JP2012019125A - 半導体基板の作製方法、及び半導体装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁表面に欠陥の少ない単結晶半導体膜を有する半導体基板の、簡便な作製方法を提供することを課題の一つとする。また、歩留まりの良い半導体装置の作製方法を提供することを課題の一つとする。
【解決手段】単結晶半導体基板の表面に絶縁層を形成し、絶縁層をエッチングしながら、絶縁層を介して単結晶半導体基板にイオン照射を行うことで、脆化領域を形成し、単結晶半導体基板の表面に接合層を形成し、単結晶半導体基板と、支持基板とを、接合層を介して貼り合わせ、熱処理を行うことにより、脆化領域内に劈開面を形成して、単結晶半導体基板の一部を分離する、半導体基板の作製方法を提供する。
【選択図】図１

Description

絶縁表面に単結晶半導体膜が設けられた半導体基板の作製方法、及び該半導体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、絶縁表面に単結晶半導体膜が設けられたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を使った集積回路が開発されている。絶縁表面上に形成された単結晶半導体膜の特長を活かすことで、集積回路中のトランジスタ同士を完全に分離して形成することができる。また、トランジスタを完全空乏型とすることができるため、高集積、高速駆動、低消費電圧など、付加価値の高い半導体集積回路を実現することができる。

単結晶半導体膜の作製方法の一つとして、水素イオン注入剥離法が知られている（例えば、特許文献１）。水素イオン注入剥離法は、水素イオンを打ち込んで、脆化領域を形成した単結晶半導体基板を支持基板に貼り合わせ、熱処理によって、当該脆化領域から単結晶半導体基板と支持基板とを分断して、支持基板上に単結晶半導体膜を得る方法である。

一般的に、浸入深さに対する原子の分布形状（プロファイルとも記す）が急峻かつ深さ方向に狭いものになるように、イオンが注入（もしくはドーピング）されている構成が好ましいとされている。これは、原子濃度のプロファイルが急峻であると、脆化領域以外に注入されるイオンを低減できるため、支持基板上の単結晶半導体膜の損傷を軽減できるからである。また、単結晶半導体基板側に残る損傷領域が狭くなり、単結晶半導体基板の再生が容易になる。

特開２０００−１２４０９２号公報

しかし、浸入深さ方向における原子のプロファイルを急峻かつ深さ方向に狭いものにすることで、イオンの注入量の許容幅が狭くなる。また、浸入深さ方向における原子のプロファイルを急峻かつ深さ方向に狭いものにするには、イオン種割合や加速電圧などの制御が難しいという問題がある。

浸入深さ方向における原子のプロファイルを急峻かつ深さ方向に狭いものにすることで、以下に挙げるような不良が発生しやすくなる。例えば、イオンが過剰に注入されると、支持基板と貼り合わせる前の段階で、単結晶半導体基板に亀裂が入り、単結晶半導体膜が剥離してしまうことがある。または、イオンの注入量が不足すると、脆化領域の形成不良となり、孔欠陥や転写ムラが生じやすくなる。このような不良は、結果として、半導体素子や半導体装置の歩留まり低下の要因となる。

そこで、本発明の一態様は、絶縁表面に欠陥の少ない単結晶半導体膜を有する半導体基板の、簡便な作製方法を提供することを課題の一つとする。また、本発明の一態様は、歩留まりの良い半導体装置の作製方法を提供することを課題の一つとする。

上記課題は、表面に絶縁層を形成した単結晶半導体基板を用い、絶縁層をエッチングするステップと、該絶縁層を介してイオン照射を行うステップを組み合わせた半導体基板の作製方法により解決することができる。

本明細書中において、基板における、原子濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の領域を損傷領域という。本明細書中において、損傷領域中、原子濃度が１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の領域を脆化領域という。

本発明の一態様の半導体基板の作製方法を用いることで、脆化領域を深さ方向に広く形成することができる。

脆化領域を深さ方向に広く形成することで、脆化領域中のある箇所で、単結晶半導体基板と支持基板が完全に分離できなかった際に、脆化領域中の他の箇所で分離を行うことができる。そのため、支持基板上の単結晶半導体膜の孔欠陥や転写ムラを防ぐことができる。したがって、本発明の一態様の半導体基板の作製方法を用いることで、絶縁表面に欠陥の少ない単結晶半導体膜を有する半導体基板を得ることができる。

さらに、本発明の一態様の半導体基板の作製方法を用いることで、脆化領域以外に注入されるイオンを低減できるため、損傷領域を深さ方向に狭く形成することができる。脆化領域以外に注入されるイオンを低減することで、支持基板上の単結晶半導体膜の損傷を軽減できる。さらに、単結晶半導体基板側に残る損傷領域が狭くなり、単結晶半導体基板の再生が容易になる。

具体的には、本発明の一態様は、単結晶半導体基板の表面に絶縁層を形成し、絶縁層をエッチングしながら、絶縁層を介して単結晶半導体基板にイオン照射を行うことで、脆化領域を形成し、単結晶半導体基板のイオン照射を行った面に接合層を形成し、単結晶半導体基板と、支持基板とを、接合層を介して貼り合わせ、熱処理を行うことにより、脆化領域内に劈開面を形成して、単結晶半導体基板の一部を分離する、半導体基板の作製方法である。

上記半導体基板の作製方法は、絶縁層をエッチングしながらイオン照射を行うことで、イオンの浸入深さを変えることができる。したがって、特にイオンの照射条件を変化させる必要が無いため、イオンの浸入深さを変えることが容易である。例えば、一定の加速電圧でイオン照射を行っても良い。さらに、加速電圧の変化と絶縁層のエッチングを併用することで、イオンの注入量や浸入深さを簡便に調整することができる。よって、所望の原子のプロファイルを容易に得ることができる。

上記半導体基板の作製方法を用いることで、損傷領域を狭く、かつ、損傷領域のうち脆化領域は広く形成することができる。さらに、脆化領域よりも高い原子濃度（１×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３より高い原子濃度）を有する領域が形成されることを抑制できるため、支持基板と貼り合わせる前の段階で、単結晶半導体基板に亀裂が入り、単結晶半導体膜が剥離することを防ぐことができる。

別の本発明の一態様は、単結晶半導体基板の表面に絶縁層を形成し、絶縁層を介して単結晶半導体基板に第１のイオン照射を行った後、絶縁層をエッチングするステップと、単結晶半導体基板に第２のイオン照射を行うステップを交互に１回以上行うことで、脆化領域を形成し、単結晶半導体基板のイオン照射を行った面に接合層を形成し、単結晶半導体基板と、支持基板とを、接合層を介して貼り合わせ、熱処理を行うことにより、脆化領域内に劈開面を形成して、単結晶半導体基板の一部を分離する、半導体基板の作製方法である。

