍｍの転置用半導体基板１０１はその中に画面サイズが２．４インチの表示パネルを３０枚作製することができ、支持基板１０５からは２４０枚作製することができる。
【００４２】
図１１（Ａ）は、直径３００ｍｍのシリコンウエハから、２１２ｍｍ×２１２ｍｍの転置用半導体基板１０１を１枚取り出すことができ、７３０ｍｍ×９２０ｍｍの支持基板１０５（例えば、ガラス基板）に１２枚貼り合わせることができる。同図（Ｂ）は、直径３００ｍｍのシリコンウエハから、１８２ｍｍ×２３０ｍｍの転置用半導体基板１０１を１枚取り出すことができ、７３０ｍｍ×９２０ｍｍの支持基板１０５に１６枚貼り合わせることができる。２１２ｍｍ×２１２ｍｍの転置用半導体基板１０１は、その中に画面サイズが３．７インチの表示パネルを６枚、支持基板１０５からは７２枚作製することができ、画面サイズが２．４インチの表示パネルを１２枚、支持基板１０５からは１４４枚作製することができる。１８２ｍｍ×２３０ｍｍの転置用半導体基板１０１は、その中に画面サイズが３．７インチの表示パネルを６枚、支持基板１０５からは９６枚作製することができ、画面サイズが２．４インチの表示パネルを１５枚、支持基板１０５からは２４０枚作製することができる。
【００４３】
このように、直径３００ｍｍ以上の単結晶半導体基板（シリコンウエハ）を用いて、所定のサイズの転置用半導体基板を作製し、一辺が５００ｍｍ以上の支持基板（ガラス基板）上に複数個を配列させて単結晶半導体層を形成することで、画面サイズが１５インチの中型パネルから２．４インチの小型パネルまで、生産性良く製造することができる。
【００４４】
（支持基板における単結晶半導体層の配置）
表面から１μｍ以下の領域、好ましくは５０ｎｍから１５０ｎｍの領域に損傷層が形成された転置用半導体基板を支持基板に接合させ、該損傷層若しくはその近傍を劈開することによって、支持基板上に単結晶半導体層が形成される。
【００４５】
図１２は、支持基板１０５に単結晶半導体層１０７を設けるときの、配置の一例を示す。単結晶半導体層１０７はａ１×ｂ１の大きさを有し、頂部の角度が９０度以下となるように円形の半導体基板から切り出されている。単結晶半導体層１０７の内側のａ２×ｂ２の領域がパネル有効利用領域１０６として使われる。パネル有効利用領域１０６の中に表示パネルの各パターンが、フォトリソグラフィー技術によって転写される。単結晶半導体層１０７の内側にパネル有効利用領域１０６を仮想的に設けることで、製造歩留まりを低減することができる。単結晶半導体層１０７の端部に欠損があっても、パネル有効利用領域１０６には影響を及ぼさないで済むからである。
【００４６】
図１２では、隣接するもの同士の間隔、すなわち隣接間隔ｃと隣接間隔ｄが異なるように配置している。この単結晶半導体層１０７の配置において、支持基板１０５に並ぶ単結晶半導体層１０７の短手方向の隣接間隔ｃが、長手方向の隣接間隔ｄ、及び支持基板１０５の端部から単結晶半導体層１０７の端部までの間隔である端部間隔ｅよりも大きくなるように配置している。
【００４７】
このような配置によれば、単結晶半導体層１０７のａ１よりも長く、支持基板１０５の短辺よりも短い、長手長Ｌ１の線状レーザビームで単結晶半導体層１０７の表面処理又は再単結晶化処理をする場合において、隣接間隔ｃの間に該線状レーザビームの端部が位置するように照射することができる。それにより、隣接する単結晶半導体層１０７に線状レーザビーム端が重複して照射されることがなく、品質がばらついてしまうことを防ぐことができる。
【００４８】
図１３は、１枚の支持基板１０５に４つの単結晶半導体層１０７が設けられた他の態様を示している。図１３では、隣接するもの同士の間隔、すなわち隣接間隔ｃと隣接間隔ｄが同じ又は略等しい間隔で配置され、支持基板１０５の端部から単結晶半導体層１０７の端までの端部間隔ｅが隣接間隔ｃ及び隣接間隔ｄよりも広く開けられている。このような単結晶半導体層１０７の配置は、線状レーザビームの長手長Ｌ２が、支持基板１０５の一辺の長さと同程度、すなわち、複数並べられた単結晶半導体層１０７を同時に処理できる長さである場合に有効である。
【００４９】
（支持基板に単結晶半導体層を転置する工程１）
次に、支持基板上に単結晶半導体層を形成する方法について、図１４と図１５を参照して説明する。
【００５０】
図１４（Ａ）に示すように、転置用半導体基板１０１上に第１の絶縁層１０８を形成する。転置用半導体基板１０１の材質は単結晶シリコン、多結晶シリコンなどが適用される。転置用半導体基板１０１として、例えば、３００ｍｍシリコンウエハ（１２インチウエハ）ないし４５０ｍｍシリコンウエハ（１８インチシリコンウエハ）から切り出されたものを適用することが好ましい。転置用半導体基板１０１の平面形状は略四辺形であり、相対する辺の間隔が、２８０ｍｍ×３５０ｍｍ、３３５ｍｍ×３００ｍｍ、又は３５０ｍｍ×２７０ｍｍなどの外形寸法を有しているものを適宜使用することができる。転置用半導体基板１０１として略四辺形のものを用いることで、マザーガラス基板のような矩形の支持基板に対して密に配列させることができる。
【００５１】
第１の絶縁層１０８は、窒化酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁性を有する材料を用いて形成する。第１の絶縁層１０８は、後に転置用半導体基板１０１の一部を支持基板に貼り合わせて単結晶半導体層を設けた際に、支持基板側からの不純物汚染を防ぐ目的で設けておくことが好ましい。すなわち、第１の絶縁層１０８は支持基板に含まれる可動イオンや水分等の不純物が単結晶半導体層に拡散することを防ぐためのバリア層として機能する。従って、不純物汚染が問題とならない場合には、窒素を含有する第１の絶縁層１０８は省略することも可能である。
【００５２】
第１の絶縁層１０８は、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いて窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層又は酸化窒化シリコン層を単層構造又は積層構造で形成する。第１の絶縁層１０８は、５０ｎｍ乃至２００ｎｍの範囲で設けることが好ましい。例えば、転置用半導体基板１０１側から酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層を積層させて第１の絶縁層１０８とすることができる。
【００５３】
なお、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、濃度範囲として酸素が５５〜６５原子％、窒素が１．０〜２０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、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、濃度範囲として酸素が１５〜３０原子％、窒素が２０〜５０原子％、シリコンが２５〜３５原子％、水素が１５〜２５原子％の範囲で含まれるものをいう。
【００５４】
第１の絶縁層１０８は、前記した材質又は物性の異なる絶縁材料でなる層を複数層組み合わせて形成しても良い。例えば、転置用半導体基板１０１側から窒化シリコン層、酸化シリコン層を積層させても良い。第１の絶縁層１０８を複数の絶縁層で形成する場合、各層の成膜後に５０ｋＨｚから５ＭＨｚの純水超音波洗浄、又は純水と窒素若しくは乾燥空気を用いた二流体洗浄により、被膜の表面に付着した粉体を除去する処理を加えることは好ましい。この場合において、純水にＣＯ２等を意図的に添加して抵抗率を０．５〜５ＭΩｃｍに低下させ、静電気による帯電を防ぐことで洗浄効果を一層高めることができる。
【００５５】
