CN102306629A - 半导体装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体装置的制造方法，包括以下工序：对半导体基板的一个表面照射离子，从而在离所述一个表面有一定深度的区域中形成脆化层；在所述一个表面上或支撑基板上形成绝缘层；将所述一个表面和所述支撑基板与所述绝缘层接合；加热所述半导体基板，以使所述脆化层中产生裂缝；在所述脆化层中分离所述半导体基板，从而在所述支撑基板上形成半导体层；对所述半导体层照射电磁波；在照射所述半导体层之后对所述半导体层表面进行研磨处理；使用所述半导体层形成半导体元件；在所述半导体元件上形成发光元件；以及在所述发光元件上形成彩色滤光片。

Description

半导体装置的制造方法
本申请是申请日为“2008年6月27日”、申请号为“200810127386.7”、题为“SOI基板的制造方法及半导体装置的制造方法”的分案申请。
技术领域
本发明涉及具有其绝缘表面上设置有半导体层的所谓的SOI(绝缘体上硅；Silicon on Insulator)结构的SOI基板的制造方法及具有SOI结构的半导体装置的制造方法。
背景技术
目前正在开发使用被称为绝缘体上硅(下面也称为SOI)的半导体基板的集成电路，该半导体基板在绝缘表面上设置有较薄的单晶半导体层而代替将单晶半导体锭切成薄片来制造的硅片。使用SOI基板的集成电路因为降低晶体管的漏极和基板之间的寄生电容以提高半导体集成电路的性能而引人注目。
作为制造SOI基板的方法，已知氢离子注入剥离法(例如参照专利文献1)。在氢离子注入剥离法中，通过将氢离子注入到硅片，在离其表面有预定的深度的区域中形成脆化层，以该脆化层为分离面来将较薄的硅层接合到另外的硅片。除了剥离硅层的热处理，还需要通过在氧化性气氛中在硅层形成氧化膜，然后去除该氧化膜，接着在1000℃至1300℃的温度下进行热处理来提高接合强度。
另外，已经公开了在高耐热性玻璃等绝缘基板上设置硅层的半导体装置(例如参照专利文献2)。该半导体装置具有如下结构：使用绝缘硅膜保护其热应变点为750℃以上的晶化玻璃的整个表面，并且将通过氢离子注入剥离法而得到的硅层固定在上述绝缘硅膜上。
[专利文献1]日本专利特开2000-124092号公报
[专利文献2]日本专利特开平11-163363号公报
发明内容
此外，在为形成脆化层而进行的离子照射工序中，硅层因照射的离子而受到损伤。在用来提高硅层和支撑基板之间的接合强度的上述热处理中，还进行因为离子照射工序而导致的硅层损坏的恢复。
但是，在使用玻璃基板等耐热温度低的基板作为支撑基板的情况下，由于不能进行1000℃以上的热处理，所以不能进行对于因为离子照射工序而导致的上述硅层损坏的充分的恢复。
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种SOI基板的制造方法，该SOI基板具备即使在使用玻璃基板等耐热温度低的基板时也可以满足实用的要求的半导体层。另外，本发明的目的还在于提供使用这种SOI基板的可靠性高的半导体装置。
在制造SOI基板的工序中，对从半导体基板分离且接合在具有绝缘表面的支撑基板上的半导体层照射电磁波，并且对受到电磁波照射的半导体层表面进行研磨处理。
通过电磁波照射，可以使半导体层的至少一部分区域熔化，使得半导体层中的结晶缺陷减少。由于通过使用电磁波照射处理可以抑制支撑基板的温度上升，所以可以使用玻璃基板等耐热性低的基板作为支撑基板。因此，可以充分恢复因为对半导体层进行的离子照射工序而导致的半导体层的损坏。
而且，可以通过研磨处理研磨半导体层表面来实现平坦化。因此，通过电磁波照射和研磨处理来，可以制造具有结晶缺陷减少且平坦性高的半导体层的SOI基板。
此外，也可以在照射电磁波之前对半导体层表面进行研磨处理。通过研磨处理，可以进行半导体层表面的平坦化和半导体层的厚度的控制。通过实现半导体层表面的平坦化，在电磁波的照射工序中可以使半导体层的热容量均一化，并且经过均匀的加热冷却过程或熔融及凝固过程，可以形成性质均匀的结晶。此外，通过将半导体层的厚度设定为吸收电磁波的能量的适合值，可以有效地对半导体层施加能量。并且，由于半导体层表面有很多结晶缺陷，所以通过除去结晶缺陷多的表面，可以减少在电磁波照射之后的半导体层中的结晶缺陷。
在电磁波照射之前的半导体层的平坦化和厚度的控制也可以通过蚀刻处理代替研磨处理来进行。本说明书中，在进行多次的研磨处理的情况下，将在电磁波照射之前的研磨处理和在电磁波照射之后的研磨处理分别称为第一研磨处理和第二研磨处理。
作为研磨处理，可以使用化学机械研磨(Chemical MechanicalPolishing：CMP)法或喷液研磨法。
电磁波只要能够对半导体层施加高能量即可。优选使用激光束。此外，也可以使用灯光等强光。可以使用灯光通过RTA法进行短时间的一秒以下的热处理，如尖峰退火(spike annealing)或闪光退火(flash annealing)。该尖峰退火处理为如下处理：通过加热灯的高热输出急剧加热基板，该基板达到预定的温度之后，立刻停止加热，急剧冷却该基板。电磁波的波长为190nm至600nm即可。
在对支撑基板接合半导体层时，对形成接合的面的一方或者双方优选使用以有机硅烷为原材料而形成的氧化硅膜作为具有接合面(形成接合)的绝缘层(也称为接合层)。作为有机硅烷气体，使用含有硅的化合物，如四乙氧基硅烷(TEOS：化学式为Si(OC2H5)4)、三甲基硅烷(TMS：化学式为(CH3)3SiH)、四甲基硅烷(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(化学式为SiH(OC2H5)3)、三(二甲基氨基)硅烷(化学式为SiH(N(CH3)2)3)等。即，在对支撑基板接合半导体层的结构中，设置具有平滑面且形成亲水性表面的层作为接合面。
在本说明书中的化学气相成长(CVD；Chemical Vapor Deposition)法包括等离子体CVD法、热CVD法、光CVD法。
此外，成为具有接合面的绝缘层的氧化硅膜也可以通过化学气相成长法使用甲硅烷、乙硅烷或者三硅烷作为原料气体来形成。此外，成为具有接合面的绝缘层的氧化硅膜也可以为热氧化膜，并且优选包含氯。
接合到支撑基板的半导体层通过以形成在半导体基板中的脆化层劈开且剥离而得到。脆化层可以通过照射氢离子、氦离子或者以氟离子为代表的卤素离子来形成。在此情况下，也可以照射由一个或多个同一原子构成的质量数不同的离子。当照射氢离子时，该氢离子优选包含H+、H2 +、H3 +离子的同时提高H3 +离子的比率。
在支撑基板上也可以设置防止杂质元素从支撑基板扩散的氮化硅膜或氮氧化硅膜作为阻挡层(也称为保护层)。另外，还可以组合氧氮化硅膜作为具有缓和应力的功能的绝缘膜。
氧氮化硅膜是指如下膜：在组成方面氧的含量比氮的含量多且当使用卢瑟福背散射光谱学法(RBS：Rutherford Backscattering Spectrometry)以及氢前方散射法(HFS：Hydrogen Forward Scattering)测量时，作为浓度范围，其包含50原子％至70原子％的氧、0.5原子％至15原子％的氮、25原子％至35原子％的Si、0.1原子％至10原子％的氢。另外，氮氧化硅膜是指如下膜：在组成方面氮的含量比氧的含量多且当使用RBS及HFS测量时，作为浓度范围，其包含5原子％至30原子％的氧、20原子％至55原子％的氮、25原子％至35原子％的Si、10原子％至30原子％的氢。将构成氧氮化硅或氮氧化硅的原子的总计设为100原子％时，氮、氧、Si及氢的含有比率包含在上述范围内。
此外，也可以在半导体基板和具有接合面的绝缘层之间形成保护层。该保护层可以由选自氮化硅层、氧化硅层、氮氧化硅层以及氧氮化硅层中的一层或多层的叠层结构来形成。这些层可以在半导体基板形成脆化层之前，在半导体基板上形成。此外，也可以在半导体基板形成脆化层之后，在半导体基板上形成这些层。
本发明的SOI基板的制造方法之一是：从半导体基板的一个表面照射离子，在半导体基板的离一个表面有一定深度的区域中形成脆化层；在半导体基板的一个表面上或支撑基板上的任一方形成绝缘层；在半导体基板和支撑基板夹着绝缘层重叠的状态下进行热处理，以使脆化层中产生裂缝，在脆化层中分离半导体基板，从而在支撑基板上形成半导体层；对半导体层照射电磁波；以及对受到电磁波照射的半导体层表面进行研磨处理。
本发明的SOI基板的另一制造方法是：在半导体基板的一个表面上形成绝缘层；从形成在半导体基板的一个表面上的绝缘层对半导体基板照射离子，在半导体基板的离一个表面有一定深度的区域中形成脆化层；在半导体基板和支撑基板夹着绝缘层重叠的状态下进行热处理，以使脆化层中产生裂缝，在脆化层中分离半导体基板，从而在支撑基板上形成半导体层；对半导体层照射电磁波；以及对受到电磁波照射的半导体层表面进行研磨处理。
本发明的SOI基板的又一制造方法是：从半导体基板的一个表面照射离子，在半导体基板的离一个表面有一定深度的区域中形成脆化层；在半导体基板的一个表面上或支撑基板上的任一方形成绝缘层；在半导体基板和支撑基板夹着绝缘层重叠的状态下进行热处理，以使脆化层中产生裂缝，在脆化层中分离半导体基板，从而在支撑基板上形成半导体层；对半导体层表面进行第一研磨处理；对受到第一研磨处理的半导体层照射电磁波；以及对受到电磁波照射的半导体层表面进行第二研磨处理。
本发明的SOI基板的又一制造方法是：在半导体基板的一个表面上形成绝缘层；从形成在半导体基板的一个表面上的绝缘层对半导体基板照射离子，在半导体基板的离一个表面有一定深度的区域中形成脆化层；在半导体基板和支撑基板夹着绝缘层重叠的状态下进行热处理，以使脆化层中产生裂缝，在脆化层中分离半导体基板，从而在支撑基板上形成半导体层；对半导体层表面进行第一研磨处理；对受到第一研磨处理的半导体层照射电磁波；以及对受到电磁波照射的半导体层表面进行第二研磨处理。
本发明的SOI基板的又一制造方法是：从半导体基板的一个表面照射离子，在半导体基板的离一个表面有一定深度的区域中形成脆化层；在半导体基板的一个表面上或支撑基板上的任一方形成绝缘层；在半导体基板和支撑基板夹着绝缘层重叠的状态下进行热处理，以使脆化层中产生裂缝，在脆化层中分离半导体基板，从而在支撑基板上形成半导体层；对半导体层表面进行蚀刻处理；对受到蚀刻处理的半导体层照射电磁波；以及对受到电磁波照射的半导体层表面进行研磨处理。
本发明的SOI基板的又一制造方法是：在半导体基板的一个表面上形成绝缘层；从形成在半导体基板的一个表面上的绝缘层对半导体基板照射离子，在半导体基板的离一个表面有一定深度的区域中形成脆化层；在半导体基板和支撑基板夹着绝缘层重叠的状态下进行热处理，以使脆化层中产生裂缝，在脆化层中分离半导体基板，从而在支撑基板上形成半导体层；对半导体层表面进行蚀刻处理；对受到蚀刻处理的半导体层照射电磁波；以及对受到电磁波照射的半导体层表面进行研磨处理。
通过使用在上述SOI基板的制造方法中形成的半导体层可以形成半导体元件，并且可以形成与该半导体元件电连接的显示元件。
本发明中，半导体装置指的是能够利用半导体特性来工作的装置。通过使用本发明，可以制造具有包括半导体元件(晶体管、存储器元件、二极管等)的电路的装置或具有处理器电路的芯片等半导体装置。
本发明可以用于作为具有显示功能的装置的半导体装置(也称为显示装置)。使用本发明的半导体装置包括：在电极之间夹着包含被称为电致发光(以下也称为“EL”)的呈现发光的有机物、无机物、或者有机物和无机物的混合物的层的发光元件与TFT彼此连接的半导体装置(发光显示装置)；以及使用具有液晶材料的液晶元件作为显示元件的半导体装置(液晶显示装置)等。在本说明书中，显示装置是指具有显示元件的装置，并且显示装置包括在基板上形成有包含显示元件的多个像素和驱动上述像素的外围驱动电路的显示面板主体。另外，显示装置也可以包括安装有柔性印刷电路(FPC)或印刷线路板(PWB)的装置(IC、电阻元件、电容元件、电感器、晶体管等)。另外，也可以包括偏振片或相位差板等光学片。另外，也可以包括背光灯(也可以包括导光板、棱镜片、漫射片、反射片、或者光源(LED、冷阴极管等))。
另外，显示元件或半导体装置可以采用各种方式或各种元件。例如，可以使用EL元件(有机EL元件、无机EL元件或包含有机物及无机物的EL元件)、电子发射元件、液晶元件、电子墨水、光栅阀(GLV)、等离子体显示器(PDP)、数字微镜装置(DMD)、压电陶瓷显示器、以及碳纳米管等通过电磁作用改变对比度的显示介质。另外，使用EL元件的半导体装置包括EL显示器；使用电子发射元件的半导体装置包括场致发射显示器(FED)、SED方式平面显示器(SED；表面传导电子发射显示器)等；使用液晶元件的半导体装置包括液晶显示器、透射型液晶显示器、半透射型液晶显示器、以及反射型液晶显示器；使用电子墨水的半导体装置包括电子纸张。
通过电磁波照射和研磨处理，即使在使用玻璃基板等耐热温度低的基板的情况下，也可以制造具有满足实用的要求的结晶缺陷减少了且平坦性高的半导体层的SOI基板。
通过使用设置在如上所述的SOI基板上的半导体层，可以高成品率制造包括具有高性能及高可靠性的各种半导体元件、存储元件、集成电路等的半导体装置。
附图说明
图1A～图1C是说明本发明的SOI基板的制造方法的图；
图2A～图2D是说明本发明的SOI基板的制造方法的图；
图3A～图3D是说明本发明的SOI基板的制造方法的图；
图4A～图4C是说明本发明的SOI基板的制造方法的图；
图5A～图5E是说明本发明的半导体装置的制造方法的图；
图6A～图6D是说明本发明的半导体装置的制造方法的图；
图7A～图7B是说明本发明的半导体装置的图；
图8A～图8B是说明本发明的半导体装置的图；
图9是说明本发明的半导体装置的图；
图10是说明本发明的半导体装置的图；
图11A～图11C是说明可以用于本发明的发光元件的结构的图；
图12A～图12C是说明可以用于本发明的发光元件的结构的图；
图13A～图13D是说明可以用于本发明的发光元件的结构的图；
图14A～图14B是表示利用本发明的电子设备的图；
图15是表示利用本发明的电子设备的图；
图16是表示利用本发明的电子设备的主要结构的框图；
图17是表示从半导体基板得到的微处理器的结构的框图；
图18是表示从半导体基板得到的RFCPU的结构的框图；
图19A～图19E是表示利用本发明的电子设备的图；
图20A～图20B是表示利用本发明的电子设备的图；
图21是表示比较例、实施例A、实施例B的薄膜晶体管的激光能量密度和S值的关系的曲线图。
具体实施方式
参照附图详细地说明本发明的实施方式。但是，本发明不局限于以下说明，所属技术领域的普通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在不脱离本发明的宗旨及其范围的前提下可以被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如下所述的实施方式所记载的内容中。此外，另外，在以下说明的本发明的结构中，在不同附图之间共同使用表示同一部分或具有同样功能的部分的附图标记而省略其反复说明。
实施方式1
参照图1至图4说明本发明的半导体装置的制造方法。
在本实施方式中，对从半导体基板分离且接合在具有绝缘表面的支撑基板上的半导体层照射电磁波，并且对受到电磁波照射的半导体层表面进行研磨处理。优选的是，作为半导体基板使用单晶半导体基板，并且作为分离且接合在支撑基板上的半导体层形成单晶半导体层。
首先，参照图3A至3D以及图4A至4C说明在作为具有绝缘表面的基板的支撑基板上从半导体基板设置半导体层的方法。
