JP2010177662A

JP2010177662A - Ｓｏｉ基板の作製方法及び半導体装置の作製方法

Info

Publication number: JP2010177662A
Application number: JP2009291533A
Authority: JP
Inventors: Yoji Nagano; 庸治永野
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2009-01-05
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2010-08-12
Also published as: US20100173472A1

Abstract

【課題】レーザー光の照射による単結晶半導体層の端部からの膜剥がれを抑制した、ＳＯＩ基板の作製方法及び半導体装置の作製方法を提供する。
【解決手段】加速されたイオンを単結晶半導体基板に照射することによって、単結晶半導体基板中に脆化領域を形成し、絶縁層を介して単結晶半導体基板とベース基板とを貼り合わせ、脆化領域において単結晶半導体基板を分離してベース基板上に絶縁層を介して単結晶半導体層を形成し、単結晶半導体層の端部を除去し、端部を除去した単結晶半導体層の表面にレーザー光を照射する。
【選択図】図１

Description

本明細書で開示する発明は、絶縁表面上に半導体層が設けられたＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の作製方法、及びＳＯＩ基板を用いた半導体装置の作製方法に関する。

近年、バルク状のシリコンウエハに代わり、絶縁表面に薄い単結晶半導体層が存在するＳＯＩ基板を使った集積回路が開発されている。ＳＯＩ基板を使うことで、トランジスタのドレインと基板間における寄生容量が低減されるため、ＳＯＩ基板は半導体集積回路の性能を向上させるものとして注目されている。

ＳＯＩ基板を製造する方法の１つに、スマートカット（登録商標）法が知られている（例えば、特許文献１参照）。スマートカット法によるＳＯＩ基板の作製方法の概要を以下に説明する。まず、シリコンウエハにイオン注入法を用いて水素イオンを注入することによって、表面から所定の深さに微小気泡層を形成する。次に、酸化シリコン膜を介して、水素イオンを注入したシリコンウエハを別のシリコンウエハに接合させる。その後、熱処理を行うことにより、微小気泡層が劈開面となり、水素イオンが注入されたシリコンウエハの一部が微小気泡層を境に薄膜状に分離し、接合させた別のシリコンウエハ上に単結晶シリコン膜を形成することができる。ここで、スマートカット法は水素イオン注入剥離法と呼ぶこともある。

また、このようなスマートカット法を用いて単結晶シリコン層をガラスからなるベース基板上に形成する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。ガラス基板はシリコンウエハよりも大面積化が容易であり、且つ、安価であるため、主に、液晶表示装置等の製造の際に用いられている。このようなガラス基板をベース基板として用いることにより、大面積で安価なＳＯＩ基板を作製することが可能となる。

また、特許文献２では、単結晶シリコン層の結晶品質を改善するために、単結晶シリコン層にレーザー光を照射する方法が開示されている。

特開平０５−２１１１２８号公報特開２００５−２５２２４４号公報

単結晶半導体層を再単結晶化する方法として、加熱炉やレーザー光の照射を用いた加熱処理が挙げられる。加熱炉を用いた加熱処理では、ベース基板の歪み点を超える温度で行うと、ベース基板が反りや縮み等によって変形してしまう。そのため、ベース基板としてガラス基板を使用する場合、ガラスの歪み点によって加熱温度の上限が制限される。

一方、レーザー光の照射による加熱処理は、瞬間的に試料温度を高め、試料を選択的に加熱することができる。単結晶半導体層にレーザー光を照射することで、耐熱性が低いガラスをベース基板に用いた場合であっても、単結晶半導体層の加熱処理を行うことができる。レーザー光を照射して単結晶半導体層を溶融させて再単結晶化させることにより、結晶性を回復させることができる。

しかしながら、単結晶半導体層にレーザー光を照射すると、単結晶半導体層に応力変化が生じ、単結晶半導体層の端部から膜剥がれ（ピーリング）が生じてしまう。

上述した問題に鑑み、レーザー光の照射による単結晶半導体層の端部からの膜剥がれを抑制した、ＳＯＩ基板の作製方法を提供することを目的の一とする。また、レーザー光の照射による単結晶半導体層の端部からの膜剥がれを抑制した、ＳＯＩ基板を用いた半導体装置の作製方法を提供することを目的の一とする。

絶縁表面上に単結晶半導体層が設けられたＳＯＩ基板の作製方法において、単結晶半導体層の表面にレーザー光を照射する前に、単結晶半導体層の端部を除去する。

本明細書で開示する発明の構成の一形態は、加速されたイオンを単結晶半導体基板に照射することによって単結晶半導体基板中に脆化領域を形成し、絶縁層を介して単結晶半導体基板とベース基板とを貼り合わせ、脆化領域において単結晶半導体基板を分離してベース基板上に絶縁層を介して単結晶半導体層を形成し、単結晶半導体層の端部を除去し、端部を除去した単結晶半導体層の表面にレーザー光を照射する。

上記構成において、単結晶半導体層の端部を除去した後であってレーザー光を照射する前に、絶縁層の端部を除去することが好ましい。

また上記構成において、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、又は窒化酸化シリコン膜を単層又は積層させて、絶縁層を形成することが好ましい。

また、本明細書で開示する発明の構成の一形態は、単結晶半導体基板の表面に酸化膜を形成し、加速されたイオンを酸化膜を介して単結晶半導体基板に照射することによって単結晶半導体基板中に脆化領域を形成し、酸化膜及び窒素含有層を介して単結晶半導体基板とベース基板とを貼り合わせ、脆化領域において単結晶半導体基板を分離してベース基板上に酸化膜と窒素含有層とを介して単結晶半導体層を形成し、単結晶半導体層の端部を除去し、端部を除去した単結晶半導体層の表面にレーザー光を照射する。

上記構成において、単結晶半導体層の端部を除去した後であってレーザー光を照射する前に、酸化膜の端部及び窒素含有層の端部を除去することが好ましい。

また上記構成において、ハロゲンが添加された酸化性雰囲気中で単結晶半導体基板に熱処理を行うことによって、酸化膜を形成することが好ましい。

また上記構成において、窒素含有層として、窒化シリコン膜又は窒化酸化シリコン膜を形成することが好ましい。

また上記構成において、端部を除去した単結晶半導体層の表面にレーザー光を照射することによって、単結晶半導体層の表面を平坦化することが好ましい。

また上記構成において、端部を除去した単結晶半導体層の表面にレーザー光を照射することによって、単結晶半導体層の表層部の結晶性を回復させることが好ましい。

なお、本明細書において「単結晶」とは、ある結晶軸に注目した場合、その結晶軸の方向が試料のどの部分においても同じ方向を向いている結晶のことをいい、かつ結晶と結晶との間に結晶粒界が存在しない結晶である。なお、本明細書では、結晶欠陥やダングリグボンドを含んでいても、上記のように結晶軸の方向が揃っており、粒界が存在していない結晶であるものは単結晶とする。

また、本明細書中において単結晶半導体層の「再単結晶化」とは、単結晶構造の半導体層が、その単結晶構造と異なる状態（例えば、液相状態）を経て、再び単結晶構造になることをいう。あるいは、単結晶半導体層の「再単結晶化」とは、単結晶半導体層を再単結晶化して、単結晶半導体層を形成するということもできる。

また、本明細書中において「半導体装置」とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路及び電子機器は全て半導体装置に含まれる。

また、本明細書中において「表示装置」とは、発光装置や液晶表示装置を含む。発光装置は発光素子を含み、液晶表示装置は液晶素子を含む。発光素子は、電流又は電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子、有機ＥＬ素子等が含まれる。

絶縁表面上に単結晶半導体層が設けられたＳＯＩ基板の作製方法において、単結晶半導体層の表面にレーザー光を照射する前に、単結晶半導体層の端部を除去することによって、レーザー光の照射による単結晶半導体層の端部からの膜剥がれを抑制することができる。

ＳＯＩ基板の作製方法の一例を説明する断面図。ＳＯＩ基板の作製方法の一例を説明する断面図。ＳＯＩ基板の作製方法の一例を説明する平面図。薄膜トランジスタの作製方法の一例を説明する断面図。薄膜トランジスタの作製方法の一例を説明する断面図。マイクロプロセッサの構成例を示すブロック図。ＲＦＣＰＵの構成例を示すブロック図。液晶表示装置の一例を説明する図。エレクトロルミネセンス表示装置の一例を説明する図。携帯電話の一例を説明する図。ＳＯＩ基板の端面を観察した光学顕微鏡写真。ＳＯＩ基板の端面を観察した光学顕微鏡写真。

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下の説明に限定されず、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
本実施の形態では、ＳＯＩ基板の作製方法の一例に関して図面を参照して説明する。具体的には、スマートカット法を用いてベース基板上に絶縁層を介して単結晶半導体層を形成し、当該単結晶半導体層の結晶性を回復させる方法に関して説明する。図１（Ａ）〜（Ｆ）は本実施の形態のＳＯＩ基板の作製方法の一例を示す断面図であり、図３（Ａ）〜（Ｃ）はその平面図である。

まず、単結晶半導体基板１００とベース基板１２０とを準備する（図１（Ａ）、図１（Ｂ）参照）。

単結晶半導体基板１００として、例えば、単結晶シリコン基板、単結晶ゲルマニウム基板、単結晶シリコンゲルマニウム基板等の第１４族元素でなる単結晶半導体基板を用いることができる。また、ガリウムヒ素からなる基板やインジウムリンからなる基板等の化合物半導体基板も用いることができる。市販のシリコン基板としては、直径５インチ（約１２５ｍｍ）、直径６インチ（約１５０ｍｍ）、直径８インチ（約２００ｍｍ）、直径１２インチ（約３００ｍｍ）、直径１６インチ（約４００ｍｍ）サイズの円形のものが代表的である。なお、単結晶半導体基板１００の形状は円形に限られず、例えば、矩形状等に加工して用いることも可能である。

ベース基板１２０として、絶縁体でなる基板を用いることができる。具体的には、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス等の電子工業用に使われる各種ガラス基板、石英基板、セラミック基板、サファイア基板が挙げられる。他にも、ベース基板１２０として単結晶シリコン基板等の単結晶半導体基板を用いてもよい。本実施の形態では、ガラス基板を用いる場合について説明する。ベース基板１２０として大面積化が可能で安価なガラス基板を用いることにより、低コスト化を図ることができる。