次に図１４（Ｂ）に示すように、転置用半導体基板１０１に、水素イオン、好ましくはＨ３＋に代表されるようなクラスターイオンを打ち込んで、表面から一定の深さの領域に損傷層１０９を形成する。損傷層１０９の深さは、イオンの加速エネルギーによって制御される。損傷層１０９の深さにより転置用半導体基板１０１から剥離される単結晶半導体層の厚さが決まる。クラスターイオンを加速する電界強度を制御することで、転置用半導体基板１０１から剥離される単結晶半導体層の厚さを変えることができる。
【００５６】
水素イオンであってＨ３＋に代表されるようなクラスターイオンは、水素プラズマを生成し、該プラズマ中に生成されるイオンを質量分離せず、そのまま電界で加速することにより添加するイオンドーピング装置を用いて行うことができる。イオンドーピング装置を用いることにより、面積の大きい転置用半導体基板１０１に対しても容易に行うことができる。
【００５７】
当該クラスターイオンは、代表的にはＨ３＋イオンである。例えば、イオン源に水素を導入し、概略１×１０−２Ｐａの圧力とし、フィラメントに電力を印加してプラズマを生成することにより、Ｈ３＋のイオンを得ることができる。フィラメントの熱電子を使って水素プラズマを生成することで、Ｈ３＋イオンの割合を、他のイオン種（Ｈ＋、Ｈ２＋）よりも高めることができるので好ましい。Ｈ３＋イオンを注入することで、Ｈ＋、Ｈ２＋を注入するよりも水素原子の注入効率が向上し、ドーズ量が少なくても水素を高濃度に注入することができる。イオンビーム１１０に、イオン種Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋の総量に対してＨ３＋イオンが５０％以上含まれるようにすることが好ましい。Ｈ３＋イオンの割合は８０％以上がより好ましい。このようにＨ３＋の割合を高めておくことで、損傷層１０９には１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の水素を含ませることが可能である。
【００５８】
図１９は、イオン源２００において生成された複数種のイオンを、質量分離しないで転置用半導体基板１０１に注入するイオンドーピング装置の構成を説明する概略図である。イオン源２００にはガス供給部２０４から水素等の所定のガスが供給される。イオン源２００にはフィラメント２０１が備えられている。フィラメント電源２０２はフィラメント２０１へアーク放電電圧を印加し、フィラメント２０１に流れる電流を調節する。ガス供給部２０４から供給されたガスは、排気系２０９により排気される。
【００５９】
イオン源２００で生成されたイオンは、引出し電極系２０５によって引き出され、イオンビーム１１０を形成する。イオンビーム１１０は載置台２０６に置かれた転置用半導体基板１０１に照射される。イオンビーム１１０に含まれるイオン種の割合は載置台２０６の近傍に設けられた質量分析管２０７によって計量される。質量分析管２０７によって計数されたイオン密度は質量分析計２０８で信号変換され、その結果を電源制御部２０３にフィードバックさせるようにしても良い。電源制御部２０３はイオン密度の計数結果に従って、フィラメント電源２０２を制御することができる。
【００６０】
このようなイオンドーピング装置を用い、図１４（Ｂ）で示す損傷層１０９を形成すると、結晶構造が失われ微小な空孔が形成され、多孔質構造となっている。そのため、比較的低温（６００℃以下）の熱処理によって損傷層１０９に形成された微小な空洞の体積変化が起こり、損傷層１０９に沿って、単結晶半導体層１０７を劈開することができる。
【００６１】
クラスターイオンの打ち込みは、後に転置用半導体基板１０１から分離されて支持基板に転置される単結晶半導体層の膜厚を考慮して行う。好ましくは、単結晶半導体層の膜厚が５ｎｍ乃至５００ｎｍ、より好ましくは１０ｎｍ乃至２００ｎｍの厚さとなるようにする。イオンを打ち込む際の加速電圧及びイオンのドーズ量は、転置する単結晶半導体層の膜厚を考慮して適宜選択する。本実施の形態のようにＨ３＋イオンを主として注入する場合、Ｈ３＋イオンは質量がＨ＋イオンよりも重いので、転置用半導体基板１０１の表面から浅い領域に損傷層１０９を形成することができる。それにより、ＣＭＰプロセスのような研磨工程を省略することができる。また、劈開面が頗る平坦になるので、１０００℃を超えるような高温の熱処理を行い平坦化を行う工程が不要となる。
【００６２】
次に、図１４（Ｃ）に示すように、転置用半導体基板１０１上に第１の絶縁層１０８を介して第２の絶縁層１１１を形成する。第２の絶縁層１１１は、支持基板との接合層として機能し、転置用半導体基板１０１が支持基板と接合を形成する面に設ける。単層構造としても積層構造としてもよいが、支持基板と接合する面（以下、「接合面」とも記す）が平滑面を有し親水性表面となる絶縁層を用いることが好ましい。
【００６３】
平滑面を有し親水性表面を形成できる絶縁層としては、水素を含有する酸化シリコン、水素を含有する窒化シリコン、酸素と水素を含有する窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン等を適用することができる。
【００６４】
水素を含有する酸化シリコンとしては、例えば有機シラン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用いることができる。有機シランを用いて形成された第２の絶縁層１１１、例えば酸化シリコン膜を用いることによって、支持基板と単結晶半導体層との接合を強固にすることができるためである。有機シランとしては、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。
【００６５】
水素を含有する窒化シリコンは、シランガスとアンモニアガスを用いてプラズマＣＶＤ法により作製することができる。前記ガスに水素が加えられていても良い。酸素と水素を含有する窒化シリコンは、シランガスとアンモニアガスと亜酸化窒素ガスを用いてプラズマＣＶＤ法で作製することができる。いずれにしても、プラズマＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法により、シランガス等を原料ガスとして用いて作製される酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンであって水素が含まれるものであれば適用することができる。化学気相成長法による成膜では、転置用半導体基板１０１に形成した損傷層１０９から脱ガスが起こらない程度の温度を適用する。例えば、成膜温度を３５０℃以下とすることが好ましい。なお、転置用半導体基板１０１から単結晶半導体層を剥離する加熱処理は、化学気相成長法による成膜温度よりも高い加熱処理温度が適用される。いずれにしても第２の絶縁層１１１として、平滑面を有し、水酸基が付いた表面を有するものであれば良い。
【００６６】
次に、図１５（Ａ）で示すように、転置用半導体基板１０１と支持基板１０５とを貼り合わせる。転置用半導体基板１０１上に形成された第２の絶縁層１１１の表面と支持基板１０５の表面とを密着させることにより接合が形成される。この接合は、水素結合やファン・デル・ワールス力が作用している。水素結合は、基板表面が親水性であること、水酸基や水分子が接着剤として働き、熱処理で水分子が拡散し、残留成分がシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）を形成することで接合を形成する。さらにこの接合部は、水素が抜けることでシロキサン結合（Ｏ−Ｓｉ−Ｏ）が形成されることで共有結合になり、転置用半導体基板１０１と支持基板１０５の接合が強固なものとなる。
【００６７】
