JP2002033465A

JP2002033465A - 半導体薄膜の形成方法

Info

Publication number: JP2002033465A
Application number: JP2000398760A
Authority: JP
Inventors: Yuji Hishida; 有二菱田; Atsushi Kudo; 淳工藤; Kenichi Sugino; 献一杉野
Original assignee: Ion Engineering Research Institute Corp
Current assignee: Ion Engineering Research Institute Corp
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-01-31
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: JP3655547B2

Abstract

(57)【要約】【課題】製造工程の簡略化が図られ高いスループット
で独立した半導体薄膜を形成することが可能な半導体薄
膜の形成方法を提供することである。【解決手段】ＳｉＣウエハ１の所定深さの領域に水素
イオンを注入し水素イオン注入領域２を形成する。この
ように水素イオンを注入すると同時に、ＳｉＣウエハ１
にＸｅＣｌエキシマレーザ光を照射する。それにより、
切断面３において表面層４が剥離してＳｉＣ薄膜が形成
される。形成されたＳｉＣ薄膜は、レーザ光によりアニ
ールされているため、イオン注入時に受けた損傷が十分
に回復され良好な結晶性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子、マイ
クロマシン等に用いられる独立した半導体薄膜および薄
膜トランジスタ等の薄膜半導体素子用の半導体薄膜の形
成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｓｉ基板を備える半導体素子において、
高速動作化のために、サファイア等の絶縁基板上に単結
晶のＳｉを形成するＳＯＩ（sillicon on insulator ）
技術が利用されている。

【０００３】一方、耐環境素子または高温素子として、
ＳｉＣ基板を備える半導体素子に対する期待が高まって
いる。このようなＳｉＣ基板を備える半導体素子におい
ても、ＳＯＩと同様の技術を適用することにより、半導
体素子の高速動作が可能となる。

【０００４】ところで、このような半導体素子に用いら
れる単結晶のＳｉＣ基板は高価である。また、半導体素
子の作製には例えば厚さ３００μｍのＳｉＣ基板が用い
られるが、実際に必要とされるのは表面の厚さ１μｍ程
度の領域のみであり、大部分の残りの領域は無駄とな
る。

【０００５】以上のことから、独立したＳｉＣ薄膜を半
導体素子の基板として用いる試みがなされている。この
場合、ＳｉＣ薄膜は以下の方法により形成されている。

【０００６】ＳｉＣ薄膜の形成時には、まず、単結晶Ｓ
ｉＣからなるＳｉＣウエハに水素イオンを注入する。そ
れにより、水素イオンが高濃度で注入された水素イオン
注入領域がＳｉＣウエハ中に形成される。その後、電気
炉またはランプ炉中においてＳｉＣウエハを少なくとも
５００℃以上の高温で加熱する。それにより、ＳｉＣウ
エハの表面層が水素イオン注入領域において剥離する。

【０００７】また、液晶表示素子等に用いられる薄膜ト
ランジスタ用半導体薄膜においては、一般に、ガラス等
の基板上にＣＶＤ法（化学気相成長法）等により堆積さ
せたアモルファスＳｉ薄膜または微結晶Ｓｉ薄膜が用い
られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の独立したＳｉＣ
薄膜の形成方法においては、２段階の工程、すなわちイ
オン注入工程と加熱工程とを行う必要がある。これらの
工程は別の装置内において行うことから、上記のＳｉＣ
薄膜の形成方法においては製造工程が複雑となる。

【０００９】また、上記の加熱工程は５００℃以上の高
温で行うので、このような高温まで加熱するのに長時間
を要する。

【００１０】以上のことから、上記のＳｉＣ薄膜の形成
方法においては、製造効率（スループット）が低下す
る。

【００１１】一方、ＳｉＣウエハを加熱すると、ＳｉＣ
結晶が熱アニールされる。しかしながら、ＳｉＣ結晶に
おいては、熱アニールを行ってもイオン注入時に受けた
損傷が十分に回復されない。このため、剥離した表面
層、すなわち形成されたＳｉＣ薄膜の結晶性が劣化す
る。

【００１２】良好な結晶性を有するＳｉＣ薄膜を形成す
るためには、上記の加熱工程において、イオンを注入し
たＳｉＣウエハを１５００℃以上の高温に加熱して熱ア
ニールを行う必要がある。この場合、加熱にさらに長時
間を要するため、半導体薄膜の製造効率（スループッ
ト）がさらに低下する。

【００１３】そこで、ＳｉＣ薄膜の製造工程の簡略化お
よびイオン注入時に受けた半導体結晶の損傷の回復を目
的として、高温に保持した状態でＳｉＣ結晶中に水素イ
オンを注入する方法が試みられている。しかしながら、
この場合においては、水素イオンが拡散してしまうた
め、ＳｉＣ結晶中にイオン注入領域が形成されない。し
たがって、表面層が剥離せず、ＳｉＣ薄膜を形成するこ
とができない。

【００１４】また、液晶表示素子等に用いられる薄膜ト
ランジスタ用半導体薄膜として、ＣＶＤ法等によりガラ
ス基板等に堆積させたＳｉ薄膜を用いる場合、このＳｉ
薄膜はアモルファス状態または微結晶状態であるため、
キャリアの移動度が小さい。キャリアの移動度が小さい
と、半導体薄膜に形成された薄膜トランジスタの応答速
度が遅くなるため、そのような半導体薄膜を液晶表示素
子等に用いた場合に、動画の表示品質が悪くなるという
問題が生じる。

【００１５】そこで、前記のＣＶＤ法等により堆積させ
たＳｉ薄膜のキャリアの移動度を大きくするため、レー
ザ等を用いたアニールによりＣＶＤ法等により堆積させ
たＳｉ薄膜の結晶粒径を拡大する試みがなされている。

【００１６】しかし、このような試みによっても薄膜ト
ランジスタのサイズより小さい結晶粒しか得られておら
ず、薄膜トランジスタの応答速度を速くするには至って
いない。逆に、薄膜トランジスタ内に結晶粒界が形成さ
れてしまい、薄膜トランジスタごとに結晶粒界の数が異
なることにより、薄膜トランジスタの特性にばらつきが
生じるという問題が生じる。

【００１７】上記のイオン注入工程および電気炉等によ
る加熱工程により独立した単結晶Ｓｉ薄膜または単結晶
ＳｉＣ薄膜を形成し、その単結晶Ｓｉ薄膜または単結晶
ＳｉＣ薄膜をガラス基板上に貼り付けることも考えられ
る。

【００１８】しかしながら、このような方法では、加熱
工程に時間を要するだけでなく、任意の形状の単結晶Ｓ
ｉ薄膜または単結晶ＳｉＣ薄膜をウエハから剥離させる
ことができない。そのため、任意形状の単結晶Ｓｉ薄膜
または単結晶ＳｉＣ薄膜をガラス基板に形成するために
は、ガラス基板への貼り付け後、余分な領域をエッチン
グ等により除去する必要があり、特にガラス基板のサイ
ズが大きい場合には、極めて効率が悪く、現実的ではな
い。

【００１９】本発明の目的は、製造工程の簡略化が図ら
れ高いスループットで独立した半導体薄膜を形成するこ
とが可能な半導体薄膜の形成方法を提供することであ
る。

【００２０】本発明の他の目的は、基板上の必要とする
領域に、スループットが高く低コストな工程により半導
体薄膜を形成することが可能な単結晶半導体薄膜の形成
方法を提供することである。

【００２１】本発明のさらに他の目的は、イオン注入に
よる損傷が十分に回復されて良好な結晶性を有する独立
した半導体薄膜または基板上の半導体薄膜を形成するこ
とが可能な半導体薄膜の形成方法を提供することであ
る。

