(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を設置する第１の設置台を複数備え、
接合基板を設置する第２の設置台と、
前記半導体基板と前記接合基板を貼り合わせるための駆動装置と、
前記第１の設置台を加熱する第１の温度調整装置を備え、
前記駆動装置は、軸を介して前記複数の第１の設置台に駆動力を伝える機能を有し、
前記複数の第１の設置台は、前記軸の一部に可動部をそれぞれ有することを特徴とする貼り合わせ装置。
【請求項２】
半導体基板を設置する第１の設置台を複数備え、
接合基板を設置する第２の設置台と、
前記半導体基板と前記接合基板を貼り合わせるための駆動装置と、
前記第２の設置台を冷却する第２の温度調整装置を備え、
前記駆動装置は、軸を介して前記複数の第１の設置台に駆動力を伝える機能を有し、
前記複数の第１の設置台は、前記軸の一部に可動部をそれぞれ有することを特徴とする貼り合わせ装置。
【請求項３】
半導体基板を設置する第１の設置台を複数備え、
接合基板を設置する第２の設置台と、
前記半導体基板と前記接合基板を貼り合わせるための駆動装置と、
前記第１の設置台を加熱する第１の温度調整装置と、
前記第２の設置台を冷却する第２の温度調整装置を備え、
前記駆動装置は、軸を介して前記複数の第１の設置台に駆動力を伝える機能を有し、
前記複数の第１の設置台は、前記軸の一部に可動部をそれぞれ有することを特徴とする貼り合わせ装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一において、
前記第１の設置台は、前記第２の設置台に対して傾きを有し、
前記傾きは、前記第２の設置台に前記接合基板を設置し、前記第１の設置台に前記半導体基板を設置した際において、前記半導体基板に対向する前記接合基板の一面と、前記接合基板に対向する前記半導体基板の一面との角度差が０度超３度未満であり、
前記第１の設置台の前記半導体基板を設置する面が、前記半導体基板より小さいことを特徴とする貼り合わせ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ＳＯＩ基板の作製方法および貼り合わせ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶シリコン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、絶縁膜表面に薄い単結晶半導体層を設けた基板が製造され、半導体集積回路素子の製造などに用いられている。
【０００３】
絶縁膜表面に薄い単結晶半導体層を設けた基板を作製する方法としては、例えば、単結晶シリコン薄膜を合成石英などの基板上に形成する貼り合わせＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）技術がある。
【０００４】
ＳＯＩ基板を作製する方法の１つとして、半導体基板中に加速された水素イオンを照射する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。当該方法は、まず、半導体基板（例えば、単結晶シリコン基板など）の表面に絶縁膜（例えば、熱酸化膜など）を形成し、絶縁膜が形成された面側から半導体基板に対して加速された水素イオンを照射し、照射された水素イオンにより終端化された微小気泡領域を、表面近傍の所定の深さに形成する。次に、微小気泡領域を形成した面側に別の基板（例えば、合成石英基板など）を接合して加熱処理を行う。これにより、半導体基板に照射された水素イオン（半導体基板中では、水素イオンの形態だけでなく、水素原子や水素分子の形態も取り得る。）が微小気泡領域に集中し、半導体基板は微小気泡領域において容易に分離できる状態となる。そして、貼り合わせた別の基板から半導体基板を分離することにより、半導体膜および半導体膜に接して形成された絶縁膜を、別の基板に転載することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１２４０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述のように半導体基板と別の基板を貼り合わせると、両基板の熱膨張係数が異なる場合において、基板貼り合わせ後の加熱処理の際に、半導体基板に照射した元素が微小気泡領域に集中（以下、当該現象を「元素集中」と呼称する。半導体基板に照射したイオンは、半導体基板中ではイオン状態だけでなく、原子や分子の状態も取り得る。そのため、「元素」という言葉を用いている。以下の文章に記載される「元素集中」も同様の意味を持つ。）により半導体基板が容易に分離できる状態となる前に、両基板が剥がれてしまう、熱歪みにより基板が破壊する、といった現象が生じる可能性がある。
【０００７】
例えば、合成石英基板とシリコンウエハーとを貼り合わせると、両基板の熱膨張係数（熱膨張率とも言える。）の差が大きいため、３００℃程度の加熱で破壊が起こることが報告されている（阿部孝夫：第２４回アモルファス物質の物性と応用セミナーテキスト、ｐ．２５〜３２、１９９７）。
【０００８】
上述の問題点を鑑み、本明細書では、半導体基板と、半導体基板とは異なる熱膨張係数を有する基板を用いてＳＯＩ基板を作製するにあたり、熱膨張係数の差異に起因した剥がれや破壊の抑制されたＳＯＩ基板の作製方法を提供することを目的の一つとする。
【０００９】
また、上述のＳＯＩ基板の作製に用いることのできる、貼り合わせ装置の構成を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
熱膨張係数の差異に起因した破壊は、微小気泡領域（以下、本明細書中では「脆化領域」と表現することもある。）への元素集中により半導体基板が容易に分離できる状態となる加熱処理（以下、当該加熱処理を「分離加熱処理」と呼称する。）により、半導体基板の膨張量と、半導体基板と貼り合わせる基板（以下、接合基板と呼称する。）の膨張量に差が生じ、この膨張量の差により半導体基板や接合基板にかかるストレスが、半導体基板の強度または接合基板の強度を上回った場合に生じる。
【００１１】
また、熱膨張係数の差異に起因した剥がれは、分離加熱処理により、半導体基板の膨張量と、半導体基板と貼り合わせる基板の膨張量に差が生じ、この膨張量の差により半導体基板と接合基板の界面にかかるストレスが、半導体基板と接合基板の接合力を上回った場合に生じる。
【００１２】
したがって、上述の熱膨張係数の際に起因した破壊や剥がれは、分離加熱処理を行った際における、半導体基板の膨張量と接合基板の膨張量の差を小さくすることにより抑制することができる。
【００１３】
すなわち、本発明の一態様は、半導体基板の表面に絶縁膜を形成し、絶縁膜を介して半導体基板の一面に対して加速されたイオンを照射することで半導体基板の内部に脆化領域を形成し、半導体基板の一面に接合基板を貼り合わせる、貼り合わせ処理を行い、半導体基板および接合基板を加熱し、半導体基板から接合基板を分離することにより、絶縁膜を介して接合基板上に半導体膜を形成する工程を有し、接合基板の熱膨張係数は半導体基板の熱膨張係数よりも小さく、貼り合わせ処理において、半導体基板の温度を接合基板の温度よりも高い状態として半導体基板と接合基板を貼り合わせることを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法である。
【００１４】
上述の作製方法を用いることにより、貼り合わせ処理後の加熱処理において、半導体基板の温度上昇量は接合基板の温度上昇量よりも小さくなるため、半導体基板の膨張量と接合基板の膨張量の差を小さくすることができる。
【００１５】
なお、半導体基板の温度を接合基板の温度よりも高い状態として両基板を貼り合わせるには、半導体基板に対して加熱処理を行い両基板を貼り合わせる、接合基板に対して冷却処理を行い両基板を貼り合わせるといった方法がある。これにより、半導体基板の温度上昇量よりも接合基板の温度上昇量を大きくできるため、半導体基板の膨張量と接合基板の膨張量の差を小さくすることができる。
【００１６】
また、半導体基板に対して加熱処理を行い、かつ、接合基板に対して冷却処理を行い両基板を貼り合わせる方法もある。これにより、半導体基板の膨張量と接合基板の膨張量の差を、更に小さくすることができる。
【００１７】
また、本発明の一態様は、半導体基板の表面に絶縁膜を形成し、絶縁膜を介して半導体基板の一面に対して加速されたイオンを照射することで半導体基板の内部に脆化領域を形成し、半導体基板の一面に接合基板を貼り合わせる、貼り合わせ処理を行い、半導体基板および接合基板を加熱し、半導体基板から接合基板を分離することにより、接合基板上に絶縁膜を介して半導体膜を形成する工程を有し、接合基板の熱膨張係数は半導体基板の熱膨張係数よりも小さく、貼り合わせにおいて、半導体基板および接合基板の両方に加熱処理を行い、半導体基板および接合基板の温度を室温よりも高い状態として半導体基板と接合基板を貼り合わせることを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法である。