支持基板１０５は、絶縁表面を有する基板を用いる。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のような電子工業用に使われる各種ガラス基板、石英基板、セラミック基板、サファイア基板が挙げられる。好ましくは支持基板１０５としてガラス基板を用いるのがよく、例えば、第３．５世代（６００ｍｍ×７２０ｍｍ、又は６２０ｍｍ×７５０ｍｍ）、第４世代（６８０ｍｍ×８８０ｍｍ、又は７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）の液晶用マザーガラス基板を用いることができる。さらに、第６世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）といわれる大面積のマザーガラス基板を用いることもできる。大面積のマザーガラス基板を支持基板１０５として用いることで、１枚の基板から製造できる表示パネルの数（面取り数）を増大させることが可能となり、生産性が向上する。
【００６８】
アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われる各種ガラス基板の表面は、研磨面を有しているものを用いると平坦性が頗る良好であり好ましい。ガラス基板の研磨面と半導体ウエハ、若しくは半導体ウエハに形成された第２の絶縁層とを接合させることにより、接合不良を低減することができる。ガラス基板の研磨は、例えば酸化セリウム等で行えば良い。研磨後に、塩酸と過酸化水素と水の混合溶液を用いて、残留研磨材を除去するのが望ましい。
【００６９】
第２の絶縁層１１１を介して支持基板１０５と転置用半導体基板１０１を貼り合わせた後、加熱処理と加圧処理の一方又は両方を行う。加熱処理や加圧処理を行うことにより支持基板１０５と転置用半導体基板１０１の接着強度を向上させることが可能となる。加熱処理の温度は、支持基板１０５の耐熱温度以下で行う。加圧処理は、接合面に垂直な方向に、１気圧以上、２気圧程度の圧力が加わるように行う。加圧処理は、支持基板１０５と転置用半導体基板１０１を圧力容器に入れた状態で所定の圧力に加圧する。または、支持基板１０５と転置用半導体基板１０１をセラミック等で出来た押圧板で上下から挟み、機械的な作用で１０ｋＮから２０ｋＮの力で押圧する。この場合、加圧と同時に、支持基板１０５と転置用半導体基板１０１を加熱することで接着強度を向上させることができる。
【００７０】
図２０は、転置用半導体基板１０１を支持基板１０５に載置し、加熱押圧して接着若しくは仮接着する装置の一例を示している。図２０（Ａ）において、支持基板１０５は基板ステージ２２５に載せられている。この上に移載器２２７により転置用半導体基板１０１が運ばれて来て、所定の位置に接着できるように位置合わせを行う。そして、図２０（Ｂ）で示すように、移載器２２７が基板ステージ２２５に接近して、転置用半導体基板１０１を支持基板１０５に載せる。転置用半導体基板１０１は、移載器２２７の押ピン２３０により圧着され、接着位置が固定される。その後、図２０（Ｃ）で示すようにヒータ２２９の付いた加圧器２２８が移動して、転置用半導体基板１０１を基板ステージ２２５に押し付け加圧する。この状態で、加圧器２２８のヒータ２２９と基板ステージ２２５のヒータ２２６により転置用半導体基板１０１と支持基板１０５を加熱して接着強度を向上させる。
【００７１】
図１５（Ｂ）は、加熱処理を行い損傷層１０９を劈開面として転置用半導体基板１０１の一部を支持基板１０５から剥離する段階を示す。加熱処理の温度は第２の絶縁層１１１の成膜温度以上、支持基板１０５の耐熱温度以下で行うことが好ましい。例えば４００℃乃至６００℃の加熱処理を行うことにより、損傷層１０９に形成された微小な空洞の体積変化が起こり、当該損傷層１０９に沿って劈開する。第２の絶縁層１１１は支持基板１０５と接合しているので、支持基板１０５上には転置用半導体基板１０１と同じ結晶性の単結晶半導体層１０７が残存することとなる。なお、転置用半導体基板１０１の端部は面取り加工されている。この場合、周辺端部は支持基板１０５と密接しないので転置されず転置用半導体基板１０１に残留する。
【００７２】
分離された転置用半導体基板１０１は、表面を平坦化処理することで再利用することができる。すなわち、本実施の形態によれば、水素のクラスターイオンを注入して、転置用半導体基板１０１の表面から１μｍ以下、好ましくは５００ｎｍ以下の厚さで単結晶半導体層を剥離することができるので、転置用半導体基板１０１をリサイクルできる回数を増やすことができる。
【００７３】
（支持基板に単結晶半導体層を転置する工程２）
図１６と図１７は、転置用半導体基板１０１から支持基板１０５上に単結晶半導体層１０７を形成する他の工程例を示す。
【００７４】
図１６（Ａ）と（Ｂ）で示すように、前述と同様に転置用半導体基板１０１に、窒素を含有する第１の絶縁層１０８と、損傷層１０９を形成する。その後、第２の絶縁層１１１を形成する。そして、図１６（Ｃ）で示すように、転置用半導体基板１０１の周辺部を、損傷層よりも深くエッチングして除去する。
【００７５】
転置用半導体基板１０１の端部は面取り加工されているので、端部領域を除去することで転置用半導体基板１０１に平坦な接合面を形成することができる。このような加工法によっても、周辺端部より内側の領域を選択して単結晶半導体層１０７を形成することができる。転置用半導体基板１０１の端部領域を除去することにより、該領域が部分的に剥離して生成される塵の生成を防ぐことができる。
【００７６】
その後、図１７（Ａ）で示すように、転置用半導体基板１０１と支持基板１０５とを貼り合わせ、加熱処理等により接合強度を高める処理を行う。図１７（Ｂ）は、加熱処理を行い損傷層１０９を劈開面として転置用半導体基板１０１の一部を支持基板１０５から剥離することで支持基板１０５上に単結晶半導体層１０７を形成することができる。
【００７７】
（支持基板に転置した単結晶半導体層の処理工程）
図１５（Ｂ）又は図１７（Ｂ）で転置用半導体基板１０１の劈開を行い、支持基板１０５に形成された単結晶半導体層１０７の劈開面は比較的平坦になる。従って、従来必要であった１０００℃を超えるような高温の熱処理や、ＣＭＰによる平坦化処理を省略することもできる。このような場合においても、酸素濃度が１０ｐｐｍ以下の不活性気体中（例えば、窒素雰囲気下、希ガス雰囲気下等）でレーザ光を照射して表面を滑らかにする処理を行うことは好ましい。イオン化した水素であって質量がプロトンよりも重い水素イオンを転置用半導体基板１０１に注入することにより、損傷層１０９の水素濃度分布が狭く集中しているからである。
【００７８】
次に、図１８（Ａ）に示すように、単結晶半導体層１０７の表面をエッチングし損傷層１０９の分割により荒れてしまった単結晶半導体層１０７の表面を除去する。エッチングはドライエッチング又はウエットエッチングにより行われる。また、支持基板１０５に貼り付けられた単結晶半導体層１０７は、損傷層１０９で分離することによって、結晶欠陥が形成されている。また、その表面は平坦性が損なわれている。結晶欠陥を低減、および平坦性を向上するために、図１８（Ａ）に示す様に、単結晶半導体層１０７にレーザビーム１１２を照射する処理を行うことが好ましい。
【００７９】
レーザビーム１１２を単結晶半導体層１０７に照射することで、単結晶半導体層１０７の少なくとも表面は溶融し、その後固化することで再単結晶化する。その過程で単結晶半導体層１０７の表面を平坦化させることができる。レーザビーム１１２は単結晶半導体層１０７の表面を溶融させるものの、支持基板１０５は殆ど加熱されないので、ガラス基板のような耐熱性の低い支持基板を用いることが可能になる。
【００８０】
レーザビーム１１２を発振するレーザ発振器は、その発振波長が、紫外光域乃至可視光域にあるものが選択される。レーザビームの１１２の波長は、単結晶半導体層１０７に吸収される波長とする。その波長は、レーザ光の表皮深さ（ｓｋｉｎ  ｄｅｐｔｈ）などを考慮して決定することができる。例えば、波長は１９０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲とする。レーザ発振器には、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を用いることができる。部分溶融させるためパルス発振レーザが好ましい。例えば、パルス発振レーザの場合は、繰り返し周波数１ＭＨｚ以下、パルス幅１０ｎ秒以上５００ｎ秒以下である。例えば、繰り返し周波数１０Ｈｚ〜３００Ｈｚ、パルス幅２５ｎ秒、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用いることができる。
