半導体基板の作製方法
【課題】半導体基板の欠陥を低減する。また、歩留まり高く欠陥の少ない半導体基板を作製する。また、歩留まり高く半導体装置を作製する。
【解決手段】支持基板に酸化絶縁層を介して半導体層を設け、該半導体層の端部における、支持基板及び酸化絶縁層の密着性を高めた後、半導体層の表面の絶縁層を除去し、半導体層にレーザ光を照射して、平坦化された半導体層を得る。半導体層の端部において、支持基板及び酸化絶縁層の密着性を高めるために、半導体層の表面から、レーザ光を照射する。
【解決手段】支持基板に酸化絶縁層を介して半導体層を設け、該半導体層の端部における、支持基板及び酸化絶縁層の密着性を高めた後、半導体層の表面の絶縁層を除去し、半導体層にレーザ光を照射して、平坦化された半導体層を得る。半導体層の端部において、支持基板及び酸化絶縁層の密着性を高めるために、半導体層の表面から、レーザ光を照射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板及びその作製方法、及び半導体基板を用いた半導体装置の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体基板として、支持基板（ベース基板ともいう。）上に絶縁層及び単結晶シリコン層が設けられたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板が広く利用されている。
【０００３】
代表的なＳＯＩ基板の作製方法としては、スマートカット法、ＥＬＴＲＡＮ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｙｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ、商標登録）法等がある。
【０００４】
支持基板としてガラス基板を用いたＳＯＩ基板の代表的な作製方法を以下に示す。まず、単結晶シリコン基板に水素イオンを注入することで、単結晶シリコン基板表面から所定の深さに脆化領域（損傷領域ともいう。）を形成する。次に、絶縁層を介して、該単結晶シリコン基板及び支持基板を貼り合わせる。その後、加熱処理を行い、脆化領域から単結晶シリコン基板を分断（分離ともいう。）することにより、支持基板上に絶縁層及び薄い単結晶シリコン層を形成することができる。すなわち、単結晶シリコン基板の一部からなる単結晶シリコン層を支持基板上に転載することで、ＳＯＩ基板を作製するものである。
【０００５】
上記ＳＯＩ基板の作製方法により支持基板上に転載された単結晶シリコン層は、表面が凹凸状である。このため、単結晶シリコン層の表面を平坦化する工程が必要である。単結晶シリコン層の平坦化方法としては、代表的には、単結晶シリコン層の表面にレーザ光を照射し、単結晶シリコン層の凹部及び凸部を溶融し、固化させ、平坦化する方法がある（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２８８５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、支持基板上に転載された単結晶シリコン層の表面の平坦化のために、レーザ光を照射させる際、単結晶シリコン層の表面に自然酸化層のような酸化絶縁層があると、当該酸化絶縁層中に含まれる酸素が単結晶シリコン層の溶融部に混入してしまう。このため、固化した単結晶シリコン層の表面は平坦化されるものの、欠陥を含む単結晶シリコン層が形成されてしまう。
【０００８】
一方、平坦化のためのレーザ光照射の前に、支持基板上に転載された単結晶シリコン層の表面の酸化絶縁層を除去すると、当該酸化絶縁層の除去と共に、等方的に支持基板がエッチングされてしまい、支持基板上の酸化絶縁層の端部の下方に空洞ができてしまい、支持基板上に転載された単結晶シリコン層の端部が剥がれやすくなる。
【０００９】
単結晶シリコン層の端部が剥がれると、パーティクルとなり、半導体基板の歩留まりの低下の原因となる。
【００１０】