【００１８】
上述の作製方法を用いた場合、貼り合わせ後の加熱処理での半導体基板と接合基板の温度上昇量は、半導体基板と接合基板を室温で貼り合わせた後に加熱処理を行う場合と比較して小さくなるため、半導体基板の膨張量と接合基板の膨張量の差を小さくすることができる。
【００１９】
なお、上述の作製方法において、脆化領域形成後から貼り合わせ処理までの間に、半導体基板に対してプラズマ処理を行うことにより、半導体基板と接合基板の貼り合わせ強度を向上させることができる。上述のＳＯＩ基板の作製方法のように、半導体基板および接合基板のいずれか一方または両方に対して加熱処理を行って貼り合わせを行う場合、当該加熱処理により半導体基板と接合基板の貼り合わせ強度が低下するため、プラズマ処理を行うことが好ましいと言える。なおプラズマ処理としては、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガス、酸素ガス、酸化窒素ガス、アンモニアガス、窒素ガス、水素ガスまたはこれらの混合ガスを用いて行えばよい。
【００２０】
また、プラズマ処理の代わりに、またはプラズマ処理に追加して、半導体基板に対してイオンビーム照射処理を行うことにより、半導体基板と接合基板の貼り合わせ強度を向上させることができる。なおイオンビーム処理は、上述のプラズマ処理と同様のガスを用いて得られたイオン種を、１０ｅＶ以上２００ｅＶ以下の加速電圧で半導体基板に対して照射すればよい。
【００２１】
また、上述の作製方法において、半導体基板よりもサイズの大きな接合基板を用い、接合基板に対して半導体基板を複数枚貼り合わせ、接合基板から半導体基板を分離することにより、大面積のＳＯＩ基板を作製することができる。
【００２２】
上述のＳＯＩ基板の作製には、半導体基板を設置する第１の設置台と、接合基板を設置する第２の設置台と、半導体基板と前記接合基板を貼り合わせるための駆動装置に加え、半導体基板を加熱するために、第１の設置台を加熱する第１の温度調整装置を備える構造の貼り合わせ装置を用いることができる。また、第１の設置台を加熱する第１の温度調整装置の代わりに、第２の設置台を冷却する第２の温度調整装置を備え、接合基板を冷却できる構造であってもよい。望ましくは、第１の設置台を加熱する第１の温度調整装置と、第２の設置台を冷却する第２の温度調整装置の両方を備えることが好ましい。
【００２３】
なお、貼り合わせ基板の構造を、第２の設置台の接合基板を設置する面が、第１の設置台の半導体基板を設置する面より広く、第１の設置台を複数台備える構造とすることにより、接合基板に対して半導体基板を複数枚貼り合わせることが可能となるため、当該構造は大面積のＳＯＩ基板の作製に適している。
【００２４】
また、第２の設置台に接合基板を設置し、第１の設置台に半導体基板を設置した際において、半導体基板に対向する接合基板の一面と、接合基板に対向する半導体基板の一面との角度差が０度超３度未満となるように、第１の設置台に対して第２の設置台に傾きを持たせ、かつ、第１の設置台の半導体基板設置面が、半導体基板よりも小さい構造とすることにより、半導体基板と接合基板の接触箇所を限定する事ができるため、半導体基板と接合基板の界面に空気層が混入することなく安定した貼り合わせを行うことができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に記載されたＳＯＩ基板の作製方法および装置を適用することにより、半導体基板と、半導体基板とは異なる熱膨張係数を有する接合基板を貼り合わせてＳＯＩ基板を作製する際に生じる、熱膨張係数の際に起因した、半導体基板と接合基板の剥がれ、半導体基板または接合基板の破壊などを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ＳＯＩ基板の作製方法を説明する図。
【図２】ＳＯＩ基板の作製方法および作製装置を説明する図。
【図３】ＳＯＩ基板の作製方法および作製装置を説明する図。
【図４】ＳＯＩ基板の作製方法および作製装置を説明する図。
【図５】ＳＯＩ基板の作製方法および作製装置を説明する図。
【図６】ＳＯＩ基板を用いた半導体素子の構造を説明する図。
【図７】ＳＯＩ基板を用いた半導体素子の作製方法を説明する図。
【図８】ＳＯＩ基板を用いた半導体素子の作製方法を説明する図。
【図９】ＳＯＩ基板を用いた半導体素子を備える電子機器を説明する図。
【図１０】半導体基板および接合基板を貼り合わせたサンプルの反り量を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下では、本明細書に開示する発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。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。
【００２８】
なお、以下に説明する実施の形態において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００２９】
また、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
【００３０】
また、本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの序数は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
【００３１】
また、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が「直上」または「直下」であることを限定するものではない。例えば、「Ａ上のＢ」の表現であれば、ＡとＢとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。
【００３２】
なお、本明細書中において用いられている「ＳＯＩ基板」という単語は、絶縁膜の表面にシリコン薄膜が設けられた構造（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）を表す単語として用いられるが、本明細書における「ＳＯＩ基板」は上述の意味に限定されず、絶縁膜（または絶縁基板）上に半導体膜が設けられた構造（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）を表す単語して用いており、石英基板上にシリコン薄膜が設けられた構造（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｑｕａｒｔｚ。「ＳＯＱ」と略記されることもある。）や、シリコン薄膜の代わりに窒化ガリウム（ＧａＮ）薄膜や炭化シリコン（ＳｉＣ）薄膜が設けられた構造なども、本明細書中の「ＳＯＩ基板」に含まれるものである。
【００３３】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体基板と、半導体基板とは異なる熱膨張係数を有する基板を用いてＳＯＩ基板を作製するにあたり、熱膨張係数の差異に起因した剥がれや破壊の抑制されたＳＯＩ基板の作製方法および作製装置を、図１乃至図６を用いて説明する。
【００３４】
まず、半導体基板１００を準備し、表面に絶縁膜１０２を形成する（図１（Ａ）参照。）。
【００３５】
半導体基板１００としては、例えば、単結晶シリコン基板、単結晶ゲルマニウム基板または単結晶シリコンゲルマニウム基板などの第１４族元素でなる基板を用いることができる。また、窒化ガリウム、ガリウムヒ素またはインジウムリンなどの化合物半導体基板を用いることもできる。なお、市販のシリコン基板としては、直径５インチ（１２５ｍｍ）、直径６インチ（１５０ｍｍ）、直径８インチ（１００ｍｍ）、直径１２インチ（３００ｍｍ）、直径１６インチ（７００ｍｍ）サイズの円形のものが代表的である。また、半導体基板１００の形状は円形に限らず、例えば、矩形等に加工したものであっても良い。また、半導体基板１００は、ＣＺ（チョクラルスキー）法やＦＺ（フローティングゾーン）法を用いて作製することができる。
【００３６】
絶縁膜１０２としては、例えば、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等を単層で、または積層させて形成すればよい。なお、当該膜の作製方法としては、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などがある。また、ＣＶＤ法を用いて絶縁膜１０２を形成する場合、良好な貼り合わせを実現するためには、テトラエトキシシラン（略称；ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）等の有機シランを用いて酸化シリコン膜を形成することが好ましい。
【００３７】
