(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板上に剥離層を形成し、該剥離層上に絶縁層を形成し、前記絶縁層上に可撓性を有し且つ絶縁表面を有する第１の基板を設ける第１の工程と、
一の原子から成る複数の質量の異なるイオン又は複数の原子から成る質量の異なるイオンを単結晶半導体基板に照射して、該単結晶半導体基板の表面から所定の深さの領域に脆弱領域を形成した後、前記単結晶半導体基板の表面の平坦性を保たせつつ熱処理を行い、前記脆弱領域を脆弱にする第２の工程と、
前記第１の工程及び前記第２の工程の後、前記単結晶半導体基板の表面、または、前記可撓性を有し且つ絶縁表面を有する第１の基板の表面を活性化してから、前記単結晶半導体基板と、前記可撓性を有し且つ絶縁表面を有する第１の基板とを接合し、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する第３の工程と、
前記第３の工程の後、前記単結晶半導体層を用いた半導体素子を有する素子層を形成する第４の工程と、
前記素子層上に可撓性を有し且つ絶縁表面を有する第２の基板を設ける第５の工程と、
前記第５の工程の後、前記素子層から前記支持基板を前記剥離層で分離する第６の工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
支持基板上に剥離層を形成し、該剥離層上に絶縁層を形成し、前記絶縁層上に可撓性を有し且つ絶縁表面を有する第１の基板を設ける第１の工程と、
一の原子から成る複数の質量の異なるイオン又は複数の原子から成る質量の異なるイオンを単結晶半導体基板に照射して、該単結晶半導体基板の表面から所定の深さの領域に脆弱領域を形成し、
前記単結晶半導体基板上に有機シランガスを用いて化学気相成長法により酸化珪素層を形成し、
前記酸化珪素層の表面の平坦性を保たせつつ熱処理を行い、前記脆弱領域を脆弱にする第２の工程と、
前記第１の工程及び前記第２の工程の後、前記酸化珪素層の表面、または、前記可撓性を有し且つ絶縁表面を有する第１の基板の表面を活性化してから、前記単結晶半導体基板と前記可撓性を有し且つ絶縁表面を有する第１の基板とを、前記酸化珪素層を挟んで重ね合わせて接合し、
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する第３の工程と、
前記第３の工程の後、前記単結晶半導体層を用いた半導体素子を有する素子層を形成する第４の工程と、
前記素子層上に可撓性を有し且つ絶縁表面を有する第２の基板を設ける第５の工程と、
前記第５の工程の後、前記素子層から前記支持基板を前記剥離層で分離する第６の工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記単結晶半導体基板または前記酸化珪素層の表面の平坦性を保たせつつ熱処理を行う方法は、前記単結晶半導体基板または前記酸化珪素層の表面に圧着部材を重ね合わせた状態で加熱を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記単結晶半導体基板または前記酸化珪素層の表面の平坦性を保たせつつ熱処理を行う方法は、前記単結晶半導体基板または前記酸化珪素層の表面にキャップ層を形成した状態で加熱を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項２において、
前記有機シランガスとして、珪酸エチル、テトラメチルシラン、テトラメチルシクロテトラシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、ヘキサメチルジシラザン、トリエトキシシラン、トリスジメチルアミノシラから選ばれた一種を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
請求項２において、
前記単結晶半導体基板上に有機シランガスを用いて化学気相成長法により酸化珪素層を形成する温度が３５０℃以下であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項において、
前記熱処理は、前記脆弱領域が分離する温度未満であり、且つ前記脆弱領域が脆弱となる温度で行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一項において、
前記熱処理が２５０℃以上４００℃未満の温度で行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項において、
前記単結晶半導体基板の表面に、前記一の原子から成る複数の質量の異なるイオン又は複数の原子から成る質量の異なるイオンを照射する前に、窒素含有絶縁層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記窒素含有絶縁層が、窒化珪素層、窒化酸化珪素層若しくは酸化窒化珪素層から選ばれた一の層又は複数の層を積層して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板及びそれにより製造される半導体装置、並びにそれらの作製方法に関する。特に貼り合わせＳＯＩ技術に関するものであって、可撓性を有し且つ絶縁表面を有する基板に、単結晶若しくは多結晶の半導体層を接合させたＳＯＩ基板及びそれにより製造される半導体装置、並びにそれらの作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶半導体のインゴットを薄くスライスして作製されるシリコンウエハーに代わり、絶縁表面に薄い単結晶半導体層を設けたシリコン・オン・インシュレータと呼ばれる単結晶半導体基板（ＳＯＩ基板）を使った集積回路が開発されている。ＳＯＩ基板を用いて集積回路を形成するトランジスタを設けることによって、トランジスタのドレインと基板間における寄生容量を低減し、半導体集積回路の性能を向上させることができるので、ＳＯＩ基板は注目を集めている。
【０００３】
ＳＯＩ基板を製造する方法としては、水素イオン注入剥離法が知られている（例えば、特許文献１参照）。水素イオン注入剥離法は、シリコンウエハー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微小気泡層を形成し、水素イオン注入面を別のシリコンウエハーと重ね合わせ、熱処理を行って該微小気泡層を劈開面として剥離することで、別のシリコンウエハーに薄いシリコン層（ＳＯＩ層）を接合する。ＳＯＩ層を剥離するための熱処理に加え、酸化性雰囲気下での熱処理によりＳＯＩ層に酸化層を形成し、その後に該酸化層を除去し、次に１０００乃至１３００℃の還元性雰囲気下で熱処理を行って接合強度を高め、ＳＯＩ層の表面のダメージ層の改善をする必要があるとされている。
【０００４】
ＳＯＩ基板を用いた半導体装置の一例として、本出願人によるものが知られている（特許文献２参照）。この場合にも、ＳＯＩ層において応力に起因するトラップ準位や欠陥を除去するために１０５０乃至１１５０℃の熱処理が必要であることが開示されている。
【特許文献１】米国特許第６３７２６０９号
【特許文献２】特開２０００−１２８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＳＯＩ基板の製造方法では、ＳＯＩ層との接合強度を強固なものとし、ＳＯＩ層の表面のダメージ層の改善をするために１０００℃以上の高温で熱処理をする必要があった。そのため、液晶パネルの製造に用いられるガラス基板、耐熱温度が７００℃程度の基板や、さらに耐熱温度の低いプラスチックにＳＯＩ層を形成することができなかった。仮に水素イオン注入剥離法でＳＯＩ層をガラス基板上に設けたとしても、接合強度を高めるための高温の熱処理を適用することができないために、ＳＯＩ層の接合強度が弱いといった問題がある。
【０００６】
また、可撓性基板は、厚さが薄く撓みやすいため固定されにくく、取り扱いが困難であるため、可撓性を有する基板を用いた半導体装置の歩留まりが低いという問題がある。
【０００７】
このような問題点に鑑み、ガラス基板やプラスチックなど可撓性を有する基板を用いた場合にも、実用に耐えうるＳＯＩ層を備えたＳＯＩ基板を歩留まり高く作製する方法を提供することを目的の一とする。また、そのようなＳＯＩ基板を用いた薄型の半導体装置を歩留まり高く作製する方法を提供することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
可撓性を有し且つ絶縁表面を有する基板に、単結晶半導体基板を接合しＳＯＩ基板を作製するに際し、接合面の一方若しくは双方を活性化した後、可撓性を有し且つ絶縁表面を有する基板と、単結晶半導体基板とを圧着する。例えば、可撓性を有し且つ絶縁表面を有する基板、または単結晶半導体基板の少なくとも一方の接合面に、原子ビーム若しくはイオンビームを照射する。または、プラズマ照射若しくはラジカル処理を行う。また、可撓性を有し且つ絶縁表面を有する基板、または単結晶半導体基板の少なくとも一方の接合面を、酸素プラズマによる処理や、オゾン水洗浄により、親水化してもよい。このような表面処理により２５０℃以上４００℃未満の温度であっても異種材料間の接合を行うことが容易となる。
【０００９】
また、可撓性を有し且つ絶縁表面を有する基板に、単結晶半導体基板を接合するに際し、接合を行う面の一方若しくは双方に、有機シランを原材料として形成した酸化珪素層を用いる。有機シランガスとしては、珪酸エチル（ＴＥＯＳ）、テトラメチルシラン（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、トリスジメチルアミノシラン等のシリコン含有化合物が適用される。すなわち、可撓性を有し且つ絶縁表面を有する基板に単結晶半導体層（ＳＯＩ層）を接合する構造を有するＳＯＩ基板において、接合を形成する面の一方若しくは双方に、平滑面を形成し活性化された表面を有する酸化珪素層を接合面として設ける。
【００１０】
可撓性を有し且つ絶縁表面を有する基板に接合されるＳＯＩ層は、単結晶半導体基板に形成された脆弱領域にて分離・剥離することにより得られる。脆弱領域は、ソースガスとして水素、ヘリウム若しくはフッ素に代表されるハロゲンのガスを用い、プラズマ励起して生成される加速されたイオンを単結晶半導体基板に照射することで形成される。この場合、一の原子から成る複数の質量の異なるイオン又は複数の原子から成る質量の異なるイオンを照射することが好ましい。水素イオンを照射する場合には、Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋イオンを含ませると共に、Ｈ３＋イオンの割合を高めておくことが好ましい。また、ヘリウムをイオン化して照射する場合は、質量分離を行わないイオンドーピングであっても、実質的にＨｅ＋イオンのみをドーピングすることができる。なお実質的とは、大気成分の元素もイオン化されてわずかにドーピングされることを指している。
【００１１】
また、可撓性を有し且つ絶縁表面を有する基板に接合されるＳＯＩ層は、単結晶半導体基板に形成された脆弱領域にて分離するためには、可撓性を有し且つ絶縁表面を有する基板と単結晶半導体基板を接合する前に、単結晶半導体基板を加熱処理して脆弱領域を脆弱にする。この場合、イオンが気体となって脆弱領域から脱離するのを防ぐため、単結晶半導体基板の表面に圧着部材で圧力を加えながら加熱処理する。または、単結晶半導体基板に絶縁層を形成して加熱処理を行う。
【発明の効果】
【００１２】
単結晶半導体基板から剥離した単結晶半導体層とベースとなる基板とを接合する前に、単結晶半導体基板を加熱し、加速されたイオンを単結晶半導体基板に照射し単結晶半導体基板の一部を脆弱にした脆弱領域を形成することにより、耐熱性の低い可撓性基板と単結晶半導体基板を接合し、ＳＯＩ基板を作製することができる。本構成によれば、プラスチック基板等の耐熱温度が低い基板であっても、接合力が強固な接合部によって基板と接合されたＳＯＩ層を有するＳＯＩ基板を歩留まり高く得ることができる。また、当該ＳＯＩ基板を用いた半導体装置を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００１４】