そこで、本発明の一形態は、半導体基板の欠陥を低減することを課題の一とする。また、歩留まり高く欠陥の少ない半導体基板を作製することを課題の一とする。また、歩留まり高く半導体装置を作製することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、支持基板に酸化絶縁層を介して半導体層を設け、該半導体層の端部における、支持基板及び酸化絶縁層の密着性を高めた後、半導体層の表面の絶縁層を除去し、半導体層にレーザ光を照射して、平坦化された半導体層を得ることを要旨とする半導体基板（ＳＯＩ基板）の作製方法である。
【００１２】
半導体層の端部において、支持基板及び酸化絶縁層の密着性を高める方法としては、半導体層の表面から、レーザ光を照射する方法がある。このとき、支持基板及び酸化絶縁層の密着性を高めることが可能なエネルギーを有するレーザ光を半導体層の端部に照射する。なお、当該レーザ光のエネルギーは、照射された半導体層を完全溶融するエネルギーであることが好ましい。この結果、レーザ光のエネルギーが酸化絶縁層に伝達し、当該エネルギーにより、支持基板及び酸化絶縁層の密着性が高まる。このため、半導体層の表面の絶縁層の除去工程において、半導体層の端部の浮き及び剥がれを低減することができる。なお、レーザ光の照射により完全溶融した半導体層の一部は、再結晶化するため、多結晶半導体領域となる。
【００１３】
また、半導体層の端部において、支持基板及び酸化絶縁層の密着性を高める方法としては、半導体層の端部を加熱する方法がある。このとき、支持基板及び酸化絶縁層の密着性を高めることが可能な温度で半導体層の端部を加熱する。なお、当該加熱温度は、支持基板の歪み点未満の温度であることが好ましい。この結果、当該加熱により、支持基板及び酸化絶縁層の密着性が高まる。このため、半導体層の表面の絶縁層の除去工程において、半導体層の端部の浮き及び剥がれを低減することができる。
【００１４】
また、本発明の一態様は、支持基板に酸化絶縁層を介して半導体層を設け、該半導体層の端部における、支持基板及び酸化絶縁層の密着性を高めた後、半導体層の表面の絶縁層を除去し、半導体層にレーザ光を照射して、平坦化された半導体層を得る。次に、当該半導体層を用いて、半導体素子を作製することを要旨とする半導体装置の作製方法である。
【００１５】
なお、本明細書において、単結晶とは、結晶構造が一定の規則性を持って形成されており、どの部分においても結晶軸が一定の方向を向いているものをいう。ただし、単結晶は欠陥や格子歪みなどの規則性の乱れを有していてもよい。
【００１６】
また、本明細書において、半導体基板とは、ＳＯＩ基板などのように、支持基板上に絶縁層を介して半導体層が設けられているものをいう。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一態様は、欠陥が少なく、且つ表面が平坦化された半導体基板を得ることができる。また、本発明の一態様は、歩留まり高く、欠陥が少なく、且つ表面が平坦化された半導体基板を作製することができる。また、本発明の一態様は、半導体装置の量産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一形態に係る半導体基板の作製方法を説明する断面図である。
【図２】本発明の一形態に係る半導体基板の作製方法を説明する上面図である。
【図３】本発明の一形態に係る半導体基板の作製方法を説明する上面図である。
【図４】レーザ照射装置を説明する斜視図である。
【図５】レーザ照射装置を説明する斜視図である。
【図６】本発明の一形態に係る半導体基板の作製方法を説明する上面図である。
【図７】本発明の一形態に係る半導体基板の作製方法を説明する上面図である。
【図８】本発明の一形態に係る半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図９】本発明の一形態に係る半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図１０】本発明の一形態に係る半導体装置を説明する断面図、上面図及び回路図である。
【図１１】半導体基板の端部を透過型電子顕微鏡で撮影した写真である。
【図１２】半導体基板の端部を透過型電子顕微鏡で撮影した写真である。