なお、熱酸化処理により絶縁膜１０２を形成する場合、酸化性雰囲気中にハロゲンを添加して行うことが好ましい。例えば、塩素（Ｃｌ）が添加された酸化性雰囲気中で半導体基板１００に熱酸化処理を行うことにより、塩素酸化された絶縁膜１０２を形成することができる。この場合、絶縁膜１０２は、塩素原子を含有する膜となる。このような塩素酸化により、後の工程にて半導体基板１００と接合基板を貼り合わせた後に、接合基板から混入するＮａなどの不純物を固定して、半導体基板１００の汚染を防止できる。なお、絶縁膜１０２に含有させるハロゲン原子は塩素原子に限られない。絶縁膜１０２にはフッ素原子を含有させてもよい。
【００３８】
また、絶縁膜１０２の形成前に、塩酸過酸化水素水混合溶液（ＨＰＭ）、硫酸過酸化水素水混合溶液（ＳＰＭ）、アンモニア過酸化水素水混合溶液（ＡＰＭ）、希フッ酸（ＤＨＦ）、フッ酸、過酸化水素水および純水の混合液（ＦＰＭ）などを用いて半導体基板１００の表面を洗浄しておくことが好ましい。
【００３９】
次に、半導体基板１００の一面からイオン照射処理１０４を行うことにより、半導体基板１００中の所定の深さに、脆化領域１０６を形成する（図１（Ｂ）参照。）。
【００４０】
照射するイオン種としては、水素イオンを用いればよい。加速された水素イオンを照射する場合は、Ｈ３＋の比率を高くすると良い。具体的には、Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋の総量に対してＨ３＋の割合が５０％以上（より好ましくは８０％以上）となるようにする。Ｈ３＋の割合を高めることで、イオン照射の効率を向上させることができる。また、水素イオン以外に、希ガスイオンを用いることもできる。具体的には、Ｈｅイオン、Ｎｅイオン、Ａｒイオン、ＫｒプトンイオンまたはＸｅイオンを用いることができる。
【００４１】
脆化領域１０６が形成される深さは、照射するイオンの運動エネルギー、質量と電荷、入射角などによって調節することができる。また、脆化領域１０６は、イオンの平均侵入深さとほぼ同じ深さの領域に形成される。このため、照射するイオン種や照射条件を調整することにより、後の工程にて半導体基板１００から分離する、半導体膜１０８の厚さを調節することができる。
【００４２】
なお、半導体膜１０８の厚さについては特に限定は無いが、分離された半導体膜１０８を高性能な半導体集積回路を形成する用途に用いる場合は、当該膜厚を厚くしすぎるとＳ値が増加する、トランジスタがノーマリーオンになるといった恐れがあるため、１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが望ましい。このため、半導体基板１００中における脆化領域１０６の形成深さが、１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度となるように、照射するイオンの平均侵入深さを調節すればよい。
【００４３】
当該イオン照射処理１０４は、イオンドーピング装置やイオン注入装置を用いて行うことができる。特にイオン注入装置では、プラズマ中のイオン種を質量分離し、ある特定の質量のイオン種のみを半導体基板中に照射することができるため、トランジスタの特性に影響を及ぼす不純物の混入を抑制できるため望ましい。
【００４４】
しかし、イオンドーピング装置を用いてイオン照射処理１０４を行う場合においても、絶縁膜１０２を介してイオン照射処理１０４を行うことにより、トランジスタの特性に影響を及ぼす物質（例えば重金属など）をトラップすることができる。
【００４５】
なお、イオン照射処理１０４の後に結晶欠陥を回復させるための熱処理を行ってもよい。この熱処理の温度は、脆化領域１０６において元素集中による剥離が生じない温度とする。当該加熱温度は、半導体基板１００として用いる材質や半導体基板１００中に照射するイオン種などにより変化するため、実施者が実施条件を鑑みて適宜調整すればよい。例えば、１００℃以上４００℃未満で加熱を行えばよい。なお、上記熱処理には、拡散炉、抵抗加熱炉などの加熱炉、ＲＴＡ（瞬間熱アニール、Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、マイクロ波加熱装置などを用いることができる。
【００４６】
次に、接合基板１１０を準備する。接合基板１１０としては、絶縁体でなる基板を用いることができる。具体的には、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、天然石英基板、合成石英基板などが挙げられる。
【００４７】
また、接合基板１１０として、３００℃以上の耐熱性を有するフィルム（例えば、ポリイミドフィルムなど）やプリプレグ（例えば、ガラス繊維にポリイミド樹脂を含浸させたものなど）などを用いたり、また、金属板や金属箔を用いることもできる。これらの基板は可撓性を有しているため、本実施の形態に記載の作製方法により作製されたＳＯＩ基板を用いた半導体装置に、可とう性を持たせることができる。
【００４８】
なお、接合基板１１０は、半導体基板１００よりも大きなサイズの基板を用いることが望ましい。具体的には、接合基板１１０に対して半導体基板１００を重なり合うことなく複数枚貼り合わせ可能な大きさであることが望ましく、より好ましくは接合基板１１０の面積が半導体基板１００の面積の２倍より大きいことが望ましい。これにより、大面積のＳＯＩ基板を作製することが可能となり、１枚のＳＯＩ基板から多くの半導体装置を作製できるため、半導体装置のコスト低減を図ることができる。
【００４９】
なお、接合基板１１０は、表面をあらかじめ洗浄しておくことが好ましい。具体的には、接合基板１１０に対して、塩酸過酸化水素水混合溶液（ＨＰＭ）、硫酸過酸化水素水混合溶液（ＳＰＭ）、アンモニア過酸化水素水混合溶液（ＡＰＭ）、希フッ酸（ＤＨＦ）、フッ酸、過酸化水素水、純水の混合液（ＦＰＭ）等を用いて超音波洗浄を行う。このような洗浄処理を行うことによって、接合基板１１０表面の平坦性向上や、接合基板１１０表面に残存する研磨粒子や有機物などの除去などが実現される。
【００５０】
また、半導体基板１００と接合基板１１０を貼り合わせる前には、貼り合わせに係る表面に対して表面処理を行うことが好ましい。表面処理としては、ウェット処理、ドライ処理、またはウェット処理とドライ処理の組み合わせ、を用いることができる。また、異なるウェット処理どうしを組み合わせて用いても良いし、異なるドライ処理どうしを組み合わせて用いても良い。これにより。半導体基板１００と接合基板１１０との界面での接合強度を向上させることができる。
【００５１】
次に、半導体基板１００の温度と接合基板１１０の温度を異なる状態として、半導体基板１００と接合基板１１０を貼り合わせる（図１（Ｃ）参照。）。なお、「温度を異なる状態として」とは、具体的には、熱膨張係数の小さい基板の温度よりも熱膨張係数の大きい基板の温度を高くした状態のことを示すものである。
【００５２】
ここで、半導体基板１００と接合基板１１０の貼り合わせを行う装置（以下、単に「貼り合わせ装置」と略記する。）および貼り合わせについての具体的な内容を、以下で説明する。
【００５３】
本明細書に記載するように、半導体基板１００の温度と接合基板１１０の温度を異なる状態とするには、まず、半導体基板１００を設置する設置台（以下、第１の設置台と呼称する。）または接合基板１１０を設置する設置台（以下、第２の設置台と呼称する。）の少なくとも一方、好ましくは両方に、設置台の温度を調整できる温度調整装置を設ける必要がある。温度調整装置としては、例えばニクロム線やタングステン線のような電気抵抗の大きな導線に電流を流すことで加熱する（抵抗加熱装置などとも言われる。）、設置台に吸収される波長の光を放出する光源を用いて加熱する（ランプ加熱装置などとも言われる。）といった各種加熱機構を用いることができる。また、温度調整装置として、例えば冷却液を循環させることで冷却する、金属の接合部に電流を流すことにより一方の金属からもう一方の金属に熱が移動するペルティエ効果を用いて冷却する（ペルティエ素子などとも言われる。）といった各種冷却機構を用いることもできる。
【００５４】
また、半導体基板１００と接合基板１１０の温度が異なる状態で両基板を貼り合わせるために、第１の設置台および第２の設置台のうち少なくとも一方を、移動させる駆動装置を設ける必要がある。駆動装置としては、例えば、モーターを用いて設置台を昇降させる構造や、通電により磁力を発生する電磁石を用いて設置台を昇降させる構造などを用いればよい。
【００５５】
上述のような温度調整装置および駆動装置を有する貼り合わせ装置の一例を、図２に示す。なお、本実施の形態に示す貼り合わせ装置の構成では、接合基板１１０に対して半導体基板１００を同時に９枚まで貼り合わせることが可能であるが、勿論、貼り合わせ数を限定するものではない。
【００５６】