【００８１】
レーザビーム１１２の照射の雰囲気は、希ガスまたは窒素雰囲気のような不活性雰囲気、または真空状態で行うことが好ましい。不活性雰囲気中でレーザビーム１１２を照射するには、気密性のあるチャンバー内でレーザビーム１１２を照射し、このチャンバー内の雰囲気を制御すればよい。チャンバーを用いない場合は、レーザビーム１１２の被照射面に窒素ガスなど不活性ガスを吹き付けることで不活性雰囲気でのレーザビーム１１２の照射を実現することができる。
【００８２】
窒素などの不活性雰囲気や真空状態の方が、大気雰囲気よりも単結晶半導体層１０７の平坦性を向上させる効果が高く、また、これらの雰囲気のほうが大気雰囲気よりもクラックやリッジの発生を抑える効果が高くなるため、レーザビーム１１２の使用可能なエネルギー範囲が広くなる。
【００８３】
レーザ処理装置の一例を、図２１を参照して説明する。レーザ処理装置は、レーザ発振器２１０、レーザ光を細い線状ビームに集光伸張させる光学系２１１、レーザ照射領域の雰囲気を制御するガス噴射筒２１２、該ガス噴射筒２１２に雰囲気制御ガスを供給するガス供給部２１３、流量制御部２１４、ガス加熱部２１５、支持基板１０５を浮遊させ搬送する基板ステージ２２２、基板の両端を支持して搬送するガイドレール２２３、基板ステージ２２２に浮遊用にガスを供給するガス供給部２１６を備えている。
【００８４】
レーザ発振器２１０は、その発振波長が、紫外光域乃至可視光域にあるものが選択される。レーザ発振器２１０は、パルス発振型のＡｒＦ、ＫｒＦ又はＸｅＣｌエキシマレーザ、或いはＮｄ−ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザなどの固体レーザで、繰り返し周波数１ＭＨｚ以下、パルス幅１０ｎ秒以上５００ｎ秒以下のものが好ましい。例えば、繰り返し周波数１０Ｈｚ〜３００Ｈｚ、パルス幅２５ｎ秒、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用いる。
【００８５】
光学系２１１はレーザ光を集光及び伸張して、被照射面に断面形状が線状となるレーザビームを形成する。線状ビームを形成する光学系２１１は、シリンドリカルレンズアレイ２１７、シリンドリカルレンズ２１８、ミラー２１９、ダブレットシリンドリカルレンズ２２０により構成される。レンズの大きさにもよるが、長手方向は１００ｍｍ〜７００ｍｍ、短手方向は１００〜５００μｍ程度の線状レーザ光を照射することが可能である。
【００８６】
線状に集光されたレーザビームはガス噴射筒２１２の光導入窓２２１を通して支持基板１０５に照射される。ガス噴射筒２１２は支持基板１０５と近接して配置されている。ガス噴射筒２１２にはガス供給部２１３から窒素ガスが供給されている。窒素ガスはガス噴射筒２１２の支持基板１０５に面した開口部から噴射する。ガス噴射筒２１２の開口部は、光導入窓２２１から入射したレーザビームが支持基板１０５に照射されるように、線状レーザビームの光軸に合わせて配置されている。ガス噴射筒２１２の開口部から噴射する窒素ガスにより、レーザビームの照射領域は窒素雰囲気となる。
【００８７】
ガス噴射筒２１２に供給する窒素ガスは、ガス加熱部２１５で２５０℃から６００℃に加熱することにより、加熱された窒素ガスで支持基板１０５の、レーザビーム照射面の温度を制御することができる。照射領域を加熱しておくことで、上記のようにレーザビームの照射による溶融時間を制御することができる。
【００８８】
基板ステージ２２２には、ガス供給部２１６から空気又は窒素が流量制御部２１４を通して供給される。ガス供給部２１６から供給される気体は、基板ステージ２２２の主面から、支持基板１０５の下面を吹き付けるように噴出させて、該支持基板１０５を浮遊させる。支持基板１０５は両端がガイドレール２２３上を動くスライダ２２４に載せられて搬送されるが、基板ステージ２２２側からガスが吹き付けられることにより、湾曲せずに浮遊した状態で搬送することができる。本実施の形態のレーザ処理装置では、支持基板１０５の上面にガス噴射筒２１２から窒素ガスが噴出するので、その裏側からもガスを吹き付けることにより、支持基板１０５の撓みを防ぐことができる。このような基板ステージ２２２の構成は、一辺が５００ｍｍを超え、厚さが１ｍｍ以下のガラス基板を処理する場合に有効である。例えば、６００ｍｍ×７２０ｍｍないし７３０ｍｍ×９２０ｍｍで厚さが０．７ｍｍ以下のガラス基板を処理することができる。
【００８９】
基板ステージ２２２は、レーザ照射部近傍と、それ以外の領域に区画されていても良い。基板ステージ２２２のレーザ照射部近傍では、ガス加熱部２１５により加熱された窒素ガスを吹き付けるようにしても良い。それにより、支持基板１０５を加熱することができる。
【００９０】
レーザビーム１１２を照射した後、単結晶半導体層１０７に５００℃以上６５０℃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、レーザビーム１１２の照射で回復されなかった、単結晶半導体層１０７欠陥の消滅、単結晶半導体層１０７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、５００℃の温度で１時間加熱した後、５５０℃で４時間加熱するとよい。
【００９１】
以上の工程により、図１８（Ｂ）で示すように、支持基板１０５上に単結晶半導体層１０７を形成することができる。この単結晶半導体層１０７を使って表示パネルを作製することができる。
【００９２】
（支持基板上の表示パネル）
図２２は支持基板１０５上に設けた単結晶半導体層１０７を使って、表示パネル１１３を形成する例を示している。画面領域１１４は、画素１１７により構成されている。画素１１７には単結晶半導体層１０７からトランジスタ１１８が形成されている。単結晶半導体を用いることにより、トランジスタのサイズを小さくすることができ、画素の開口率を向上させることができる。また、単結晶半導体でトランジスタを形成することにより、１２０ＭＨｚ以上のフレーム周波数で動作する液晶表示パネルを容易に作製することができる。単結晶半導体層１０７を用いることにより、表示パネル１１３には画面領域１１４の他に、データドライバ回路１１５、ゲートドライバ回路１１６を形成することができる。さらに、画素処理プロセッサやメモリなどを同一基板上に作り込むことができる。
【００９３】
（表示パネルの製造工程）
本実施の形態では、表示パネルの製造工程の一例を示す。表示パネルは、単結晶半導体層でトランジスタを作製することにより、表示媒体を制御する画素のトランジスタと駆動回路のトランジスタを同一基板に作製することができる。
【００９４】
図２３はデータ信号が入力される第１のトランジスタと、画素電極に接続する第２のトランジスタを備えた、表示パネルに用いられる画素の一例を示す。画素には、ｎチャネル型トランジスタ１４７、ｐチャネル型トランジスタ１４８、容量素子１４９が設けられている。以下の説明では、この画素のトランジスタと、同時に作製することができる駆動回路のトランジスタの製造工程の一例について説明する。
【００９５】
支持基板１０５に第２の絶縁層１１１、第１の絶縁層１０８及び単結晶半導体層１０７が形成された半導体基板を用意する（図２４（Ａ））。単結晶半導体層１０７は、ｎ型で抵抗率１０Ωｃｍ以上で、結晶面が（１００）又は（１１０）のものを用いる。単結晶半導体層１０７の厚さは３０ｎｍから１００ｎｍ、例えば５０ｎｍの厚さのものを用いる。
【００９６】