【図１３】半導体基板の端部を透過型電子顕微鏡で撮影した写真である。
【図１４】半導体基板の端部を光学顕微鏡で撮影した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。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うることは当業者であれば容易に理解される。したがって、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、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。
【００２０】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体基板の構造及び作製方法の一形態について説明する。
【００２１】
図１を用いて半導体基板の作製方法を説明する。
【００２２】
まず、支持基板５１（ベース基板ともいう。）を用意する（図１（Ａ）参照。）。
【００２３】
支持基板５１は、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などの絶縁性基板を用いる。なお、支持基板５１としてプラスチック基板等の絶縁性基板、シリコンなどの半導体基板、金属やステンレスなどの導電性基板等を適宜用いてもよい。
【００２４】
ガラス基板としては、歪み点が５８０度以上７３０度以下であるものを用いるとよい。また、ガラス基板は無アルカリガラス基板であることが好ましい。無アルカリガラス基板には、例えば、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などのガラス材料が用いられている。安価なガラス基板、プラスチック基板を用いることで、コストを低減することができる。
【００２５】
また、支持基板５１の表面に、絶縁層を形成してもよい。該絶縁層を設けることにより、支持基板５１に不純物（アルカリ金属やアルカリ土類金属など）が含まれている場合には、後に支持基板５１上に転載される半導体層へ当該不純物が拡散することを防止できる。絶縁層としては、スパッタリング法またはＣＶＤ法により形成された酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層などがある。
【００２６】
なお、酸化窒化シリコンとは、窒素よりも酸素の含有量が多いものであり、窒化酸化シリコンとは、酸素よりも窒素の含有量が多いものである。ここで、含有量の比較は、ラザフォード後方散乱法または水素前方散乱法の測定結果に基づいて行うこととする。
【００２７】
次に、脆化領域５５（損傷領域ともいう。）を有する半導体基板５３を用意する（図１（Ｂ）参照。）。なお、半導体基板５３の少なくとも一面には、酸化絶縁層５７を有することが好ましい。ここで、脆化領域５５を有する半導体基板５３の作製方法について、以下に説明する。
【００２８】
半導体基板５３としては、シリコン、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、ガリウムヒ素、またはインジウムリン等の半導体材料を用いた多結晶基板または単結晶基板がある。ここでは、半導体基板５３として単結晶シリコン基板を用いる。
【００２９】
半導体基板５３は、円形状の半導体基板、円形状の半導体基板を矩形状に加工した半導体基板等を適宜用いることができる。ここでは、半導体基板５３として矩形状の半導体基板を用いる。
【００３０】
次に、半導体基板５３に、脆化領域５５（損傷領域ともいう。）を形成する。
【００３１】
電界で加速されたイオン（イオンビーム）を半導体基板５３に照射し、半導体基板５３の表面から所定の深さにイオンを導入することで、微小な孔が形成される。微小な孔が形成される領域が脆化領域５５となる。脆化領域５５が形成される深さにより、半導体基板５３から分断される半導体層の厚さが決定される。脆化領域５５が形成される深さは、半導体基板５３の表面から５０ｎｍ以上１μｍ以下であり、好ましくは５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
