CN101471248A - 半导体衬底的制造方法及半导体器件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制造多个单晶半导体层隔着缓冲层固定于玻璃衬底等低耐热性支承衬底上的半导体衬底。通过将氢离子添加到半导体衬底中，准备形成有包含多量氢的损伤区域及缓冲层的多个单晶半导体衬底。将一个或多个该单晶半导体衬底固定于支承衬底上，并且通过照射频率为300MHz以上300GHz以下的电磁波，在损伤区域中分割支承衬底上的单晶半导体衬底。通过反复进行单晶半导体衬底的固定处理及电磁波照射处理，制造在支承衬底上固定需要个数的单晶半导体衬底的半导体衬底。
Description
技术领域
本发明涉及具有单晶半导体层的半导体衬底的制造方法。另外，本发明涉及使用具有单晶半导体层的半导体衬底制造半导体器件的方法。
背景技术
近年来，对利用SOI(Silicon On Insulator，即绝缘体上硅)衬底而代替大块状硅片的集成电路进行研究开发。通过有效地利用形成在绝缘层上的薄单晶硅层的特长，可以将集成电路中的晶体管的半导体层形成为彼此完全绝缘分离，并且使晶体管成为完全耗尽型。因此，可以实现高集成、高速驱动、低耗电量等附加价值高的半导体集成电路。
作为SOI衬底的制造技术，已知SIMOX(Separation by ImplantedOxygen，即注入氧隔离法)技术和贴合技术。SIMOX技术如下：以高浓度方式将氧离子注入到单晶硅晶片的预定深度区中，并在1300℃以上的温度下进行热处理，以形成由硅氧化物构成的埋氧化物(Buried Oxide)层(以下称为BOX层)。在上述技术中，通过在大块状单晶硅晶片中形成BOX层，形成单晶硅层，但是有如下缺点：由于注入氧离子，单晶硅层的结晶结构的损伤变大。
贴合技术如下：隔着绝缘膜贴合两个单晶硅晶片，并分割一个单晶硅衬底，以在另一个单晶硅晶片上隔着绝缘膜形成薄单晶硅层(例如，参照专利文献1)。
在专利文献1中，为了劈开单晶硅晶片，首先，通过将H+离子(质子)注入到单晶硅晶片中，在其内部形成微小气泡层。接着，密接被氧化物覆盖的硅片和形成有微小气泡层的单晶硅晶片，并进行热处理或静电处理，以使两个单晶硅晶片结合。然后，通过进行加热处理，在微小气泡层中劈开单晶硅晶片，以形成薄单晶硅层。在半导体衬底内部形成注入有高浓度离子如氢离子等的微小气泡层，而在该层中分割衬底的技术被称为智能切割法(注册商标)、氢离子注入法等。
已知如下方法：通过使用上述氢离子注入法，在由种类不同的材料构成的衬底如玻璃衬底等上形成硅层，而制造具有SOI结构的半导体衬底(参照专利文献2至5)。在专利文献2中，公开了通过使用氢离子注入法在透光衬底上形成从单晶硅晶片分离了的单晶硅层，并且使用该单晶硅层制造半导体器件的方法。
在专利文献3中，公开了不需超过800℃的高温热处理的SOI衬底的制造方法。在将半导体晶片贴合在玻璃衬底上之后，在不超过600℃的温度下进行加热处理，而在微小气泡层中劈开半导体晶片，从而从半导体晶片剥离半导体薄膜，以在玻璃衬底上形成半导体薄膜层。在上述剥离步骤后，照射激光，从而改善半导体薄膜层的结晶品质，并使半导体薄膜层和玻璃衬底坚固地结合。
在专利文献4中，有如下记载：贴合硅片和玻璃衬底；通过照射微波，分割注入有离子的硅片；为了防止在将硅片贴合在由种类不同的材料构成的衬底上的情况下，因为与该衬底的热膨胀率不同，两个衬底的结合结构由于分割硅片时的温度上升而被损坏，所以在照射微波时，将两个衬底冷却到400℃以下。
在专利文献5中，公开了将瓷砖形状的多个单晶硅层结合在一个玻璃衬底上的技术。在专利文献5中，为了分割半导体衬底(施体衬底)，利用如氮气流的机械方法使半导体衬底分离及损坏，而不进行加热处理(参照第12页第40行至第44行)。
专利文献1日本特开平-211128号公报
专利文献2日本特开2000-150905号公报
专利文献3日本特开2005-252244号公报
专利文献4日本特开2001-244444号公报
专利文献5日本PCT国际申请翻译2005-539259号公报
玻璃衬底的面积比硅片大，并且其价格比硅片低廉，因此如专利文献5所述那样，通过在玻璃衬底上设置多个单晶硅层，可以制造面积大且价格低廉的SOI衬底。另外，玻璃衬底是透光衬底，因此通过使用玻璃衬底作为支承衬底，可以制造适合于显示装置的制造的SOI衬底。
但是，玻璃衬底具有如下缺点：由于加热而收缩；应变点为700℃以下；比硅片更容易弯曲；其表面上存在着起伏；等等。因为上述缺点，与使用半导体衬底作为支承衬底的SOI衬底的制造方法相比，使用玻璃衬底的SOI衬底的制造方法的限制更多。
在上述氢离子注入法中的将半导体衬底分割成薄膜形状的处理中，使氢气在半导体衬底中膨胀，从而优选在400℃以上的温度下加热半导体衬底，但是当由于该加热处理而使玻璃衬底的温度与半导体衬底一起上升时，会有玻璃衬底收缩的问题。
作为将多个半导体层贴合在玻璃衬底上的方法，有反复进行将半导体衬底贴合在玻璃衬底上的步骤和进行加热处理来分割半导体衬底的步骤的方法。但是，若每次进行加热处理，玻璃衬底都收缩，则在第二次以后的贴合步骤中不能控制半导体衬底的贴合位置。
作为解决上述问题的一个方法，本申请人提出了在贴合半导体衬底之前在加热炉中对玻璃衬底进行600℃至700℃左右的高温下的加热处理而使玻璃衬底预先收缩的方法。通过预先对玻璃衬底进行600℃以上的高温下的加热处理，可以在制造SOI衬底时抑制玻璃衬底的收缩量。但是，为了进行上述高温处理来使玻璃衬底充分收缩，需要约16个小时的处理时间，因此在想要解决收缩问题时，上述高温热处理在生产性及成本方面有问题。
另外，通过氢离子注入法，从半导体衬底分离了的半导体层的分割面的平坦性低。但是，需要抑制分割面的表面上的凹凸来提高栅极绝缘层的绝缘耐压，以制造高性能晶体管。作为被贴合在硅片上的半导体层的分割面的平坦化处理，进行机械抛光处理，但是因为玻璃衬底比硅片更容易弯曲且其表面上存在着起伏，所以从加工精度和成品率等的观点来看，优选不进行机械抛光处理，以进行被贴合在玻璃衬底上的多个半导体层的平坦化处理。就是说，若使用玻璃衬底等的衬底作为支承衬底，则难以改善固定于支承衬底上的半导体层的表面凹凸的问题明显化。
另外，在氢离子注入法中，半导体层的结晶结构因离子添加、半导体衬底的分割等而被损坏。另一方面，为了制造高性能晶体管，需要恢复半导体层的结晶性。通过在1000℃以上的温度下进行加热处理，可以去除被贴合在硅片上的半导体层的结晶缺陷，但是不能进行上述高温步骤，以去除被贴合在应变点为700℃以下的玻璃衬底上的半导体层的结晶缺陷。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的之一在于提供一种半导体衬底的制造方法及半导体器件的制造方法，其中即使使用容易收缩的玻璃衬底作为支承衬底，也能够高精度地决定位置而将多个单晶半导体层固定于支承衬底上。
另外，本发明的目的之一在于提供一种半导体衬底的制造方法及半导体器件的制造方法，其中能够高生产率地制造在容易收缩的玻璃衬底等支承衬底上固定多个单晶半导体层的半导体衬底。
另外，本发明的目的之一在于提供一种半导体衬底及半导体器件的制造方法，其中即使使用玻璃衬底等耐热性低且容易弯曲的衬底作为支承衬底，也可以提高固定于支承衬底上的单晶半导体层的平坦性并恢复结晶性。
此外，本发明解决上述问题中的至少一个。
本发明的半导体衬底的制造方法之一包括如下步骤：准备在其表面上形成有缓冲层且在离其表面有预定深度的区域中形成有损伤区域的多个单晶半导体衬底及支承衬底，该损伤区域通过将离子加速并照射而形成；进行衬底固定处理，其中接合缓冲层的表面和支承衬底的表面，而将一个或多个单晶半导体衬底固定于支承衬底上；进行电磁波照射处理，其中对通过衬底固定处理固定于支承衬底上的一个或多个单晶半导体衬底照射频率为300MHz以上且300GHz以下的电磁波，而在损伤区域中分割上述一个或多个单晶半导体衬底；以及通过进行两次以上的衬底固定处理及电磁波照射处理，形成在支承衬底上固定多个单晶半导体层的半导体衬底。再者，在本发明的制造方法中，优选对根据上述方法而形成的半导体衬底进行激光照射处理。该激光照射处理是对多个单晶半导体层分别照射激光而使多个单晶半导体层熔化的处理。
本发明的半导体衬底的制造方法之一包括如下步骤：准备在其表面上形成有缓冲层且在离其表面有预定深度的区域中形成有损伤区域的多个单晶半导体衬底及支承衬底，该损伤区域通过将氢离子加速并照射而形成；进行衬底固定处理，其中接合缓冲层的表面和支承衬底的表面，而将一个或多个单晶半导体衬底固定于支承衬底上；进行电磁波照射处理，其中对通过衬底固定处理固定于支承衬底上的一个或多个单晶半导体衬底照射频率为300MHz以上且300GHz以下的电磁波，而在损伤区域中分割上述一个或多个单晶半导体衬底；再者，通过进行两次以上的衬底固定处理及电磁波照射处理，形成在支承衬底上固定多个单晶半导体层的半导体衬底；进行加热处理，其中在410℃以上且不熔化的温度下，加热半导体衬底的多个单晶半导体层；以及在进行加热处理之后，进行激光照射处理，其中对多个单晶半导体层分别照射激光，而使多个单晶半导体层熔化。
进行激光照射处理之前的加热处理的温度优选为500℃以上。另外，优选进行上述加热处理，以使多个单晶半导体层的氢浓度成为1×1021atoms/cm3以下。另外，单晶半导体层的氢浓度被定义为利用二次离子质谱分析技术(SIMS，即Secondary Ion Mass Spectrometry)分析了的氢浓度的最小值。
在本发明中，缓冲层不仅可以形成在单晶半导体衬底的表面上，而且还可以形成在支承衬底的表面上。另外，缓冲层可以只形成在支承衬底的表面上。另外，缓冲层优选包括能够防止钠从支承衬底一侧扩散到单晶半导体层 中的阻挡层。作为缓冲层，可以使用氮氧化硅膜、氮化硅膜。
此外，单晶指的是在注目某个晶轴的情况下该晶轴的方向在样品的哪个部分中都朝着同一方向的结晶，而且它是没有晶界的结晶。另外，在本说明书中，即使包含结晶缺陷或悬空键，也将上述晶轴方向一致且没有晶界的结晶看作单晶。
另外，使具有结晶结构的层再晶化，指的是经过与其结晶结构不同的状态(例如液相状态)而再次成为具有结晶结构的层。另外，在本说明书中，将使单晶半导体衬底再晶化而使它成为单晶半导体称为再单晶化。
在本发明的半导体衬底及半导体器件的制造方法中，通过照射激光，从其激光照射区域的表面使单晶半导体层的深度方向上的一部分熔化。例如，通过照射激光，使单晶半导体层的表面及其表面附近熔化。或者，通过照射激光，在深度方向上使单晶半导体层的激光照射区域的整体熔化。
在本发明中，由于可以在700℃以下的处理温度下进行衬底固定处理、电磁波照射处理、以及激光照射处理，所以可以使用应变温度为700℃以下的玻璃衬底作为支承衬底。
另外，由于通过照射频率为300MHz以上且300GHz以下的电磁波进行用来分割单晶半导体衬底 的处理，所以可以将支承衬底的温度上升抑制为400℃以下。因此，即使使用玻璃衬底作为支承衬底并进行多次的单晶半导体衬底的分割处理，支承衬底也几乎不收缩，因此可以进行多次的衬底固定处理，来将多个单晶半导体层固定于玻璃衬底上。再者，在衬底固定处理中，可以高精度地决定单晶半导体衬底的固定位置。
另外，在本发明中，通过进行激光照射处理，使多个单晶半导体层熔化，因此即使使用玻璃衬底等耐热性低且容易弯曲的衬底作为支承衬底，也可以提高固定于支承衬底上的单晶半导体层的平坦性并恢复结晶性。
此外，本发明具有上述效果中的至少一个。
附图说明
图1A至1C是半导体衬底的立体图；
图2是半导体衬底的制造方法的流程图；
图3A是半导体衬底的剖视图，而图3B是其平面图；
图4是单晶半导体衬底的立体图；
图5A至5D是说明在单晶半导体衬底上形成缓冲层及损伤区域的方法的剖视图，而图5E是其平面图；
图6A至6E是说明衬底固定处理及电磁波照射处理的剖视图，其中图6A是沿着图8的a1-a2的剖视图，图6B是沿着图9的b1-b2的剖视图，图6C是沿着图10的c1-c2的剖视图，图6E是沿着图11的e1-e2的剖视图；
图7是说明激光照射处理的剖视图；
图8是说明第一次衬底固定处理的平面图；
图9是说明第一次电磁波照射处理的平面图；
图10是说明第二次衬底固定处理的平面图；
图11是说明第二次电磁波照射处理的平面图；
图12是半导体衬底的制造方法的流程图；
图13A至13C是说明半导体衬底的制造方法的剖视图；
图14A是半导体衬底的剖视图，而图14B是其平面图；
图15是形成有缓冲层的支承衬底的剖视图；
图16A至16D是说明在单晶半导体衬底上形成缓冲层及损伤区域的方法的剖视图，而图16E是其平面图；
图17A是半导体衬底的剖视图，而图17B是其平面图；
图18A至18D是说明在单晶半导体衬底上形成缓冲层及损伤区域的方法的剖视图，而图18E是其平面图；
图19A是半导体衬底的剖视图，而图19B是其平面图；
图20A至20D是说明在单晶半导体衬底上形成缓冲层及损伤区域的方法的剖视图，而图20E是其平面图；
图21A至21E是说明半导体器件的制造方法的剖视图；
图22A至22C是说明半导体器件的制造方法的剖视图；
图23是说明半导体器件的制造方法的剖视图及其平面图；
图24是示出微处理器的结构的一个示例的框图；
图25是示出具有无线通信功能的半导体器件的结构的一个示例的框图；
图26A至26F是固定具有无线通信功能的半导体器件的物品的外观图；
图27A是示出有源矩阵型显示装置的结构例的框图，图27B是示出液晶显示装置的像素的结构例的电路图，并且图27C是示出电致发光装置的像素的结构例的电路图；
图28是示出有源矩阵型液晶显示装置的结构例的剖视图；
图29A至29D是示出有源矩阵型液晶显示装置的制造方法的剖视图；
图30A至30C是示出有源矩阵型液晶显示装置的制造方法的剖视图；
图31A至31C是示出有源矩阵型液晶显示装置的制造方法的剖视图；
图32是示出有源矩阵型EL显示装置的结构例的剖视图；
图33A和33B是示出有源矩阵型EL显示装置的制造方法的剖视图；
图34A至34H是示出电子设备的结构例的外观图，其中图34A示出电视接收机，图34B示出数码相机，图34C示出笔记本个人计算机，图34D示出便携式信息终端，图34E示出DVD再现装置，图34F示出电子书籍，图34G示出摄像机，并且图34H示出移动电话；
图35A至35C是示出移动电话的结构例的外观图，其中图35A是主视图，图35B是背视图，并且图35C是展开图；
图36A至图36I是说明半导体衬底的制造方法的剖视图，其中图36A示出支承衬底的准备步骤，图36B-1至36B-3示出单晶半导体衬底的准备步骤，图36C示出衬底固定处理，图36D示出电磁波照射处理，图36E示出半导体衬底的加热处理，图36F及36G示出激光照射处理，并且图36H及36I示出激光照射处理后的半导体衬底；
图37A及37B是单晶硅层的光学显微镜照片，其中图37A示出电磁波照射处理后的半导体衬底，而图37B示出600℃的加热处理后的半导体衬底；
图38A和38B是说明对准标记的附图；
图39A和39B是示出电磁波照射处理所引起的单晶硅晶片的温度变化的图，其中图39A示出微波照射，而图39B示出毫米波照射；
图40A和40B示出半导体衬底的单晶硅层的拉曼光谱测量结果；
图41是半导体衬底的单晶硅层的光学显微镜照片(暗场像)；
图42是通过SIMS测量出的激光照射处理前的半导体衬底的氢浓度的深度方向轮廓；
图43是通过SIMS测量出的激光照射处理后的半导体衬底的氢浓度的深度方向轮廓；
图44是半导体衬底的单晶硅层的光学显微镜照片(暗场像)；
图45是通过SIMS测量出的激光照射处理后的半导体衬底的氢浓度的深度方向轮廓；
图46是半导体衬底的单晶硅层的光学显微镜照片(暗场像)；
图47是通过SIMS测量出的激光照射处理后的半导体衬底的氢浓度的深度方向轮廓。
具体实施方式
下面，说明本发明。本发明可以以多种不同的方式实施，所属技术领域的技术人员可以很容易地理解一个事实，就是其方式和详细内容可以不脱离本发明的宗旨及其范围地变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅限定在实施方式及实施例所记载的内容中。另外，在互不相同的附图中也使用相同的附图标记来表示相同的因素，而省略其材料、形状、制造方法等的重复说明。
实施方式1
在本实施方式中，说明单晶半导体层隔着缓冲层固定于支承衬底上的半导体衬底及其制造方法。再者，在本实施方式中，说明固定于支承衬底上的单晶半导体层的平坦化处理及结晶性恢复处理。
在本实施方式中，说明半导体衬底的结构。图1A至1C是示出半导体衬底的结构示例的立体图。图1A至1C所示的半导体衬底11至13，分别是多个单晶半导体层21隔着绝缘层贴合在一个支承衬底20上的衬底。单晶半导体层21是分割单晶半导体衬底而形成的层。半导体衬底11至13是所谓的SOI结构的衬底，它是单晶半导体层形成在绝缘层上的衬底。
如图1A所示，半导体衬底11是多个单晶半导体层21隔着缓冲层22固定于支承衬底20上的衬底。缓冲层22是形成在单晶半导体衬底上的层。缓冲层22的表面和支承衬底20的表面接合，从而单晶半导体层21固定于支承衬底20上。
如图1B所示，半导体衬底12是对半导体衬底11设置缓冲层23的半导体衬底，其中多个单晶半导体层21隔着缓冲层22及23设置在支承衬底20上。缓冲层23是形成在支承衬底20上的层。缓冲层22和缓冲层23接合，从而单晶半导体层21固定于支承衬底20上。
如图1C所示，半导体衬底13是多个单晶半导体层21隔着缓冲层23固定于支承衬底20上的衬底。缓冲层23和单晶半导体层21的表面接合，从而单晶半导体层21固定于支承衬底20上。
作为支承衬底20，可以使用具有绝缘表面的衬底。另外，优选使用其热膨胀系数与单晶半导体衬底大致相同的支承衬底。例如，支承衬底20的热膨胀系数优选为25×10-7/℃以上且50×10-7/℃以下。另外，支承衬底20的应变点优选为580℃以上且700℃以下，更优选为600℃以上700℃以下。
例如，作为支承衬底20，可以使用玻璃衬底。作为玻璃衬底，优选使用诸如铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、钡硼硅酸盐玻璃之类的无碱玻璃衬底。另外，支承衬底20不局限于玻璃衬底，也可以使用陶瓷衬底、石英衬底、以及蓝宝石衬底等由绝缘体构成的绝缘衬底、由硅或砷化镓等半导体构成的半导体衬底等。
作为支承衬底20，可以使用300mm×300mm以上的大面积衬底。作为这种大面积衬底，优选使用开发成用于制造液晶面板的母板玻璃(motherglass)衬底。作为母板玻璃衬底，已知如下尺寸的衬底：例如，第三代(550mm×650mm)、第3.5代(600mm×720mm)、第四代(680mm×880mm或730mm×920mm)、第五代(1100mm×1300mm)、第六代(1500mm×1850mm)、第七代(1870mm×2200mm)、第八代(2200mm×2400mm)等等。通过将大面积母板玻璃衬底用于支承衬底20来制造半导体衬底11至13，可以实现半导体衬底11至13的大面积化。