次に、単結晶半導体基板１００の表面から所定の深さに、結晶構造が損傷された脆化領域１０４を形成する。その後、絶縁層１０２を介して単結晶半導体基板１００とベース基板１２０とを貼り合わせる（図１（Ｃ）参照）。

脆化領域１０４は、加速された水素等のイオンを単結晶半導体基板１００に照射することにより形成することができる。

絶縁層１０２は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の絶縁層を単層で、又は積層させて形成することができる。これらの膜は、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いて形成することができる。

本明細書中において、酸化窒化シリコンとは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、好ましくは、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：ＲｕｔｈｅｒｆｏｒｄＢａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及び水素前方散乱法（ＨＦＳ：ＨｙｄｒｏｇｅｎＦｏｒｗａｒｄＳｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５０〜７０原子％、窒素が０．５〜１５原子％、シリコンが２５〜３５原子％、水素が０．１〜１０原子％の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、好ましくは、ＲＢＳ及びＨＦＳを用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５〜３０原子％、窒素が２０〜５５原子％、シリコンが２５〜３５原子％、水素が１０〜３０原子％の範囲で含まれるものをいう。ただし、酸化窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を１００原子％としたとき、窒素、酸素、シリコン及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。

次に、熱処理を行い脆化領域１０４において単結晶半導体基板１００を分離することにより、ベース基板１２０上に絶縁層１０２を介して単結晶半導体層１２４を設ける（図１（Ｄ）、図３（Ａ）参照）。図１（Ｄ）は、Ｊ−Ｋ切断線による図３（Ａ）の断面図である。

熱処理による温度上昇によって、脆化領域１０４に形成されている微小な孔には、イオンの照射によって添加された元素が析出し、内部の圧力が上昇する。圧力の上昇により、脆化領域１０４の微小な孔に体積変化が起こり、脆化領域１０４に亀裂が生じて、脆化領域１０４に沿って単結晶半導体基板１００が分離する。絶縁層１０２はベース基板１２０に接合しているので、ベース基板１２０上には単結晶半導体基板１００から分離された単結晶半導体層１２４が形成される。また、ここでの熱処理の温度は、ベース基板１２０の歪み点を越えない温度とする。

この熱処理には、拡散炉、抵抗加熱炉等の加熱炉、ＲＴＡ（瞬間熱アニール、ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌ）装置、マイクロ波加熱装置等を用いることができる。例えば、ＲＴＡ装置を用いる場合、加熱温度５５０℃以上７３０℃以下、処理時間０．５分以上６０分以下で行うことができる。

次に、単結晶半導体層１２４の端部及び絶縁層１０２の端部を除去する。この除去工程は、例えばフォトグラフィ技術及びエッチング技術により行う。

まず、単結晶半導体層１２４上に所望の形状のレジストマスク１５１を形成する。本実施の形態では、単結晶半導体層１２４のうち、凹凸が存在する端面（エッジ部分）を有する端部を除去するために、単結晶半導体層１２４よりも一回り小さいレジストマスク１５１を形成する（図３（Ｂ）参照）。レジストマスクは、ウェーハ周辺露光装置を用いて容易に形成することができる。

次に、レジストマスク１５１を用いて単結晶半導体層１２４の端部を除去して単結晶半導体層１２６を形成する。単結晶半導体層１２４の端部の除去は、例えばエッチングにより行う。

エッチングは、ドライエッチング又はウェットエッチングにより行うことができる。好ましくは、レジストマスク１５１を用いて単結晶半導体層１２４の端部をドライエッチングにより除去することによって、平滑な端面を有し、ドライエッチングを行った後の単結晶半導体層１２６の端部において、絶縁層１０２との間に隙間がない単結晶半導体層１２６を得る。例として図３（Ｂ）では、周辺部を除去することによって各辺の断面が直線状となった長方形の単結晶半導体層１２６を示している。

単結晶半導体層１２４を得るための単結晶半導体基板１００の分離工程によって、単結晶半導体基板１００の端部において、単結晶半導体層１２４の分離面に単結晶半導体基板１００の一部が残存し、若しくは単結晶半導体層１２４の一部が剥がれてしまうため、単結晶半導体層１２４の端部がぼろぼろの状態になり、端面（エッジ部分）には凹凸が形成される。これにより、単結晶半導体層１２４の端部において、単結晶半導体層１２４の下面と絶縁層１０２の上面との間に隙間ができる。または、単結晶半導体基板１００の分離工程によって、単結晶半導体層１２４の端部において、単結晶半導体層１２４と絶縁層１０２との密着性が弱くなる。

そして、この単結晶半導体層１２４に対し後の工程でレーザー光を照射すると、単結晶半導体層１２４の応力変化に伴って、端部から単結晶半導体層１２４の膜剥がれが生じてしまう。

そこで本実施の形態では、レーザー光の照射の前に単結晶半導体層１２４の端部を除去する。端部を除去することによって、端部の端面を平滑にするとともに、レーザー光を照射による単結晶半導体層の膜剥がれを抑えることができる。

また、製品管理のために単結晶半導体層１２４にマーク（識別番号、ウェーハ識別番号、ウェーハ番号、ＩＤナンバーなどともいわれる）が印字されている場合は、単結晶半導体層１２４の端部を除去するためのエッチングが、単結晶半導体層のマークが付された領域の除去を兼ねていてもよい。

次に、先の工程で形成したレジストマスク１５１を用いて絶縁層１０２の端部を除去して絶縁層１２８を形成する。絶縁層１０２の端部の除去は、例えばエッチングにより行う。

エッチングは、ドライエッチング又はウェットエッチングにより行うことができるが、ベース基板１２０がエッチングされないようにすることが好ましい。好ましくは、レジストマスク１５１を用いて絶縁層１０２の端部をドライエッチングにより除去することによって、端面（エッジ部分）が平滑な絶縁層１２８を得る（図１（Ｅ）、図３（Ｃ）参照）。図１（Ｅ）は、Ｊ−Ｋ切断線による図３（Ｃ）の断面図である。

なお、絶縁層１０２の端面が平滑である場合は、絶縁層１０２のエッチングを省略してもよい。

その後、レジストマスク１５１を除去する。

以上の工程により、ベース基板１２０上に絶縁層１２８を介して単結晶半導体層１２６が設けられたＳＯＩ基板を作製することができる。

次に、ベース基板１２０上に形成された単結晶半導体層１２６の表面にレーザー光１３０を照射することによって、単結晶半導体層１２６の表面を平坦化すると共に、単結晶半導体層１２６の表層部の結晶性を回復（再単結晶化）させる（図１（Ｆ）参照）。

一般に、分離後における単結晶半導体層１２６の表層部には、脆化領域１０４の形成や脆化領域１０４での分離等により結晶欠陥等が形成され、結晶性が損なわれている。従って、図１（Ｆ）に示すように単結晶半導体層１２６の表面にレーザー光１３０を照射して、少なくとも単結晶半導体層１２６の表層部を溶融させることにより、結晶性を回復させることができる。なお、単結晶半導体層１２６の結晶性は、光学顕微鏡による観察、ラマン分光スペクトルから得られるラマンシフト、半値全幅等により評価することができる。また、単結晶半導体層１２６の表層部を溶融させることにより、結晶性の回復とともに単結晶半導体層１２６の表面を平坦化することができる。

また、本実施の形態では、分離により露出した単結晶半導体層１２６の表面側からレーザー光１３０を照射することにより、当該単結晶半導体層１２６を完全に溶融（完全溶融）させるのではなく、部分的に溶融（部分溶融）させることが好ましい。部分溶融とは、レーザー光１３０の照射により単結晶半導体層１２６の溶融されている領域の、単結晶半導体層１２６の表面からの深さが、絶縁層１０２との界面の深さよりも浅くなる（単結晶半導体層１２６の溶融されている領域の厚さが、単結晶半導体層１２６の厚さよりも小さくなる）ように溶融することである。つまり部分溶融の状態とは、レーザー光１３０の照射により単結晶半導体層１２６の上層（表層部を含む）は溶融して液相となり、下層は溶けずに固相の単結晶半導体のままである状態をいう。なお完全溶融の状態とは、単結晶半導体層１２６が絶縁層１０２との界面まで溶融して液相となる状態をいう。

単結晶半導体層１２６を部分溶融させることにより、レーザー光１３０の照射により溶融した部分の結晶成長は、溶融していない単結晶半導体層の面方位に基づいて行われるため、完全に溶融させる場合と比較して面方位をそろえて再単結晶化を行うことができる。また、単結晶半導体層１２６を部分的に溶融することによって、絶縁層１２８から酸素や窒素等が取り込まれることを抑制することができる。

また、本実施の形態では、レーザー光１３０の照射を減圧雰囲気下で行ってもよい。

本実施の形態で適用可能なレーザー発振器は、その発振波長が紫外光域乃至可視光域にあるものが選択される。レーザー光１３０の波長は、単結晶半導体層１２６に吸収される波長とする。その波長は、レーザー光の表皮深さ（ｓｋｉｎｄｅｐｔｈ）等を考慮して決定することができる。例えば、波長は２５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下とすることができる。

レーザー発振器として、パルス発振レーザー又は連続発振レーザー（ＣＷレーザー）を用いることができる。パルス発振レーザーは、繰り返し周波数１０ＭＨｚ未満、パルス幅１０ｎ秒以上５００ｎ秒以下とすることが好ましい。代表的なパルス発振レーザーは、４００ｎｍ以下の波長のレーザー光を発振するエキシマレーザーである。エキシマレーザーとして、例えば、繰り返し周波数１０Ｈｚ〜３００Ｈｚ、パルス幅２５ｎ秒、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザーを用いることができる。また、パルス発振レーザーから発振されたレーザー光の走査において、１回のショットと次のショットとを一部重ねて（オーバーラップさせて）照射してもよい。１回のショットと次のショットとを一部重ねてレーザー光を照射することにより、部分的に単結晶の精製が繰り返し行われ、優れた特性を有する単結晶半導体層を得ることができる。

また、単結晶半導体層１２６を部分溶融させるためのレーザー光のエネルギー密度の取りうる範囲は、レーザー光の波長、レーザー光の表皮深さ、単結晶半導体層１２６の膜厚等を考慮して、単結晶半導体層１２６が完全に溶融しない程度とする。例えば、単結晶半導体層１２６の膜厚が大きい場合には、単結晶半導体層１２６が完全に溶融するまでに要するエネルギーも大きいため、レーザー光のエネルギー密度の範囲を大きくとることができる。また、単結晶半導体層１２６の膜厚が小さい場合には、単結晶半導体層１２６を完全に溶融するまでに要するエネルギーも小さいため、レーザー光のエネルギー密度を小さくすることが望ましい。