（実施の形態１）
本発明に係るＳＯＩ基板の構成を図１に示す。図１においてベース基板１００は、ＳＯＩ基板において、ＳＯＩ層を設ける基板のことであり、可撓性を有し且つ絶縁表面を有する基板であり、代表的には可撓性を有する絶縁基板、表面に絶縁層が形成された可撓性を有する金属基板等である。可撓性を有する絶縁基板としては、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（ポリエーテルスルホン）、ポリプロピレン、ポリプロピレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリサルフォン、ポリフタールアミド等からなるプラスチック基板、または繊維質な材料からなる紙がある。
【００１５】
また、可撓性を有する絶縁基板として、プリプレグを用いることで、後に作製されるＳＯＩ基板や半導体装置の点圧、線圧による破壊を防ぐことが可能である。プリプレグの代表例としては、ポリビニルアルコール系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリエチレン系繊維、アラミド系繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ガラス繊維、または炭素繊維等の繊維体に、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂等のマトリックス樹脂を有機溶剤で希釈した組成物を含浸させた後、乾燥して有機溶剤を揮発させてマトリックス樹脂を半硬化させたものである。
【００１６】
また、可撓性を有する絶縁基板としては、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を用いることができる。
【００１７】
表面に絶縁層が形成された可撓性を有する金属基板としては、酸化珪素層、窒化珪素層、酸化窒化珪素層、窒化アルミニウム層、酸化アルミニウム層等の絶縁層が形成された金属フィルムまたは金属シート等がある。なお、絶縁層は上記羅列した絶縁層に限定されず、適宜適用することができる。
【００１８】
ＳＯＩ層１０２は単結晶半導体層であり、代表的には単結晶シリコンが適用される。また、水素イオン注入剥離法によって多結晶半導体基板から剥離可能であるシリコンや、水素イオン注入剥離法によって単結晶半導体基板若しくは多結晶半導体基板から剥離可能であるゲルマニウムも適用することができる。その他にも、シリコンゲルマニウム、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの化合物半導体による結晶性半導体基板を適用することもできる。
【００１９】
なお、本実施の形態及び実施の形態２以降においては、ＳＯＩ層１０２として代表例として単結晶半導体層を用いて示すが、単結晶半導体基板の代わりに、多結晶半導体基板を用いた場合は、ＳＯＩ層１０２は多結晶半導体層となる。また、単結晶半導体基板の代わりに、結晶性半導体基板を用いた場合は、ＳＯＩ層１０２は結晶性半導体層となる。
【００２０】
また、図２に示すように、上記ベース基板１００とＳＯＩ層１０２の間には、平滑であり活性化された表面を有する接合層（接合界面に形成される層）１０４を設けてもよい。図２は、ＳＯＩ層１０２の表面に、平滑であり活性化された表面を有する接合層１０４を形成し、ベース基板１００及び平滑であり活性化された表面を有する接合層１０４を接合し作製したＳＯＩ基板である。なお、ベース基板１００の表面に、平滑であり活性化された表面を有する接合層１０４を形成し、平滑であり活性化された表面を有する接合層１０４及びＳＯＩ層１０２を接合しＳＯＩ基板を作製してもよい。
【００２１】
接合層１０４としては、酸化珪素層が適している。特に有機シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化珪素層が好ましい。有機シランガスとしては、珪酸エチル、テトラメチルシラン、テトラメチルシクロテトラシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、ヘキサメチルジシラザン、トリエトキシシラン、トリスジメチルアミノシラン等のシリコン含有化合物を用いることができる。また、接合層１０４として単結晶半導体基板を高温で加熱処理して形成した熱酸化層や、ケミカルオキサイドを適用することもできる。ケミカルオキサイドは、例えばオゾン含有水でＳＯＩ層となる単結晶半導体基板表面を処理することで形成することができる。ケミカルオキサイドは単結晶半導体基板の表面の平坦性を反映して形成されるので好ましい。
【００２２】
上記平滑であり活性化された表面を有する接合層１０４は、１ｎｍ乃至６００ｎｍ、好ましくは５ｎｍ乃至５００ｎｍ、更に好ましくは５ｎｍ乃至２００ｎｍの厚さで設けられる。この厚さであれば、被形成表面（接合を形成する面）の表面荒れを平滑化すると共に、当該層の成長表面の平滑性を確保することが可能である。また、接合層１０４を設けることによって、接合するベース基板とＳＯＩ層との熱歪みを緩和することができる。可撓性を有し絶縁表面を有する基板を用いたベース基板１００にＳＯＩ層１０２を接合するに際し、ベース基板１００の接合面またはＳＯＩ層１０２の接合面の一方若しくは双方に、酸化珪素層、好ましくは熱酸化層、単結晶半導体基板の表面をオゾン水で処理して形成した酸化珪素層、または有機シランを原材料として形成した酸化珪素層でなる接合層１０４を設けることで、ベース基板１００及びＳＯＩ層１０２を強固に接合することができる。
【００２３】
図３及び図４は、ベース基板１００及びＳＯＩ層１０２の間に少なくともバリア層１０５及び接合層１０４を設けた構成を示す。ＳＯＩ層１０２をベース基板１００に接合した場合に、バリア層１０５を設けることによって、ベース基板１００として用いられる可撓性を有する絶縁基板、可撓性を有する金属基板、絶縁表面を有し可撓性を有する基板から、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属のような可動イオン等の不純物が拡散し、ＳＯＩ層１０２が汚染されることを防ぐことができる。バリア層１０５としては、窒素含有絶縁層が好ましく、代表的には窒化珪素層、窒化酸化珪素層、酸化窒化珪素層、窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、若しくは酸化窒化アルミニウム層から選ばれた一の層又は複数の層を積層して形成する。例えば、ＳＯＩ層１０２側から酸化窒化珪素層、窒化酸化珪素層を積層してバリア層１２０とすることができる。また、バリア層１０５としては、エッチングレートの遅い緻密な層を用いることで、さらにバリア機能を高めることが可能であり、エッチングレートの遅い緻密な層としては、上記窒素含有絶縁層、酸化珪素層、酸化窒化珪素層、窒化酸化珪素層、窒化アルミニウム層等を形成することができる。
【００２４】
なお、ここで酸化窒化珪素層とは、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、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及び水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素５０〜７０原子％、窒素が０．５〜１５原子％、Ｓｉ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、窒化酸化珪素層とは、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、ＲＢＳ及びＨＦＳを用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５〜３０原子％、窒素が２０〜５５原子％、Ｓｉが２５〜３５原子％、水素が１０〜３０原子％の範囲で含まれるものをいう。但し、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を１００原子％としたとき、窒素、酸素、Ｓｉ及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。
【００２５】
図３（Ａ）は本発明に係るＳＯＩ基板の別の構成である。図３（Ａ）は、接合層１０４とベース基板１００の間にバリア層１０５を設けた構成を示す。ここでは、ベース基板１００にバリア層１０５を設け、ＳＯＩ層１０２表面に接合層１０４を設け、バリア層１０５及び接合層１０４を接合した構成を示す。なお、この代わりに、ベース基板１００に接合層１０４を設け、ＳＯＩ層１０２表面にバリア層１０５を設け、バリア層１０５及び接合層１０４を接合した構成とすることができる。さらには、ベース基板１００またはＳＯＩ層１０２の一方の表面にバリア層１０５及び接合層１０４を順に積層し、ベース基板１００またはＳＯＩ層１０２の他方の表面と接合層１０４を接合した構成とすることができる。
【００２６】
図３（Ｂ）は、ベース基板１００とＳＯＩ層１０２との間に、接合層１０４及び複数のバリア層１０５、１２０を設けた構成を示す。ここでは、ベース基板１００にバリア層１０５、１２０を設け、ＳＯＩ層１０２表面にバリア層１２０及び接合層１０４を順に積層し、バリア層１０５及び接合層１０４を接合した構成を示す。なお、この代わりに、ベース基板１００にバリア層１０５及び接合層１０４を順に積層し、ＳＯＩ層１０２表面にバリア層１２０を設け、バリア層１２０及び接合層１０４を接合した構成とすることができる。
【００２７】
図４は、少なくともベース基板１００及びＳＯＩ層１０２の間に、バリア層１０５及び接合層１０４と共に、絶縁層１２１を設けた構成を示す。絶縁層１２１は、ＳＯＩ層１０２及び接合層１０４の間や、接合層１０４及びバリア層１０５の間や、ベース基板１００及びバリア層１０５の間に設けることができる。
【００２８】
図４（Ａ）は、ベース基板１００及びＳＯＩ層１０２の間に、接合層１０４、バリア層１０５、及び絶縁層１２１を設けた構成を示す。ここでは、ベース基板１００にバリア層１０５を設け、ＳＯＩ層１０２表面に絶縁層１２１及び接合層１０４を順に積層し、バリア層１０５及び接合層１０４を接合した構成を示す。なお、この代わりに、ベース基板１００にバリア層１０５及び接合層１０４を順に積層し、ＳＯＩ層１０２表面に絶縁層１２１を設け、接合層１０４及び絶縁層１２１を接合した構成とすることができる。
【００２９】
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）において、ベース基板１００表面上のほかに、ＳＯＩ層１０２上にもバリア層１２０を設けた構成を示す。ここでは、ベース基板１００にバリア層１０５を形成し、ＳＯＩ層１０２表面に絶縁層１２１、バリア層１２０、及び接合層１０４を順に積層し、バリア層１０５及び接合層１０４を接合した構成を示す。なお、この代わりに、ベース基板１００にバリア層１０５及び接合層１０４を順に積層し、ＳＯＩ層１０２表面に絶縁層１２１及びバリア層１２０を順に積層し、接合層１０４及びバリア層１２０を接合した構成とすることができる。
【００３０】
絶縁層１２１は単結晶半導体基板を高温で加熱処理して形成した熱酸化層が好ましい。また、接合層１０４と同様に有機シランガスを用いて化学気相成長法により堆積した酸化珪素層を用いても良い。また、絶縁層１２１としてケミカルオキサイドを適用することもできる。ケミカルオキサイドは、例えばオゾン含有水でＳＯＩ層となる単結晶半導体基板表面を処理することで形成することができる。ケミカルオキサイドは単結晶半導体基板の表面の形状を反映して形成されるため、単結晶半導体基板が平坦であるとケミカルオキサイドも平坦になるので好ましい。
【００３１】
本実施の形態で示すＳＯＩ基板は、可撓性を有する基板上にＳＯＩ層が接合されているため、可撓性を有する。また、薄型である。
【００３２】
（実施の形態２）