单晶半导体层21是通过分割单晶半导体衬底形成的层。在市场上销售的半导体衬底可被用作单晶半导体衬底。例如，可使用由第14族元素制成的单晶半导体衬底，诸如单晶硅衬底、单晶锗衬底、或单晶硅锗衬底。或者，可使用砷化镓、磷化铟等化合物半导体衬底。
缓冲层22及23由单层结构或叠层结构的绝缘层构成。作为构成缓冲层22及23的膜，可以使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化锗、氮化锗膜、氧氮化锗膜、氮氧化锗膜等在其组成中包含硅或锗的绝缘膜。此外，还可以使用：由氧化铝、氧化钽、氧化铪等金属氧化物构成的绝缘膜；由氮化铝等金属氮化物构成的绝缘膜；氧氮化铝膜等由金属氧氮化物构成的绝缘膜；氮氧化铝膜等由金属氮氧化物构成的绝缘膜。
这些绝缘膜可以通过化学气相沉积(CVD法)、溅射法、原子层外延法(ALE法)、使单晶半导体衬底氧化或氮化的方法等形成。CVD法包括减压CVD法、热CVD法、等离子体激发CVD法(以下称为PECVD法)等。PECVD法是350℃以下的低温处理，并且其成膜速度比其他CVD法高，因此优选使用PECVD法。
此外，在本说明书中，氧氮化物是指在其组成中氧原子的数量多于氮原子的物质，而氮氧化物是指在其组成中氮原子的数量多于氧原子的物质。氧氮化硅指的是如下物质：例如，氧含量多于氮含量，其中包含55原子％至65原子％的氧，包含1原子％至20原子％的氮，并且包含25原子％至35原子％的Si。氧氮化硅也可以包含其浓度为0.1原子％至10原子％的氢。另外，氮氧化硅指的是如下物质：例如，氮含量多于氧含量，其中包含15原子％至30原子％的氧，包含20原子％至35原子％的氮，并且包含25原子％至35原子％的Si。氮氧化硅膜也可以包含其浓度为15原子％至25原子％的氢。
缓冲层22及23优选包含至少一层用作阻挡层的绝缘膜。另外，在半导体衬底12中，可以对缓冲层22及23中的至少一方设置阻挡层。
阻挡层是如下用途的膜：在制造半导体衬底、使用半导体衬底制造半导体器件、以及使用半导体器件等等的时候，防止碱金属或碱土金属等降低半导体器件的可靠性的杂质(典型为钠)从支承衬底20侵入单晶半导体层21中。通过形成阻挡层，可以防止半导体衬底及半导体器件被杂质污染，而可以提高其可靠性。
作为用作阻挡层的膜，有氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、或氮氧化铝膜等。这些绝缘膜的厚度可以是5nm以上且200nm以下。
另外，在缓冲层22及23具有叠层结构的情况下，缓冲层22及23也可以包含由金属、合金或金属化合物等构成的导电层、由硅等构成的半导体层。但是，缓冲层22及23中的与单晶半导体层21接触的层、形成接合面的层优选使用绝缘膜形成。
通过使用本实施方式的半导体衬底11、12及13，可以制造半导体器件。在半导体衬底11、12及13中，通过使用固定于支承衬底20上的多个单晶半导体层21中的至少一个，制造晶体管、二极管、电容元件、电阻元件、存储晶体管等各种半导体元件。另外，通过搭配这些半导体元件，制造各种集成电路。
实施方式2
在本实施方式中，说明半导体衬底的制造方法。图2是本发明的半导体衬底的制造方法的流程图。通过图2所示的流程，可以制造图1A、1B及1C所示的半导体衬底11至13。
准备支承衬底(步骤S1)，并且准备后面固定于支承衬底上的多个单晶半导体衬底(步骤S2)。在步骤S1中，根据需要在支承衬底表面上形成缓冲层。例如，在制造图1B所示的半导体衬底12或图1C所示的半导体衬底13的情况下，在步骤S1中准备形成有缓冲层的支承衬底。
在步骤S2中，为了分割单晶半导体衬底，将离子(如氢离子)添加到单晶半导体衬底，而在单晶半导体衬底的预定深度的区域中形成损伤区域。另外，根据需要，在单晶半导体衬底表面上形成缓冲层。在制造图1A所示的半导体衬底11或图1B所示的半导体衬底12的情况下，在步骤S2中，准备形成有缓冲层的单晶半导体衬底。在步骤S2中，准备多个形成有损伤区域的单晶半导体衬底、或多个形成有损伤区域及缓冲层双方的单晶半导体衬底。
接着，进行衬底固定处理，从而贴合在步骤S1中准备的支承衬底和在步骤S2中准备的单晶半导体衬底(步骤S3)。在衬底固定处理中，在一个支承衬底上贴合一个或两个以上的单晶半导体衬底。
接着，对通过衬底固定处理贴合在支承衬底上的一个或多个单晶半导体衬底，照射频率为300MHz以上且300GHz以下的电磁波，而在损伤区域中，分割上述单晶半导体衬底(步骤S4)。通过上述电磁波照射处理，在支承衬底上固定一个或多个单晶半导体层。
反复进行步骤S3和步骤S4，直到在支承衬底上固定预定数量的单晶半导体层为止(步骤S5)。在步骤S5结束后，完成本发明的半导体衬底。
在本发明中，通过照射频率为300MHz以上且300GHz以下的电磁波，分割单晶半导体衬底，因此可以将单晶半导体衬底的温度上升抑制到400℃以下，并且电磁波照射处理所需的时间短，即五分钟以下。另外，玻璃衬底几乎不吸收上述频带的电磁波。因此，即使不有意地进行玻璃衬底的温度控制如冷却等，也不会在电磁波照射处理中将玻璃衬底加热到发生收缩的温度，因此可以抑制玻璃衬底的收缩。因此，即使反复进行单晶半导体衬底的贴合步骤(衬底固定处理)及单晶半导体衬底的分割步骤(电磁波照射处理)，也可以高精度地将多个单晶半导体层贴合在玻璃衬底上。
用于电磁波照射处理的电磁波，是波长为1m以下且1mm以上，并且其频带为UHF(Ultra High Frequency，即特高频)、SHF(Super High Frequency，即超高频)、以及EHF(Extremely High Frequency，即极高频)中的任何一种的电磁波。各频带的频率如下：
·UHF 300MHz至3GHz
·SHF 3GHz至30GHz
·EHF 30GHz至300GHz
通过将预定数量的单晶半导体层固定于支承衬底上，制造根据本发明的半导体衬底。再者，在本实施方式中，进行激光照射处理，而对半导体衬底的多个单晶半导体层照射激光(步骤6)。为了恢复被贴合在支承衬底上的单晶半导体层的结晶性，进行激光照射处理。通过照射激光，使单晶半导体层熔化，而使单晶半导体层再晶化。另外，激光照射处理也是使单晶半导体层熔化而使其表面平坦化的处理。
在本实施方式中，作为单晶半导体层的平坦化处理，也可以进行机械抛光或化学机械抛光等的抛光处理。另外，作为单晶半导体层的结晶性恢复处理，也可以进行通过辐射或热传导加热单晶半导体层的加热处理。在该加热处理中，可以使用扩散炉、电阻加热炉等加热炉、RTA(快速热退火，即Rapid Thermal Anneal)装置等。
通过步骤S1至步骤S6，可以制造结晶性及平坦性优良的多个单晶半导体层固定于支承衬底上的半导体衬底。下面，具体地说明图2所示的各步骤。在本实施方式中，说明其叠层结构与图1A所示的半导体衬底11相同的半导体衬底的制造方法作为半导体衬底的制造方法的一个例子。
图3A是根据本实施方式的方法制造的半导体衬底51的剖视图，而图3B是其平面图。图3A是沿着图3B所示的a1-a2的剖视图。
与半导体衬底11同样，半导体衬底51在支承衬底100上隔着缓冲层102设置多个单晶半导体层101。在半导体衬底51中，支承衬底100和缓冲层102接合，而将各单晶半导体层101固定于支承衬底100上。缓冲层102是由绝缘层111至113构成的三层结构的绝缘层。单晶半导体层101被配置为5行5列的行列形状。
下面，参照图4至图11说明半导体衬底51的制造方法。
准备被加工为所希望的大小和形状的单晶半导体衬底110。图4是说明单晶半导体衬底110的结构的一个例子的立体图。考虑到将单晶半导体衬底110贴合在矩形支承衬底100上，并且曝光装置如缩小投影型曝光装置等的曝光区域为矩形等，则如图4所示那样，单晶半导体衬底110的形状优选为矩形。此外，在本说明书中，若没有特别的说明，则矩形包括正方形及长方形。另外，在本实施方式中，矩形单晶半导体衬底110的角部110a被倒角。这是因为尽量缩短相邻的两个单晶半导体层101的间隔来将它贴合在支承衬底100上的缘故。
当然，单晶半导体衬底110不局限于图4所示的形状，而可以使用各种形状的单晶半导体衬底110。例如，其形状可以为四边形、五边形、六边形等的多边形、圆形、或无定形。当然，可以使用在市场上销售的圆形单晶半导体晶片作为单晶半导体衬底110。另外，圆形晶片包括形成有定向平面的晶片。
圆形单晶半导体晶片有硅或锗等的半导体晶片、砷化镓或磷化铟等的化合物半导体晶片等。单晶半导体晶片的典型例子为单晶硅晶片，直径5英寸(125mm)、直径6英寸(150mm)、直径8英寸(200mm)、直径12英寸(300mm)、直径400mm、直径450mm的圆形晶片是公知的。
矩形单晶半导体衬底110可以通过切割圆形单晶半导体晶片而形成。为了切割晶片，可以利用切割器或线锯等切割装置。另外，通过照射激光、等离子体、电子束等高能量射束，可以切割单晶半导体晶片。还可以使用如下方法制造矩形单晶半导体衬底110：将作为衬底被薄片化之前的半导体衬底制造用锭加工成长方体，以使其截面为矩形，然后将该长方体锭薄片化。
另外，在衬底固定处理中，贴合多个单晶半导体衬底110，其晶面取向可以是相同或不相同。例如，在作为单晶半导体衬底110使用其晶体结构为金刚石结构的单晶半导体衬底如单晶硅衬底的情况下，其主表面的晶面取向可以为(100)、(110)面或(111)。另外，被贴合在一个支承衬底100上的多个单晶半导体衬底110的导电型(n型、i型或p型)或电阻值等的电特性可以是相同或不相同。
下面，参照图5A至5E说明在单晶半导体衬底110上形成缓冲层102及损伤区域的方法。
首先，清洗单晶半导体衬底110来使它干净。然后，在单晶半导体衬底110上，形成绝缘层111及112的叠层膜(参照图5A)。这里，将绝缘层112用作阻挡层。作为绝缘层111和绝缘层112的搭配，有氧化硅膜和氮化硅膜、氧氮化硅膜和氮化硅膜、氧化硅膜和氮氧化硅膜、氧氮化硅膜和氮氧化硅膜等。
氧氮化硅膜可以使用SiH4及N2O作为工艺气体通过PECVD法形成。氧化硅膜可以使用有机硅烷气体及氧作为工艺气体通过PECVD法形成。另外，在单晶半导体衬底110是单晶硅衬底的情况下，可以使单晶半导体衬底氧化而形成氧化硅膜。氮氧化硅膜可以使用SiH4、N2O、NH3及H2作为工艺气体通过PECVD法形成。另外，氮化硅膜可以使用SiH4、N2、NH3及H2作为工艺气体通过PECVD法形成。
有机硅烷指的是四乙氧基硅烷(TEOS，化学式为Si(OC2H5)4)、四甲基硅烷(TMS，化学式为Si(CH3)4)、四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、八甲基环四硅氧烷(OMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)、三乙氧基硅烷(SiH(OC2H5)3)、三二甲氨基硅烷(SiH(N(CH3)2)3)等的化合物。
例如，在使用PECVD法形成由氧氮化硅构成的绝缘层111和由氮氧化硅构成的绝缘层112的情况下，首先，将单晶半导体衬底110传送到PECVD装置的处理室中。然后，将SiH4及N2O作为用来形成绝缘层111的工艺气体引入到处理室中，来产生该工艺气体的等离子体，以在单晶半导体衬底110上形成氧氮化硅膜。接着，将引入到处理室内的气体换成用来形成绝缘层112的工艺气体。这里，使用SiH4、N2O、NH3及H2。通过产生这些混合气体的等离子体，连续地在氧氮化硅膜上形成氮氧化硅膜。另外，在使用具有多个处理室的PECVD装置的情况下，可以在不相同的处理室中分别形成氧氮化硅膜和氮氧化硅膜。当然，通过改变引入到处理室内的气体，可以形成氧化硅膜作为绝缘层111，并形成氮化硅膜作为绝缘层112。
通过如上所述那样连续形成绝缘层111及112，可以提高产率。另外，因为能够不接触大气地形成绝缘层111及112，因此可以防止绝缘层111与112的界面被大气污染。
另外，作为绝缘层111，可以对单晶半导体衬底110进行氧化处理来形成氧化膜。作为上述氧化处理，可以举出热氧化处理、利用包含氧基(O基)或氢氧化基(OH基)的等离子体的等离子体处理、利用含臭氧水(O3水)的氧化处理等。
作为热氧化处理，可以采用干氧化，优选在氧化气氛中添加包含卤素的气体。通过在包含卤素的气氛中使单晶半导体衬底110氧化，可以形成包含卤素的氧化膜作为绝缘层111。作为包含卤素的气体，可以使用选自HCl、HF、NF3、HBr、Cl2、ClF3、BCl3、F2、Br2等中的一种或多种气体。例如，可以在相对于氧包含0.5至10体积％(如3体积％)HCl的气氛下以900℃以上且1100℃以下的加热温度进行热氧化处理。处理时间可以为0.1至6小时，优选为0.5至1小时。所形成的氧化膜的厚度，可以为10nm至1000nm(优选为50nm至200nm)，例如，可以通过热氧化处理形成100nm厚的氧化膜作为绝缘层111。
接着，将离子114照射到单晶半导体衬底110，而在单晶半导体衬底110的预定深度的区域中，形成损伤了其晶体结构的损伤区域115(参照图5B)。
为了产生离子114，激发源气体来使它等离子体化。利用电场的作用，从源气体的等离子体中抽出等离子体所包含的离子114，来将它加速而照射到单晶半导体衬底110。作为源气体，可以使用氢气、卤素气体、氦气等。
为了将离子引入单晶半导体衬底110中，可以使用离子注入装置或离子掺杂装置。离子注入装置具备质量分离装置，以从等离子体中抽出具有特定质量的离子，因此可以只将具有特定质量的离子114添加到单晶半导体衬底110中。离子掺杂装置既可具备质量分离装置，又可不具备质量分离装置。在不具备质量分离装置的离子掺杂装置中，将等离子体中的所有离子种加速来将它照射到处理物上。
离子掺杂装置的主要结构如下：配置被处理物的处理室、产生所希望的离子的离子源、以及用来将离子加速并照射的加速机构。离子源如下：提供用来产生所希望的离子种的源气体的气体供给装置、激发源气体而使源气体放电的电极等。作为使源气体放电的电极，使用灯丝型电极、高频放电用电极等。加速机构由电极如引出电极、加速电极、减速电极或接地电极等、以及给这些电极提供电力的电源等构成。构成加速机构的电极具备多个开口和槽缝，由离子源产生的离子经过被设置在加速机构的电极中的开口和槽缝而加速。此外，离子掺杂装置的结构不局限于上述结构，而可以设置所需的机构。
在单晶半导体衬底110中，形成损伤区域115的区域的深度，可以根据离子114的加速能量和离子114的入射角度调节。加速能量可以根据加速电压和剂量等调节。在与离子114的平均侵入深度大致相同的深度区域中，形成损伤区域115。因此，通过调节将离子114侵入单晶半导体衬底100中的深度，可以控制从单晶半导体衬底110分离的单晶半导体层117(参照图6B)的厚度。
在本实施方式中，使用离子掺杂装置，将离子114添加到单晶半导体衬底110中。另外，使用氢气(H2气体)作为用来产生离子114的源气体。在离子掺杂装置中，激发氢气来产生等离子体，然后不进行质量分离地将等离子体所包含的离子加速而将加速了的离子114照射到单晶半导体衬底110。因此，作为离子114，照射H+、H2 +、及H3 +。
在离子掺杂装置中，相对于从氢气产生的离子种(H+、H2 +、H3 +)的总量，将H3 +的比例设定为50％以上。更优选地是，将H3 +的比例设定为80％以上。在使用不具有质量分离功能的离子掺杂装置的情况下，优选将在等离子体中产生的多个离子种之一设定为50％以上，优选为80％以上。这是因为可以通过照射相同质量的离子来将离子集中地添加到单晶半导体衬底110的相同深度的区域中的缘故。
为了在较浅的区域中形成损伤区域115，需要降低离子114的加速电压，但是通过提高等离子体中的H3 +离子的比例，可以将原子状氢(H)高效地添加到单晶半导体衬底110的较浅的区域中。由于H3 +离子的质量是H+离子的质量的3倍，所以在将一个氢原子添加到相同深度的区域中的情况下，可以将H3 +离子的加速电压设定为H+离子的加速电压的3倍。通过提高离子的加速电压，可以缩短离子照射处理的节拍时间(tact time)，而可以提高生产性及产率。
另外，还可以使用离子注入装置，将离子114添加到单晶半导体衬底110中。在使用离子注入装置的情况下，通过对激发氢气而产生的H+离子及H2 +离子进行质量分离，将H+离子及H2 +离子之一方加速并照射到单晶半导体衬底110。
在添加氢离子的情况下，优选在损伤区域115中包含多于1×1021atoms/cm3的氢(H)。这是因为通过在单晶半导体衬底110中局部地添加高浓度氢，破坏晶格而使损伤区域115具有脆弱的多孔结构的缘故。损伤区域115的氢浓度根据离子114的剂量或加速电压等控制。
在形成损伤区域115之后，如图5C所示，在绝缘层112的上表面上，形成绝缘层113。通过上述步骤，形成由绝缘层111、112及113构成的三层结构的缓冲层102。这里，将形成有缓冲层102及损伤区域115的单晶半导体衬底110称为施体衬底150。
绝缘层113是与支承衬底100接合的接合层。通过形成绝缘层113，在单晶半导体衬底110的表面形成平滑且具有亲水性的接合面，因此绝缘层113的平均粗糙度Ra优选为0.7nm以下，更优选为0.4nm以下。另外，绝缘层113的厚度可以为10nm以上200nm以下。该厚度优选为5nm以上500nm以下，更优选为10nm以上200nm以下。
例如，可形成氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化硅膜等作为绝缘层113。通过CVD法形成的这些绝缘膜，可以与构成绝缘层111及112的绝缘膜同样地形成。另外，在形成绝缘层113的步骤中，单晶半导体衬底110的加热温度为350℃以下。这是因为防止为形成损伤区域115添加了的离子成为气体而脱离损伤区域115的缘故。
例如，为了使用TEOS和O2作为源气体通过PECVD法形成由氧化硅膜构成的绝缘层113，将TEOS以流量15sccm引入到处理室内，并将O2以流量750sccm引入到处理室内。并且，通过在成膜压力为100Pa、成膜温度300℃、RF输出为300W、电源频率为13.56MHz的条件下使工艺气体放电，形成氧化硅膜。
接着，部分地去除施体衬底150的周边部，而形成槽口部116。将形成有槽口部116的施体衬底150称为施体衬底151。图5D是施体衬底151的剖视图，而图5E是其平面图。图5D是沿着图5E所示的b1-b2线的剖视图。
形成槽口部116，以在半导体衬底51中尽量缩短相邻的单晶半导体层101的间隔。例如，槽口部116的宽度W116可以为1mm以上且30mm以下。另外，为了在损伤区域115中分割单晶半导体衬底110，使得从单晶半导体衬底110分离了的层残留在支承衬底100上，槽口部116形成为其深度比损伤区域115深。通过蚀刻处理、以及照射激光而使被处理物升华的激光加工处理等，可以形成槽口部116。
下面，参照图6A至6E、图8至图11说明衬底固定处理及电磁波照射处理步骤。在本实施方式中，通过分别进行两次的衬底固定处理及电磁波照射步骤，在支承衬底100上将25个单晶半导体层固定为5行5列的行列形状。