图3A所示的半导体基板108被清洗，从其表面照射在电场加速的离子，以在离其表面有预定深度的区域中形成脆化层110。离子的照射考虑到转置在支撑基板上的半导体层的厚度而进行。考虑到这种厚度，设定对半导体基板108照射离子时的加速电压。
作为半导体基板108，使用硅基板或锗基板等半导体基板、镓砷或铟磷等化合物半导体基板。作为半导体基板108虽然优选使用单晶半导体基板，但是也可以使用多晶半导体基板。在支撑基板上可以得到的半导体层可通过选择成为母体的半导体基板来确定。
在本实施方式中，采用如下离子照射剥离法，即，将氢离子、氦离子、或者氟离子照射到半导体基板的离其表面有预定深度的区域中，然后进行热处理来剥离表层的半导体层，但是，也可以采用如下方法，即，在多孔硅上使单晶硅外延成长，然后通过喷水法分离多孔硅层来剥离。
例如，作为半导体基板108使用单晶硅基板，使用较稀的氢氟酸处理其表面，除去自然氧化膜及附着在其表面的尘埃等杂质来使半导体基板108表面净化。
脆化层110通过离子掺杂法或离子注入法照射离子来形成即可。脆化层110通过照射氢离子、氦离子、或者以氟离子为代表的卤素离子而形成。在作为卤素元素照射氟离子的情况下，使用BF3作为源气体即可。离子注入法是指对离子化了的气体进行质量分离而照射半导体的方法。
在对单晶硅基板通过离子照射法照射卤素离子如氟离子的情况下，通过照射了的氟清除(驱逐)硅晶格内的硅原子来有效地形成空位部分，使得脆化层中形成微小空洞。在此情况下，因为比较低温度的热处理而引起形成在脆化层中的微小空洞的体积变化，可以沿着脆化层劈开而形成薄的单晶半导体层。也可以在照射氟离子之后照射氢离子，以使空洞内包含氢。由于为从半导体基板剥离薄的半导体层而形成的脆化层是通过利用形成在脆化层中的微小空洞的体积变化而劈开，所以如上所述，优选有效地利用氟离子或氢离子的作用。
此外，也可以照射由一个或多个同一原子构成的质量数不同的离子。例如，当照射氢离子时，优选在其中包含H+、H2 +、H3 +离子的同时提高H3 +离子的比率。当照射氢离子时，通过在其中包含H+、H2 +、H3 +离子的同时提高H3 +离子的比率，既可提高照射效率，又可缩短照射时间。通过采用这种结构，可以容易地进行剥离。
当形成脆化层时需要在高剂量条件下照射离子，有时半导体基板108的表面会变得粗糙。因此，也可以在照射离子的表面利用氮化硅膜、氮氧化硅膜、或者氧化硅膜等设置对于离子照射的保护膜，其厚度为50nm至200nm。
例如，在半导体基板108上通过等离子体CVD法形成氧氮化硅膜(膜厚度为5nm至300nm，优选为30nm至150nm(例如50nm))和氮氧化硅膜(膜厚度为5nm至150nm，优选为10nm至100nm(例如50nm))的叠层作为保护层。作为一例，在半导体基板108上以50nm的膜厚度形成氧氮化硅膜，并且在该氧氮化硅膜上以50nm的膜厚度形成氮氧化硅膜来层叠。氧氮化硅膜也可以是使用有机硅烷气体通过化学气相成长法制造的氧化硅膜。
此外，也可以对半导体基板108进行脱脂清洗来除去其表面的氧化膜，然后进行热氧化。作为热氧化，虽然可以进行一般的干式氧化，但是优选在添加有卤素的氧化气氛中进行氧化。例如，在相对于氧包含0.5体积％至10体积％(优选为3体积％)的比率的HCl的气氛中，并且在700℃以上的温度下进行热处理。优选在950℃至1100℃的温度下进行热处理。处理时间为0.1小时至6小时，优选为0.5小时至1小时。所形成的氧化膜的厚度为10nm至1000nm(优选为50nm至200nm)，例如为100nm厚。
作为包含卤素的物质，除了使用HCl以外，还可以使用选自HF、NF3、HBr、Cl2、ClF3、BCl3、F2、Br2等中的一种或多种物质。
通过在这样的温度范围内进行热处理，可以得到由卤素元素带来的吸杂效应。吸杂具有特别除去金属杂质的效应。换言之，通过氯的作用，金属等杂质变成挥发性氯化物且脱离到气相中而被除去。这对通过化学机械研磨(CMP)来处理其表面的半导体基板108很有效。此外，氢起到补偿半导体基板108和所形成的氧化膜的界面的缺陷来降低该界面的局域态密度(local level density)的作用，以使半导体基板108和氧化膜的界面惰性化，从而实现电特性的稳定化。
可以使通过所述热处理而形成的氧化膜中包含卤素。卤素元素通过以1×1017/cm3至5×1020/cm3的浓度包含在氧化膜中，可以使该氧化膜呈现捕获金属等杂质来防止半导体基板108的污染的保护层的功能。
当形成脆化层110时，根据淀积在半导体基板上的膜厚度、从作为目的物的半导体基板分离而转置在支撑基板上的半导体层的厚度、以及所照射的离子种，可以调整加速电压和全部离子数量。
例如，可以通过离子掺杂法使用氢气体作为原料，以40kV的加速电压、2×1016个离子/cm2的全部离子数量照射离子来形成脆化层。如果形成较厚的保护层，则在以同一条件照射离子来形成脆化层的情况下，作为从目的物的半导体基板分离而转置在支撑基板上的半导体层，可以形成为较薄的半导体层。例如，根据离子种(H+、H2 +、H3 +离子)的比率以上述条件形成脆化层时，作为保护层在半导体基板上层叠氧氮化硅膜(膜厚度为50nm)和氮氧化硅膜(膜厚度为50nm)的情况下，转置在支撑基板上的半导体层的厚度大约为120nm，而作为保护层在半导体基板上层叠氧氮化硅膜(膜厚度为100nm)和氮氧化硅膜(膜厚度为50nm)的情况下，转置在支撑基板上的半导体层的厚度大约为70nm。
在使用氦(He)或氢作为原料气体的情况下，以10kV至200kV的加速电压、1×1016个离子/cm2至6×1016个离子/cm2的剂量照射，可以形成脆化层。通过使用氦作为原料气体，即使不进行质量分离也可以He+离子作为主要离子进行照射。此外，通过使用氢作为原料气体，可以H2 +离子或H3 +离子作为主要离子来进行照射。离子种还根据等离子体的生成方法、压力、原料气体供应量、加速电压而改变。
形成脆化层的例子如下所述，即，在半导体基板上层叠氧氮化硅膜(膜厚度为50nm)、氮氧化硅膜(膜厚度为50nm)、以及氧化硅膜(膜厚度为50nm)作为保护层，以40kV的加速电压、2×1016个离子/cm2的剂量照射氢而在半导体基板形成脆化层。然后，在作为保护层的最上层的氧化硅膜上形成作为具有接合面的绝缘层的氧化硅膜(膜厚度为50nm)。形成脆化层的另一个例子如下所述，即，在半导体基板上层叠氧化硅膜(膜厚度为100nm)和氮氧化硅膜(膜厚度为50nm)作为保护层，以40kV的加速电压、2×1016个离子/cm2的剂量照射氢而在半导体基板形成脆化层。然后，在作为保护层的最上层的上述氮氧化硅膜上形成氧化硅膜(膜厚度为50nm)作为绝缘层。上述氧氮化硅膜及氮氧化硅膜通过等离子体CVD法形成即可，而上述氧化硅膜通过CVD法使用有机硅烷气体形成即可。
在作为支撑基板101使用铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、钡硼硅酸盐玻璃等用于电子工业领域的玻璃基板的情况下，玻璃基板中包含微量的钠等碱金属，有可能因为该微量的杂质而使晶体管等半导体元件的特性受到负面影响。氮氧化硅膜具有防止包含在支撑基板101中的金属杂质扩散到半导体基板一侧的效应。也可以形成氮化硅膜而代替氮氧化硅膜。优选在半导体基板和氮氧化硅膜之间设置氧氮化硅膜或氧化硅膜等应力缓和层。通过设置氮氧化硅膜和氧氮化硅膜的叠层结构，也可以形成防止对半导体基板的杂质扩散的同时缓和应力形变的结构。
接下来，如图3B所示那样，在与支撑基板形成接合的面上形成氧化硅膜作为绝缘层104。作为氧化硅膜，使用有机硅烷气体通过化学气相成长法来制造的氧化硅膜是优选的。另外，也可以采用使用硅烷气体通过化学气相成长法来制造的氧化硅膜。在通过化学气相成长法的成膜中，使用例如350℃以下(具体例子是300℃)的成膜温度，该成膜温度是不从形成于单晶半导体基板的脆化层110发生脱气的温度。此外，在从单晶或多晶半导体基板剥离单晶或多晶半导体层的热处理中，采用比成膜温度高的热处理温度。
绝缘层104具有平滑面且形成亲水性的表面。作为该绝缘层104优选使用氧化硅膜。特别优选的是使用有机硅烷气体通过化学气相成长法来制造的氧化硅膜。作为有机硅烷气体，可以使用含有硅的化合物，如四乙氧基硅烷(TEOS：化学式为Si(OC2H5)4)、三甲基硅烷(TMS：化学式为(CH3)3SiH)、四甲基硅烷(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(化学式为SiH(OC2H5)3)、三(二甲氨基)硅烷(化学式为SiH(N(CH3)2)3)等。在使用有机硅烷作为原料气体通过化学气相成长法形成氧化硅层的情况下，优选混合给予氧的气体。作为给予氧的气体，可以使用氧、氧化亚氮、二氧化氮等。另外，也可以混合氩、氦、氮或氢等惰性气体。此外，作为绝缘层104，还可采用以甲硅烷、乙硅烷、或者三硅烷等作为原料气体通过化学气相成长法形成的氧化硅层。在此情况下，也优选混合给予氧的气体或惰性气体等。在通过化学气相成长法的成膜中，使用例如350℃以下的成膜温度，该成膜温度是不从形成于半导体基板108的脆化层110发生脱气的温度。此外，在从单晶或多晶半导体基板剥离半导体层的热处理中，采用比成膜温度高的热处理温度。化学气相成长法包括等离子体CVD法、热CVD法、光CVD法。
另外，作为绝缘层104，也可以使用通过在氧化性气氛中进行热处理来形成的氧化硅、通过氧自由基的反应而成长的氧化硅、由氧化性药液形成的化学氧化物等。作为绝缘层104，也可以使用包含硅氧烷(Si-O-Si)键的绝缘层。此外，也可以使上述有机硅烷气体与氧自由基或氮自由基起反应来形成绝缘层104。
上述具有平滑面且形成亲水性的表面的绝缘层104设置为5nm至500nm优选为10nm至200nm的厚度。该厚度可以使所形成的膜表面的表面粗糙平滑化，并且可以确保该膜的成长表面的平滑性。此外，可以缓和与接合的支撑基板之间的形变。较好的是绝缘膜104的表面的算术平均粗度Ra不足0.8nm，方均平方根粗度Rms不足0.9nm，更优选的是，Ra为0.4nm以下、Rms为0.5nm以下，进一步优选的是，Ra为0.3nm以下、Rms为0.4nm以下。例如，Ra为0.27nm、Rms为0.34nm以下。在本说明书中，Ra是算术平均粗度，Rms是方均平方根粗度，测定范围是2μm2或10μm2。
也可以在支撑基板101上设置与绝缘层104同样的氧化硅膜。即，将半导体层102接合到支撑基板101上时，通过在形成接合的面的一方或双方设置优选由以有机硅烷为原材料形成的氧化硅膜构成的绝缘层104，可以形成坚固的接合。
图3C表示使支撑基板101与半导体基板108的形成有绝缘层104的面密接，使两者接合的形态。对形成接合的面预先进行充分清洗。对支撑基板101与半导体基板108的形成有绝缘层104的面通过兆声清洗等进行净化即可。此外，也可以在进行兆声清洗之后使用臭氧水清洗来除去有机物并提高表面的亲水性。
如果使支撑基板101和绝缘层104相对，并且从外部按住其一部分，则由于通过接合面之间的距离局部缩短而引起的范德瓦耳斯力的增大和氢键的影响，使得支撑基板101和绝缘层104彼此吸引。而且，由于在邻接的区域中相对的支撑基板101和绝缘层104之间的距离也缩短，所以范德瓦耳斯力强烈作用的区域和氢键影响的区域扩展，藉此接合(也称为键合)发展到接合面整体。例如，按压力是100kPa至5000kPa左右。
为了形成良好的接合，也可以预先使表面活化。例如，对形成接合的面照射原子束或离子束。利用原子束或离子束时，可以使用氩等惰性气体中性原子束或惰性气体离子束。另外，进行等离子体照射或自由基处理。通过这种表面处理，即使在200℃至400℃的温度下，也可以容易地形成异种材料之间的接合。
此外，为了提高支撑基板和绝缘层之间的接合界面的接合强度，优选进行加热处理。例如，通过烘箱或炉等在70℃至350℃的温度条件(例如，200℃、2小时)下进行热处理。
在图3D中，在贴合支撑基板101和半导体基板108之后，进行加热处理，以脆化层110为劈开面从支撑基板101分离半导体基板108。例如，通过进行400℃至700℃的热处理，发生形成在脆化层110中的微小空洞的体积变化，从而可以沿着脆化层110劈开。因为绝缘层104与支撑基板101接合，所以在支撑基板101上残存与半导体基板108相同的结晶性的半导体层102。
400℃至700℃的温度区域的热处理既可在与上述为了提高接合强度的热处理相同的装置内连续地进行，又可在不同的装置内进行。例如，在炉中进行200℃、2小时的热处理，然后将该温度上升到600℃附近，该状态保持2小时，再使温度在400℃至室温的温度区域下降后从炉中取出。此外，当热处理时，也可以从室温上升温度。此外，也可以在炉中进行200℃、2小时的热处理，通过快热退火(RTA)装置在600℃至700℃的温度区域进行1分钟至30分钟(例如，在600℃的温度下进行7分钟，在650℃的温度下进行7分钟)的热处理。
通过400℃至700℃的温度区域的热处理，绝缘层和支撑基板之间的接合从氢键转移为共价键，添加到脆化层的元素析出，压力上升，可以从半导体基板剥离半导体层。在进行热处理之后，支撑基板和半导体基板处于一方负载于另一方的状态，因此不需要很大的力量就可以分开支撑基板和半导体基板。例如，通过真空吸盘拿起上方的基板，藉此可以容易地分离。此时，如果通过使用真空吸盘或机械吸盘固定下侧的基板，则可以在不向水平方向错开的状态下分开支撑基板和半导体基板双方。
虽然图1至图4示出半导体基板108的尺寸小于支撑基板101的尺寸的例子，但是本发明不局限于此，既可以是半导体基板108的尺寸和支撑基板101的尺寸彼此相同，又可以是半导体基板108的尺寸大于支撑基板101的尺寸。
图4示出通过在支撑基板一侧设置绝缘层来形成单晶半导体层的工序。图4A示出将在电场加速的离子照射到形成有氧化硅膜作为保护层121的半导体基板108，以在离其表面有预定深度的区域中形成脆化层110的工序。离子的照射与图3A的情况相同。通过在半导体基板108的表面形成保护层121，可以防止因离子照射而造成的表面受损及平坦性劣化。此外，保护层121发挥对使用半导体基板108形成的半导体层102的杂质扩散的防止效应。
图4B示出将形成有阻挡层109及绝缘层104的支撑基板101和半导体基板108的形成有保护层121的面密接来形成接合的工序。通过使支撑基板101上的绝缘层104和半导体基板108的保护层121密接来形成接合。
然后，如图4C所示，剥离半导体基板108。与图3D的情况同样地进行剥离单晶半导体层的热处理。将在接合剥离工序中的加热处理的温度设定为预先对支撑基板101进行的加热处理的温度以下。如此可以获得图4C所示的半导体基板。
作为支撑基板101，可以使用具有绝缘性的基板、具有绝缘表面的基板，例如可以使用铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、钡硼硅酸盐玻璃等被称为无碱玻璃的用于电子工业领域的各种玻璃基板。此外，也可以使用石英基板、陶瓷基板、蓝宝石基板、其表面由绝缘层覆盖的金属基板等。
通过以上工序，如图1A所示，在作为具有绝缘表面的基板的支撑基板101上设置绝缘层104，形成从半导体基板108分离的半导体层102。
SOI基板的半导体层102因为分离工序及离子照射工序而发生结晶缺陷，并且其表面的平坦性受损，形成有凹凸。在使用半导体层102制造作为半导体元件的晶体管的情况下，难以在这样的具有凹凸的半导体层102的上表面形成薄且绝缘耐压性高的栅极绝缘层。此外，如果半导体层102中具有结晶缺陷，则对晶体管的性能及可靠性带来负面影响，例如与栅极绝缘层的局域界面态密度升高等。