図２に示す貼り合わせ装置は、第１の設置台２１１と、第２の設置台２１２と、第１の設置台２１１および第２の設置台２１２に設けられた温度調整装置２２０と、第１の設置台２１１を上下に動かす駆動装置２３０を有している。そして、絶縁膜１０２および脆化領域１０６を有する半導体基板１００が第１の設置台２１１に設置され、接合基板１１０が第２の設置台２１２に設置されている。なお、第２の設置台２１２は、設置した接合基板１１０が落下しないように基板固定機構２３４を備えていることが望ましい。基板固定機構２３４としては、例えば、真空チャックなどの吸着機構を用いることができる。また、第２の設置台２１２の接合基板１１０を設置する面に、熱剥離テープ、熱剥離接着剤、ＵＶ剥離テープまたはＵＶ剥離接着剤などの仮固定材料を設け、これを基板固定機構２３４としてもよい。
【００５７】
図２（Ａ）は本明細書に係る貼り合わせ装置の一例を表す斜視図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）を点線で示すＺ面で分断した際の断面図である。第１の設置台２１１は駆動装置２３０により、図２（Ｂ）の矢印で示すように上下方向（Ｚ軸方向とも言える）に第１の設置台２１１を動かすことができる。
【００５８】
なお、図２（Ａ）では、駆動装置２３０としてモーターを用い、軸２３２を介してモーターの駆動力を第１の設置台に伝え、第１の設置台を上下に動かしている。また、温度調整装置２２０として抵抗加熱装置を用いている。
【００５９】
図２における半導体基板１００と接合基板１１０の貼り合わせ方法の流れを、図３を用いて簡潔に説明する。なお、図３の説明では、半導体基板１００としてシリコン基板（熱膨張係数が接合基板１１０より大きい）を、接合基板１１０として合成石英基板（熱膨張係数が半導体基板１００より小さい）を用いた場合の説明を行う。
【００６０】
まず、第１の設置台２１１に半導体基板１００を、第２の設置台２１２に接合基板１１０を設置する（図３（Ａ）参照）。第１の設置台２１１および第２の設置台２１２の材質については特段の限定はないが、温度調整装置を設ける設置台においては、熱伝導率の良い材料、例えばアルミニウム、銅、真鍮、ニッケル、タングステンなどを用いることが好ましい。これにより、設置台を効率よく加熱または冷却することができる。
【００６１】
なお、図３のように、接合基板１１０のサイズは半導体基板１００よりも大きいことが好ましい。これにより、接合基板１１０に対して複数枚の半導体基板１００を貼り合わせることができるため、大面積のＳＯＩ基板を作製することができる。
【００６２】
次に、第１の設置台２１１に設けられた温度調整装置２２０および第２の設置台２１２に設けられた温度調整装置２２０を用いて、接合基板１１０よりも半導体基板１００の温度を高くする。つまり、熱膨張係数の小さい基板（接合基板１１０）よりも熱膨張係数の大きい基板（半導体基板１００）の基板温度を高くする。これにより、半導体基板１００と接合基板１１０を貼り合わせた後の分離加熱処理時において、半導体基板１００の温度上昇量よりも接合基板１１０の温度上昇量の方が大きくなるため、半導体基板１００の膨張量と接合基板１１０の膨張量の差を近づけることができる。
【００６３】
上述の概念を分かり易くするため、簡単な数値を用いて上述内容説明する。
【００６４】
例えば、半導体基板１００として、一辺の長さ（Ｌ）がＸｍｍの正方形状、熱膨張率（α１）が２．５［×１０−６／Ｋ］のシリコンウエハーを用い、接合基板１１０として、一辺の長さ（Ｌ）がＸｍｍの正方形状、熱膨張率（α２）が１．０［×１０−６／Ｋ］の合成石英基板を用いる。
【００６５】
上述の半導体基板１００および接合基板１１０を室温状態（ここでは２０℃とする。）で貼り合わせ、両基板に対して４００℃の加熱処理を行った場合、半導体基板１００の加熱前後の温度差（ΔＴ１）および接合基板１１０の加熱前後の温度差（ΔＴ２）は共に３８０℃となる。
【００６６】
なお、熱膨張係数に起因する物質の変位量ΔＬは概ね、ΔＬ＝α×Ｌ×ΔＴの式に従った変形量となる。
【００６７】
したがって、半導体基板１００の変位量（ΔＬ１）は、ΔＬ１＝α１×Ｌ×ΔＴ１であり、およそ９．５０×１０−２［ｍｍ］となる。また、接合基板１１０の変位量（ΔＬ２）は、ΔＬ２＝α２×Ｌ×ΔＴ２であり、およそ３．８０×１０−２［ｍｍ］となる。このため、熱膨張係数の差異に起因した半導体基板１００と接合基板１１０の膨張量の差は、およそ５．７０×１０−２［ｍｍ］程度となる。
【００６８】
これに対し、熱膨張係数の大きい基板の温度が熱膨張係数の小さい基板の温度よりも高くなるように、半導体基板１００を、例えば予め２００℃に加熱、接合基板１１０を、例えば予め１０℃に冷却した状態で両基板を貼り合わせ、両基板に対して４００℃の加熱処理を行った場合、半導体基板１００の加熱前後の温度差（ΔＴ１）は２００℃、接合基板１１０の加熱前後の温度差（ΔＴ２）は３９０℃となる。
【００６９】
したがって、半導体基板１００の変位量（ΔＬ１）は、およそ５．０×１０−２［ｍｍ］となり、接合基板１１０の変位量（ΔＬ２）は、およそ３．９×１０−２［ｍｍ］となる。このため、熱膨張係数の差異に起因した半導体基板１００と接合基板１１０の膨張量の差はおよそ１．１×１０−２［ｍｍ］程度と、半導体基板１００を加熱および接合基板１１０を冷却しない場合と比較して１／５以下の値となる。
【００７０】
このように、第１の設置台２１１に設けられた温度調整装置２２０、および第２の設置台２１２に設けられた温度調整装置２２０を用いて、熱膨張係数の大きい基板の温度が熱膨張係数の小さい基板の温度よりも高い状態で両基板を貼り合わせることにより、分離加熱処理を行った際の、半導体基板１００の膨張量と接合基板１１０の膨張量の差を近づけることができる。
【００７１】
なお、本実施の形態では第１の設置台２１１に設けられた温度調整装置２２０および第２の設置第２１２に取り付けられた温度調整装置２２０の両方を動作させたが、片方のみを動作させてもよい。その場合、熱膨張係数の小さい基板（接合基板１１０）よりも熱膨張係数の大きい基板（半導体基板１００）の基板温度が高くなるように、第１の設置台２１１に取り付けられた温度調整装置２２０を用いて半導体基板１００を加熱する、または、第２の設置台２１２に取り付けられた温度調整装置２２０を用いて接合基板１１０を冷却すればよい。
【００７２】
また、本実施の形態では、第１の設置台２１１および第２の設置第２１２の両方に温度調整装置２２０が設置されているが、片側のみでもよく、温度調整装置２２０は、熱膨張係数の大きい基板を設置する設置台側に設ける場合は、加熱機構を有する温度調整装置２２０を、熱膨張係数の小さい基板を設置する設置台側に設ける場合は、冷却機構を有する温度調整装置２２０を設ければよい。
【００７３】
なお、上述のように、半導体基板１００に対して加熱処理を行う場合、脆化領域１０６において元素集中による剥離が生じない温度（例えば、１００℃以上４００℃未満）を、半導体基板１００に対して加える必要がある。この場合、拡散炉、抵抗加熱炉などの加熱炉、ＲＴＡ（瞬間熱アニール、Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、マイクロ波加熱装置などを用いることができる。なお、脆化領域１０６において元素集中による剥離が生じる温度は、半導体基板１００の材質やイオン照射処理１０４の条件などにより変化するため、上記温度条件はあくまで一例に過ぎず、開示する発明の一態様がこれに限定して解釈されるものではない。しかし、熱膨張係数の小さい基板（接合基板１１０）よりも熱膨張係数の大きい基板（半導体基板１００）の基板温度を５０℃以上高くする、より好ましくは１００℃以上高くする、更に好ましくは２００℃以上高くすることが望ましい。
【００７４】
次に、軸２３２を介して駆動装置２３０の駆動力を第１の設置台２１１に伝えて第１の設置台２１１を移動させ、半導体基板１００と接合基板１１０を貼り合わせる（図３（Ｂ）参照。）。半導体基板１００の一部が接合基板１１０に接触することにより、半導体基板１００と接合基板１１０はファンデルワールス力や水素結合などにより、貼り合わせが自発的に進行する。
【００７５】
本実施の形態に記載する貼り合わせ装置は、第１の設置台２１１が各々別の駆動装置により移動する構造であるが、複数の第１の設置台２１１が１つの駆動装置により移動する構造や、１つの駆動装置で全ての第１の設置台２１１が移動する構造としてもよい。当該構造とすることで、駆動装置２３０の台数を少なくすることができるため、貼り合わせ装置の製造コストを低減することができる。また、本実施の形態に記載する貼り合わせ装置は、第１の設置台２１１がＺ軸方向に動作する構造であるが、第２の設置台２１２に駆動装置２３０を設け、第２の設置台２１２が移動する構造としてもよい。また、第１の設置台２１１および第２の設置第２１２の両方が移動する構造としてもよい。加えて、第１の設置台２１１および第２の設置台２１２の一方または両方は、貼り合わせ位置を調整のために前後方向や左右方向（Ｘ軸方向やＹ軸方向とも言える。）に動作する機構を備えていてもよい。
【００７６】