图6A是说明第一次衬底固定处理的剖视图。图8是其平面图。图6A是沿着图8所示的a1-a2线的剖视图。此外，为了方便起见，附图标记151-1表示通过第一次衬底固定处理固定于支承衬底100上的施体衬底151，附图标记151-2表示通过第二次衬底固定处理固定于支承衬底100上的施体衬底151。
如图6A所示，密接施体衬底151-1表面(缓冲层102表面)和支承衬底100表面。在实现接合的初步阶段中，范德华力作用于支承衬底100表面和缓冲层102表面的接合的结合力，并且通过对缓冲层102表面和支承衬底100表面施加压力，在这些表面的密接部分中形成共价键，而实现其结合力更高的接合。
例如，通过从单晶半导体衬底110一侧对施体衬底151-1的一部分施加压力，从施加了压力的部分开始使缓冲层102和支承衬底100接合，并且接合部分扩展到缓冲层102的整个表面上。其结果是，施体衬底151-1固定于支承衬底100上。该衬底固定处理步骤可在常温(室温)下进行，而不进行加热处理，因此像玻璃衬底之类的耐热性低到耐热温度为700℃以下的衬底可被用作支承衬底100。
在第一次衬底固定处理中，如图8所示，将13个施体衬底151-1配置为不在同一行及同一列中相邻。这是因为在施体衬底151-1的隔壁确保能够通过第二次以后的衬底固定处理固定施体衬底151-2的空间的缘故。虚线所示的区域121是通过第二次衬底固定处理固定施体衬底151-2的区域。在本实施方式中，通过两次的衬底固定处理及电磁波照射处理，将25个单晶半导体层固定于支承衬底100上，因此如图8所示，施体衬底151-1排列为按照每一行交错的方式。
因为单晶半导体衬底110的角部被倒角(参照图4)，可以在两个施体衬底151-1的角部相邻的部分122(由虚线围绕的部分122)中使两个施体衬底151-1的角部邻近。像这样，可以在半导体衬底51中缩短相邻的单晶半导体层101的间隔。
接着，进行第一次电磁波照射处理。该处理是用来在损伤区域115中分割施体衬底151-1的处理。图6B是说明第一次电磁波照射处理的剖视图，而图9是其平面图。图6B是沿着图9所示的b1-b2线的剖视图。
如图6B所示，通过将频率为300MHz以上且300GHz以下的电磁波123照射到施体衬底151-1，半导体衬底110因电磁波123的电场的作用而发热。由于半导体衬底110的温度上升，所以在形成损伤区域115时添加了的元素或分子在形成在损伤区域115中的微小孔中凝集，从而内部的压力上升。由于压力上升，损伤区域115的微小孔的体积改变，且在损伤区域115中产生裂缝，因此单晶半导体衬底110沿损伤区域115劈开。因为缓冲层102与支承衬底100接合，所以从施体衬底151-1(单晶半导体衬底110)分离了的单晶半导体层117被固定在支承衬底100之上。此外，单晶半导体衬底124相当于分离了单晶半导体层117的单晶半导体衬底110。
在上述电磁波照射处理中，可以使用微波加热装置及毫米波加热装置。微波加热装置是由于微波辐射而加热处理物的装置，而毫米波加热装置是由于毫米波辐射而加热处理物的装置。另外，电磁波123的照射时间为5分钟以下的短时间，而可以为1分钟以上且3分钟以下。
在第一次电磁波照射处理结束后，进行第二次衬底固定处理。图6C是说明第二次衬底固定处理的剖视图。图10是其平面图。图6C是沿着图10所示的c1-c2线的剖视图。在第二次衬底固定处理中，将施体衬底151-2固定于支承衬底100的区域121上。第二次衬底固定处理与第一次衬底固定处理同样地进行，而接合施体衬底151-2的表面(缓冲层102的表面)和支承衬底100的表面。
如由链条线围绕的部分125所示，因为在施体衬底151-2中形成有槽口部116，所以可以以其周围与单晶半导体层117重叠的方式，将施体衬底151-2固定于支承衬底100上。其结果是，可以使从施体衬底151-2分离了的单晶半导体层117接近从施体衬底151-1分离了的单晶半导体层117。
此外，作为用于最初的衬底固定处理的施体衬底151-1，可以使用不形成有槽口部116的施体衬底150。在第二次以后的衬底固定处理中，优选使用形成有槽口部116的施体衬底151。这是因为如下缘故：在第二次以后的衬底固定处理中，有时以与单晶半导体层117相邻的方式固定施体衬底151，因此通过使用形成有槽口部116的施体衬底151，可以进一步缩短两个单晶半导体层117的间隔。
在第二次衬底固定处理结束后，进行第二次电磁波照射处理。图6D是说明第二次电磁波照射处理的剖视图。第二次电磁波照射处理也与第一次电磁波照射处理同样地进行，将电磁波123照射到施体衬底151-2，而在损伤区域115中分割单晶半导体衬底110。
通过反复进行两次的衬底固定处理和电磁波照射处理，如图6E及图11所示，形成5行5列的行列形状的25个单晶半导体层117固定于支承衬底100上的半导体衬底153。图11是半导体衬底153的平面图。图6E是沿着图11所示的e1-e2线的剖视图。
然后，在本实施方式中，进行对半导体衬底153的单晶半导体层117照射激光的激光照射处理。图7是说明激光照射处理的剖视图。
因为损伤区域115的形成及施体衬底151的分割等的处理，单晶半导体层117的结晶性比单晶半导体衬底110低。例如，在单晶半导体层117中形成有加工之前的单晶半导体衬底110没有的位错等结晶缺陷、悬空键等微小结晶缺陷。另外，单晶半导体层117的表面是从单晶半导体衬底110分离了的表面，其平坦性低。因此，在本实施方式中，为了恢复单晶半导体层117的结晶性，使单晶半导体层117熔化而使它再晶化。为该再晶化而将激光照射到单晶半导体层117。另外，为了使单晶半导体层117的表面平坦化，照射激光而使单晶半导体层117熔化。
如图7所示，边用激光119对单晶半导体层117进行扫描，边将激光119照射到单晶半导体层117的分离面的整个表面上。作为激光119的扫描，例如移动固定单晶半导体层117的支承衬底100，而不移动激光119。箭头126表示支承衬底100的移动方向。
通过照射激光119，单晶半导体层117吸收激光119，使得照射了激光119的部分的温度上升。当该部分的温度成为熔点以上时，单晶半导体层117熔化。当不再照射激光119时，单晶半导体层117的熔化部分的温度下降，过了一段时间后，熔化部分凝固而得到再晶化。通过用激光119扫描，将激光119照射到单晶半导体层117的整个表面上，而形成再单晶化了的单晶半导体层101。
通过照射激光119，单晶半导体层101的结晶性比单晶半导体层117高。这是因为可以通过使单晶半导体层117熔化而修复单晶半导体层中的悬空键、单晶半导体层和缓冲层的界面具有的缺陷等的微小缺陷等的缘故。另外，可以通过如下方法评价单晶半导体层101及117的结晶性：背散射电子衍射图像(EBSP，Electron Back Scatter Diffraction Pattern)的测量、X射线衍射图像的测量、利用光学显微镜及电子显微镜的观察、拉曼光谱的测量等等。
通过照射激光119，使单晶半导体层117中的照射了激光119的区域部分地熔化或完全熔化。此外，单晶半导体层117处于完全熔化状态指的是从表面到下表面的整个层熔化。在半导体衬底153中，完全熔化状态，指的是从单晶半导体层117的上表面到与缓冲层102的界面熔化而成为液体状态。另一方面，使单晶半导体层117部分地熔化这一状态，指的是以熔化的深度比与缓冲层102的界面(单晶半导体层117的厚度)浅的方式使单晶半导体层117熔化。就是说，单晶半导体层117处于部分熔化状态，指的是上层熔化而变成液相，且下层不熔化而保持固相单晶半导体的状态。
在单晶半导体层117中，通过照射激光119熔化了的部分凝固而再晶化，在该部分中形成其晶体取向与固相单晶半导体一致的单晶半导体。因此，当使用主表面的晶面取向为(100)的单晶硅晶片作为单晶半导体衬底110时，单晶半导体层117的主表面的晶面取向为(100)，并且由于进行激光照射处理而熔化并再晶化了的单晶半导体层101的主表面的晶面取向为(100)。
通过照射激光119，使单晶半导体层117部分地熔化或完全熔化，可以形成其表面平坦的单晶半导体层101。这是因为如下缘故：由于单晶半导体层117熔化的部分是液体，它因表面张力的作用而以使其表面面积最小的方式变形。就是说，液体部分以去除凹部及凸部的方式变形，然后该液体部分凝固而再晶化，由此可以形成其表面被平坦化了的单晶半导体层101。通过使单晶半导体层101的表面平坦化，可以将形成在单晶半导体层101上的栅极绝缘膜的厚度减薄到5nm至50nm左右。因此，可以形成抑制了栅电压且导通电流高的晶体管。
当照射激光119时，既可不加热单晶半导体层117而使其温度为室温，又可加热单晶半导体层117。加热温度为支承衬底100的应变点以下的温度，可以为200℃以上且650℃以下。通过在照射激光119时加热单晶半导体层117，可以降低单晶半导体层117熔化所需的激光119的能量。通过降低能量，可以增大激光119的光束形状的宽度(扫描方向的长度)，而可以提高扫描速度。由此，可以缩短处理一个半导体衬底153的节拍时间。
激光振荡器可以根据其振荡方法被区分为脉冲振荡、连续振荡激光器、以及准连续振荡激光脉冲。为了使单晶半导体层117熔化并再单晶化，优选使用脉冲振荡激光器。在使用脉冲振荡激光器的情况下，通过照射一脉冲(一次)激光，照射了脉冲的区域在照射下一脉冲之前熔化并凝固而再晶化。就是说，当照射下一脉冲时，照射一个脉冲而熔化了的区域已再晶化并回到固相状态。因此，在照射从脉冲振荡激光器振荡的激光而熔化了的区域凝固时，从没熔化的单晶开始进行晶体生长而变成单晶结构的状态是最稳定的状态。
另一方面，连续振荡激光器连续地照射激光，因此通过用激光进行扫描，使熔化区域(液相区域)和固相区域的界面在其方向上移动。因此，在熔化部分凝固时，不容易使晶体生长均匀，结晶轴的方向不一致，而容易产生晶界。这种情况与准连续振荡激光器相同。
作为脉冲振荡激光器，可以使用重复频率为低于10MHz，优选为10kHz以下的激光器。因为将重复频率设定为低于10MHz，每次照射激光，可以在照射下一激光之前使照射区域熔化并凝固。另外，从脉冲振荡激光器照射的激光的脉冲宽度可以为10n秒以上且500n秒以下。
作为用于激光照射步骤的脉冲振荡激光器，例如有XeCl激光器、KrF激光器等受激准分子激光器、Ar激光器、Kr激光器等气体激光器。还可以使用固体激光器，例如有YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、GdVO4激光器、KGW激光器、KYW激光器、Y2O3激光器等。作为激光，可以使用上述激光振荡器的基波、高次谐波(二次谐波、三次谐波、四次谐波等)。在上述固体激光器中，还有如下振荡器：即使使用同一激光媒质，其振荡方法也成为连续振荡或准连续振荡。
另外，作为振荡激光119的激光振荡器，选择其振荡波长在于紫外光区域至可见光区域的激光振荡器。激光119的波长是被单晶半导体层117吸收的波长。可以考虑到激光119的趋肤深度(skin depth)等而决定该波长。例如，波长可以为250nm以上且1μm以下，优选为300nm以上且700nm以下。
根据激光119的波长、激光119的趋肤深度、单晶半导体层117的厚度等，可以决定激光119的能量。例如，在使用波长300nm以上且400nm以下的脉冲振荡激光器的情况下，激光119的能量密度可以为300mJ/cm2以上且800mJ/cm2以下。
照射激光119时的气氛，可以是没控制气氛的大气气氛及惰性气体气氛中的任何一种。大气气氛及惰性气体气氛的双方都具有恢复单晶半导体层117的结晶性及平坦化的效果。另外，与大气气氛相比，惰性气体气氛是更优选的。这是因为与大气气氛相比，氮等惰性气体气氛具有更高地提高单晶半导体层117的平坦性的效果的缘故。此外，还有如下优点：与大气气氛相比，惰性气体气氛更好地抑制裂缝等变形或层的变质的发生，从而用来实现结晶缺陷的减少及平坦化的激光119的可用能量范围变广。
为了在惰性气体气氛中照射激光119时，可以在具有气密性的处理室内照射激光119。通过将惰性气体提供给上述处理室内，可以在惰性气体气氛中照射激光119。当不使用处理室时，边对单晶半导体层117中的激光119的照射面喷射惰性气体，边对该照射面照射激光119，来可以实现惰性气体气氛下的激光119的照射。
惰性气体指的是在激光照射步骤中不与单晶半导体层的表面起反应而形成氧化膜的分子或原子的气体。例如，惰性气体有氮气(N2气体)、氩或氙等稀有气体等。另外，惰性气体的氧浓度优选为30ppm以下，更优选为10ppm以下。
另外，当在具有气密性的处理室内进行激光照射处理时，通过对处理室内进行减压而使它成为真空状态，可以得到与在惰性气体气氛中进行激光照射处理相同的效果。优选地是，处理室内的压力为12Pa以下，更优选地是，处理室内的压力为4Pa以下。
另外，使激光119经过光学系统，以将照射面上的激光119的光束形状设定为线形或矩形。由此，可以高产率地照射激光119。
对单晶半导体层117照射激光119前，可以对形成在单晶半导体层117表面上的自然氧化膜等的氧化膜进行去除处理。去除氧化膜其原因为，在单晶半导体层117表面残存有氧化膜的状态下，即使对其照射激光119，有时也不能得到很好的平坦化的效果。可以通过使用氢氟酸处理单晶半导体层117，来进行氧化膜的去除处理。优选对其进行氢氟酸处理，直到单晶半导体层117的表面呈现斥水性为止。由于其呈现斥水性，可以确认已经从单晶半导体层117去除掉氧化膜。
图7的激光119的照射处理可以如下进行。首先，使用被稀释为1/100的氢氟酸对单晶半导体层117进行110秒的处理，以去除其表面的氧化膜。接着，将贴合有单晶半导体层117的支承衬底100(半导体衬底153)，配置在激光照射装置的载物台上。在加热单晶半导体层117时，通过利用设置在载物台上的电阻加热器等加热机构，将单晶半导体层117加热到200℃以上且650℃以下。例如，加热温度为500℃。
使用XeCl受激准分子激光器(波长：308nm、脉冲宽度：25n秒、重复频率60Hz)作为激光119的激光振荡器。利用光学系统，将激光119的截面形成为线形。边用激光119对单晶半导体层117进行扫描，边将激光119照射到单晶半导体层117。激光119的扫描可以通过移动激光照射装置的载物台而进行，载物台的移动速度与激光的扫描速度相对应。通过调整激光119的扫描速度，对单晶半导体层117的同一区域照射1次以上且20次以下的激光119。激光119的照射次数优选为1以上且11以下。照射次数越少，激光照射处理的节拍时间越短。
在对单晶半导体层117照射激光119之前，可以蚀刻单晶半导体层117。通过进行该蚀刻，可以去除在单晶半导体层117的分离面上残留的损伤区域115。通过去除损伤区域115，可以提高通过照射激光119平整表面并恢复结晶性的效果。
作为上述蚀刻，可以使用干蚀刻法或湿蚀刻法。在干蚀刻法中，作为蚀刻气体，可以使用氯化硼、氯化硅及四氯化碳等的氯化物气体、氯气、氟化硫及氟化氮等的氟化物气体、氧气等。在湿蚀刻法中，作为蚀刻液，可以使用四甲基氢氧化铵(tetramethyl ammonium hydroxide，简称TMAH)溶液。
优选地是，在进行上述蚀刻的情况下，也在对单晶半导体层117照射激光119前，对形成在被进行了蚀刻处理的单晶半导体层117表面上的自然氧化膜等的氧化膜进行去除处理。可以通过使用氢氟酸处理单晶半导体层117来进行氧化膜的去除处理。
通过对半导体衬底153进行激光照射处理，完成半导体衬底51(参照图3A及图3B)。
在照射激光119之后，可以进行以不使单晶半导体层101熔化的温度加热的加热处理。该加热处理可以使用加热炉如扩散炉或电阻加热炉等、RTA装置等。为了修复单晶半导体层101的缺陷，单晶半导体层101的加热温度为400℃以上，但是该加热温度是不使单晶半导体层101熔化的温度，并是支承衬底100的应变点以下的温度。该加热温度优选为500℃以上，例如可以为500℃以上且700℃以下，更优选将单晶半导体层101加热到550℃以上。
加热处理的气氛可以为惰性气体气氛。惰性气体指的是在该加热处理中不与单晶半导体层的表面起反应而形成氧化膜的分子或原子的气体。例如，惰性气体有氮气(N2气体)、氩或氙等稀有气体等。另外，惰性气体气氛中的氧浓度优选为30ppm以下，更优选为10ppm以下。另外，通过将加热处理的气氛设定为减压状态(真空状态)，可以防止单晶半导体层表面的氧化。压力优选为1×10-3以上且5×10-3Pa以下。
例如，在使用加热炉进行上述加热处理的情况下，例如采用氮气气氛。并且，以处理温度500℃对单晶半导体层101加热1小时，然后，将加热温度上升到550℃以上且650℃以下，在该温度下加热4小时。或者，以处理温度500℃对单晶半导体层101加热1小时，然后，将加热温度上升到600℃，在600℃的温度下加热4小时。在使用RTA装置的情况下，采用氮气气氛，进行处理温度为600℃以上且700℃以下并且处理时间为0.5分钟以上且30分钟以下的加热处理。
激光照射处理后的加热处理的效果之一是单晶半导体层101的寿命的提高。寿命越长，半导体中的缺陷和杂质越少。因此，通过使用寿命长的单晶半导体层101，可以制造电特性优良且可靠性高的晶体管。
也可以在照射激光119之后，将单晶半导体层101蚀刻而薄膜化。可以根据从单晶半导体层101形成的元件的特性决定单晶半导体层101的厚度，例如其厚度可以为70nm以下且5nm以上。上述薄膜化步骤优选在加热处理前进行。这是因为可以通过进行加热处理修复由薄膜化步骤中的蚀刻导致的单晶半导体层101的损伤的缘故。
作为用来使单晶半导体层101薄膜化的蚀刻，可以使用干蚀刻法或湿蚀刻法。在干蚀刻法中，作为蚀刻气体，可以使用氯化硼、氯化硅及四氯化碳等的氯化物气体、氯气、氟化硫及氟化氮等的氟化物气体、氧气等。在湿蚀刻法中，作为蚀刻液，可以使用TMAH溶液。
在本发明的制造方法中，由于可以在700℃以下的处理温度下进行衬底固定处理、电磁波照射处理、以及激光照射处理(参照图6A至6E及图7)，所以可以使用应变温度为700℃以下的玻璃衬底作为支承衬底100。
另外，由于通过照射频率为300MHz以上且300GHz以下的电磁波123进行用来分割单晶半导体衬底110的处理，因此可以将支承衬底100的温度上升抑制为400℃以下。因此，在分割单晶半导体衬底110的处理中，可以抑制玻璃衬底的收缩。由此，通过进行多次的单晶半导体衬底固定处理及分割处理，可以将多个单晶半导体层101固定于玻璃衬底等容易收缩的支承衬底100上。再者，可以在容易收缩的衬底上高位置精度地固定多个单晶半导体层。
另外，在本发明中，当进行电磁波照射处理时，可以将支承衬底100及单晶半导体衬底110的温度上升抑制为400℃以下，因此可以防止单晶半导体衬底110在分割处理中因其与支承衬底100的热膨胀的差异而破坏。从而，可以使用其热膨胀系数与单晶半导体衬底110(具体地说，单晶硅衬底)大不相同(5倍以上的差异)的异种材料的衬底如石英衬底作为支承衬底100。
此外，本实施方式的半导体衬底的制造方法，可以与其他实施方式的半导体衬底的制造方法、以及其他实施方式的半导体器件的制造方法搭配。
实施方式3
在本实施方式中，说明半导体衬底的制造方法。图12是本实施方式的半导体衬底的制造方法的流程图。通过图12所示的流程，可以制造图1A、1B及1C所示的半导体衬底11至13。