本実施の形態で示した方法を用いることにより、レーザー光の照射による単結晶半導体層の端部からの膜剥がれを抑制することができる。

なお、本実施の形態で示した構成は、本明細書の他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わせて行うことができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示したＳＯＩ基板の作製方法において、単結晶半導体基板１００とベース基板１２０との貼り合わせの一例に関して図２（Ａ）〜（Ｅ）を参照して詳細に説明する。

まず、単結晶半導体基板１００を準備する（図２（Ａ−１）参照）。

単結晶半導体基板１００の表面は、あらかじめ硫酸過水（ＳＰＭ：ｓｕｌｆｕｒｉｃａｃｉｄ／ｈｙｄｒｏｇｅｎｐｅｒｏｘｉｄｅｍｉｘｔｕｒｅ）、アンモニア過水（ＡＰＭ：ａｍｍｏｎｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅ／ｈｙｄｒｏｇｅｎｐｅｒｏｘｉｄｅｍｉｘｔｕｒｅ）、塩酸過水（ＨＰＭ：ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃａｃｉｄ／ｈｙｄｒｏｇｅｎｐｅｒｏｘｉｄｅｍｉｘｔｕｒｅ）、希フッ酸（ＤＨＦ：ｄｉｌｕｔｅｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｉｃａｃｉｄ）等を用いて適宜洗浄することが、汚染除去の点から好ましい。また、希フッ酸とオゾン水を交互に吐出して洗浄してもよい。

次に、単結晶半導体基板１００の表面に酸化膜１３２を形成する（図２（Ａ−２）参照）。

酸化膜１３２は、例えば、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等を単層で、又は積層させて形成することができる。これらの膜は、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いて形成することができる。酸化膜１３２としてＣＶＤ法を用いて酸化シリコン膜を形成する場合には、テトラエトキシシラン（略称；ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）等の有機シランを用いて作製される酸化シリコン膜を酸化膜１３２に用いることが、生産性の点から好ましい。

本実施の形態では、図２（Ａ−２）に示すように、単結晶半導体基板１００に熱酸化処理を行うことにより酸化膜１３２（ここでは、酸化珪素膜）を形成する。熱酸化処理は、ハロゲンが添加された酸化性雰囲気中で行うと、酸化膜１３２にハロゲン原子を含有させることができるため好ましい。

例えば、塩素（Ｃｌ）が添加された酸化性雰囲気中で単結晶半導体基板１００に熱酸化処理を行うことにより、塩素酸化された酸化膜１３２を形成することができる。この場合、酸化膜１３２は、塩素原子を含有した膜となる。

酸化膜１３２中に含有された塩素原子は、酸化膜１３２に歪みを形成する。その結果、酸化膜１３２の水分に対する吸収割合が向上し、拡散速度が増大する。つまり、酸化膜１３２の表面に水分が存在する場合に、当該表面に存在する水分を酸化膜１３２中に素早く吸収し、拡散させることができる。

熱酸化処理の一例としては、酸素に対し塩化水素（ＨＣｌ）を０．５〜１０体積％（好ましくは３体積％）の割合で含む酸化性雰囲気中で、７５０℃〜１１５０℃の温度、好ましくは９００℃〜１１００℃の温度（代表的には１０００℃）で行うことができる。処理時間は０．１〜６時間、好ましくは０．５〜１時間とすればよい。形成される酸化膜としては、１０ｎｍ〜１０００ｎｍ（好ましくは５０ｎｍ〜３００ｎｍ）、例えば１００ｎｍの厚さとする。塩素を含む酸化性雰囲気中で酸化膜１３２を形成することにより耐圧が向上し、また、単結晶半導体基板１００と酸化膜１３２の界面準位密度を低減することができる。

本実施の形態では、酸化膜１３２に含まれる塩素原子の濃度を１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３となるように制御する。酸化膜１３２に塩素原子を含有させることによって、外因性不純物である重金属（例えば、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ等）を酸化膜１３２で捕集して、単結晶半導体基板１００が汚染されることを防止する効果を奏する。

また、酸化膜１３２として、塩素酸化等によって塩素原子等のハロゲン原子を含ませた膜を用いることにより、単結晶半導体基板１００に悪影響を与える不純物（例えば、Ｎａ等の可動イオン）をゲッタリングすることができる。つまり、酸化膜１３２を形成した後に行われる熱処理により、単結晶半導体基板１００に含まれる不純物が酸化膜１３２に析出し、ハロゲンと反応して捕獲されることとなる。それにより酸化膜１３２中に捕集した当該不純物を固定して単結晶半導体基板１００の汚染を防ぐことができる。また、酸化膜１３２は、ベース基板としてガラス基板を用い、単結晶半導体基板１００とガラス基板とを貼り合わせた場合に、ガラスに含まれるＮａ等の不純物を固定して単結晶半導体基板の汚染を防ぐことができる。

特に、酸化膜１３２として、塩素酸化等によって塩素原子等のハロゲン原子を含ませた膜を用いることは、半導体基板の洗浄が不十分である場合や、再利用して繰り返し用いられる半導体基板の汚染物を除去する場合に有効となる。

また、酸化膜１３２に含有させるハロゲン原子は塩素原子に限られない。酸化膜１３２にフッ素原子を含有させてもよい。単結晶半導体基板１００の表面をフッ素酸化する方法としては、単結晶半導体基板１００をフッ酸に浸漬した後に酸化性雰囲気中で熱酸化処理を行う方法や、ＮＦ_３を酸化性雰囲気に添加して熱酸化処理を行う方法等がある。

次に、運動エネルギーを有するイオン１０３を単結晶半導体基板１００に照射することで、単結晶半導体基板１００の表面から所定の深さに結晶構造が損傷された脆化領域１０４を形成する（図２（Ａ−３）参照）。図２（Ａ−３）に示すように、酸化膜１３２を介して、加速されたイオン１０３を単結晶半導体基板１００に照射することで、単結晶半導体基板１００の表面から所定の深さに脆化領域１０４を形成することができる。イオン１０３は、ソースガスを励起してソースガスのプラズマを生成し、このプラズマに含まれるイオンを、電界の作用によりプラズマから引き出して加速したものである。

また、単結晶半導体基板１００を冷却しながらイオン１０３を照射することにより、脆化領域１０４を形成してもよい。単結晶半導体基板１００を冷却しながらイオン１０３を照射することによって、単結晶半導体基板１００の広い面積に一度にイオンを照射する場合であっても、単結晶半導体基板１００の温度上昇を抑制することができる。その結果、照射されたイオンの熱拡散を抑制し、添加されるイオンの深さ方向の分布の広がりを低減することができる。また、単結晶半導体基板１００の温度上昇を抑制することにより、単結晶半導体基板１００中に添加された水素の離脱を低減することができる。これにより、イオン１０３の照射時間を短くし、スループットを向上させることが可能となる。

本実施の形態では、イオンドーピング装置を用いて、単結晶半導体基板１００に水素を添加する。ソースガスとして水素を含むガスを用いる。照射するイオンについては、Ｈ_３ ^＋の比率が高まるようにするとよい。具体的には、Ｈ^＋、Ｈ_２ ^＋、Ｈ_３ ^＋の総量に対してＨ_３ ^＋の割合が５０％以上、より好ましくは８０％以上となるようにする。Ｈ_３ ^＋の割合を高めることで、イオンの照射による水素の添加効率を向上させることができる。

なお、イオンドーピング装置を用いた場合、重金属も同時に導入されるおそれがあるが、塩素原子を含有した酸化膜１３２を介してイオンの照射を行うことによって、重金属による単結晶半導体基板１００の汚染を防ぐことができる。

次に、ベース基板１２０を準備する（図２（Ｂ−１）参照）。

ベース基板１２０の表面は、あらかじめ洗浄しておくことが好ましい。具体的には、ベース基板１２０に対して、塩酸過水（ＨＰＭ）、硫酸過水（ＳＰＭ）、アンモニア過水（ＡＰＭ）、希フッ酸（ＤＨＦ）等を用いて超音波洗浄を行う。例えば、ベース基板１２０の表面を、塩酸過水を用いて超音波洗浄することが好ましい。このような洗浄処理を行うことによって、ベース基板１２０の表面の平坦性向上や、ベース基板１２０の表面に残存する研磨粒子の除去等ができる。

次に、ベース基板１２０の表面に窒素含有層１２１（例えば、窒化シリコン膜又は窒化酸化シリコン膜等の窒素を含有した絶縁膜）を形成する（図２（Ｂ−２）参照）。

本実施の形態において形成される窒素含有層１２１は、後に単結晶半導体基板１００上に設けられた酸化膜１３２と貼り合わせるための層（接合層）となる。また、窒素含有層１２１は、後にベース基板上に単結晶半導体層を設けた際に、ベース基板に含まれるナトリウム（Ｎａ）等の不純物が単結晶半導体層に拡散することを防ぐためのバリア層として機能する。

窒素含有層１２１を接合層として用いるため、その表面が所定の平坦性を有するように窒素含有層１２１を形成することが好ましい。具体的には、表面の平均面粗さ（Ｒａ）が０．５ｎｍ以下、自乗平均粗さ（Ｒｍｓ）が０．６０ｎｍ以下、より好ましくは、平均面粗さが０．３５ｎｍ以下、自乗平均粗さが０．４５ｎｍ以下となるように窒素含有層１２１を形成する。また、窒素含有層１２１の膜厚は、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とする。このように、表面の平坦性を高めておくことにより、単結晶半導体層の接合不良を防止することができる。

次に、単結晶半導体基板１００の表面とベース基板１２０の表面とを対向させ、酸化膜１３２の表面と窒素含有層１２１の表面とを接合させる（図２（Ｃ）参照）。

ここでは、単結晶半導体基板１００とベース基板１２０を酸化膜１３２と窒素含有層１２１を介して密着させた後、単結晶半導体基板１００の一箇所に１〜５００Ｎ／ｃｍ^２、好ましくは１〜２０Ｎ／ｃｍ^２程度の圧力を加える。圧力を加えた部分から酸化膜１３２と窒素含有層１２１とが接合しはじめ、自発的に接合が形成され全面に及ぶ。この接合工程は、ファンデルワールス力や水素結合が作用しており、熱処理を伴わず、常温で行うことができるため、ベース基板１２０に、ガラス基板のように耐熱温度が低い基板を用いることができる。