上記半導体基板の作製方法は、それぞれのイオン照射ごとに介する絶縁層の厚さが異なるため、例えば、全てのイオン照射を同じ加速電圧で行うことで、イオンの照射条件を変化させることなく、容易にイオンの浸入深さを変えることができる。さらに、複数のイオン照射を、いくつかの異なる加速電圧で行うことで、イオンの注入量や浸入深さを適宜選択できるため、原子の多様なプロファイルを容易に得ることができる。

上記半導体基板の作製方法を用いることで、損傷領域を狭く、かつ、損傷領域のうち脆化領域は広く形成することができる。さらに、脆化領域よりも高い原子濃度（１×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３より高い原子濃度）を有する領域が形成されることを抑制できるため、支持基板と貼り合わせる前の段階で、単結晶半導体基板に亀裂が入り、単結晶半導体膜が剥離することを防ぐことができる。

単結晶半導体基板において、支持基板と貼り合わせる面は、平坦かつ、親水性であることが望ましい。よって、接合層を形成することで、該支持基板と貼り合わせる面の平坦性や親水性を向上させることが好ましい。

上記半導体基板の作製方法では、該接合層を介して単結晶半導体基板と支持基板とを貼り合わせたが、該絶縁層が接合層を兼ねても良い。また、該絶縁層を該エッチングもしくは別のエッチング等で除去した後、単結晶半導体基板の表面に接合層を形成しても良い。

上記半導体基板の作製方法において、第２のイオン照射は、該絶縁層を介して行っても良い。また、該絶縁層を全てエッチングしてから、第２のイオン照射を行っても良い。

上記半導体基板の作製方法において、脆化領域を複数形成しても良い。脆化領域を複数有することで、１つの領域において単結晶半導体基板と支持基板が完全に分離できなかった際に、他の領域で分離を行うことができる。そのため、支持基板上の単結晶半導体膜の孔欠陥や転写ムラを防ぐことができる。したがって、絶縁表面に欠陥の少ない単結晶半導体膜を有する半導体基板を得ることができる。なお、脆化領域を複数有する場合、それぞれの領域間の距離は、狭い方が好ましい。

本発明の一態様は、上記半導体基板の作製方法を用いて形成する半導体基板を含む、半導体装置の作製方法である。

本発明の一態様は、絶縁表面に単結晶半導体膜が設けられた半導体基板の、簡便な作製方法を提供することができる。また、本発明の一態様は、歩留まりの良い半導体装置の作製方法を提供することができる。

本発明の一態様の半導体基板の作製方法の一例を示す図。 本発明の一態様の半導体基板の作製方法の一例を示す図。 実施の形態に係る水素イオン照射手段の一例を示す図。 本発明の一態様を適用した半導体装置の作製方法の一例を示す図。 本発明の一態様を適用した半導体装置の作製方法の一例を示す図。 本発明の一態様を適用した電子機器の一例を示す図。 本発明の一態様の半導体基板の作製方法の一例を示す図。 本発明の一態様を用いて得られる水素原子のプロファイルの一例を示す模式図。

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨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、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、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、本発明の一態様の半導体基板の作製方法について図１、及び図２を用いて説明する。

まず、単結晶半導体基板１００（単に、基板１００とも記す）を準備する（図１（Ａ））。

単結晶半導体基板１００としては、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、またはガリウム・ヒ素、インジウム・リン等からなる化合物半導体基板を用いることができる。市販の単結晶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り、いずれのサイズの単結晶シリコン基板も用いることができる。なお、単結晶半導体基板１００の形状は円形に限られず、矩形状等に加工して用いることも可能である。本実施の形態では、単結晶半導体基板１００として、単結晶シリコン基板を用いた場合について説明する。

次に、単結晶半導体基板１００の表面に絶縁層１０１ａを形成する（図１（Ｂ））。

絶縁層１０１ａを形成する前に、希フッ酸を用いて単結晶半導体基板１００を洗浄するとよい。このとき、希フッ酸とオゾン水を交互に吐出して洗浄してもよい。必要に応じて、超音波洗浄や２流体ジェット洗浄を組み合わせることが好ましい。超音波洗浄は、メガヘルツ超音波洗浄（メガソニック洗浄）が好ましい。洗浄により、単結晶半導体基板表面の異物、有機汚染を低減し、絶縁層１０１ａを均一に形成することが可能となる。

絶縁層１０１ａを形成する材料の具体例としては、酸化シリコンが挙げられる。絶縁層１０１ａに用いることのできる別の材料としては、例えば、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化ハフニウムなどが挙げられる。

絶縁層１０１ａの形成方法の具体例としては、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などが挙げられる。

例えば、熱酸化法を用いて酸化シリコン層を絶縁層１０１ａとして形成する場合には、主成分のガスを酸素として、ハロゲンを含む酸化性雰囲気中で熱酸化することが好ましい。例えば、塩素を含む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、塩素酸化された絶縁層１０１ａを形成する。この場合、絶縁層１０１ａは、塩素原子を含有する絶縁層となる。絶縁層１０１ａ中に含有された塩素原子は、歪みを形成する。その結果、絶縁層１０１ａ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、絶縁層１０１ａ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絶縁層１０１ａ中に素早く吸収し、拡散させることができる。

熱酸化処理の条件の一例としては、酸素に対し塩化水素を０．５〜１０体積％（代表的には３体積％）の割合で含む酸化性雰囲気中で、９００℃〜１１５０℃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。

絶縁層１０１ａの膜厚は、イオン照射時の加速電圧や、所望のイオンの浸入深さ等を考慮し、適宜定めれば良い。例えば、熱酸化処理により形成される酸化膜の膜厚は、１０ｎｍ〜１０００ｎｍ（好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍ）、例えば１００ｎｍとすれば良い。

イオン照射前に、純水を用いて絶縁層１０１ａの表面を洗浄してもよい。このとき、純水の代わりにオゾン水を用いてもよい。あるいは超音波洗浄、２流体ジェット洗浄を組み合わせてもよい。超音波洗浄は、メガヘルツ超音波洗浄（メガソニック洗浄）が好ましい。ただし、希フッ酸洗浄を行うと、絶縁層１０１ａ表面が疎水性となり、支持基板との貼り合わせに不良が生じることがある。そのため、希フッ酸洗浄を用いない方が好ましい。洗浄により、絶縁層１０１ａ表面の異物、有機汚染を低減できる。

次に、基板１００の表面にエッチング用ガス１０３を流しながら、絶縁層１０１ａを介して運動エネルギーを有する水素イオン１０２を単結晶半導体基板１００全面に照射する。このとき、イオン照射と同時に、絶縁層１０１ａに対してエッチングを行う。