在图12中，步骤S11至步骤S15与图2所示的步骤S1至步骤S5相同。准备支承衬底(步骤S11)，并且准备后面固定于支承衬底上的多个单晶半导体衬底(步骤S12)。在本实施方式的步骤S12中，将氢离子添加到单晶半导体衬底而形成损伤区域。接着，进行衬底固定处理，而贴合在步骤S11中准备的支承衬底和在步骤S12中准备的一个或两个以上的单晶半导体衬底(步骤S13)。
接着，对通过衬底固定处理，贴合在支承衬底上的一个或多个单晶半导体衬底照射频率为300MHz以上且300GHz以下的电磁波，而在损伤区域中，分割上述单晶半导体衬底(步骤S14)。通过上述电磁波照射处理，在支承衬底上固定一个或多个单晶半导体层。反复进行步骤S13和步骤S44，直到在支承衬底上固定预定数量的单晶半导体层为止(步骤S15)。
在将需要数量的单晶半导体层固定于支承衬底上之后，在进行激光照射处理之前进行加热处理(步骤S16)。在该加热处理中，在410℃以上且不熔化的温度下，加热单晶半导体层。
在步骤S12中，为形成损伤区域而将氢添加到单晶半导体衬底中，因此固定于支承衬底上的多个单晶半导体层包含氢。步骤S16的目的之一在于通过在410℃以上的温度下进行加热处理从单晶半导体层释放氢气而降低氢浓度。另外，通过进行上述加热处理，可以增高通过衬底固定处理形成的接合部的结合力。加热处理的温度优选为500℃以上，更优选为550℃以上。
接着，对被贴合在支承衬底上的多个单晶半导体层照射激光(步骤S17)。该激光照射处理是用来恢复被贴合在支承衬底上的单晶半导体层的结晶性，并用来使其表面平坦化的处理。
在将氢添加在单晶半导体衬底中来形成损伤区域的情况下，从单晶半导体衬底分离了的单晶半导体层也包含多量的氢。若对单晶半导体层的激光照射导致从单晶半导体层喷出氢，则不能实现结晶性的恢复及平坦化。在氢浓度高于1×1021atomic/cm3时，难以控制激光的能量密度以实现结晶性的恢复及平坦化。
鉴于上述问题，可以在激光照射处理之前进行410℃以上的加热处理来降低单晶半导体层的氢浓度，以防止激光照射导致从单晶半导体层喷出氢。因此，容易控制结晶性恢复及平坦化所需的激光的照射能量。就是说，通过预先进行加热处理，激光照射处理的可用照射能量范围变广，可以通过激光照射而高再现性地实现结晶性的恢复及平坦化。为了确保激光照射处理的效果的再现性，优选通过步骤S16的加热处理将单晶半导体层的氢浓度设定为1×1021atomic/cm3以下，更优选为7×1020atomic/cm3以下。
通过进行步骤S11至步骤S17，可以制造结晶性及平坦性优良的多个单晶半导体层固定于支承衬底上的半导体衬底。
下面，参照图13A至13C具体地说明图12所示的各处理。在本实施方式中，作为半导体衬底的制造方法的一个例子，说明图3A及图3B所示的半导体衬底51的制造方法。
首先，根据实施方式2所说明的半导体衬底51的制造方法，进行步骤S11至步骤S15，以形成半导体衬底153(参照图5A至6E、以及图8至图11)。图13A示出半导体衬底153的剖视图。
接着，进行加热处理，来降低单晶半导体层117的氢浓度。图13B是说明加热处理的剖视图。在图13B中，箭头示意性地表示氢气128从单晶半导体层117释放到气相中。通过加热处理降低了氢浓度的单晶半导体层117被称为单晶半导体层118，而加热处理后的半导体衬底153被称为半导体衬底154。
在上述加热处理中，可以使用扩散炉和电阻加热炉等加热炉、RTA装置等。将单晶半导体层117加热到410℃以上。加热处理的温度优选为500℃以上，更优选为550℃以上。另外，优选将加热处理后的单晶半导体层118的氢浓度设定为1×1021atomic/cm3以下。在使用加热炉进行上述加热处理的情况下，例如以处理温度500℃对半导体衬底153加热1小时，然后，将加热温度上升到550℃，在该温度下加热4小时。另外，上述加热处理的目的也可以是提高通过衬底固定处理形成的接合部分的结合力，而不是降低单晶半导体层117的氢浓度。
接着，对半导体衬底154的单晶半导体层118照射激光119。图13C是说明激光照射处理的剖视图。本实施方式的激光照射处理可以与图7所示的激光照射处理同样地进行。通过对单晶半导体层118照射激光119而使它熔化，可以形成再单晶化了的单晶半导体层101。通过上述步骤，完成半导体衬底51(参照图3A及图3B)。
此外，本实施方式的半导体衬底的制造方法，可以与其他实施方式的半导体衬底的制造方法、以及其他实施方式的半导体器件的制造方法搭配。
实施方式4
在本实施方式中，说明其叠层结构与图1B所示的半导体衬底12相同的半导体衬底的制造方法作为半导体衬底的制造方法的一个例子。
图14A是根据本实施方式的方法制造的半导体衬底52的剖视图，而图14B是其平面图。图14A是沿着图14B所示的a1-a2的剖视图。
与半导体衬底12同样，半导体衬底52在支承衬底100上隔着缓冲层102及缓冲层103设置多个单晶半导体层101。25个单晶半导体层101被配置为5行5列的行列形状。在半导体衬底52中，缓冲层102和缓冲层103接合，而将各单晶半导体层101固定于支承衬底100上。缓冲层102是形成在单晶半导体衬底(单晶半导体层101)上的层。在本实施方式中，缓冲层102具有由绝缘层131构成的单层结构。另一方面，缓冲层103是形成在支承衬底100表面上的层。在本实施方式中，缓冲层103具有由绝缘层132及绝缘层133构成的两层结构。
下面，参照图15及图16A至16E说明半导体衬底52的制造方法。
首先，准备在其表面上形成有缓冲层103的支承衬底100。图15是形成有缓冲层103的支承衬底100的剖视图。在本实施方式中，形成由绝缘层132及绝缘层133构成的叠层膜，来将它用作缓冲层103。作为绝缘层132和绝缘层133的搭配，有氮化硅膜和氧化硅膜、氮化硅膜和氧氮化硅膜、氮氧化硅膜和氧化硅膜、氮氧化硅膜和氧氮化硅膜等。这些膜可以与实施方式2的缓冲层102同样地形成。
例如，在使用PECVD法形成由氮氧化硅构成的绝缘层132和由氧氮化硅构成的绝缘层133的情况下，将支承衬底100传送到PECVD装置的处理室中。然后，将SiH4、N2O、NH3及H2作为用来形成绝缘层132的工艺气体引入到处理室中，来产生该工艺气体的等离子体，以在支承衬底100上形成氮氧化硅膜。接着，将引入到处理室内的气体换成用来形成绝缘层133的工艺气体。这里，使用SiH4及N2O。通过产生这些混合气体的等离子体，连续地在氮氧化硅膜上形成氧氮化硅膜。另外，在使用具有多个处理室的PECVD装置的情况下，可以在不相同的处理室中分别形成氮氧化硅膜和氧氮化硅膜。当然，通过改变引入到处理室内的气体，可以形成氮化硅膜作为绝缘层132，并形成氧化硅膜作为绝缘层133。
通过如上所述那样连续形成绝缘层132及133，可以高产率地形成支承衬底100表面上的缓冲层103。另外，因为能够不接触大气地形成绝缘层132及133，因此可以防止绝缘层132与133的界面被大气污染。
下面，参照图16A至16E说明准备形成有缓冲层102及损伤区域115的单晶半导体衬底110的方法。
首先，清洗单晶半导体衬底110来使它干净。然后，如图16A所示，在单晶半导体衬底110表面上，形成保护膜135。为了防止在进行离子照射处理时单晶半导体衬底110被金属等杂质污染，并防止单晶半导体衬底110的表面因照射离子的冲击而被损伤等，形成保护膜135。该保护膜135可以通过CVD法等堆积氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧氮化硅等绝缘材料而形成。保护膜135还可以通过使单晶半导体衬底110氧化或氮化而形成。例如，当使单晶半导体衬底110氧化而形成由氧化膜构成的保护膜135时，可以采用热氧化处理(干氧化处理、水蒸气氧化处理)、利用含臭氧水的氧化处理。在进行干氧化处理的情况下，优选在氧化气氛中添加包含卤素的气体。作为包含卤素的气体，可以使用选自HCl、HF、NF3、HBr、Cl2、ClF3、BCl3、F2、Br2等中的一种或多种气体。
接着，如图16B所示，将离子114隔着保护膜135照射到单晶半导体衬底110，以在离单晶半导体衬底110的表面有预定深度的区域中形成损伤区域115。上述步骤可以与实施方式2的损伤区域115的形成步骤(参照图5B)同样地进行。
在形成损伤区域115之后，去除保护膜135。接着，如图16C所示，在单晶半导体衬底110的上表面上，形成构成缓冲层102的绝缘层131。将形成有缓冲层102及损伤区域115的单晶半导体衬底110称为施体衬底160。
绝缘层131可以与实施方式2的绝缘层113同样地形成。另外，绝缘层131可以与实施方式2的绝缘层111同样地对单晶半导体衬底110进行氧化处理而形成。另外，氧化处理的工艺温度是为形成损伤区域115添加了的元素或分子不从单晶半导体衬底110脱离的温度，其加热温度优选为350℃以下。作为这种低温氧化处理，可以采用利用含臭氧水的氧化处理、采用等离子体处理或高密度等离子体处理的氧化处理等。
接着，部分地去除施体衬底160的周边部，而形成槽口部116。将形成有槽口部116的施体衬底160称为施体衬底161。槽口部116可以与实施方式2同样地形成。图16D是施体衬底161的剖视图，而图16E是其平面图。图16D是沿着图16E所示的b1-b2线的剖视图。
通过上述步骤，准备形成有缓冲层103的支承衬底100及施体衬底161。后面的步骤与实施方式2或实施方式3同样地进行，而完成半导体衬底52(参照图14A及图14B)。
此外，本实施方式的半导体衬底的制造方法，可以与其他实施方式的半导体衬底的制造方法及半导体器件的制造方法搭配。例如，可以使用施体衬底161代替实施方式2的施体衬底151，以制造具有单层结构的缓冲层102的半导体衬底51。与此相反，在本实施方式中，可以使用施体衬底151代替施体衬底161，以制造具有三层结构的缓冲层102的半导体衬底52。
实施方式5
在本实施方式中，说明其叠层结构与图1C所示的半导体衬底13相同的半导体衬底的制造方法作为半导体衬底的制造方法的一个例子。
图17A是根据本实施方式的方法制造的半导体衬底53的剖视图，而图17B是其平面图。图17A是沿着图17B所示的a1-a2的剖视图。与半导体衬底13同样，半导体衬底53在支承衬底100上隔着缓冲层103设置多个单晶半导体层101。在半导体衬底53中，单晶半导体层101和缓冲层103接合，而将各单晶半导体层101固定于支承衬底100上。缓冲层103是形成在支承衬底100上的层。在本实施方式中，缓冲层103具有由绝缘层132及绝缘层133构成的两层结构。25个单晶半导体层101被配置为5行5列的行列形状。下面，说明半导体衬底53的制造方法。
首先，准备形成有缓冲层103的支承衬底100、以及形成有损伤区域115的多个单晶半导体衬底110。与实施方式3同样，在支承衬底100上形成缓冲层103，来准备形成有缓冲层103的支承衬底100(参照图15)。
下面，参照图18A至18E说明准备形成有损伤区域115的单晶半导体衬底110的方法。根据实施方式4的施体衬底161的制造步骤，进行这个准备步骤。首先，清洗单晶半导体衬底110来使它干净。然后，如图18A所示，在单晶半导体衬底110表面上形成保护膜135。
接着，如图18B所示，将离子114隔着保护膜135照射到单晶半导体衬底110，以在离单晶半导体衬底110的表面有预定深度的区域中形成损伤区域115。
在形成损伤区域115之后，去除保护膜135(参照图18C)。将形成有损伤区域115的半导体衬底110称为施体衬底170。
接着，部分地去除施体衬底170的周边部，而形成槽口部116。将形成有槽口部116的施体衬底170称为施体衬底171。图18D是施体衬底171的剖视图，而图18E是其平面图。图18D是沿着图18E所示的b1-b2线的剖视图。
通过上述步骤，准备形成有缓冲层103的支承衬底100及施体衬底171。后面的步骤与实施方式2或实施方式3同样地进行，而完成半导体衬底53(参照图17A及图17B)。
此外，本实施方式的半导体衬底的制造方法，可以与其他实施方式的半导体衬底的制造方法及半导体器件的制造方法搭配。
实施方式6
在实施方式2至5中，说明了从一个施体衬底分离一个单晶半导体层来将它固定于支承衬底上而制造半导体衬底的方法。在本实施方式中，说明从一个施体衬底分离多个单晶半导体层来将它固定于支承衬底上而制造半导体衬底的方法。
图19A是根据本实施方式的方法制造的半导体衬底54的剖视图，而图19B是其平面图。图19A是沿着图19B所示的a1-a2的剖视图。与半导体衬底11同样，半导体衬底54在支承衬底100上隔着缓冲层102设置多个单晶半导体层105。在半导体衬底54中，支承衬底100和缓冲层102接合，而将各单晶半导体层105固定于支承衬底100上。缓冲层102具有由绝缘层141及142构成的两层结构。在由图19B中的链条线围绕的区域144内配置为3行3列的行列形状的9个单晶半导体层105，是从一个单晶半导体衬底110分离了的层。
下面，参照图20A至20E说明准备形成有损伤区域115的单晶半导体衬底110的方法。在本实施方式中，根据实施方式2的施体衬底151的制造步骤进行这个准备步骤。
首先，清洗单晶半导体衬底110，并在单晶半导体衬底110的表面上形成绝缘层141(参照图20A)。绝缘层141可以与绝缘层111同样地形成。作为绝缘层141，优选使用氧化硅膜、氧氮化硅膜。
接着，将离子114隔着绝缘层141照射到单晶半导体衬底110，以在离单晶半导体衬底110的表面有预定深度的区域中形成损伤区域115。
接着，在绝缘层141上，形成绝缘层142(参照图20C)。绝缘层142被用作与支承衬底100贴合的层(接合层)。
绝缘层142可以与绝缘层113同样地形成。例如，可以通过CVD法形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化硅膜或氧氮化硅膜。通过使用氮化硅膜或氮氧化硅膜形成绝缘层142，可以将绝缘层142用作阻挡层，因此是优选的。可以通过PECVD法使用至少包含硅烷气体、氨气及氢气的原料气体形成氮化硅膜或氮氧化硅膜。在形成氮氧化硅膜的情况下，可以对原料气体添加氮氧化物气体。
通过上述步骤，准备形成有两层结构的缓冲层102及损伤区域115的单晶半导体衬底110。该单晶半导体衬底110被称为施体衬底180。
接着，部分地去除施体衬底180，而形成槽口部146。将形成有槽口部146的施体衬底180称为施体衬底181。图20D是形成有槽口部146的施体衬底181的剖视图，而图20E是其平面图。图20D是沿着图20E所示的b1-b2线的剖视图。通过形成槽口部146，在施体衬底181的上部形成多个凸部181a(在本实施方式中，9个凸部181a)。
槽口部146的形成方法如下：去除施体衬底180的周围，以在半导体衬底54中尽量缩短相邻的单晶半导体层105的间隔。再者，部分地去除施体衬底180而在施体衬底180中形成槽，以将施体衬底180的上部分割成多个区域。在本实施方式中，在施体衬底181中形成格子形槽。就是说，如图20D及20E所示，由于槽口部146而将施体衬底181的上层分割成3行3列的行列形状。如上所述，通过形成槽口部146，可以使用一个施体衬底181将被配置为行列形状的9个单晶半导体层105固定于支承衬底100上。
另外，将槽口部146形成为其深度比损伤区域115深，以当在损伤区域115中分割施体衬底181时，使损伤区域115上面的部分残留在支承衬底100上。由此，通过分割施体衬底181，可以将多个凸部181a固定于支承衬底100上。
槽口部146可以通过蚀刻处理、激光加工处理等而形成。当然，用来分割施体衬底180的上部的槽口部146的形状，不局限于本实施方式所示的形状。只要以固定于支承衬底100上的单晶半导体层105的面积等于或大于形成半导体元件所需的半导体层的方式在施体衬底180中形成槽口部146，即可。
后面的步骤可以与实施方式2或实施方式3同样地进行，而完成半导体衬底54(参照图19A及19B)。此外，在本实施方式中，只使用形成有槽口部146的施体衬底181以制造半导体衬底54，但是也可以在一部分的施体衬底181中形成图5D所示的槽口部116，而从一个施体衬底181形成一个单晶半导体层105。
本实施方式的半导体衬底的制造方法，可以与其他实施方式的半导体衬底的制造方法及半导体器件的制造方法搭配。例如，可以在实施方式4所示的形成有缓冲层103的支承衬底100上固定施体衬底181，以制造半导体衬底。另外，如实施方式5所示，可以制造单晶半导体层105只隔着缓冲层103固定于支承衬底100上的半导体衬底。另外，可以使用本实施方式所示的施体衬底181制造半导体衬底51及半导体衬底52。
实施方式7
在本实施方式中，说明使用根据本发明的半导体衬底的半导体器件及其制造方法。在本实施方式中，作为使用根据本发明的半导体衬底的半导体器件的一个例子，对晶体管进行说明。通过搭配多个晶体管，形成各种半导体器件。下面，参照图21A至21E、图22A至22C、以及图23的剖视图说明晶体管的制造方法。此外，在本实施方式中，说明同时制造n沟道型晶体管和p沟道型晶体管的方法。
准备贴合有单晶半导体层的半导体衬底。在本实施方式中，使用其叠层结构与图3A和3B所示的半导体衬底51相同的半导体衬底制造晶体管。图21A是半导体衬底的一部分的剖视图，其中在支承衬底600上隔着三层的绝缘层602-1、602-2及602-3固定单晶半导体层601。绝缘层602-1、602-2及602-3是构成缓冲层的层。虽然在图21A中只有一个单晶半导体层601，但是在支承衬底600上与绝缘层602-3接合地设置多个单晶半导体层601。用来制造晶体管的半导体衬底，不局限于半导体衬底51，可以使用根据本发明的半导体衬底。
接着，如图21B所示，蚀刻支承衬底600上的单晶半导体层601而将它加工(构图)为所希望的形状，以形成单晶半导体层604和单晶半导体层605。使用单晶半导体层604形成p沟道型晶体管，并使用单晶半导体层605形成n沟道型晶体管。此外，为了制造晶体管，也可以不使用支承衬底600上的所有单晶半导体层601，而可以使用至少一个单晶半导体层601。另外，使用一个单晶半导体层601形成至少一个晶体管。
可以对单晶半导体层604和单晶半导体层605添加成为施体或受体的杂质元素，以控制阈值电压。成为受体的杂质元素为p型杂质元素，有硼、铝、镓等。另外，成为施体的杂质元素为n型杂质元素，有磷、砷等。例如，在作为受体元素添加硼的情况下，以5×1016cm-3以上且1×1017cm3以下的浓度添加即可。用来控制阈值电压的杂质元素添加，既可对被进行蚀刻加工之前的单晶半导体层601进行，又可对单晶半导体层604和单晶半导体层605进行。