在本发明中，对上述半导体层102照射电磁波125，得到结晶缺陷减少了的半导体层122(参照图1B)。通过电磁波照射，可以使半导体层的至少一部分区域熔化，使得半导体层中的结晶缺陷减少。优选在照射电磁波之前使用较稀的氢氟酸除去形成在半导体层表面的氧化膜(自然氧化膜或化学氧化膜)。
电磁波只要能够对半导体层施加高能量即可，优选使用激光束。
电磁波的波长为由半导体层吸收的波长。该波长可以考虑电磁波的趋肤深度(skin depth)等而确定。例如，电磁波的波长可以使用190nm至600nm。此外，电磁波的能量可以考虑电磁波的波长、电磁波的趋肤深度、所照射的半导体层的厚度等而确定。
作为激发激光束的激光器，可以使用连续激发激光器、准连续激发激光器、以及脉冲激发激光器。为了实现部分熔化而优选使用脉冲激发激光器。例如可以举出KrF激光器等准分子激光器，Ar激光器、Kr激光器等气体激光器。除了上述激光器以外，还可以举出作为固体激光器的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、金绿宝激光器、Ti：蓝宝石激光器、Y2O3激光器等。虽然准分子激光器是脉冲激发激光器，但是在YAG激光器等固体激光器中，也有可以用作连续激发激光器、准连续激发激光器、以及脉冲激发激光器的激光器。固体激光器中，优选使用基波的第二高次谐波至第五高次谐波的激光器。此外，还可以使用GaN、GaAs、GaAlAs、InGaAsP等半导体激光器。
此外，只要能够将电磁波的能量照射到半导体层，也可以使用灯光。例如，可以使用从紫外线灯、黑光灯、卤素灯、金卤灯、氙弧灯、碳弧灯、高压钠灯、或者高压汞灯射出的光。也可以使用利用上述灯光的闪光退火。由于适当使用卤素灯或氙弧灯等进行的闪光退火可通过在极短时间内的处理完成，所以可以抑制支撑基板的温度上升。
还可以设置由挡板(shutter)、反射镜或半反射镜等反射体、由柱面透镜或凸透镜等构成的光学系统，以便调节电磁波的形状或电磁波前进的路径。
作为电磁波照射方法，既可选择性地照射电磁波，又可将光(电磁波)在XY轴方向上扫描来照射。在此情况下，优选使用多角镜(polygon mirror)或检流计镜作为光学系统。
例如，在作为电磁波使用波长为308nm的XeCl准分子激光，并且照射的半导体层是单晶硅层的情况下，当该硅层的厚度为50nm至60nm时，将施加到该硅层的能量密度适当设定为300J/cm2至450mJ/cm2的范围内即可，当该硅层的厚度为60nm至90nm时，将施加到该硅层的能量密度适当设定为400J/cm2至650mJ/cm2的范围内即可，而当该硅层的厚度为90nm至150nm时，将施加到该硅层的能量密度适当设定为450J/cm2至850mJ/cm2的范围内即可。
电磁波照射可以在大气气氛等包含氧的气氛中或氮气气氛等惰性气氛中进行。当在惰性气氛中照射电磁波时，在具有气密性的处理室内照射电磁波，并且控制该处理室内的气氛即可。在不使用处理室的情况下，通过对电磁波的被照射面喷射氮气体等惰性气体来可以形成氮气气氛。
当在氧浓度为10ppm以下优选为6ppm以下的氮气气氛中进行电磁波照射处理时，可以形成比较平坦的半导体层表面。另一方面，当在包含10％以上的氧的气氛例如大气气氛中进行电磁波照射处理时，能够以低于上述氮气气氛中的处理时的能量来减少半导体层的结晶缺陷。
而且，也可以通过研磨处理研磨半导体层122表面来减少半导体层122表面的凹凸，以得到表面平坦的半导体层130(参照图1C)。因此，通过电磁波照射和研磨处理，可以制造具有结晶缺陷减少且平坦性高的半导体层130的SOI基板。通过研磨处理研磨的厚度根据研磨处理之前的半导体层122的厚度和其表面粗度适当设定即可。
对受到电磁波照射的半导体层的研磨处理以使半导体层130表面的算术平均粗度Ra达到1nm以下、方均平方根粗度Rms达到2nm以下的标准进行。较好的是半导体层130的表面的Ra不足0.8nm、Rms不足0.9nm，更优选的是Ra为0.4nm以下、Rms为0.5nm以下，进一步优选的是Ra为0.3nm以下、Rms为0.4nm以下。
作为研磨处理，可以使用化学机械研磨(Chemical MechanicalPolishing：CMP)法或喷液研磨法。在研磨处理之前清洗半导体层表面来净化。当清洗时，使用兆声波清洗或二流体喷射清洗(two-fluid jet cleaning)等即可，通过清洗除去半导体层表面的尘埃等。此外，优选的是使用较稀的氢氟酸除去半导体层表面上的自然氧化膜等，以使半导体层露出。在作为研磨处理使用CMP法的情况下使用在pH为10至14的碱溶液中分散有粒径为10nm至200nm的二氧化硅等粉末的浆料。在CMP法中对半导体层施加的压力为0.001MPa至0.1MPa即可，优选为0.005MPa至0.05MPa。轴旋转速度(旋转数)为10rpm至100rpm即可，优选为20rpm至60rpm。台旋转速度(旋转数)为5rpm至80rpm即可，优选为10rpm至40rpm。作为CMP法的处理条件的一个例子，使用包含粒径为60nm的二氧化硅的pH12的浆料液，并且将压力、轴旋转速度(旋转数)、以及台旋转速度(旋转数)分别设定为0.01MPa、20rpm、以及20rpm。
此外，也可以在照射电磁波之前对半导体层表面进行研磨处理(或蚀刻处理)。图2示出在照射电磁波之前对半导体层102表面进行研磨处理(或蚀刻处理)的例子。
图2A与图1A对应，在支撑基板101上设置有绝缘层104，并且形成有从半导体基板108分离的半导体层102。如图2A所示，半导体层102表面的平坦性不好，具有凹凸。在图1至图4中，半导体层102表面的凹凸形状仅特征性地表示表面粗糙且平坦性不好，实际的形状不局限于此。通过第一研磨处理研磨半导体层102表面来减少半导体层102表面的凹凸，形成表面平坦化的半导体层124(参照图2B)。在对转置后的半导体层于电磁波照射工序的前后进行多次的研磨处理的情况下，将在照射电磁波之前的研磨处理和在照射电磁波之后的研磨处理分别称为第一研磨处理和第二研磨处理。
通过研磨处理研磨的厚度根据研磨处理之前的半导体层102的厚度和其表面粗度适当设定即可。例如，当半导体层102的厚度为120nm时，研磨20nm至80nm，优选研磨40nm至70nm，作为一例，研磨65nm使研磨后的半导体层的厚度为55nm。此外，当半导体层102的厚度为70nm时，研磨5nm至40nm，优选研磨10nm至30nm，作为一例，研磨20nm使研磨后的半导体层的厚度为50nm。
也可以通过用蚀刻处理代替研磨处理来进行电磁波照射之前的厚度控制等。蚀刻处理可以通过湿蚀刻、干蚀刻、或者组合湿蚀刻和干蚀刻来进行。
对通过研磨处理(或蚀刻处理)实现表面的平坦化的半导体层124照射电磁波125，得到半导体层123。半导体层123因为电磁波照射而至少一部分熔化，通过重结晶化可使结晶缺陷减少。
如图2所示，如果在电磁波照射工序之前对半导体层进行研磨处理，则可以得到如下效应。通过研磨处理，可以进行半导体层表面的平坦化和半导体层的厚度的控制。通过实现半导体层表面的平坦化，在电磁波的照射工序中可以使半导体层的热容量均一化，并且经过均匀的加热冷却过程或熔融及凝固过程可以形成均匀的结晶。此外，通过在研磨处理(或者蚀刻处理)中将半导体层的厚度设定为吸收电磁波的能量的适合值，可以有效地对半导体层施加能量。并且，由于半导体层表面有很多结晶缺陷，所以通过除去结晶缺陷多的表面，可以减少电磁波照射之后的半导体层中的结晶缺陷。
对通过电磁波照射改善了结晶性的半导体层123进行第二研磨处理来进一步对其表面进行研磨处理，形成半导体层130(参照图2D)。通过在照射电磁波之后进行研磨处理，可以减少因为电磁波照射而出现的半导体层123表面的凹凸，从而可以得到平坦性更高的半导体层130。
如上所述，在本实施方式中可以通过电磁波照射和研磨处理制造具有结晶缺陷减少了且平坦性高的半导体层的SOI基板。
通过使用设置于SOI基板的半导体层130制造出晶体管等半导体元件，可以实现栅极绝缘层的薄膜化及栅极绝缘层的局域界面态密度的降低。此外，通过减薄半导体层130的厚度，可以在支撑基板上使用单晶半导体层制造完全耗尽型的晶体管。
此外，在本实施方式中，在使用单晶硅基板作为半导体基板108的情况下，作为半导体层130可以得到单晶硅层。此外，在本实施方式的SOI基板的制造方法中，由于可以使用700℃以下的处理温度，因此可以使用玻璃基板作为支撑基板101。也就是说，与现有的薄膜晶体管同样，可以在玻璃基板上形成，并且可以使用单晶硅层作为半导体层。根据上述情况，可以在玻璃基板等支撑基板上制造具有高性能及高可靠性的晶体管，该晶体管能够高速工作、亚阈值低、场效应迁移度高、能够以低耗电压驱动等。
因此，可以高成品率制造具有高性能及高可靠性的半导体装置。
实施方式2
在本实施方式中，参照图5及图6说明以高成品率地制造具有高性能及高可靠性的半导体元件的半导体装置为目的的半导体装置的制造方法，作为其一个例子说明CMOS(互补型金属氧化物半导体；ComplementaryMetal Oxide Semiconductor)的制造方法。这里省略与实施方式1同一部分或具有同样功能的部分的反复说明。
在图5A中，在支撑基板101上形成有阻挡层109、绝缘层104、保护层121、以及半导体层130。半导体层130与图1C或图2D对应，而阻挡层109、绝缘层104、以及保护层121与图4C对应。虽然这里示出使用图5A所示的结构的SOI基板的例子，但是也可以使用本说明书所示的其他结构的SOI基板。
半导体层130由于从半导体基板108分离且受到电磁波照射处理及研磨处理，所以是结晶缺陷减少了且平坦性高的半导体层130。
对半导体层130优选根据n沟道型场效应晶体管及p沟道型场效应晶体管的形成区域添加硼、铝、镓等p型杂质、或者磷、砷等n型杂质。就是说，对应于n沟道型场效应晶体管的形成区域添加p型杂质，而对应于p沟道型场效应晶体管的形成区域添加n型杂质，来形成所谓的阱区域。杂质离子的剂量为1×1012/cm2至1×1014/cm2左右即可。并且，在控制场效应晶体管的阈值电压的情况下，对这些阱区域添加p型或n型杂质即可。
蚀刻半导体层130来形成根据半导体元件的配置分离为岛状的半导体层205、206(参照图5B)。
除去半导体层上的氧化膜，形成覆盖半导体层205、206的栅极绝缘层207。本实施方式中的半导体层205、206由于平坦性高，所以即使形成在半导体层205、206上的栅极绝缘层为薄膜栅极绝缘层的情况下，也可以高覆盖性覆盖。因此，可以防止因为栅极绝缘层的覆盖不良而导致的特性不良，从而可以高成品率制造具有高可靠性的半导体装置。栅极绝缘层207的薄膜化具有使薄膜晶体管以低电压高速工作的效应。
栅极绝缘层207通过使用氧化硅、或者氧化硅和氮化硅的叠层结构形成即可。栅极绝缘层207既可通过等离子体CVD法或减压CVD法淀积绝缘膜来形成，又可通过等离子体处理的固相氧化或固相氮化来形成。这是因为通过等离子体处理对半导体层进行氧化或氮化来形成的栅极绝缘层致密且具有高绝缘耐压性及高可靠性。
另外，作为栅极绝缘层207，也可以使用高介电常数材料如二氧化锆、氧化铪、二氧化钛、五氧化钽等。通过使用高介电常数材料作为栅极绝缘层207，可以降低栅极泄漏电流。
在栅极绝缘层207上形成栅电极层208及栅电极层209(参照图5C)。栅电极层208及209可以通过溅射法、蒸镀法、CVD法之类的方法形成。栅电极层208及209由选自钽(Ta)、钨(W)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、铬(Cr)、钕(Nd)的元素、或者以所述元素为主要成分的合金材料或者化合物材料形成即可。此外，作为栅电极层208及209还可以使用以掺杂有磷等杂质元素的多晶硅膜为代表的半导体膜或AgPdCu合金。
形成覆盖半导体层206的掩模211。将掩模211及栅电极层208用作掩模添加给予n型的杂质元素210来形成第一n型杂质区域212a、212b(参照图5D)。在本实施方式中，作为包含杂质元素的掺杂气体使用磷化氢(PH3)。这里，对第一n型杂质区域212a、212b添加给予n型的杂质元素，使其浓度达到1×1017/cm2至5×1018/cm3左右。在本实施方式中，使用磷(P)作为给予n型的杂质元素。
接下来，形成覆盖半导体层205的掩模214。将掩模214及栅电极层209用作掩模，添加给予p型的杂质元素213来形成第一p型杂质区域215a、第一p型杂质区域215b(参照图5E)。在本实施方式中，使用硼(B)作为杂质元素，因此使用乙硼烷(B2H6)等作为包含杂质元素的掺杂气体。
除去掩模214，并且在栅电极层208、209的侧面形成侧壁结构的侧壁绝缘层216a至216d、栅极绝缘层233a、233b(参照图6A)。在形成覆盖栅电极层208、209的绝缘层之后，通过使用RIE(反应离子刻蚀；Reactiveion etching)法的各向异性蚀刻对其进行加工，在栅电极层208、209的侧面自对准地形成侧壁结构的侧壁绝缘层216a至216d即可。这里，关于绝缘层没有特别的限制，优选为使TEOS(Tetra-Ethy1-Ortho-Silicate；四乙氧基硅烷)或硅烷等与氧或氧化亚氮等起反应来形成的台阶覆盖性良好的氧化硅。绝缘层可以通过热CVD、等离子体CVD、常压CVD、偏压ECRCVD、溅射等方法形成。栅极绝缘层233a、233b可以通过将栅电极层208、209以及侧壁绝缘层216a至216d用作掩模蚀刻栅极绝缘层207来形成。
此外，虽然在本实施方式中，当蚀刻绝缘层时除去栅电极层上的绝缘层来使栅电极层暴露，但是也可以将侧壁绝缘层216a至216d形成为在栅电极层上保留有绝缘层的形状。另外，也可以在后面的工序中在栅电极层上形成保护膜。通过像这样保护栅电极层，当蚀刻加工时可以防止栅电极层减薄。此外，当在源区及漏区中形成硅化物时，由于在形成硅化物时形成的金属膜和栅电极层不接触，所以即使在金属膜的材料和栅电极层的材料都为彼此容易起反应的材料的情况下，也可以防止化学反应和扩散等不良。作为蚀刻方法，可以为湿蚀刻法或干蚀刻法，可以使用各种蚀刻方法。在本实施方式中使用干蚀刻法。作为蚀刻用气体，可以适当使用以Cl2、BCl3、SiCl4或CCl4等为代表的氯类气体、以及以CF4、SF6或NF3等为代表的氟类气体或O2。
接下来，形成覆盖半导体层206的掩模218。将掩模218、栅电极层208、侧壁绝缘层216a、216b用作掩模添加给予n型的杂质元素217，藉此形成第二n型杂质区域219a、219b、第三n型杂质区域220a、220b。在本实施方式中，作为包含杂质元素的掺杂气体使用PH3。这里，对第二n型杂质区域219a、219b添加给予n型的杂质元素，使其浓度达到5×1019/cm2至5×1020/cm3左右。此外，在半导体层205中形成沟道形成区域221(参照图6B)。
第二n型杂质区域219a、第二n型杂质区域219b都是高浓度n型杂质区域，用作源极、漏极。另一方面，第三n型杂质区域220a、第三n型杂质区域220b都是低浓度杂质区域，成为LDD(Lightly Doped Drain，源漏轻掺杂)区域。第三n型杂质区域220a、220b由于形成在不被栅电极层208覆盖的Loff区域中，所以具有降低截止电流的效果。结果，可以制造可靠性更高的低耗电量的半导体装置。
除去掩模218，形成覆盖半导体层205的掩模223。将掩模223、栅电极层209、侧壁绝缘层216c、216d用作掩模添加给予p型的杂质元素222，藉此形成第二p型杂质区域224a、224b、第三p型杂质区域225a、225b。