【００２２】

【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明に係る半導体薄膜の形成方法は、半導体結晶の表面
から所定深さの領域に所定の元素をイオン注入してイオ
ン注入領域を形成する工程と、半導体結晶に連続的また
は断続的にレーザ光を照射することにより半導体結晶の
表面層をイオン注入領域において剥離させて半導体薄膜
を形成する工程とを備えたものである。

【００２３】本発明に係る半導体薄膜の形成方法におい
ては、レーザ光の照射により、半導体結晶中の価電子が
励起されて結晶中の結合が切断される。また、レーザ光
の照射による局所的瞬間的加熱効果によっても結晶中の
結合が切断される。ここで、イオン注入により形成した
イオン注入領域においては、切断された結晶中の結合を
イオンが終端して凝集する。このため、イオン注入領域
に歪みが集中し、この領域が脆化する。それにより、イ
オン注入領域において平面的に結晶格子が切れる。

【００２４】以上のように、上記の半導体薄膜の形成方
法によれば、イオン注入領域において表面層を剥離さ
せ、半導体薄膜を形成することができる。

【００２５】上記の半導体薄膜の形成方法においては、
高温加熱に代わって、レーザ光の照射により表面層を剥
離させる。このため、上記の方法によれば、加熱に時間
を要することなく半導体薄膜を形成することが可能とな
る。

【００２６】また、イオン注入工程とレーザ光の照射工
程とは同一の装置内において行うことができるため、半
導体薄膜の製造工程が簡略化される。

【００２７】以上のことから、上記の半導体薄膜の形成
方法によれば、半導体薄膜の製造効率（スループット）
の向上を図ることが可能となる。

【００２８】さらに、上記の方法においては、イオンの
注入に起因して発生した半導体結晶中の結晶欠陥（照射
損傷）がレーザ光によりアニールされる。このようなレ
ーザ光によるアニールによれば、熱アニールでは十分に
回復させることが困難な結晶欠陥であってもを十分に回
復させることが可能となる。したがって、上記の方法に
よれば、良好な結晶性を有する半導体薄膜を形成するこ
とが可能となる。

【００２９】レーザ光を照射する工程は、イオン注入の
工程の後、イオン注入の工程と同時、またはイオン注入
の工程と交互に行ってもよい。

【００３０】特に、レーザ光を照射する工程をイオン注
入の工程と同時に行う場合、およびレーザ光を照射する
工程とイオン注入工程と交互に行う場合においては、レ
ーザ光の照射とイオン注入とを同一の工程において行う
ことができる。このため、半導体薄膜の製造工程がさら
に簡略化され、製造効率の向上がさらに図られる。

【００３１】所定の元素は水素であってもよい。この場
合、半導体結晶中に、水素イオンが高濃度で注入された
イオン注入領域が形成される。このイオン注入領域にお
いては、水素が、レーザ光の照射により切断された半導
体結晶中の結合を終端して凝集する。それにより、イオ
ン注入領域において表面層が剥離する。

【００３２】レーザ光の波長は、半導体結晶のバンドギ
ャップのエネルギーに相当する波長にほぼ等しいか、ま
たは半導体結晶のバンドギャップのエネルギーに相当す
る波長よりも短いことが好ましい。このような波長のレ
ーザ光を照射することにより、半導体結晶中の価電子を
効果的に励起させることが可能となる。その結果、結晶
中の結合が効率よく切断され、この切断された結合を水
素が終端して凝集する。したがって、表面層を効率よく
剥離させることが可能となる。

【００３３】半導体結晶は、ケイ素、炭化ケイ素、ダイ
ヤモンドまたは窒化ガリウムであってもよい。特に、炭
化ケイ素、ダイヤモンドおよび窒化ガリウムにおいて
は、イオン注入時に半導体結晶が受けた損傷を熱アニー
ルにより回復させることが困難である。これに対して、
上記の方法においては、レーザ光によりアニールを行う
ため、半導体結晶が受けた損傷が十分に回復される。し
たがって、このような半導体結晶からなる半導体薄膜に
おいても良好な結晶性が実現される。

【００３４】剥離した半導体薄膜の剥離側の面を酸化さ
せる工程をさらに備えてもよい。この場合、半導体薄膜
の剥離側の面はイオン注入による損傷を受けているた
め、イオン注入による損傷を受けておらず良好な結晶性
を有する領域に比べて容易に酸化される。このような半
導体薄膜の剥離側の面は、通常の温度よりも低い温度で
酸化することが可能である。

【００３５】以上のことから、結晶性が劣化した剥離側
の面を選択的に酸化するとともにこの酸化された領域を
選択的に除去することにより、半導体薄膜において結晶
性が劣化した領域を除去することが可能となる。それに
より、良好な結晶性の領域のみから構成される半導体薄
膜を形成することが可能となる。

【００３６】第２の発明に係る半導体薄膜の形成方法
は、半導体結晶の表面から所定深さの領域に所定の元素
をイオン注入してイオン注入領域を形成する工程と、半
導体結晶に第１のレーザ光を照射することにより半導体
結晶の表面層をイオン注入領域において剥離させて半導
体薄膜を形成する工程と、半導体結晶の表面層を基板に
接触させつつ第１のレーザ光と同じかまたは異なる第２
のレーザ光を照射することにより半導体結晶の表面層を
基板に接着させる工程とを備えたものである。

【００３７】本発明に係る半導体薄膜の形成方法におい
ては、第１のレーザ光の照射により、半導体結晶中の価
電子が励起されて結晶中の結合が切断される。また、第
１のレーザ光の照射による局所的瞬間的加熱効果によっ
ても結晶中の結合が切断される。ここで、イオン注入に
より形成したイオン注入領域においては、切断された結
晶中の結合をイオンが終端して凝集する。このため、イ
オン注入領域に歪みが集中し、この領域が脆化する。そ
れにより、イオン注入領域において平面的に結晶格子が
切れる。

【００３８】また、半導体結晶の表面層を基板に接触さ
せつつ第２のレーザ光を照射することによって第２のレ
ーザ光による熱により半導体結晶の表面層と基板とが融
着する。

【００３９】このような半導体結晶の表面層の剥離工程
および基板への表面層の接着工程により、基板上の必要
な領域に半導体薄膜を形成することができる。

【００４０】上記の半導体薄膜の形成方法においては、
高温加熱に代わって、第１のレーザ光の照射により表面
層を剥離させる。このため、上記の方法によれば、加熱
に時間を要することなく半導体薄膜を形成することが可
能となる。

【００４１】また、イオン注入工程と第１または第２の
レーザ光の照射工程とは同一の装置内において行うこと
ができるため、半導体薄膜の製造工程が簡略化される。

【００４２】以上のことから、上記の半導体薄膜の形成
方法によれば、半導体薄膜のスループットの向上を図る
ことが可能となる。

【００４３】さらに、上記の方法においては、イオンの
注入に起因して発生した半導体結晶中の結晶欠陥（照射
損傷）が第１または第２のレーザ光によりアニールされ
る。このような第１または第２のレーザ光によるアニー
ルによれば、熱アニールでは十分に回復させることが困
難な結晶欠陥であっても十分に回復させることが可能と
なる。したがって、上記の方法によれば、良好な結晶性
を有する半導体薄膜を形成することが可能となる。

【００４４】第１または第２のレーザ光を照射する工程
は、イオン注入の工程の後、イオン注入の工程と同時、
またはイオン注入の工程と交互に行ってもよい。

【００４５】特に、第１または第２のレーザ光を照射す
る工程をイオン注入の工程と同時に行う場合、および第
１または第２のレーザ光を照射する工程とイオン注入工
程と交互に行う場合においては、第１または第２のレー
ザ光の照射とイオン注入とを同一の工程において行うこ
とができる。このため、半導体薄膜の製造工程がさらに
簡略化され、製造効率の向上がさらに図られる。