下面，以使用弱p型单晶硅衬底形成单晶半导体层601的情况为例子说明上述杂质元素的添加方法的一个例子。首先，在对单晶半导体层601蚀刻之前，对单晶半导体层601的整体添加硼。该硼添加的目的在于调整p型晶体管的阈值电压。使用B2H6作为掺杂剂气体，以1×1016至1×1017/cm3的浓度添加硼。硼的浓度根据活化率等而决定。例如，硼的浓度可以为6×1016/cm3。接着，蚀刻半导体衬底的单晶半导体层601，来形成单晶半导体层604及605。然后，只对单晶半导体层605添加硼。上述第二次的硼添加的目的在于调整n型晶体管的阈值电压。使用B2H6作为掺杂剂气体，以1×1016至1×1017/cm3的浓度对单晶半导体层605添加硼。例如，硼的浓度可以为6×1016/cm3。
接着，如图21C所示，覆盖单晶半导体层604和单晶半导体层605地形成绝缘层606。作为绝缘层606，可以在350℃以下的工艺温度下，通过PECVD法层叠一层或两层以上的氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜或氮化硅膜等而形成。另外，作为构成绝缘层606的膜，通过进行高密度等离子体处理，使单晶半导体层604和单晶半导体层605的表面氧化或氮化而形成。高密度等离子体处理，例如使用He、Ar、Kr、Xe等的稀有气体与选自氧、氧化氮、氨、氮等中的气体的混合气体来进行。也可以将氢添加到该混合气体。通过使用微波激发等离子体，可以产生低电子温度且高密度的等离子体。通过使用由这种高密度的等离子体产生的氧基(也有包括OH基的情况)或氮基(也有包括NH基的情况)，使单晶半导体层604及605的表面氧化或氮化，在单晶半导体层604及605的表面上，形成厚度为1nm至20nm，优选为5nm至10nm的绝缘膜。
接着，如图21D所示，在绝缘层606上，形成具有单层结构或叠层结构的导电膜。通过将该导电膜加工(构图)为预定的形状，在单晶半导体层604、605上，隔着绝缘层606形成电极607。可以使用CVD法、溅射法等形成导电膜。作为构成导电膜的膜，可以使用由钽(Ta)、钨(W)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、铬(Cr)、铌(Nb)等构成的金属膜、以上述金属为主要成分的合金膜、以及上述金属的化合物膜。还可以使用掺杂了赋予导电性的杂质元素如磷等而成的硅等半导体膜。
在使用两层结构的导电膜形成电极607的情况下，作为两层结构的导电膜的搭配，可以使用氮化钽膜和钨膜、钽膜和钨膜、氮化钨膜和钨膜、氮化钼膜和钼膜、铝膜和钽膜、以及铝膜和钛膜等。此外，前面记载的膜是第一层导电膜。钨膜和氮化钽膜的耐热性高，因此优选用作第一层导电膜。另外，在采用三层结构的导电膜形成电极607的情况下，可以形成钼膜、铝膜和钼膜的叠层膜。
另外，作为构成电极607的导电膜的蚀刻处理，可以使用ICP(Inductively Coupled Plasma，即感应耦合等离子体)蚀刻法。作为蚀刻用气体，可以适当地使用氯类气体如氯、氯化硼、氯化硅或四氯化碳等；氟类气体如四氟化碳、氟化硫或氟化氮等；或者氧。通过适当地调节蚀刻条件(施加到线圈型电极的电力量、施加到衬底一侧的电极的电力量、衬底一侧的电极温度等)，或者调整用于蚀刻处理的掩模形状，可以形成其端部为锥形的电极607。
接着，如图21E所示，以电极607为掩模，对单晶半导体层604、605添加赋予一导电型的杂质元素。在本实施方式中，对单晶半导体层604添加成为受体的杂质元素(例如硼)，而对单晶半导体层605添加成为施体的杂质元素(例如磷或砷)。上述步骤用来在单晶半导体层604中形成用作源区或漏区的杂质区域，并在单晶半导体层605中形成用作高电阻区域的杂质区域。在单晶半导体层604中形成p型高浓度杂质区域608，而在单晶半导体层605中形成n型低浓度杂质区域609。n型低浓度杂质区域609被用作n型高电阻杂质区域。另外，在单晶半导体层604及605中，与电极607重叠的区域分别成为沟道形成区域610及611。
当将赋予p型的杂质元素添加到单晶半导体层604时，使用掩模等覆盖单晶半导体层605，以不使赋予p型的杂质元素添加到单晶半导体层605。另外，当将赋予n型的杂质元素添加到单晶半导体层605时，使用掩模等覆盖单晶半导体层604，以不使赋予n型的杂质元素添加到单晶半导体层604。或者，还可以首先对单晶半导体层604及单晶半导体层605添加赋予p型及n型之任何一方的杂质元素，然后仅对一个单晶半导体层添加赋予所希望的导电型的杂质元素。例如，可以在对单晶半导体层604及单晶半导体层605双方添加n型杂质元素之后，仅对单晶半导体层604添加p型杂质元素。
接着，如图22A所示，在电极607的侧面形成侧壁612。通过以覆盖绝缘层606及电极607的方式形成绝缘膜，并进行以垂直方向为主体的各向异性蚀刻而部分地去除上述绝缘膜，可以形成侧壁612。另外，通过用来形成侧壁612的各向异性蚀刻，还蚀刻绝缘层606，从而与电极607及侧壁612重叠的部分残留在支承衬底600上。作为构成侧壁612的绝缘膜，可以通过PECVD法或溅射法等层叠一层或两层以上的氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜等由无机材料构成的膜、包含有机树脂等的有机材料的膜而形成。在本实施方式中，通过PECVD法形成厚度为100nm的氧化硅膜。作为用来对氧化硅膜进行各向异性蚀刻的蚀刻气体，可以使用CHF3和氦的混合气体。
接着，如图22B所示，以电极607及侧壁612为掩模，对单晶半导体层605添加赋予n导电型的杂质元素。这个步骤是为了在单晶半导体层605中形成用作源区或漏区的杂质区域的步骤。在上述步骤中，使用掩模等覆盖单晶半导体层604，然后仅对单晶半导体层605添加赋予n型的杂质元素。以电极607和侧壁612为掩模，在单晶半导体层605中以自对准方式形成一对n型高浓度杂质区域614。
接着，在去除覆盖单晶半导体层604的掩模之后，进行加热处理，使添加到单晶半导体层604中的赋予p型的杂质元素、以及添加到单晶半导体层605中的赋予n型的杂质元素活化。通过图21A至图22B所示的一系列步骤，在支承衬底600上，形成p沟道型晶体管617及n沟道型晶体管618。
另外，为了降低源区及漏区的电阻，可以使单晶半导体层604的p型高浓度杂质区域608、单晶半导体层605的n型高浓度杂质区域614硅化物化而形成硅化物层。为了实现硅化物化，将金属接触于单晶半导体层604及605，并通过加热处理使半导体层中的硅和金属起反应，来产生硅化物化合物。上述金属优选为钴或镍，可以使用钛(Ti)、钨(W)、钼(Mo)、锆(Zr)、Hf(铪)、钽(Ta)、钒(V)、钕(Nd)、铬(Cr)、铂(Pt)、钯(Pd)等。在单晶半导体层604和单晶半导体层605的厚度薄的情况下，可以使硅化物化促进到其区域的单晶半导体层604和单晶半导体层605的底部。作为用来硅化物化的加热处理，可以使用加热炉、RTA装置及激光照射装置。
接着，如图22C所示，覆盖p沟道型晶体管617和n沟道型晶体管618地形成绝缘膜619。作为绝缘膜619，形成包含氢的绝缘膜。在本实施方式中，使用包含甲硅烷、氨、N2O的源气体通过PECVD法，形成约600nm厚的包含氢的氮氧化硅膜。使绝缘膜619包含氢是因为可以扩散来自绝缘膜619的氢而终止单晶半导体层604和单晶半导体层605的悬空键的缘故。另外，通过形成由氮氧化硅构成的绝缘膜619，可以形成防止碱金属或碱土金属等杂质(典型为钠)进入p沟道型晶体管617和n沟道型晶体管618中的阻挡层。
接着，覆盖p沟道型晶体管617和n沟道型晶体管618地在绝缘膜619上形成具有单层结构或叠层结构的绝缘膜620。作为构成绝缘膜620的膜，可以使用由聚酰亚胺、丙烯酸、苯并环丁烯、聚酰胺、环氧等具有耐热性的有机材料构成的膜。除了上述有机材料膜之外，还可以使用由低介电常数材料(低k材料)、硅氧烷类树脂、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、PSG(磷硅玻璃)、BPSG(硼磷硅玻璃)、矾土等构成的膜。硅氧烷类树脂相当于以硅氧烷类材料为起始材料而形成的包含Si-O-Si键的树脂。硅氧烷类树脂除了氢之外也可以具有氟、烷基及芳基中的至少一种作为取代基。另外，作为绝缘膜620的形成方法，可以根据其材料使用CVD法、溅射法、SOG法、旋转涂敷、浸渍涂布、喷涂、液滴喷射法(喷墨法、丝网印刷、胶版印刷等)、刮刀、辊式涂布、幕涂、刮刀涂布等。
接着，通过在氮气氛中在400℃至450℃左右(例如410℃)的温度下进行1小时左右的加热处理，扩散来自绝缘膜619的氢，以用氢终止单晶半导体层604和单晶半导体层605的悬空键。
然后，以暴露p型高浓度杂质区域608及n型高浓度杂质区域614的方式，在绝缘膜619及620中形成接触孔。可以通过利用CHF3和He的混合气体的干蚀刻法形成接触孔，但是不局限于此。接着，在绝缘膜620上，形成单层结构或叠层结构的导电膜。通过对该导电膜进行蚀刻处理，如图23所示那样，形成通过上述接触孔连接于p型高浓度杂质区域608的导电膜621及连接于n型高浓度杂质区域614的导电膜622。
在图23中，示出p沟道型晶体管617及n沟道型晶体管618的平面图，同时示出沿该平面图中的D1-D2线的剖视图。在图23所示的平面图中，省略导电膜621及622、绝缘膜619、绝缘膜620。
构成导电膜621、622的导电膜，可以通过CVD法或溅射法等形成。作为上述导电膜，可以使用由铝(Al)、钨(W)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)、镍(Ni)、铂(Pt)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、锰(Mn)、钕(Nd)等构成的金属膜、以上述金属为主要成分的合金膜、上述金属的化合物膜。由于以铝为主要成分的膜的电阻值低，因此优选用作构成导电膜621及622的导电膜。另外，作为低电阻的膜，优选使用添加有碳、硅、镍、铜等的铝膜，这是因为与纯铝膜相比不容易产生小丘的缘故。
在将以铝为主要成分的膜用作导电膜621及622的情况下，通过使用由导电材料构成的阻挡膜夹住以铝为主要成分的膜，可以防止铝的小丘的产生。作为构成阻挡膜的导电膜，可以使用钛膜、氮化钛膜、钼膜及氮化钼膜等。例如，在导电膜621及622具有叠层结构的情况下，可以采用层叠了钛膜、氮化钛膜、铝硅(Al-Si)膜、钛膜及氮化钛膜的五层结构。在采用上述结构情况下，可以使用纯铝膜代替铝硅膜。
在本实施方式中，示出p沟道型晶体管617和n沟道型晶体管618分别具有一个用作栅极的电极607的例子，但是本发明不局限于该结构。根据本发明制造的晶体管，可以为具有多栅极结构的晶体管，该晶体管具有多个用作栅极的电极且该多个电极电连接。
本发明的半导体衬底具有的单晶半导体层是将单晶半导体衬底薄片化了的层，从而没有取向的不均匀性。因此，根据本发明，可以降低形成在同一半导体衬底上的多个晶体管的阈值电压或迁移率等的电特性的不均匀性。另外，单晶半导体层没有晶界，而可以抑制起因于晶界的漏电流，并可以实现半导体器件的低耗电量化。因此，可以制造高可靠性半导体器件。
在使用通过激光晶化获得的多晶半导体膜形成晶体管的情况下，为了得到高迁移率，需要考虑激光的扫描方向来决定晶体管的半导体层的布置，但是本发明的半导体衬底不需要上述步骤，而对半导体器件的设计的限制少。
通过使用根据本发明的半导体衬底搭配多个晶体管，可以形成各种半导体器件。例如，通过互补组合n沟道型晶体管和p沟道型晶体管，可以构成CMOS结构的电路。
通过搭配CMOS结构的电路、布线、其他半导体元件等，可以制造微处理器等的半导体器件。
通过在微处理器中形成包含CMOS结构的集成电路，不仅可以实现微处理器的处理速度的高速化，而且还可以实现低耗电量化。
下面，参照图24说明微处理器。图24是示出微处理器2000的结构例子的框图。
该微处理器2000包括算术逻辑单元(也称为ALU)2001、ALU控制器2002、指令译码器2003、中断控制器2004、时序控制器2005、寄存器2006、寄存器控制器2007、总线接口2008、ROM2009、以及存储器接口2010。
通过总线接口2008输入到微处理器2000的指令在输入到指令译码器2003并被解码之后，输入到ALU控制器2002、中断控制器2004、寄存器控制器2007、以及时序控制器2005。ALU控制器2002、中断控制器2004、寄存器控制器2007、以及时序控制器2005，根据被解码了的指令进行各种控制。
ALU控制器2002产生用来控制算术逻辑单元2001的工作的信号。此外，中断控制器2004是当在执行微处理器2000的程序时处理来自外部输入输出装置或外围电路的中断请求的电路，中断控制器2004判断中断请求的优先度或屏蔽状态，以处理中断请求。寄存器控制器2007产生寄存器2006的地址，并且根据微处理器2000的状态，进行寄存器2006的读出或写入。时序控制器2005产生控制算术逻辑单元2001、ALU控制器2002、指令译码器2003、中断控制器2004及寄存器控制器2007的工作时序的信号。例如，时序控制器2005具有根据基准时钟信号CLK1产生内部时钟信号CLK2的内部时钟产生部。如图24所示，将内部时钟信号CLK2输入到其他电路。
另外，通过使用根据本发明的半导体衬底，可以制造具有以非接触的方式进行数据收发的功能及运算处理功能的半导体器件。图25是示出该半导体器件的结构例子的框图。图25所示的半导体器件2020被用作以无线通信与外部装置进行信号的收发而工作的运算处理装置。
如图25所示，半导体器件2020包括模拟电路部2021、数字电路部2022、天线2023、以及电容部2024。模拟电路部2021包括具有谐振电容器的谐振电路2031、恒压电路2032、整流电路2033、解调电路2034、调制电路2035、复位电路2036、振荡电路2037、以及电源管理电路2038。数字电路部2022包括RF接口2041、控制寄存器2042、时钟控制器2043、中央处理单元2044(CPU2044)、CPU接口2045、RAM2046、以及ROM2047。
半导体器件2020的工作概要如下：由天线2023接收了的信号由于谐振电路2031而产生感应电动势。感应电动势经过整流电路2033而充电到电容部2024。该电容部2024优选由电容器如陶瓷电容器或双电层电容器等构成。电容部2024不必须集成在构成半导体器件2020的衬底上，而可以作为另外的部件组装在半导体器件2020上。
复位电路2036产生对数字电路部2022进行复位和初始化的信号。例如，产生在电源电压上升之后延迟升高的信号作为复位信号。振荡电路2037根据由恒压电路2032产生的控制信号，改变时钟信号的频率和占空比。解调电路2034是解调接收信号的电路，而调制电路2035是调制发送数据的电路。
例如，解调电路2034由低通滤波器构成，并将作为振幅调制方式之一种的ASK(Amplitude Shift Keying，即振幅偏移键控法)方式的接收信号根据其振幅的变动二值化。另外，为了根据ASK方式使发送数据的振幅变动来发送，调制电路2035通过改变谐振电路2031的谐振点来改变通信信号的振幅。
时钟控制器2043根据电源电压或CPU2044中的耗电流，产生用来改变时钟信号的频率和占空比的控制信号。电源管理电路2038监视电源电压。
从天线2023输入到半导体器件2020的信号在被解调电路2034解调后，被RF接口2041分解为控制指令、数据等。控制指令存储在控制寄存器2042中。控制指令包括存储在ROM2047中的数据的读出指令、向RAM2046的数据的写入指令、向CPU2044的计算指令等。
CPU2044通过CPU接口2045对ROM2047、RAM2046、以及控制寄存器2042进行存取。CPU接口2045具有如下功能：根据CPU2044所要求的地址，产生对ROM2047、RAM2046以及控制寄存器2042中的任一个的存取信号。
作为CPU2044的运算方式，可以采用将OS(操作系统)预先存储在ROM2047中且在启动的同时读出并执行程序的方式。另外，也可以采用由专用电路构成运算电路且以硬件方式对运算处理进行处理的方式。作为使用硬件和软件双方的方式，可以采用如下方式：利用专用运算电路进行一部分的运算处理，并且使用程序以CPU2044处理剩余部分的计算。
下面，说明本实施方式的半导体器件2020的用途。图25所示的半导体器件2020具有以非接触方式进行无线通信的功能，而可以用作无线IC芯片。无线IC芯片通过固定于各种物品上而使用。
参照图26A至26F说明固定半导体器件2020的物品。半导体器件2020被安装在印刷电路板上、被贴合在物品的表面上或被埋入而固定于物品上。另外，通过将半导体器件2020嵌入纸张中并使用该纸张制造纸币、有价证券类、无记名债券类、证书等，可以对这些纸张赋予识别功能，而可以防止伪造。另外，上述半导体器件2020可以不变形地嵌入纸张中，或者被夹在两个塑料衬底之间而制造IC卡。
另外，半导体器件2020可以被设置在包装用容器(包装纸、瓶子等，参照图26C)、记录媒体(DVD软件、录像带等，参照图26B)、交通工具(自行车等，参照图26D)、个人物品(包、眼镜等)、食物、植物、动物、人体、衣服、生活器具、电子器具等商品、货物运输标签(参照图26E和26F)等物品中而使用。通过将半导体器件2020设置在包装用容器、记录媒体、个人物品、食物、衣服、生活器具以及电子器具等中，可以提高检查系统、租赁商店中的管理系统等的效率。
另外，可以将半导体器件2020用于动物、鱼类、人体等活体中。如上所述，半导体器件2020的用途很多，而可以用于各种各样的物品中。
例如，通过将半导体器件2020应用于物品的管理或流通系统，可以实现系统的高功能化。例如，通过将半导体器件2020设置在货物运输标签上，并由被设置在传送带旁边的读写器读出存储在上述半导体器件2020中的信息，读出制造过程、流通过程及交货等的信息，而可以高效地检查商品或分配货物。另外，通过与显示装置一体地设置半导体器件2020，可以使显示装置显示被存储在半导体器件2020中的信息或所接收的信息等。通过采用这种结构，使用者以视觉确认半导体器件2020的通信结果。
本实施方式的半导体器件及其制造方法，可以与其他实施方式适当地搭配。
实施方式8
在本实施方式中，说明使用与实施方式7不相同的方法制造晶体管的方法。再者，在本实施方式中，作为半导体器件的结构例子，说明有源矩阵型显示装置。首先，参照图27A至27C说明本实施方式的显示装置的结构。在本实施方式中，作为显示装置，说明有源矩阵型显示装置。
图27A是示出本实施方式的有源矩阵型显示装置的结构例的框图。本发明的有源矩阵型显示装置包括显示部400、信号线驱动电路401、扫描线驱动电路402、连接于信号线驱动电路401的多条信号线403、以及连接于扫描线驱动电路402的多条扫描线404。
多条信号线403沿列方向排列，多条扫描线404与信号线403交叉并沿行方向排列。在显示部400中，多个像素405对应于信号线403及扫描线404所构成的行列呈行列状排列。像素405连接于扫描线404及信号线403。像素405包括开关元件以及显示元件。开关元件根据输入到扫描线404的信号控制像素是否选择。显示元件根据从信号线403输入的视频信号控制灰度。