なお、単結晶半導体基板１００とベース基板１２０との貼り合わせを行う前に、単結晶半導体基板１００上に形成された酸化膜１３２と、ベース基板１２０上に形成された窒素含有層１２１の少なくとも一方に表面処理を行うことが好ましい。

表面処理としては、プラズマ処理、オゾン処理、メガソニック洗浄、２流体洗浄（純水や水素添加水等の機能水を窒素等のキャリアガスとともに吹き付ける方法）又はこれらの方法を組み合わせて行うことができる。特に、酸化膜１３２、窒素含有層１２１の少なくとも一方の表面にプラズマ処理を行った後に、オゾン処理、メガソニック洗浄、２流体洗浄等を行うことによって、酸化膜１３２の表面と窒素含有層１２１の表面の有機物等のゴミを除去し、表面を親水化することができる。その結果、酸化膜１３２と窒素含有層１２１の接合強度を向上させることができる。

ここで、オゾン処理の一例を説明する。例えば、酸素を含む雰囲気下で紫外線（ＵＶ）を照射することにより、被処理体表面にオゾン処理を行うことができる。酸素を含む雰囲気下で紫外線を照射するオゾン処理は、ＵＶオゾン処理または紫外線オゾン処理などとも言われる。酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち２００ｎｍ未満の波長を含む光と２００ｎｍ以上の波長を含む光を照射することにより、オゾンを生成させるとともに、オゾンから一重項酸素を生成させることができる。紫外線のうち１８０ｎｍ未満の波長を含む光を照射することにより、オゾンを生成させるとともに、オゾンから一重項酸素を生成させることもできる。

酸素を含む雰囲気下で、２００ｎｍ未満の波長を含む光および２００ｎｍ以上の波長を含む光を照射することにより起きる反応例を示す。
Ｏ_２＋ｈν（λ_１ｎｍ）→Ｏ（^３Ｐ）＋Ｏ（^３Ｐ）・・・（１）
Ｏ（^３Ｐ）＋Ｏ_２→Ｏ_３・・・（２）
Ｏ_３＋ｈν（λ_２ｎｍ）→Ｏ（^１Ｄ）＋Ｏ_２・・・（３）

上記反応式（１）において、酸素（Ｏ_２）を含む雰囲気下で２００ｎｍ未満の波長（λ_１ｎｍ）を含む光（ｈν）を照射することにより基底状態の酸素原子（Ｏ（^３Ｐ））が生成する。次に、反応式（２）において、基底状態の酸素原子（Ｏ（^３Ｐ））と酸素（Ｏ_２）とが反応してオゾン（Ｏ_３）が生成する。そして、反応式（３）において、生成されたオゾン（Ｏ_３）を含む雰囲気下で２００ｎｍ以上の波長（λ_２ｎｍ）を含む光が照射されることにより、励起状態の一重項酸素Ｏ（^１Ｄ）が生成される。酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち２００ｎｍ未満の波長を含む光を照射することによりオゾンを生成させるとともに、２００ｎｍ以上の波長を含む光を照射することによりオゾンを分解して一重項酸素を生成する。上記のようなオゾン処理は、例えば、酸素を含む雰囲気下での低圧水銀ランプの照射（λ_１＝１８５ｎｍ、λ_２＝２５４ｎｍ）により行うことができる。

また、酸素を含む雰囲気下で、１８０ｎｍ未満の波長を含む光を照射することにより起きる反応例を示す。
Ｏ_２＋ｈν（λ_３ｎｍ）→Ｏ（^１Ｄ）＋Ｏ（^３Ｐ）・・・（４）
Ｏ（^３Ｐ）＋Ｏ_２→Ｏ_３・・・（５）
Ｏ_３＋ｈν（λ_３ｎｍ）→Ｏ（^１Ｄ）＋Ｏ_２・・・（６）

上記反応式（４）において、酸素（Ｏ_２）を含む雰囲気下で１８０ｎｍ未満の波長（λ_３ｎｍ）を含む光を照射することにより、励起状態の一重項酸素Ｏ（^１Ｄ）と基底状態の酸素原子（Ｏ（^３Ｐ））が生成する。次に、反応式（５）において、基底状態の酸素原子（Ｏ（^３Ｐ））と酸素（Ｏ_２）とが反応してオゾン（Ｏ_３）が生成する。反応式（６）において、生成されたオゾン（Ｏ_３）を含む雰囲気下で１８０ｎｍ未満の波長（λ_３ｎｍ）を含む光が照射されることにより、励起状態の一重項酸素と酸素が生成される。酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち１８０ｎｍ未満の波長を含む光を照射することによりオゾンを生成させるとともにオゾンまたは酸素を分解して一重項酸素を生成する。上記のようなオゾン処理は、例えば、酸素を含む雰囲気下でのＸｅエキシマＵＶランプの照射（λ_３＝１７２ｎｍ）により行うことができる。

２００ｎｍ未満の波長を含む光により被処理体表面に付着する有機物などの化学結合を切断し、オゾンまたはオゾンから生成された一重項酸素により被処理体表面に付着する有機物、または化学結合を切断した有機物などを酸化分解して除去することができる。上記のようなオゾン処理を行うことで、被処理体表面の親水性および清浄性を高めることができ、貼り合わせを良好に行うことができる。

酸素を含む雰囲気下で紫外線を照射することによりオゾンが生成される。オゾンは、被処理体表面に付着する有機物の除去に効果を奏する。また、一重項酸素も、オゾンと同等またはそれ以上に、被処理体表面に付着する有機物の除去に効果を奏する。オゾン及び一重項酸素は、活性状態にある酸素の例であり、総称して活性酸素とも言われる。上記反応式等で説明したとおり、一重項酸素を生成する際にオゾンが生じる、またはオゾンから一重項酸素を生成する反応もあるため、ここでは一重項酸素が寄与する反応も含めて、便宜的にオゾン処理と称する。

また、酸化膜１３２と窒素含有層１２１を接合させた後、接合強度を増加させるための熱処理を行うことが好ましい。この熱処理の温度は、脆化領域１０４に亀裂を発生させない温度とし、例えば、室温以上４００℃未満の温度範囲で処理する。また、この温度範囲で加熱しながら、酸化膜１３２と窒素含有層１２１を接合させてもよい。熱処理には、拡散炉、抵抗加熱炉等の加熱炉、ＲＴＡ（瞬間熱アニール、ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌ）装置、マイクロ波加熱装置等を用いることができる。

一般に、酸化膜１３２と窒素含有層１２１の接合と同時又は接合させた後に熱処理を行うと、接合界面において脱水反応が進行し、接合界面同士が近づき、水素結合の強化や共有結合が形成されることにより接合が強化される。脱水反応を促進させるためには、脱水反応により接合界面に生じる水分を高温で熱処理を行うことにより除去する必要がある。つまり、接合後の熱処理温度が低い場合には、脱水反応で接合界面に生じた水分を効果的に除去できないため、脱水反応が進まず接合強度を十分に向上させることが難しい。

一方で、酸化膜１３２として、塩素原子等を含有した酸化膜を用いると、当該酸化膜１３２が水分を吸収し拡散させることができる。そのため、接合後の熱処理を低温で行う場合であっても、脱水反応で接合界面に生じた水分を酸化膜１３２へ吸収し拡散させ、脱水反応を効率良く促進させることができる。この場合、ベース基板１２０としてガラス等の耐熱性が低い基板を用いた場合であっても、酸化膜１３２と窒素含有層１２１の接合強度を十分に向上させることが可能となる。また、バイアス電圧を印加してプラズマ処理を行うことにより、酸化膜１３２の表面近傍にマイクロポアを形成し、水分を効果的に吸収し拡散させ、低温であっても酸化膜１３２と窒素含有層１２１の接合強度を向上させることができる。

次に、熱処理を行い脆化領域１０４において単結晶半導体基板１００を分離することにより、ベース基板１２０上に、酸化膜１３２及び窒素含有層１２１を介して単結晶半導体層１２４を設ける（図２（Ｄ）参照）。

熱処理による温度上昇によって、脆化領域１０４に形成されている微小な孔には、イオンの照射によって添加された元素が析出し、内部の圧力が上昇する。圧力の上昇により、脆化領域１０４の微小な孔に体積変化が起こり、脆化領域１０４に亀裂が生じて、脆化領域１０４に沿って単結晶半導体基板１００が分離する。酸化膜１３２はベース基板１２０に設けられた窒素含有層１２１に接合しているので、ベース基板１２０上には単結晶半導体基板１００から分離された単結晶半導体層１２４が形成される。また、ここでの熱処理の温度は、ベース基板１２０の歪み点を越えない温度とする。

なお、上述した酸化膜１３２と窒素含有層１２１との接合強度を増加させるための熱処理を行わず、図２（Ｄ）の熱処理を行うことにより、酸化膜１３２と窒素含有層１２１との接合強度の増加のための熱処理工程と、脆化領域１０４における分離のための熱処理工程を同時に行ってもよい。

本実施の形態で示す方法を用いることによって、窒素含有層１２１を接合層として用いた場合であっても、ベース基板１２０と単結晶半導体層１２４との接合強度を向上させ、信頼性を向上させることができる。その結果、ベース基板１２０と単結晶半導体層１２４とが強固に密着すると共に、ベース基板１２０上に形成される単結晶半導体層１２４への不純物の拡散を抑制したＳＯＩ基板を形成することができる。

また、ベース基板側に窒素含有層を設け、半導体基板側に塩素原子等のハロゲン原子を有する酸化膜を形成することにより、作製工程を簡略化すると共にベース基板との貼り合わせ前に当該半導体基板へ不純物元素が侵入することを抑制することができる。また、半導体基板側に設ける接合層として塩素原子等のハロゲン原子を有する酸化膜を形成することにより、接合後の熱処理を低温で行う場合であっても、脱水反応を効率良く促進させることにより接合強度を向上させることができる。