对第二p型杂质区域224a、224b添加给予p型的杂质元素，使其浓度达到1×1020/cm2至5×1021/cm3左右。在本实施方式中，使用侧壁绝缘层216c、216d以其浓度比第二p型杂质区域224a、224b低的方式自对准地形成第三p型杂质区域225a、225b。此外，在半导体层206中形成沟道形成区域226(参照图6C)。
第二p型杂质区域224a、224b都是高浓度p型杂质区域，用作源极、漏极。另一方面，第三p型杂质区域225a、225b都是低浓度杂质区域，成为LDD(源漏轻掺杂)区域。第三p型杂质区域225a、225b由于形成在不被栅电极层209覆盖的Loff区域中，所以具有降低截止电流的效果。结果，可以制造可靠性更高的低耗电量的半导体装置。
除去掩模223，为了激活杂质元素，也可以进行加热处理、强光照射或者激光照射。激活的同时，可以恢复对栅极绝缘层造成的等离子体损坏及对栅极绝缘层和半导体层之间的界面造成的等离子体损坏。
接下来，形成覆盖栅电极层、栅极绝缘层的层间绝缘层。在本实施方式中，采用用作保护膜的包含氢的绝缘膜227和绝缘层228的叠层结构。绝缘膜227和绝缘层228可以是通过溅射法或等离子体CVD法形成的氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧氮化硅膜、或者氧化硅膜，也可以使用其它的含硅绝缘膜构成的单层结构或三层以上的叠层结构。
然后，在300℃至550℃的氮气气氛中进行1小时至12小时的热处理，使半导体层氢化。该工序是优选在400℃至500℃的温度下进行的。这一工序是由作为层间绝缘层的绝缘膜227所含的氢终止半导体层中的悬空键的工序。在本实施方式中，在410℃的温度下进行1小时的加热处理。
绝缘膜227和绝缘层228还可以使用选自氮化铝(AlN)、氧氮化铝(AlON)、氮的含量多于氧的含量的氮氧化铝(AlNO)、氧化铝、类金刚石碳(DLC)、含氮碳膜(CN)以及含有无机绝缘材料的其它物质的材料来形成。此外，还可以使用硅氧烷树脂。硅氧烷树脂相当于包含Si-O-Si键的树脂。硅氧烷的骨架结构由硅(Si)和氧(O)键构成。作为取代基，可以使用至少包含氢的有机基(例如，烷基或芳基)。或者，可将氟基用作取代基。或者，可将至少含有氢的有机基以及氟基两者用作取代基。另外，也可以使用有机绝缘材料，作为有机材料，可以使用聚酰亚胺、丙烯酸、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺、抗蚀剂或苯并环丁烯、聚硅氮烷。也可以使用通过涂敷法形成的平坦性良好的涂敷膜。
绝缘膜227和绝缘层228可以使用浸渍法、喷涂法、刮刀法、辊涂法、帘涂法、刮刀涂布法、CVD法、或蒸镀法等来形成。也可以通过液滴喷射法形成绝缘膜227和绝缘层228。当使用液滴喷射法时，可以节省材料液体。另外，还可以使用如液滴喷射法那样能够转印或描绘图案的方法，例如印刷法(诸如丝网印刷或胶版印刷之类的图案形成方法)等。
接着，通过使用由抗蚀剂构成的掩模，在绝缘膜227和绝缘层228中形成到达半导体层的接触孔(开口)。根据所使用的材料的选择比，可以进行一次或多次的蚀刻。通过蚀刻除去绝缘膜227和绝缘层228，形成到达作为源区或漏区的第二n型杂质区域219a、219b、第二p型杂质区域224a、224b的开口。此外，蚀刻可以采用湿蚀刻及干蚀刻中的一方或双方。作为湿蚀刻的蚀刻剂，优选使用包含氟化氢铵和氟化铵的混合溶液之类的氢氟酸类溶液。作为蚀刻用气体，可以适当使用以Cl2、BCl3、SiCl4或CCl4等为代表的氯类气体、以CF4、SF6或NF3等为代表的氟类气体、或者O2。此外，也可以将惰性气体添加到所使用的蚀刻用气体。作为所添加的惰性元素，可以使用选自He、Ne、Ar、Kr、Xe中的一种或多种元素。
以覆盖开口的方式形成导电膜，并且蚀刻该导电膜来形成用作与各源区或漏区的一部分分别电连接的源电极层或漏电极层的布线层229a、229b、230a、230b。布线层可以通过PVD法、CVD法、蒸镀法等形成导电膜，再蚀刻为所希望的形状来形成。另外，可以通过使用液滴喷射法、印刷法、电镀法等在预定的部分上选择性地形成导电层。另外，还可以采用回流方法或镶嵌方法。布线层由Ag、Au、Cu、Ni、Pt、Pd、Ir、Rh、W、Al、Ta、Mo、Cd、Zn、Fe、Ti、Zr、Ba之类的金属、Si、Ge、其合金或其氮化物来构成。此外，也可以采用它们的叠层结构。
通过上述工序，可以制造CMOS结构的包括作为n沟道型薄膜晶体管的薄膜晶体管231及作为p沟道型薄膜晶体管的薄膜晶体管232的半导体装置(参照图6D)。未图示，但由于本实施方式采用CMOS结构，所以薄膜晶体管231和薄膜晶体管232电连接。
薄膜晶体管可以是形成有一个沟道形成区域的单栅极结构、形成有两个沟道形成区域的双栅极结构或形成有三个沟道形成区域的三栅极结构，而不局限于本实施方式。
如上所述，在本实施方式中，使用具有通过电磁波照射和研磨处理减少了结晶缺陷且平坦性高的半导体层的SOI基板，能够以高成品率制造具有高性能及高可靠性的半导体装置。
实施方式3
在本实施方式中，参照图7说明以高成品率制造作为具有高性能及高可靠性的半导体装置的具有显示功能的半导体装置(也称为液晶显示装置)为目的的半导体装置的制造方法的例子。详细地说明使用液晶显示元件作为显示元件的液晶显示装置。
图7A是作为本发明的一个实施方式的半导体装置的俯视图，图7B是沿图7A中的线C-D的截面图。
如图7A所示，像素区域306、作为扫描线驱动电路的驱动电路区域304a及304b通过密封剂392被密封在支撑基板310和对向基板395之间，并且在支撑基板310上设置有由IC驱动器形成的作为信号线驱动电路的驱动电路区域307。在像素区域306中设置有晶体管375及电容元件376，并且在驱动电路区域304b中设置有具有晶体管373及晶体管374的驱动电路。在本实施方式的半导体装置中也使用实施方式1所示的利用本发明的具有高性能及高可靠性的SOI基板。
在像素区域306中，隔着阻挡层311、绝缘层314、以及保护层313设置有成为开关元件的晶体管375。在本实施方式中，作为晶体管375使用多栅型薄膜晶体管(TFT)。该晶体管375包括具有起到源区及漏区的作用的杂质区域的半导体层、栅极绝缘层、具有两层的叠层结构的栅电极层、源电极层及漏电极层。源电极层或漏电极层与半导体层的杂质区域和也被称为像素电极层的用于显示元件的电极层320接触而电连接。
半导体层中的杂质区域可以通过控制其浓度形成高浓度杂质区域及低浓度杂质区域。将具有低浓度杂质区域的薄膜晶体管称作LDD(源漏轻掺杂)结构。此外，低浓度杂质区域可以与栅电极重叠地形成，将这种薄膜晶体管称作GOLD(Gate Overlapped LDD；栅极重叠的LDD)结构。此外，通过将磷(P)等用于杂质区域，使薄膜晶体管的极性成为n型。在成为p型的情况下，添加硼(B)等即可。然后，形成覆盖栅电极等的绝缘膜317及绝缘膜318。
为了进一步提高平坦性，形成绝缘膜319作为层间绝缘膜。绝缘膜319可以使用有机材料、无机材料、或者它们的叠层结构。例如，可以由选自氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、氧氮化铝、氮含量比氧含量高的氮氧化铝、氧化铝、类金刚石碳(DLC)、聚硅氮烷、含氮碳(CN)、PSG(磷硅玻璃)、BPSG(硼磷硅玻璃)、氧化铝、以及包括无机绝缘材料的其他物质的材料形成。另外，也可以使用有机绝缘材料。有机材料可以是感光性或非感光性的，可以使用聚酰亚胺、丙烯酸、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺、抗蚀剂、苯并环丁烯、硅氧烷树脂等。
由于与利用本发明的实施方式1同样地形成用于半导体元件的半导体层，所以形成从单晶半导体基板分离的单晶半导体层，从而可以在同一基板上一体形成像素区域和驱动电路区域。在此情况下，同时形成像素区域306中的晶体管和驱动电路区域304b中的晶体管。不言而喻，与此同样，也可以在同一基板上一体形成驱动电路区域307。用于驱动电路区域304b的晶体管构成CMOS电路。构成CMOS电路的薄膜晶体管为GOLD结构，但是也可以使用如晶体管375的LDD结构。
接下来，通过印刷法或液滴喷射法，以覆盖用于显示元件的电极层320及绝缘膜319的方式形成用作取向膜的绝缘层381。另外，如果使用丝网印刷法或胶版印刷法，则可以选择性地形成绝缘层381。然后，进行摩擦处理。有时根据液晶的模式，例如在采用VA模式时，不进行该摩擦处理。用作取向膜的绝缘层383也是与绝缘层381同样的。接着，通过液滴喷射法将密封剂392形成在形成有像素的周边的区域。
然后，隔着间隔物387贴合设置有用作取向膜的绝缘层383、也被称为对向电极层的用于显示元件的电极层384、用作彩色滤光片的着色层385、以及偏振器391(也称为偏振片)的对向基板395与作为TFT基板的支撑基板310，并且在其空隙中设置液晶层382。由于本实施方式的半导体装置是透射型，所以在支撑基板310的与具有元件的面相反的一侧也设置偏振器(偏振片)393。偏振器和着色层的叠层结构不局限于图7，根据偏振器和着色层的材料或制造工序条件适当设定即可。偏振器可以通过粘接层设置在基板上。在密封剂中可以混入有填料。并且，还可以在对向基板395上形成遮蔽膜(黑矩阵)等。另外，在液晶显示装置为全彩色显示的情况下，由呈现红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的材料形成彩色滤光片等即可，而在液晶显示装置为单色显示的情况下，不形成着色层，或者由呈现至少一种颜色的材料形成彩色滤光片即可。此外，也可以在半导体装置的具有可见性的一侧设置具有反射防止功能的防反射膜。偏振片和液晶层也可以在两者之间具有相位差板的方式层叠。
另外，当在背光灯中配置RGB的发光二极管(LED)等，并且采用通过分时进行彩色显示的继时加法混色法(field sequential method：场序制法)时，有时不设置彩色滤光片。为了减少由晶体管或CMOS电路的配线引起的外光的反射，黑矩阵优选与晶体管或CMOS电路重叠地设置。另外，也可以与电容元件重叠地形成黑矩阵。这是因为可以防止构成电容元件的金属膜引起的反射。
作为形成液晶层的方法，可以采用分配器方式(滴落方式)或者在贴合具有元件的支撑基板310和对向基板395之后利用毛细现象注入液晶的注入法。当处理难以使用注入法的大型基板时，优选使用滴落法。
间隔物可以采用通过散布数μm的粒子来设置的方法，但是在本实施方式中，采用在基板的整个表面上形成树脂膜之后对其进行蚀刻加工来形成的方法。在使用旋涂器涂布这种间隔物的材料之后，通过曝光和显影处理形成预定的图形。然后，通过用洁净烘箱等于150℃至200℃加热而使其固化。这样制造的间隔物可以通过曝光和显影处理的条件来改变形状，但是间隔物的形状优选为顶部平坦的柱状，这样当贴附对向侧的基板时可以确保作为半导体装置的机械强度。间隔物的形状可以使用圆锥状、角锥状等，没有特别的限制。
接着，在与像素区域电连接的端子电极层378上隔着各向异性导电层396设置作为连接用配线基板的FPC 394。FPC 394起到传递来自外部的信号或电位的作用。通过上述工序，可以制造具有显示功能的半导体装置。
在本实施方式的半导体装置中，如实施方式1所示那样，可以使用具有如下半导体层的SOI基板，该半导体层是从半导体基板分离且接合到支撑基板上，然后通过电磁波照射和研磨处理而减少结晶缺陷且提高了平坦性的半导体层。
因此，可以高成品率制造高性能及高可靠性的半导体装置。
实施方式4
使用本发明可以形成具有发光元件的半导体装置。从该发光元件射出的光进行底部发射、顶部发射、以及双面发射中的任一种。在本实施方式中，参照图8至图10说明以高成品率制造作为底部发射型、顶部发射型、以及双面发射型的具有高性能及高可靠性的半导体装置的具有显示功能的半导体装置(也称为显示装置、发光装置)为目的的半导体装置的制造方法的例子。
图8A所示的半导体装置具有按箭头方向底部发射的结构。图8中，图8A是半导体装置的平面图，图8B是沿图8A中的线E-F的截面图。在图8中，半导体装置包括外部端子连接区域252、密封区域253、驱动电路区域254、以及像素区域256。
图8所示的半导体装置包括：元件基板600；薄膜晶体管655、677、667、以及668；具有第一电极层685、发光层688、以及第二电极层689的发光元件690；填料693；密封剂692；阻挡层601；绝缘层604；氧化膜603；栅极绝缘层675；绝缘膜607；绝缘膜665；绝缘层686；密封基板695；布线层679；端子电极层678；各向异性导电层696；以及FPC 694。半导体装置包括外部端子连接区域252、密封区域253、驱动电路区域254、以及像素区域256。填料693可以液体组成物的状态通过滴落法形成。通过贴合通过滴落法形成填料的元件基板600和密封基板695来密封半导体装置(发光显示装置)。
在图8的半导体装置中，第一电极层685由具有透光性的导电材料形成以便能够透射从发光元件690发射的光，另一方面，第二电极层689由具有反射性的导电材料形成以便反射从发光元件690发射的光。
第二电极层689只要具有反射性即可，可以使用由钛、钨、镍、金、铂、银、铜、钽、钼、铝、镁、钙、锂或者它们的合金构成的导电膜等。优选使用在可见光区呈现高反射性的物质，在本实施方式中使用铝膜。
作为第一电极层685，具体来说，使用由具有透光性的导电材料构成的透明导电膜即可，可以使用含有氧化钨的铟氧化物、含有氧化钨的铟锌氧化物、含有氧化钛的铟氧化物或含有氧化钛的铟锡氧化物等。不言而喻，也可以使用铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)或添加了氧化硅的铟锡氧化物(ITSO)等。
图9所示的半导体装置具有按箭头所示的方向进行顶部发射的结构。图9所示的半导体装置包括：元件基板1600；薄膜晶体管1655、1665、1675、以及1685；布线层1624；第一电极层1617；发光层1619；第二电极层1620；填料1622；密封剂1632；阻挡层1601；绝缘层1604；氧化膜1603；栅极绝缘层1610；绝缘膜1611；绝缘膜1612；绝缘层1614；密封基板1625；布线层1633；端子电极层1681；各向异性导电层1682；以及FPC 1683。
在图9中，半导体装置包括外部端子连接区域282、密封区域283、驱动电路区域284、以及像素区域286。在图9所示的半导体装置中，在第一电极层1617下形成作为具有反射性的金属层的布线层1624。在布线层1624上形成作为透明导电膜的第一电极层1617。布线层1624只要具有反射性即可，可以使用由钛、钨、镍、金、铂、银、铜、钽、钼、铝、镁、钙、锂、或者它们的合金构成的导电膜等。优选使用在可见光区呈现高反射性的物质。此外，也可以使用导电膜作为第一电极层1617，在此情况下，也可以不设置具有反射性的布线层1624。
作为第一电极层1617及第二电极层1620，具体来说，使用由具有透光性的导电材料构成的透明导电膜即可，可以使用含有氧化钨的铟氧化物、含有氧化钨的铟锌氧化物、含有氧化钛的铟氧化物或含有氧化钛的铟锡氧化物等。不言而喻，也可以使用铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)或添加了氧化硅的铟锡氧化物(ITSO)等。
另外，即使是没有透光性的金属膜这样的材料，也通过将其膜厚度设为较薄(优选为5nm至30nm左右的厚度)以使它成为能够透射光的状态，可以从第一电极层1617及第二电极层1620发射光。此外，作为能够用于第一电极层1617及第二电极层1620的金属薄膜，可以使用由钛、钨、镍、金、铂、银、铝、镁、钙、锂、或它们的合金构成的导电膜等。