なお、上述のように２つ以上の第１の設置台２１１を１つの駆動装置２３０により移動する構造の場合、第１の設置台２１１上に設置する半導体基板１００の厚さが異なっていると、特定の半導体基板１００に力（駆動装置２３０の駆動力）が集中してしまい、特定の半導体基板が破壊する可能性がある。このため、２つ以上の第１の設置台２１１を１つの駆動装置２３０により移動させる場合は、図４に示すように、軸２３２の一部に可動部２３６を設けることが好ましい。可動部２３６としては、例えば、図４（Ａ）に示すように油圧シリンダーや空気圧シリンダーなどの各種シリンダーを用いることができる。また、図４（Ｂ）のように、軸２３２の一部にウレタン、スポンジ、ゴム（天然ゴム、合成ゴムなど）またはバネなどの弾性体を挟んで用いることもできる。
【００７７】
上述の貼り合わせ装置を用いて半導体基板１００と接合基板１１０を貼り合わせることにより、半導体基板１００の温度と接合基板１１０の温度を異なる状態、具体的には、熱膨張係数の小さい基板の温度よりも熱膨張係数の大きい基板の温度を高くした状態で貼り合わせることができるため、後の工程で行う分離加熱処理時において、半導体基板１００の温度上昇量よりも接合基板１１０の温度上昇量の方が大きくなるため、半導体基板１００の膨張量と接合基板１１０の膨張量の差を近づけることができる。したがって、半導体基板１００と接合基板１１０の熱膨張係数の差異に起因した基板の剥がれや破壊を抑制することができる。
【００７８】
なお、本実施の形態では、半導体基板１００を接合基板１１０に対して平行な状態で貼り合わせているが、例えば図５（Ａ）に示すように、半導体基板１００を接合基板１１０に対して傾斜角を持たせた状態で貼り合わせてもより。ここで、上述の「半導体基板１００を、接合基板１１０の設置角度に対して傾斜角を持たせた状態で貼り合わせる」とは、図５（Ｂ）に示すように、接合基板１１０のＸ軸およびＹ軸の、Ｚ軸方向への傾きを０度と規定した場合において、半導体基板１００のＸ軸が、Ｚ軸方向に０度より大きく３度より小さい範囲、好ましくは０．０１度以上２度以下の範囲で傾きを有している状態（図５（Ｂ）の左図に概念模式図を示す。）、または、半導体基板１００のＹ軸が、Ｚ軸方向に０度より大きく３度より小さい範囲、好ましくは０．０１度以上２度以下の範囲で傾きを有している状態（図５（Ｂ）の右図に概念模式図を示す。）の少なくともいずれかを満たしていることが望ましい。このように貼り合わせることにより、半導体基板１００と接合基板１１０の間に空気層（エアボイドなどとも言われる。）が混入することを抑制できる。
【００７９】
また、半導体基板１００と接合基板１１０の貼り合わせに際し、半導体基板１００と接合基板１１０の接触箇所を始点とする自発的な貼り合わせが始まった後は、第１の設置台の移動（つまり、第１の設置台２１１と第２の設置台２１２を近づける動作）を停止することが望ましい。これは、自発的な貼り合わせ開始後に第１の設置台２１１の移動を続けると、接合基板１１０に対して半導体基板１００が強く押し当てられ、半導体基板１００と接合基板１１０の自発的な貼り合わせが阻害されたり、半導体基板１００と接合基板１１０の間に空気層（エアボイドなどとも言われる。）が混入するなどの恐れがあるためである。
【００８０】
なお、貼り合わせの前に、半導体基板１００および接合基板１１０の少なくともいずれかに対して予めプラズマ処理を行うことが好ましい。これにより、半導体基板１００と接合基板１１０の接合強度を増加させることができるため、熱膨張係数の際に起因した、半導体基板１００と接合基板１１０の剥がれを抑制することができる。特に、半導体基板１００または接合基板１１０のいずれかに一方または両方を加熱した状態で貼り合わせる場合、半導体基板１００と接合基板１１０の接合強度が加熱により低下するため、予めプラズマ処理を行うことが好ましい。なお、プラズマ処理は、例えば、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの希ガス、酸素、酸化窒素、アンモニア、窒素、水素などのガスおよびこれらの混合ガスを用いて行うことができる。特に、酸素ガスやアルゴンガスなどを用いることが好ましい。
【００８１】
次に、半導体基板１００が貼り合わされた接合基板１１０を第２の設置台２１２から外し、半導体基板１００に対して分離加熱処理を行う。これにより、脆化領域１０６に元素集中が生じ、半導体基板１００が容易に分離できる状態となる。なお、分離加熱処理は、半導体基板１００として用いる材質や半導体基板１００中に照射するイオン種などにより変化するため、実施者が実施条件を鑑みて適宜調整すればよい。例えば、半導体基板１００としてシリコンウエハーを用いる場合は、一例として４００℃以上６００℃以下で加熱を行えばよい。
【００８２】
なお、半導体基板１００と接合基板１１０の接合強度を増加させるため、貼り合わせ後から分離加熱処理を行うまでの間に、半導体基板１００と接合基板１１０の接合強度を高めるため、半導体基板に対して加熱処理（当該加熱処理を、以下では「接合加熱処理」と記載することもある。）を行うことが好ましい。なお、接合加熱処理は１００℃以上４００℃未満、好ましくは１００℃以上３５０℃以下の温度で行うことが望ましい。
【００８３】
接合加熱処理および分離加熱処理には、拡散炉、抵抗加熱炉などの加熱炉、ＲＴＡ（瞬間熱アニール、Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、マイクロ波加熱装置などを用いることができる。
【００８４】
このように、本実施の形態に記載のとおり、半導体基板１００と接合基板１１０を貼り合わせる間に予め、熱膨張係数の小さい基板（接合基板１１０）よりも熱膨張係数の大きい基板（半導体基板１００）の基板温度が高くした状態で両基板を貼り合わせ、その後、半導体基板１００に対して分離加熱処理を行うことにより、接合基板１１０から半導体基板１００を分離する前に両基板が剥がれてしまう、熱歪みにより基板が破壊する、といった現象を抑制できる。
【００８５】
そして、接合基板１１０から半導体基板１００を分離することにより、半導体基板１００より分離された半導体膜１０８が、絶縁膜１０２を介して接合基板１１０上に転載される（図１（Ｄ）参照。）。
【００８６】
なお、半導体基板１００から半導体膜１０８を分離した後に、半導体膜１０８が転載された接合基板１１０を、１００℃以上接合基板１１０の歪点以下の温度で熱処理を行い、半導体膜１０８中に残存する水素の濃度を低減させてもよい。
【００８７】
以上の工程により、半導体基板と、半導体基板とは異なる熱膨張係数を有する基板を用いてＳＯＩ基板を作製するにあたり、熱膨張係数の差異に起因した剥がれや破壊の抑制された高品位なＳＯＩ基板１２０を作製することができる（図１（Ｅ）参照。）。
【００８８】
なお、図１では、接合基板１１０に対して半導体基板１００を１枚貼り合わせ、加熱処理および分離をする説明を行ったが、図２などのように接合基板１１０に対して複数枚の半導体基板１００を貼り合わせ、加熱処理および分離をしてＳＯＩ基板を作製してもよい。これにより、接合基板１１０上には絶縁膜１０２を介して複数の半導体膜１０８が形成され、１枚の接合基板１１０から、より多くの半導体装置を作製することができる、つまり、１枚の基板からの取り数が増加するため、半導体装置のコスト低減を図ることができる。
【００８９】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００９０】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１にて記載した方法とは異なる方法を用いて半導体基板１００の膨張量と接合基板１１０の膨張量の差を近づけ、熱膨張係数の差異に起因した剥がれや破壊の抑制されたＳＯＩ基板の作製方法を説明する。
【００９１】
まず、実施の形態１にて説明した図１（Ａ）および図１（Ｂ）、ならびに当該図面の説明に対応する実施の形態１の内容を参酌して、絶縁膜１０２および脆化領域１０６を備えた半導体基板１００を作製する。そして、図３（Ａ）に示すように、貼り合わせ装置の第１の設置台２１１に半導体基板１００を設置し、第２の設置台２１２に接合基板１１０を設置する。なお、ここで用いる貼り合わせ装置は、実施の形態１にて説明した貼り合わせ装置と同じものを用いることができる。
【００９２】
次に、第１の設置台２１１に設けられた温度調整装置２２０、および第２の設置台２１２に設けられた温度調整装置２２０を用いて、半導体基板１００および接合基板１１０の温度が共に室温よりが高くなるように、両基板を加熱する。これにより、半導体基板１００と接合基板１１０を貼り合わせた後の分離加熱処理時において、半導体基板１００および接合基板１１０の温度上昇量は、両基板を室温から加熱する場合と比較して小さくなる。このため、分離加熱処理を行った際における、半導体基板の膨張量と接合基板の膨張量の差を近づけることができる。
【００９３】
上述の概念を分かり易くするため、簡単な数値を用いて上述内容説明する。
【００９４】