本実施の形態では、照射するイオンに水素イオンを用いたが、照射するイオンは水素イオンに限らず、ヘリウムイオン等を用いても良い。

絶縁層１０１ａのエッチングは、イオン照射によりプラズマ化されたエッチング用ガス１０３を用いて行うことができる。基板１００を覆う絶縁層１０１ａの表面付近のエッチング用ガス１０３は、イオン照射によりラジカル化され、基板１００上の絶縁層１０１ａをエッチングできる。

本明細書において、単結晶半導体基板の表面からイオンが最も高い頻度で注入される位置までの深さを、ピークの深さと呼ぶ。イオン照射開始直後のピークの深さを、図１（Ｃ）の第１の深さ１０４ａに図示する。その後、エッチングによって絶縁層１０１ａが薄くなるにつれ、水素イオン１０２の浸入深さは深くなり、絶縁層１０１ａの厚みが絶縁層１０１ｂの厚みまで減少することにより、第１の深さ１０４ａよりも深い第２の深さ１０４ｂにピークの深さが到達する（図１（Ｄ））。このように絶縁層１０１ａをエッチングしながらイオンを照射することで、ピークの深さを変化することができる。

なお、本実施の形態において、水素原子濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の領域を損傷領域という。さらに、損傷領域中、水素原子濃度が１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の領域を脆化領域１０５という。

損傷領域における、脆化領域の割合を高めることで、脆化領域中のある箇所で、単結晶半導体基板と支持基板が完全に分離できなかった際に、脆化領域中の他の箇所で分離を行うことができる。そのため、支持基板上の単結晶半導体膜の孔欠陥や転写ムラを防ぐことができる。したがって、絶縁表面に欠陥の少ない単結晶半導体膜を有する半導体基板を得ることができる。

後に、単結晶半導体基板１００から分離して形成する単結晶半導体層１３１の厚さは、脆化領域の深さ、及び深さ方向の厚さで調節できる。例えば、単結晶半導体層１３１の厚さとしては、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下となるように、脆化領域の深さ、及び深さ方向の厚さを調節すればよい。

絶縁層１０１ａのエッチングに用いることができるエッチング用ガスとしては、絶縁層１０１ａに用いる材料に合わせて適宜選択して用いることができる。例えば、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４もしくはＣＣｌ_４などを代表とする塩素系ガス、ＣＦ_４、ＳＦ_６もしくはＮＦ_３などを代表とするフッ素系ガス、酸素等を適宜用いることができる。

また、図１（Ｄ）では、エッチングを用いて絶縁層１０１ａを薄くする場合を示したが、エッチングされる面の絶縁層１０１ａを完全に除去しても良い。

次に、単結晶半導体基板１００における、後に支持基板と貼り合わせる面上に接合層１０６ａを形成する（図１（Ｅ））。

接合層１０６ａを形成する材料の具体例としては、酸化シリコンが挙げられる。接合層１０６ａに用いることのできる別の材料としては、例えば、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化ハフニウムなどが挙げられる。

接合層１０６ａの形成方法の具体例としては、ＣＶＤ法、スパッタリング法などが挙げられる。

単結晶半導体基板において、支持基板と貼り合わせる面に、絶縁層が残っており、絶縁層が接合層１０６ａを兼ねることができる場合は、接合層１０６ａは形成しなくても良い。単結晶半導体基板において、支持基板と貼り合わせる面は、平坦かつ、親水性であることが望ましい。よって、接合層１０６ａを形成することで、該支持基板と貼り合わせる面の平坦性や親水性を向上させても良い。

単結晶半導体基板において、支持基板と貼り合わせる面に、絶縁層が残っている場合、接合層１０６ａは、絶縁層上に形成しても良い。または、エッチングにより絶縁層を完全に除去してから、接合層１０６ａを形成しても良い。

水素イオン照射は、イオンドーピング装置によるイオンドーピング法でも、イオン注入装置によるイオン注入法でも行うことができる。図３（Ａ）にイオン注入装置の一例、図３（Ｂ）にイオンドーピング装置の一例を示す。

イオン注入装置は、プラズマ中のイオン種を質量分離し、ある特定の質量のイオン種を被処理体に照射する装置（質量分離型の装置）である。図３（Ａ）に示すイオン注入装置は、チャンバー壁２００、ステージ２０１、ステージ軸２０２、イオン２０６を照射するイオン源２０３、基板搬送室に至るバルブ２０４、真空ポンプに至るバルブ２０５、エッチング用ガス供給部２０７、加速電極２０８、質量分析部２０９、走査部２１０を有する。

ステージ２０１は、左右にスライドさせることができ、ステージ２０１上の単結晶半導体基板１００の面内に均一にイオン２０６が照射されるよう、スキャンさせることができる。

イオン源２０３で、イオン化された元素は、引き出し電極（図示しない）により引き出され、質量分析部２０９に入る。質量分析部２０９は、イオン源２０３で生成されたイオンのうち、所定の質量のイオンを質量分析によって選別する。該選別されたイオンは、加速電極２０８によって所定の注入エネルギーに加速する。加速されたイオン２０６は、走査部２１０を通って基板１００に注入される。

基板はイオンを照射されることによって、正の電荷を与えられ電気的に帯電する（チャージアップ）。チャージアップを防ぐため、エレクトロフラッドガンやプラズマフラッドガンを用いて、エネルギーの低い電子を基板に供給し、基板の帯電を中和させることが好ましい。

絶縁層のエッチングは、イオン照射によりプラズマ化されたエッチング用ガスを用いて行うことができる。基板１００を覆う絶縁層の表面付近のエッチング用ガスは、イオン照射によりラジカル化され、基板１００上の絶縁層をエッチングできる。また、絶縁層のエッチングは、エレクトロフラッドガンやプラズマフラッドガンによりプラズマ化されたエッチング用ガスを用いて行うことができる。基板１００を覆う絶縁層の表面付近のエッチング用ガスは、エレクトロフラッドガン（又はプラズマフラッドガン）によりラジカル化され、基板１００上の絶縁層をエッチングできる。

イオンドーピング装置は、プロセスガスをプラズマ励起して生成された全てのイオン種をチャンバー内に配置された被処理体に照射する非質量分離型の装置である。図３（Ｂ）に示すイオンドーピング装置は、チャンバー壁３００、ステージ３０１、ステージ軸３０２、イオン３０６を照射するイオン源３０３、基板搬送室に至るバルブ３０４、真空ポンプに至るバルブ３０５、エッチング用ガス供給部３０７を有する。

イオン源３０３から照射されるイオン３０６は、直進成分のみ抽出し、線状に成形されて基板１００に入射する。ステージ３０１は、左右にスライドさせることができ、ステージ３０１上の単結晶半導体基板１００の面内に均一にイオン３０６が照射されるよう、スキャンさせることができる。このような方法を採ることで、大面積の基板にも、均一性よく水素イオンを照射することができる。