次に、単結晶半導体層１２４の端部、窒素含有層１２１の端部及び酸化膜１３２の端部を除去する。この除去工程は、例えばフォトグラフィ技術及びエッチング技術により行う。

まず、単結晶半導体層１２４上に所望の形状のレジストマスクを形成する。本実施の形態では、単結晶半導体層１２４のうち、凹凸が存在する端面（エッジ部分）を有する端部を除去するため、単結晶半導体層１２４よりも一回り小さいレジストマスクを形成する。レジストマスクは、ウェーハ周辺露光装置を用いて容易に形成することができる。

次に、レジストマスクを用いて単結晶半導体層１２４の端部を除去して単結晶半導体層１３６を形成する。単結晶半導体層１２４の端部の除去は、例えばエッチングにより行う。エッチングは実施の形態１で説明した方法で行うことができる。

単結晶半導体層１２４を得るための単結晶半導体基板１００の分離工程によって、単結晶半導体基板１００の端部において、単結晶半導体層１２４の分離面に単結晶半導体基板１００の一部が残存し、若しくは単結晶半導体層１２４の一部が剥がれてしまうため、単結晶半導体層１２４の端部がぼろぼろの状態になる。これにより、単結晶半導体基板１００の端部において、単結晶半導体層１２４の下面と下層の上面との間に隙間ができる。または、単結晶半導体基板１００の分離工程によって、単結晶半導体層１２４の端部において、単結晶半導体層１２４と絶縁層１０２との密着性が弱くなる。

そこで本実施の形態では、レーザー光の照射の前に単結晶半導体層１２４の端部を除去する。端部を除去することによって、端部の端面を平滑にするとともに、レーザー光の照射による単結晶半導体層の膜剥がれを抑えることができる。

次に、先の工程で形成したレジストマスクを用いて窒素含有層１２１の端部（単結晶半導体基板１００の側面に設けられた部分を含む）及び酸化膜１３２の端部を除去して、窒素含有層１３８及び酸化膜１４０を形成する。窒素含有層１２１の端部及び酸化膜１３２の端部の除去は、例えばエッチングにより行う。

エッチングは、ドライエッチング又はウェットエッチングにより行うことができるが、ベース基板１２０がエッチングされないようにすることが好ましい。好ましくは、レジストマスクを用いて窒素含有層１２１の端部及び酸化膜１３２の端部をドライエッチングにより除去することによって、端面（エッジ部分）が平滑な窒素含有層１３８及び酸化膜１４０を得る（図２（Ｅ）参照）。

なお、窒素含有層１３８の端面及び酸化膜１４０の端面が平滑である場合は、窒素含有層１３８及び酸化膜１４０のエッチングを省略してもよい。

その後、レジストマスクを除去する。

以上の工程により、ベース基板１２０上に酸化膜１４０及び窒素含有層１３８を介して単結晶半導体層１３６が設けられたＳＯＩ基板を作製することができる。

その後、実施の形態１と同様に、ベース基板１２０上に形成された単結晶半導体層１３６の表面にレーザー光を照射することによって、単結晶半導体層１３６の表面を平坦化すると共に、単結晶半導体層１３６の表層部の結晶性を回復（再単結晶化）させる。

なお、本実施の形態では、単結晶半導体基板１００上に酸化膜１３２を形成し、ベース基板１２０上に窒素含有層１２１を形成する場合を示したが、これに限られない。例えば、単結晶半導体基板１００上に酸化膜１３２と窒素含有層１２１を順に積層させて形成し、酸化膜１３２上に形成された窒素含有層１２１の表面とベース基板１２０の表面とを接合させてもよい。この場合、窒素含有層１２１は脆化領域１０４の形成前に設けてもよいし、形成後に設けてもよい。なお、窒素含有層１２１の上に、酸化膜（例えば、酸化シリコン膜）を形成し、当該酸化膜の表面とベース基板１２０の表面とを接合させてもよい。

また、ベース基板１２０から単結晶半導体層１３６への不純物の混入が問題とならない場合には、ベース基板１２０上に窒素含有層１２１を設けずに、単結晶半導体基板１００上に設けられた酸化膜１３２の表面とベース基板１２０の表面とを接合させてもよい。この場合、窒素含有層を設ける工程を省略することができる。

なお、本実施の形態で示した構成は、他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わせて行うことができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２で示した方法で作製したＳＯＩ基板を用いて、半導体装置を作製する方法を説明する。また、ＳＯＩ基板を用いて作製した半導体装置を適用した表示装置について説明する。

本実施の形態では、実施の形態２の図２（Ａ）〜（Ｅ）を用いて説明した方法で作製したＳＯＩ基板を用いて、半導体装置を作製する方法について説明する。なお、ＳＯＩ基板として、実施の形態１で示した方法で作製したＳＯＩ基板や、実施の形態２で示した他の方法で作製したＳＯＩ基板を用いることもできる。

まず、図４（Ａ）〜（Ｄ）及び図５（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、ｎチャネル型薄膜トランジスタ及びｐチャネル型薄膜トランジスタを作製する方法の一例を説明する。複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を組み合わせることで、各種の半導体装置を形成することができる。

図４（Ａ）は、図２（Ａ）〜（Ｅ）を用いて説明した方法で作製したＳＯＩ基板の断面図である。

まず、エッチングにより、単結晶半導体層１３６を素子分離して、図４（Ｂ）に示すように半導体層２５１、半導体層２５２を形成する。半導体層２５１はｎチャネル型ＴＦＴを構成し、半導体層２５２はｐチャネル型ＴＦＴを構成する。

図４（Ｃ）に示すように、半導体層２５１、半導体層２５２上に絶縁膜２５４を形成する。次に、絶縁膜２５４を介して半導体層２５１上にゲート電極２５５を形成し、半導体層２５２上にゲート電極２５６を形成する。

なお、単結晶半導体層１３６のエッチングを行う前に、ＴＦＴのしきい値電圧を制御するために、ホウ素、アルミニウム、ガリウム等の不純物元素、又はリン、ヒ素等の不純物元素を単結晶半導体層１３６に添加することが好ましい。例えば、ｎチャネル型ＴＦＴが形成される領域にホウ素、アルミニウム、ガリウム等の不純物元素を添加し、ｐチャネル型ＴＦＴが形成される領域にリン、ヒ素等の不純物元素を添加する。

次に、図４（Ｄ）に示すように半導体層２５１にｎ型の低濃度不純物領域２５７を形成し、半導体層２５２にｐ型の高濃度不純物領域２５９を形成する。

具体的には、まず、半導体層２５１にｎ型の低濃度不純物領域２５７を形成する。このため、ｐチャネル型ＴＦＴとなる半導体層２５２をレジストマスクで覆う。次に、イオンドーピング法又はイオン注入法により不純物元素を半導体層２５１に添加する。不純物元素として、リン又はヒ素を添加すればよい。不純物元素の添加工程では、ゲート電極２５５がマスクとして機能して、半導体層２５１にｎ型の低濃度不純物領域２５７が自己整合的に形成される。半導体層２５１のゲート電極２５５と重なる領域はチャネル形成領域２５８となる。

次に、半導体層２５２を覆うマスクを除去した後、ｎチャネル型ＴＦＴとなる半導体層２５１をレジストマスクで覆う。次に、イオンドーピング法又はイオン注入法により不純物元素を半導体層２５２に添加する。不純物元素として、ボロンを添加すればよい。不純物元素の添加工程では、ゲート電極２５６がマスクとして機能して、半導体層２５２にｐ型の高濃度不純物領域２５９が自己整合的に形成される。高濃度不純物領域２５９はソース領域又はドレイン領域として機能する。半導体層２５２のゲート電極２５６と重なる領域はチャネル形成領域２６０となる。ここでは、ｎ型の低濃度不純物領域２５７を形成した後、ｐ型の高濃度不純物領域２５９を形成する方法を説明したが、先にｐ型の高濃度不純物領域２５９を形成することもできる。

次に、半導体層２５１を覆うマスクを除去した後、プラズマＣＶＤ法等によって窒化シリコン等の窒素化合物や酸化シリコン等の酸化物からなる絶縁膜を単層で、又は積層させて形成する。この絶縁膜を垂直方向の異方性エッチングすることで、図５（Ａ）に示すように、ゲート電極２５５、ゲート電極２５６の側面にそれぞれ接するサイドウォール絶縁膜２６１、サイドウォール絶縁膜２６２を形成する。この異方性エッチングにより、絶縁膜２５４もエッチングされる。

次に、図５（Ｂ）に示すように、半導体層２５２をレジスト２６５で覆う。半導体層２５１にソース領域又はドレイン領域として機能する高濃度不純物領域を形成するために、イオン注入法又はイオンドーピング法により半導体層２５１に高ドーズ量で不純物元素を添加する。不純物元素の添加工程では、ゲート電極２５５及びサイドウォール絶縁膜２６１がマスクとして機能して、半導体層２５１にｎ型の高濃度不純物領域２６７が形成される。

次に、半導体層２５２を覆うマスクを除去した後、不純物元素の活性化のための熱処理を行う。

活性化のための熱処理の後、図５（Ｃ）に示すように、水素を含んだ絶縁膜２６８を形成する。絶縁膜２６８は、プロセス温度が３５０℃以下のプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを堆積して形成することができる。絶縁膜２６８を形成後、３５０℃以上４５０℃以下の温度で熱処理を行い、絶縁膜２６８中に含まれる水素を半導体層２５１、半導体層２５２中に拡散させる。半導体層２５１、半導体層２５２に水素を供給することで、半導体層２５１中、半導体層２５２中、半導体層２５１と絶縁膜２５４との界面、及び２５２と絶縁膜２５４との界面での、捕獲中心となるような欠陥を効果的に補償することができる。

その後、層間絶縁膜２６９を形成する。層間絶縁膜２６９は、酸化シリコン膜、ＢＰＳＧ（ＢｏｒｏｎＰｈｏｓｐｈｏｒｕｓＳｉｌｉｃｏｎＧｌａｓｓ）膜等の無機材料でなる絶縁膜、又は、ポリイミド、アクリル等の有機樹脂膜を単層で、又は積層させて形成することができる。

層間絶縁膜２６９にコンタクトホールを形成した後、図５（Ｃ）に示すように配線２７０を形成する。配線２７０は、例えば、アルミニウム膜又はアルミニウム合金膜等の低抵抗金属膜をバリアメタル膜で挟んだ３層構造の導電膜で形成することができる。バリアメタル膜は、モリブデン、クロム、チタン等の金属膜で形成することができる。

以上の工程により、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを有する半導体装置を作製することができる。