実施の形態１に示すＳＯＩ基板の製造方法について図５乃至図８を参照して説明する。
【００３３】
図５（Ａ）に示す単結晶半導体基板１０１は清浄化されており、その表面から電界で加速されたイオンを単結晶半導体基板に照射し、単結晶半導体基板の所定の深さに当該イオンの元素を含ませ、イオンドーピング層（具体的には、加速されたイオンの元素を含む脆弱な層のことであり、例えば、水素、ヘリウム若しくはフッ素に代表されるハロゲンを含む領域をいう。以下、脆弱領域１０３という）を形成する。加速されたイオンの照射はベース基板に転置するＳＯＩ層の厚さを考慮して行われる。当該ＳＯＩ層は、５ｎｍ乃至５００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ乃至２００ｎｍ、更に好ましくは１０ｎｍ乃至１００ｎｍ、更に好ましくは１０ｎｍ乃至５０ｎｍの厚さとする。単結晶半導体基板１０１にイオンを照射する際の加速電圧はこのような厚さを考慮して設定する。なお、剥離（分離）後にＳＯＩ層の表面を研磨または溶融して平坦化するため、剥離（分離）直後のＳＯＩ層の厚さは５０ｎｍ乃至５００ｎｍとしておくことが好ましい。
【００３４】
脆弱領域１０３は、ソースガスとして水素、ヘリウム若しくはフッ素に代表されるハロゲンのガスを用い、プラズマ励起して生成される加速されたイオンを単結晶半導体基板に照射することで形成される。この場合、一の原子から成る複数の質量の異なるイオン又は複数の原子から成る質量の異なるイオンを照射することが好ましい。このようなイオンの照射方法としては、イオンドーピング法、イオン注入法等がある。加速された水素イオンを単結晶半導体基板に照射する場合には、Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋イオンを含ませると共に、Ｈ３＋イオンの割合を高めておくことが好ましい。Ｈ３＋イオンの割合を高めておくと導入効率を高めることができ、照射時間を短縮することができる。このようにＨ＋、Ｈ２＋イオンよりもＨ３＋イオンの割合を高くしてイオンを照射すると、Ｈ３＋イオンの割合を高めないでイオンを照射する場合と比べてより単結晶半導体基板１０１に水素イオンを多く含ませる構成とすることで、少ないイオンの照射量で、後に行われる脆弱領域１０３での剥離（分離）を容易に行うことができる。
【００３５】
単結晶半導体基板１０１に加速されたイオンを照射する場合、単結晶半導体基板の表面に、イオンを高い濃度で照射する必要があり、このため単結晶半導体基板１０１の表面が粗くなってしまう場合がある。そのため加速されたイオンが照射される面に、酸化珪素層、窒化珪素層、若しくは窒化酸化珪素層などにより単結晶半導体基板１０１に対する保護層を５０ｎｍ乃至２００ｎｍの厚さで設けておくことで、イオンが照射される面がダメージを受け、平坦性が損なわれるのを防ぐことができるため好ましい。
【００３６】
なお、本明細書においてイオンドーピング法とは、原料ガスから生成されるイオン化したガスを質量分離せず、そのまま電界で加速して対象物に照射し、イオン化したガスの元素を対象物に含ませる方式を指す。イオンドーピング装置を用いると、大面積基板であっても高効率に高ドーズのイオンドーピングを行うことができる。
【００３７】
また、イオンドーピングの加速電圧は、２０ｋＶ以上１００ｋＶ以下、好ましくは２０ｋＶ以上７０ｋＶ以下とし、ドーズは、１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上４×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下、好ましくは１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上２．５×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下とすればよい。本実施の形態では、加速電圧８０ｋＶで、ドーズを２×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２としてイオンドーピングを行う。
【００３８】
次に、図５（Ｂ）に示すように、単結晶半導体基板１０１の表面に圧着部材１２２を設け、単結晶半導体基板１０１及び圧着部材１２２を密着させ加熱し、即ち加熱処理及び加圧処理を行うことで、後の工程で脆弱領域１０３を劈開面として単結晶半導体基板１０１をベース基板１００から剥離（分離）することを容易とする。なお、ここでの劈開面とは、単結晶半導体基板が分離する領域のことをいい、以下、劈開面を分離領域と示す。加熱処理の温度は、脆弱領域１０３が分離する温度未満であり、且つ脆弱領域１０３が脆弱となる温度であることが好ましい。例えば、２５０℃以上、好ましくは３００℃以上、４００℃未満、好ましくは３５０℃未満の熱処理を行うことにより、脆弱領域１０３に形成された微小な空洞の体積変化が起こるが、単結晶半導体基板表面には圧着部材１２２が設けられているため、単結晶半導体基板の表面は平坦性を保つことができる。この結果、脆弱領域１０３の微小な空洞の体積変化により、脆弱領域１０３に歪みが生じ、脆弱領域に沿って脆弱化することが可能となる。加圧処理においては、ベース基板１００及び単結晶半導体基板１０１の耐圧性を考慮して接合面に垂直な方向に圧力が加わるように行う。
【００３９】
図５（Ｃ）に示すように、ベース基板１００と単結晶半導体基板１０１とを密接させ、この両者を接合させる態様を示す。接合を行う面は、十分に清浄化しておく。そして、ベース基板１００及び単結晶半導体基板１０１を加圧しながら密着させることにより、ベース基板１００及び単結晶半導体基板１０１が接合する。この接合はファン・デル・ワールス力が作用しており、ベース基板１００と単結晶半導体基板１０１とを圧接することで、水素結合によってファン・デル・ワールス力による接合よりも強固な接合を行うことが可能である。
【００４０】
良好な接合を行うために、接合を形成する面を活性化することが好ましい。例えば、接合を行う面に原子ビーム若しくはイオンビームを照射する。原子ビーム若しくはイオンビームを利用する場合には、アルゴン等の不活性ガス中性原子ビーム若しくは不活性ガスイオンビームを用いることができる。その他に、プラズマ照射若しくはラジカル処理を行う。また、可撓性を有し且つ絶縁表面を有する基板、または単結晶半導体層の少なくとも一方の接合面を、酸素プラズマによる処理や、オゾン水洗浄により、親水化してもよい。このような表面処理により、後の加熱処理の温度が２５０℃以上４００℃未満であっても異種材料間の接合強度を向上させることが容易となる。
【００４１】
なお、ベース基板１００及び単結晶半導体基板１０１の接合の前に行った加熱処理の代わりに、ベース基板１００及び単結晶半導体基板１０１を接合した後、ベース基板１００または単結晶半導体基板１０１からレーザビームを単結晶半導体基板に照射し、脆弱領域１０３を加熱してもよい。なお、単結晶半導体基板１０１側からレーザビームを照射する場合は、赤外光のレーザビームを用いる。この結果、脆弱領域が形成され、当該脆弱領域を分離領域として単結晶半導体基板１０１をベース基板１００から剥離（分離）することができる。
【００４２】
図５（Ｄ）に示すように、ベース基板１００と単結晶半導体基板１０１を貼り合わせた後、脆弱領域１０３を分離領域として単結晶半導体基板１０１をベース基板１００から剥離（分離）することで、ＳＯＩ基板を得ることができる。単結晶半導体基板１０１の表面はベース基板１００と接合しているので、ベース基板１００上には単結晶半導体基板１０１と同じ結晶性を有するＳＯＩ層１０２が残存することとなる。
【００４３】
脆弱領域１０３を分離領域として単結晶半導体基板１０１をベース基板１００から剥離（分離）する前に、剥離（分離）を容易に行うためにきっかけをつくることが好ましい。具体的には、脆弱領域１０３及びＳＯＩ層１０２の密着性を選択的（部分的）に低下させる前処理を行うことで、剥離（分離）不良が少なくなり、さらに歩留まりも向上する。代表的には、ベース基板１００または単結晶半導体基板１０１から脆弱領域１０３にレーザビームまたはダイサーで溝を形成する例がある。
【００４４】
また、単結晶半導体基板１０１をベース基板１００から剥離（分離）する際、ベース基板１００または単結晶半導体基板１０１の少なくとも一方の表面に、光または熱により剥離可能な粘着シートを設け、ベース基板１００または単結晶半導体基板１０１の一方を固定し、他方を引き剥がすことで、さらに剥離（分離）が容易となる。このとき、ベース基板１００または単結晶半導体基板１０１の他方に支持部材を設けることで引き剥がし工程が容易となる。
【００４５】
なお、剥離（分離）により得られるＳＯＩ層は、その表面を平坦化するため、化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）を行うことが好ましい。また、ＣＭＰ等の物理的研磨手段を用いず、ＳＯＩ層の表面にレーザビームを照射して平坦化を行ってもよい。なお、レーザビームを照射する際は、酸素濃度が１０ｐｐｍ以下の窒素雰囲気下で行うことが好ましい。これは、酸素雰囲気下でレーザビームの照射を行うとＳＯＩ層表面が荒れる恐れがあるからである。また、得られたＳＯＩ層の薄層化を目的として、ＣＭＰ等を行ってもよい。
【００４６】
また、図５（Ｂ）に示す単結晶半導体基板１０１の表面に圧着部材１２２を設ける前に、単結晶半導体基板１０１表面に接合層１０４を形成してもよい。また、図５（Ｂ）に示す単結晶半導体基板１０１の表面に圧着部材１２２を設け、単結晶半導体基板１０１及び圧着部材１２２を密着させ加熱した後、単結晶半導体基板１０１表面に接合層１０４を形成してもよい。その後、図５（Ｃ）に示すように、接合層１０４及びベース基板１００を密接させることで、容易にこの両者を接合させることができる。
【００４７】
本実施の形態により、耐熱性の低い可撓性基板と単結晶半導体基板を接合し、ＳＯＩ基板を作製することができる。本構成によれば、プラスチック基板等の耐熱温度が低い基板であっても、接合力が強固な接合部によって基板と接合されたＳＯＩ層を有するＳＯＩ基板を歩留まり高く得ることができる。また、可撓性を有し、薄型であるＳＯＩ基板を作製することができる。
【００４８】
（実施の形態３）
次に、上記実施の形態とは異なるＳＯＩ基板の作製方法について、図６を用いて示す。図６では、接合層を用いてベース基板１００及び単結晶半導体基板１０１を接合する形態を示す。また、圧着部材を用いず、ベース基板１００及び単結晶半導体基板１０１を接合する形態を示す。
【００４９】
図５（Ａ）と同様に、図６（Ａ）に示すように、清浄化された単結晶半導体基板１０１の表面から電界で加速されたイオンを照射して単結晶半導体基板の所定の深さに当該イオンの元素を含ませ、脆弱領域１０３を形成する。
【００５０】
次に、図６（Ｂ）に示すように、単結晶半導体基板１０１に少なくともキャップ層１２３及び接合層１０４を形成する。ここでは、単結晶半導体基板１０１の表面にキャップ層１２３を形成し、キャップ層１２３上に接合層１０４を形成する。
【００５１】
ここでは、接合層１０４またはキャップ層１２３の少なくとも一方の厚さが厚い方が好ましい。後の工程で加熱処理を行うことで、脆弱領域１０３に形成された微小な空洞の体積変化が起こるが、単結晶半導体基板表面にはキャップ層１２３が設けられており、単結晶半導体基板の表面は平坦性を保つことができるため、その上に設けられる接合層１０４の平坦性をも保つことができる。この結果、脆弱領域１０３の微小な空洞の体積変化により、脆弱領域１０３に歪みが生じ、脆弱領域に沿って脆弱化することが可能となる。特に、キャップ層１２３の厚さを厚くすることで、加熱処理の際、単結晶半導体基板１０１の表面に対して垂直方向に力が加わるため単結晶半導体基板の照射面の平坦性を保ちつつ、脆弱領域を形成する効果がある。
【００５２】
キャップ層１２３としては、窒素含有絶縁層や酸化珪素層の単層や積層とすることができる。なお、キャップ層１２３の一部または全部を窒素含有絶縁層で形成することで、キャップ層１２３はバリア層としても機能するため好ましい。