【００４６】ここで、第１のレーザ光と第２のレーザ光
とが異なる場合、第２のレーザ光を照射する工程は、第
１のレーザ光を照射する工程と同時、第１のレーザ光を
照射する工程後、第１のレーザ光を照射する工程前、ま
たは第１のレーザ光を照射する工程と交互に行ってもよ
い。

【００４７】第１のレーザ光と第２のレーザ光とが同じ
場合には、半導体結晶と基板を接触させつつ、第１のレ
ーザ光のみを照射することにより、半導体結晶の表面層
をイオン注入領域において剥離させると同時に、基板に
接着させてもよい。

【００４８】この場合においては、１つのレーザ光によ
り剥離と接着とを同一の工程において行うことができ
る。このため、半導体薄膜の製造工程がさらに簡略化さ
れ、スループットの向上を図ることができる。

【００４９】また、基板に接着させる半導体薄膜の領域
は、半導体結晶と基板を接触させた領域全域である必要
はなく、第１および第２のレーザ光を半導体結晶の表面
層の一部領域に照射して照射された領域の半導体結晶の
表面層を剥離させるとともに基板に接着させてもよい。

【００５０】これにより、基板の任意の領域のみに半導
体薄膜を形成することが可能となり、基板の大きさの制
約を受けず、かつスループットが高く低コストな工程に
よる半導体薄膜を形成することが可能である。

【００５１】第１のレーザ光の波長は、半導体結晶のバ
ンドギャップのエネルギーに相当する波長にほぼ等しい
か、または半導体結晶のバンドギャップのエネルギーに
相当する波長よりも短くてもよい。このような波長の第
１のレーザ光を照射することにより、半導体結晶中の価
電子を効果的に励起させることが可能となる。また、局
所的瞬間的加熱効果も生じる。その結果、結晶中の結合
が効率よく切断され、この切断された結合を水素が終端
して凝集する。したがって、表面層を効率よく剥離する
ことが可能となる。

【００５２】第２のレーザ光の波長は、半導体結晶のバ
ンドギャップのエネルギーに相当する波長にほぼ等しい
か、または半導体結晶のバンドギャップのエネルギーに
相当する波長よりも短くてもよい。このような波長の第
２のレーザ光を照射することにより、第２のレーザ光が
半導体結晶に十分に吸収され、半導体結晶の表面層と基
板とが強固に接着される。

【００５３】半導体結晶は、バンドギャップのエネルギ
ーに相当する波長より長い所定の波長に光吸収ピークを
有し、第１のレーザ光の波長は、光吸収ピークの波長で
あってもよい。このような波長の第１のレーザ光を照射
することにより、半導体結晶中の価電子を効果的に励起
させることが可能となる。また、局所的瞬間的加熱効果
も生じる。その結果、結晶中の結合が効率よく切断さ
れ、この切断された結合を水素が終端して凝集する。し
たがって、表面層を効率よく剥離させることが可能とな
る。

【００５４】半導体結晶は、バンドギャップのエネルギ
ーに相当する波長より長い所定の波長に光吸収ピークを
有し、第２のレーザ光の波長は、光吸収ピークの波長で
あってもよい。このような波長の第２のレーザ光を照射
することにより、第２のレーザ光が半導体結晶に十分に
吸収され、半導体結晶の表面層と基板とが強固に接着さ
れる。

【００５５】基板は第１および第２のレーザ光のうち一
方または両方のレーザ光を透過し、第１および第２のレ
ーザ光のうち一方または両方のレーザ光を基板側から照
射してもよい。

【００５６】この場合、第１または第２のレーザ光が基
板を透過して半導体結晶で吸収される。それにより、半
導体結晶の表面層の剥離または接着が行われる。

【００５７】第１または第２のレーザ光を基板側から照
射する場合は、基板を透過する光の波長域が基板を透過
する光の波長域よりも短波長であることが好ましい。す
なわち、基板のバンドギャップのエネルギーは、接着さ
せる半導体結晶のバンドギャップのエネルギーよりも大
きいことが好ましい。照射される第１または第２のレー
ザ光が基板を透過し、半導体結晶で十分に吸収される。
これにより、基板側からレーザ光を照射した場合におい
て半導体結晶のイオン注入領域における剥離および半導
体結晶の表面層と基板との接着が可能である。

【００５８】基板は第１および第２のレーザ光のうち一
方または両方のレーザ光を吸収し、半導体結晶は第１お
よび第２のレーザ光のうち一方または両方のレーザ光を
透過し、第１および第２のレーザ光のうち一方または両
方のレーザ光を半導体結晶側から照射してもよい。

【００５９】この場合、第１または第２のレーザ光が半
導体結晶を透過して基板で吸収される。それにより、基
板で熱が発生し、その熱により半導体結晶の表面層の剥
離または接着が行われる。

【００６０】第１または第２のレーザ光を半導体結晶側
から照射する場合は、半導体結晶を透過する光の波長域
が基板を透過する光の波長域よりも短波長であることが
好ましい。すなわち、半導体結晶のバンドギャップのエ
ネルギーが、基板のバンドギャップのエネルギーよりも
大きいことが好ましい。この場合、第１または第２のレ
ーザ光が半導体結晶を透過し、基板で十分に吸収されて
半導体結晶のイオン注入領域における剥離および半導体
結晶の表面層と基板との接着が可能である。

【００６１】所定の元素は水素であってもよい。この場
合、半導体結晶中に水素イオンが高濃度で注入されたイ
オン注入領域が形成される。このイオン注入領域におい
ては、水素が第１のレーザ光の照射により切断された半
導体結晶中の結合を終端して凝集する。それにより、イ
オン注入領域において表面層が剥離する。

【００６２】半導体結晶は、ケイ素、炭化ケイ素、ダイ
ヤモンドまたは窒化ガリウムであってもよい。特に、炭
化ケイ素、ダイヤモンドおよび窒化ガリウムにおいて
は、イオン注入時に半導体結晶が受けた損傷を熱アニー
ルにより回復させることが困難である。これに対して、
上記の方法においては、第１または第２のレーザ光によ
りアニールを行うため、半導体結晶が受けた損傷が十分
に回復される。したがって、このような半導体結晶から
なる半導体薄膜においても良好な結晶性が実現される。

【００６３】剥離した半導体薄膜の剥離側の面を酸化さ
せる工程をさらに備えてもよい。この場合、半導体薄膜
の剥離側の面はイオン注入による損傷を受けているた
め、イオン注入による損傷を受けておらず良好な結晶性
を有する領域に比べて容易に酸化される。このような半
導体薄膜の剥離側の面は、通常の温度よりも低い温度で
酸化することが可能である。

【００６４】以上のことから、結晶性が劣化した剥離側
の面を選択的に酸化するとともにこの酸化された領域を
選択的に除去することにより、半導体薄膜において、結
晶性が劣化した領域を除去することが可能となる。ま
た、基板上の必要とする領域に、スループットが高く低
コストな工程により結晶性の良い半導体薄膜を形成する
ことが可能となる。

【００６５】第３の発明に係る半導体薄膜の形成方法
は、半導体結晶の表面から所定深さの領域に所定の元素
をイオン注入してイオン注入領域を形成する工程と、半
導体結晶にエネルギーを供給することにより半導体結晶
の表面層をイオン注入領域において剥離させて半導体薄
膜を形成する工程と、剥離した半導体薄膜の剥離側の面
を酸化させる工程とを備えたものである。