図４（Ａ）〜（Ｄ）及び図５（Ａ）〜（Ｃ）を参照してＴＦＴの作製方法を説明したが、ＴＦＴの他、容量、抵抗等の各種の半導体素子をＴＦＴと共に形成することで、高付加価値の半導体装置を作製することができる。以下、図面を参照しながら半導体装置の具体的な態様を説明する。

まず、半導体装置の一例として、マイクロプロセッサについて説明する。図６はマイクロプロセッサ５００の構成例を示すブロック図である。

マイクロプロセッサ５００は、演算回路５０１（Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｌｏｇｉｃｕｎｉｔ。ＡＬＵともいう。）、演算回路制御部５０２（ＡＬＵＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、命令解析部５０３（ＩｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＤｅｃｏｄｅｒ）、割り込み制御部５０４（ＩｎｔｅｒｒｕｐｔＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、タイミング制御部５０５（ＴｉｍｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、レジスタ５０６（Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）、レジスタ制御部５０７（ＲｅｇｉｓｔｅｒＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、バスインターフェース５０８（ＢｕｓＩ／Ｆ）、読み出し専用メモリ５０９（Ｒｅａｄ−ＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ。ＲＯＭともいう。）、及びメモリインターフェース５１０を有している。

バスインターフェース５０８を介してマイクロプロセッサ５００に入力された命令は、命令解析部５０３に入力され、デコードされた後、演算回路制御部５０２、割り込み制御部５０４、レジスタ制御部５０７、タイミング制御部５０５に入力される。演算回路制御部５０２、割り込み制御部５０４、レジスタ制御部５０７、タイミング制御部５０５は、デコードされた命令に基づき様々な制御を行う。

演算回路制御部５０２は、演算回路５０１の動作を制御するための信号を生成する。また、割り込み制御部５０４は、マイクロプロセッサ５００のプログラム実行中に、外部の入出力装置や周辺回路からの割り込み要求を処理する回路であり、割り込み制御部５０４は、割り込み要求の優先度やマスク状態を判断して、割り込み要求を処理する。レジスタ制御部５０７は、レジスタ５０６のアドレスを生成し、マイクロプロセッサ５００の状態に応じてレジスタ５０６の読み出しや書き込みを行う。タイミング制御部５０５は、演算回路５０１、演算回路制御部５０２、命令解析部５０３、割り込み制御部５０４、及びレジスタ制御部５０７の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えば、タイミング制御部５０５は、基準クロック信号ＣＬＫ１を元に、内部クロック信号ＣＬＫ２を生成する内部クロック生成部を備えている。図６に示すように、内部クロック信号ＣＬＫ２は他の回路に入力される。

次に、非接触でデータの送受信を行う機能、及び演算機能を備えた半導体装置の態様について説明する。このような半導体装置の一例として、無線通信により外部装置と信号の送受信を行って動作するコンピュータ（以下、「ＲＦＣＰＵ」という。）について説明する。図７は、ＲＦＣＰＵの構成例を示すブロック図である。

図７に示すように、ＲＦＣＰＵ５１１は、アナログ回路部５１２、デジタル回路部５１３、アンテナ５２８、及び容量部５２９を有している。アナログ回路部５１２は、共振容量を有する共振回路５１４、整流回路５１５、定電圧回路５１６、リセット回路５１７、発振回路５１８、復調回路５１９、変調回路５２０、及び電源管理回路５３０を有している。デジタル回路部５１３は、ＲＦインターフェース５２１、制御レジスタ５２２、クロックコントローラ５２３、インターフェース５２４、中央処理ユニット５２５（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ５２６（ＲＡＭ）、及び読み出し専用メモリ５２７（ＲＯＭ）を有している。

ＲＦＣＰＵ５１１の動作の概要は以下の通りである。アンテナ５２８が受信した信号によって、共振回路５１４で誘導起電力が生じる。誘導起電力は、整流回路５１５を経て容量部５２９に充電される。この容量部５２９はセラミックコンデンサーや電気二重層コンデンサー等のキャパシタで形成されていることが好ましい。容量部５２９は、ＲＦＣＰＵ５１１を構成する基板に集積されている必要はなく、他の部品としてＲＦＣＰＵ５１１に組み込むこともできる。

リセット回路５１７は、デジタル回路部５１３をリセットし初期化する信号を生成する。例えば、リセット回路５１７は、電源電圧の上昇に遅延して立ち上がる信号をリセット信号として生成する。発振回路５１８は、定電圧回路５１６により生成される制御信号に応じて、クロック信号の周波数とデューティー比を変更する。復調回路５１９は、受信信号を復調する回路であり、変調回路５２０は、送信するデータを変調する回路である。

例えば、復調回路５１９はローパスフィルタで形成され、振幅変調（ＡＳＫ）方式の受信信号を、その振幅の変動をもとに、二値化する。また、送信データを振幅変調（ＡＳＫ）方式の送信信号の振幅を変動させて送信するため、変調回路５２０は、共振回路５１４の共振点を変化させることで通信信号の振幅を変化させている。

クロックコントローラ５２３は、電源電圧又は中央処理ユニット５２５における消費電流に応じてクロック信号の周波数とデューティー比を変更するための制御信号を生成している。電源電圧の監視は電源管理回路５３０が行っている。

アンテナ５２８からＲＦＣＰＵ５１１に入力された信号は復調回路５１９で復調された後、ＲＦインターフェース５２１で制御コマンドやデータ等に分解される。制御コマンドは制御レジスタ５２２に格納される。制御コマンドには、読み出し専用メモリ５２７に記憶されているデータの読み出し、ランダムアクセスメモリ５２６へのデータの書き込み、中央処理ユニット５２５への演算命令等が含まれている。

中央処理ユニット５２５は、インターフェース５２４を介して読み出し専用メモリ５２７、ランダムアクセスメモリ５２６、制御レジスタ５２２にアクセスする。インターフェース５２４は、中央処理ユニット５２５が要求するアドレスより、読み出し専用メモリ５２７、ランダムアクセスメモリ５２６、制御レジスタ５２２のいずれかに対するアクセス信号を生成する機能を有している。

中央処理ユニット５２５の演算方式は、読み出し専用メモリ５２７にＯＳ（オペレーティングシステム）を記憶させておき、起動とともにプログラムを読み出し実行する方式を採用することができる。また、専用回路で演算回路を構成して、演算処理をハードウェア的に処理する方式を採用することもできる。ハードウェアとソフトウェアを併用する方式では、専用の演算回路で一部の演算処理を行い、プログラムを使って、残りの演算を中央処理ユニット５２５が処理する方式を適用できる。

次に、図８（Ａ）（Ｂ）、図９（Ａ）（Ｂ）を用いて、上記ＳＯＩ基板を用いて作製した半導体装置を適用した表示装置の構成の一例について説明する。

図８（Ａ）（Ｂ）は液晶表示装置の一例を説明するための図面である。図８（Ａ）は液晶表示装置の画素の平面図であり、図８（Ｂ）は、Ｊ−Ｋ切断線による図８（Ａ）の断面図である。

図８（Ａ）に示すように、画素は、単結晶半導体層３２０、単結晶半導体層３２０と交差している走査線３２２、走査線３２２と交差している信号線３２３、画素電極３２４、画素電極３２４と単結晶半導体層３２０を電気的に接続する電極３２８を有する。単結晶半導体層３２０は、ベース基板１２０上に設けられた単結晶半導体層から形成された層であり、画素のＴＦＴ３２５を構成する。

ＳＯＩ基板として、実施の形態２の図２（Ａ）〜（Ｅ）を用いて説明した方法で作製したＳＯＩ基板を用いる場合について説明する。なお、ＳＯＩ基板として、実施の形態１で示した方法で作製したＳＯＩ基板や、実施の形態２で示した他の方法で作製したＳＯＩ基板を用いることもできる。

図８（Ｂ）に示すように、ベース基板１２０上に、酸化膜１３２及び窒素含有層１２１を介して単結晶半導体層３２０が積層されている。ベース基板１２０としては、ガラス基板を用いることができる。ＴＦＴ３２５の単結晶半導体層３２０は、ＳＯＩ基板の単結晶半導体層をエッチングにより素子分離して形成された膜である。単結晶半導体層３２０には、チャネル形成領域３４０、不純物元素が添加されたｎ型の高濃度不純物領域３４１が形成されている。ＴＦＴ３２５のゲート電極は走査線３２２に含まれ、ソース電極及びドレイン電極の一方は信号線３２３に含まれている。

層間絶縁膜３２７上には、信号線３２３、画素電極３２４及び電極３２８が設けられている。層間絶縁膜３２７上には、柱状スペーサ３２９が形成されている。信号線３２３、画素電極３２４、電極３２８及び柱状スペーサ３２９を覆って配向膜３３０が形成されている。対向基板３３２には、対向電極３３３、対向電極を覆う配向膜３３４が形成されている。柱状スペーサ３２９は、ベース基板１２０と対向基板３３２の隙間を維持するために形成される。柱状スペーサ３２９によって形成される隙間に液晶層３３５が形成されている。信号線３２３及び電極３２８と高濃度不純物領域３４１との接続部は、コンタクトホールの形成によって層間絶縁膜３２７に段差が生じるので、この接続部では液晶層３３５の液晶の配向が乱れやすい。そのため、この段差部に柱状スペーサ３２９を形成して、液晶の配向の乱れを防ぐ。

次に、エレクトロルミネセンス表示装置（以下、ＥＬ表示装置という。）の一例について図９（Ａ）（Ｂ）を参照して説明する。図９（Ａ）はＥＬ表示装置の画素の平面図であり、図９（Ｂ）は、Ｊ−Ｋ切断線による図９（Ａ）の断面図である。

図９（Ａ）に示すように、画素は、選択用トランジスタ４０１、表示制御用トランジスタ４０２、走査線４０５、信号線４０６、電流供給線４０７、画素電極４０８を含む。エレクトロルミネセンス材料を含んで形成される層（ＥＬ層）を一対の電極間に挟んだ構造の発光素子が各画素に設けられている。発光素子の一方の電極が画素電極４０８である。また、半導体層４０３には、選択用トランジスタ４０１のチャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域が形成されている。半導体層４０４には、表示制御用トランジスタ４０２のチャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域が形成されている。半導体層４０３、半導体層４０４は、ベース基板上に設けられた単結晶半導体層から形成された層である。