参照图27B和图27C，对像素405的结构例进行说明。图27B示出将本发明应用于有源矩阵型液晶显示装置时的像素405的结构例。像素405具有作为开关元件的开关晶体管411、以及作为显示元件的液晶元件412。开关晶体管411的栅极连接于扫描线404，源极及漏极的一方连接于信号线403，另一方连接于液晶元件412。
液晶元件412包括像素电极、对置电极、以及液晶，液晶的取向通过由像素电极和对置电极形成的电场控制。液晶被封入在两个衬底之间。保持电容器413是用来保持液晶元件412的像素电极的电位的元件，它连接于液晶元件412的像素电极。
图27C示出将本发明应用于有源矩阵型电致发光显示装置(以下称为EL显示装置)时的像素405的结构例。像素405具有作为开关元件的选择用晶体管421、以及作为显示元件的发光元件423。另外，像素405还具有栅极连接于选择用晶体管421的显示控制用晶体管422。发光元件423具有一对电极和被一对电极夹住的发光材料。
下面，说明使用本发明的具有单晶半导体层的半导体衬底制造具有图27B所示的像素电路的有源矩阵型液晶显示装置的方法。在本实施方式中，在同一半导体衬底上形成显示部400、驱动显示部400的信号线驱动电路401、以及扫描线驱动电路402。图28是示出本实施方式的有源矩阵型液晶显示装置的结构例的剖视图。图28示出有源矩阵型显示装置的主要部分，其中示出开关晶体管411、液晶元件412、以及保持电容器413作为显示部400。再者，作为信号线驱动电路401及扫描线驱动电路402(这里，将这些电路总称为驱动电路406)，示出由n沟道型晶体管431(以下称为n型晶体管)及p沟道型晶体管(以下称为p型晶体管)432构成的反相器电路。
下面，参照图29A至31C说明液晶显示装置的制造方法。图29A至31C是用来说明液晶显示装置的制造方法的剖视图，其图示方法与图28相同。
首先，准备半导体衬底。图29A是半导体衬底的一部分的剖视图。如图29A所示，在本实施方式中，使用其叠层结构与图14A和14B所示的半导体衬底52相同的半导体衬底。另外，使用玻璃衬底作为支承衬底，并且使用单晶硅晶片形成单晶半导体层。就是说，玻璃衬底500相当于支承衬底100，绝缘层501相当于用作阻挡层的绝缘层132，而且绝缘层502相当于绝缘层133。单晶硅层503相当于单晶半导体层101。在玻璃衬底500上形成有多个单晶硅层503，但是图29A仅示出一个单晶硅层503。可以使用一个单晶硅层503制造一个或多个显示装置。另外，可以使用多个单晶硅层503制造一个显示装置。
优选地是，根据构成液晶显示装置的n型晶体管及p型晶体管的形成区域，将硼、铝、镓等p型杂质元素(成为受体的杂质元素)或磷、砷等n型杂质元素(成为施体的杂质元素)，添加到单晶硅层503。
接着，如图29B所示，通过蚀刻单晶硅层503，形成按照半导体元件的配置分离为岛状的单晶半导体层505至507。
然后，如图29C所示，覆盖单晶半导体层505至507地形成绝缘层510。绝缘层510构成晶体管的栅极绝缘膜和电容器的电介质。接着，在绝缘层510上形成构成电极及布线的导电膜。在本实施方式中，形成由导电膜511及导电膜512构成的两层结构的导电膜。
作为绝缘层510，通过CVD法、溅射法或ALE法等使用氧化硅层、氧氮化硅层、氮化硅层及氮氧化硅层等绝缘层，形成单层结构或叠层结构的膜。
此外，绝缘层510与单晶半导体层505至507形成界面，因此绝缘层510中的与这些单晶半导体层505至507接触的层，优选由氧化硅层或氧氮化硅层构成。这是因为如下缘故：若形成氮含量多于氧含量的膜如氮化硅层及氮氧化硅层，则会形成陷阱能级，这导致界面特性的问题。
形成电极和布线的导电膜511及512，可以由金属膜、合金膜或金属化合物膜构成。例如，可以举出由钽、氮化钽、钨、钛、钼、铝、铜、铬或铌等构成的金属膜、由上述金属元素的合金构成的膜或金属化合物膜等。这些膜通过CVD法或溅射法形成。
作为导电膜511及512的搭配，例如有氮化钽膜和钨膜、氮化钨膜和钨膜、氮化钼膜和钼膜等。尤其是，由氮化钽膜和钨膜构成的叠层膜的两者的蚀刻选择比高，因此是优选的。这里，形成20nm至100nm厚的氮化钽膜作为导电膜511，并形成100nm至400nm厚的钨膜作为导电膜512。构成电极和布线等的导电膜可以为一层或三层以上的叠层膜。在采用三层结构的情况下，优选采用钼层、铝层、钼层的叠层结构。
接着，在导电膜512上选择性地形成抗蚀剂掩模。然后，通过两次的蚀刻处理形成具有两层结构的导电膜515至517(参照图29D)。导电膜515构成电容线，导电膜156构成扫描线404，而且导电膜517构成CMOS反相器电路的输出布线。
通过第一次蚀刻处理，蚀刻导电膜511及导电膜512，以在单晶半导体层505至507上形成其截面为锥形并且由导电膜511及导电膜512构成的叠层膜。通过上述蚀刻，形成导电膜515a至517a作为导电膜515至517的下层。接着，在导电膜512上残留着抗蚀剂掩模的状态下进行第二次蚀刻处理。通过该蚀刻处理，只蚀刻导电膜512，使得其宽度比导电膜511小，以形成导电膜515b至517b。在形成导电膜515至517的上层之后，去除抗蚀剂掩模。
用来形成导电膜515至517的蚀刻处理，可以适当地选择。为了提高蚀刻速度，可以使用利用ECR(Electron Cyclotron Resonance，即电子回旋共振)方式或ICP(Inductively Coupled Plasma，即感应耦合等离子体)方式等的高密度等离子体源的干蚀刻装置。
接着，为了在单晶半导体层505及506中形成n型低浓度杂质区域521，通过离子掺杂法或离子注入法添加磷、砷等施体杂质元素(参照图30A)。此时，形成抗蚀剂掩模520，以不将施体杂质元素添加到单晶半导体层507。n型低浓度杂质区域521被用作高电阻杂质区域。
上述施体杂质元素的添加是以导电膜515至517的上层导电膜515b至517b为掩模而进行的。就是说，以使施体杂质元素经过下层导电膜515a至517a的方式添加施体杂质元素。在各单晶半导体层505及506中以自对准方式形成n型低浓度杂质区域521。例如，在添加磷的情况下，为了形成n型晶体管(411及431)的高电阻区域，使上述n型低浓度杂质区域521包含其浓度约为1×1017atoms/cm3至5×1018atoms/cm3的磷。在施体杂质元素的添加步骤结束后，去除抗蚀剂掩模520。
接着，形成n型晶体管(411及431)的源区及漏区(参照图30B)。因此，形成覆盖单晶半导体层505及506的一部分及单晶半导体层507的抗蚀剂掩模522。然后，以抗蚀剂掩模522为掩模通过离子掺杂法或离子注入法，将施体杂质元素添加到单晶半导体层505及506中，形成n型高浓度杂质区域523。这里，对单晶半导体层505及506添加磷，使得n型高浓度杂质区域523包含其浓度为5×1019atoms/cm3至5×1020atoms/cm3的磷。将n型高浓度杂质区域523用作n型晶体管(411及431)的源区或漏区。
另外，在单晶半导体层505及506中，没添加有施体杂质元素的区域，分别成为沟道形成区域524至526。两个沟道形成区域524是开关晶体管411的沟道形成区域，而沟道形成区域526是n型晶体管431的沟道形成区域。在保持电容器413中，绝缘层510是电介质，而且导电膜515及沟道形成区域525构成一对电极。再者，开关晶体管411和保持电容器413由形成在单晶半导体层505中的n型高浓度杂质区域523之一电连接。
接着，去除抗蚀剂掩模522之后，形成p型晶体管432的源区及漏区(参照图30C)。因此，形成覆盖单晶半导体层507的一部分及单晶半导体层505及506的抗蚀剂掩模530。然后，以抗蚀剂掩模530为掩模通过离子掺杂法或离子注入法将受体杂质元素添加到单晶半导体层507中，而形成p型高浓度杂质区域531。作为受体杂质元素，使用硼、铝、镓等。这里，添加硼，使得p型高浓度杂质区域531的硼浓度约为1×1020atoms/cm3至5×1021atoms/cm3。在单晶半导体层507中，没添加有施体杂质元素及受体杂质元素的区域成为沟道形成区域532。
在去除抗蚀剂掩模530之后，进行500℃以上且衬底500的应变点以下的热处理，使得被添加到单晶半导体层505至507中的施体杂质元素及受体杂质元素活化。
接着，在衬底500的整个表面上，形成绝缘膜535(参照图31A)。绝缘膜535既可是由无机材料或有机材料构成的单层结构的膜，又可是叠层结构的膜。例如，作为构成绝缘膜535的膜，可以通过CVD法或溅射法形成氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜等。还可以通过旋涂法等的涂敷法形成聚酰亚胺膜、聚酰胺膜、聚乙烯基苯酚膜、苯并环丁烯膜、丙烯酸膜、环氧膜、由硅氧烷树脂等硅氧烷材料构成的膜、噁唑树脂膜等。例如，在绝缘膜535具有两层结构的情况下，作为第一层形成100nm厚的氮氧化硅膜，并作为第二层形成900nm厚的氧氮化硅膜。
在绝缘膜535中形成接触孔之后，形成具有单层结构或叠层结构的导电膜。作为构成该导电膜的膜，可以使用铝、钨、钛、钽、钼、镍、钕等的金属膜、包含这些金属元素的合金膜、金属化合物膜。例如，可以举出包含钛的铝合金膜、包含钕的铝合金膜等。在导电膜具有三层结构的情况下，例如可以形成由钛膜夹着铝膜或上述铝合金膜的叠层膜。
通过对所形成的导电膜进行蚀刻处理，形成导电膜536至540(参照图31A)。导电膜536为信号线403，导电膜537是用来将开关晶体管411及保持电容器413电连接于液晶元件412的电极。导电膜538是n型晶体管431的源电极，导电膜539是p型晶体管432的源电极，而且导电膜540是CMOS反相器的输出布线。
接着，在玻璃衬底500的整个表面上，形成钝化膜542及绝缘膜543。这里，通过PECVD法作为钝化膜542形成50nm至100nm厚的氮化硅膜。绝缘膜543可以与绝缘膜535同样地形成(参照图31B)。
接着，在钝化膜542及绝缘膜543中，形成到达导电膜537的接触孔，然后在绝缘膜543上形成透光导电膜。通过蚀刻该导电膜，形成像素电极544(参照图31B)。
像素电极544是透射来自背光灯装置的光的透光电极。因此，作为构成像素电极544的导电膜，可以使用将氧化锡混合在氧化铟中的氧化铟锡膜、将氧化硅混合在氧化铟锡中的氧化铟锡硅膜、将氧化锌混合在氧化铟中的氧化铟锌膜、氧化锌膜或氧化锡膜等。
然后，在显示部400内，形成柱状间隔物545。接着，在玻璃衬底500的整个表面上形成取向膜546。可以使用感光树脂膜形成间隔物545。根据需要形成取向膜546。另外，根据需要对取向膜546进行摩擦处理。
接着，参照图31C说明对置衬底的制造方法。在玻璃衬底560上，形成彩色滤光片561及BM(黑矩阵)562。在显示部400中，利用BM562对开关晶体管411及保持电容器413进行遮光。另外，利用BM562对驱动电路406进行遮光。
在彩色滤光片561及BM562上，形成由透光导电膜构成的对置电极563。构成对置电极563的导电膜，可以与像素电极544同样地形成。接着，在玻璃衬底560的整个表面上，形成取向膜564。根据需要形成取向膜564。另外，根据需要对取向膜564进行摩擦处理。
接着，通过在图31B所示的玻璃衬底500和图31C所示的玻璃衬底560之间形成液晶层566，完成液晶显示装置(液晶模块)(参照图28)。液晶元件412由像素电极544、对置电极563、以及液晶层566构成。
形成液晶层566的方法粗分为两种：一是在玻璃衬底500及玻璃衬底560之一方的表面上，以残留注入口的方式形成未固化的密封材料，然后贴合两个玻璃衬底500和玻璃衬底560，并使密封材料固化，接着在从注入口注入液晶材料后密封注入口的方法；另一是在玻璃衬底500及玻璃衬底560之一方的表面上，形成未固化的密封材料，接着在形成有密封材料的衬底表面上滴下液晶材料后，与另一衬底贴合，来使密封材料固化的方法。通过上述步骤，可以制造有源矩阵型液晶显示装置。在本实施方式中，在玻璃衬底500上，只有驱动电路部406与显示部400一体地形成，但是可以使用单晶硅层503形成驱动电路406以外的电路。由于可以使用单晶硅层503形成元件，所以可以在玻璃衬底500上形成构成运算电路的CPU、构成显示器控制电路的图像处理电路等。
下面，说明具备图27C所示的像素电路的有源矩阵型EL显示装置的制造方法。图32是示出本实施方式的有源矩阵型EL显示装置的结构例的剖视图。图32示出有源矩阵型EL显示装置的主要部分，其中示出显示控制用晶体管422及发光元件423作为显示部400。再者，作为驱动电路406，示出由n型晶体管431及p型晶体管432构成的反相器电路。
下面，参照图33A和33B说明EL显示装置的制造方法。图33A和33B是用来说明EL显示装置的制造方法的剖视图，其图示方法与图32相同。
首先，按照图29A至31A所示的步骤，制造显示部400的晶体管、电容元件、驱动电路406的晶体管、电容元件等。其状态示出于图33A。另外，在显示控制用晶体管422中，形成在绝缘膜535上的导电膜571是发光元件用电源线，而导电膜572是构成发光元件423的像素电极，它被用作反射电极。
接着，在钝化膜542中形成暴露导电膜572的表面的开口部。在钝化膜542上形成覆盖导电膜572的端部的绝缘膜573(参照图33B)。
绝缘膜573优选由感光树脂构成。作为感光树脂，有聚酰亚胺、聚酰胺、聚乙烯基苯酚、苯并环丁烯、丙烯酸、环氧等的有机材料等。将绝缘膜573用作根据每个元件分割发光元件423的EL层的隔离壁膜。接着，在导电膜572上形成EL层574及对置电极575。作为EL层574，至少形成发光层。除了该发光层以外，还可以适当地形成空穴注入层、空穴传输层、电子传输层或电子注入层。EL层574可以通过喷墨法等的涂敷法或蒸镀法形成。
对置电极575是透光电极。作为构成对置电极575的导电膜，可以使用将氧化锡混合在氧化铟中的氧化铟锡膜、将氧化硅混合在氧化铟锡中的氧化铟锡硅膜、将氧化锌混合在氧化铟中的氧化铟锌膜、氧化锌膜或氧化锡膜等。
通过上述步骤，可以形成在导电膜572和对置电极575之间夹着至少具有发光层的EL层574的发光元件423(参照图33B)。
接着，在玻璃衬底500的上表面上，固定玻璃衬底581(参照图32)。在本实施方式中，在玻璃衬底500和玻璃衬底581之间，设置固体树脂582。也可以使用密封材料将惰性气体封入玻璃衬底500和玻璃衬底581之间，而不使用树脂582。另外，也可以覆盖对置电极575地形成由氮化硅膜等构成的保护膜。
通过上述步骤，可以制造EL显示装置。在本实施方式中，发光元件423的光被导电膜572反射，并经过对置电极575，而从玻璃衬底581向外部照射。但是，抽出光的方向也可以是玻璃衬底500一侧。在此情况下，只要导电膜572由透光导电膜构成，并将对置电极575用作反射电极，即可。
可以使用本实施方式的显示装置制造各种电子设备。作为该电子设备，包括：影像拍摄装置如摄像机及数码相机等、导航系统、音频再现装置(汽车音响、音响组件等)、计算机、游戏机、便携式信息终端(移动计算机、移动电话、便携式游戏机或电子书等)、具备记录媒质的图像再现装置(具体地说，具备对存储在数字通用光盘(DVD)等或硬盘等记录媒质中的图像数据进行显示的显示装置的装置)等。下面，参照图34A至34H及图35A至35C说明电子设备的具体方式。
图34A是电视接收机1900的外观图。电视接收机1900具备外壳1901和支承台1902。在外壳1901中设置显示部1903、扬声器部1904、视频输入端子1905等。将本发明的半导体器件用于显示部1903。根据本发明，可以提供能够显示高清晰图像的电视接收机1900。
图34B是数码相机1910的外观图。在主体1911的正面部分中有图像接收部1913，并在主体1911的上表面部分中设置快门按钮1916。另外，在主体1911的背面部分中设置显示部1912、操作按钮1914及外部连接端口1915。将本发明的半导体器件用于显示部1912。根据本发明，可以提供其显示部能够显示高清晰图像的数码相机。
图34C是笔记本个人计算机1920的外观图。个人计算机1920具有外壳1921及外壳1922。在外壳1921中设置键盘1924、外部连接端口1925及定位装置1926。另外，在外壳1922中设置显示部1923。将本发明的半导体器件用于显示部1923。根据本发明，可以提供廉价的高性能笔记本个人计算机。
图34D是便携式信息终端1930的外观图。在外壳1931中设置显示部1932、开关1933、操作按钮1934及红外线端口1935等。将本发明的半导体器件用于显示部1932。根据本发明，可以提供具备高清晰显示部的便携式信息终端。
图34E是作为图像再现装置的一个例子的DVD再现装置1940的外观图。DVD再现装置1940具备外壳1941及外壳1942。在外壳1941中设置显示部1944、记录媒质读出部1945及操作按钮1946等。另外，在外壳1942中设置扬声器部1947及显示部1943等。显示部1943及显示部1944分别使用本发明的半导体器件。根据本发明，可以提供具备高清晰显示部的DVD再现装置。
图34F是电子书籍1950的外观图。在外壳1951中设置操作按钮1953及多个显示部1952。将本发明的半导体器件用于显示部1952。根据本发明，可以提供具备高清晰显示部的电子书籍。
图34G是摄像机1960的外观图。在外壳1961中设置外部连接端口1964、遥控接收部1965、图像接收部1966、电池1967、音频输入部1968及操作键1969等。另外，在外壳1961上安装具有显示部1962的外壳1963。将本发明的半导体器件用于显示部1962。根据本发明，可以提供廉价的高性能摄像机。
图34H是移动电话1970的外观图。在外壳1972中设置显示部1973、音频输入部1974、音频输出部1975、操作按钮1976、以及外部连接端口1977等。将天线等内置于外壳1972中。将本发明的半导体器件用于显示部1973。根据本发明，可以提供廉价的具备高清晰显示部的移动电话。因此，通过将高视觉电视接收机内置于移动电话1970中，可以用移动电话收看其高清晰图像。
图35A至35C示出应用本发明的移动电话1800的结构的一个例子，图35A是主视图，图35B是背视图，而且图35C是展开图。移动电话1800具有电话和便携式信息终端双方的功能，并内置有计算机，除了音频通话以外还能够进行各种数据处理，即所谓的智能手机。移动电话1800内置有影像拍摄装置，而能够拍摄静态图像及动态图像。
移动电话1800由外壳1801和外壳1802这两个外壳构成。在外壳1801上设置显示部1805、扬声器1806、麦克风1807、操作键1808、定位装置1809、影像拍摄用透镜1810、外部连接端子1811、以及耳机端子1812等。在显示部1805中使用本发明的半导体器件，而能够进行高图像质量的显示。在外壳1802上设置键盘1815、外部存储器插槽1816、影像拍摄用透镜1817、灯1818等。另外，将天线内置于外壳1801内部。另外，除了上述结构以外，还可以内置有非接触IC芯片和小型记录装置等。另外，除了上述功能以外，移动电话1800还可以具有红外线通信功能、电视接收功能等。