【００５３】
次に、加熱して、脆弱領域１０３の微小な空洞の体積を変化させる。この結果、後の工程で脆弱領域を分離領域として単結晶半導体基板１０１をベース基板１００から剥離（分離）することを容易とする。加熱処理の温度は、脆弱領域１０３が剥離（分離）する温度未満であり、且つ脆弱領域１０３が形成される温度以上であることが好ましい。例えば、２５０℃以上、好ましくは３００℃以上、４００℃未満、好ましくは３５０℃未満の熱処理が好ましい。
【００５４】
図６（Ｃ）は、キャップ層１２３及び接合層１０４が形成された単結晶半導体基板１０１の接合層１０４とベース基板１００を密着させて接合する工程を示している。単結晶半導体基板１０１上の接合層１０４とベース基板１００を密着させることにより接合する。
【００５５】
良好な接合を行うために、接合層１０４またはベース基板１００の少なくとも一方の表面を活性化しておいても良い。例えば、接合を行う面に原子ビーム若しくはイオンビームを照射する。原子ビーム若しくはイオンビームを利用する場合には、アルゴン等の不活性ガス中性原子ビーム若しくは不活性ガスイオンビームを用いることができる。その他に、プラズマ照射若しくはラジカル処理を行う。また、ベース基板１００、または接合層１０４の少なくとも一方の接合面を、酸素プラズマによる処理や、オゾン水洗浄により、親水化してもよい。このような表面処理により４００℃未満の温度であっても異種材料間の接合を行うことが容易となる。
【００５６】
その後、図６（Ｄ）で示すように単結晶半導体基板１０１を剥離（分離）することで、ＳＯＩ基板を得ることができる。なお、剥離（分離）により得られるＳＯＩ層は、その表面を平坦化することが好ましい。また、得られたＳＯＩ層の薄層化を目的として、ＣＭＰ等を行ってもよい。また、脆弱領域１０３を分離領域として単結晶半導体基板１０１をベース基板１００から剥離（分離）する前に、剥離（分離）を容易に行うためにきっかけをつくってもよい。さらには、単結晶半導体基板１０１をベース基板１００から剥離（分離）する際、ベース基板１００または単結晶半導体基板１０１の少なくとも一方の表面に光または熱により剥離可能な粘着シートを設け、ベース基板１００または単結晶半導体基板１０１の一方を固定し、他方を引き剥がすことで、さらに剥離（分離）が容易となる。このとき、ベース基板１００または単結晶半導体基板１０１の他方に支持部材を設けることで引き剥がし工程が容易となる。
【００５７】
なお、ベース基板１００及び単結晶半導体基板１０１の接合の前に行った加熱処理の代わりに、ベース基板１００及び単結晶半導体基板１０１を接合した後、ベース基板１００または単結晶半導体基板１０１からレーザビームを単結晶半導体基板に照射し、脆弱領域１０３を加熱してもよい。なお、単結晶半導体基板１０１側からレーザビームを照射する場合は、単結晶半導体基板が吸収する波長のレーザビーム、代表的には赤外光のレーザビームを用いる。この結果、脆弱領域を分離領域として単結晶半導体基板１０１をベース基板１００から剥離（分離）することができる。
【００５８】
本実施の形態により、耐熱性の低い可撓性基板と単結晶半導体基板を接合し、ＳＯＩ基板を作製することができる。本構成によれば、プラスチック基板等の耐熱温度が低い基板であっても、接合力が強固な接合部によって基板と接合されたＳＯＩ層を有するＳＯＩ基板を歩留まり高く得ることができる。また、可撓性を有し、薄型であるＳＯＩ基板を作製することができる。
【００５９】
（実施の形態４）
次に、上記実施の形態とは異なるＳＯＩ基板の作製方法について、図７を用いて示す。ここでは、支持基板上に剥離層を形成し、剥離層上にＳＯＩ層を形成し、ＳＯＩ層上にベース基板を貼り付けた後、支持基板からベース基板を剥離して、ＳＯＩ基板を作製する。
【００６０】
図７（Ａ）に示すように、支持基板１３０上に剥離層１３１を形成し、剥離層１３１上に絶縁層１３２を形成する。ここでは、支持基板１３０としては、剥離層を形成するための基板であり、脆弱領域に亀裂を生じさせる加熱処理温度（代表的には、４００℃乃至６００℃）に耐えうる耐熱性を有する基板が好ましく、代表的には、ガラス基板、石英基板、セラミック基板、金属基板、シリコンウエハー等を用いることができる。
【００６１】
剥離層１３１としては、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法、塗布法、印刷法等により、タングステン、モリブデン、チタン、タンタル、ニオブ、ニッケル、コバルト、ジルコニウム、亜鉛、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、及び珪素の中から選択された元素、又は元素を主成分とする合金材料、又は元素を主成分とする化合物材料からなる層を、単層または複数の層を積層させて形成する。剥離層１３１として珪素を含む層を形成する場合、珪素を含む層の結晶構造は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれの場合でもよい。ここでは、塗布法は、溶液を被処理物上に吐出させて形成する方法であり、例えばスピンコーティング法や液滴吐出法を含む。また、液滴吐出法とは微粒子を含む組成物の液滴を微細な孔から吐出して所定の形状のパターンを形成する方法である。
【００６２】
剥離層１３１が単層構造の場合、好ましくは、タングステン、モリブデン、又はタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成する。又は、タングステンの酸化物若しくは酸化窒化物を含む層、モリブデンの酸化物若しくは酸化窒化物を含む層、又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化物若しくは酸化窒化物を含む層を形成する。なお、タングステンとモリブデンの混合物とは、例えば、タングステンとモリブデンの合金に相当する。
【００６３】
剥離層１３１が積層構造の場合、好ましくは、１層目として金属層を形成し、２層目として金属酸化物層を形成する。代表的には、１層目としてタングステン、モリブデン、又はタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成し、２層目として、タングステン、モリブデン、又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化物、タングステン、モリブデン、又はタングステンとモリブデンの混合物の窒化物、タングステン、モリブデン、又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化窒化物、又はタングステン、モリブデン、又はタングステンとモリブデンの混合物の窒化酸化物を含む層を形成する。
【００６４】
剥離層１３１として、１層目として金属層、２層目として金属酸化物層の積層構造を形成する場合、金属層、例えばタングステンを含む層を形成し、その上層に酸化物で形成される絶縁層１３２、例えば酸化珪素層を形成することで、タングステンを含む層と絶縁層との界面に、金属酸化物層、例えばタングステンの酸化物を含む層が形成されることを活用してもよい。さらには、金属層の表面を、熱酸化処理、酸素プラズマ処理、オゾン水等の酸化力の強い溶液での処理等を行って金属酸化物層を形成してもよい。
【００６５】
さらには、剥離層１３１として、１層目として金属層、２層目として金属窒化物層、金属酸化窒化物層を形成してもよい。代表的には、１層目としてタングステンを含む層を形成した後、２層目として、窒化タングステン層、酸化窒化タングステン層を形成すればよい。
【００６６】
絶縁層１３２としては、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法、塗布法、印刷法等により、無機化合物を用いて単層又は多層で形成する。無機化合物の代表例としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素等がある。なお、下地層として機能する絶縁層１３２に、窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素等を用いることにより、外部から後に形成される素子層へ水分や、酸素等の気体が侵入することを防止することができる。
【００６７】
さらには、絶縁層１３２を積層構造としても良い。例えば、無機化合物を用いて積層してもよく、代表的には、酸化珪素、窒化酸化珪素、窒化珪素、または酸化窒化珪素の２つ以上を積層して形成しても良い。
【００６８】
次に、実施の形態２または３に示す工程により脆弱化された脆弱領域１０３を有する単結晶半導体基板１０１と、絶縁層１３２とを密着させることで接合する。
【００６９】
良好な接合を行うために、絶縁層１３２または単結晶半導体基板１０１の少なくとも一方の表面を活性化しておいても良い。例えば、接合を行う面に原子ビーム若しくはイオンビームを照射する。原子ビーム若しくはイオンビームを利用する場合には、アルゴン等の不活性ガス中性原子ビーム若しくは不活性ガスイオンビームを用いることができる。その他に、プラズマ照射若しくはラジカル処理を行う。また、絶縁層１３２、または単結晶半導体基板の少なくとも一方の接合面を、酸素プラズマによる処理や、オゾン水洗浄により、親水化してもよい。このような表面処理により２５０℃以上４００℃未満の温度であっても異種材料間の接合を行うことが容易となる。
【００７０】
図７（Ｂ）に示すように、加熱処理、さらには加圧処理を行うことで、脆弱領域１０３を分離領域として単結晶半導体基板１０１を支持基板１３０から剥離（分離）する。加熱処理の温度は、支持基板１３０の耐熱温度以下であることが好ましい。例えば、４００℃乃至６００℃の熱処理を行うことにより、脆弱領域１０３に形成された微小な空洞の体積変化が起こり、脆弱領域１０３に沿って分離することが可能となる。
【００７１】
このとき、加熱処理の代わりに、単結晶半導体基板１０１からレーザビームを照射して、脆弱領域１０３に形成された微小な空洞の体積変化を行っても良い。レーザビームとしては、単結晶半導体基板を透過し、脆弱領域１０３に含まれる元素に吸収される波長を用いることが好ましく、代表的には赤外光を用いることができる。
【００７２】
単結晶半導体基板を剥離（分離）した後、ＳＯＩ層の表面を平坦化することが好ましい。また、得られたＳＯＩ層の薄層化を目的として、ＣＭＰ等を行ってもよい。また、脆弱領域１０３を分離領域として単結晶半導体基板１０１を支持基板１３０から剥離（分離）する前に、剥離（分離）を容易に行うためにきっかけをつくってもよい。さらには、単結晶半導体基板１０１を支持基板１３０から剥離（分離）する際、支持基板１３０または単結晶半導体基板１０１の少なくとも一方の表面に、光または熱により剥離可能な粘着シートを設け、支持基板１３０または単結晶半導体基板１０１の一方を固定し、他方を引き剥がすことで、さらに剥離（分離）が容易となる。このとき、支持基板１３０または単結晶半導体基板１０１の他方に支持部材を設けることで引き剥がし工程が容易となる。
【００７３】
次に、図７（Ｃ）に示すように、ＳＯＩ層１０２にベース基板１００を熱圧着することにより、ＳＯＩ層１０２にベース基板１００を固着させることができる。また。ＳＯＩ層１０２に接着材（図示しない）を用いてベース基板１００を固着することができる。また、実施の形態２に示すように、ＳＯＩ層１０２とベース基板１００を密着させて、接合してもよい。
【００７４】
次に、図７（Ｄ）に示すように、支持基板１３０からＳＯＩ層１０２が固着されたベース基板１００を物理的手段により剥離する。物理的手段とは、力学的手段または機械的手段を指し、何らかの力学的エネルギー（機械的エネルギー）を変化させる手段を指しており、その手段は、代表的には機械的な力を加えること（例えば人間の手や把持具で引き剥がす処理や、ローラーを回転させながら分離する処理）である。このとき、ベース基板１００または支持基板１３０の少なくとも一方の表面に、光または熱により剥離可能な粘着シートを設けると、さらに剥離が容易となる。
【００７５】