【００３２】
また、イオンの導入は、水素、不活性元素またはハロゲンを用いて、イオンドーピング法またはイオン注入法により行うことができる。不活性元素としては、例えばヘリウムがあり、ハロゲンとしては、例えばフッ素がある。
【００３３】
次に、半導体基板５３の少なくとも一表面に酸化絶縁層５７を形成する。酸化絶縁層５７は、２つの基板を貼り合わせるための接合層として機能する。酸化絶縁層５７は、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の薄膜成膜方法を用いて、酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層等を形成することができる。または、酸化絶縁層５７として、テトラエトキシシラン等の有機シランを用いて、酸化シリコン層を形成することができる。または、半導体基板５３を熱酸化して、半導体基板５３の表面全体に酸化絶縁層を形成することができる。なお、熱酸化により酸化絶縁層５７を形成する場合、酸素及び塩化水素雰囲気で加熱することで、塩素を含む酸化絶縁層を形成することができる。
【００３４】
ここでは、酸素及び塩化水素雰囲気における熱酸化により半導体基板５３の表面を酸化して、酸化絶縁層５７として塩素を含む酸化シリコン層を形成する。
【００３５】
なお、上記脆化領域５５及び酸化絶縁層５７を有する半導体基板５３の作製方法の代わりに、半導体基板の一表面を陽極酸化して多孔質領域を形成し、当該多孔質領域上に半導体層をエピタキシャル成長させた後、当該半導体層上に酸化絶縁層を形成する方法等がある。
【００３６】
次いで、酸化絶縁層５７を介して半導体基板５３及び支持基板５１を貼り合わせる（図１（Ｃ）参照。）。
【００３７】
なお、貼り合わせを行う前に、支持基板５１または半導体基板５３の貼り合せ面（接合面ともいう。）に表面処理を行うことが好ましい。表面処理を行うことで、親水性または清浄性が向上し、貼り合わせの際の接合強度を向上させることができる。なお、表面処理は、支持基板５１及び半導体基板５３の貼り合わせ面の少なくとも一方に行えばよい。
【００３８】
なお、表面処理としては、ウェット処理（オゾン水洗浄、メガソニック洗浄、または２流体洗浄等）またはドライ処理（紫外線処理、オゾン処理、プラズマ処理、またはラジカル処理等）がある。また、これらを組み合わせて行ってもよい。
【００３９】
また、支持基板５１及び半導体基板５３を貼り合わせる直前に、支持基板５１または酸化絶縁層５７の表面の水分を除去するために、水が蒸発する温度、代表的には５５度以上１００度以下で支持基板５１または半導体基板５３を加熱してもよい。この結果、支持基板５１及び酸化絶縁層５７の界面において、残留する水分と共に気体やパーティクルが混入することを低減できるため、貼り合わせ不良を低減することができる。
【００４０】
次に、貼り合わされた２つの基板に対して、脆化領域５５において、半導体基板５３を分断（分離ともいう。）する。この分断により、半導体基板５３の一部からなる半導体層５９を、支持基板５１上に設けることができる。なお、当該分断において、半導体基板の全面に酸化絶縁層５７が形成されている場合、当該酸化絶縁層５７も分断される。当該分断された酸化絶縁層５７を酸化絶縁層６１と示す（図１（Ｄ）参照。）。
【００４１】
ここでは、加熱処理により、脆化領域５５において、半導体基板５３を分断する。加熱処理は、５００度以上、支持基板５１の歪み点未満の温度で行えばよい。当該加熱処理により、脆化領域５５の微小な孔の内部の圧力が上昇する。圧力の上昇により、脆化領域５５の微小な孔に体積変化が起こり、脆化領域５５において半導体基板５３が分断される。なお、本実施の形態では、脆化領域５５が半導体基板５３の端部まで形成されないため、半導体基板５３の端部は、支持基板５１に転載せず、半導体基板５３側に分断される。
【００４２】
なお、脆化領域５５を半導体基板の陽極酸化により形成した場合、ウォータジェット法を用いて脆化領域５５を切断してもよい。
【００４３】