显示部1805根据使用方式适当地改变显示的方向。由于在与显示部1805同一面上设置影像拍摄用透镜1810，所以可以实现电视电话。另外，能够以显示部1805为取景器使用影像拍摄用透镜1817和灯1818拍摄静态图像及动态图像。扬声器1806及麦克风1807的功能不局限于音频通话，而被应用于电视电话、录音、重放等工作。通过使用操作键1808，能够打电话或接电话，并能够进行电子邮件等的简单信息输入、画面滚动、或指针移动等。另外，彼此重叠的外壳1801和外壳1802通过滑动而以图35C所示的形状展开。在展开状态下，可以将移动电话1800用作便携式信息终端。在此情况下，可以使用键盘1815和定位装置1809顺利操作。外部连接端子1811可以连接到AC适配器及USB电线等的各种电线，而能够进行充电及与个人计算机等之间的数据通信。另外，也可以通过将记录媒质插入外部存储器插槽1816来对应于更大量的数据存储及移动。
实施例1
下面，说明如下效果：通过进行电磁波照射处理以分割单晶硅晶片，可以抑制玻璃衬底的收缩；通过进行激光照射处理，实现单晶硅层的结晶性的提高及平坦化；以及通过在激光照射处理前进行加热处理以降低单晶硅层的氢浓度，可以提高激光照射处理的再现性。
为了说明上述情况，在本实施例中，说明贴合玻璃衬底及单晶硅晶片来制造单晶硅层固定于玻璃衬底上的半导体衬底的方法。另外，在本实施例中，通过进行一次的衬底固定处理和电磁波照射处理，将一个单晶硅晶片固定于一个玻璃衬底上。下面，参照图36A至36I说明本实施例的半导体衬底的制造方法。
首先，准备支承衬底及单晶半导体衬底。图36A是说明支承衬底的准备步骤的剖视图。作为支承衬底，使用玻璃衬底200。玻璃衬底200为0.7mm厚的无碱玻璃衬底(商品名AN100)。
图36B-1、36B-2及36B-3是说明单晶半导体衬底的准备步骤的剖视图。作为单晶半导体衬底，使用单晶硅晶片210。单晶硅晶片210是边长为5英寸的方形衬底。其导电型为p型，电阻率为10Ω·cm左右。关于晶体取向，主表面为(100)，而侧面为<110>。
在实施例中，形成在单晶硅晶片210上的缓冲层由三层绝缘膜构成。作为缓冲层，在单晶硅晶片210的表面上形成氧氮化硅膜201、氮氧化硅膜202及氧化硅膜203。每个膜的厚度如下：
·氧氮化硅膜201 100nm
·氮氧化硅膜20 250nm
·氧化硅膜203 50nm
清洗单晶硅晶片210，然后在其表面上通过PECVD法，形成100nm厚的氧氮化硅膜201和50nm厚的氮氧化硅膜202(参照图36B-1)。氧氮化硅膜201的成膜条件如下：工艺气体为SiH4及N2O，其流量比为SiH4\N2O＝4\800，并且成膜步骤的衬底温度是400℃。氮氧化硅膜202的成膜条件如下：工艺气体为SiH4、NH3、N2O及H2，其流量比为SiH4\NH3\N2O\H2＝10\100\20\400，并且成膜步骤的衬底温度是300℃。
接着，通过将氢离子204照射到单晶硅晶片210，形成损伤区域(参照图36B-2)。在这个步骤中，使用离子掺杂装置，并使用100％氢气(H2气体)作为氢离子204的源气体。不对激发氢气而产生的等离子体中的离子进行质量分离就利用电场加速并照射到单晶硅晶片210，从而形成损伤区域205。在离子掺杂装置中，通过激发氢气，产生H+、H2 +、H3 +三种离子种。将这些离子种照射到单晶硅晶片210。
接着，在氮氧化硅膜202上，通过PECVD法形成50nm厚的氧化硅膜203(参照图36B-3)。氧化硅膜203的成膜用工艺气体为TEOS及O2，并且成膜步骤的温度是300℃。这里，将形成有膜201至203及损伤区域205的单晶硅晶片210称为施体衬底211。
图36C是说明衬底固定处理的剖视图。在纯水中，对玻璃衬底200及形成有膜201至203的单晶硅晶片210进行超声波清洗，并且利用包含臭氧的纯水清洗，接着，将玻璃衬底200表面和形成在单晶硅晶片210表面上的氧化硅膜203密接，来接合在一起(参照图36C)。
然后，为了在损伤区域205中劈开单晶硅晶片210(施体衬底211)，将电磁波206照射到单晶硅晶片210(施体衬底211)。图36D是说明电磁波照射处理的剖视图。图36D中的附图标记207表示从单晶硅晶片210分离了的单晶硅层207。这里，将步骤进行直到电磁波照射处理结束而形成的半导体衬底称为“半导体衬底x”。
在本实施例中，照射了如下两种电磁波206：一是频率为2.45GHz(波长约为12cm)的电磁波；二是频率为28GHz(波长约为1mm)的电磁波。在照射电磁波206时，单晶硅晶片210的温度上升到300℃以上且350℃以下，由此在损伤区域205中引起单晶硅晶片210的劈开。另外，在照射电磁波206时，不有意地进行对玻璃衬底200及施体衬底211加热或冷却等的温度控制。
下面，在不特别说明的情况下，对于在进行电磁波照射处理时照射的电磁波206，频率为2.45GHz的电磁波被称为“微波”，而频率为28GHz的电磁波被称为“毫米波”。
接着，对半导体衬底x进行激光照射处理。或者，对半导体衬底x进行加热处理来降低包含在单晶硅层207中的氢，然后进行激光照射处理。
图36E是说明半导体衬底x的加热处理的剖视图。使用加热炉进行加热处理。首先，使用加热炉对半导体衬底x以500℃进行1小时的加热处理，然后继续以550℃进行4小时的加热处理。图36E示出由于加热单晶硅层207而使氢气209从单晶硅层207释放到气相中。这里，加热处理后的半导体衬底x被称为“半导体衬底y”，而加热处理后的单晶硅层207被称为单晶硅层208。
对半导体衬底x及半导体衬底y的激光照射处理同样地进行。图36F及36G分别是说明对半导体衬底x及半导体衬底y的激光照射处理步骤的剖视图。
通过对单晶硅层207或单晶硅层208照射激光212，使它熔化而再晶化。作为激光振荡器，使用使波长308nm的光束振荡的XeCl受激准分子激光器。激光212的脉冲宽度为25nsec，重复频率为30Hz。利用光学系统将激光212聚集成照射面上的光束形状为线形，并且沿宽度方向(光束形状的短轴方向)进行激光212的扫描。另外，在照射激光时，半导体衬底x及半导体衬底y不被加热，而处于室温。就是说，不有意地进行对半导体衬底x及半导体衬底y的温度控制。
另外，在进行激光照射处理之前，使用纯水清洗半导体衬底x及半导体衬底y，并使用被稀释为1/100的氢氟酸对单晶硅层207及208进行处理，以去除形成在其表面上的自然氧化膜。
这里，激光照射处理后的半导体衬底x被称为“半导体衬底A”(参照图36H)，而激光照射处理后的半导体衬底y被称为“半导体衬底B”(参照图36I)。另外，激光照射处理后的单晶硅层207被称为“单晶硅层215”，而激光照射处理后的单晶硅层208被称为“单晶硅层216”。
对根据本实施例的方法制造的半导体衬底的单晶硅层，进行拉曼光谱测量、利用光学显微镜的观察及氢浓度测量。在如下所述的实施例中，说明测量结果。
实施例2
在本实施例中，说明一种效果，即通过进行电磁波照射处理以分割单晶硅晶片，可以抑制玻璃衬底的收缩。在本实施例中，测量电磁波照射处理后的半导体衬底x-1的玻璃衬底200的收缩量。
此外，在实施例2至5的说明中，为了区别在同一条件下制造出的半导体衬底(x、y、A及B)，在对各半导体衬底分类的字母后边附加“-1”等而称为“半导体衬底x-1”等。
在与玻璃衬底200接合之前，在施体衬底211上形成对准标记，以测量衬底固定处理引起的收缩量。将形成有对准标记的施体衬底211贴合在玻璃衬底200上，然后进行电磁波照射处理，以制造半导体衬底x-1。根据该半导体衬底x-1的对准标记的偏差，计算出收缩量。另外，作为比较例，制造通过利用加热炉进行600℃的热处理分割了单晶硅晶片210的半导体衬底z-1，以计算出半导体衬底z-1的玻璃衬底200的收缩量。
图37A示出半导体衬底x-1的光学显微镜观察照片，而图37B示出作为比较例的半导体衬底z-1的光学显微镜观察照片。另外，图38A是形成在半导体衬底x-1及z-1上的对准标记230的平面图，而图38B是说明对准标记230的形成位置的平面图。
形成半导体衬底x-1的损伤区域205的氢离子掺杂条件如下：加速电压为50kV，剂量为3.5×1016ions/cm3。作为离子掺杂装置，使用将灯丝用于等离子体放电用电极的装置。在电磁波照射处理中，照射频率为2.45GHz的微波3分钟。微波的功率为900W。半导体衬底x-1的单晶硅层207的厚度约为100nm。
在作为比较例的半导体衬底z-1的制造步骤中，在与半导体衬底x-1相同的条件下制造施体衬底211并将它固定于玻璃衬底200上，但是利用减压CVD装置(以下称为LPCVD装置)进行600℃的加热处理代替电磁波照射处理。将LPCVD装置的处理室的气氛设定为氮气氛，并在处理室内设置与施体衬底211接合了的玻璃衬底200。首先，将温度上升到200℃，并在200℃的温度下对施体衬底211加热2小时。然后，将加热温度上升到600℃，并在600℃的温度下对施体衬底211加热2小时。然后，降低加热温度，在其温度下降到400℃时，从处理室取出被分割了的单晶硅晶片210和固定单晶硅层的玻璃衬底200(即，半导体衬底z-1)。
对于半导体衬底x-1及半导体衬底z-1，在分割单晶硅晶片210之前形成对准标记230。对准标记230由形成在玻璃衬底200的上表面上的标记231至237构成(参照图38A)。标记231、232及233使用抗蚀剂而形成，标记234、235、236及237使用由氧氮化硅膜201、氮氧化硅膜202及氧化硅膜203构成的叠层膜而形成。另外，如图38B所示，在玻璃衬底200的一侧形成三个对准标记230，并在玻璃衬底200的另一侧形成三个对准标记230。图38B中的区域240-1至240-6表示形成对准标记230的区域。
对准标记230的形成方法如下：在形成施体衬底211之后，蚀刻单晶硅晶片210，而从形成对准标记230的区域中去除单晶硅晶片210。然后，使部分地去掉单晶硅晶片210的施体衬底211和玻璃衬底200接合(参照图36C)。在此状态下，在玻璃衬底200的区域240-1至240-6中不存在着单晶硅晶片210，而存在着由氧氮化硅膜201、氮氧化硅膜202及氧化硅膜203构成的叠层膜。通过蚀刻该叠层膜，在区域240-1至240-6中分别形成图38A所示的标记234、235、236及237。再者，通过光刻步骤，在区域240-1至240-6中分别形成由抗蚀剂构成的标记231、232及233。通过上述步骤，在区域240-1至240-6中分别形成对准标记230。
从图37A和图37B的对比清楚地看到：在通过电磁波照射处理分割了单晶硅晶片210的半导体衬底x-1中，几乎没有对准标记230的偏差。另一方面，在被进行了600℃的加热处理的半导体衬底z-1中，对准标记230沿竖向或横向偏离。此外，对于半导体衬底x-1及z-1中的玻璃衬底200，不进行预先通过600℃以上的高温热处理使衬底收缩的处理。
根据对准标记230的两个标记之间的距离(d-1、d-2、d-3及d-4)，计算出玻璃衬底200的收缩量(参照图38A)。在本实施例中，对于形成在玻璃衬底200的四个角落(区域240-1、240-3、240-4及240-6)的对准标记230，根据距离d-1及距离d-2计算出横向的收缩量，并根据距离d-3及距离d-4计算出竖向的收缩量。
在半导体衬底x-1中，竖向及横向收缩量都是160ppm左右。另一方面，在半导体衬底z-1中，竖向及横向收缩量都是160ppm以上。就是说，通过进行电磁波照射处理分割单晶硅晶片210而代替600℃以上的加热处理，可以大幅度降低玻璃衬底200的收缩量，即1/10以下。
因而，即使反复进行衬底固定处理及电磁波照射处理，也在电磁波照射处理中玻璃衬底几乎不收缩，因此根据本发明的半导体衬底的制造方法，可以在第二次以后的衬底固定处理中高精度地决定位置，而将单晶硅晶片固定于玻璃衬底上。
能够通过电磁波照射处理抑制玻璃衬底200的收缩的理由，是因为玻璃衬底200不被加热到400℃以上。图39A是示出照射频率为2.45GHz的微波时的单晶硅晶片的温度变化的图，而图39B是示出照射频率为28GHz的毫米波时的施体衬底211的温度变化的图。
图39A的温度测量方法如下：使用微波照射装置对单晶硅晶片照射微波3分钟至10分钟。在照射微波之后，立即开启装置的门，并使用放射温度计测量被设置在装置内的单晶硅晶片的温度。微波的照射时间为180秒(3分钟)、300秒(5分钟)、600秒(10分钟)及900秒(15分钟)。另外，微波的功率为300W、450W及900W。
根据图39A可知，即使将微波照射到单晶硅晶片10分钟以上，单晶硅晶片的温度不上升到350℃以上。另外，由于玻璃衬底200几乎不吸收微波，所以在电磁波照射处理中，与施体衬底211(单晶硅晶片)接合的玻璃衬底200的温度也不会因微波照射而超过350℃。
图39B的温度测量方法如下：使用毫米波加热装置(日本富士电波工业株式会社制造，型号FMW-10-28)对与施体衬底211接合了的玻璃衬底200照射频率为28GHz(波长约为1mm)的毫米波。边照射毫米波，边利用装置内的热电偶测量单晶硅晶片210的温度变化。图39B还示出毫米波的功率的时间变化。在进行上述温度测量时，利用装置的程序调节毫米波的功率，以将单晶硅晶片210的最高到达温度设定为350℃，并保持最高到达温度(350℃)2分钟。通过在上述条件下照射毫米波，分割单晶硅晶片210。由于玻璃衬底200几乎不吸收毫米波，所以可知能够通过照射毫米波不将玻璃衬底200加热到400℃以上地分割单晶硅晶片210。此外，在将单晶硅晶片210的最高到达温度设定为300℃来照射毫米波的情况下，不能分割单晶硅晶片210。
如上所述，通过利用300MHz以上且300GHz以下的电磁波分割单晶半导体衬底，与现有的利用加热炉或RTA装置的加热处理(由于辐射或热传导而加热被处理物的处理)相比可以大幅度抑制玻璃衬底的收缩。另外，其处理时间非常短，即5分钟以下。因此，在对一个支承衬底进行多次的单晶半导体衬底分割处理的半导体衬底的制造方法中，电磁波照射处理是非常有用的分割处理。
实施例3
在本实施例中，评价半导体衬底B-2的单晶硅层216(参照图36I)的结晶性。为了评价结晶性，进行拉曼光谱测量及光学显微镜观察。再者，在本实施例中，说明被进行激光照射处理的单晶硅层中的氢浓度给激光照射处理的效果带来影响。
首先，说明半导体衬底B-2的制造方法。形成损伤区域205的氢离子掺杂条件如下：加速电压为45kV，剂量为3.5×1016ions/cm3。作为离子掺杂装置，使用由高频引起等离子体放电的装置。在电磁波照射处理中，照射微波(频率为2.45GHz)。所使用的装置是进行了图39A所示的温度测量的微波加热装置。通过将功率设定为900W并将微波照射到单晶硅晶片210两分钟，分割单晶硅晶片210，以制造半导体衬底x-2(参照图36D)。半导体衬底x-2的单晶硅层207的厚度约为90nm。
通过利用加热炉加热上述半导体衬底x-2，制造半导体衬底y-2(参照图36E)。在加热炉中，在500℃的温度下加热半导体衬底1小时，再者在550℃的温度下加热4小时。通过将受激准分子激光照射到上述半导体衬底y-2的单晶硅层208，制造半导体衬底B-2。激光照射处理的条件是如下所述的。
作为激光振荡器，使用使波长308nm的光束振荡的XeCl受激准分子激光器。激光的脉冲宽度为25nsec，重复频率为30Hz。扫描速度为1.0mm/秒。该扫描速度是激光束的脉冲的重叠率为90％，并对同一区域照射大约10次的脉冲的条件。另外，为了获得氮气气氛，边对激光束的被照射面喷射氮气，边照射激光。
在本实施例中，制造半导体衬底β-2作为比较例。半导体衬底β-2是没有进行激光照射处理前的加热处理的衬底，其他条件与半导体衬底B-2相同。就是说，对半导体衬底x-2进行了激光照射处理的衬底是半导体衬底β-2。
在激光照射处理中，通过改变激光的照射能量密度，确认对半导体衬底B-2及β-2的激光照射处理的效果。激光的照射能量密度如下：
·497mJ/cm2
·521mJ/cm2
·544mJ/cm2
·568mJ/cm2
·592mJ/cm2
·616mJ/cm2
·639mJ/cm2
·661mJ/cm2
·683mJ/cm2
·704mJ/cm2
图40A及40B示出半导体衬底B-2及β-2的单晶硅层的拉曼光谱测量结果。图40A是拉曼位移的图，而图40B是拉曼光谱的半峰全宽(FWHM，即full width at half maximum)的图。图中的横轴表示激光的照射能量密度，而且能量密度为0mJ/cm2的数据是被进行激光照射处理前的单晶硅层的数据。对以同一照射能量密度照射了激光的单晶硅层的五个部分测量拉曼光谱。
图41示出半导体衬底B-2及β-2的单晶硅层的光学显微镜观察照片，它是暗场像。观察倍率为100倍。在照片上附加的数值是激光的照射能量密度。
图40A所示的拉曼位移的峰波数(也称为峰值)，是取决于晶格的振动方式的值，根据晶体种类而成为固有的值。无内部应力的单晶硅的拉曼位移为520.6cm-1。硅的拉曼位移越接近该波数，其晶体结构就越接近单晶，表示结晶性良好，因此可以将拉曼位移用作评价结晶性的指标。
另外，图40B所示的FWHM越小，表示结晶状态的波动越少，是均匀的。所使用的单晶硅晶片的FWHM为2.64cm-1，单晶硅层的FWHM越接近该数值，就越具有如单晶硅晶片那样的均匀结晶性的晶体结构，可以将FWHM用作评价结晶性的指标。
根据图40A和40B(拉曼光谱测量的结果)可知，通过进行激光照射处理，可以提高单晶硅层的结晶性，而将其结晶性恢复到与加工前的单晶硅晶片相同的程度。另外，根据上述拉曼光谱测量的结果可知，与半导体衬底β-2相比，可以以更小的能量密度恢复被进行了加热处理的半导体衬底B-2的单晶硅层的结晶性。
再者，从能量密度为0mJ/cm2时的半导体衬底B-2及β-2的数据的对比看到：通过加热处理，可以提高单晶硅层的结晶性。因而，通过在进行激光照射处理前进行500℃以上的加热处理提高单晶硅层的结晶性，而可以降低激光照射处理所需的激光照射能量，因此优选进行上述加热处理。
图41所示的光学显微镜照片，是被进行了图40A和40B的拉曼光谱测量的单晶硅层的暗场像。暗场观察是指通过从相对于样品倾斜的方向照射光，观察样品的散射光及衍射光的方法。因此，在样品表面平坦的情况下，不发生照射光的散射及衍射，因而其观察图像形成黑的图像。在半导体衬底B-2中，在照射能量密度为521mJ/cm2以上且661mJ/cm2以下时，单晶硅层的暗场像的彩色照片成为黑图像。这意味着通过照射激光可以使单晶硅层平坦化。此外，存在着实现平坦化的激光的照射能量密度的阈值，这是因为必须使单晶硅层熔化的缘故。
另一方面，在半导体衬底β-2中，没有黑色的暗场像。这是因为如下缘故：在半导体衬底β-2中，没有进行加热处理，因此在被进行激光照射处理前的半导体衬底x-2的单晶硅层中存在着多量的氢。若由于激光照射而从单晶硅层喷射氢，则不能使其表面平坦化。就是说，为了通过激光照射处理高再现性地实现结晶性的提高及平坦化，其关键是单晶硅层的氢浓度。
对于被进行激光照射处理之前的半导体衬底x-2及y-2，分别测量单晶硅层(207及208)中的氢浓度。并且，对于被进行了激光照射处理之后的半导体衬底B-2及β-2，分别测量单晶硅层中的氢浓度。通过二次离子质谱分析技术(SIMS，即Secondary Ion Mass Spectrometry)分析氢浓度。