【００６６】なお、半導体結晶にエネルギーを供給して
表面層を剥離させる工程において、半導体結晶にエネル
ギーを供給する方法としては、例えば半導体結晶を加熱
して熱エネルギーを供給する方法や、半導体結晶にレー
ザ光を照射して光エネルギーを供給する方法がある。

【００６７】本発明に係る半導体薄膜の形成方法におい
ては、半導体結晶中にイオン注入を行う。このため、半
導体結晶から剥離した半導体薄膜の剥離側の面は、イオ
ン注入による損傷を受けており結晶性が劣化している。

【００６８】ここで、結晶性が劣化した半導体薄膜の剥
離側の面は、イオン注入による損傷を受けておらず良好
な結晶性を有する領域に比べて容易に酸化される。この
ような半導体薄膜の剥離側の面は、通常の温度よりも低
い温度で酸化することが可能である。

【００６９】以上のことから、結晶性が劣化した剥離側
の面を選択的に酸化するとともにこの酸化された領域を
選択的に除去することにより、半導体薄膜において、結
晶性が劣化した領域を除去することが可能となる。それ
により、良好な結晶性の領域のみから構成される半導体
薄膜を形成することが可能となる。

【００７０】

【発明の実施の形態】（１）第１の実施の形態以下に、本発明の第１の実施の形態における半導体薄膜
の形成方法について説明する。

【００７１】本実施の形態においては、ＳｉＣウエハの
所定深さの領域に水素イオンを注入する。それにより、
ＳｉＣウエハにおいて、水素イオンが高濃度で注入され
た水素イオン注入領域が形成される。

【００７２】ここで、本実施の形態においては、上記の
ようにＳｉＣウエハに水素イオンを注入すると同時に、
ＳｉＣウエハに波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレー
ザ光を照射する。

【００７３】なお、ＸｅＣｌエキシマレーザ光の光強度
が１Ｊ／ｃｍ² より大きい場合にはＳｉＣの蒸発（昇
華）または分解が生じる。したがって、ＸｅＣｌエキシ
マレーザ光の光強度は１Ｊ／ｃｍ² 以下とすることが好
ましい。

【００７４】上記においては、レーザ光の照射によりＳ
ｉＣ結晶に光エネルギーを供給する。それにより、Ｓｉ
Ｃ結晶中の最外殻の価電子が励起され、結晶中の結合が
切断される。

【００７５】ここで、水素イオン注入領域においては、
結晶中に注入された水素が、上記の切断された結合を終
端して凝集する。このため、水素イオン注入領域に歪み
が集中し、この領域が脆化する。それにより、水素イオ
ン注入領域において、平面的に結晶格子が切れる。

【００７６】以上のようにして、水素イオン注入領域に
おいて表面層が剥離し、ＳｉＣ薄膜が形成される。

【００７７】ここで、上記の方法においては、ＳｉＣウ
エハにレーザ光を照射するため、ＳｉＣウエハがレーザ
光によりアニールされる。したがって、剥離した表面層
すなわち形成されたＳｉＣ薄膜においては、イオン注入
時にＳｉＣ結晶が受けた損傷がレーザアニールにより十
分に回復され、良好な結晶性が実現される。

【００７８】図１は、上記のＳｉＣ薄膜の形成方法に用
いられる半導体薄膜製造装置の例を示す模式図である。

【００７９】図１に示すように、半導体薄膜製造装置
は、エキシマレーザ装置５０、ミラー５１、イオンビー
ム装置６０、Ｑレンズボックス５２、偏向電磁石５３、
試料室５６、およびコントロールパネル５７が設けられ
た制御装置５８から構成される。

【００８０】この場合、エキシマレーザ装置５０はＸｅ
Ｃｌレーザ光を出射する。一方、イオンビーム装置６０
はイオン源６１に水素イオンを備えており、水素イオン
ビームを出射する。イオンビーム装置６０は、制御装置
５８により制御される。コントロールパネル５７を操作
することにより、イオンビーム装置６０の加速電圧の設
定および真空バルブの開閉を行う。

【００８１】上記の方法によるＳｉＣ薄膜の形成時に
は、試料としてＳｉＣウエハを試料室５６に配置する。
次に、エキシマレーザ装置５０からＸｅＣｌレーザ光を
出射させ、レーザ光をミラー５１およびレーザ入射窓５
４を介して試料室５６に導入する。それにより、試料室
５６に配置されたＳｉＣウエハにレーザ光を照射する。

【００８２】ここで、上記の方法においては、試料にレ
ーザ光を照射すると同時に、試料に水素イオンを注入す
る。

【００８３】すなわち、エキシマレーザ装置５０からレ
ーザ光を出射させると同時に、イオンビーム装置６０か
ら水素イオンビームを出射させる。この水素イオンビー
ムをＱレンズボックス５２を介して集光させ、さらに、
偏向電磁石５３を介して試料室５６に導入する。このよ
うにして、試料室５６に配置されたＳｉＣウエハの所定
深さの領域に水素イオンを注入し、水素イオン注入領域
を形成する。

【００８４】なお、この場合においては、水素イオンビ
ームとレーザ光とが同軸で試料に入射している。

【００８５】上記のＳｉＣ薄膜の形成方法においては、
一つの装置、すなわち図１に示す装置内において、イオ
ン注入とレーザ光照射とを同時に行ってＳｉＣ薄膜を形
成することができる。このため、ＳｉＣ薄膜の製造工程
が簡略化される。

【００８６】また、上記の方法においては、従来のよう
な高温加熱に代わってレーザ光照射を行う。このため、
加熱に時間を要することがない。

【００８７】以上のことから、上記のＳｉＣ薄膜の形成
方法によれば、ＳｉＣ薄膜の製造効率（スループット）
の向上を図ることが可能となる。

【００８８】さらに、上記の方法においては、水素イオ
ンの注入に起因して発生したＳｉＣ結晶中の結晶欠陥
（照射損傷）がレーザ光によりアニールされる。このよ
うなレーザ光によるアニールによれば、熱アニールでは
十分に回復させることが困難であった結晶欠陥を十分に
回復させることが可能となる。したがって、上記の方法
により形成されたＳｉＣ薄膜においては、良好な結晶性
が実現される。

【００８９】例えば、上記の方法により形成した独立の
ＳｉＣ薄膜を用いて、前述のＳＯＩ技術と同様の技術を
適用することにより、高速動作が可能な半導体素子を形
成することができる。この場合、ＳｉＣを有効に利用す
ることが可能となり、半導体素子の製造コストを低減す
ることが可能となる。また、ＳｉＣ薄膜は良好な結晶性
を有することから、この半導体素子においては、良好な
素子特性が実現される。

【００９０】さらに、上記の方法により形成したＳｉＣ
薄膜を半導体素子以外に用いてもよい。例えば、上記の
方法により形成した独立のＳｉＣ薄膜をマイクロマシン
に利用してもよい。

【００９１】なお、上記においてはイオン注入と同時に
レーザ光照射を行っているが、イオン注入の後でレーザ
光照射を行ってもよい。また、イオン注入とレーザ光照
射とを交互に行ってもよい。

【００９２】なお、イオン注入と同時にレーザ光照射を
行う場合、およびイオン注入と交互にレーザ光照射を行
う場合においては、イオン注入とレーザ光照射とを同一
の工程において行うことが可能となる。このため、Ｓｉ
Ｃ薄膜の製造効率がより向上する。

【００９３】また、上記においてはＳｉＣウエハにＸｅ
Ｃｌレーザ光を照射する場合について説明したが、これ
以外のレーザ光をＳｉＣウエハに照射することも可能で
ある。