次に、支持基板５１及び酸化絶縁層６１の密着性を高めるため、半導体層５９の端部にレーザ光６３を照射する。
【００４４】
レーザ光６３としては、支持基板５１及び酸化絶縁層６１の密着性を高めるエネルギーを有するレーザ光が好ましい。このようなレーザ光のエネルギーは、半導体層５９を完全溶融するエネルギーに相当する。ここで、完全溶融とは、半導体層５９が酸化絶縁層６１との界面付近まで溶融されて、液体状態になることをいう。半導体層５９を完全溶融させると、レーザ光のエネルギーは酸化絶縁層６１に伝達し、当該エネルギーにより支持基板５１及び酸化絶縁層６１の密着性が高まる。
【００４５】
レーザ光６３の波長は、半導体層５９で吸収する波長が好ましく、代表的には、波長１９０ｎｍ〜２０００ｎｍの領域の紫外光から近赤外光であることが好ましい。
【００４６】
また、連続発振のレーザを用いることで、被照射面におけるレーザ光の形状が、点状または楕円状となる。また、パルス発振レーザを用いることで、被照射面におけるレーザ光の形状が、線状または矩形状となる。パルス発振レーザの発振周波数は、１Ｈｚ以上１０ＭＨｚ以下程度とすることが好ましい。
【００４７】
レーザ光６３の照射方法は、図２（Ａ）に示すように、被照射面におけるレーザ光の形状が、点状または楕円状となるレーザ光６３ａを、矢印のように半導体層５９の端部に沿って走査する方法がある。このようなレーザ光６３ａの走査方法により、支持基板５１を回転せずとも、半導体層５９の端部に選択的にレーザ光６３ａを照射することができる。
【００４８】
この結果、図２（Ｂ）に示すように、半導体層５９の端部に多結晶半導体領域６５が形成されると共に、半導体層５９の端部における、支持基板５１及び酸化絶縁層（図示しない。）の密着性を高めることができる。なお、半導体層５９において、レーザ光６３ａの未照射領域は、半導体層６７となる。
【００４９】
また、図２と異なるレーザ光の照射方法として、被照射面におけるレーザ光の形状が、線状または矩形状となるレーザ光６３ｂを、半導体層５９の一辺それぞれに照射する方法がある。このようなレーザ光６３ｂの照射方法により、半導体層５９の端部におけるレーザ光６３ｂの照射時間を短縮することが可能である。例えば、図３（Ａ）に示すように、半導体層５９の第１の辺にレーザ光６３ｂを照射した後、支持基板５１を９０度回転させる。次に、図３（Ｂ）に示すように、半導体層５９の第２の辺にレーザ光６３ｃを照射する。このように、レーザ光を照射する工程と、基板を回転する工程とを、半導体層の辺の数のみ繰り返すことで、図３（Ｃ）に示すように、半導体層５９の端部に多結晶半導体領域６５が形成されると共に、半導体層５９の端部における、支持基板５１及び酸化絶縁層（図示しない。）の密着性を高めることができる。なお、半導体層５９において、レーザ光６３ｂおよび６３ｃの未照射領域は、半導体層６７となる。
【００５０】
ここで、図２に示すように、被照射面におけるレーザ光の形状が、円状または楕円状となるレーザ光を照射するレーザ照射装置について、図４を用いて説明する。
【００５１】
図４は、レーザ照射装置８０の斜視図である。
【００５２】
レーザ照射装置８０は、レーザ光８１を発振するレーザ発振器８２、レーザ光８１を任意の角度に反射させるガルバノミラー８３ａ、８３ｂ、ガルバノミラー８３ａを駆動するガルバノスキャナ８５ａ、ガルバノミラー８３ｂを駆動するガルバノスキャナ８５ｂ、ガルバノミラー８３ａ、８３ｂで反射されたレーザ光８１を被照射面に集光するｆθレンズ８７、支持基板５１の位置を制御するＸＹステージ８９、支持基板５１とｆθレンズ８７との距離を調整するＺ軸テーブル９１を有する。また、レーザ照射装置８０は、レーザ光８１の照射位置を検知するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ９３、支持基板５１とｆθレンズ８７との距離を検出する位置検出装置９５を有する。
【００５３】