图10所示的半导体装置包括：元件基板1300；薄膜晶体管1355、1365、1375、以及1385；第一电极层1317；发光层1319；第二电极层1320；填料1322；密封剂1332；阻挡层1301；绝缘层1304；氧化膜1303；栅极绝缘层1310；绝缘膜1311；绝缘膜1312；绝缘层1314；密封基板1325；布线层1333；端子电极层1381；各向异性导电层1382；以及FPC 1383。半导体装置包括外部端子连接区域272、密封区域273、驱动电路区域274、以及像素区域276。
图10所示的半导体装置是双面发射型，具有按箭头方向从元件基板1300一侧和密封基板1325一侧发射出光的结构。因此，将透光性电极层用作第一电极层1317及第二电极层1320。
在本实施方式中，具体地说将由具有透光性的导电材料构成的透明导电膜用于作为透光电极层的第一电极层1317及第二电极层1320即可，可以使用含有氧化钨的铟氧化物、含有氧化钨的铟锌氧化物、含有氧化钛的铟氧化物、含有氧化钛的铟锡氧化物等。不言而喻，也可以使用铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)或添加了氧化硅的铟锡氧化物(ITSO)等。
另外，即使是没有透光性的金属膜这样的材料，也通过将其膜厚度设为较薄(优选为5nm至30nm左右的厚度)以使它成为能够透射光的状态，可以从第一电极层1317及第二电极层1320发射光。此外，作为能够用于第一电极层1317及第二电极层1320的金属薄膜，可以使用由钛、钨、镍、金、铂、银、铝、镁、钙、锂、或它们的合金构成的导电膜等。
如上所述，在图10的半导体装置中，从发光元件1305发射的光穿过第一电极层1317及第二电极层1320双方，从而具有光从两侧发射的结构。
使用发光元件形成的半导体装置的像素可以通过单纯矩阵方式或有源矩阵方式来驱动。此外，该像素也可以使用数字驱动或模拟驱动中的任一种。
可以在密封基板上形成彩色滤光片(着色层)。彩色滤光片(着色层)可以通过蒸镀法或液滴喷射法形成，可以通过使用彩色滤光片(着色层)进行高精度的显示。这是因为通过彩色滤光片(着色层)，在R、G和B每一种的发光光谱中，可以将宽峰修改成尖峰的缘故。
可以通过形成呈现单色发光的材料并且组合彩色滤光片或颜色转换层，而进行全色显示。彩色滤光片(着色层)或颜色转换层例如形成在密封基板上且贴附到元件基板上即可。
不言而喻，也可以进行单色发光的显示。例如，可以利用单色发光形成面积彩色型(area color type)半导体装置。该面积彩色型适合于无源矩阵型显示部，可以主要显示字符和符号。
通过使用单晶半导体层，可以在同一个基板上一体形成像素区域和驱动电路区域。在此情况下，同时形成像素区域中的晶体管和驱动电路区域中的晶体管。
设置在图8图10所示的本实施方式的半导体装置的晶体管可以与实施方式2所示的晶体管同样地制造。
在本实施方式的半导体装置中，如实施方式1所示那样，可以使用具有如下半导体层的SOI基板，该半导体层是从半导体基板分离且接合到支撑基板上，然后通过电磁波照射和研磨处理而减少结晶缺陷且提高了平坦性的半导体层。
因此，可以高成品率制造高性能及高可靠性的半导体装置。
本实施方式可以与上述实施方式1适当组合。
实施方式5
在本实施方式中，作为具有高性能及高可靠性的半导体装置说明具有显示功能的半导体装置(也称为显示装置、发光装置)的例子。详细地说明将发光元件用于显示元件的发光显示装置。
在本实施方式中，参照图13说明能够用作本发明的显示装置的显示元件的发光元件的结构。
图13示出发光元件的元件结构，表示在第一电极层870和第二电极层850之间夹有EL层860的发光元件。EL层860如图示那样由第一层804、第二层803、以及第三层802构成。在图13中，第二层803是发光层，第一层804及第三层802是功能层。
第一层804是具有对第二层803传输空穴的功能的层。在图13A中，包含于第一层804的空穴注入层是包含空穴注入性高的物质的层。可以使用钼氧化物、钒氧化物、钌氧化物、钨氧化物、或者锰氧化物等。另外，也可以使用酞菁(缩写为H2Pc)、酞菁铜(缩写为CuPc)等酞菁化合物、4，4’-双[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]联苯(缩写为DPAB)、4，4’-双(N-{4-[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]苯基}-N-苯基氨基)联苯(缩写为DNTPD)等芳香胺化合物、或者聚(乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)等高分子等来形成第一层804。
此外，作为空穴注入层可以使用复合有机化合物和无机化合物而构成的复合材料。特别是包含有机化合物和相对于有机化合物显示电子接受性的无机化合物的复合材料中，在有机化合物和无机化合物之间进行电子的授受从而增加载流子密度，因此该复合材料的空穴注入性和空穴传输性优良。
当使用复合有机化合物和无机化合物而构成的复合材料作为空穴注入层时，由于能够与电极层欧姆接触，所以可以不考虑其功函数而选择形成电极层的材料。
作为用于复合材料的无机化合物，优选使用过渡金属的氧化物。此外，可以举出属于元素周期表中第4族至第8族的金属的氧化物。具体地，氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化锰及氧化铼由于其电子接受性高所以是优选的。特别是，氧化钼因为在大气中稳定，吸湿性低，并且容易处理，所以是优选的。
作为用于复合材料的有机化合物，可以使用多种化合物如芳香胺化合物、咔唑衍生物、芳烃、高分子化合物(低聚物、树枝状聚合物、聚合物等)等。作为用于复合材料的有机化合物，优选使用空穴传输性高的有机化合物。具体地说，优选使用空穴迁移率为10-6cm2/Vs以上的物质。然而，也可以使用其它材料，只要其空穴传输性比电子传输性高即可。以下，具体地列举可以用于复合材料的有机化合物。
例如，作为芳香胺化合物，可以举出N，N’-二(对甲苯基)-N，N’-二苯基-对苯二胺(缩写为DTDPPA)；4，4’-双[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]联苯(缩写为DPAB)；4，4’-双(N-{4-[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]苯基}-N-苯基氨基)联苯(缩写为DNTPD)；1，3，5-三[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]苯(缩写为DPA3B)等。
作为可以用于复合材料的咔唑衍生物，可以具体地举出：3-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(缩写为PCzPCA1)；3，6-双[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(缩写为PCzPCA2)；3-[N-(1-萘基)-N-(9-苯基咔唑-3-基)氨基]-9-苯基咔唑(缩写为PCzPCN1)等。
此外，还可以使用4，4’-二(N-咔唑基)联苯(缩写为CBP)；1，3，5-三[4-(N-咔唑基)苯基]苯(缩写为TCPB)；9-[4-(N-咔唑基)]苯基-10-苯基蒽(缩写为CzPA)；1，4-双[4-(N-咔唑基)苯基-2，3，5，6-四苯基苯等。
作为能够用于复合材料的芳烃，例如可以举出：2-叔丁基-9，10-二(2-萘基)蒽(缩写为t-BuDNA)；2-叔丁基-9，10-二(1-萘基)蒽；9，10-双(3，5-二苯基苯基)蒽(缩写为DPPA)；2-叔丁基-9，10-双(4-苯基苯基)蒽(缩写为t-BuDBA)；9，10-二(2-萘基)蒽(缩写为DNA)；9，10-二苯基蒽(缩写为DPAnth)；2-叔丁基蒽(缩写为t-BuAnth)；9，10-双(4-甲基-1-萘基)蒽(缩写为DMNA)；2-叔丁基-9，10-双[2-(1-萘基)苯基]蒽；9，10-双[2-(1-萘基)苯基]蒽；2，3，6，7-四甲基-9，10-二(1-萘基)蒽；2，3，6，7-四甲基-9，10-二(2-萘基)蒽；9，9’-联蒽；10，10’-二苯基-9，9’-联蒽；10，10’-双(2-苯基苯基)-9，9’-联蒽；10，10’-双[(2，3，4，5，6-五苯基)苯基]-9，9’-联蒽；蒽；并四苯；红荧烯；二萘嵌苯；2，5，8，11-四(叔丁基)二萘嵌苯等。除此之外，还可以使用并五苯、晕苯等。更优选使用具有1×10-6cm2/Vs以上的空穴迁移率且碳原子数为14至42的芳烃。
可以用于复合材料的芳烃也可以具有乙烯基骨架。作为具有乙烯基的芳烃，例如可以举出4，4’-双(2，2-二苯基乙烯基)联苯(缩写为DPVBi)；9，10-双[4-(2，2-二苯基乙烯基)苯基]蒽(缩写为DPVPA)等。
另外，也可以使用高分子化合物如聚(N-乙烯基咔唑)(缩写为PVK)或聚(4-乙烯基三苯基胺)(缩写为PVTPA)等。
在图13中，作为形成包含于第一层804的空穴传输层的化合物，优选使用空穴传输性高的化合物，具体地优选使用芳香胺(即，具有苯环-氮键的化合物)化合物。作为广泛地使用的材料可以举出星爆(starburst)式芳香胺化合物如4，4’-双[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]联苯；作为其衍生物的4，4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(下面记为NPB)；4，4’，4”-三(N，N-二苯基-氨基)三苯胺；4，4’，4”-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]三苯胺等。上述物质主要是具有10-6cm2/Vs以上的空穴迁移率的物质。但是，也可以使用其他物质，只要其空穴传输性比电子传输性高即可。空穴传输层可以是上述物质的混合层或两层以上的叠层，而不局限于单层。
第三层802是具有对第二层803传输并注入电子的功能的层。在图13中说明包含于第三层802中的电子传输层。作为电子传输层可以使用电子传输性高的物质。例如，电子传输层是由如下具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属络合物等构成的层：三(8-羟基喹啉)铝(缩写为Alq)；三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(缩写为Almq3)；双(10-羟基苯并[h]喹啉)铍(缩写为BeBq2)；双(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基苯酚)铝(缩写为BAlq)等。除此之外，可以使用如下具有噁唑类配位体或噻唑类配位体的金属络合物等：双[2-(2-羟基苯基)苯并噁唑]锌(缩写为Zn(BOX)2)双[2-(2-羟基苯基)苯并噻唑]锌(缩写为Zn(BTZ)2)等。再者，除金属络合物之外，也可以使用2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑(缩写为PBD)；1，3-双[5-(对-叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-基]苯(缩写为OXD-7)；3-(4-联苯基)-4-苯基-5-(4-叔丁基苯基)-1，2，4-三唑(缩写为TAZ)；红菲绕啉(缩写为BPhen)；浴铜灵(缩写为BCP)等。这里举出的物质主要是具有10-6cm2/Vs以上的电子迁移率的物质。也可以使用其他物质作为电子传输层，只要其电子传输性比空穴传输性高即可。此外，电子传输层也可以是两层以上由上述物质构成的层的叠层，而不局限于单层。
在图13中说明包含于第三层802中的电子注入层。作为电子注入层可以使用电子注入性高的物质。作为电子注入层，可以使用碱金属、碱土金属、或者它们的化合物如氟化锂(LiF)、氟化铯(CsF)、氟化钙(CaF2)等。例如，可以使用将碱金属、碱土金属、或者它们的化合物包含在由具有电子传输性的物质构成的层中形成的层，例如，可以使用将镁(Mg)包含在Alq中形成的层等。通过使用将碱金属或碱土金属包含在由具有电子传输性的物质构成的层中形成的层作为电子注入层，可有效地从电极层注入电子，因此是优选的。
接下来，说明作为发光层的第二层803。发光层是具有发光功能的层，包括发光性的有机化合物。此外，也可以包含无机化合物。发光层可以通过使用各种发光性的有机化合物、无机化合物形成。但是，发光层的厚度优选为10nm至100nm左右。
作为用于发光层的有机化合物，只要是发光性的有机化合物就没有特别的限制，例如可以使用9，10-二(2-萘基)蒽(缩写为DNA)；9，10-二(2-萘基)-2-叔丁基蒽(缩写为t-BuDNA)；4，4’-二(2，2-二苯基乙烯基)联苯(缩写为DPVBi)；香豆素30；香豆素6；香豆素545；香豆素545T；二萘嵌苯；红荧烯；吡啶醇；2，5，8，11-三(叔丁基)二萘嵌苯(缩写为TBP)；9，10-二苯基蒽(缩写为DPA)；5，12-二苯并四苯；4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-[p-(二甲基氨基)苯乙烯基]-4H-吡喃(缩写为DCM1)；4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-[2-(久洛尼定-9-基)乙烯基]-4H-吡喃(缩写为DCM2)；4-(二氰基亚甲基)-2，6-双[p-(二甲基氨基)苯乙烯基]-4H-吡喃(缩写为BisDCM)等。此外，也可以使用能够发射磷光的化合物如双[2-(4′，6′-二氟苯基)吡啶合-N，C2’]铱(吡啶甲酸)(缩写为FIrpic)；双{2-[3′，5′-双(三氟甲基)苯基]吡啶合-N，C2’}铱(吡啶甲酸)(缩写为Ir(CF3ppy)2(pic))；三(2-苯基吡啶合-N，C2’)铱(缩写为Ir(ppy)3)；双(2-苯基吡啶合-N，C2’)铱(乙酰丙酮)(缩写为Ir(ppy)2(acac))；双[2-(2’-噻吩基)吡啶合-N，C3’]铱(乙酰丙酮)(缩写为Ir(thp)2(acac))；双(2-苯基喹啉合-N，C2’)铱(乙酰丙酮)(缩写：Ir(pq)2(acac))；以及双[2-(2’-苯并噻吩基)吡啶合-N，C3’]铱(乙酰丙酮)(缩写为Ir(btp)2(acac))等。
除了单重态激发发光材料之外，还可以将含有金属络合物等的三重态激发发光材料用于发光层。例如，在红色发光性、绿色发光性、以及蓝色发光性的像素中，亮度半衰期比较短的红色发光性的像素由三重态激发发光材料形成，余下的像素由单重态激发发光材料形成。三重态激发发光材料具有良好的发光效率，所以具有得到相同亮度时耗电量少的特点。换言之，用于红色发光性的像素时，由于流过发光元件的电流量少，因而可以提高可靠性。为了低耗电量化，也可以将红色发光性的像素和绿色发光性的像素由三重态激发发光材料形成，蓝色发光性的像素由单重态激发发光材料形成。通过使用三重态激发发光材料形成人的视觉灵敏度高的绿色发光元件，可以进一步实现低耗电量化。