【００９４】ここで、ＳｉＣウエハに照射するレーザ光
の波長は、ＳｉＣ結晶の有するバンドギャップエネルギ
ーに相当する波長と同じであるか、またはこれよりも短
波長であることが好ましい。このような波長のレーザ光
を照射することにより、ＳｉＣ結晶中の価電子を効率よ
く励起させることが可能となる。その結果、ＳｉＣ結晶
中の結合が効率よく切断され、この切断された結合を水
素が終端して凝集する。それにより、より効率よくＳｉ
Ｃウエハの表面層を剥離させることが可能となる。

【００９５】また、上記においては水素イオンを注入す
る場合について説明したが、水素イオン以外のイオンを
注入することも可能である。

【００９６】上記においては、本発明に係る半導体薄膜
の形成方法によりＳｉＣ薄膜を形成する場合について説
明したが、本発明に係る半導体薄膜の形成方法を用い
て、Ｓｉからなる薄膜、ダイヤモンドからなる薄膜また
はＧａＮからなる薄膜を形成することも可能である。こ
の場合においても、ＳｉＣ薄膜を形成する場合と同様の
効果が得られる。

【００９７】なお、Ｓｉ、ダイヤモンドまたはＧａＮか
らなる薄膜を形成する場合、ＳｉＣの場合と同様、半導
体ウエハに照射するレーザ光の波長は、ウエハを構成す
る半導体の有するバンドギャップエネルギーに相当する
波長と同じであるか、またはこれよりも短波長であるこ
が好ましい。

【００９８】例えば、ダイヤモンドからなる薄膜を形成
する場合においては、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマ
レーザ光を照射する。なお、この場合のＡｒＦエキシマ
レーザ光の光強度は１Ｊ／ｃｍ² 以下とする。一方、Ｇ
ａＮからなる薄膜を形成する場合においては、波長３０
８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザ光を照射する。なお、
この場合のＸｅＣｌエキシマレーザ光の光強度は１Ｊ／
ｃｍ² 以下とする。

【００９９】次に、上記の方法により作製したＳｉＣ薄
膜の結晶性をさらに向上させるための方法について説明
する。

【０１００】上記の方法により例えば厚さ約２５０ｎｍ
のＳｉＣ薄膜を形成した後、このＳｉＣ薄膜を酸素雰囲
気中において高温、例えば１０５０℃で１時間加熱して
酸化処理を行う。

【０１０１】ここで、ＳｉＣ薄膜の剥離面側の領域にお
いては、イオン注入によりＳｉＣ結晶が損傷を受けてい
る。このため、ＳｉＣ薄膜において、剥離面側の領域
は、他の領域と比較して結晶性が劣化しており、歪みが
集中して脆化している。このことから、上記のＳｉＣ薄
膜の酸化処理においては、剥離面側の領域における酸化
速度が他の領域における酸化速度に比べて大きくなる。

【０１０２】通常、１０５０℃でＳｉＣの酸化処理を行
った場合、ＳｉＣは表面から深さ５ｎｍ程度の領域まで
しか酸化されない。例えば、上記のようにしてＳｉＣ薄
膜を酸化する場合、剥離面側と反対側の領域において
は、表面から５ｎｍの深さまでしか酸化されない。この
ように、結晶が損傷を受けていないＳｉＣ薄膜の領域は
ほとんど酸化されない。

【０１０３】一方、ＳｉＣ薄膜の剥離面側の領域におい
ては、結晶性が劣化しているため、ＳｉＣが全て酸化さ
れてＳｉＯ₂ に変化する。例えば、この場合、剥離面か
ら約１２０ｎｍの深さの領域までが酸化され、ＳｉＣが
ＳｉＯ₂ に変化する。

【０１０４】上記のようにしてＳｉＣ薄膜の酸化処理を
行った後、ＳｉＣ薄膜をフッ化水素酸水溶液で処理す
る。それにより、ＳｉＯ₂ に変化した領域を溶解させ、
選択的に除去することができる。

【０１０５】以上のような方法によれば、ＳｉＣ薄膜に
おいて結晶性の劣化した領域を選択的に除去することが
可能となり、結晶性の良好なＳｉＣ薄膜を形成すること
が可能となる。例えば、この場合においては、良好な結
晶性を有する厚さ約１２５ｎｍのＳｉＣ薄膜が形成され
る。

【０１０６】ここで、本実施の形態の方法により形成さ
れたＳｉＣ薄膜においては、イオン注入により損傷を受
けて結晶性が劣化した領域と、損傷を受けず結晶性が良
好である領域との境界が明瞭である。このため、損傷を
受けた領域のみを選択的に酸化し、この領域を除去する
ことが可能となる。それにより、結晶性が良好なＳｉＣ
のみから構成されるＳｉＣ薄膜が容易に得られる。

【０１０７】なお、上記においてはＳｉＣ薄膜の結晶性
を向上させる場合について説明したが、ＳｉＣ以外の半
導体薄膜に上記の方法を適用してもよい。例えば、Ｓ
ｉ、ダイヤモンドまたはＧａＮからなる薄膜に上記の方
法を適用してもよい。それにより、より良好な結晶性を
有するＳｉ、ダイヤモンドまたはＧａＮからなる薄膜を
形成することが可能となる。

【０１０８】さらに、酸化処理により半導体薄膜の結晶
性の向上を図る上記の方法は、本実施の形態における方
法以外の方法により形成された半導体薄膜にも適用可能
である。

【０１０９】例えば、イオン注入後に加熱を行う従来の
方法により形成された半導体薄膜に酸化処理を行っても
よい。この場合においても、上記の場合と同様、結晶性
の劣化した領域を選択的に酸化して除去することができ
る。したがって、半導体薄膜の結晶性を向上させること
が可能となる。

【０１１０】（２）第２の実施の形態以下に、本発明の第２の実施の形態における半導体薄膜
の形成方法について説明する。

【０１１１】本実施の形態においては、Ｓｉウエハまた
はＳｉＣウエハの所定深さの領域に水素イオンを注入す
る。それにより、ＳｉウエハまたはＳｉＣウエハにおい
て水素イオンが高濃度に注入された水素イオン注入領域
が形成される。

【０１１２】ここで、本実施の形態においては、上記の
水素イオンを注入したＳｉウエハまたはＳｉＣウエハに
ガラス基板を密着させた状態で、ガラス基板を通してガ
ラス基板と接触しているＳｉウエハまたはＳｉＣウエハ
に波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザ光を照射す
る。

【０１１３】なお、ＸｅＣｌエキシマレーザ光の光強度
が０．８Ｊ／ｃｍ² より大きい場合にはＳｉの蒸発（昇
華）または融解が生じ、ＸｅＣｌエキシマレーザ光の光
強度が１．０Ｊ／ｃｍ² より大きい場合にはＳｉＣの蒸
発（昇華）または分解が生じる。したがって、ＸｅＣｌ
エキシマレーザ光の光強度はＳｉウエハについては０．
８Ｊ／ｃｍ² 以下、ＳｉＣウエハについては１．０Ｊ／
ｃｍ² 以下とすることが好ましい。

【０１１４】上記においては、レーザ光の照射によりＳ
ｉウエハ表面またはＳｉＣウエハ表面が加熱され、レー
ザ光が照射された領域のＳｉウエハまたはＳｉＣウエハ
とガラス基板が接着される。

【０１１５】また、レーザ光の照射によりＳｉ結晶中ま
たはＳｉＣ結晶中の最外殻の価電子が励起され、結晶中
の結合が切断される。

【０１１６】ここで、水素イオン注入領域においては、
結晶中に注入された水素が切断された結合を終端して凝
集する。このため、水素イオン注入領域に歪みが集中
し、この領域が脆化する。それにより、水素イオン注入
領域において、平面的に結晶格子が切れる。