選択用トランジスタ４０１において、ゲート電極は走査線４０５に含まれ、ソース電極又はドレイン電極の一方は信号線４０６に含まれ、他方は電極４１１として形成されている。表示制御用トランジスタ４０２は、ゲート電極４１２が電極４１１と電気的に接続され、ソース電極又はドレイン電極の一方は、画素電極４０８に電気的に接続される電極４１３として形成され、他方は、電流供給線４０７に含まれている。

表示制御用トランジスタ４０２はｐチャネル型ＴＦＴである。図９（Ｂ）に示すように、半導体層４０４には、チャネル形成領域４５１、及びｐ型の高濃度不純物領域４５２が形成されている。なお、ＳＯＩ基板には、実施の形態１又は２で示した方法で作製したＳＯＩ基板が用いられている。

表示制御用トランジスタ４０２のゲート電極４１２を覆って、層間絶縁膜４２７が形成されている。層間絶縁膜４２７上に、信号線４０６、電流供給線４０７、電極４１１、電極４１３等が形成されている。また、層間絶縁膜４２７上には、電極４１３に電気的に接続されている画素電極４０８が形成されている。画素電極４０８は周辺部が絶縁性の隔壁層４２８で囲まれている。画素電極４０８上にはＥＬ層４２９が形成され、ＥＬ層４２９上には対向電極４３０が形成されている。補強板として対向基板４３１が設けられており、対向基板４３１は樹脂層４３２によりベース基板１２０に固定されている。

ＥＬ表示装置の階調の制御は、発光素子の輝度を電流で制御する電流駆動方式と、電圧で制御する電圧駆動方式とがある。電流駆動方式は、画素ごとでトランジスタの特性値の差が大きい場合、採用することは困難である。電流駆動方式を採用するためには、特性のばらつきを補正する補正回路が必要になる。本実施の形態においては、ＳＯＩ基板の作製方法でＥＬ表示装置の作製方法に採用することで、選択用トランジスタ４０１及び表示制御用トランジスタ４０２は画素ごとに特性のばらつきがなくなるため、電流駆動方式を採用することができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１又は２で示した方法で作製したＳＯＩ基板を用いた電子機器について説明する。

電気機器としては、ビデオカメラやデジタルカメラ等のカメラ、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機又は電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌｖｅｒｓａｔｉｌｅｄｉｓｃ）等の記録媒体に記憶された音声データを再生し、かつ記憶された画像データを表示しうる表示装置を備えた装置等が含まれる。それらの一例として、携帯電話の構成を以下に示す。

図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、実施の形態１又は２で示した方法で作製したＳＯＩ基板を用いた携帯電話の一例を示し、図１０（Ａ）が正面図、図１０（Ｂ）が背面図、図１０（Ｃ）が２つの筐体をスライドさせたときの正面図である。携帯電話は、筐体７０１及び筐体７０２二つの筐体で構成されている。携帯電話は、携帯電話と携帯情報端末の双方の機能を備えており、コンピュータを内蔵し、音声通話以外にも様々なデータ処理が可能な所謂スマートフォンである。

携帯電話は、筐体７０１及び筐体７０２で構成されている。筐体７０１においては、表示部７０３、スピーカ７０４、マイクロフォン７０５、操作キー７０６、ポインティングデバイス７０７、表面カメラ用レンズ７０８、外部接続端子ジャック７０９及びイヤホン端子７１０等を備え、筐体７０２においては、キーボード７１１、外部メモリスロット７１２、裏面カメラ７１３、ライト７１４等により構成されている。また、アンテナは筐体７０１に内蔵されている。

また、携帯電話には、上記の構成に加えて、非接触型ＩＣチップ、小型記録装置等を内蔵していてもよい。

重なり合った筐体７０１と筐体７０２（図１０（Ａ）参照）はスライドさせることが可能であり、スライドさせることで図１０（Ｃ）のように展開する。表示部７０３には、実施の形態１又は２で説明した方法で作製したＳＯＩ基板を用いた表示パネル又は表示装置を組み込むことが可能である。表示部７０３と表面カメラ用レンズ７０８を同一の面に備えているため、テレビ電話としての使用が可能である。また、表示部７０３をファインダーとして用いることで、裏面カメラ７１３及びライト７１４で静止画及び動画の撮影が可能である。

スピーカ７０４及びマイクロフォン７０５を用いることで、携帯電話は、音声記録装置（録音装置）又は音声再生装置として使用することができる。また、操作キー７０６により、電話の発着信操作、電子メール等の簡単な情報入力操作、表示部に表示する画面のスクロール操作、表示部に表示する情報の選択等を行うカーソルの移動操作等が可能である。

また、書類の作成、携帯情報端末としての使用等、取り扱う情報が多い場合は、キーボード７１１を用いると便利である。携帯情報端末として使用する場合には、キーボード７１１及びポインティングデバイス７０７を用いて、円滑な操作が可能である。外部接続端子ジャック７０９はＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブル等の各種ケーブルと接続可能であり、充電及びパーソナルコンピュータ等とのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット７１２に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動が可能になる。

筐体７０２の裏面（図１０（Ｂ）参照）には、裏面カメラ７１３及びライト７１４を備え、表示部７０３をファインダーとして静止画及び動画の撮影が可能である。

また、上記の機能構成に加えて、赤外線通信機能、ＵＳＢポート、テレビワンセグ受信機能、非接触ＩＣチップ又はイヤホンジャック等を備えたものであってもよい。

以上のように、実施の形態１又は２で示した方法で作製したＳＯＩ基板を電子機器の表示部に組み込むことによって、信頼性を向上させることができる。

本実施例では、実施の形態２で示した作製方法によって形成した単結晶半導体層において、単結晶半導体層の端部の除去の有無による影響を、図１１（Ａ−１）、（Ａ−２）、（Ｂ−１）、（Ｂ−２）、図１２（Ａ−１）、（Ａ−２）、（Ｂ−１）、（Ｂ−２）に示す光学顕微鏡写真を用いて説明する。なお、図１１（Ａ−１）、（Ｂ−１）、図１２（Ａ−１）、（Ｂ−１）は明視野観察による写真であり、図１１（Ａ−２）、（Ｂ−２）、図１２（Ａ−２）、（Ｂ−２）は暗視野観察による写真である。

本実施例で観察した試料Ａ、試料Ｂ、試料Ｃ、試料Ｄの作製方法について以下に説明する。なお、試料Ａ、試料Ｂ、試料Ｃ、試料Ｄについて、単結晶半導体層の端部の除去工程までの作製方法は同じであるため、まとめて説明する。

単結晶半導体基板として、５インチ角の矩形状である単結晶シリコン基板を用いた。またベース基板として、厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラス基板（商品名ＡＮ１００）を用いた。

まず、単結晶シリコン基板の表面に酸化膜を形成した。塩素が添加された酸化性雰囲気中で単結晶シリコン基板に熱酸化処理を行うことにより、当該単結晶シリコン基板上に酸化膜を形成した。本実施例では、酸素に対し塩化水素（ＨＣｌ）を３体積％の割合で含む酸化性雰囲気中で、温度９５０℃、処理時間２１０分として熱酸化処理を行った。その結果、１００ｎｍの厚さの酸化膜が形成された。

次に、イオンドーピング装置を用いて、酸化膜を介して単結晶シリコン基板に水素イオンを照射することにより、単結晶シリコン基板の表面から所定の深さに脆化領域を形成した。

次に、酸化膜の表面とベース基板の表面とを対向させ、酸化膜を介して単結晶シリコン基板とベース基板とを貼り合わせた。

次に、熱処理を行って脆化領域に沿って単結晶シリコン基板を分離することによって、ベース基板上に酸化膜を介して単結晶シリコン層が設けられたＳＯＩ基板を作製した。熱処理は、加熱炉を用いて加熱温度２００℃で２時間行った後、加熱温度６００℃で２時間行った。また、分離後の単結晶シリコン層の厚さは１４０ｎｍであった。

分離後の単結晶シリコン層を全体的にエッチング（エッチバック）し、膜厚を１１０ｎｍとした。以上により作製したＳＯＩ基板を試料Ａとする。

図１１（Ａ−１）、（Ａ−２）に、試料Ａの端部の光学顕微鏡写真を示す。図１１（Ａ−１）、（Ａ−２）から、単結晶シリコン層の端部の端面は凹凸を有することが観察される。

次に、上記の工程で得られた単結晶シリコン層の端部と酸化膜の端部をエッチングにより除去した。まずフォトリソグラフィ法により、単結晶シリコン層上にレジストマスクを形成した。レジストマスクは、単結晶シリコン層上であって、当該単結晶シリコン層のうち、凹凸の端面を有する端部を除去するため、当該端部を覆わないように形成した。本実施例では、単結晶シリコン層の外周端とレジストマスクの外周端との距離がおよそ８ｍｍとなるようにレジストマスクを形成した。

次に、レジストマスクを用いて、単結晶シリコン層の端部及び酸化膜の端部のエッチングを順に行った。エッチングとして、平行平板型ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）装置を用いたドライエッチングを行った。

まず単結晶シリコン層に対し、平行平板のバイアスパワーを３００Ｗ、チャンバー内圧力２００ｍＴｏｒｒ、エッチングガスにフッ素系ガスを用い、ガス流量比をＳＦ_６：Ｈｅ＝２０：２０（ｓｃｃｍ）として、１２０秒間程度エッチング処理を行い、単結晶シリコン層の端部を除去した。次に、平行平板のバイアスパワーを１５０Ｗ、チャンバー内圧力２００ｍＴｏｒｒ、エッチングガスにフッ素系ガスを用い、ガス流量比をＳＦ_６：Ｈｅ＝２０：２０（ｓｃｃｍ）として、２分間エッチングを行い、酸化膜の端部を除去した。上記エッチングにより、一辺が１１０ｍｍの単結晶シリコン層が得られた。以上により作製したＳＯＩ基板を試料Ｂとする。

図１１（Ｂ−１）、（Ｂ−２）に、試料Ｂの端部の光学顕微鏡写真を示す。図１１（Ｂ−１）、（Ｂ−２）から、単結晶シリコン層の凹凸を有する端面を含む端部を除去することにより、単結晶シリコン層の端面が平滑となり、各辺の断面が直線状となった長方形の単結晶シリコン層が得られることが観察される。