また、剥離層１３１及び絶縁層１３２の界面に液体を浸透させて支持基板１３０からベース基板１００を剥離してもよい。
【００７６】
ここでは、剥離層１３１及び絶縁層１３２の界面、剥離層１３１、または支持基板１３０及び剥離層１３１の界面のいずれかで剥離が生じ、支持基板１３０から素子層を剥離することができる。
【００７７】
なお、上記剥離工程の前に、剥離を容易に行うために、剥離層１３１にきっかけをつくってもよい。さらには、単結晶半導体基板１０１を支持基板１３０から剥離する際、支持基板１３０または単結晶半導体基板１０１の少なくとも一方の表面に、光または熱により剥離可能な粘着シートを設け、ベース基板１００または支持基板１３０の一方を固定し、他方を引き剥がすことで、さらに剥離が容易となる。このとき、支持基板１３０または単結晶半導体基板１０１の他方に支持部材を設けることで引き剥がし工程が容易となる。
【００７８】
この後、ＳＯＩ層１０２表面に接合される絶縁層１３２を除去してもよい。以上の工程により、ＳＯＩ基板を作製することができる。本形態によれば、脆弱領域が形成された単結晶半導体基板を加熱してＳＯＩ層を剥離した後、当該ＳＯＩ層にベース基板を固着する。また、ハンドリングのしやすい支持基板上に一旦ＳＯＩ層を保持した後、当該ＳＯＩ層にベース基板を固着し、支持基板からＳＯＩ層を剥離する。このため、耐熱性の低いベース基板上にＳＯＩ層が設けられたＳＯＩ基板を歩留まり高く作製することができる。
【００７９】
本実施の形態により、耐熱性の低い可撓性基板と単結晶半導体基板を接合し、ＳＯＩ基板を作製することができる。本構成によれば、プラスチック基板等の耐熱温度が低い基板であっても、接合力が強固な接合部によって基板と接合されたＳＯＩ層を有するＳＯＩ基板を歩留まり高く得ることができる。また、支持基板は可撓性を有する基板と比較して扱いやすいため、作製工程におけるハンドリングがしやすく、歩留まりを高めることができる。また、可撓性を有し、薄型であるＳＯＩ基板を作製することができる。
【００８０】
（実施の形態５）
次に、上記実施の形態とは異なるＳＯＩ基板の作製方法について、図８を用いて示す。ここでは、ベース基板１００として、耐熱温度が７００℃以下であるベース基板１００を用いてＳＯＩ基板を作製する。
【００８１】
図５（Ａ）と同様に、図８（Ａ）に示すように、清浄化された単結晶半導体基板１０１に電界で加速されたイオンを照射し単結晶半導体基板の所定の深さに含ませ、脆弱領域１０３を形成する。
【００８２】
次に、図８（Ｂ）に示すように、単結晶半導体基板１０１に少なくとも接合層１０４を形成する。ここでは、単結晶半導体基板１０１の表面にバリア層１０５を形成し、バリア層１０５上に接合層１０４を形成する。
【００８３】
バリア層１０５としては、少なくとも窒素含有絶縁層を含むことが好ましい。窒化含有絶縁層は、代表的には窒化珪素層、窒化酸化珪素層、酸化窒化珪素層、窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、若しくは酸化窒化アルミニウム層から選ばれた一又は複数の層を積層して形成する。例えば、単結晶半導体基板１０１側から酸化窒化珪素層、窒化酸化珪素層を積層してバリア層１０５とすることができる。バリア層１０５は、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いて形成することができる。
【００８４】
図８（Ｃ）は、単結晶半導体基板１０１の接合層１０４とベース基板１００とを密着させて接合を行う工程を示している。単結晶半導体基板１０１上の接合層１０４とベース基板１００を密着させることで接合する。ここでは、ベース基板１００の耐熱温度が７００℃以下であることが好ましく、代表的には、可撓性を有するガラス基板、可撓性を有し且つ絶縁層を有する金属フィルム等を用いることができる。このような耐熱性を有することで、脆弱領域１０３に沿って分離することが可能とするための加熱処理を行うことができる。
【００８５】
良好な接合を行うために、ベース基板１００または接合層１０４の少なくとも一方の表面を活性化しておいても良い。例えば、接合を行う面に原子ビーム若しくはイオンビームを照射する。原子ビーム若しくはイオンビームを利用する場合には、アルゴン等の不活性ガス中性原子ビーム若しくは不活性ガスイオンビームを用いることができる。その他に、プラズマ照射若しくはラジカル処理を行う。また、可撓性を有し且つ絶縁表面を有する基板、または単結晶半導体基板の少なくとも一方の接合面を、酸素プラズマによる処理や、オゾン水洗浄により、親水化してもよい。このような表面処理により２５０℃以上４００℃未満の温度であっても異種材料間の接合を行うことが容易となる。
【００８６】
その後、加熱処理、さらには加圧処理を行うことで、図８（Ｄ）で示すように、脆弱領域１０３を分離領域として単結晶半導体基板１０１をベース基板１００から剥離（分離）することができる。加熱処理の温度は、ベース基板１００の耐熱温度以下であることが好ましい。例えば、４００℃乃至６００℃の熱処理を行うことにより、脆弱領域１０３に形成された微小な空洞の体積変化が起こり、脆弱領域１０３に沿って分離することが可能となる。加圧処理においては、ベース基板１００及び単結晶半導体基板１０１の耐圧性を考慮して、接合面に垂直な方向に圧力が加わるように行う。
【００８７】
このとき、加熱処理の代わりに、単結晶半導体基板１０１からレーザビームを照射して、脆弱領域１０３に形成された微小な空洞の体積変化を行っても良い。レーザビームとしては、単結晶半導体基板を透過し、脆弱領域１０３に含まれる元素に吸収される波長を用いることが好ましく、代表的には赤外光を用いることができる。
【００８８】
また、加熱処理の代わりに、ベース基板１００及び単結晶半導体基板１０１を接合した後、ベース基板１００からレーザビームを単結晶半導体基板に照射し、脆弱領域１０３を加熱してもよい。この結果、脆弱領域を分離領域として単結晶半導体基板１０１をベース基板１００から剥離（分離）することができる。
【００８９】
なお、剥離（分離）により得られるＳＯＩ層は、その表面を平坦化することが好ましい。また、得られたＳＯＩ層の薄層化を目的として、ＣＭＰ等を行ってもよい。また、脆弱領域１０３を分離領域として単結晶半導体基板１０１をベース基板１００から剥離（分離）する前に、剥離（分離）を容易に行うためにきっかけをつくってもよい。さらには、単結晶半導体基板１０１をベース基板１００から剥離（分離）する際、ベース基板１００または単結晶半導体基板１０１の少なくとも一方の表面に光または熱により剥離可能な粘着シートを設け、ベース基板１００または単結晶半導体基板１０１の一方を固定し、他方を引き剥がすことで、さらに剥離（分離）が容易となる。このとき、ベース基板１００または単結晶半導体基板１０１の他方に支持部材を設けることで引き剥がし工程が容易となる。
【００９０】
このように、本形態によれば、ガラス基板等の耐熱温度が７００℃以下のベース基板１００であっても、ベース基板との接合部の接合力が強固なＳＯＩ層１０２を得ることができる。ベース基板１００として、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如き無アルカリガラスと呼ばれる電子工業用に使われる各種ガラス基板を適用することが可能となる。すなわち、一辺が１メートルを超える基板上に単結晶半導体層を形成することができる。このような大面積基板を使って液晶ディスプレイのような表示装置のみならず、半導体集積回路を製造することができる。
【００９１】
また、本実施の形態の半導体装置は、可撓性を有し且つ絶縁表面を有する支持基板に接合された単結晶半導体層によって集積回路が形成することで、処理速度の高速化、及び低消費電力化を図った半導体装置を作製することができる。また、可撓性を有し、薄型である半導体装置を作製することができる。
【００９２】
（実施の形態６）
次に、上記実施の形態１乃至５に示すＳＯＩ基板を用いた半導体装置について図９と図１０を参照して説明する。ここでは、図６及び図８に示すように、接合層１０４を用いて単結晶半導体基板とベース基板を接合したＳＯＩ基板を用いて半導体装置を作製した形態を示すが、図５及び図７に示すように、接合層を用いず単結晶半導体基板及びベース基板を接合したＳＯＩ基板を用いることができる。また、ＳＯＩ基板のベース基板に支持基板を貼り付けてもいい。また、ＳＯＩ基板を保持する保持部材によってＳＯＩ基板を保持することで、撓みやすい可撓性基板でも歩留まり高く半導体装置を作製することができる。保持部材としては、ローラー、把持具等がある。
【００９３】
図９（Ａ）において、ベース基板１００に接合層１０４及びバリア層１０５を介してＳＯＩ層１０２が設けられている。ＳＯＩ層１０２上には、素子形成領域に合わせて窒化珪素層１２４、酸化珪素層１２５を形成する。酸化珪素層１２５は、素子分離のためにＳＯＩ層１０２をエッチングするときのハードマスクとして用いる。窒化珪素層１２４はエッチングストッパーとして用いる。
【００９４】
ＳＯＩ層１０２の厚さは５ｎｍ乃至５００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ乃至２００ｎｍとする。ＳＯＩ層１０２の厚さは、図５で説明した脆弱領域１０３の深さを制御することにより適宜設定できる。ＳＯＩ層１０２には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型不純物を添加する。例えば、ｐ型不純物として硼素を５×１０１６ｃｍ−３以上１×１０１８ｃｍ−３以下の濃度で添加すれば良い。
【００９５】
図９（Ｂ）は、酸化珪素層１２５をマスクとしてＳＯＩ層１０２、接合層１０４をエッチングする工程である。次に、ＳＯＩ層１０２及び接合層１０４の露出した端面に対してプラズマ処理を行うことにより窒化する。この窒化処理により、少なくともＳＯＩ層１０２の周辺端部には窒化珪素層１０７が形成される。窒化珪素層１０７は絶縁性であり、ＳＯＩ層１０２の端面でのリーク電流が流れるのを防止する効果がある。また、耐酸化作用があるので、ＳＯＩ層１０２とバリア層１０５との間に、端面から酸化層が成長してバーズピークが形成されるのを防ぐことができる。
【００９６】
図９（Ｃ）は、素子分離絶縁層１０８を堆積する工程である。素子分離絶縁層１０８には、ＴＥＯＳを用いて化学気相成長法で堆積した酸化珪素膜を用いる。素子分離絶縁層１０８はＳＯＩ層１０２が埋め込まれるように厚く堆積する。
【００９７】
図９（Ｄ）は窒化珪素層１２４が露出するまで素子分離絶縁層１０８を除去する工程を示している。この除去工程は、ドライエッチングによって行うこともできるし、化学的機械研磨処理によって行っても良い。窒化珪素層１２４はエッチングストッパーとなる。素子分離絶縁層１０８はＳＯＩ層１０２の間に埋め込まれるように残存する。窒化珪素層１２４はその後除去する。
【００９８】
図９（Ｅ）において、ＳＯＩ層１０２が露出した後、ゲート絶縁層１０９、ゲート電極１１０、サイドウオール絶縁層１１１を形成し、第１不純物領域１１２、第２不純物領域１１３を形成する。絶縁層１１４は窒化珪素層で形成し、ゲート電極１１０をエッチングするときのハードマスクとして用いる。
【００９９】
図１０（Ａ）において、層間絶縁層１１５を形成する。層間絶縁層１１５はＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｇｌａｓｓ）層を形成してリフローにより平坦化させる。また、ＴＥＯＳを用いて酸化珪素層を形成し化学的機械研磨処理によって平坦化しても良い。平坦化処理においてゲート電極１１０上の絶縁層１１４はエッチングストッパーとして機能する。層間絶縁層１１５にはコンタクトホール１１６を形成する。コンタクトホール１１６は、サイドウオール絶縁層１１１を利用してセルフアラインコンタクトの構成となっている。
【０１００】
その後、図１０（Ｂ）で示すように、六フッ化タングステンを用い、ＣＶＤ法でコンタクトプラグ１１７を形成する。さらに絶縁層１１８を形成し、コンタクトプラグ１１７に合わせて開口を形成して配線１１９を設ける。配線１１９はアルミニウム若しくはアルミニウム合金で形成し、上層と下層にはバリアメタルとしてモリブデン、クロム、チタンなどの金属層を形成する。