【０１１７】以上のようにして、ＳｉウエハまたはＳｉ
Ｃウエハがガラス基板に接着されるとともに、水素イオ
ン注入領域において表面層が剥離し、ガラス基板上に任
意の形状のＳｉ薄膜またはＳｉＣ薄膜が形成される。す
なわち、ガラス基板上にＳｉウエハまたはＳｉＣウエハ
の表面層がＳｉ薄膜またはＳｉＣ薄膜として転写され
る。

【０１１８】上記のガラス基板上への半導体薄膜の形成
方法においては、レーザ光が照射された領域のみガラス
基板上にＳｉ薄膜またはＳｉＣ薄膜が転写されるので、
ガラス基板上の任意の場所に任意の形状の半導体薄膜を
形成することが可能である。

【０１１９】また、上記においては、Ｓｉウエハまたは
ＳｉＣウエハが単結晶である場合、ガラス基板上の任意
の場所に任意の形状の単結晶Ｓｉ薄膜または単結晶Ｓｉ
Ｃ薄膜を形成することが可能となる。電気炉またはラン
プ炉での加熱による従来の方法と異なり、本実施の形態
の方法では必要とする場所にレーザ光を照射すればよい
ので、低コストかつ高いスループットでの単結晶Ｓｉ薄
膜または単結晶ＳｉＣ薄膜の形成が可能となる。

【０１２０】さらに、本実施の形態の方法によるガラス
基板上への半導体薄膜の転写では、ＳｉウエハまたはＳ
ｉＣウエハの広い領域に水素イオンの注入を行った後、
水素イオンが注入されたＳｉウエハまたはＳｉＣウエハ
上のガラス基板の任意の複数箇所にレーザ照射を行うこ
とにより、１回の水素イオン注入工程を施したＳｉウエ
ハまたはＳｉＣウエハを用いてガラス基板上の任意の複
数箇所に半導体薄膜の形成を行うことも可能である。

【０１２１】なお、上記においては、イオン注入領域を
形成する工程において、加速されたビーム状の水素イオ
ンを用いてもよく、あるいはプラズマ中で高電界を印加
することにより形成されるシース部分で加速された水素
イオンを用いてもよい。

【０１２２】また、上記においては、ＸｅＣｌエキシマ
レーザ光を用いたが、使用するレーザ光は必ずしも可干
渉性を持つ光に限定されず、強度が強く波長が制御され
た電磁波であれば他の光を用いてもよい。例えば、レー
ザ光に相当するフラッシュランプ光のような他の光を用
いてもよい。

【０１２３】また、上記においては、同一のレーザ照射
により、ガラス基板へのＳｉまたはＳｉＣの接着とＳｉ
ウエハまたはＳｉＣウエハの表面層の剥離とを行ってい
るが、ガラス基板へのＳｉまたはＳｉＣの接着とＳｉウ
エハまたはＳｉＣウエハの表面層の剥離とを個別のレー
ザ照射により行ってもよい。その場合には、ガラス基板
へのＳｉまたはＳｉＣの接着とＳｉウエハまたはＳｉＣ
ウエハの表面層の剥離のために照射するレーザ光の波長
や強度等の照射条件は同一である必要はない。

【０１２４】また、ガラス基板へのＳｉまたはＳｉＣの
接着に効果的な照射条件のレーザ光とＳｉウエハまたは
ＳｉＣウエハの表面層の剥離に効果的な照射条件のレー
ザ光の２種類をそれぞれ同時に照射してもよい。

【０１２５】また、ガラス基板へのＳｉウエハまたはＳ
ｉＣウエハの接着を行った後、ＳｉウエハまたはＳｉＣ
ウエハの表面層の剥離を行ってもよいし、Ｓｉウエハま
たはＳｉＣウエハの表面層の剥離を行った後、ガラス基
板へのＳｉ薄膜またはＳｉＣ薄膜の接着を行ってもよ
い。

【０１２６】また、上記においては、任意の形状にレー
ザ光を照射することにより任意の形状の半導体薄膜を形
成する場合について説明したが、レーザ光の照射と同じ
形状に水素イオン注入を行うことによって、半導体薄膜
をより厳密な形状に形成することが可能である。さら
に、剥離される半導体薄膜の外形の輪郭をより高精度に
するために、レーザ光を照射する前にＳｉウエハまたは
ＳｉＣウエハにおいて所望の形状の溝を予めエッチング
により形成しておくことも可能である。

【０１２７】上記においては、ＳｉウエハおよびＳｉＣ
ウエハの表面層をガラス基板上に転写する場合について
説明したが、ＳｉウエハまたはＳｉＣウエハの表面にＳ
ｉＯ ₂ 層が存在してもよい。

【０１２８】基板としては、通常のガラス基板に限ら
ず、レーザ光を透過する材料であれば、石英等の他のガ
ラス、サファイア（またはアルミナ）等の誘電体結晶、
ＳｉまたはＳｉＣよりも大きなバンドギャップを有する
半導体結晶、ポリカーボネート樹脂やＰＥＴ（ポリエチ
レンテレフタレート）樹脂等のプラスチックからなる基
板を用いてもよい。

【０１２９】特に、基板が石英等のガラスである場合
に、半導体結晶としてＳｉやＳｉＣを用いると、レーザ
光を照射することにより、両者の間で融着が起こり、容
易に接着される。

【０１３０】また、上記においては、ＳｉまたはＳｉＣ
のバンドギャップエネルギーに相当する波長と同じ波長
であるか、それより短波長のレーザ光をガラス基板の側
から照射する場合について説明したが、基板が例えば金
属のようにレーザ光を吸収する場合には、Ｓｉウエハま
たはＳｉＣウエハ側からＳｉまたはＳｉＣのバンドギャ
ップエネルギーに相当する波長より長波長のレーザ光を
照射することも可能である。

【０１３１】この場合、レーザ光はＳｉウエハまたはＳ
ｉＣウエハを透過してＳｉウエハまたはＳｉＣウエハを
密着させた基板の接触面で吸収される。基板にレーザ光
が吸収されることにより、基板が加熱され、この熱によ
り基板表面にＳｉまたはＳｉＣが接着される。また、こ
の熱がＳｉウエハまたはＳｉＣウエハに伝導し、Ｓｉウ
エハまたはＳｉＣウエハの温度を上昇させることによ
り、ＳｉウエハまたはＳｉＣウエハの表面層の剥離が起
こる。

【０１３２】上記においては、本発明に係る半導体薄膜
の形成方法によりＳｉＣ薄膜を形成する場合について説
明したが、本発明に係る半導体薄膜の形成方法を用い
て、Ｓｉからなる薄膜、ダイヤモンドからなる薄膜また
はＧａＮからなる薄膜を形成することも可能である。こ
の場合においても、ＳｉＣ薄膜を形成する場合と同様の
効果が得られる。

【０１３３】なお、Ｓｉ、ダイヤモンドまたはＧａＮか
らなる薄膜を形成する場合、ＳｉＣの場合と同様、半導
体ウエハに照射するレーザ光の波長は、ウエハを構成す
る半導体の有するバンドギャップエネルギーに相当する
波長と同じであるか、またはこれよりも短波長であるこ
とが好ましい。

【０１３４】さらに、半導体結晶と基板とを接触させる
際に、スピンオンガラス（ＳＯＧ）等の低融点ガラスや
レーザ照射により化学的変化を生じ接着力を生じる材料
を挿入してもよい。

【０１３５】その場合には、半導体結晶表面および基板
表面のいずれか一方または両方にこの材料をコーティン
グしてもよく、半導体結晶および基板とは独立してこの
材料を挿入してもよい。