此外，发光层可以不仅含有上述呈现发光的有机化合物，还可以添加有其他有机化合物。作为可以添加的有机化合物，例如可以使用上述的TDATA、MTDATA、m-MTDAB、TPD、NPB、DNTPD、TCTA、Alq3、Almq3、BeBq2、BAlq、Zn(BOX)2、Zn(BTZ)2、BPhen、BCP、PBD、OXD-7、TPBI、TAZ、p-EtTAZ、DNA、t-BuDNA以及DPVBi等、以及4，4’-双(N-咔唑基)联苯(缩写为CBP)、1，3，5-三[4-(N-咔唑基)苯基]苯(缩写为TCPB)等，然而不局限于这些化合物。另外，象这样除了有机化合物以外还添加的有机化合物优选具有比有机化合物的激发能大的激发能，并且其添加量比有机化合物多，以使有机化合物高效地发光(由此，可以防止有机化合物的浓度猝灭)。或者，作为其他功能，也可以与有机化合物一起呈现发光(由此，还可以实现白色发光等)。
发光层可以在每个像素中形成发光波长带不同的发光层，从而形成进行彩色显示的结构。典型的是形成与R(红)、G(绿)、B(蓝)各种颜色对应的发光层。在此情况下，也可以通过采用在像素的光发射一侧设置透射该发光波长带的光的滤光器的结构，实现提高色纯度和防止像素区域的镜面化(映入)。通过设置滤光器，可以省略以往所必需的圆偏振片等，可以消除发光层发出的光的损失。而且，可以降低从倾斜方向看像素区域(显示画面)时发生的色调变化。
低分子类有机发光材料或高分子类有机发光材料都可以用作发光层的材料。与低分子类相比，高分子类有机发光材料的物理强度大，元件的耐久性高。另外，由于能够通过涂布进行成膜，所以比较容易制作元件。
发光颜色取决于形成发光层的材料，因而可以通过选择发光层的材料来形成呈现所希望的发光的发光元件。作为可以用于形成发光层的高分子类电致发光材料，可以举出聚对亚苯基亚乙烯基类、聚对亚苯基类、聚噻吩类、聚芴类。
作为聚对亚苯基亚乙烯基类，可以举出聚(对亚苯基亚乙烯基)[PPV]的衍生物、聚(2，5-二烷氧基-1，4-亚苯基亚乙烯基)[RO-PPV]、聚(2-(2’-乙基-己氧基)-5-甲氧基-1，4-亚苯基亚乙烯基)[MEH-PPV]、聚(2-(二烷氧基苯基)-1，4-亚苯基亚乙烯基)[ROPh-PPV]等。作为聚对亚苯基类，可以举出聚对亚苯基[PPP]的衍生物、聚(2，5-二烷氧基-1，4-亚苯基)[RO-PPP]、聚(2，5-二己氧基-1，4-亚苯基)等。作为聚噻吩类，可以举出聚噻吩[PT]的衍生物、聚(3-烷基噻吩)[PAT]、聚(3-己基噻吩)[PHT]、聚(3-环己基噻吩)[PCHT]、聚(3-环己基-4-甲基噻吩)[PCHMT]、聚(3，4-二环己基噻吩)[PDCHT]、聚[3-(4-辛基苯基)-噻吩][POPT]、聚[3-(4-辛基苯基)-2，2-并噻吩][PTOPT]等。作为聚芴类，可以举出聚芴[PF]的衍生物、聚(9，9-二烷基芴)[PDAF]、聚(9，9-二辛基芴)[PDOF]等。
用于发光层的无机化合物只要是不容易猝灭有机化合物的发光的无机化合物即可，可以使用各种金属氧化物或金属氮化物。特别是周期表第13族或第14族的金属氧化物不容易猝灭有机化合物的发光，所以是优选的，具体而言较好的有氧化铝、氧化镓、氧化硅、或者氧化锗。但是，不局限于这些。
另外，发光层可以层叠多层使用上述的有机化合物和无机化合物的组合的层来形成。此外，还可以含有其他有机化合物或其他无机化合物。发光层的层结构会改变，只要在不脱离本发明的技术思想的范围内，可以允许一些变形，例如具有电子注入用电极层或者具备分散的发光性材料，来替代不具有特定的电子注入区域或发光区域的情况。
由上述材料形成的发光元件通过正向偏压来发光。使用发光元件形成的半导体装置的像素可以通过单纯矩阵方式或有源矩阵方式来驱动。无论是哪一种，都以某个特定的时序施加正向偏压来使每个像素发光，但是在某段一定时间内处于非发光状态。通过在该非发光时间内施加反向的偏压，可以提高发光元件的可靠性。在发光元件中，存在在一定驱动条件下发光强度降低的劣化以及在像素内非发光区域扩大而表观上亮度降低的劣化方式，但是通过进行在正向及反向上施加偏压的交流驱动，可以延迟劣化的进程，以提高具有发光元件的半导体装置的可靠性。此外，数字驱动、模拟驱动都可以采用。
因此，可以在密封基板上形成彩色滤光片(着色层)。彩色滤光片(着色层)可以通过蒸镀法或液滴喷射法形成，并且可以通过使用彩色滤光片(着色层)进行高精度的显示。这是因为通过彩色滤光片(着色层)，在R、G和B的发光光谱中，可以将宽峰修改成尖峰的缘故。
可以通过形成呈现单色发光的材料并且组合彩色滤光片或颜色转换层而进行全色显示。彩色滤光片(着色层)或该颜色转换层例如形成在密封基板上且贴附到元件基板上即可。
不言而喻，也可以进行单色发光的显示。例如，可以利用单色发光形成面积彩色型(area color type)半导体装置。该面积彩色型适合于无源矩阵型显示部，并且可以主要显示字符和符号。
当选择第一电极层870及第二电极层850的材料时，需要考虑其功函数，并且第一电极层870及第二电极层850根据像素结构都可以形成阳极(电位高的电极层)或阴极(电位低的电极层)。当驱动用薄膜晶体管的极性为p沟道型时，如图13A所示，优选将第一电极层870用作阳极，将第二电极层850用作阴极。此外，当驱动用薄膜晶体管的极性为n沟道型时，如图13B所示，优选将第一电极层870用作阴极，将第二电极层850用作阳极。下面，对可以用于第一电极层870及第二电极层850的材料进行说明。当第一电极层870和第二电极层850起到阳极的作用时，优选使用具有较大功函数的材料(具体地，4.5eV以上的材料)，当第一电极层870和第二电极层850起到阴极的作用时，优选使用具有较小功函数的材料(具体地，3.5eV以下的材料)。但是，由于第一层804的空穴注入性、空穴传输特性、或者第三层802的电子注入性、电子传输特性良好，所以对第一电极层870和第二电极层850几乎都没有功函数的限制，可以使用各种材料。
由于图13A和13B中的发光元件具有从第一电极层870获取光的结构，所以第二电极层850未必需要具有透光性。作为第二电极层850，在总厚度为100nm至800nm的范围内形成以如下材料为主要成分的膜或它们的叠层膜即可：选自Ti、Ni、W、Cr、Pt、Zn、Sn、In、Ta、Al、Cu、Au、Ag、Mg、Ca、Li或Mo中的元素或者氮化钛、TiSixNy、WSix、氮化钨、WSixNy、NbN等以所述元素为主要成分的合金材料或化合物材料。
此外，如果作为第二电极层850使用像用于第一电极层870的材料那样的具有透光性的导电性材料，则形成从第二电极层850也获取光的结构，可以形成由发光元件发射的光从第一电极层870和第二电极层850这两者发出的双面发射结构。
另外，通过改变第一电极层870或第二电极层850的种类，本发明的发光元件具有各种变化形式。
图13B是EL层860从第一电极层870一侧以第三层802、第二层803、第一层804的顺序构成的情况。
图13C示出在图13A中作为第一电极层870使用具有反射性的电极层，作为第二电极层850使用具有透光性的电极层，由发光元件发射的光通过第一电极层870被反射，然后透射第二电极层850而发射的情况。同样地，图13D示出在图13B中作为第一电极层870使用具有反射性的电极层，作为第二电极层850使用具有透光性的电极层，由发光元件发射的光通过第一电极层870被反射，然后透射第二电极层850而发射的情况。
在EL层860中混合有有机化合物和无机化合物的情况下，其形成方法可以使用各种方法。例如，可以举出通过电阻加热使有机化合物和无机化合物这两者蒸发来进行共蒸镀的方法。另外，还可以通过电阻加热使有机化合物蒸发，并通过电子束(EB)使无机化合物蒸发，来进行共蒸镀。此外，还可以举出在通过电阻加热使有机化合物蒸发的同时溅射无机化合物来同时堆积二者的方法。另外，也可以通过湿式法来形成。
作为第一电极层870或第二电极层850的制造方法，可以使用通过电阻加热的蒸镀法、EB蒸镀法、溅射法、CVD法、旋涂法、印刷法、分配器法、或者液滴喷射法等。
本实施方式可以与实施方式1及实施方式4适当组合。
在本实施方式的半导体装置中，如实施方式1所示那样，可以使用具有如下半导体层的SOI基板，该半导体层是从半导体基板分离且接合到支撑基板上，然后通过电磁波照射和研磨处理而减少了结晶缺陷且提高了平坦性的半导体层。因此，可以高成品率制造具有高性能及高可靠性的半导体装置。
实施方式6
在本实施方式中，对作为具有高性能及高可靠性的半导体装置的具有显示功能的半导体装置的其他例子进行说明。在本实施方式中，参照图11及图12说明能够用于本发明的半导体装置中的发光元件的其他结构。
利用电致发光的发光元件根据其发光材料是有机化合物还是无机化合物来进行区别，一般来说，前者被称为有机EL元件而后者被称为无机EL元件。
根据元件的结构，无机EL元件被分类为分散型无机EL元件和薄膜型无机EL元件。分散型无机EL元件和薄膜型无机EL元件的差异在于，前者具有将发光材料的粒子分散在粘合剂中的电致发光层，而后者具有由发光材料的薄膜构成的电致发光层。它们的共同点在于，两者都需要由高电场加速的电子。作为得到的发光的机理有两种类型：利用施主能级和受主能级的施主-受主再结合型发光、以及利用金属离子的内层电子跃迁的局部型发光。一般来说，在很多情况下，分散型无机EL元件为施主-受主再结合型发光，而薄膜型无机EL元件为局部型发光。
在本发明中可以使用的发光材料由母体材料和成为发光中心的杂质元素构成。可以通过改变所包含的杂质元素，获得各种颜色的发光。作为发光材料的制造方法，可以使用固相法、液相法(共沉淀法)等各种方法。此外，还可以使用喷雾热分解法、复分解法、利用母体的热分解反应的方法、反胶团法、组合上述方法和高温焙烧的方法、或者冷冻干燥法等液相法等。
固相法是称取母体材料及杂质元素或含杂质元素的化合物，在研钵中混合，在电炉中进行加热、焙烧而使其进行反应，使母体材料含有杂质元素的方法。焙烧温度优选为700℃至1500℃。这是因为在温度过低的情况下固相反应不能进行，而在温度过高的情况下母体材料会分解。可以粉末状态进行焙烧，然而优选在颗粒状态下进行焙烧。虽然需要在比较高的温度下进行焙烧，但是该方法很简单，因此生产率好，适合于大量生产。
液相法(共沉淀法)是在溶液中使母体材料或含母体材料的化合物与杂质元素或含杂质元素的化合物起反应，使其干燥之后进行焙烧的方法。发光材料的粒子均匀地分布，粒径小，在焙烧温度低的情况下也可以进行反应。
作为用于发光材料的母体材料，可以使用硫化物、氧化物或氮化物。作为硫化物，例如可以使用硫化锌(ZnS)、硫化镉(CdS)、硫化钙(CaS)、硫化钇(Y2S3)、硫化镓(Ga2S3)、硫化锶(SrS)或硫化钡(BaS)等。此外，作为氧化物，例如可以使用氧化锌(ZnO)或氧化钇(Y2O3)等。此外，作为氮化物，例如可以使用氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)或氮化铟(InN)等。另外，也可以使用硒化锌(ZnSe)或碲化锌(ZnTe)等，还可以是硫化钙-镓(CaGa2S4)、硫化锶-镓(SrGa2S4)或硫化钡-镓(BaGa2S4)等三元系混晶。
作为局部型发光的发光中心，可以使用锰(Mn)、铜(Cu)、钐(Sm)、铽(Tb)、铒(Er)、铥(Tm)、铕(Eu)、铈(Ce)或镨(Pr)等。也可以添加氟(F)、氯(Cl)等卤素元素。上述卤素元素可以起到电荷补偿的作用。
另一方面，作为施主-受主再结合型发光的发光中心，可以使用包含形成施主能级的第一杂质元素及形成受主能级的第二杂质元素的发光材料。作为第一杂质元素例如可以使用氟(F)、氯(Cl)或铝(Al)等。作为第二杂质元素，例如可以使用铜(Cu)或银(Ag)等。
在通过固相法合成施主-受主再结合型发光的发光材料的情况下，分别称取母体材料、第一杂质元素或含第一杂质元素的化合物、以及第二杂质元素或含第二杂质元素的化合物，在研钵中混合，然后在电炉中进行加热、焙烧。作为母体材料可以使用上述母体材料。作为第一杂质元素或含第一杂质元素的化合物，例如可以使用氟(F)、氯(Cl)或硫化铝(Al2S3)等。作为第二杂质元素或含第二杂质元素的化合物，例如可以使用铜(Cu)、银(Ag)、硫化铜(Cu2S)或硫化银(Ag2S)等。焙烧温度优选为700℃至1500℃。这是因为在温度过低的情况下固相反应不能进行，而在温度过高的情况下母体材料会分解。焙烧可以粉末状态进行，但是优选以颗粒状态进行焙烧。
此外，作为在利用固相反应的情况下的杂质元素，可以组合使用由第一杂质元素和第二杂质元素构成的化合物。在这种情况下，由于杂质元素容易扩散并且固相反应容易进行，因此可以获得均匀的发光材料。而且，由于不会混入多余的杂质元素，所以可以获得具有高纯度的发光材料。作为由第一杂质元素和第二杂质元素构成的化合物，例如可以使用氯化铜(CuCl)或氯化银(AgCl)等。
这些杂质元素的浓度相对于母体材料为0.01原子％至10原子％即可，优选在0.05原子％至5原子％的范围内。
在薄膜型无机EL元件的情况下，电致发光层是包含上述发光材料的层，可以通过电阻加热蒸镀法、电子束蒸镀(EB蒸镀)法等真空蒸镀法、溅射法等物理气相成长(PVD)法、有机金属CVD法、氢化物输送减压CVD法等化学气相成长(CVD)法、或者原子层外延(ALE)法等形成。
图11A至11C示出了可以用作发光元件的薄膜型无机EL元件的一例。在图11A至11C中，发光元件包括第一电极层50、电致发光层52和第二电极层53。
图11B和11C所示的发光元件具有在图11A的发光元件中于电极层和电致发光层之间设置绝缘层的结构。图11B所示的发光元件在第一电极层50和电致发光层52之间具有绝缘层54。图11C所示的发光元件在第一电极层50和电致发光层52之间具有绝缘层54a，并且在第二电极层53和电致发光层52之间具有绝缘层54b。像这样，绝缘层可以仅设置在夹住电致发光层的一对电极层中的一个电极层与电致发光层之间，也可以设置在电致发光层与两个电极层之间。此外，绝缘层可以是单层或由多层构成的叠层。
此外，尽管在图11B中以与第一电极层50接触的方式设置有绝缘层54，但是也可以颠倒绝缘层和电致发光层的顺序，以与第二电极层53接触的方式设置绝缘层54。
在分散型无机EL元件的情况下，将粒子状态的发光材料分散在粘合剂中来形成膜形状的电致发光层。当通过发光材料的制造方法无法获得所希望的大小的粒子时，通过用研钵等进行粉碎等而加工成粒子状即可。粘合剂是指用来以分散状态固定粒状的发光材料并且保持作为电致发光层的形状的物质。发光材料通过粘合剂均匀分散并固定在电致发光层中。
在分散型无机EL元件的情况下，形成电致发光层的方法可以使用能够选择性地形成电致发光层的液滴喷射法、印刷法(如丝网印刷或胶版印刷等)、旋涂法等涂布法、浸渍法、分配器法等。对膜厚度没有特别限制，但是优选在10nm至1000nm的范围内。另外，在包含发光材料及粘合剂的电致发光层中，发光材料的比例优选设为50wt％以上且80wt％以下。
图12A至12C示出可以用作发光元件的分散型无机EL元件的一例。图12A中的发光元件具有第一电极层60、电致发光层62和第二电极层63的叠层结构，并且电致发光层62中含有由粘合剂保持的发光材料61。
作为可以用于本实施方式的粘合剂，可以使用有机材料或无机材料，也可以使用有机材料和无机材料的混合材料。作为有机材料，可以使用像氰乙基纤维素类树脂那样的具有比较高的介电常数的聚合物或聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯类树脂、有机硅树脂、环氧树脂或偏氟乙烯等树脂。此外，也可以使用芳族聚酰胺、聚苯并咪唑等耐热高分子或硅氧烷树脂。硅氧烷树脂相当于包括Si-O-Si键的树脂。硅氧烷由硅(Si)和氧(O)的键构成骨架结构。作为取代基，使用至少含有氢的有机基(如烷基或芳香烃)。取代基也可以使用氟基。此外，作为取代基，也可以使用至少含有氢的有机基和氟基。而且，也可以使用聚乙烯醇或聚乙烯醇缩丁醛等乙烯基树脂、酚醛树酯、酚醛清漆树脂、丙烯酸树脂、三聚氰胺树脂、聚氨酯树脂、唑树脂(聚苯并