単結晶半導体層１０７をトランジスタの配置に合わせて所望の形状にエッチングして、島状に分割された単結晶半導体層１２１、１２２、１２３、１２４を形成する（図２４（Ｂ））。単結晶半導体層１２１、１２２、１２３、１２４以外の領域は半導体層が除去されるが、第１の絶縁層１０８、第２の絶縁層１１１が形成されていることにより、支持基板１０５が露出することがない。すなわち、第１の絶縁層１０８、第２の絶縁層１１１が設けられていることにより、支持基板１０５からアルカリ金属などの不純物が拡散して半導体層が汚染することを防ぐことができる。
【００９７】
単結晶半導体層１２１、１２２、１２３、１２４はｎ型であるので、ｐチャネル型トランジスタを形成する単結晶半導体層１２２、１２４にマスク１２５を付けて、ｐ型の不純物を単結晶半導体層１２１、１２３に添加する。ｐ型不純物としては硼素が用いられ、５×１０１６／ｃｍ３から１×１０１８／ｃｍ３の濃度で添加する。
【００９８】
次に、フォトレジストで単結晶半導体層１２１、１２３のチャネル領域を保護するマスク１２６と、単結晶半導体層１２２、１２４の全体を保護するマスク１２７を形成し、ｎ型を付与する不純物としてリン又は砒素を単結晶半導体層１２１、１２３に添加する（図２５（Ａ））。当該不純物の濃度は、１×１０１６／ｃｍ３ないし５×１０１９／ｃｍ３とする。これにより、単結晶半導体層１２１、１２３に第１不純物領域１２８が形成される。第１不純物領域１２８はｎチャネル型トランジスタの低濃度ドレインとして機能する。
【００９９】
マスク１２６、１２７を除去して、ゲート絶縁層１２９を形成する。ゲート絶縁層１２９は、例えば、プラズマＣＶＤ法またはスパッタリングなどを用い、厚さを１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下として酸化シリコン、酸化窒化シリコンで形成する。
【０１００】
また、ゲート絶縁層１２９として、単結晶半導体層１２１、１２２、１２３、１２４をマイクロ波で励起されたプラズマで処理をして絶縁膜を形成しても良い。例えば、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）をＡｒで１〜３倍（流量比）に希釈して、１０〜３０Ｐａの圧力にて３〜５ｋＷのマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）電力を印加して単結晶半導体層１２１、１２２、１２３、１２４の表面を酸化若しくは窒化させる。この処理により１ｎｍ〜１０ｎｍ（好ましくは２ｎｍ〜６ｎｍ）の絶縁膜を形成する。さらに亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）とシラン（ＳｉＨ４）を導入し、１０〜３０Ｐａの圧力にて３〜５ｋＷ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てゲート絶縁膜を形成する。固相反応と気相成長法による反応を組み合わせ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を形成することができる。
【０１０１】
ゲート絶縁層１２９上に、単結晶半導体層１２１、１２２、１２３、１２４に対応して、ゲート電極１３０、１３１、１３２、１３３を形成する（図２５（Ｂ））。単結晶半導体層１２３上には容量電極１３４を形成する。ゲート電極の側面は、３０度から７５度、好ましくは３５度から６０度の傾斜角が付いていることが好ましい。パッシベーション膜の被覆性を高めるためである。ゲート電極及び容量電極は、タンタル、タングステン、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム等から選ばれた元素、又は前記の元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料等を用いて形成する。また、ゲート絶縁層１２９側に、前記金属の窒化物層を形成して、ゲート電極の密着性の向上を図ることは好ましい。例えば、ゲート電極を、ゲート絶縁層側から、窒化タンタルとタングステンの積層体で形成する。単結晶半導体層１２１上のゲート電極１３０は、第１不純物領域１２８と重なるように形成する。これにより、ゲート電極とオーバーラップする低濃度ドレインが形成される。単結晶半導体層１２３の第１不純物領域１２８はゲート電極１３２と重ならないようにしておく。
【０１０２】
次いで、トランジスタのソース領域及びドレイン領域を形成するためにｐ型又はｎ型を付与する不純物を半導体層に添加する（図２６（Ａ））。単結晶半導体層１２１、１２３に対しては、ゲート電極１３０、１３２をマスクとして第２不純物領域１３５を形成する。第２不純物領域１３５はｎ型であり、１×１０１７／ｃｍ３から５×１０１９／ｃｍ３の濃度でリン又は砒素を添加して形成する。単結晶半導体層１２２、１２４に対しては、ゲート電極１３１、１３３マスクとして第３不純物領域１３６を形成する。第３不純物領域１３６はｐ型であり、１×１０１７／ｃｍ３から５×１０１９／ｃｍ３の濃度で硼素を添加して形成する。
【０１０３】
そして、ゲート電極上にパッシベーション層１３７、層間絶縁層１３８を形成し、さらにコンタクトホールを形成した後、配線１３９を形成する（図２６（Ｂ））。パッシベーション層１３７は窒化シリコンで形成することが好ましい。層間絶縁層１３８は酸化シリコン、酸化窒化シリコンなどの無機絶縁材料、又はポリイミド、アクリルなどの有機絶縁材料で形成する。配線１３９は、アルミニウム又はアルミネオジム（Ａｌ−Ｎｄ）、マグネシウム銀（Ｍｇ−Ａｇ）などの金属層と、それを挟むタンタル、チタン、モリブデン、タングステン、クロム金属層の積層体で形成する。
【０１０４】
図２３で示す画素においては、配線として、データ線１４０、電源線１４１、画素内配線１４２、画素電極接続配線１４３が形成される。さらに画素電極１４４が、画素電極接続配線１４３と電気的に接続するように形成される。
【０１０５】
画素電極１４４は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化インジウムに酸化亜鉛を混合したＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウムに酸化シリコンを混合した導電性材料、有機インジウム、有機スズ、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、又はタングステン、モリブデン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、コバルト、ニッケル、チタン、白金、アルミニウム、銅、銀等の金属又はその合金、若しくはその金属窒化物を用いて形成する。
【０１０６】
また、画素電極１４４としては導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いることもできる。導電性組成物は、薄膜におけるシート抵抗が１００００Ω／ｓｑ．以下であることが好ましい。また、光透過性を有する画素電極層として薄膜を形成する場合には、波長５５０ｎｍにおける透光率が７０％以上であることが好ましい。また、含まれる導電性高分子の抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
【０１０７】