イオンドーピング装置においても、前述のイオン注入装置と同様の方法で、エッチングを行うことができる。したがって、イオン照射によりプラズマ化されたエッチング用ガスを用いることで、イオン照射と同時に絶縁層のエッチングを行うことができる。さらに、エレクトロフラッドガン（又はプラズマフラッドガン）によりプラズマ化されたエッチング用ガスを用いることで、イオン照射とは別のタイミングで絶縁層のエッチングを行うことができる。

次に、図２を用いて単結晶半導体基板の単結晶半導体層を、支持基板に転載する方法を説明する。

まずは、支持基板１３０を準備する（図２（Ａ））。支持基板１３０を用いるに際し、支持基板１３０の表面を予め洗浄しておくことが好ましい。具体的には、支持基板１３０の表面を、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。このような洗浄処理を行うことによって、支持基板１３０表面の平坦化の実現や残存する研磨粒子の除去ができる。

支持基板１３０としては、絶縁基板を用いることが好ましい。絶縁基板の具体例としては、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われる各種のガラス基板や、石英基板、セラミック基板、サファイア基板、プラスチック基板が挙げられる。また、支持基板１３０として単結晶半導体基板（例えば、単結晶シリコン基板）や多結晶半導体基板（例えば、多結晶シリコン基板）を用いることも可能であるが、量産性やコストの面を考慮すると、大面積化が可能で安価な絶縁基板を用いることが好ましい。本実施の形態では、支持基板１３０として絶縁基板の一つであるガラス基板を用いる場合について説明する。

次に、絶縁層１０１ｂ、及び接合層１０６ａを介して単結晶半導体基板１００と支持基板１３０とを貼り合わせる（図２（Ｂ））。

次に、熱処理を行い、脆化領域１０５において単結晶半導体基板１００を分離することにより、支持基板１３０上に単結晶半導体層１３１を設ける（図２（Ｃ））。熱処理を行うことにより、脆化領域１０５に微小な孔が形成され、この微小な孔の中にイオンの照射により添加された元素が析出し、内部の圧力が上昇する。圧力の上昇によって脆化領域１０５の微小な孔に体積変化が起こり、脆化領域１０５に亀裂が生じるため、脆化領域１０５に沿って単結晶半導体基板１００が分離する。この結果、単結晶半導体基板１００から分離された単結晶半導体層１３１が、絶縁層１０１、及び接合層１０６を介して支持基板１３０上に形成される。分離後に形成される単結晶半導体層１３１の膜厚は、例えば１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすればよく、好ましくは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とする。なお、熱処理を行うための加熱手段としては、抵抗加熱炉等の加熱炉、ＲＴＡ（瞬間熱アニール、Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、マイクロ波加熱装置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分以内で加熱すればよい。

以上のように、本実施の形態で示した本発明の一態様の半導体基板の作製方法は、イオン照射と同時に絶縁層のエッチングを行うことで、イオンの浸入深さを変えることができる。特に、イオンの照射条件を変化させる必要が無いため、イオンの浸入深さを変えることが容易である。さらに、加速電圧の変化と絶縁層のエッチングを併用することで、イオンの注入量や浸入深さを簡便に調整することができる。よって、所望の原子のプロファイルを容易に得ることができる。

本発明の一態様の半導体基板の作製方法を用いることで、損傷領域を狭く、かつ、損傷領域のうち脆化領域は広く形成することができる。さらに、脆化領域よりも高い原子濃度（１×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３より高い原子濃度）を有する領域が形成されることを抑制できるため、支持基板と貼り合わせる前の段階で、単結晶半導体基板に亀裂が入り、単結晶半導体膜が剥離することを防ぐことができる。

本発明の一態様の半導体基板の作製方法を用いることで、損傷領域中の、脆化領域の割合を高くすることができる。損傷領域における、脆化領域の割合を高めることで、脆化領域中のある箇所で、単結晶半導体基板と支持基板が完全に分離できなかった際に、脆化領域中の他の箇所で分離を行うことができる。そのため、支持基板上の単結晶半導体膜の孔欠陥や転写ムラを防ぐことができる。したがって、本発明の一態様の半導体基板の作製方法を用いることで、絶縁表面に欠陥の少ない単結晶半導体膜を有する半導体基板を得ることができる。

本発明の一態様の半導体基板の作製方法を用いることで、脆化領域以外に注入されるイオンを低減できるため、損傷領域を狭く形成することができる。脆化領域以外に注入されるイオンを低減することで、支持基板上の単結晶半導体膜の損傷を軽減できる。さらに、単結晶半導体基板側に残る損傷領域が狭くなり、単結晶半導体基板の再生が容易になる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１とは異なる、本発明の一態様の半導体基板の作製方法について図２、及び図７を用いて説明する。なお、実施の形態１と同一部分又は同様な機能を有する部分の繰り返しの説明は省略する。

まず、単結晶半導体基板１００を準備し、単結晶半導体基板１００の表面に絶縁層１０１ａを形成する（図７（Ａ））。絶縁層１０１ａは、実施の形態１と同様の方法・材料で、形成することができる。

次に、絶縁層１０１ａを介して運動エネルギーを有する水素イオン１０２を単結晶半導体基板１００全面に照射する（第１のイオン照射）。本実施の形態では、第１のイオン照射において、水素イオン１０２は、第１の深さ１０４ａにピークの深さが到達する（図７（Ｂ））。第１のイオン照射は、実施の形態１のイオン照射と同様の方法で行うことができる。

次に、エッチング用ガス１０３を用いて、絶縁層１０１ａに対してエッチングを行う（図７（Ｃ））。エッチングによって、絶縁層１０１ａの厚みは、絶縁層１０１ｂの厚みまで減少する。

絶縁層１０１ａのエッチングは、エレクトロフラッドガンやプラズマフラッドガンにより、プラズマ化されたエッチング用ガス１０３を用いて行うことができる。基板１００を覆う絶縁層１０１ａの表面付近のエッチング用ガス１０３は、プラズマフラッドガンによりラジカル化され、基板１００上の絶縁層１０１ａをエッチングできる。エッチング用ガス１０３としては、実施の形態１と同様のガスを用いることができる。

そして、絶縁層１０１ｂを介して運動エネルギーを有する水素イオン１０２を単結晶半導体基板１００全面に照射する（第２のイオン照射）。第２のイオン照射は、実施の形態１と同様の方法で行うことができる。

本実施の形態において、第２のイオン照射は、第１のイオン照射と全て同じ条件（加速電圧等）で行う。第２のイオン照射において、第１の深さ１０４ａよりも深い第２の深さ１０４ｂに水素イオン１０２のピークの深さが到達する。これは、先のエッチングにより、絶縁層が薄くなり、水素イオン１０２が単結晶半導体基板１００の深くまで浸入することができるようになったからである。このように、エッチングのステップ及びイオン照射のステップを交互に１回以上行うことで、脆化領域１０５を形成する（図７（Ｄ））。