また、レーザ発振器８２、ガルバノスキャナ８５ａ、８５ｂ、ＸＹステージ８９、Ｚ軸テーブル９１、ＣＣＤカメラ９３、位置検出装置９５はそれぞれ制御装置９９に接続される。制御装置９９により、ガルバノスキャナ８５ａ、８５ｂの駆動を制御する。また、ＣＣＤカメラ９３で撮像した情報を元に、制御装置９９がガルバノスキャナ８５ａ、８５ｂの駆動及びＸＹステージ８９の移動を制御し、半導体層５９におけるレーザ光８１の照射位置を制御する。また、位置検出装置９５で得た情報を元に、制御装置９９がｆθレンズ８７またはＺ軸テーブル９１を制御し、ｆθレンズ８７及びＺ軸テーブル９１の間隔を制御する。
【００５４】
また、レーザ発振器８２及びガルバノミラー８３ａ、８３ｂの間に、シャッターを設けることができる。レーザ発振器８２から発振されたレーザ光の光路を変更するためのミラーを適宜設けることができる。また、ｆθレンズ８７のＺ軸方向の位置調整が可能なオートフォーカス機構９７を有してもよい。
【００５５】
レーザ発振器８２から発振されたレーザ光８１は、ガルバノミラー８３ａ、８３ｂの傾きを制御することで、被照射面の任意の場所にレーザ光を走査することができる。なお、ガルバノミラー８３ａ、８３ｂの代わりに、ポリゴンミラー、音響光学偏向器（Ａｃｏｕｓｔ−Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ；ＡＯＤ）等を用いてもよい。
【００５６】
ｆθレンズ８７でレーザ光８１を集光することで、被照射面にレーザ光８１の焦点を合わせることができる。
【００５７】
位置検出装置９５は、代表的には光学式変位計、超音波式変位計、レーザ変位計等を適宜用いることができる。ここでは、位置検出装置９５として、レーザ変位計を用いる。
【００５８】
なお、図４に示すレーザ照射装置においては、一組のレーザ発振器８２、ガルバノミラー８３ａ、８３ｂ、ガルバノスキャナ８５ａ、８５ｂ及びｆθレンズ８７を示すが、複数組のレーザ発振器８２、ガルバノミラー８３ａ、８３ｂ、ガルバノスキャナ８５ａ、８５ｂ及びｆθレンズ８７を設けることで、生産性を高めることができる。
【００５９】
図４と異なるレーザ照射装置について、図５を用いて説明する。
【００６０】
図５はレーザ照射装置の斜視図である。レーザ発振器８２と、被照射面を有する支持基板５１との間に、レーザ光の光路を制御するミラー８４と、被照射面にレーザ光を集光する集光レンズ８８とを有する。また、任意の角度に回転可能なθステージ９２と、θステージ９２上に設けられるＸ軸ステージ９０ａとを有する。また、レーザ発振器８２、ミラー８４及び集光レンズ８８のＹ軸方向の移動を制御するＹ軸ステージ９０ｂを有する。なお、図５においては、Ｙ軸ステージ９０ｂをレーザ発振器８２、ミラー８４及び集光レンズ８８に設けた図を示している。なお、Ｘ軸ステージまたはＹ軸ステージに、Ｚ軸方向の位置調整が可能なオートフォーカス機構を設けてもよい。
【００６１】
なお、ここでは、Ｙ軸ステージ９０ｂをレーザ発振器８２、ミラー８４及び集光レンズ８８に設けているが、Ｘ軸ステージ９０ａに設けてもよい。
【００６２】
次に、図５に示すレーザ照射装置を用いたレーザ光の照射方法を説明する。レーザ発振器８２から射出されたレーザ光８１の光路をミラー８４で支持基板５１側へ変更する。集光レンズ８８で集光したレーザ光を、Ｘ軸ステージまたはＹ軸ステージの移動により、半導体層５９の第１の辺に照射する。
【００６３】
次に、θステージ９２を９０度回転した後、Ｘ軸ステージまたはＹ軸ステージを移動し、第１の辺と直交する第２の辺にレーザ光を照射する。Ｘ軸ステージまたはＹ軸ステージと、θステージ９２の操作を交互に行うことで、半導体層５９の端部全てにレーザ光を照射することができる。
【００６４】
なお、図５においては、一組のレーザ発振器８２、ミラー８４及び集光レンズ８８を示すが、複数組のレーザ発振器８２、ミラー８４及び集光レンズ８８を設けることで、生産性を高めることができる。
【００６５】
なお、本実施の形態では、図４及び図５に示すレーザ照射装置の代わりに、適宜他の構成を有するレーザ照射装置を用いることができる。
【００６６】
図１（Ｄ）に示すように、半導体層５９の端部にレーザ光６３を照射することで、支持基板５１及び酸化絶縁層６１の密着性を高めることができる。この結果、後に行われる半導体層５９表面に形成される自然酸化層の除去工程において、支持基板５１の溶解に伴う半導体層の端部の浮き及び剥がれを低減することができる。