【０１０１】
ここでは、ＳＯＩ層１０２から絶縁層１１８及び配線１１９までの積層体を素子層１３５と示す。
【０１０２】
この後、素子層１３５に複数の半導体装置が含まれる場合、素子層１３５及びベース基板１００を分断して、複数の半導体装置を切り出してもよい。このような工程により、複数の半導体装置を作製することができる。
【０１０３】
このように、ベース基板１００に接合されたＳＯＩ層１０２を用いて半導体素子、代表的には電界効果トランジスタを作製することができる。本形態に係るＳＯＩ層１０２は、結晶方位が一定の単結晶半導体であるため、均一で高性能な電界効果トランジスタを得ることができる。すなわち、閾値電圧や移動度などトランジスタ特性として重要な特性値の不均一性を抑制し、高移動化などの高性能化を達成することができる。さらには、ベース基板１００及びＳＯＩ層１０２の間にバリア層１０５が設けられているため、ベース基板からの不純物がＳＯＩ層に侵入することを防ぐことが可能であるため、素子層に形成されるトランジスタの特性ばらつきを抑えることができる。また、可撓性を有し、薄型である半導体装置を作製することができる。
【０１０４】
（実施の形態７）
次に、上記実施の形態１乃至５に示すＳＯＩ基板を用いた半導体装置の作製方法について図１１及び図１２を参照して説明する。ここでは、図６及び図８に示すように、接合層１０４を用いて単結晶半導体基板とベース基板を接合したＳＯＩ基板を用いて半導体装置を作製した形態を示すが、図５及び図７に示すように、接合層を用いず単結晶半導体基板及びベース基板を接合したＳＯＩ基板を用いることができる。また、ＳＯＩ基板のベース基板に支持基板を貼り付けてもいい。また、ＳＯＩ基板を保持する保持部材によってＳＯＩ基板を保持することで、撓みやすい可撓性基板でも歩留まり高く半導体装置を作製することができる。保持部材としては、ローラー、把持具等がある。
【０１０５】
図６（Ａ）と同様に、図１１（Ａ）に示すように、単結晶半導体基板１０１にその表面から電界で加速されたイオンを照射し単結晶半導体基板の所定の深さに含ませ、脆弱領域１０３を形成する。次に、単結晶半導体基板１０１の表面にキャップ層１２３及び接合層１０４を順に積層する。この後、加熱して脆弱領域１０３をさらに脆弱化する。また、キャップ層１２３の代わりに、実施の形態２に示すように、接合層１０４に圧着部材を設けた後、加熱して、脆弱領域１０３をさらに脆弱化してもよい。
【０１０６】
図１１（Ｂ）は、支持基板１３０上に形成された絶縁層１３２と単結晶半導体基板１０１の接合層１０４の表面とを密接させ、この両者を接合させる態様を示す。
【０１０７】
支持基板１３０上に剥離層１３１を形成し、剥離層１３１上に絶縁層１３２を形成する。次に、支持基板１３０上に形成される絶縁層１３２と単結晶半導体基板１０１表面に形成される接合層１０４を密着させ、絶縁層１３２及び接合層１０４を接合する。この接合はファン・デル・ワールス力が作用しており、支持基板１３０と単結晶半導体基板１０１とを圧接することで水素結合により強固な接合を行うことが可能である。
【０１０８】
さらに、良好な接合を行うために、表面を活性化しておいても良い。例えば、接合を行う面に原子ビーム若しくはイオンビームを照射する。原子ビーム若しくはイオンビームを利用する場合には、アルゴン等の不活性ガス中性原子ビーム若しくは不活性ガスイオンビームを用いることができる。その他に、プラズマ照射若しくはラジカル処理を行う。このような表面処理により２５０℃以上４００℃未満の温度であっても異種材料間の接合を行うことが容易となる。
【０１０９】
図１１（Ｃ）において、支持基板１３０と単結晶半導体基板１０１を貼り合わせた後、単結晶半導体基板１０１を４００℃乃至６００℃で加熱処理し、脆弱領域１０３に亀裂を生じさせ、脆弱領域１０３を分離領域として単結晶半導体基板１０１を支持基板１３０から剥離（分離）する。接合層１０４は支持基板１３０と接合しているので、支持基板１３０上には単結晶半導体基板１０１と同じ結晶性を有するＳＯＩ層１０２が残存することとなる。
【０１１０】
なお、上記加熱処理の代わりに、支持基板１３０及び単結晶半導体基板１０１を接合した後、支持基板１３０からレーザビームを単結晶半導体基板に照射し、脆弱領域１０３を加熱してもよい。この結果、脆弱領域を分離領域として単結晶半導体基板１０１を支持基板１３０から剥離（分離）することができる。
【０１１１】
この後、ＳＯＩ層１０２の表面を平坦化することが好ましい。平坦化方法としては、ＣＭＰを用いることができる。または、ＳＯＩ層１０２の表面にレーザビームを照射し、表面を溶融して平坦化することができる。
【０１１２】
次に、図９及び図１０の工程を経て、ＳＯＩ層１０２を用いてトランジスタを含む素子層１３５を形成する。次に、素子層１３５上にベース基板１３６を設ける。ベース基板１３６及び素子層１３５を熱圧着することにより、素子層１３５にベース基板１３６を固着させることができる。また。素子層１３５に接着材（図示しない）を用いてベース基板１３６を固着することができる。（図１１（Ｄ）参照）。ベース基板１３６としては、上記ベース基板１００の代表例に列挙したものを適宜用いることができる。
【０１１３】
この後、後の剥離工程を容易に行うために、ベース基板１３６から、素子層１３５及び剥離層１３１にレーザビームを照射して、溝を形成してもよい。溝を形成するために照射するレーザビームとしては、剥離層１３１、または素子層１３５を構成する層のいずれかが吸収する波長を有するレーザビームが好ましく、代表的には、紫外領域、可視領域、又は赤外領域のレーザビームを適宜選択して照射する。
【０１１４】
次に、図１２（Ａ）に示すように、支持基板１３０から素子層１３５を物理的手段により剥離する。または、剥離層１３１及び絶縁層１３２の界面に液体を浸透させて支持基板１３０から素子層１３５を剥離する。
【０１１５】
ここでは、剥離層１３１及び絶縁層１３２の界面、剥離層１３１、または支持基板１３０及び剥離層１３１の界面のいずれかで剥離が生じ、支持基板１３０から素子層１３５を剥離することができる。
【０１１６】
なお、素子層１３５及びベース基板１３６を支持基板１３０から剥離する際、支持基板１３０またはベース基板１３６の少なくとも一方の表面に光または熱により剥離可能な粘着シートを設け、支持基板１３０またはベース基板１３６の一方を固定し、他方を引き剥がすことで、さらに剥離が容易となる。このとき、支持基板１３０またはベース基板１３６の他方に支持部材を設けることで引き剥がし工程が容易となる。
【０１１７】
次に、図１２（Ｂ）に示すように、絶縁層１３２に可撓性基板１３７を固着させる。可撓性基板１３７の材料及び固着方法はベース基板１３６と同様のものを適用することができる。
【０１１８】
この後、素子層１３５に複数の半導体装置が含まれる場合、素子層１３５、ベース基板１３６及び可撓性基板１３７を分断して、複数の半導体装置を切り出してもよい。このような工程により、複数の半導体装置を作製することができる。
【０１１９】
このように、支持基板１３０に接合されたＳＯＩ層１０２を用いた電界効果トランジスタを含む素子層を作製した後、当該素子層を用いて、可撓性を有し且つ薄型である半導体装置を作製することができる。本形態に係るＳＯＩ層１０２は、結晶方位が一定の単結晶半導体であるため、均一で高性能な電界効果トランジスタを得ることができる。すなわち、閾値電圧や移動度などトランジスタ特性として重要な特性値の不均一性を抑制し、高移動化などの高性能化を達成することができる。さらには、ベース基板１３６及びＳＯＩ層１０２の間にバリア層１０５が設けられているため、ベース基板からの不純物がＳＯＩ層に侵入することを防ぐことが可能であるため、素子層に形成されるトランジスタの特性ばらつきを抑えることができる。
【０１２０】
また、支持基板上に接合したＳＯＩ層を用いて電界効果トランジスタを形成した後、支持基板から電界効果トランジスタを有する素子層を剥離して、可撓性を有し薄型の半導体装置を作製する。このため、作製工程における支持基板の取り扱いが容易になり、歩留まりを高めることができる。
【０１２１】
（実施の形態８）
上記実施の形態１乃至５に示すＳＯＩ基板を用いた半導体装置について図１３及び図１４を参照して説明する。ここでは、図６及び図８に示すように、接合層１０４を用いて単結晶半導体基板とベース基板を接合したＳＯＩ基板を用いて半導体装置を作製した形態を示すが、図５及び図７に示すように、接合層を用いず単結晶半導体基板及びベース基板を接合したＳＯＩ基板を用いることができる。また、ＳＯＩ基板のベース基板側に支持基板を貼り付けてもいい。また、ＳＯＩ基板を保持する保持部材によってＳＯＩ基板を保持することで、撓みやすい可撓性基板でも歩留まり高く半導体装置を作製することができる。保持部材としては、ローラー、把持具等がある。
【０１２２】
図６（Ａ）と同様に、図１３（Ａ）に示すように、単結晶半導体基板１０１にその表面から電界で加速されたイオンを照射し単結晶半導体基板の所定の深さに含ませ、脆弱領域１０３を形成する。次に、単結晶半導体基板１０１の表面にキャップ層１２３及び接合層１０４を順に積層する。次に、単結晶半導体基板１０１を２５０℃以上、好ましくは３００℃以上、４００℃未満、好ましくは３５０℃未満で加熱処理し、脆弱領域１０３をさらに脆弱にする。ここでは、単結晶半導体基板１０１表面にキャップ層１２３が形成されるため、単結晶半導体基板１０１の表面及び接合層１０４の表面の平坦を保ちながら、脆弱領域１０３をさらに脆弱にすることができる。
【０１２３】
図１３（Ｂ）に示すように、支持基板１３０上に剥離層１３１を形成し、剥離層１３１上に絶縁層１３２を形成する。また、可撓性基板１４１に接合層１４０を形成する。次に、絶縁層１３２と可撓性基板１４１上に形成された接合層１４０とを密着させ、この両者を接合し、支持基板１３０と可撓性基板１４１を貼り合わせる。
【０１２４】
次に、図１３（Ｃ）に示すように、可撓性基板１４１と、単結晶半導体基板１０１に形成された接合層１０４を密着させ、この両者を接合し、可撓性基板１４１と単結晶半導体基板１０１を貼り合わせる。
【０１２５】
良好な接合を行うために、表面を活性化しておいても良い。例えば、接合を行う面に原子ビーム若しくはイオンビームを照射する。原子ビーム若しくはイオンビームを利用する場合には、アルゴン等の不活性ガス中性原子ビーム若しくは不活性ガスイオンビームを用いることができる。その他に、プラズマ照射若しくはラジカル処理を行う。また、可撓性を有し且つ絶縁表面を有する基板、または単結晶半導体基板の少なくとも一方の接合面を、酸素プラズマによる処理や、オゾン水洗浄により、親水化してもよい。このような表面処理により２５０℃以上４００℃未満の温度であっても異種材料間の接合を行うことが容易となる。
【０１２６】
図１３（Ｄ）において、脆弱領域１０３を分離領域として単結晶半導体基板１０１を支持基板１３０及び可撓性基板１４１から剥離（分離）する。接合層１０４は支持基板１３０と接合しているので、支持基板１３０上には単結晶半導体基板１０１と同じ結晶性を有するＳＯＩ層１０２が残存することとなる。
【０１２７】
なお、可撓性基板１４１及び単結晶半導体基板１０１の接合の前に行った加熱処理の代わりに、可撓性基板１４１及び単結晶半導体基板１０１を接合した後、単結晶半導体基板１０１からレーザビームを単結晶半導体基板に照射し、脆弱領域１０３を加熱してもよい。この結果、脆弱領域を分離領域として単結晶半導体基板１０１を可撓性基板１４１から剥離（分離）することができる。
【０１２８】
この後、ＳＯＩ層１０２の表面を平坦化することが好ましい。平坦化方法としては、ＣＭＰを用いることができる。または、ＳＯＩ層１０２の表面にレーザビームを照射し、表面を溶融して平坦化することができる。
【０１２９】