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唑)等树脂材料。也可以通过适当地在这些树脂中混合钛酸钡(BaTiO3)或钛酸锶(SrTiO3)等具有高介电常数的微粒来调节介电常数。
作为包含在粘合剂中的无机材料，可以使用选自氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、含氧及氮的硅、氮化铝(AlN)、含氧及氮的铝或氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)、BaTiO3、SrTiO3、钛酸铅(PbTiO3)、铌酸钾(KNbO3)、铌酸铅(PbNbO3)、氧化钽(Ta2O5)、钽酸钡(BaTa2O6)、钽酸锂(LiTaO3)、氧化钇(Y2O3)、氧化锆(ZrO2)、ZnS、以及包括无机材料的其他物质的材料。通过在有机材料中(通过添加等)包含具有高介电常数的无机材料，可以进一步控制由发光材料及粘合剂构成的电致发光层的介电常数，可以进一步提高介电常数。
在制造工序中，发光材料被分散在包含粘合剂的溶液中。作为可以用于本实施方式的包含粘合剂的溶液的溶剂，适当选择溶解粘合剂材料并可以制造具有适合于形成电致发光层的方法(各种湿法工艺)和所需膜厚度的粘度的溶液的溶剂即可。可以使用有机溶剂等，例如在使用硅氧烷树脂作为粘合剂的情况下，可以使用丙二醇一甲基醚、丙二醇一甲基醚乙酸酯(也称为PGMEA)或3-甲氧基-3甲基-1-丁醇(也称为MMB)等。
图12B和12C所示的发光元件具有在图12A的发光元件中于电极层和电致发光层之间设置绝缘层的结构。图12B所示的发光元件在第一电极层60和电致发光层62之间具有绝缘层64。图12C所示的发光元件在第一电极层60和电致发光层62之间具有绝缘层64a，并且在第二电极层63和电致发光层62之间具有绝缘层64b。像这样，绝缘层可以仅设置在夹住电致发光层的一对电极层中的一个电极层和电致发光层之间，也可以设置在电致发光层与两个电极层之间。此外，绝缘层可以是单层或由多层构成的叠层。
此外，尽管在图12B中以与第一电极层60接触的方式设置有绝缘层64，但是也可以颠倒绝缘层和电致发光层的顺序，以与第二电极层63接触的方式设置绝缘层64。
尽管对绝缘层例如图11B和11C中的绝缘层54、54a、54b、以及图12B和12C中的绝缘层64、64a、64b没有特别限制，但是优选具有高绝缘耐压和致密膜质，而且优选具有高介电常数。例如，可以使用氧化硅(SiO2)、氧化钇(Y2O3)、氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化铪(HfO2)、氧化钽(Ta2O5)、钛酸钡(BaTiO3)、钛酸锶(SrTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)、氮化硅(Si3N4)、氧化锆(ZrO2)等、或者它们的混合膜或两种以上的叠层膜。这些绝缘膜可以通过溅射、蒸镀或CVD等形成。此外，绝缘层可以通过在粘合剂中分散这些绝缘材料的粒子形成。粘合剂材料使用与包含在电致发光层中的粘合剂相同的材料、方法形成即可。膜厚没有特别限制，但是优选在10nm至1000nm的范围内。
本实施方式所示的发光元件可以通过对夹住电致发光层的一对电极层之间施加电压而发光，并且发光元件通过直流驱动或交流驱动都可以工作。
本实施方式可以与实施方式1及实施方式4适当组合。
在本实施方式的半导体装置中，如实施方式1所示那样，也可以使用具有如下半导体层的SOI基板，该半导体层是从半导体基板分离且接合到支撑基板上，然后通过电磁波照射和研磨处理而减少了结晶缺陷且提高了平坦性的半导体层。因此，可以高成品率制造具有高性能及高可靠性的半导体装置。
实施方式7
通过使用具有根据本发明形成的显示元件的半导体装置可以完成电视装置。这里说明以给予高性能及高可靠性为目的的电视装置的例子。
图16是表示电视装置(液晶电视装置或EL电视装置)的主要结构的框图。作为其他外部电路的结构，在图像信号的输入一侧包括放大调谐器1904所接收的信号中的图像信号的图像信号放大电路1905、将从其中输出的信号转换为与红、绿和蓝分别对应的颜色信号的图像信号处理电路1906、以及用于将该图像信号转换成驱动器IC的输入规格的控制电路1907等。控制电路1907将信号分别输出到扫描线一侧和信号线一侧。在进行数字驱动的情况下，也可以具有如下结构，即在信号线一侧设置信号分割电路1908，将输入数字信号分成m个来提供。
调谐器1904所接收的信号中的音频信号被传送到音频信号放大电路1909，其输出经过音频信号处理电路1910提供到扬声器1913。控制电路1911从输入部1912接收接收站(接收频率)和音量的控制信息，将信号传送到调谐器1904或音频信号处理电路1910。
如图20A和20B所示，将显示模块装入在框体中，从而可以完成电视装置。将还安装有FPC的如图8A和8B那样的显示面板一般称作EL显示模块。因此，若使用如图8那样的EL显示模块，则可以完成EL电视装置，若使用如图7那样的液晶显示模块，则可以完成液晶电视装置。由显示模块形成主屏幕2003，作为其辅助设备具备扬声器部2009和操作开关等。像这样，根据本发明可以完成电视装置。
此外，也可以使用相位差板或偏振片来遮挡从外部入射的光的反射光。此外，在顶部发射型半导体装置中，可以对成为隔壁的绝缘层进行着色用作黑矩阵。该隔壁也可以通过液滴喷射法等来形成，可以将炭黑等混合到颜料类黑色树脂或聚酰亚胺等树脂材料中，还可以采用它们的叠层。通过液滴喷射法还可以将不同的材料多次喷射到同一区域来形成隔壁。作为相位差板，使用λ/4板和λ/2板，设计成能够控制光即可。其结构是从TFT元件基板一侧依次为发光元件、密封基板(密封剂)、相位差板(λ/4板、λ/2板)、以及偏振片的结构，从发光元件发射的光通过它们从偏振片一侧发射到外部。所述相位差板或偏振片设置在光发射的一侧即可，在光从两侧发射的双面发射型半导体装置中，也可以设置在两侧。此外，也可以在偏振片的外侧具有防反射膜。由此，可以显示更清晰更精密的图像。
如图20A所示，在框体2001中组装利用了显示元件的显示用面板2002，由接收机2005进行一般电视广播的接收，并且通过调制解调器2004与有线或无线方式的通信网络连接，由此还可以进行单向(由发送者到接收者)或双向(在发送者和接收者之间，或者在接收者之间)信息通信。电视装置的操作还可以由组装在框体中的开关或另行提供的遥控操作机2006来进行，该遥控操作机还可以设置有显示输出信息的显示部2007。
另外，电视装置除了主画面2003以外，还可以附加有如下结构：使用第二显示用面板形成辅助画面2008，显示频道或音量等。在这种结构中，也可以采用视角优异的EL显示用面板形成主画面2003，采用能够以低耗电量进行显示的液晶显示用面板来形成辅助画面。另外，为了使低耗电量优先，可以采用如下结构：使用液晶显示用面板来形成主画面2003，使用EL显示用面板形成辅助画面，并且辅助画面能够点亮和熄灭。通过使用本发明，即使在使用这样大型基板且使用多个TFT和电子部件的情况下，也可以高生产率制造具有高性能及高可靠性的半导体装置。
图20B为例如具有20英寸至80英寸的大型显示部的电视装置，包括框体2010、操作部的键盘部2012、显示部2011、扬声器部2013等。本发明适用于显示部2011的制造。图20B的显示部由于使用了可弯曲的柔性物质，因此形成为显示部弯曲了的电视装置。由于如上所述可以自由地设计显示部的形状，所以可以制造所希望的形状的电视装置。
通过本发明，可以高生产率制造具有显示功能的高性能且高可靠性的半导体装置。因此，可以高生产率制造具有高性能及高可靠性的电视装置。
当然，本发明不局限于电视装置，还可以用于各种用途如个人计算机的监视器、铁路的车站或飞机场等中的信息显示屏、街头的广告显示屏等大面积显示媒体的各种用途中。
实施方式8
在本实施方式中，说明以给予高性能及高可靠性为目的的半导体装置的例子。详细地说，作为半导体装置的一例说明具备微处理器及能够以非接触的方式进行数据收发的运算功能的半导体装置的一例。
图17表示微处理器500的例子作为半导体装置的一例。该微处理器500如上所述由本实施方式的半导体基板制造。该微处理器500包括运算电路(运算逻辑单元；Arithmetic logic unit，也称为ALU)501、运算电路控制部(ALU Controller)502、指令译码部(Instruction Decoder)503、中断控制部(Interrupt Controller)504、时序控制部(Timing Controller)505、寄存器(Register)506、寄存器控制部(Register Controller)507、总线接口(Bus I/F)508、只读存储器509以及存储器接口(ROM I/F)510。
通过总线接口508输入到微处理器500的指令在输入指令解码部503并被解码之后输入到运算电路控制部502、中断控制部504、寄存器控制部507、以及时序控制部505。运算电路控制部502、中断控制部504、寄存器控制部507、以及时序控制部505根据被解码了的指令而进行各种控制。具体地说，运算电路控制部502产生用来控制运算电路501的工作的信号。此外，中断控制部504在执行微处理器500的程序时，对来自外部输出入装置或外围电路的中断要求根据其优先度或掩模状态进行判断而处理。寄存器控制部507产生寄存器506的地址，并且根据微处理器500的状态进行寄存器506的读出或写入。时序控制部505产生控制运算电路501、运算电路控制部502、指令解码器503、中断控制部504及寄存器控制部507的工作时序的信号。例如，时序控制部505包括根据基准时钟信号CLK1产生内部时钟信号CLK2的内部时钟产生部，将时钟信号CLK2提供给上述各种电路。图17所示的微处理器500只是将其结构简化了的一个例子，实际上可以根据其用途具有多种多样的结构。
在这种微处理器500中，通过使用接合在玻璃基板上的具有固定结晶方位的单晶半导体层形成集成电路，因此不仅可以实现处理速度的高速化还可以实现低耗电量化。
接下来，参照图18说明具有能以非接触的方式进行数据收发的运算功能的半导体装置的一个例子。图18表示以无线通信与外部装置进行信号的收发而工作的计算机(以下称为RFCPU)的一例。RFCPU511包括模拟电路部512和数字电路部513。在RFCPU511中，模拟电路部512包括具有谐振电容的谐振电路514、整流电路515、恒压电路516、复位电路517、振荡电路518、解调电路519、调制电路520、以及电源管理电路530。数字电路部513包括RF接口521、控制寄存器522、时钟控制器523、CPU接口524、中央处理单元525、随机存取存储器526、以及只读存储器527。
具有这种结构的RFCPU511的工作概要如下所述。天线528所接收的信号由于谐振电路514产生感应电动势。感应电动势经过整流电路515而被充电到电容部529。该电容部529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529不需要与RFCPU511一体形成，作为另外的部件安装在构成RFCPU511的具有绝缘表面的基板上即可。
复位电路517产生对数字电路部513进行复位和初始化的信号。例如，产生在电源电压上升之后随着升高的信号作为复位信号。振荡电路518根据由恒压电路516产生的控制信号改变时钟信号的频率和占空比。由低通滤波器构成的解调电路519例如将振幅调制(ASK)方式的接收信号的振幅的变动二值化。调制电路520通过使振幅调制(ASK)方式的发送信号的振幅变动来发送发送数据。调制电路520通过改变谐振电路514的谐振点来改变通信信号的振幅。时钟控制器523根据电源电压或中央处理单元525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530监视电源电压。
从天线528输入到RFCPU511的信号被解调电路519解调后，在RF接口521中被分解为控制指令、数据等。控制指令存储在控制寄存器522中。控制指令包括存储在只读存储器527中的数据的读出指令、向随机存取存储器526的数据的写入指令、向中央处理单元525的计算指令等。中央处理单元525通过CPU接口524对只读存储器527、随机存取存储器526、以及控制寄存器522进行存取。CPU接口524具有根据中央处理单元525所要求的地址，产生对只读存储器527、随机存取存储器526、以及控制寄存器522中的任一个的存取信号的功能。
作为中央处理单元525的运算方式，可以采用将OS(操作系统)存储在只读存储器527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。作为并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处理，并且使中央处理单元525使用程序来进行另一部分的计算。
在上述RFCPU511中，由于通过使用接合在玻璃基板上的具有固定晶面取向的单晶半导体层形成集成电路，因此不仅可以实现处理速度的高速化，而且还可以实现低耗电量化。由此，即使使提供电力的电容部529小型化，也可以保证长时间工作。
实施方式9
参照图14说明本实施方式。在本实施方式中，表示使用具有实施方式1至8所制造的半导体装置的面板的模块的例子。在本实施方式中，说明具有以给予高性能及高可靠性为目的的半导体装置的模块的例子。
图14A所示的信息终端模块在印刷布线基板946上安装有控制器901、中央处理装置(CPU)902、存储器911、电源电路903、音频处理电路929、收发电路904、以及其它元件如电阻器、缓冲器和电容元件等。另外，面板900经由柔性布线基板(FPC)908连接到印刷布线基板946。
面板900包括每一个像素具有发光元件的像素区域905；选择所述像素区域905所具有的像素的第一扫描线驱动电路906a和第二扫描线驱动电路906b；以及对选择的像素提供视频信号的信号线驱动电路907。
经由安装在印刷布线基板946上的接口(I/F)909来输入或输出各种控制信号。此外，用来收发与天线之间的信号的天线用端口910设置在印刷布线基板946上。
在本实施方式中，印刷布线基板946经由FPC 908连接到面板900，然而本发明不局限于该结构。还可以通过COG(玻璃上芯片)方式将控制器901、音频处理电路929、存储器911、CPU 902、或者电源电路903直接安装在面板900上。另外，在印刷布线基板946上设置有各种元件如电容元件和缓冲器等，从而防止在电源电压和信号中出现杂波及信号的上升变缓。
图14B是图14A所示的模块的框图。该模块999包括VRAM 932、DRAM 925、以及闪速存储器926等作为存储器911。在VRAM 932中存储有在面板上显示的图像的数据，在DRAM 925中存储有图像数据或音频数据，并且在该闪速存储器中存储有各种程序。
电源电路903生成施加给面板900、控制器901、CPU 902、音频处理电路929、存储器911、以及收发电路904的电源电压。此外，根据面板的规格，也有将电流源提供于电源电路903中的情况。