なお、本実施の形態では、２回の水素イオン照射の間に、エッチングを行う例を示したが、イオン照射、及びエッチングの回数は、これに限られない。例えば、３回の水素イオン照射の間にそれぞれエッチングを行っても良い。

次に、単結晶半導体基板１００における、後に支持基板と貼り合わせる面上に接合層１０６ａを形成する（図７（Ｅ））。接合層１０６ａは、実施の形態１と同様の方法・材料を用いて形成することができる。

本発明の一態様の半導体基板の作製方法を用いて形成することができる、好ましい水素原子のプロファイルの模式図について、図８（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説明する。

図８（Ａ）〜（Ｃ）において、Ｙ軸は水素原子濃度、Ｘ軸は深さを示す。

破線５０３は、水素原子濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の位置を示す。破線５０２は、水素原子濃度が１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の位置を示す。破線５０４は、水素原子濃度が１×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の位置を示す。

図８（Ａ）において、損傷領域５００ａは、脆化領域５０１ａを有する。脆化領域５０１ａは、損傷領域５００ａ中で、深さ方向に広く形成されている。

図８（Ａ）に示す水素原子のプロファイルは、本発明の一態様の半導体基板の作製方法を用いることで、得ることができる。例えば、実施の形態１に示したように、加速電圧一定で、絶縁層のエッチングと、水素イオン照射とを同時に行う。この方法を用いると、水素イオンの照射条件を変化させることなく、容易に水素イオンの浸入深さを変えることができるため、図８（Ａ）に示したプロファイルを得ることができる。

図８（Ｂ）において、損傷領域５００ｂは、脆化領域５０１ｂを２つ有する。このように、損傷領域は、脆化領域を複数有していても良い。なお、脆化領域を複数有する場合、それぞれの領域間の距離は、狭い方が好ましい。

損傷領域中に脆化領域を複数有することで、１つの脆化領域において単結晶半導体基板と支持基板が完全に分離できなかった際に、他の脆化領域で分離を行うことができる。そのため、支持基板上の単結晶半導体膜の孔欠陥や転写ムラを防ぐことができる。したがって、絶縁表面に欠陥の少ない単結晶半導体膜を有する半導体基板を得ることができる。

図８（Ｂ）に示す水素原子のプロファイルは、本発明の一態様の半導体基板の作製方法を用いることで得ることができる。例えば、本実施の形態に示したように、第１の水素イオン照射を行った後、絶縁層をエッチングし、第１の水素イオン照射と同じ加速電圧で、第２の水素イオン照射を行う。この方法を用いると、水素イオンの注入量を変化させることなく、容易に水素イオンの浸入深さを変えることができるため、図８（Ｂ）に示したプロファイルを得ることができる。

図８（Ｃ）において、損傷領域５００ｃは、脆化領域５０１ｃを有する。脆化領域５０１ｃは、損傷領域５００ｃ中で、深さ方向に広く形成されている。

図８（Ｃ）に示す水素原子のプロファイルは、本発明の一態様の半導体基板の作製方法を用いることで、得ることができる。例えば、実施の形態１に示したように、絶縁層のエッチングと水素イオン照射とを同時に行うステップで、水素イオン照射の加速電圧、又はエッチングガスの流量を変化させる。または、本実施の形態で示したように、第１の水素イオン照射を行った後、絶縁層をエッチングし、第１の水素イオン照射とは異なる加速電圧で第２の水素イオン照射を行う。これらの方法を用いることで、水素イオンの注入量と浸入深さを調整し、所望のプロファイルを容易に得ることができる。

図８（Ａ）〜（Ｃ）に示した水素原子のプロファイルは、本発明の一態様で得ることができるプロファイルの一例にすぎない。本発明の一態様を用いることで、水素原子のプロファイルを多様に得ることができる。

以上のように、本実施の形態で示した本発明の一態様の半導体基板の作製方法は、イオン照射と同時に絶縁層のエッチングを行うことで、イオンの浸入深さを変えることができる。特に、イオンの照射条件を変化させる必要が無いため、イオンの浸入深さを変えることが容易である。さらに、水素イオン照射の加速電圧、又はエッチングガスの流量の変化と絶縁層のエッチングを併用することで、イオンの注入量や浸入深さを簡便に調整することができる。よって、所望の原子のプロファイルを容易に得ることができる。

本発明の一態様の半導体基板の作製方法を用いることで、損傷領域を狭く、かつ、損傷領域のうち脆化領域は広く形成することができる。さらに、脆化領域よりも高い原子濃度（１×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３より高い原子濃度）を有する領域が形成されることを抑制できるため、支持基板と貼り合わせる前の段階で、単結晶半導体基板に亀裂が入り、単結晶半導体膜が剥離することを防ぐことができる。

本発明の一態様の半導体基板の作製方法を用いることで、損傷領域中の、脆化領域の割合を高くすることができる。損傷領域における、脆化領域の割合を高めることで、脆化領域中のある箇所で、単結晶半導体基板と支持基板が完全に分離できなかった際に、脆化領域の他の箇所で分離を行うことができる。そのため、支持基板上の単結晶半導体膜の孔欠陥や転写ムラを防ぐことができる。したがって、本発明の一態様の半導体基板の作製方法を用いることで、絶縁表面に欠陥の少ない単結晶半導体膜を有する半導体基板を得ることができる。

本発明の一態様の半導体基板の作製方法を用いることで、脆化領域以外に注入されるイオンを低減できるため、損傷領域を狭く形成することができる。脆化領域以外に注入されるイオンを低減することで、支持基板上の単結晶半導体膜の損傷を軽減できる。さらに、単結晶半導体基板側に残る損傷領域が狭くなり、単結晶半導体基板の再生が容易になる。

本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、薄型で高性能な半導体素子を有する半導体集積回路を実装し、歩留まりよく作製することを目的とした半導体装置の作製方法の一例としてＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体：Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造の作製方法に関して図４及び図５を用いて説明する。なお、実施の形態１と同一部分又は同様な機能を有する部分の繰り返しの説明は省略する。

図４（Ａ）は、支持基板１３０上に接合層１０６、絶縁層１０１、単結晶半導体層１３１が形成されている。図４（Ａ）は、図２（Ｃ）と対応している。なお、ここでは実施の形態１で図２（Ｃ）に示す構成の半導体基板を適用する例を示すが、本明細書で示すその他の構成の半導体基板も適用できる。

単結晶半導体層１３１には、分離した単結晶半導体基板の導電型（含まれる一導電型を付与する不純物元素）によって、しきい値電圧を制御するためにｎチャネル型電界効果トランジスタ及びｐチャネル型電界効果トランジスタの形成領域に合わせて、硼素、アルミニウム、ガリウムなどのｐ型を付与する不純物元素、若しくはリン、砒素などのｎ型を付与する不純物元素を添加してもよい。不純物元素のドーズ量は１×１０^１２ｉｏｎｓ／ｃｍ^２から１×１０^１４ｉｏｎｓ／ｃｍ^２程度で行えば良い。