上記の導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、又は、これらの共重合体等が挙げられる。共役系導電性高分子の具体例としては、ポリピロール、ポリ（３−メチルピロール）、ポリ（３−ブチルピロール）、ポリ（３−オクチルピロール）、ポリ（３−デシルピロール）、ポリ（３，４−ジメチルピロール）、ポリ（３，４−ジブチルピロール）、ポリ（３−ヒドロキシピロール）、ポリ（３−メチル−４−ヒドロキシピロール）、ポリ（３−メトキシピロール）、ポリ（３−エトキシピロール）、ポリ（３−オクトキシピロール）、ポリ（３−カルボキシルピロール）、ポリ（３−メチル−４−カルボキシルピロール）、ポリＮ−メチルピロール、ポリチオフェン、ポリ（３−メチルチオフェン）、ポリ（３−ブチルチオフェン）、ポリ（３−オクチルチオフェン）、ポリ（３−デシルチオフェン）、ポリ（３−ドデシルチオフェン）、ポリ（３−メトキシチオフェン）、ポリ（３−エトキシチオフェン）、ポリ（３−オクトキシチオフェン）、ポリ（３−カルボキシルチオフェン）、ポリ（３−メチル−４−カルボキシルチオフェン）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリアニリン、ポリ（２−メチルアニリン）、ポリ（２−オクチルアニリン）、ポリ（２−イソブチルアニリン）、ポリ（３−イソブチルアニリン）、ポリ（２−アニリンスルホン酸）、ポリ（３−アニリンスルホン酸）等が挙げられる。
【０１０８】
上記の導電性高分子を、単独で用いても良いし、膜の特性を調整するために有機樹脂を添加して使用しても良い。さらに、導電性組成物にアクセプタ性のドーパントやドナー性のドーパントをドーピングすることで、共役導電性高分子の共役電子の酸化還元電位を変化させ、電気伝導度を調節してもよい。上述の如き導電性組成物を水または有機溶剤（アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、炭化水素系溶剤、芳香族系溶剤など）に溶解させて、塗布法、コーティング法、液滴吐出法（インクジェット法ともいう）、印刷法等により画素電極１４４となる薄膜を形成することができる。
【０１０９】
以上の工程により、支持基板１０５に単結晶半導体層を用いて、駆動回路、若しくはその他論理回路を構成するｎチャネル型トランジスタ１４５、ｐチャネル型トランジスタ１４６、及び画素におけるｎチャネル型トランジスタ１４７、ｐチャネル型トランジスタ１４８、容量素子１４９を形成することができる。本実施の形態によれば、単結晶半導体で画素及び駆動回路領域のトランジスタを作製していることにより、動作速度を向上させることができる。それにより、表示パネルにおいては、フレーム周波数を高めることができ、表示特性を向上させることができる。また、単結晶半導体で画素のトランジスタを形成することにより、特性ばらつきが少ないので、表示斑のない画像を表示することができる。
【０１１０】
（表示装置）
表示パネルにより作製される表示装置として、エレクトロルミネセンス表示パネルの画素部の一例を示す。
【０１１１】
図２７は、図２３に対応する画素の断面図を示す。画素にはｎチャネル型トランジスタ１４７、ｐチャネル型トランジスタ１４８、容量素子１４９が備えられている。
この表示装置は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）を電極間に挟んだ発光素子が画素に設けられる構成となっている。画素電極１４４はｐチャネル型トランジスタ１４８に接続されている。画素電極１４４の周辺は、隔壁絶縁層１５０で囲まれている。画素電極１４４上にはＥＬ層１５１が形成されている。ＥＬ層１５１上には対向電極１５２が形成されている。画素部は封止層１５３が充填され、補強板として封止板１５４が設けられている。
【０１１２】
本実施の形態のエレクトロルミネセンス表示装置はこのような画素をマトリクス状に配列させて表示画面を構成する。この場合、画素のトランジスタのチャネル部が単結晶半導体層で形成されるので、各トランジスタ間で特性バラツキがなく、画素毎の発光輝度に斑が出ないという利点がある。従って、発光素子の明るさを電流で制御して駆動することが容易となり、トランジスタ特性のバラツキを補正する補正回路も不要となるので、駆動回路の負担を低減することができる。
【０１１３】
図２８は、単結晶半導体層によりｎチャネル型トランジスタ１４７が形成される液晶表示装置の画素の一例を示す。データ線１４０及び画素電極接続配線１４３を接続するコンタクトホールには凹段差が生じるので、そこを埋めるようにスペーサ１５５が設けられている。封止板１５４には対向電極１５２が形成され、液晶層１５７を挟む配向膜１５６が設けられている。
本実施の形態によれば、単結晶半導体層で画素のトランジスタを形成することにより、トランジスタのサイズを小さくすることができ、画素の開口率を向上させることができる。また、単結晶半導体でトランジスタを形成することにより、１２０ＭＨｚ以上のフレーム周波数で動作する液晶表示パネルを容易に作製することができる。
【０１１４】
（電子機器）
本実施の形態では、上記した表示装置を用いた電子機器について、図３０及び図３１を参照して説明する。
【０１１５】
本実施の形態では電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラなどのカメラ、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（カーオーディオコンポ等）、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等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）を例示する。
【０１１６】
図３０（Ａ）はテレビ受像器又はパーソナルコンピュータのモニタである。筺体３０１、支持台３０２、表示部３０３、スピーカー部３０４、ビデオ入力端子３０５等を含む。表示部３０３を単結晶半導体を用いたトランジスタで構成することにより、信頼性が高く高性能なテレビ受像器又はパーソナルコンピュータのモニタを提供することができる。
【０１１７】
図３０（Ｂ）はデジタルカメラである。本体３１１の正面部分には受像部３１３が設けられており、本体３１１の上面部分にはシャッターボタン３１６が設けられている。また、本体３１１の背面部分には、表示部３１２、操作キー３１４、及び外部接続ポート３１５が設けられている。表示部３１２を単結晶半導体を用いたトランジスタで構成することにより、信頼性が高く高性能なデジタルカメラを提供することができる。
【０１１８】
図３０（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータである。本体３２１には、キーボード３２４、外部接続ポート３２５、ポインティングデバイス３２６が設けられている。また、本体３２１には、表示部３２３を有する筐体３２２が取り付けられている。表示部３２３を単結晶半導体を用いたトランジスタで構成することにより、信頼性が高く高性能なノート型パーソナルコンピュータを提供することができる。
【０１１９】
図３０（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体３３１、表示部３３２、スイッチ３３３、操作キー３３４、赤外線ポート３３５等を含む。表示部３３２にはアクティブマトリクス表示装置が設けられている。表示部３３２単結晶半導体を用いたトランジスタで構成することにより、信頼性が高く高性能なモバイルコンピュータを提供することができる。
【０１２０】
図３０（Ｅ）は画像再生装置である。本体３４１には、表示部（Ｂ）３４４、記録媒体読み込み部３４５及び操作キー３４６が設けられている。また、本体３４１には、スピーカー部３４７及び表示部（Ａ）３４３それぞれを有する筐体３４２が取り付けられている。表示部（Ａ）３４３及び表示部（Ｂ）３４４それぞれを単結晶半導体を用いたトランジスタで構成することにより、信頼性が高く高性能な画像再生装置を提供することができる。
【０１２１】
図３０（Ｆ）は電子書籍である。本体３５１には操作キー３５３が設けられている。また、本体３５１には複数の表示部３５２が取り付けられている。表示部３５２を単結晶半導体を用いたトランジスタで構成することにより、信頼性が高く高性能な電子書籍を提供することができる。
【０１２２】