例えば、半導体基板１００として、一辺の長さ（Ｌ）がＸｍｍの正方形状、熱膨張率（α１）が２．５［×１０−６／Ｋ］のシリコンウエハーを用い、接合基板１１０として、一辺の長さ（Ｌ）がＸｍｍの正方形状、熱膨張率（α２）が１．０［×１０−６／Ｋ］の合成石英基板を用いる。
【００９５】
上述の半導体基板１００および接合基板１１０を室温状態（ここでは２０℃とする。）で貼り合わせ、両基板に対して４００℃の加熱処理を行った場合、半導体基板１００の加熱前後の温度差（ΔＴ１）および接合基板１１０の加熱前後の温度差（ΔＴ２）は共に３８０℃となる。
【００９６】
なお、熱膨張係数に起因する物質の変位量ΔＬは概ね、α×Ｌ×ΔＴの式に従った変形量となる。
【００９７】
したがって、半導体基板１００の変位量（ΔＬ１）は、およそ９．５０×１０−２［ｍｍ］となり、接合基板１１０の変位量（ΔＬ２）は、およそ３．８０×１０−２［ｍｍ］となる。このため、熱膨張係数の差異に起因した半導体基板１００と接合基板１１０の膨張量の差（ΔＬ１−ΔＬ２）は、およそ５．７０×１０−２［ｍｍ］程度となる。
【００９８】
これに対し、半導体基板１００および接合基板１１０を予め１５０℃に加熱した状態で貼り合わせ、両基板に対して４００℃の加熱処理を行った場合、半導体基板１００の加熱前後の温度差（ΔＴ１）および接合基板１１０の加熱前後の温度差（ΔＴ２）は共に２５０℃となる。
【００９９】
したがって、半導体基板１００の変位量（ΔＬ１）は、およそ６．２５×１０−２［ｍｍ］となり、接合基板１１０の変位量（ΔＬ２）は、およそ２．５０×１０−２［ｍｍ］となる。このため、熱膨張係数の差異に起因した半導体基板１００と接合基板１１０の膨張量の差（ΔＬ１−ΔＬ２）は、およそ３．７５×１０−２［ｍｍ］程度と、室温から加熱した場合の膨張量の差（ΔＬ１−ΔＬ２）の６割強の値となる。
【０１００】
このように、半導体基板１００および接合基板１１０を貼り合わせる前に、第１の設置台２１１に設けられた温度調整装置２２０、および第２の設置台２１２に設けられた温度調整装置２２０を用いて両基板の温度を予め室温よりが高くすることにより、分離加熱処理を行った際における、半導体基板１００の膨張量と接合基板１１０の膨張量の差を近づけることができる。
【０１０１】
以下の工程については、実施の形態１にて説明した図１（Ｄ）および図１（Ｅ）、ならびに当該図面の説明に対応する実施の形態１の内容を参酌することで、熱膨張係数の差異に起因した剥がれや破壊の抑制された高品位なＳＯＩ基板１２０を作製することができる。
【０１０２】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１０３】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１に記載の方法により作製したＳＯＩ基板を用いた半導体素子について記載する。
【０１０４】
図６に、実施の形態１の方法により作製したＳＯＩ基板１２０を用いた半導体素子の一例として、トランジスタ７２０の構造を示す。
【０１０５】
トランジスタ７２０は、基板７００上に設けられた下地膜７０１と、下地膜７０１上に設けられた、ソース領域またはドレイン領域として機能する低抵抗領域７０２ａおよび低抵抗領域７０２ａに挟まれたチャネル形成領域７０２ｂを有する半導体層７０２と、低抵抗領域７０２ａおよびチャネル形成領域７０２ｂ上に設けられたゲート絶縁膜７０４と、ゲート絶縁膜７０４上に設けられゲート電極７０６と、ゲート絶縁膜７０４およびゲート電極７０６上に設けられた第１の絶縁膜７０８および第２の絶縁膜７１０と、ゲート絶縁膜７０４、第１の絶縁膜７０８および第２の絶縁膜７１０に形成された開口部を介して低抵抗領域７０２ａと電気的に接続された、ソース配線またはドレイン配線として機能する配線層７１２を備えている。
【０１０６】
ＳＯＩ基板１２０を用いてトランジスタ７２０を作製する方法としては、まず、実施の形態１に記載の方法により作製したＳＯＩ基板１２０の半導体膜１０８を、フォトリソグラフィ法やエッチング法などの公知の技術を用いて島状に加工して、下地膜７０１上に半導体層７０２を形成する（図７（Ａ）参照。）。なお、ＳＯＩ基板１２０の接合基板１１０が本実施の形態の基板７００に相当し、また、ＳＯＩ基板１２０の絶縁膜１０２が本実施の形態の下地膜７０１に相当する。なお、下地膜７０１は、基板７００から半導体層７０２にナトリウム等のトランジスタの特性に悪影響を及ぼす不純物の拡散を抑制する機能を有している。
【０１０７】
次に、半導体層７０２に対して、ｎ型の導電性を付与する不純物元素や、ｐ型の導電性を付与する不純物元素を、イオン注入法などの公知の技術を用いて半導体層７０２に添加する。半導体層７０２がシリコンである場合、ｎ型の導電性を付与する不純物元素としては、例えば、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）などを用いることができる。また、ｐ型の導電性を付与する不純物元素としては、例えば、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）などを用いることができる。
【０１０８】
次に、半導体層７０２を覆うゲート絶縁膜７０４を、ＣＶＤ法やスパッタリング法などの公知の技術を用いて形成する（図７（Ｂ）参照。）。ゲート絶縁膜７０４は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））等を含む単層構造または積層構造とすることが望ましい。なお、ゲート絶縁膜７０４の厚さは、例えば、１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすればよく、例えばゲート絶縁膜７０４として、ＣＶＤ法により酸化窒化シリコンと窒化酸化シリコンの積層膜を５０ｎｍ厚さで形成して用いればよい。
【０１０９】
次に、ゲート絶縁膜７０４上に、スパッタリング法や蒸着法などの公知の技術を用いて導電層を形成した後に、フォトリソグラフィ法やエッチング法などの公知の技術を用いて導電層をパターン形成し、ゲート電極７０６を形成する（図７（Ｃ）参照。）。ゲート電極７０６に用いる導電層としては、アルミニウム、銅、チタン、タンタルおよびタングステン等の金属材料や、当該金属材料の窒化物を用い、単層または複層にて形成することができる。また、多結晶シリコンなどの半導体材料を用いて導電層を形成しても良い。なお、ゲート電極の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすればよく、例えばゲート電極７０６として、スパッタリング法によりタンタルと銅とチタンの積層膜を３００ｎｍの厚さで形成して用いればよい。
【０１１０】
次に、ゲート電極７０６をマスクとして、イオン注入法などの公知の技術を用いて半導体層７０２に対して一導電型を付与する不純物元素を添加し、低抵抗領域７０２ａおよびチャネル形成領域７０２ｂを形成する（図７（Ｄ）参照。）。例えば、ｎ型トランジスタを形成するためには、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）などの不純物元素を添加すればよく、ｐ型トランジスタを形成するためには、硼素（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）などの不純物元素を添加すればよい。なお、不純物元素を添加した後には、活性化のための熱処理を行ってもよい。
【０１１１】
次に、スパッタリング法やＣＶＤ法やスピンコート法などの公知の技術を用いて、ゲート絶縁膜７０４およびゲート電極７０６を覆うように第１の絶縁膜７０８および第２の絶縁膜７１０を形成する（図８（Ａ）参照。）。第１の絶縁膜７０８および第２の絶縁膜７１０としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム等の無機絶縁材料を含む材料を用いることができる。また、第１の絶縁膜７０８および第２の絶縁膜７１０として、ポリイミド、アクリル等の有機絶縁材料を用いることも可能である。なお、第１の絶縁膜７０８および第２の絶縁膜７１０の厚さは、例えば、１００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下、好ましくは３００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下とすればよく、例えば第１の絶縁膜７０８として、ＣＶＤ法により酸化シリコン膜を３００ｎｍの厚さで形成した後に、第２の絶縁膜７１０として、スピンコート法によりポリイミド樹脂を１０００ｎｍの厚さで形成して用いればよい。
【０１１２】
次に、ゲート絶縁膜７０４、第１の絶縁膜７０８および第２の絶縁膜７１０に、フォトリソグラフィ法やエッチング法などの公知の技術を用いて、低抵抗領域７０２ａに到達する開口部を形成する。
【０１１３】