単結晶半導体層１３１をエッチングして、半導体素子の配置に合わせて島状に分離した単結晶半導体層１２０５、１２０６を形成する（図４（Ｂ））。

単結晶半導体層上の酸化膜を除去し、単結晶半導体層１２０５、１２０６を覆うゲート絶縁層１２０７を形成する。

ゲート絶縁層１２０７は酸化シリコン、若しくは酸化シリコンと窒化シリコンの積層構造で形成すればよい。ゲート絶縁層１２０７は、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法により絶縁膜を堆積することで形成しても良いし、プラズマ処理による固相酸化若しくは固相窒化で形成すると良い。単結晶半導体層を、プラズマ処理により酸化又は窒化することにより形成するゲート絶縁層は、緻密で絶縁耐圧が高く信頼性に優れているためである。例えば、亜酸化窒素をアルゴンで１〜３倍（流量比）に希釈して、１０〜３０Ｐａの圧力にて３〜５ｋＷのマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）電力を印加して単結晶半導体層１２０５、１２０６の表面を酸化若しくは窒化させる。この処理により１ｎｍ〜１０ｎｍ（好ましくは２ｎｍ〜６ｎｍ）の絶縁膜を形成する。さらに亜酸化窒素とシランを導入し、１０〜３０Ｐａの圧力にて３〜５ｋＷのマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）電力を印加して気相成長法により酸化窒化シリコン膜を形成してゲート絶縁層を形成する。固相反応と気相成長法による反応を組み合わせることにより界面準位密度が低く絶縁耐圧の優れたゲート絶縁層を形成することができる。

また、ゲート絶縁層１２０７として、二酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、二酸化チタン、五酸化タンタルなどの高誘電率材料を用いても良い。ゲート絶縁層１２０７に高誘電率材料を用いることにより、ゲートリーク電流を低減することができる。

ゲート絶縁層１２０７上にゲート電極層１２０８及びゲート電極層１２０９を形成する（図４（Ｃ））。ゲート電極層１２０８、１２０９は、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法等の手法により形成することができる。ゲート電極層１２０８、１２０９はタンタル、タングステン、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジムから選ばれた元素、又は元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成すればよい。また、ゲート電極層１２０８、１２０９としてリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜や、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ合金を用いてもよい。

単結晶半導体層１２０６を覆うマスク１２１１を形成する。マスク１２１１及びゲート電極層１２０８をマスクとして、ｎ型を付与する不純物元素１２１０を添加し、第１のｎ型不純物領域１２１２ａ、１２１２ｂを形成する（図４（Ｄ））。本実施の形態では、不純物元素を含むドーピングガスとしてホスフィン（ＰＨ_３）を用いる。ここでは、第１のｎ型不純物領域１２１２ａ、１２１２ｂに、ｎ型を付与する不純物元素が１×１０^１７〜５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度の濃度で含まれるように添加する。本実施の形態では、ｎ型を付与する不純物元素としてリンを用いる。

次に、単結晶半導体層１２０５を覆うマスク１２１４を形成する。マスク１２１４、ゲート電極層１２０９をマスクとしてｐ型を付与する不純物元素１２１３を添加し、第１のｐ型不純物領域１２１５ａ、第１のｐ型不純物領域１２１５ｂを形成する（図４（Ｅ））。本実施の形態では、不純物元素としてボロンを用いるため、不純物元素を含むドーピングガスとしてはジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）などを用いる。

マスク１２１４を除去し、ゲート電極層１２０８、１２０９の側面にサイドウォール構造の側壁絶縁層１２１６ａ乃至１２１６ｄ、ゲート絶縁層１２３３ａ、１２３３ｂを形成する（図５（Ａ））。側壁絶縁層１２１６ａ乃至１２１６ｄは、ゲート電極層１２０８、１２０９を覆う絶縁層を形成した後、これをＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンエッチング）法による異方性のエッチングによって加工し、ゲート電極層１２０８、１２０９の側壁に自己整合的にサイドウォール構造の側壁絶縁層１２１６ａ乃至１２１６ｄを形成すればよい。ここで、絶縁層について特に限定はなく、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ−Ｏｒｔｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ）若しくはシラン等と、酸素若しくは亜酸化窒素等とを反応させて形成した段差被覆性のよい酸化珪素であることが好ましい。絶縁層は熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法、バイアスＥＣＲＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いることによって形成することができる。ゲート絶縁層１２３３ａ、１２３３ｂはゲート電極層１２０８、１２０９、及び側壁絶縁層１２１６ａ乃至１２１６ｄをマスクとしてゲート絶縁層１２０７をエッチングして形成することができる。

また、本実施の形態では、絶縁層をエッチングする際、ゲート電極層上の絶縁層を除去し、ゲート電極層を露出させるが、絶縁層をゲート電極層上に残すような形状に側壁絶縁層１２１６ａ乃至１２１６ｄを形成してもよい。また、後工程でゲート電極層上に保護膜を形成してもよい。このようにゲート電極層を保護することによって、エッチング加工する際、ゲート電極層の膜減りを防ぐことができる。また、ソース領域及びドレイン領域にシリサイドを形成する場合、シリサイド形成時に成膜する金属膜とゲート電極層とが接しないので、金属膜の材料とゲート電極層の材料とが反応しやすい材料であっても、化学反応や拡散などの不良を防止することができる。エッチング方法は、ドライエッチング法でもウェットエッチング法でもよく、種々のエッチング方法を用いることができる。本実施の形態では、ドライエッチング法を用いる。エッチング用ガスとしては、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４もしくはＣＣｌ_４などを代表とする塩素系ガス、ＣＦ_４、ＳＦ_６もしくはＮＦ_３などを代表とするフッ素系ガス又は酸素を適宜用いることができる。

次に単結晶半導体層１２０６を覆うマスク１２１８を形成する。マスク１２１８、ゲート電極層１２０８、側壁絶縁層１２１６ａ、１２１６ｂをマスクとしてｎ型を付与する不純物元素１２１７を添加し、第２のｎ型不純物領域１２１９ａ、１２１９ｂ、第３のｎ型不純物領域１２２０ａ、１２２０ｂが形成される。本実施の形態では、不純物元素を含むドーピングガスとしてホスフィンを用いる。ここでは、第２のｎ型不純物領域１２１９ａ、１２１９ｂにｎ型を付与する不純物元素が５×１０^１９〜５×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度の濃度で含まれるように添加する。また、単結晶半導体層１２０５にチャネル形成領域１２２１が形成される（図５（Ｂ））。