CPU 902包括控制信号产生电路920、解码器921、寄存器922、运算电路923、RAM 924、以及CPU用的接口935等。经由接口935输入到CPU902中的各种信号暂时储存在寄存器922中，之后输入到运算电路923和解码器921等中。在运算电路923中，根据输入的信号进行运算，并且指定发送各种指令的地址。另一方面，对输入到解码器921中的信号进行解码，并且输入到控制信号产生电路920中。控制信号产生电路920根据输入的信号产生含有各种指令的信号，并且发送到由运算电路923所指定的地址，具体为存储器911、收发电路904、音频处理电路929、以及控制器901等。
存储器911、收发电路904、音频处理电路929、以及控制器901分别根据所接收的指令来工作。在下文中，简要说明其工作情况。
从输入单元930所输入的信号经由接口909发送到安装在印刷布线基板946上的CPU 902中。控制信号产生电路920根据从定位设备或键盘等输入单元930发送的信号将存储在VRAM 932中的图像数据转换为预定格式，并且发送到控制器901。
控制器901根据面板的规格来对从CPU 902发送来的含有图像数据的信号进行数据处理，并且供给到面板900。另外，控制器901根据从电源电路903输入的电源电压或从CPU 902输入的各种信号来生成Hsync信号、Vsync信号、时钟信号CLK、交流电压(AC Cont)、以及切换信号L/R，并且供给到面板900。
在收发电路904中，对作为电波由天线933发送和接收的信号进行处理，具体地说，包括高频电路如隔离器、带通滤波器、VCO(电压控制振荡器)、LPF(低通滤波器)、耦合器、平衡-不平衡转换器等。在由收发电路904收发的信号之中，含有音频信息的信号根据来自CPU 902的指令被发送到音频处理电路929。
根据CPU 902的指令发送来的含有音频信息的信号在音频处理电路929中被解调成音频信号，并且发送到扬声器928。此外，从扩音器927发送来的音频信号由音频处理电路929调制，并且根据来自CPU 902的指令发送到收发电路904。
可以将控制器901、CPU 902、电源电路903、音频处理电路929、以及存储器911安装为本实施方式的组件。本实施方式可以应用于除了高频电路如隔离器、带通滤波器、VCO(电压控制振荡器)、LPF(低通滤波器)、耦合器、以及平衡-不平衡转换器等以外的任何电路。
实施方式10
参照图14及图15说明本实施方式。图15示出包括在实施方式9中制造的模块的小型电话机(便携电话)的一种方式，该电话机以无线方式操作并且能够移动。面板900以可自由装卸的方式组装到外壳1001中并且容易与模块999组合。外壳1001的形状和尺寸可以根据组装的电子设备来适当地改变。
固定有面板900的外壳1001嵌入印刷布线基板946而装配成为模块。印刷布线基板946安装有控制器、CPU、存储器、电源电路、以及其它元件如电阻器、缓冲器、以及电容元件等。另外，还具备有包括扩音器994及扬声器995的音频处理电路、以及信号处理电路993如收发电路等。面板900通过FPC 908连接到印刷布线基板946。
这些模块999、输入单元998、以及电池997容纳于框体996中。面板900的像素区域配置成可以从在框体996中形成的开口窗看见。
图15所示的框体996示出电话机的外观形状作为一例。然而，本实施方式的电子设备可以根据其功能和用途转换为各种方式。在下面的实施方式中说明该方式的一例。
实施方式11
通过使用本发明可以制造各种具有显示功能的半导体装置。就是说，可以将本发明用于其显示部组装有上述具有显示功能的半导体装置的各种电子设备。在本实施方式中，说明包括以给予高性能及高可靠性为目的的具有显示功能的半导体装置的电子设备的例子。
作为本发明的电子设备，可以举出电视装置(也简单地称为电视机或电视接收机)、影像拍摄装置如数字照相机和数字摄像机等、便携电话装置(也简单地称为便携电话机或手机)、PDA等便携式信息终端、便携式游戏机、计算机用的监视器、计算机、汽车音响等音响再生装置、家用游戏机等具备记录媒体的图像再现装置(具体来说是数字通用光盘(DVD))等。参照图19说明其具体实例。
图19A所示的便携式信息终端设备包括主体9201、显示部9202等。可以将本发明的半导体装置用于显示部9202中。结果，可以提供具有高性能及高可靠性的便携式信息终端设备。
图19B所示的数字摄像机包括显示部9701、9702等。可以将本发明的半导体装置用于显示部9701中。结果，可以提供具有高性能及高可靠性的数字摄像机。
图19C所示的便携电话机包括主体9101、显示部9102等。可以将本发明的半导体装置用于显示部9102中。结果，可以提供具有高性能及高可靠性的便携电话机。
图19D所示的便携式电视装置包括主体9301、显示部9302等。可以将本发明的半导体装置用于显示部9302中。结果，可以提供具有高性能及高可靠性的便携式电视装置。此外，可以将本发明的半导体装置广泛地用于作为电视装置的搭载在便携式电话机等便携终端中的小型电视装置、能够搬运的中型电视装置、或者大型电视装置(例如40英寸以上)。
图19E所示的便携式计算机包括主体9401、显示部9402等。可以将本发明的半导体装置用于显示部9402中。结果，可以提供具有高性能及高可靠性的便携式计算机。
此外，本发明的半导体装置也可以用作照明装置。使用本发明的半导体装置还可以用作小型电灯或室内的大型照明装置。而且，也可以将本发明的半导体装置用作液晶显示装置的背光灯。
如上所述，由本发明的半导体装置可以提供具有高性能及高可靠性的电子设备。
实施例1
在本实施例中，示出使用本发明制造薄膜晶体管且对其电特性进行评估的结果。
作为实施例A，制造使用硅层的顶栅型平面结构的n沟道型薄膜晶体管，所述硅层通过将硅层从单晶硅基板分离且接合到玻璃基板上，对该硅层进行激光照射的工序，以及通过CMP法进行研磨的工序而制得。
作为实施例B，制造使用硅层的顶栅型平面结构的n沟道型薄膜晶体管，所述硅层通过将硅层从单晶硅基板分离且接合到玻璃基板上，对该硅层进行蚀刻处理和激光照射的工序，以及通过CMP法进行研磨的工序而制得。
作为比较例，制造使用硅层的顶栅型平面结构的n沟道型薄膜晶体管，所述硅层通过将硅层从单晶硅基板分离且接合到玻璃基板上，对该硅层仅进行激光照射的工序而制得。比较例、实施例A、以及实施例B中的晶体管的结构为，在玻璃基板上依次层叠有作为有机硅烷气体使用四乙氧基硅烷形成的氧化硅层(膜厚度为50nm)、氮氧化硅层(膜厚度为50nm)、氧氮化硅层(膜厚度为50nm)、硅层(膜厚度为55nm)，在硅层上形成有栅极绝缘层(膜厚度为10nm的氧化硅层和10nm的氧氮化硅层的叠层)，在栅极绝缘层上形成有栅电极层(膜厚度为30nm的氮化钽层和370nm的钨层的叠层)、与硅层的源区及漏区(包含磷作为给予n型的杂质元素的杂质区域)连接的源电极层及漏电极层(依次层叠有膜厚度为60nm的钛层、膜厚度为40nm的氮化钛层、膜厚度为300nm的铝层、膜厚度为100nm的钛层)。而且，在晶体管上形成有层间绝缘层(依次层叠有膜厚度为50nm的氧氮化硅膜、膜厚度为100nm的氮化硅膜、膜厚度为600nm的氧化硅膜)。
下面表示制造过程的详细条件。
在实施例A、实施例B、以及比较例中的激光照射工序中使用的激光规格为XeCl准分子激光、308nm的波长、25nsec的脉冲宽度、30Hz的重复频率。
作为激光，使用通过包括柱面透镜等的光学系统将激光射束点形成为线形的线形激光。在相对于激光移动具有半导体层的基板的同时照射激光。此时，激光的扫描速度为1.0mm/sec，并且在同一个区域中将激光照射10发。
此外，激光的气氛为氮气气氛，激光的能量密度的范围在约620mJ/cm2至710mJ/cm2。
在实施例A、实施例B中的研磨处理工序中使用的CMP法的条件为，研磨布(NITTA/HAAS公司制造的IC 1400)、浆料(NITTA/HAAS公司制造的NP8020，粒径为60nm，20倍稀释)、100ml/min的浆料流量、0.01MPa的研磨压力、20rpm的轴旋转数、20rpm的台旋转数、以及3.4min的处理时间。在实施例A、实施例B中对硅层进行研磨处理工序，使硅层的厚度达到55nm。
在实施例B中的蚀刻工序中使用的蚀刻条件为，150W的施加到线圈型的电极的电力、40W的施加到下部电极的电力、1.0Pa的反应压力、以及100sccm的蚀刻气体(氯的流量)。在实施例B中对硅层进行干蚀刻，使硅层的厚度达到95nm。
图21示出实施例A、实施例B、以及比较例的激光能量密度和S值(亚阈值系数)的关系。在图21中，比较例、实施例A、以及实施例B分别由菱形、圆形、以及叉号表示。
如图21所示，比较例的S值最大，实施例A的S值其次大、实施例B的S值最小，由此可见，通过使用本发明可提高薄膜晶体管的电特性。
如上所述，在本实施例中，使用具有通过电磁波的照射和研磨处理使结晶缺陷减少且平坦性高的半导体层的SOI基板以高成品率制造具有高性能及高可靠性的半导体装置。

Claims (20)

1.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括以下工序：
对半导体基板的一个表面照射离子，从而在离所述一个表面有一定深度的区域中形成脆化层；
在所述一个表面上或支撑基板上形成绝缘层；
将所述一个表面和所述支撑基板与所述绝缘层接合；
加热所述半导体基板，以使所述脆化层中产生裂缝；
在所述脆化层中分离所述半导体基板，从而在所述支撑基板上形成半导体层；
对所述半导体层照射电磁波；
在照射所述半导体层之后对所述半导体层表面进行研磨处理；
使用所述半导体层形成半导体元件；
在所述半导体元件上形成发光元件；以及
在所述发光元件上形成彩色滤光片。
2.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括以下工序：
在半导体基板的一个表面上形成绝缘层；
隔着所述绝缘层对所述半导体基板照射离子，从而在离所述一个表面有一定深度的区域中形成脆化层；
将所述一个表面和支撑基板与所述绝缘层接合；
加热所述半导体基板，以使所述脆化层中产生裂缝；
在所述脆化层中分离所述半导体基板，从而在所述支撑基板上形成半导体层；
对所述半导体层照射电磁波；
在照射所述半导体层之后对所述半导体层表面进行研磨处理；
使用所述半导体层形成半导体元件；
在所述半导体元件上形成发光元件；以及
在所述发光元件上形成彩色滤光片。
3.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括以下工序：
对半导体基板的一个表面照射离子，从而在离所述一个表面有一定深度的区域中形成脆化层；
在所述一个表面上或支撑基板上形成绝缘层；
将所述一个表面和所述支撑基板与所述绝缘层接合；
加热所述半导体基板，以使所述脆化层中产生裂缝；
在所述脆化层中分离所述半导体基板，从而在所述支撑基板上形成半导体层；
对所述半导体层表面进行平坦化处理；
对所述半导体层照射电磁波；
在照射所述半导体层之后对所述表面进行研磨处理；
使用所述半导体层形成半导体元件；
在所述半导体元件上形成发光元件；以及
在所述发光元件上形成彩色滤光片。
4.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括以下工序：
在半导体基板的一个表面上形成绝缘层；
隔着所述绝缘层对所述半导体基板照射离子，从而在离所述一个表面有一定深度的区域中形成脆化层；
将所述一个表面和支撑基板与所述绝缘层接合；
加热所述半导体基板，以使所述脆化层中产生裂缝；
在所述脆化层中分离所述半导体基板，从而在所述支撑基板上形成半导体层；
对所述半导体层表面进行平坦化处理；
对所述半导体层照射电磁波；
在照射所述半导体层之后对所述表面进行研磨处理；
使用所述半导体层形成半导体元件；
在所述半导体元件上形成发光元件；以及
在所述发光元件上形成彩色滤光片。
5.如权利要求3或4所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述平坦化处理通过研磨处理或蚀刻处理进行。
6.如权利要求1至5的任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述研磨处理采用化学机械研磨法或液体喷射研磨法。
7.如权利要求1至4的任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
还包括以下工序：
在对所述一个表面照射离子之前，在所述一个表面上形成保护层。
8.如权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述保护层是选自氮化硅层、氧化硅层、氮氧化硅层以及氧氮化硅层的单层结构或多层的叠层结构。
9.如权利要求1至4的任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述电磁波是激光束或灯光。
10.如权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述灯光选自紫外线灯、黑光灯、卤素灯、金卤灯、氙弧灯、碳弧灯、高压钠灯以及高压汞灯，以使用闪光退火。
11.如权利要求1至4的任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述电磁波使所述半导体层的至少一部分熔化。
12.如权利要求1至4的任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
照射所述电磁波的气氛包含10％以上氧。
13.如权利要求1至4的任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
照射所述电磁波的气氛包含10ppm以下的氧。
14.如权利要求1至4的任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述发光元件是有机电致发光元件。
15.如权利要求14所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述有机电致发光元件具有含复合材料的层，该复合材料包括有机化合物和无机化合物。
16.如权利要求15所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述有机化合物选自芳香胺化合物、咔唑衍生物、芳烃、具有乙烯基的芳烃以及高分子化合物。
17.如权利要求15所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述无机化合物是过渡金属的氧化物。
18.如权利要求15所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述无机化合物是属于元素周期表中第4族至第8族的金属的氧化物。
19.如权利要求15所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述无机化合物选自氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化锰以及氧化铼。
20.如权利要求1至4的任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述半导体装置被组装到电子设备的显示部。
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