また、脆弱領域１０３を分離領域として単結晶半導体基板１０１を支持基板１３０から剥離（分離）する前に、剥離（分離）を容易に行うためにきっかけをつくってもよい。さらには、単結晶半導体基板１０１を支持基板１３０から剥離（分離）する際、支持基板１３０または単結晶半導体基板１０１の少なくとも一方の表面に光または熱により剥離可能な粘着シートを設け、支持基板１３０または単結晶半導体基板１０１の一方を固定し、他方を引き剥がすことで、さらに剥離（分離）が容易となる。このとき、支持基板１３０または単結晶半導体基板１０１の他方に支持部材を設けることで引き剥がし工程が容易となる。
【０１３０】
次に、図９及び図１０の工程を経て、ＳＯＩ層１０２を用いてトランジスタを含む素子層１３５を形成する。次に、素子層１３５上に可撓性基板１４２を設ける。可撓性基板１４２及び素子層１３５を熱圧着することにより、素子層１３５に可撓性基板１４２を固着させることができる。また。素子層１３５に接着材（図示しない）を用いて可撓性基板１４２を固着することができる。（図１４（Ａ）参照）。可撓性基板１４２としては、上記ベース基板１００の代表例に列挙したものを適宜用いることができる。
【０１３１】
次に、図１４（Ｂ）に示すように、支持基板１３０から可撓性基板１４１、素子層１３５、及び可撓性基板１４２の積層体を物理的手段により剥離する。または、剥離層１３１及び絶縁層１３２の界面に液体を浸透させて支持基板１３０から、可撓性基板１４１、１４２、及び素子層１３５の積層体を剥離する。
【０１３２】
ここでは、剥離層１３１及び絶縁層１３２の界面、剥離層１３１、または支持基板１３０及び剥離層１３１の界面のいずれかで剥離が生じ、支持基板１３０から素子層１３５を剥離することができる。
【０１３３】
なお、剥離層１３１において支持基板１３０から素子層１３５及び可撓性基板１４２を剥離する前に、剥離を容易に行うためにきっかけをつくってもよい。さらには、素子層１３５及び可撓性基板１４２を支持基板１３０から剥離する際、支持基板１３０または可撓性基板１４２の少なくとも一方の表面に光または熱により剥離可能な粘着シートを設け、支持基板１３０または可撓性基板１４２の一方を固定し、他方を引き剥がすことで、さらに剥離が容易となる。このとき、支持基板１３０または可撓性基板１４２の他方に支持部材を設けることで引き剥がし工程が容易となる。
【０１３４】
この後、素子層１３５に複数の半導体装置が含まれる場合、素子層１３５及び可撓性基板１４１、１４２を分断して、複数の半導体装置を切り出してもよい。このような工程により、複数の半導体装置を作製することができる。
【０１３５】
また、支持基板上に接合したＳＯＩ層を用いて電界効果トランジスタを形成した後、支持基板から電界効果を有する素子層を剥離して、可撓性を有し薄型の半導体装置を作製する。このため、作製工程におけるハンドリングがしやすく、歩留まりを高めることができる。
【０１３６】
このように、可撓性基板１４１に接合されたＳＯＩ層１０２を用いて電界効果トランジスタを作製することができる。本形態に係るＳＯＩ層１０２は、結晶方位が一定の単結晶半導体であるため、均一で高性能な電界効果トランジスタを得ることができる。すなわち、閾値電圧や移動度などトランジスタ特性として重要な特性値の不均一性を抑制し、高移動化などの高性能化を達成することができる。さらには、ベース基板１００及びＳＯＩ層１０２の間にバリア層１０５が設けられているため、ベース基板からの不純物がＳＯＩ層に侵入することを防ぐことが可能であるため、素子層に形成されるトランジスタの特性ばらつきを抑えることができる。また、可撓性を有し、薄型である半導体装置を作製することができる。
【０１３７】
（実施の形態９）
図１５は、実施の形態６乃至８に示す半導体装置の一例として、実施の形態１乃至５に示すＳＯＩ基板を用いて製造されるマイクロプロセッサの構成を示す。このマイクロプロセッサ２００は、演算回路２０１（Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  ｌｏｇｉｃ  ｕｎｉｔ。ＡＬＵともいう。）、演算回路制御部２０２（ＡＬＵ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、命令解析部２０３（Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ｄｅｃｏｄｅｒ）、割り込み制御部２０４（Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、タイミング制御部２０５（Ｔｉｍｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、レジスタ２０６（Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）、レジスタ制御部２０７（Ｒｅｇｉｓｔｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、バスインターフェース２０８（Ｂｕｓ  Ｉ／Ｆ）、読み出し専用メモリ２０９（ＲＯＭ）、及びメモリインターフェース２１０（ＲＯＭ  Ｉ／Ｆ）を有している。
【０１３８】
バスインターフェース２０８を介してマイクロプロセッサ２００に入力された命令は、命令解析部２０３に入力され、デコードされた後、演算回路制御部２０２、割り込み制御部２０４、レジスタ制御部２０７、タイミング制御部２０５に入力される。演算回路制御部２０２、割り込み制御部２０４、レジスタ制御部２０７、タイミング制御部２０５は、デコードされた命令に基づき各種制御を行う。具体的に演算回路制御部２０２は、演算回路２０１の動作を制御するための信号を生成する。また、割り込み制御部２０４は、マイクロプロセッサ２００のプログラム実行中に、外部の入出力装置や周辺回路からの割り込み要求を、その優先度やマスク状態から判断して処理する。レジスタ制御部２０７は、レジスタ２０６のアドレスを生成し、マイクロプロセッサ２００の状態に応じてレジスタ２０６の読み出しや書き込みを行う。タイミング制御部２０５は、演算回路２０１、演算回路制御部２０２、命令解析部２０３、割り込み制御部２０４、レジスタ制御部２０７の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えばタイミング制御部２０５は、基準クロック信号ＣＬＫ１を元に、内部クロック信号ＣＬＫ２を生成する内部クロック生成部を備えており、クロック信号ＣＬＫ２を上記各種回路に供給する。なお、図１５に示すマイクロプロセッサ２００は、その構成を簡略化して示した一例にすぎず、実際にはその用途によって多種多様な構成を備えることができる。
【０１３９】
このようなマイクロプロセッサ２００は、可撓性を有し且つ絶縁表面を有する基板上に接合された結晶方位が一定の単結晶半導体層（ＳＯＩ層）によって集積回路が形成されているので、処理速度の高速化のみならず低消費電力化を図ることができる。
【０１４０】
（実施の形態１０）
次に、実施の形態６乃至８に示す半導体装置の一例として、非接触でデータの送受信を行うことのできる演算機能を備えた半導体装置として、実施の形態１乃至５に示すＳＯＩ基板により得られるＲＦＣＰＵの構成について、図１６を参照して説明する。図１６は無線通信により外部装置と信号の送受信を行って動作するコンピュータ（以下、「ＲＦＣＰＵ」という）の一例を示す。ＲＦＣＰＵ２１１は、アナログ回路部２１２とデジタル回路部２１３を有している。アナログ回路部２１２として、共振容量を有する共振回路２１４、整流回路２１５、定電圧回路２１６、リセット回路２１７、発振回路２１８、復調回路２１９、変調回路２２０、電源管理回路２３０を有している。デジタル回路部２１３は、ＲＦインターフェース２２１、制御レジスタ２２２、クロックコントローラ２２３、インターフェース２２４（ＣＰＵインターフェース）、中央処理ユニット２２５（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ２２６（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ２２７（ＲＯＭ）を有している。
【０１４１】
このような構成のＲＦＣＰＵ２１１の動作は概略以下の通りである。アンテナ２２８が受信した信号を元に共振回路２１４により誘導起電力が生じる。誘導起電力は、整流回路２１５を経て容量部２２９に充電される。この容量部２２９はセラミックコンデンサーや電気二重層コンデンサーなどのキャパシタで形成されていることが好ましい。容量部２２９はＲＦＣＰＵ２１１と一体形成されている必要はなく、別部品としてＲＦＣＰＵ２１１を構成する絶縁表面を有する基板に取り付けられていれば良い。
【０１４２】
リセット回路２１７は、デジタル回路部２１３をリセットし初期化する信号を生成する。例えば、電源電圧の上昇に遅延して立ち上がる信号をリセット信号として生成する。発振回路２１８は、定電圧回路２１６により生成される制御信号に応じて、クロック信号の周波数とデューティー比を変更する。ローパスフィルタで形成される復調回路２１９は、例えば振幅変調（ＡＳＫ）方式の受信信号の振幅の変動を二値化する。変調回路２２０は、振幅変調（ＡＳＫ）方式の送信信号の振幅を変動させて送信する。変調回路２２０は、共振回路２１４の共振点を変化させることで通信信号の振幅を変化させている。クロックコントローラ２２３は、電源電圧又は中央処理ユニット２２５における消費電流に応じてクロック信号の周波数とデューティー比を変更するための制御信号を生成している。電源電圧の監視は電源管理回路２３０が行っている。
【０１４３】
アンテナ２２８からＲＦＣＰＵ２１１に入力された信号は復調回路２１９で復調された後、ＲＦインターフェース２２１で制御コマンドやデータなどに分解される。制御コマンドは制御レジスタ２２２に格納される。制御コマンドには、読み出し専用メモリ２２７に記憶されているデータの読み出し、ランダムアクセスメモリ２２６へのデータの書き込み、中央処理ユニット２２５への演算命令などが含まれている。中央処理ユニット２２５は、インターフェース２２４を介して読み出し専用メモリ２２７、ランダムアクセスメモリ２２６、制御レジスタ２２２にアクセスする。インターフェース２２４は、中央処理ユニット２２５が要求するアドレスより、読み出し専用メモリ２２７、ランダムアクセスメモリ２２６、制御レジスタ２２２のいずれかに対するアクセス信号を生成する機能を有している。
【０１４４】
中央処理ユニット２２５の演算方式は、読み出し専用メモリ２２７にＯＳ（オペレーティングシステム）を記憶させておき、起動とともにプログラムを読み出し実行する方式を採用することができる。また、専用回路で演算回路を構成して、演算処理をハードウェア的に処理する方式を採用することもできる。ハードウェアとソフトウェアを併用する方式では、専用の演算回路で一部の処理を行い、残りの演算をプログラムを使って中央処理ユニット２２５が実行する方式を適用することができる。
【０１４５】
このようなＲＦＣＰＵ２１１は、可撓性を有し且つ絶縁表面を有する基板に接合された結晶方位が一定の単結晶半導体層（ＳＯＩ層）によって集積回路が形成されているので、処理速度の高速化のみならず低消費電力化を図ることができる。それにより、電力を供給する容量部２２９を小型化しても長時間の動作を保証することができる。
【０１４６】
（実施の形態１１）
次に、実施の形態６乃至８に示す半導体装置の一例として、実施の形態１乃至５に示すＳＯＩ基板により得られる表示パネルの構成について図１７を用いて示す。
【０１４７】
実施の形態１乃至５で例示するＳＯＩ層１０２は、表示パネルを製造する大型の可撓性基板に接合することもできる。図１７はベース基板１００として、可撓性を有し且つ絶縁表面を有する大面積基板にＳＯＩ層１０２を接合する場合を示す。可撓性を有し且つ絶縁表面を有する大面積基板からは複数の表示パネルを切り出すが、ＳＯＩ層１０２は、表示パネル２３１の形成領域に合わせて接合することが好ましい。単結晶半導体基板に比べて、可撓性を有し且つ絶縁表面を有する大面積基板は面積が大きいので、ＳＯＩ層１０２は図１７のように分割して配置することが好ましい。表示パネル２３１には、走査線駆動回路領域２３２、信号線駆動回路領域２３３、画素形成領域２３４があり、これらの領域が含まれるようにＳＯＩ層１０２をベース基板１００（可撓性を有し且つ絶縁表面を有する大面積基板）に接合する。