第２のｎ型不純物領域１２１９ａ、第２のｎ型不純物領域１２１９ｂは高濃度ｎ型不純物領域であり、ソース、ドレインとして機能する。一方、第３のｎ型不純物領域１２２０ａ、１２２０ｂは低濃度不純物領域であり、ＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）領域となる。第３のｎ型不純物領域１２２０ａ、１２２０ｂはゲート電極層１２０８に覆われていないＬｏｆｆ領域に形成されるため、オフ電流を低減する効果がある。この結果、さらに信頼性の高く、低消費電力の半導体装置を作製することが可能である。

マスク１２１８を除去し、単結晶半導体層１２０５を覆うマスク１２２３を形成する。マスク１２２３、ゲート電極層１２０９、側壁絶縁層１２１６ｃ、１２１６ｄをマスクとして、ｐ型を付与する不純物元素１２２２を添加し、第２のｐ型不純物領域１２２４ａ、１２２４ｂ、第３のｐ型不純物領域１２２５ａ、１２２５ｂを形成する。

第２のｐ型不純物領域１２２４ａ、１２２４ｂにｐ型を付与する不純物元素が１×１０^２０〜５×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度の濃度で含まれるように添加する。本実施の形態では、第３のｐ型不純物領域１２２５ａ、１２２５ｂは、側壁絶縁層１２１６ｃ、１２１６ｄにより、自己整合的に第２のｐ型不純物領域１２２４ａ、１２２４ｂより低濃度となるように形成する。また、単結晶半導体層１２０６にチャネル形成領域１２２６が形成される（図５（Ｃ））。

第２のｐ型不純物領域１２２４ａ、１２２４ｂは高濃度ｐ型不純物領域であり、ソース、ドレインとして機能する。一方、第３のｐ型不純物領域１２２５ａ、１２２５ｂは低濃度不純物領域であり、ＬＤＤ（ＬｉｇｈｔｌｙＤｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）領域となる。第３のｐ型不純物領域１２２５ａ、１２２５ｂはゲート電極層１２０９に覆われていないＬｏｆｆ領域に形成されるため、オフ電流を低減する効果がある。この結果、さらに信頼性の高く、低消費電力の半導体装置を作製することが可能である。

マスク１２２３を除去し、不純物元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、又はレーザ光の照射を行ってもよい。活性化と同時にゲート絶縁層へのプラズマダメージやゲート絶縁層と単結晶半導体層との界面へのプラズマダメージを回復することができる。

次いで、ゲート電極層、ゲート絶縁層を覆う層間絶縁層を形成する。本実施の形態では、保護膜となる水素を含む絶縁膜１２２７と、絶縁層１２２８との２層構造とするが、層間絶縁層は、単層または３層以上の積層構造としても良い。

絶縁膜１２２７と絶縁層１２２８は、スパッタ法、もしくはプラズマＣＶＤ法を用いた窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、酸化珪素膜、他の珪素を含む絶縁膜を用いることができる。

絶縁膜１２２７、絶縁層１２２８としては他に窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒素含有量が酸素含有量よりも多い窒化酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、窒素含有炭素、ポリシラザン、その他の無機絶縁性材料を含む物質から選ばれた材料で形成することができる。また、シロキサン樹脂を用いてもよい。なお、シロキサン樹脂とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコンと酸素との結合で骨格構造が構成される。置換基として、有機基（例えばアルキル基、アリール基）やフルオロ基を用いてもよい。有機基は、フルオロ基を有していてもよい。また、有機絶縁性材料を用いてもよく、有機材料としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジスト又はベンゾシクロブテンを用いることができる。平坦性のよい塗布法によって形成される塗布膜を用いてもよい。

絶縁膜１２２７、絶縁層１２２８は、ディップ、スプレー塗布、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター、ＣＶＤ法、蒸着法等を採用することができる。液滴吐出法により絶縁膜１２２７、絶縁層１２２８を形成してもよい。液滴吐出法を用いた場合には材料液を節約することができる。また、液滴吐出法のようにパターンが転写、または描写できる方法、例えば印刷法（スクリーン印刷やオフセット印刷などパターンが形成される方法）なども用いることができる。

さらに、窒素雰囲気中で、３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、単結晶半導体層を水素化する工程を行う。好ましくは、４００〜５００℃で行う。この工程は層間絶縁層である絶縁膜１２２７に含まれる水素により単結晶半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。本実施の形態では、４１０℃で１時間加熱処理を行う。

次いで、レジストからなるマスクを用いて絶縁膜１２２７、絶縁層１２２８に単結晶半導体層に達するコンタクトホール（開口）を形成する。エッチングは、用いる材料の選択比によって、一回で行っても複数回行っても良い。エッチングによって、絶縁膜１２２７、絶縁層１２２８を除去し、ソース領域又はドレイン領域である第２のｎ型不純物領域１２１９ａ、１２１９ｂ、第２のｐ型不純物領域１２２４ａ、１２２４ｂに達する開口を形成する。エッチングは、ウェットエッチングでもドライエッチングでもよく、両方用いてもよい。ウェットエッチングのエッチャントは、フッ素水素アンモニウム及びフッ化アンモニウムを含む混合溶液のようなフッ酸系の溶液を用いるとよい。エッチング用ガスとしては、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４もしくはＣＣｌ_４などを代表とする塩素系ガス、ＣＦ_４、ＳＦ_６もしくはＮＦ_３などを代表とするフッ素系ガス又は酸素を適宜用いることができる。また用いるエッチング用ガスに不活性気体を添加してもよい。添加する不活性元素としては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅから選ばれた一種または複数種の元素を用いることができる。

開口を覆うように導電膜を形成し、導電膜をエッチングして各ソース領域又はドレイン領域の一部とそれぞれ電気的に接続するソース電極層又はドレイン電極層として機能する配線層１２２９ａ、１２２９ｂ、１２３０ａ、１２３０ｂを形成する。配線層は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、蒸着法等により導電膜を成膜した後、所望の形状にエッチングして形成することができる。また、液滴吐出法、印刷法、電解メッキ法等により、所定の場所に選択的に導電層を形成することができる。更にはリフロー法、ダマシン法を用いても良い。配線層の材料は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｗ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂａ等の金属、及びＳｉ、Ｇｅ、又はその合金、若しくはその窒化物を用いて形成する。また、これらの積層構造としても良い。

以上の工程でＣＭＯＳ構造のｎチャネル型薄膜トランジスタであるトランジスタ１２３１及びｐチャネル型薄膜トランジスタであるトランジスタ１２３２を含む半導体装置を作製することができる（図５（Ｄ））。図示しないが、本実施の形態はＣＭＯＳ構造であるため、トランジスタ１２３１とトランジスタ１２３２とは電気的に接続している。

本実施の形態に限定されず、トランジスタはチャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造でも、二つ形成されるダブルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。