【０１３６】これにより、基板と半導体薄膜との接着を
より容易に行うことができ、スループットの向上を図る
ことができる。

【０１３７】

【実施例】（１）第１の実施例第１の実施例においては、厚さ１０μｍのｎ型６Ｈ−Ｓ
ｉＣエピタキシャル成長膜が表面に形成されてなるｎ型
６Ｈ−ＳｉＣウエハ（以下、ＳｉＣウエハ１と呼ぶ）を
試料として用いた。この試料に、波長３０８ｎｍのＸｅ
Ｃｌレーザ光を照射しかつ同時に水素イオンを注入し
た。

【０１３８】なお、レーザ光の光強度は０．５Ｊ／ｃｍ
² とし、照射周波数は１００Ｈｚとした。また、イオン
注入においては加速電圧を６０ｋｅＶとし、イオン電流
を１２ｍＡとした。この場合のレーザ光照射およびイオ
ン注入の時間は４時間３６分とした。ここでは、図２の
半導体薄膜製造装置を用いてレーザ光照射およびイオン
注入を行った。

【０１３９】上記のようにしてイオン注入およびレーザ
光照射を行った試料の断面の透過型電子顕微鏡写真を図
１に示す。図１に示すように、試料のＳｉＣウエハ１に
おいて、水素イオンが高濃度で注入された水素イオン注
入領域２が形成される。

【０１４０】この水素イオン注入領域２において、脆化
および歪みの集中により、平面的に結晶格子が切れる。
それにより、切断面３において、水素イオン注入領域２
および表面層４がＳｉＣ薄膜として剥離する。

【０１４１】続いて、水素イオンの注入およびレーザ光
の照射を行った上記の試料について、ＲＢＳ（ラザフォ
ード後方散乱分光）法により、結晶性の評価を行った。

【０１４２】ＲＢＳ法においては、２ＭｅＶに加速した
Ｈｅイオンビームを試料に入射させ、１７０°散乱した
Ｈｅイオンを半導体検出器を用いて検出するとともにパ
ルス高分析器を用いて計数した。この場合、アラインス
ペクトルの測定に当たっては、ＨｅイオンビームをＳｉ
Ｃの＜０００１＞軸に沿って入射させた。

【０１４３】一方、比較のため、厚さ１０μｍのｎ型６
Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル成長膜が表面に形成されてな
るｎ型６Ｈ−ＳｉＣウエハに水素イオンの注入のみを行
った試料を用意し、これを第１の比較例とした。本比較
例についても、ＲＢＳ法により、結晶性の評価を行っ
た。なお、本比較例における水素イオンの注入およびＲ
ＢＳの測定は、本実施例の方法と同様の方法により行っ
た。

【０１４４】図３は、本実施例および本比較例のＲＢＳ
スペクトルを示す図である。図３においては、本実施例
のアラインスペクトルを太い実線で示すとともに、本実
施例のランダムスペクトルを太い破線で示している。一
方、本比較例のアラインスペクトルを細い実線で示すと
ともに、本比較例のランダムスペクトルを細い破線で示
している。なお、図中の矢印は、横軸のエネルギーの値
に対応する試料表面からの深さを示している。

【０１４５】次に、図３に示す結果から、本実施例およ
び本比較例の各々についてアラインスペクトルの収量と
ランダムスペクトルの収量との比を求め、アラインスペ
クトルの収量をランダムスペクトルの収量で規格化した
値（以下、規格化収量χと呼ぶ）を求めた。その結果を
図４に示す。

【０１４６】なお、規格化収量χは、本実施例および本
比較例の試料の結晶性を示すものである。規格化収量χ
が小さい程、試料の結晶性が良好であることを示す。

【０１４７】図４においては、本実施例の規格化収量χ
を実線で示し、本比較例の規格化収量χを破線で示して
いる。また、図中の矢印は、横軸のエネルギーの値に対
応する試料表面からの深さを示している。

【０１４８】図４に示すように、水素イオンの注入のみ
を行った本比較例の試料においては、表面付近において
規格化収量χの値が約１０％で最小となる。また、この
規格化収量χの値が最小となる表面付近からエネルギー
が約０．９７ＭｅＶの領域、すなわち試料表面からの深
さが約２４４ｎｍに相当する領域にかけて、規格化収量
χの値が徐々に増加する。この場合、試料表面からの深
さが約２４４ｎｍである領域は、水素イオン注入領域に
相当する。なお、１．１３ＭｅＶ付近の規格化収量χの
ピークはサーフェスピークであり、結晶性に特に由来す
るものではない。

【０１４９】以上のことから、本比較例においては、試
料表面から水素イオン注入領域までの領域、すなわち表
面層全体がイオン注入により照射損傷を受けており、結
晶性が劣化していることがわかる。

【０１５０】これに対して、イオン注入と同時にレーザ
光の照射を行った本実施例の試料においては、エネルギ
ーが約１．１〜１．０５ＭｅＶの領域、すなわち試料表
面からの深さが約１３０ｎｍに相当する領域全体にわた
って規格化収量χの値が３〜４％と小さくなっている。
なお、１．１３ＭｅＶ付近の規格化収量χのピークはサ
ーフェスピークであり、結晶性に特に由来するものでは
ない。この場合、試料表面からイオン注入領域までの領
域、すなわち表面層４全体において、結晶性が劣化して
いるのは水素イオン注入領域２付近に限られている。

【０１５１】以上のことから、本実施例の表面層４にお
いては、水素イオン注入領域２付近を除く領域がイオン
注入による照射損傷をほとんど受けていないことがわか
る。したがって、表面層４は全体として良好な結晶性を
有することがわかる。

【０１５２】一方、本実施例において、規格化収量χが
最大となる領域すなわちエネルギーが約０．９７ＭｅＶ
である領域は、試料表面からの深さが約２４４ｎｍに相
当している。したがって、図１の透過型電子顕微鏡写真
で確認された表面層４の切断面３の位置と規格化収量χ
が最大となる領域とがほぼ一致していることがわかる。

【０１５３】（２）第２の実施例第２の実施例においては、単結晶Ｓｉウエハおよび単結
晶ＳｉＣウエハを試料として用いた。この試料に、水素
イオンを注入した後、石英ガラス基板に密着させつつ石
英ガラス基板側から波長３０８ｎｍのＸｅＣｌレーザ光
を照射した。

【０１５４】本実施例においては、図１の半導体薄膜製
造装置を用いてイオン注入のみを行い、図５に示すレー
ザ照射装置を用いて基板への試料の接着と試料の表面層
の剥離とを行った。

【０１５５】イオン注入においては、イオン種としてＨ
₂ ⁺イオンを用いた。単結晶Ｓｉウエハについては、イオ
ンの加速電圧を１００ｋｅＶとし、水素イオン注入量
は、１つの単結晶Ｓｉウエハ（以下、ＳｉウエハＡと呼
ぶ）については、１×１０¹⁷ｃｍ^-2、他の１つの単結晶
Ｓｉウエハ（以下、ＳｉウエハＢと呼ぶ）については、
２×１０¹⁶ｃｍ^-2とした。ＳｉＣ単結晶ウエハ（以下、
ＳｉＣウエハＣと呼ぶ）については、イオンの加速電圧
を６０ｋｅＶとし、水素イオン注入量を１×１０ ¹⁷ｃｍ
^-2とした。ここでは、図１の半導体薄膜製造装置を用い
てイオン注入のみを行った。

【０１５６】図５は本実施例で用いたレーザ照射装置の
模式図である。図５に示すように、レーザ照射装置は、
ＸｅＣｌレーザ装置７０、レンズ７５および真空容器７
３から構成される。