図３０（Ｇ）はビデオカメラであり、本体３６１には外部接続ポート３６４、リモコン受信部３６５、受像部３６６、バッテリー３６７、音声入力部３６８、操作キー３６９が設けられている、また、本体３６１には、表示部３６２を有する筐体３６３が取り付けられている。表示部３６２を単結晶半導体を用いたトランジスタで構成することにより、信頼性が高く高性能なビデオカメラを提供することができる。
【０１２３】
図３０（Ｈ）は携帯電話であり、本体３７１、筐体３７２、表示部３７３、音声入力部３７４、音声出力部３７５、操作キー３７６、外部接続ポート３７７、アンテナ３７８等を含む。表示部３７３を単結晶半導体を用いたトランジスタで構成することにより、信頼性が高く高性能な携帯電話を提供することができる。
【０１２４】
図３１は、電話としての機能と、情報端末としての機能を併せ持った携帯電子機器４００の構成の一例である。ここで、図３１（Ａ）は正面図、図３１（Ｂ）は背面図、図３１（Ｃ）は展開図である。携帯電子機器４００は、電話と情報端末の双方の機能を備えており、音声通話以外にも様々なデータ処理が可能な、いわゆるスマートフォンと呼ばれる電子機器である。
【０１２５】
携帯電子機器４００は、筐体４０１及び筐体４０２で構成されている。筐体４０１は、表示部４１１、スピーカー４１２、マイクロフォン４１３、操作キー４１４、ポインティングデバイス４１５、カメラ用レンズ４１６、外部接続端子４１７等を備え、筐体４０２は、キーボード４２１、外部メモリスロット４２２、カメラ用レンズ４２３、ライト４２４、イヤフォン端子４２５等を備えている。また、アンテナは筐体４０１内部に内蔵されている。上記構成に加えて、非接触ＩＣチップ、小型記録装置等を内蔵していてもよい。
【０１２６】
表示部４１１は単結晶半導体で形成されるトランジスタで構成されている。表示部４１１に表示される映像（及びその表示方向）は、携帯電子機器４００の使用形態に応じて様々に変化する。また、表示部４１１と同一面にカメラ用レンズ４１６を備えているため、映像を伴う音声通話（いわゆるテレビ電話）が可能である。なお、スピーカー４１２及びマイクロフォン４１３は音声通話に限らず、録音、再生等に用いることが可能である。カメラ用レンズ４２３（及び、ライト４２４）を用いて静止画及び動画の撮影を行う場合には、表示部４１１はファインダーとして用いられることになる。操作キー４１４は、電話の発信・着信、電子メール等の簡単な情報入力、画面のスクロール、カーソル移動等に用いられる。
【０１２７】
重なり合った筐体４０１と筐体４０２（図３１（Ａ））は、スライドし、図３１（Ｃ）のように展開し、情報端末として使用できる。この場合には、キーボード４２１、ポインティングデバイス４１５を用いた円滑な操作が可能である。外部接続端子４１７はＡＣアダプタやＵＳＢケーブル等の各種ケーブルと接続可能であり、充電やコンピュータ等とのデータ通信を可能にしている。また、外部メモリスロット４２２に記録媒体を挿入し、より大容量のデータの保存及び移動に対応できる。上記機能に加えて、赤外線などの電磁波を用いた無線通信機能や、テレビ受信機能等を有していても良い。
【０１２８】
（クラスターイオンについて）
以下、支持基板に単結晶半導体層を転置する工程１で用いたクラスターイオンについて説明する。
【０１２９】
イオン源で生成されたイオンの質量を分離しないイオンドーピング装置では、イオン生成に係るプラズマ空間が大きく、大量のイオンを生成し、打ち込むことができるというメリットを有している。イオン注入装置は、生成したイオンを質量分離して特定のイオン種だけを基板に打ち込めるという特徴がある一方、基本的には点ビームを走査することによりイオンを打ち込むため、生産性に問題が生じる。プラズマの発生方法としては、例えば、フィラメントを加熱して出てくる熱電子によるものが挙げられるが、プラズマの発生方法はいずれの装置においても大差はない。
【０１３０】
一方で、生成される水素イオン（Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋）における各イオン種の割合は、イオン注入装置による場合とイオンドーピング装置による場合とで大きく異なっている。例えば、あるイオンドーピング装置では、生成されるイオン種の割合は、Ｈ＋：Ｈ２＋：Ｈ３＋＝１：１：８程度となっており、実際に水素イオンを打ち込んだ半導体基板のＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）の分析結果からも、Ｈ３＋が約８０％を占めることが確認されている。一方で、あるイオン注入装置では、生成されるイオン種の割合はＨ＋：Ｈ２＋：Ｈ３＋＝３７：５６：７程度であった。つまり、イオン注入装置ではＨ３＋は、水素イオン全体の７％程度しか生成されていないことになる。
【０１３１】
この理由に関する考察は以下の通りである。水素ガスから生成したプラズマでは、タングステンフィラメントから飛び出した電子と水素分子との衝突電離によるＨ２＋の生成が主たる反応となる。該反応の反応式を以下に示す。また、図２９には水素のエネルギーダイヤグラムを示す。図２９において、縦軸は、水素分子を基準とした相対的なエネルギーを表している。以下、発熱反応である場合には＋Ｑで、吸熱反応である場合には−Ｑで表すこととする。
Ｈ２＋ｅ−→Ｈ２＋＋２ｅ−−Ｑ        （Ｑ＝１５．３９ｅＶ）          （１）
【０１３２】
Ｈ２＋が水素分子Ｈ２と衝突した場合には、次の反応を起こす。
Ｈ２＋＋Ｈ２→Ｈ３＋＋Ｈ＋Ｑ          （Ｑ＝１．４９ｅＶ）            （２）
【０１３３】
上記反応は１．４９ｅＶの発熱反応であり、水素原子が移動してＨ３＋が生成される。Ｈ３＋は、３つの原子核と２つの電子で構成されており、その構造は正三角形の配置をとることで安定になっている。
【０１３４】
Ｈ２＋が熱電子と衝突した場合には、次の反応を起こす。
Ｈ２＋＋ｅ−→Ｈ＋Ｈ＋Ｑ           （Ｑ＝１０．８８ｅＶ）          （３）
Ｈ２＋＋ｅ−→Ｈ＋＋Ｈ＋ｅ−−Ｑ      （Ｑ＝２．６９ｅＶ）            （４）
なお、Ｈ２＋が電子と衝突した場合にはＨ２が生成されるのみであるとも考えられるが、一般に、以下の式の分子性解離が知られており、Ｈ２＋も分子性解離する可能性が高い。
Ｈ３＋＋ｅ−→３Ｈ＋Ｑ             （Ｑ＝４．８８ｅＶ）            （５）
【０１３５】
上述の式（３）、式（４）、式（５）の過程で生じるＨにより、さらに以下の反応が進行する。
Ｈ＋ｅ−→Ｈ＋＋２ｅ−−Ｑ         （Ｑ＝１３．６７ｅＶ）          （６）
Ｈ２＋Ｈ＋→Ｈ３＋＋Ｑ               （Ｑ＝４．１８ｅＶ）            （７）
Ｈ２＋＋Ｈ→Ｈ３＋＋Ｑ               （Ｑ＝６．００ｅＶ）            （８）
【０１３６】
式（１）乃至（８）に示したように、水素ガスのプラズマ領域では各種イオンの生成反応が起こり得る。Ｈ３＋はＨ＋、Ｈ２＋よりも安定なイオンであるため、水素分子と衝突する確率が高くなれば、Ｈ３＋は容易に生成される。
【０１３７】
イオン種選別能力の有無、プラズマの領域の大きさ、真空度など、多くの点でイオンドーピング装置とイオン注入装置は異なっている。真空度の点においては、イオン注入装置はイオンドーピング装置より約一桁高く、１０−３Ｐａ程度である。気相中の粒子の衝突確率は単位体積あたりの粒子数に依存するから、イオンドーピング装置を用いる場合の、式（２）で示されるＨ３＋を生ずる反応の確率は、イオン注入装置を用いる場合の１０倍程度となる。このため、イオンドーピング装置を用いる場合にはＨ３＋が生成されやすく、イオン注入装置を用いる場合にはＨ３＋が生成されにくい。
【０１３８】
上述のように、Ｈ３＋をより多く打ち込むという観点からすれば、イオン注入装置よりイオンドーピング装置を用いる方が好ましいといえる。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】円形の単結晶半導体基板から所定の外形寸法の転置用半導体基板を切り出す態様を示す図。