次に、単結晶シリコン層をフッ化水素酸で１１０秒間処理して、単結晶シリコン層の表面に形成された自然酸化膜などの酸化膜を除去した。

次に、単結晶シリコン層の表面にレーザー光を照射することによって、単結晶シリコン層の表面を平坦化すると共に、単結晶シリコン層の表層部の結晶性を回復させた。レーザー発振器として繰り返し周波数３０Ｈｚ、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザーを用い、レーザー光と単結晶シリコン層とを相対的に移動させることにより、単結晶シリコン層の表面にレーザー光を走査して照射した。光学系を介してレーザー光を照射することにより、単結晶シリコン層の表面において短軸方向の長さが３００μｍ程度の線状のビームスポットとした。ここでは、走査速度を１．０ｍｍ／秒とし、窒素雰囲気中においてレーザー光を照射した。

次に、単結晶シリコン層を全体的にエッチング（エッチバック）し、膜厚を６０ｎｍとした。その後、窒素雰囲気中において、６００℃、４時間の加熱処理を行った。以上により作製したＳＯＩ基板を試料Ｄとする。

図１２（Ｂ−１）、（Ｂ―２）に、試料Ｄの端部の光学顕微鏡写真を示す。また比較のため、試料Ａに上記の条件でレーザー光を照射することによって得られたＳＯＩ基板を試料Ｃとし、その端部の光学顕微鏡写真を図１２（Ａ―１）、（Ａ−２）に示す。

端部の除去を行わなかった試料Ｃでは、単結晶シリコン層の端部の端面が凹凸を有することが観察される。また、試料Ａ（図１１（Ａ−１）、（Ａ−２）参照）では単結晶シリコン層の端部において膜剥がれは見られないが、レーザー光の照射後の試料Ｃでは、図１２（Ａ−１）、（Ａ−２）のｄで示す部分において、膜剥がれが観察される。

一方、端部除去工程を経て作製された試料Ｄでは、単結晶シリコン層の端面が平滑となることが観察される。また試料Ｄは、レーザー光の照射後であっても、図１２（Ｂ−１）、（Ｂ−２）で示すように、端部の膜剥がれが発生しないことが観察される。

図１２（Ａ−１）、（Ａ―２）と図１２の（Ｂ−１）、（Ｂ−２）との比較から、単結晶シリコン層の端部を除去することによって、単結晶シリコン層の端面を平滑にし、レーザー光の照射による膜剥がれを抑制することができた。

１００単結晶半導体基板
１０２絶縁層
１０４脆化領域
１２０ベース基板
１２１窒素含有層
１２４単結晶半導体層
１２６単結晶半導体層
１２８絶縁層
１３０レーザー光
１３２酸化膜
１３６単結晶半導体層
１３８窒素含有層
１４０酸化膜
１５１レジストマスク
２５１半導体層
２５２半導体層
２５４絶縁膜
２５５ゲート電極
２５６ゲート電極
２５７低濃度不純物領域
２５８チャネル形成領域
２５９高濃度不純物領域
２６０チャネル形成領域
２６１サイドウォール絶縁膜
２６２サイドウォール絶縁膜
２６５レジスト
２６７高濃度不純物領域
２６８絶縁膜
２６９層間絶縁膜
２７０配線
３２０単結晶半導体層
３２２走査線
３２３信号線
３２４画素電極
３２５ＴＦＴ
３２７層間絶縁膜
３２８電極
３２９柱状スペーサ
３３０配向膜
３３２対向基板
３３３対向電極
３３４配向膜
３３５液晶層
３４０チャネル形成領域
３４１高濃度不純物領域
４０１トランジスタ
４０２トランジスタ
４０３半導体層
４０４半導体層
４０５走査線
４０６信号線
４０７電流供給線
４０８画素電極
４１１電極
４１２ゲート電極
４１３電極
４２７層間絶縁膜
４２８隔壁層
４２９ＥＬ層
４３０対向電極
４３１対向基板
４３２樹脂層
４５１チャネル形成領域
４５２高濃度不純物領域
５００マイクロプロセッサ
５０１演算回路
５０２演算回路制御部
５０３命令解析部
５０４割り込み制御部
５０５タイミング制御部
５０６レジスタ
５０７レジスタ制御部
５０８バスインターフェース
５０９読み出し専用メモリ
５１０メモリインターフェース
５１１ＲＦＣＰＵ
５１２アナログ回路部
５１３デジタル回路部
５１４共振回路
５１５整流回路
５１６定電圧回路
５１７リセット回路
５１８発振回路
５１９復調回路
５２０変調回路
５２１ＲＦインターフェース
５２２制御レジスタ
５２３クロックコントローラ
５２４インターフェース
５２５中央処理ユニット
５２６ランダムアクセスメモリ
５２７読み出し専用メモリ
５２８アンテナ
５２９容量部
５３０電源管理回路
７０１筐体
７０２筐体
７０３表示部
７０４スピーカ
７０５マイクロフォン
７０６操作キー
７０７ポインティングデバイス
７０８表面カメラ用レンズ
７０９外部接続端子ジャック
７１０イヤホン端子
７１１キーボード
７１２外部メモリスロット
７１３裏面カメラ
７１４ライト

Claims

加速されたイオンを単結晶半導体基板に照射することによって、前記単結晶半導体基板中に脆化領域を形成し、
前記単結晶半導体基板とベース基板とを、絶縁層を介して貼り合わせ、
前記脆化領域において前記単結晶半導体基板を分離して、前記ベース基板上に前記絶縁層を介して単結晶半導体層を形成し、
前記単結晶半導体層の端部を除去し、
前記端部を除去した単結晶半導体層の表面にレーザー光を照射することを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
請求項１において、
前記単結晶半導体層の端部を除去した後であって前記レーザー光を照射する前に、前記絶縁層の端部を除去することを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
請求項１又は請求項２において、
前記絶縁層を、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、又は窒化酸化シリコン膜の単層又は積層させて形成することを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
単結晶半導体基板の表面に酸化膜を形成し、
前記酸化膜を介して、加速されたイオンを単結晶半導体基板に照射することによって、前記単結晶半導体基板中に脆化領域を形成し、
前記単結晶半導体基板とベース基板とを、前記酸化膜と窒素含有層とを介して貼り合わせ、
前記脆化領域において前記単結晶半導体基板を分離して、前記ベース基板上に前記酸化膜と前記窒素含有層とを介して単結晶半導体層を形成し、
前記単結晶半導体層の端部を除去し、
前記端部を除去した単結晶半導体層の表面にレーザー光を照射することを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
請求項４において、
前記単結晶半導体層の端部を除去した後であって前記レーザー光を照射する前に、前記酸化膜の端部及び前記窒素含有層の端部を除去することを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
請求項４又は請求項５において、
ハロゲンが添加された酸化性雰囲気中で前記単結晶半導体基板に熱処理を行うことによって、前記酸化膜を形成することを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
請求項４乃至請求項６のいずれか一項において、
前記窒素含有層として、窒化シリコン膜又は窒化酸化シリコン膜を形成することを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
熱処理を行うことによって、前記脆化領域において前記単結晶半導体基板を分離することを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
前記端部を除去した単結晶半導体層の表面に前記レーザー光を照射することによって、前記端部を除去した単結晶半導体層の表面を平坦化することを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記端部を除去した単結晶半導体層の表面に前記レーザー光を照射することによって、前記端部を除去した単結晶半導体層の表層部の結晶性を回復させることを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項において、
前記単結晶半導体層の端部をエッチングによって除去することを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
請求項１乃至請求項１１のいずれか一項において、
前記ベース基板としてガラス基板を用いることを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
加速されたイオンを単結晶半導体基板に照射することによって、前記単結晶半導体基板中に脆化領域を形成し、
前記単結晶半導体基板とベース基板とを、絶縁層を介して貼り合わせ、
前記脆化領域において前記単結晶半導体基板を分離して、前記ベース基板上に前記絶縁層を介して単結晶半導体層を形成し、
前記単結晶半導体層の端部を除去し、
前記端部を除去した単結晶半導体層の表面にレーザー光を照射し、
前記レーザー光を照射した単結晶半導体層をエッチングによって素子分離し、
前記素子分離された単結晶半導体層を用いてトランジスタを形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１３において、
前記単結晶半導体層の端部を除去した後であって前記レーザー光を照射する前に、前記絶縁層の端部を除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１３又は請求項１４において、
前記絶縁層を、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、又は窒化酸化シリコン膜の単層又は積層させて形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
単結晶半導体基板の表面に酸化膜を形成し、
前記酸化膜を介して、加速されたイオンを単結晶半導体基板に照射することによって、前記単結晶半導体基板中に脆化領域を形成し、
前記単結晶半導体基板とベース基板とを、前記酸化膜と窒素含有層とを介して貼り合わせ、
前記脆化領域において前記単結晶半導体基板を分離して、前記ベース基板上に前記酸化膜と前記窒素含有層とを介して単結晶半導体層を形成し、
前記単結晶半導体層の端部を除去し、
前記端部を除去した単結晶半導体層の表面にレーザー光を照射し、
前記レーザー光を照射した単結晶半導体層をエッチングによって素子分離し、
前記素子分離された単結晶半導体層を用いてトランジスタを形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１６において、
前記単結晶半導体層の端部を除去した後であって前記レーザー光を照射する前に、前記酸化膜の端部及び前記窒素含有層の端部を除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１６又は請求項１７において、
ハロゲンが添加された酸化性雰囲気中で前記単結晶半導体基板に熱処理を行うことによって、前記酸化膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１６乃至請求項１８のいずれか一項において、
前記窒素含有層として、窒化シリコン膜又は窒化酸化シリコン膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１３乃至請求項１９のいずれか一項において、
熱処理を行うことによって、前記脆化領域において前記単結晶半導体基板を分離することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１３乃至請求項２０のいずれか一項において、
前記端部を除去した単結晶半導体層の表面に前記レーザー光を照射することによって、前記端部を除去した単結晶半導体層の表面を平坦化することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１３乃至請求項２１のいずれか一項において、
前記端部を除去した単結晶半導体層の表面に前記レーザー光を照射することによって、前記端部を除去した単結晶半導体層の表層部の結晶性を回復させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１３乃至請求項２２のいずれか一項において、
前記単結晶半導体層の端部をエッチングによって除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１３乃至請求項２３のいずれか一項において、
前記ベース基板としてガラス基板を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。