【０１４８】
図１８はＳＯＩ層１０２により画素トランジスタが形成される表示パネルの画素の一例を示す。図１８（Ａ）は画素の平面図を示す。画素においては、ＳＯＩ層上において交差するゲート配線２３５及びソース配線２３６が形成される。また、ＳＯＩ層には、ソース配線２３６及びドレイン電極２４２が接続し、ドレイン電極２４２に画素電極２３７が接続する。図１８（Ａ）に示すＪ−Ｋ切断線に対応する断面図が図１８（Ｂ）に示されている。
【０１４９】
図１８（Ｂ）において、ベース基板１００にはバリア層１０５として窒化珪素層と酸化珪素層が積層されている。ＳＯＩ層１０２は接合層１０４によって、可撓性を有し且つ絶縁表面を有するベース基板１００と接合している。絶縁層１１８上に画素電極２３７が設けられている。ＳＯＩ層１０２とソース配線２３６を接続するコンタクトホールにはそこを埋めるように柱状スペーサ２４０が設けられている。対向基板２３８には対向電極２３９が形成され、柱状スペーサ２４０によって形成される空隙に液晶層２４１が形成されている。
【０１５０】
このように、表示パネルを製造する可撓性を有し且つ絶縁表面を有する大面積基板にＳＯＩ層を形成し、当該ＳＯＩ層を用いたトランジスタを形成することが可能である。ＳＯＩ層で形成されるトランジスタは、アモルファスシリコントランジスタよりも電流駆動能力など全ての動作特性が優れているので、トランジスタのサイズを小型化することができる。それにより、表示パネルにおける画素部の開口率を向上させることができる。また、図１５説明したようなマイクロプロセッサも形成することができるので、表示パネル内にコンピュータの機能を搭載することもできる。また非接触でデータの入出力を可能としたディスプレイを作製することもできる。
【０１５１】
（実施の形態１２）
以下において、本発明の特徴の一であるイオンの照射方法について考察する。
【０１５２】
本発明では、水素（Ｈ）に由来するイオン（以下「水素イオン種」と呼ぶ）を単結晶半導体基板に対して照射している。より具体的には、水素ガス又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半導体基板に対して照射している。
【０１５３】
（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）
【０１５４】
図１９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１９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。
【０１５５】
（Ｈ３＋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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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、その間に通過した電位差分の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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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（又は電界）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。
【０１６０】
（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２０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２０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２０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。
【０１６１】
図２１は、図２０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２０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２１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２１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。
【０１６２】
図２１のデータを得たイオン源の場合には、Ｈ＋、Ｈ２＋及びＨ３＋のうち、Ｈ３＋が７％程度しか生成されていない。他方、図２０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及び電場に起因するものと考えられる。
【０１６３】
（Ｈ３＋の照射メカニズム）
図２０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半導体基板に照射する場合、単結晶半導体基板の表面には、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
【０１６４】
（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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
図２２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２０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、縦軸を水素原子の濃度で表している（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及びモデル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ｋｅＶ台であるのに対して、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及びモデル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。
【０１６７】
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２３乃至図２５に、モデル１及びモデル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２０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）及び、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２３は加速電圧を８０ｋＶとした場合を示し、図２４は加速電圧を６０ｋＶとした場合を示し、図２５は加速電圧を４０ｋＶとした場合を示している。なお、モデル１及びモデル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データ及びフィッティング関数については、縦軸を水素原子の濃度で表している（左軸）。横軸はＳｉ基板表面からの深さである。
【０１６８】
フィッティング関数はモデル１及びモデル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］
【０１６９】
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。
【０１７０】
図２６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。
【０１７１】
（Ｈ３＋を用いる効果）
図２０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、ＳＯＩ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、薄い半導体層の製造に向いている。
【０１７２】
なお、本明細書では、Ｈ３＋を効率的に照射するために、図２０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、半導体特性の向上、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】
【０１７３】
【図１】ＳＯＩ基板の構成を示す断面図である。
【図２】ＳＯＩ基板の構成を示す断面図である。
【図３】ＳＯＩ基板の構成を示す断面図である。
【図４】ＳＯＩ基板の構成を示す断面図である。
【図５】ＳＯＩ基板の製造方法を説明する断面図である。
【図６】ＳＯＩ基板の製造方法を説明する断面図である。
【図７】ＳＯＩ基板の製造方法を説明する断面図である。
【図８】ＳＯＩ基板の製造方法を説明する断面図である。
【図９】ＳＯＩ基板を用いた半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１０】ＳＯＩ基板を用いた半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１１】ＳＯＩ基板を用いた半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１２】ＳＯＩ基板を用いた半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１３】ＳＯＩ基板を用いた半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１４】ＳＯＩ基板を用いた半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１５】ＳＯＩ基板により得られるマイクロプロセッサの構成を示すブロック図である。
【図１６】ＳＯＩ基板により得られるＲＦＣＰＵの構成を示すブロック図である。
【図１７】表示パネル製造用のマザーガラスにＳＯＩ層を接合する場合を例示する平面図である。
【図１８】ＳＯＩ層により画素トランジスタが構成されている表示パネルの一例を示す図である。
【図１９】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である。
【図２０】イオンの質量分析結果を示す図である。
【図２１】イオンの質量分析結果を示す図である。
【図２２】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（実測値及び計算値）を示す図である。
【図２３】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、及びフィッティング関数）を示す図である。
【図２４】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、及びフィッティング関数）を示す図である。
【図２５】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、及びフィッティング関数）を示す図である。
【図２６】フィッティングパラメータの比（水素元素比及び水素イオン種比）をまとめた図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【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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【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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