【０１５７】イオン注入を行った上記試料７１を真空容
器７３内で石英ガラス基板７２に密着させた状態で固定
し、ＸｅＣｌレーザ装置７０から出射されたＸｅＣｌレ
ーザ光をレンズ７５およびレーザ入射窓７６を介して石
英ガラス基板７２と接する上記試料７１の表面に照射し
た。

【０１５８】レーザ光の照射は、レーザ発振周波数１０
０Ｈｚで５分間から６０分間の範囲で行った。なお、レ
ーザ光の１パルス当たりの光強度は０．４Ｊ／ｃｍ² で
ある。

【０１５９】図６はＳｉＣウエハＣと密着させ、１０分
間のレーザ照射を行った石英ガラス基板の光学顕微鏡写
真である。

【０１６０】図６に示されるように、均一な単結晶Ｓｉ
Ｃ薄膜８１が石英ガラス基板８０上に形成されている。
図６では部分的に単結晶ＳｉＣ薄膜が剥がれているが、
ＳｉＣウエハＣと石英ガラス基板８０の密着が不十分で
あることに起因している。ＳｉウエハＡおよびＳｉウエ
ハＢにおいても同様に均一な単結晶Ｓｉ薄膜が石英ガラ
ス基板上に形成された。

【０１６１】比較例として、水素イオン注入を行ってい
ないＳｉウエハまたはＳｉＣウエハに石英ガラス基板を
密着させ、レーザ光を照射した。この場合、Ｓｉウエハ
またはＳｉＣウエハと石英ガラス基板の接着は生じた
が、ＳｉウエハまたはＳｉＣウエハの表面層の剥離は一
切起こらず、Ｓｉ薄膜およびＳｉＣ薄膜は形成されなか
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における半導体薄膜
製造装置の例を示す図である。

【図２】第１の実施例試料の断面の透過型電子顕微鏡写
真である。

【図３】第１の実施例および第１の比較例のＲＢＳスペ
クトルを示す図である。

【図４】第１の実施例および第１の比較例のＲＢＳスペ
クトルの規格化収量を示す図である。

【図５】第２の実施例で用いたレーザ照射装置の模式図
である。

【図６】ＳｉＣウエハと密着させ、１０分間のレーザ照
射を行った石英ガラス基板の光学顕微鏡写真である。

【符号の説明】

１ＳｉＣウエハ２水素イオン注入領域３切断面４表面層５０エキシマレーザ装置５１ミラー５２Ｑレンズボックス５３偏向電磁石５４レーザ入射窓５５ＸｅＣｌレーザ光５６試料室５７コントロールパネル５８制御装置６０イオンビーム装置６１イオン源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体結晶の表面から所定深さの領域に
所定の元素をイオン注入してイオン注入領域を形成する
工程と、前記半導体結晶に連続的または断続的にレーザ
光を照射することにより前記半導体結晶の表面層を前記
イオン注入領域において剥離させて半導体薄膜を形成す
る工程とを備えたことを特徴とする半導体薄膜の形成方
法。
【請求項２】前記レーザ光を照射する工程は、前記イ
オン注入の工程の後、前記イオン注入の工程と同時、ま
たは前記イオン注入の工程と交互に行うことを特徴とす
る請求項１記載の半導体薄膜の形成方法。
【請求項３】前記レーザ光の波長は、前記半導体結晶
のバンドギャップのエネルギーに相当する波長にほぼ等
しいか、または前記半導体結晶のバンドギャップのエネ
ルギーに相当する波長よりも短いことを特徴とする請求
項１または２記載の半導体薄膜の形成方法。
【請求項４】半導体結晶の表面から所定深さの領域に
所定の元素をイオン注入してイオン注入領域を形成する
工程と、前記半導体結晶に第１のレーザ光を照射するこ
とにより前記半導体結晶の表面層を前記イオン注入領域
において剥離させて半導体薄膜を形成する工程と、前記
半導体結晶の前記表面層を基板に接触させつつ前記第１
のレーザ光と同じかまたは異なる第２のレーザ光を照射
することにより前記半導体結晶の前記表面層を基板に接
着させる工程とを備えたことを特徴とする半導体薄膜の
形成方法。
【請求項５】前記第２のレーザ光を照射する工程は、
前記第１のレーザ光を照射する工程と同時、前記第１の
レーザ光を照射する工程後、前記第１のレーザ光を照射
する工程前、または前記第１のレーザ光を照射する工程
と交互に行うことを特徴とする請求項４記載の半導体薄
膜の形成方法。
【請求項６】前記第１および第２のレーザ光を前記半
導体結晶の前記表面層の一部領域に照射して照射された
領域の前記半導体結晶の前記表面層を剥離させるととも
に前記基板に接着させることを特徴とする請求項４また
は５記載の半導体薄膜の形成方法。
【請求項７】前記第１のレーザ光の波長は、前記半導
体結晶のバンドギャップのエネルギーに相当する波長に
ほぼ等しいか、または前記半導体結晶のバンドギャップ
のエネルギーに相当する波長よりも短いことを特徴とす
る請求項４〜６のいずれかに記載の半導体薄膜の形成方
法。
【請求項８】前記第２のレーザ光の波長は、前記半導
体結晶のバンドギャップのエネルギーに相当する波長に
ほぼ等しいか、または前記半導体結晶のバンドギャップ
のエネルギーに相当する波長よりも短いことを特徴とす
る請求項４〜７のいずれかに記載の半導体薄膜の形成方
法。
【請求項９】前記半導体結晶は、バンドギャップのエ
ネルギーに相当する波長より長い所定の波長に光吸収ピ
ークを有し、前記第１のレーザ光の波長は、前記光吸収
ピークの波長であることを特徴とする請求項４〜６のい
ずれかに記載の半導体薄膜の形成方法。
【請求項１０】前記半導体結晶は、バンドギャップの
エネルギーに相当する波長より長い所定の波長に光吸収
ピークを有し、前記第２のレーザ光の波長は、前記光吸
収ピークの波長にあることを特徴とする請求項４〜６お
よび９のいずれかに記載の半導体薄膜の形成方法。
【請求項１１】前記基板は前記第１および第２のレー
ザ光のうち一方または両方のレーザ光を透過し、前記第
１および第２のレーザ光のうち一方または両方のレーザ
光を前記基板側から照射することを特徴とする請求項４
〜１０のいずれかに記載の半導体薄膜の形成方法。
【請求項１２】前記基板は前記第１および第２のレー
ザ光のうち一方または両方のレーザ光を吸収し、前記半
導体結晶は前記第１および第２のレーザ光のうち一方ま
たは両方のレーザ光を透過し、前記第１および第２のレ
ーザ光のうち一方または両方のレーザ光を前記半導体結
晶側から照射することを特徴とする請求項４〜６のいず
れかに記載の半導体薄膜の形成方法。
【請求項１３】前記所定の元素は水素であることを特
徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の半導体薄膜
の形成方法。
【請求項１４】前記半導体結晶は、ケイ素、炭化ケイ
素、ダイヤモンドまたは窒化ガリウムであることを特徴
とする請求項１〜１３のいずれかに記載の半導体薄膜の
形成方法。
【請求項１５】前記剥離した半導体薄膜の剥離側の面
を酸化させる工程をさらに備えたことを特徴とする請求
項１〜１４のいずれかに記載の半導体薄膜の形成方法。
【請求項１６】前記半導体結晶の表面から所定深さの
領域に所定の元素をイオン注入してイオン注入領域を形
成する工程と、前記半導体結晶にエネルギーを供給する
ことにより前記半導体結晶の表面層を前記イオン注入領
域において剥離させて半導体薄膜を形成する工程と、前
記剥離した半導体薄膜の剥離側の面を酸化させる工程と
を備えたことを特徴とする半導体薄膜の形成方法。