次に、当該開口部を覆う状態に、スパッタリング法や蒸着法などの公知の技術を用いて導電層を形成した後に、フォトリソグラフィ法やエッチング法などの公知の技術を用いて導電層をパターン形成して配線層７１２を形成する。配線層７１２を形成するための導電層としては、ゲート電極７０６と同様の方法および材料を用いることができる。なお、導電層の厚さは、例えば１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下とすればよく、例えば導電層として、スパッタリング法によりアルミニウムをチタンで挟んだ積層構造を５００ｎｍの厚さで形成して用いればよい。
【０１１４】
以上の工程により、トランジスタ７２０を形成することができる（図８（Ｂ）参照。）。実施の形態１にて作製したＳＯＩ基板１２０を用いたトランジスタ７２０は、チャネル領域が形成される活性層（半導体層とも言う。）として単結晶構造の半導体膜を用いることができるため、移動度が高く、且つ安定した電気特性を有するトランジスタとすることができる。また、実施の形態１にて記載した貼り合わせ方法を用いることにより、単結晶半導体基板と、単結晶半導体とは異なる熱膨張係数を有する基板（例えば、ガラス基板などの安価で且つ大型化が可能な基板）を貼り合わせた、大型のＳＯＩ基板を作製することができるため、１枚の基板に対してより多くのトランジスタを形成することができる。
【０１１５】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１１６】
（実施の形態４）
本明細書等に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。上記実施の形態で説明した液晶表示装置を具備する電子機器の例について説明する。
【０１１７】
図９（Ａ）は、携帯型のパーソナルコンピュータであり、筐体１０１１、筐体１０１２、第１の表示部１０１３ａ、第２の表示部１０１３ｂなどによって構成されている。筐体１０１１と筐体１０１２の内部には、様々な電子部品（例えば、ＣＰＵ、ＭＰＵ、記憶素子など。）が組み込まれている。また、第１の表示部１０１３ａと第２の表示部１０１３ｂには、画像を表示するために必要な電子回路（例えば、駆動回路や選択回路など。）が搭載されている。これら電子部品や電子回路の中に、上述の実施の形態で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い携帯型の情報端末とすることができる。なお、先の実施の形態に示す半導体装置は、筐体１０１１、筐体１０１２の少なくとも一に設けられていればよい。
【０１１８】
なお、第１の表示部１０１３ａおよび第２の表示部１０１３ｂの少なくとも一方は、タッチ入力機能を有するパネルとなっており、例えば図９（Ａ）の左図のように、第１の表示部１０１３ａに表示される選択ボタン１０１４により「タッチ入力」を行うか、「キーボード入力」を行うかを選択できる。選択ボタンは様々な大きさで表示できるため、幅広い世代の人が使いやすさを実感できる。ここで、例えば「タッチ入力」を選択した場合、図９（Ａ）の右図のように第１の表示部１０１３ａにはキーボード１０１５が表示される。これにより、従来の情報端末と同様に、キー入力による素早い文字入力などが可能となる。
【０１１９】
また、図９（Ａ）に示す携帯型の情報端末は、図９（Ａ）の右図のように、筐体１０１１と筐体１０１２を分離することができる。これにより、筐体１０１１を壁に掛けて大人数で画面情報を共有しながら、筐体１０１２で画面情報をコントロールするといった操作が可能となり、非常に便利である。なお、当該装置を使用しない場合は、第１の表示部１０１３ａ及び第２の表示部１０１３ｂが向かい合うように、筐体１０１１および筐体１０１２を重ねた状態とすることが好ましい。これにより、外部より加わる衝撃などから第１の表示部１０１３ａ及び第２の表示部１０１３ｂを保護することができる。第１の表示部１０１３ａもタッチ入力機能を有するパネルとし、持ち運びの際、さらなる軽量化を図ることができ、一方の手で筐体１０１２を持ち、他方の手で操作することができるため非常に便利である。
【０１２０】
図９（Ａ）は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報を操作又は編集する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有することができる。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。
【０１２１】
また、図９（Ａ）に示す携帯型の情報端末は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。
【０１２２】
さらに、図９（Ａ）に示す筐体１０１１や筐体１０１２にアンテナやマイク機能や無線機能を持たせ、携帯電話として用いてもよい。
【０１２３】
図９（Ｂ）は、電子書籍１０２０の一例を示している。例えば、電子書籍１０２０は、筐体１０２１および筐体１０２３の２つの筐体で構成されている。筐体１０２１および筐体１０２３は、軸部１０２２により一体とされており、該軸部１０２２を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
【０１２４】
筐体１０２１には表示部１０２５が組み込まれ、筐体１０２３には表示部１０２７が組み込まれている。表示部１０２５および表示部１０２７は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部（図９（Ｂ）では表示部１０２５）に文章を表示し、左側の表示部（図９（Ｂ）では表示部１０２７）に画像を表示することができる。上述の実施の形態で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い電子書籍１０２０とすることができる。
【０１２５】
また、図９（Ｂ）では、筐体１０２１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体１０２１において、電源１０２６、操作キー１０２８、スピーカー１０２９などを備えている。操作キー１０２８により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍１０２０は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
【０１２６】
また、電子書籍１０２０は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。
【０１２７】
図９（Ｃ）は、スマートフォンであり、筐体１０３０と、ボタン１０３１と、マイクロフォン１０３２と、タッチパネルを備えた表示部１０３３と、スピーカー１０３４と、カメラ用レンズ１０３５と、を具備し、携帯型電話機としての機能を有する。実施の形態１または２で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いスマートフォンとすることができる。
【０１２８】
表示部１０３３は、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。また、表示部１０３３と同一面上にカメラ用レンズ１０３５を備えているため、テレビ電話が可能である。スピーカー１０３４及びマイクロフォン１０３２は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生などが可能である。
【０１２９】
また、外部接続端子１０３６はＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット（図示せず）に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応できる。
【０１３０】
また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能などを備えたものであってもよい。
【０１３１】
図９（Ｄ）は、デジタルビデオカメラであり、本体１０４１、表示部１０４２、操作スイッチ１０４３、バッテリー１０４４などによって構成されている。上述の実施の形態で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いデジタルビデオカメラとすることができる。
【０１３２】
図９（Ｅ）は、テレビジョン装置１０５０の一例を示している。テレビジョン装置１０５０は、筐体１０５１に表示部１０５３が組み込まれている。表示部１０５３により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド１０５５により筐体１０５１を支持した構成を示している。上述の実施の形態で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いテレビジョン装置１０５０とすることができる。
【０１３３】
テレビジョン装置１０５０の操作は、筐体１０５１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
【０１３４】