【００６７】
また、半導体層５９の端部においてレーザ光６３が照射された領域は、完全溶融するため、再結晶化し多結晶半導体領域６５となる。なお、ここで、レーザ光６３が照射されなかった領域を半導体層６７と示す。また、半導体層６７の表面には、自然酸化層６９が形成される（図１（Ｅ）参照。）。当該自然酸化層６９は、半導体層６７が空気中の酸素に触れることで、半導体層６７の一部が酸化され、形成される。
【００６８】
次に、半導体層６７の表面に形成された自然酸化層６９を除去する。ここでは、エッチャントとしてフッ酸を用いたウェットエッチング法により自然酸化層６９を除去する。なお、レーザ光の照射により支持基板５１及び酸化絶縁層６１の密着性が高められたため、支持基板５１及び酸化絶縁層６１の界面におけるエッチャントの浸入が低減される。この結果、半導体層５９の端部の浮き及び剥がれを低減することができる。
【００６９】
次に、自然酸化層６９が除去された半導体層６７にレーザ光７５を照射する（図１（Ｆ）参照。）。当該工程により、半導体層６７の凹部および凸部を溶融させた後、冷却することで固化する。この結果、平坦性を高めた半導体層７７を形成することができる（図１（Ｇ）参照。）。
【００７０】
レーザ光７５は、レーザ光６３と同様に、半導体層６７に吸収される波長のレーザ光を用いることができる。
【００７１】
また、レーザ光７５は、半導体層６７が部分溶融または完全溶融するエネルギーで照射する。なお、レーザ光７５による半導体層６７の溶融は、部分溶融とすることが好ましい。部分溶融とは、この場合、半導体層６７の上部は溶融して液相となるが、下部は溶融せずに固相のままであることをいう。半導体層を部分溶融させることにより、溶融されていない固相部分から結晶成長が進行する。これにより、表面の平坦性が高く、且つ欠陥の少ない半導体層７７を形成することができる。また、半導体層６７の部分溶融により、支持基板５１の温度上昇を低減することができる。このため、支持基板５１として、ガラス基板のような耐熱性の低い基板を用いることが可能である。
【００７２】
なお、半導体層７７の厚さを薄くするため、半導体層７７の表面に、エッチング処理（例えばドライエッチングまたはウェットエッチング）や、研磨処理（例えばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ））などの平坦性を向上させる処理を行ってもよい。
【００７３】
また、レーザ光６３の照射により形成された多結晶半導体領域を選択的に除去してもよい。
【００７４】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【００７５】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１とは異なる方法で、支持基板に転載された半導体層の端部における浮き及び剥がれを低減する方法について、図６を用いて説明する。
【００７６】
本実施の形態では、加熱手段により支持基板に転載された半導体層の端部を加熱することを特徴とする。加熱手段としては、線状のヒータ、または半導体層の端部と同様の形状を有する閉ループ状、代表的にはロ字状または環状のヒータ等がある。
【００７７】
加熱手段を半導体層５９の端部に圧着する。このとき、加熱手段は、半導体層のみ圧着してもよく、半導体層の端部及び支持基板５１を圧着してもよい。図６（Ａ）に示す領域６４は、加熱手段が半導体層５９の端部及び支持基板５１に圧着した領域である。
【００７８】
この結果、支持基板５１及び酸化絶縁層（図示しない。）の密着性を向上させることが可能であり、半導体層５９の端部の浮き及び剥がれを低減できる。
【００７９】
なお、こののち、半導体層において加熱手段の圧着により結晶化した領域を除去し、加熱手段が圧着されない領域の半導体層６８のみ支持基板５１に設けてもよい（図６（Ｂ）参照。）。
【００８０】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１と異なる半導体基板の構造及び作製方法の一形態について、図７を用いて説明する。