图42示出半导体衬底x-2及y-2的氢浓度的深度方向轮廓，而图43示出半导体衬底B-2及β-2的氢浓度的深度方向轮廓。在图43中示出激光的照射能量密度为568mJ/cm2及661mJ/cm2的半导体衬底B-2、以及照射能量密度为568mJ/cm2的半导体衬底β-2的测量结果。此外，在图42及图43中，氢浓度的数值只在单晶硅层内有效。
半导体衬底x-2是未进行加热处理的半导体衬底，对该半导体衬底x-2进行了激光照射处理的是半导体衬底β-2。另外，半导体衬底y-2是被进行了加热处理的半导体衬底，对该半导体衬底y-2进行了激光照射处理的是半导体衬底B-2。根据图42可知，被进行加热处理前的半导体衬底x-2的单晶硅层207的氢浓度(最小值)约为4×1021atoms/cm3，而且通过加热处理，半导体衬底y-2的单晶硅层208的氢浓度降低到5×1020atoms/cm3左右。
因此，从图41及图42看到：当单晶硅层的氢浓度为4×1021atoms/cm3以上时，难以通过激光照射处理实现单晶硅层的平坦化，另外，在氢浓度为5×1020atoms/cm3左右时，可以通过激光照射实现单晶硅层的结晶性恢复及平坦化。
另外，从图43看到：通过对半导体衬底x-2及半导体衬底y-2分别进行激光照射处理，可以减少各单晶硅层的氢。另外，照射能量越高，氢浓度越低。在被进行了加热处理的半导体衬底B-2中，单晶硅层216的氢浓度的最低值为检测下限。另一方面，半导体衬底β-2的单晶硅层的氢浓度的最低值约为1×1019atoms/cm3。
根据图40A及40B、图41所示的结晶性的评价结果、以及图42及图43所示的氢浓度的测量结果可知，为了进行激光照射处理，单晶硅层的氢浓度优选为1×1021atoms/cm3以下。因此，通过在进行激光照射处理之前对半导体衬底进行410℃以上的加热处理来降低单晶硅层中的氢浓度，可以高再现性地实现利用激光照射处理的结晶性提高及平坦化。上述加热处理的温度优选为500℃以上，更优选为550℃以上。这是因为如下缘故：温度越高，处理时间越短，并且单晶硅层的结晶性进一步提高。
实施例4
在本实施例中，评价半导体衬底A-1的单晶硅层215的结晶性。为了评价，进行光学显微镜观察。首先，说明半导体衬底A-1的制造方法。
形成损伤区域205的氢离子掺杂条件如下：加速电压为50kV，剂量为2.2×1016ions/cm3。作为离子掺杂装置，使用将灯丝用于等离子体放电用电极的装置。在电磁波照射处理中，照射毫米波(频率为28GHz)。毫米波照射与图39B的温度测量同样地进行。控制毫米波的功率，以在350℃的温度下加热单晶硅晶片210两分钟。
激光照射处理的条件与半导体衬底B-2相同，但是本实施例的半导体衬底A-1没被进行激光照射处理前的加热处理(参照图36H)。激光的照射能量密度如下：
·574mJ/cm2
·591mJ/cm2
·607mJ/cm2
·623mJ/cm2
·639mJ/cm2
·656mJ/cm2
·672mJ/cm2
·688mJ/cm2
·704mJ/cm2
图44示出半导体衬底A-1的单晶硅层215的光学显微镜观察照片，它是暗场像。观察倍率为100倍。在照片上附加的数值是激光的照射能量密度。半导体衬底A-1的单晶硅层215的厚度为90nm左右。当照射能量密度为623mJ/cm2以下时，通过激光照射处理实现平坦化及结晶性恢复。根据图44所示的照片可知，在本实施例的氢掺杂条件下，即使不在进行激光照射处理前进行加热处理，也可以通过激光照射处理实现单晶硅层的结晶性提高及平坦化。
图45示出进行激光照射处理前的半导体衬底A-1的氢浓度的深度方向轮廓。通过SIMS测量氢浓度。半导体衬底A-1的单晶硅层215的氢浓度为1×1021atoms/cm3以下，约为2×1010atoms/cm3。此外，在图45中，氢浓度的数值只在单晶硅层215内有效。
实施例5
在本实施例中，评价半导体衬底B-3的结晶性。为了评价，进行光学显微镜观察。首先，说明半导体衬底B-3的制造方法。
形成损伤区域205的氢离子掺杂条件如下：加速电压为40kV，剂量为2.2×1016ions/cm3。作为离子掺杂装置，使用由高频引起等离子体放电的装置。在电磁波照射处理中，在与半导体衬底A-1相同的条件下照射毫米波。在与半导体衬底B-2相同的条件下进行加热处理及激光照射处理。激光的照射能量密度如下：
·565mJ/cm2
·579mJ/cm2
·594mJ/cm2
·609mJ/cm2
·623mJ/cm2
另外，在本实施例中，制造半导体衬底β-3作为比较例。半导体衬底β-3是没有进行激光照射处理前的加热处理的衬底，其他条件与半导体衬底B-3相同。此外，在半导体衬底β-3的激光照射处理中，激光的照射能量密度与半导体衬底B-3不相同，该照射能量密度如下：
·574mJ/cm2
·591mJ/cm2
·607mJ/cm2
·623mJ/cm2
图46是半导体衬底B-3及β-3的单晶硅层的光学显微镜观察照片，它是暗场像。观察倍率为100倍。在照片上附加的数值，是激光的照射能量密度。另外，半导体衬底B-3及β-3的单晶硅层的厚度都是85nm左右。在被进行了加热处理的半导体衬底B-3中，当照射能量密度为565mJ/cm2以上且594mJ/cm2以下时，通过激光照射处理，实现单晶硅层的平坦化及结晶性恢复。在没被进行加热处理的半导体衬底β-3中，不能够通过激光照射充分地使单晶硅层平坦化。根据图46所示的照片可知，在本实施例的氢掺杂条件下，优选通过在进行激光照射处理前进行加热处理降低单晶硅层的氢浓度。
图47示出进行激光照射处理前的半导体衬底B-3及β-3的氢浓度的深度方向轮廓。通过SIMS，测量氢浓度。半导体衬底β-3的单晶硅层的氢浓度为1×1021atoms/cm3以上，而半导体衬底B-3的单晶硅层216的氢浓度约为8×1020atoms/cm3。此外，在图47中，氢浓度的数值只在单晶硅层216内有效。
本说明书根据2007年12月27日在日本专利局受理的日本专利申请号2007-336454而制作，所述申请内容包括在本说明书中。
Claims (28)
1.一种半导体衬底的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
在多个单晶半导体衬底的每一个上形成缓冲层；
在离单晶半导体衬底的表面有深度的区域中形成损伤区域，该损伤区域通过将加速了的离子照射到所述多个单晶半导体衬底的每一个而形成；
进行衬底固定处理，以接合所述缓冲层的表面和支承衬底的表面，而将所述多个单晶半导体衬底的一个或多个固定于所述支承衬底上；
进行电磁波照射处理，以通过将频率为300MHz至300GHz的电磁波照射到所述多个单晶半导体衬底的一个或多个，沿所述损伤区域分割通过所述衬底固定处理固定于所述支承衬底上的所述多个单晶半导体衬底的一个或多个；以及
通过进行两次以上的所述衬底固定处理及所述电磁波照射处理，形成在所述支承衬底上固定多个单晶半导体层的半导体衬底。
2.根据权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，还包括如下步骤：
在通过进行两次以上的所述衬底固定处理及所述电磁波照射处理形成所述半导体衬底之后，进行激光照射处理，以将激光照射到所述多个单晶半导体层的每一个，而使所述多个单晶半导体层熔化。
3.根据权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，还包括如下步骤：
在准备分别包含所述缓冲层和所述损伤区域的所述多个单晶半导体衬底之后，部分地去除所述缓冲层和所述多个单晶半导体衬底的至少一个，而将所述多个单晶半导体衬底的至少一个的上部分割成其表面上分别包含所述缓冲层的多个凸部，其中
在所述衬底固定处理中，将包含所述多个凸部的所述多个单晶半导体衬底的至少一个固定于所述支承衬底上。
4.根据权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，
所述缓冲层包含用来防止钠进入固定于所述半导体衬底上的所述多个单晶半导体层中的阻挡层。
5.根据权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，
所述支承衬底是玻璃衬底。
6.根据权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，
还包括用来在所述多个单晶半导体衬底的每一个中形成所述损伤区域的处理，其中
用来形成所述损伤区域的所述处理包括：激发氢气而产生包含H3 +的等离子体，并且将包含在所述等离子体中的所有离子种的加速了的离子，照射到所述多个单晶半导体衬底的每一个。
7.根据权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，
进行所述电磁波照射处理，而不有意地加热并冷却所述多个单晶半导体衬底的一个或多个。
8.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，
使用固定于根据权利要求1所述的方法制造的所述半导体衬底上的所述多个单晶半导体层的至少一个，制造多个晶体管。
9.一种半导体衬底的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
在多个单晶半导体衬底的每一个上形成第一缓冲层；
在离单晶半导体衬底的表面有深度的区域中形成损伤区域，该损伤区域通过将加速了的离子照射到所述多个单晶半导体衬底的每一个而形成；
在支承衬底的表面上形成第二缓冲层；
进行衬底固定处理，以接合所述第一缓冲层的表面和所述第二缓冲层的表面，而将所述多个单晶半导体衬底的一个或多个固定于所述支承衬底上；
进行电磁波照射处理，以通过将频率为300MHz至300GHz的电磁波照射到所述多个单晶半导体衬底的一个或多个，沿所述损伤区域分割通过所述衬底固定处理固定于所述支承衬底上的所述多个单晶半导体衬底的一个或多个；以及
通过进行两次以上的所述衬底固定处理及所述电磁波照射处理，形成在所述支承衬底上固定多个单晶半导体层的半导体衬底。
10.根据权利要求9所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，还包括如下步骤：
在通过进行两次以上的所述衬底固定处理及所述电磁波照射处理形成所述半导体衬底之后，进行激光照射处理，以将激光照射到所述多个单晶半导体层的每一个，而使所述多个单晶半导体层熔化。
11.一种半导体衬底的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
在离单晶半导体衬底的表面有深度的区域中形成损伤区域，该损伤区域通过将加速了的离子照射到所述多个单晶半导体衬底的每一个而形成；
在支承衬底的表面上形成缓冲层；
进行衬底固定处理，以接合所述多个单晶半导体衬底的一个或多个的表面和所述缓冲层的表面，而将所述多个单晶半导体衬底的一个或多个固定于所述支承衬底上；
进行电磁波照射处理，以通过将频率为300MHz至300GHz的电磁波照射到所述多个单晶半导体衬底的一个或多个，沿所述损伤区域分割通过所述衬底固定处理固定于所述支承衬底上的所述多个单晶半导体衬底的一个或多个；以及
通过进行两次以上的所述衬底固定处理及所述电磁波照射处理，形成在所述支承衬底上固定多个单晶半导体层的半导体衬底。
12.根据权利要求11所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，还包括如下步骤：
在通过进行两次以上的所述衬底固定处理及所述电磁波照射处理形成所述半导体衬底之后，进行激光照射处理，以将激光照射到所述多个单晶半导体层的每一个，而使所述多个单晶半导体层熔化。
13.一种半导体衬底的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
在多个单晶半导体衬底的每一个上形成缓冲层；
在离单晶半导体衬底的表面有深度的区域中形成损伤区域，该损伤区域通过将加速了的氢离子照射到所述多个单晶半导体衬底的每一个而形成；
进行衬底固定处理，以接合所述缓冲层的表面和所述支承衬底的表面，而将所述多个单晶半导体衬底的一个或多个固定于所述支承衬底上；
进行电磁波照射处理，以通过将频率为300MHz至300GHz的电磁波照射到所述多个单晶半导体衬底的一个或多个，沿所述损伤区域分割通过所述衬底固定处理固定于所述支承衬底上的所述多个单晶半导体衬底的一个或多个；
通过进行两次以上的所述衬底固定处理及所述电磁波照射处理，形成在所述支承衬底上固定多个单晶半导体层的半导体衬底；
进行加热处理，以在410℃以上且低于所述多个单晶半导体层的熔点的温度下，加热所述半导体衬底的所述多个单晶半导体层；以及
在进行所述加热处理之后，进行激光照射处理，以对所述多个单晶半导体层的每一个照射激光，而使所述多个单晶半导体层熔化。
14.根据权利要求13所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，
在所述激光照射处理中，将激光照射表面放在惰性气体气氛中，
并且所述惰性气体是氮气或稀有气体。
15.根据权利要求13所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，
在所述加热处理中，在500℃以上的温度下，加热所述多个单晶半导体层。
16.根据权利要求13所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，
通过所述加热处理，使所述多个单晶半导体层的每一个的氢浓度成为1×1021atoms/cm3以下。
17.一种半导体衬底的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
在多个单晶半导体衬底的每一个上形成第一缓冲层；
在离单晶半导体衬底的表面有深度的区域中形成损伤区域，该损伤区域通过将加速了的氢离子照射到所述多个单晶半导体衬底的每一个而形成；
在支承衬底的表面上形成第二缓冲层；
进行衬底固定处理，以接合所述第一缓冲层的表面和所述第二缓冲层的表面，而将所述多个单晶半导体衬底的一个或多个固定于所述支承衬底上；
进行电磁波照射处理，以通过将频率为300MHz至300GHz的电磁波照射到所述多个单晶半导体衬底的一个或多个，沿所述损伤区域分割通过所述衬底固定处理固定于所述支承衬底上的所述多个单晶半导体衬底的一个或多个；
通过进行两次以上的所述衬底固定处理及所述电磁波照射处理，形成在所述支承衬底上固定多个单晶半导体层的半导体衬底；
进行加热处理，以在410℃以上且低于所述多个单晶半导体层的熔点的温度下，加热所述半导体衬底的所述多个单晶半导体层；以及
在进行所述加热处理之后，进行激光照射处理，以对所述多个单晶半导体层的每一个照射激光，而使所述多个单晶半导体层熔化。
18.根据权利要求17所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，
在所述激光照射处理中，将激光照射表面放在惰性气体气氛中，
并且所述惰性气体是氮气或稀有气体。
19.根据权利要求17所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，
在所述加热处理中，在500℃以上的温度下，加热所述多个单晶半导体层。
20.根据权利要求17所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，
通过所述加热处理，使所述多个单晶半导体层的每一个的氢浓度成为1×1021atoms/cm3以下。
21.一种半导体衬底的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
在离单晶半导体衬底的表面有深度的区域中形成损伤区域，该损伤区域通过将加速了的氢离子照射到所述多个单晶半导体衬底的每一个而形成；
在支承衬底的表面上形成缓冲层；
进行衬底固定处理，以接合所述多个单晶半导体衬底的一个或多个的表面和所述缓冲层的表面，而将所述多个单晶半导体衬底的一个或多个固定于所述支承衬底上；
进行电磁波照射处理，以通过将频率为300MHz至300GHz的电磁波照射到所述多个单晶半导体衬底的一个或多个，沿所述损伤区域分割通过所述衬底固定处理固定于所述支承衬底上的所述多个单晶半导体衬底的一个或多个；
通过进行两次以上的所述衬底固定处理及所述电磁波照射处理，形成在所述支承衬底上固定多个单晶半导体层的半导体衬底；
进行加热处理，以在410℃以上且低于所述多个单晶半导体层的熔点的温度下，加热所述半导体衬底的所述多个单晶半导体层；以及
在进行所述加热处理之后，进行激光照射处理，以对所述多个单晶半导体层的每一个照射激光，而使所述多个单晶半导体层熔化。
22.根据权利要求21所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，
在所述激光照射处理中，将激光照射表面放在惰性气体气氛中。
23.根据权利要求21所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，
在所述加热处理中，在500℃以上的温度下，加热所述多个单晶半导体层。
24.根据权利要求21所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，
通过所述加热处理，使所述多个单晶半导体层的每一个的氢浓度成为1×1021atoms/cm3以下。
25.根据权利要求21所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，还包括如下步骤：
在准备分别包含所述缓冲层和所述损伤区域的所述多个单晶半导体衬底之后，部分地去除所述缓冲层和所述多个单晶半导体衬底的至少一个，而将所述多个单晶半导体衬底的至少一个的上部分割成其表面上分别包含所述缓冲层的多个凸部，其中
在所述衬底固定处理中，将包含所述多个凸部的所述多个单晶半导体衬底的至少一个固定于所述支承衬底上。
26.根据权利要求21所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，
所述缓冲层包含用来防止钠进入固定于所述半导体衬底上的所述多个单晶半导体层中的阻挡层。
27.根据权利要求21所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，
所述支承衬底是玻璃衬底。
28.根据权利要求21所述的半导体衬底的制造方法，其特征在于，
还包括用来在所述多个单晶半导体衬底的每一个中形成所述损伤区域的处理，其中
用来形成所述损伤区域的所述处理包括：激发氢气而产生包含H3 +的等离子体，并且将包含在所述等离子体中的所有离子种的加速了的离子，照射到所述多个单晶半导体衬底的每一个。
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