なお、テレビジョン装置１０５０は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
【０１３５】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例１】
【０１３６】
本実施例では、半導体基板１００として単結晶シリコンウエハー（結晶方位：（１００）、厚み：０．７ｍｍ、形状：一辺１２６．６ｍｍ略四角形、熱膨張係数：２．５５１［×１０−６／Ｋ］（２０℃）〜４．３３５［×１０−６／Ｋ］（７２７℃））を、接合基板１１０として合成石英基板（厚み：１．１ｍｍ、一辺が１２６．６ｍｍの略四角形、熱膨張係数：０．５５［×１０−６／Ｋ］（２０℃〜３２０℃））を用い、基板に対して温度調整処理を行わずに両基板を貼り合わせたサンプル（以下、サンプルＡと略記する。）および温度調整処理を行って両基板を貼り合わせたサンプル（以下、サンプルＢと略記する。）を作製し、両サンプルに対して加熱処理（分離加熱処理）を行った場合において、温度調整処理の有無により、どの程度の温度まで半導体基板と接合基板の剥がれ、半導体基板または接合基板の破壊などが発生することなく加熱することができるかについて調査を行った。
【０１３７】
＜ＳＯＩ基板の作製方法＞
まず、単結晶シリコンウエハーに対し熱酸化処理を行うことにより、単結晶シリコンウエハーの表面に酸化シリコン膜を形成した。酸化シリコン膜は、ＨＣｌを３％含有させた酸素雰囲気中において９５０℃の加熱処理を行うことにより、１００ｎｍの厚さで形成した。
【０１３８】
次に、酸化シリコン膜を介して単結晶シリコンウエハー中に加速された水素イオンを照射することにより、単結晶シリコンウエハー中に脆化領域を形成した。水素イオンの照射は、イオンドーピング装置を用いた。ソースガスとしては１００％の水素ガスを用い、水素ガスを励起してプラズマを生成した。生成されたプラズマには３種類のイオン種（Ｈ＋、Ｈ２＋およびＨ３＋）が含まれている。３種のイオン種を分離せずに電界で加速し、単結晶シリコンウエハーに照射した。また、水素ガスの流量は５０ｓｃｃｍ、加速電圧は５０ｋＶ、電流密度は６．３５μＡ／ｃｍ２、ドーズ量は２．９×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２とした。
【０１３９】
次に、シリコンウエハーに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、アルカリ薬液を用いて６０ｓｅｃの洗浄を行い、その後ＩＰＡ（Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ  Ａｌｃｏｈｏｌ）を用いてシリコンウエハーを乾燥させた。
【０１４０】
次に、単結晶シリコンウエハーと合成石英基板を貼り合わせた。なお、当該貼り合わせは、両基板に対して温度調整を行わずに貼り合わせたもの（以下、サンプルＡと呼称する。）、温度調整処理として、大気雰囲気下において単結晶シリコンウエハーを抵抗加熱装置の設置されたステージに設置して２００℃に加熱し、合成石英基板は室温状態（約２０℃）として両基板を貼り合わせたもの（以下、サンプルＢと呼称する。）の２種類を作製した。
【０１４１】
上述の工程により作製した、サンプルＡおよびサンプルＢを、加熱機構を備えたステージを有する反り量測定装置（ケーエルエー・テンコール株式会社、ＴｅｎｃｏｒＦＬＸ−２３２０）を用い、ステージ温度を室温から７℃／ｍｉｎステップで温度を上昇させながら、サンプルＡおよびサンプルＢの反り量の推移を測定した。なお、反り量測定装置へのサンプルの設置は、熱膨張係数の大きいシリコンウエハーが下に（つまり、加熱ステージに接した状態。）、熱膨張係数の小さい合成石英基板が上となる状態設置した。また、シリコンウエハーと合成石英基板の貼り合わせは、両基板の４隅が概ね一致する状態に貼り合わせた。
【０１４２】
サンプルＡおよびサンプルＢの基板温度と反り量の関係を図１０に示す。図１０の横軸は基板加熱温度、縦軸は基板の反り量である。基板の反り量は、反り量測定装置のステージに対して、サンプルの形状が平行な状態である場合、その値は０［μｍ］となる。そして、サンプルがＵ字状態に変形した場合はマイナスの値となり、逆Ｕ字状態に変形した場合はプラスの値となる。なお、図１０において、サンプルＢはシリコンウエハーと合成石英基板を２００℃で貼り合わせているため、基板温度が２００℃程度で、反り量は概ね０［μｍ］となる。そして、基板温度がそれより低い温度範囲ではシリコンウエハーの収縮により、反り量はプラスの値となっている。
【０１４３】
サンプルＡでは、基板温度が２００℃程度まではサンプルの反り量は概ね直線的にマイナス方向（サンプルがＵ字状態に変形する方向）に大きくなっていくが、基板温度が２００℃程度になると、シリコンウエハーの膨張量に対して合成石英基板の膨張量が追従することができなくなり、シリコンウエハーの膨張を合成石英基板が抑制しようとする力が強く働き始めるため、基板温度が増加しても基板の反り量はほぼ横ばい状態で推移する。そして、基板温度が３５０℃程度になると、サンプルの反り量が一気に０［μｍ］となる。これは、シリコンウエハーと合成石英基板の接合力よりも、シリコンウエハーと合成石英基板の膨張量の差により生じる力が大きくなったため、シリコンウエハーと合成石英基板が分離したものある。
【０１４４】
シリコンウエハーに照射した水素イオンを、脆化領域に元素集中させ、脆化領域において容易に分離できる状態とするためには、４００℃程度の温度で加熱することが必要となる。しかしながら、上述のように温度調整処理を行わずにシリコンウエハーと合成石英基板を貼り合わせた場合、基板温度が３５０℃程度で両基板が分離してしまう。
【０１４５】
これに対しサンプルＢでは、基板温度が３００℃程度まではサンプルの反り量が概ね直線的にマイナス方向（サンプルがＵ字状態に変形する方向）に大きくなり、その後、４６０℃程度まではシリコンウエハーと合成石英基板が剥がれることなくサンプルを加熱することができる。このため、シリコンウエハーと合成石英基板が剥がれることなく分離加熱処理を行うことができる。
【０１４６】
以上の結果より、半導体基板の熱膨張係数と接合基板の熱膨張係数の差が大きい場合においても、半導体基板と接合基板の貼り合わせを行う前に、両基板に対して温度調整処理を行うことにより、基板の剥がれや破壊などを抑制してＳＯＩ基板を作製することができる。
【符号の説明】
【０１４７】
１００        半導体基板
１０２        絶縁膜
１０４        イオン照射処理
１０６        脆化領域
１０８        半導体膜
１１０        接合基板
１２０        ＳＯＩ基板
２１１      第１の設置台
２１２      第２の設置台
２２０      温度調整装置
２３０      駆動装置
２３２      軸
２３４      基板固定機構
２３６      可動部
７００        基板
７０１        下地膜
７０２        半導体層
７０２ａ      低抵抗領域
７０２ｂ      チャネル形成領域
７０４        ゲート絶縁膜
７０６        ゲート電極
７０８        第１の絶縁膜
７１０        第２の絶縁膜
７１２        配線層
７２０        トランジスタ
１０１１      筐体
１０１２      筐体
１０１３ａ    第１の表示部
１０１３ｂ    第２の表示部
１０１４      選択ボタン
１０１５      キーボード
１０２０      電子書籍
１０２１      筐体
１０２２      軸部
１０２３      筐体
１０２５      表示部
１０２６      電源
１０２７      表示部
１０２８      操作キー
１０２９      スピーカー
１０３０      筐体
１０３１      ボタン
１０３２      マイクロフォン
１０３３      表示部
１０３４      スピーカー
１０３５      カメラ用レンズ
１０３６      外部接続端子
１０４１      本体
１０４２      表示部
１０４３      操作スイッチ
１０４４      バッテリー
１０５０      テレビジョン装置
１０５１      筐体
１０５３      表示部
１０５５      スタンド
【図１】
0005952550.tif 000002
【図２】
0005952550.tif 000003
【図３】
0005952550.tif 000004
【図４】
0005952550.tif 000005
【図５】
0005952550.tif 000006
【図６】
0005952550.tif 000007
【図７】
0005952550.tif 000008
【図８】
0005952550.tif 000009
【図９】
0005952550.tif 000010
【図１０】
0005952550.tif 000011