【図２】円形の単結晶半導体基板から所定の外形寸法の転置用半導体基板を切り出した態様を示す図。
【図３】転置用半導体基板の構成であり、（Ａ）角部の拡大図、（Ｂ）周辺端部の断面形状、を説明する図。
【図４】円形の単結晶半導体基板から所定の外形寸法の転置用半導体基板を切り出す態様を示す図。
【図５】円形の単結晶半導体基板から所定の外形寸法の転置用半導体基板を切り出した態様を示す図。
【図６】直径４５０ｍｍのシリコンウエハから転置用半導体基板を切り出し、６００ｍｍ×７２０ｍｍの支持基板の転置する態様を示す図。
【図７】直径２００ｍｍないし３００ｍｍのシリコンウエハから転置用半導体基板を切り出し、６００ｍｍ×７２０ｍｍの支持基板の転置する態様を示す図。
【図８】直径４５０ｍｍのシリコンウエハから転置用半導体基板を切り出し、６２０ｍｍ×７５０ｍｍの支持基板の転置する態様を示す図。
【図９】直径３００ｍｍのシリコンウエハから転置用半導体基板を切り出し、６２０ｍｍ×７５０ｍｍの支持基板の転置する態様を示す図。
【図１０】直径４５０ｍｍのシリコンウエハから転置用半導体基板を切り出し、７３０ｍｍ×９２０ｍｍの支持基板の転置する態様を示す図。
【図１１】直径３００ｍｍのシリコンウエハから転置用半導体基板を切り出し、７３０ｍｍ×９２０ｍｍの支持基板の転置する態様を示す図。
【図１２】支持基板に単結晶半導体層を設けるときの配置の一例を示す図。
【図１３】支持基板に単結晶半導体層を設けるときの配置の一例を示す図。
【図１４】支持基板上に単結晶半導体層を形成する工程を示す断面図。
【図１５】支持基板上に単結晶半導体層を形成する工程を示す断面図。
【図１６】支持基板上に単結晶半導体層を形成する工程を示す断面図。
【図１７】支持基板上に単結晶半導体層を形成する工程を示す断面図。
【図１８】支持基板上に単結晶半導体層を形成する工程を示す断面図。
【図１９】イオンドーピング装置の一構成例を説明する概略図。
【図２０】転置用半導体基板を支持基板に載置する装置の一構成例を示す概念図。
【図２１】レーザ処理装置の構成を説明する概念図。
【図２２】支持基板上に設けた単結晶半導体層を使って表示パネルを形成する例を示す図。
【図２３】データ信号が入力される第１のトランジスタと、画素電極に接続する第２のトランジスタを備えた、表示パネルに用いられる画素の一例を示す図。
【図２４】単結晶半導体層を用いた表示パネルの製造工程を示す断面図。
【図２５】単結晶半導体層を用いた表示パネルの製造工程を示す断面図。
【図２６】単結晶半導体層を用いた表示パネルの製造工程を示す断面図。
【図２７】図２３に対応する画素の断面図を示す図。
【図２８】単結晶半導体層により画素トランジスタが形成される液晶表示装置の画素の一例を示す図。
【図２９】水素のエネルギーダイヤグラムを示す図。
【図３０】電子機器の一例を示す図。
【図３１】電子機器の一例を示す図。
【符号の説明】
【０１４０】
１００  単結晶半導体基板
１０１  転置用半導体基板
１０２  切断線
１０３  切断線
１０４  角部
１０５  支持基板
１０６  パネル有効利用領域
１０７  単結晶半導体層
１０８  第１の絶縁層
１０９  損傷層
１１０  イオンビーム
１１１  第２の絶縁層
１１２  レーザビーム
１１３  表示パネル
１２１  単結晶半導体層
１２２  単結晶半導体層
１２３  単結晶半導体層
１２４  単結晶半導体層
１２５  マスク
１２６  マスク
１２７  マスク
１２８  第１不純物領域
１２９  ゲート絶縁層
１３０  ゲート電極
１３１  ゲート電極
１３２  ゲート電極
１３３  ゲート電極
１３４  容量電極
１３５  第２不純物領域
１３６  第３不純物領域
１３７  パッシベーション層
１３８  層間絶縁層
１３９  配線
１４０  データ線
１４１  電源線
１４２  画素内配線
１４３  画素電極接続配線
１４４  画素電極
１４５  ｎチャネル型トランジスタ
１４６  ｐチャネル型トランジスタ
１４７  ｎチャネル型トランジスタ
１４８  ｐチャネル型トランジスタ
１４９  容量素子
１５０  隔壁絶縁層
１５１  ＥＬ層
１５２  対向電極
１５３  封止層
１５４  封止板
１５５  スペーサ
１５６  配向膜
１５７  液晶層
２００  イオン源
２０１  フィラメント
２０２  フィラメント電源
２０３  電源制御部
２０４  ガス供給部
２０５  引出し電極系
２０６  載置台
２０７  質量分析管
２０８  質量分析計
２０９  排気系
２１０  レーザ発振器
２１１  光学系
２１２  ガス噴射筒
２１３  ガス供給部
２１４  流量制御部
２１５  ガス加熱部
２１６  ガス供給部
２１７  シリンドリカルレンズアレイ
２１８  シリンドリカルレンズ
２１９  ミラー
２２０  ダブレットシリンドリカルレンズ
２２１  光導入窓
２２２  基板ステージ
２２４  スライダ
２２５  基板ステージ
２２６  ヒータ
２２７  移載器
２２８  加圧器
２２９  ヒータ
２３０  押ピン
３０１    筺体
３０２    支持台
３０３    表示部
３０４    スピーカー部
３０５    ビデオ入力端子
３１１    本体
３１２    表示部
３１３    受像部
３１４    操作キー
３１５    外部接続ポート
３１６    シャッターボタン
３２１    本体
３２２    筐体
３２３    表示部
３２４    キーボード
３２５    外部接続ポート
３２６    ポインティングデバイス
３３１    本体
３３２    表示部
３３３    スイッチ
３３４    操作キー
３３５    赤外線ポート
３４１    本体
３４２    筐体
３４３    表示部（Ａ）
３４４    表示部（Ｂ）
３４５    部
３４６    操作キー
３４７    スピーカー部
３５１    本体
３５２    表示部
３５３    操作キー
３６１    本体
３６２    表示部
３６３    筐体
３６４    外部接続ポート
３６５    リモコン受信部
３６６    受像部
３６７    バッテリー
３６８    音声入力部
３６９    操作キー
３７１    本体
３７２    筐体
３７３    表示部
３７４    音声入力部
３７５    音声出力部
３７６    操作キー
３７７    外部接続ポート
３７８    アンテナ
４００    携帯電子機器
４０１    筐体
４０２    筐体
４１１    表示部
４１２    スピーカー
４１３    マイクロフォン
４１４    操作キー
４１５    ポインティングデバイス
４１６    カメラ用レンズ
４１７    外部接続端子
４２１    キーボード
４２２    外部メモリスロット
４２３    カメラ用レンズ
４２４    ライト
４２５    イヤフォン端子
【図１】
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【図２】
0005530619.tif 000004
【図３】
0005530619.tif 000005
【図４】
0005530619.tif 000006
【図５】
0005530619.tif 000007
【図６】
0005530619.tif 000008
【図７】
0005530619.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005530619.tif 000012
【図１１】
0005530619.tif 000013
【図１２】
0005530619.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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