以上のように、単結晶半導体基板より支持基板に転載された単結晶半導体層を有する半導体基板を用いるため、単結晶半導体層は結晶性が高い。

従って、薄型の高性能な半導体装置を歩留まり良く作製することができる。

本実施の形態は、他の実施の形態と、適宜組み合わせることができる。

（実施の形態４）
本発明の一態様の半導体基板の作製方法で作製した半導体基板を含む半導体装置は、様々な電子機器に用いることができる。

その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ等のカメラ、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、プロジェクタ、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの一例を図６に示す。

また、マイクロプロセッサ、ＲＦＩＤタグ、ＩＤタグ、ＩＣタグ、ＩＣチップ、ＲＦタグ、無線タグ、電子タグまたは無線チップとも呼ばれる非接触でデータの送受信を行うことのできる演算機能を備えた半導体装置などにも本発明を適用することができる。

図６（Ａ）に示す携帯情報端末機器は、本体９２０１、表示部９２０２等を含んでいる。本発明の一態様を適用することによって、歩留まり良く携帯情報端末機器を提供することができる。

図６（Ｂ）に示すデジタルビデオカメラは、表示部９７０１、表示部９７０２等を含んでいる。本発明の一態様を適用することによって、歩留まり良くデジタルビデオカメラを得ることができる。

図６（Ｃ）に示す携帯電話機は、本体９１０１、表示部９１０２等を含んでいる。本発明の一態様を適用することによって、歩留まり良く携帯電話機を提供することができる。

図６（Ｄ）に示す携帯型のテレビジョン装置は、本体９３０１、表示部９３０２等を含んでいる。本発明の一態様を適用することによって、歩留まり良く携帯型のテレビジョン装置を提供することができる。またテレビジョン装置としては、携帯電話機などの携帯端末に搭載する小型のものから、持ち運びをすることができる中型のもの、また、大型のもの（例えば４０インチ以上）まで、幅広いものに、本発明の一態様を適用することができる。

図６（Ｅ）に示す携帯型のコンピュータは、本体９４０１、表示部９４０２等を含んでいる。本発明の一態様を適用することによって、歩留まり良く携帯型のコンピュータを提供することができる。

１００ 基板
１０１ 絶縁層
１０１ａ 絶縁層
１０１ｂ 絶縁層
１０２ 水素イオン
１０３ エッチング用ガス
１０４ａ 第１の深さ
１０４ｂ 第２の深さ
１０５ 脆化領域
１０６ 接合層
１０６ａ 接合層
１３０ 支持基板
１３１ 単結晶半導体層
２００ チャンバー壁
２０１ ステージ
２０２ ステージ軸
２０３ イオン源
２０４ バルブ
２０５ バルブ
２０６ イオン
２０７ エッチング用ガス供給部
２０８ 加速電極
２０９ 質量分析部
２１０ 走査部
３００ チャンバー壁
３０１ ステージ
３０２ ステージ軸
３０３ イオン源
３０４ バルブ
３０５ バルブ
３０６ イオン
３０７ エッチング用ガス供給部
５００ａ 損傷領域
５００ｂ 損傷領域
５００ｃ 損傷領域
５０１ａ 脆化領域
５０１ｂ 脆化領域
５０１ｃ 脆化領域
５０２ 破線
５０３ 破線
５０４ 破線
１２０５ 単結晶半導体層
１２０６ 単結晶半導体層
１２０７ ゲート絶縁層
１２０８ ゲート電極層
１２０９ ゲート電極層
１２１０ 不純物元素
１２１１ マスク
１２１２ａ 第１のｎ型不純物領域
１２１２ｂ 第１のｎ型不純物領域
１２１３ 不純物元素
１２１４ マスク
１２１５ａ 第１のｐ型不純物領域
１２１５ｂ 第１のｐ型不純物領域
１２１６ａ 側壁絶縁層
１２１６ｂ 側壁絶縁層
１２１６ｃ 側壁絶縁層
１２１６ｄ 側壁絶縁層
１２１７ 不純物元素
１２１８ マスク
１２１９ａ 第２のｎ型不純物領域
１２１９ｂ 第２のｎ型不純物領域
１２２０ａ 第３のｎ型不純物領域
１２２０ｂ 第３のｎ型不純物領域
１２２１ チャネル形成領域
１２２２ 不純物元素
１２２３ マスク
１２２４ａ 第２のｐ型不純物領域
１２２４ｂ 第２のｐ型不純物領域
１２２５ａ 第３のｐ型不純物領域
１２２４ｂ 第３のｐ型不純物領域
１２２６ チャネル形成領域
１２２７ 絶縁膜
１２２８ 絶縁層
１２２９ａ 配線層
１２３１ トランジスタ
１２３２ トランジスタ
１２３３ａ ゲート絶縁層
９１０１ 本体
９１０２ 表示部
９２０１ 本体
９２０２ 表示部
９３０１ 本体
９３０２ 表示部
９４０１ 本体
９４０２ 表示部
９７０１ 表示部
９７０２ 表示部

Claims (9)

1. 単結晶半導体基板の表面に絶縁層を形成し、
   前記絶縁層をエッチングしながら、前記絶縁層を介して前記単結晶半導体基板にイオン照射を行うことで、脆化領域を形成し、
   前記単結晶半導体基板のイオン照射を行った面に接合層を形成し、
   前記単結晶半導体基板と、支持基板とを、前記接合層を介して貼り合わせ、
   熱処理を行うことにより、前記脆化領域内に劈開面を形成して、前記単結晶半導体基板の一部を分離する半導体基板の作製方法。
2. 請求項１において、
   前記イオン照射を一定の加速電圧で行う半導体基板の作製方法。
3. 単結晶半導体基板の表面に絶縁層を形成し、
   前記絶縁層を介して前記単結晶半導体基板に第１のイオン照射を行った後、前記絶縁層をエッチングするステップと、前記単結晶半導体基板に第２のイオン照射を行うステップを交互に１回以上行うことで、脆化領域を形成し、
   前記単結晶半導体基板のイオン照射を行った面に接合層を形成し、
   前記単結晶半導体基板と、支持基板とを、前記接合層を介して貼り合わせ、
   熱処理を行うことにより、前記脆化領域内に劈開面を形成して、前記単結晶半導体基板の一部を分離する半導体基板の作製方法。
4. 請求項３において、
   前記第２のイオン照射を、前記絶縁層を介して行う半導体基板の作製方法。
5. 請求項３又は請求項４において、
   前記第２のイオン照射の加速電圧が、前記第１のイオン照射の加速電圧と同じである半導体基板の作製方法。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
   前記絶縁層が前記接合層を兼ねる半導体基板の作製方法。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
   前記接合層を形成する前に、前記絶縁層を除去する半導体基板の作製方法。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
   前記脆化領域を複数形成する半導体基板の作製方法。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の半導体基板の作製方法を用いて作製する半導体基板を含む半導体装置の作製方法。

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