【００８１】
本実施の形態で示す半導体基板は、図７に示すように、支持基板５１に複数の半導体層５９ａ〜５９ｄを有することを特徴とする。以下に、図７に示す半導体基板の作製方法について、説明する。
【００８２】
支持基板５１に酸化絶縁層を介して複数の半導体基板を貼り合わる。ここでは、実施の形態１と同様に、複数の半導体基板それぞれを支持基板５１に貼り合わせる。次に、各基板の脆化領域により半導体基板を分断すると共に、酸化絶縁層（図示しない。）を介して支持基板５１に半導体層５９ａ〜５９ｄを転載する。また、分断された半導体層５９ａ〜５９ｄの端部にレーザ光を照射する。この結果、半導体層５９ａ〜５９ｄの端部に多結晶半導体領域６５ａ〜６５ｄが形成されると共に、支持基板５１及び酸化絶縁層（図示しない。）の密着性を高めることができ、半導体層５９ａ〜５９ｄの端部の浮き及び剥がれを低減することができる。なお、半導体層５９ａ〜５９ｄにおいて、レーザ光の未照射領域は、半導体層６７ａ〜６７ｄとなる。
【００８３】
なお、ここでは、支持基板５１上に４つの半導体層５９ａ〜５９ｄが転載された形態を示すが、半導体層の数は適宜選択することができる。
【００８４】
この後、実施の形態１の図１（Ｅ）乃至図１（Ｇ）の工程を経て、半導体基板を作製することができる。
【００８５】
なお、ここでは、支持基板５１上に転載した半導体層の端部にレーザ光を照射したが、実施の形態２に示すように、加熱手段により半導体層の端部を加熱し、支持基板５１及び酸化絶縁層（図示しない。）の端部の密着性を高めてもよい。
【００８６】
以上の工程により、半導体基板の大きさにかかわらず、大面積の半導体基板を作製することができる。
【００８７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、半導体装置の作製方法の一形態について、図８及び図９を用いて説明する。
【００８８】
まず、半導体基板１００として、実施の形態１乃至実施の形態３により作製された半導体基板を用意する。ここでは、半導体基板１００として、実施の形態１により作製された半導体基板を用いる（図８（Ａ）参照。）。
【００８９】
半導体基板１００は、支持基板１０１上に酸化絶縁層１０３を介して半導体層１０５が設けられている。支持基板１０１、酸化絶縁層１０３、半導体層１０５はそれぞれ、実施の形態１に示す支持基板５１、酸化絶縁層６１、半導体層７７と同様に形成することができる。
【００９０】
なお、半導体層１０５の表面に、エッチング処理（例えばドライエッチングまたはウェットエッチング）や、研磨処理（例えばＣＭＰ）などの平坦性を向上させる処理を行ってもよい。
【００９１】
また、半導体層１０５に、ＴＦＴのしきい値電圧を制御するための不純物元素を添加してもよい。不純物元素としては、例えば、ｐチャネル型のＴＦＴを形成する領域にホウ素などのｐ型の導電性を付与するアクセプターを添加し、ｎチャネル型のＴＦＴを形成する領域に、リンなどのｎ型の導電性を付与するドナーを添加すればよい。
【００９２】
次に、半導体層１０５を選択的にエッチングし、半導体層１０７、１０９を形成する（図８（Ｂ）参照。）。なお、半導体層１０７はｎチャネル型の薄膜トランジスタのチャネル形成領域として機能し、半導体層１０９はｐチャネル型の薄膜トランジスタのチャネル形成領域として機能する。
【００９３】
次いで、半導体層１０７、１０９上に絶縁層１１１を形成する。次に、絶縁層１１１上に導電層１１３を形成する（図８（Ｃ）参照。）。
【００９４】
絶縁層１１１は、酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層などを用いて、単層または積層で形成することができる。
【００９５】
導電層１１３は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層または積層により形成することができる。
【００９６】
次に、導電層１１３上にマスクを形成した後、当該マスクを用いて導電層１１３をエッチングして、ゲート電極１１９、１２１を形成する。また、当該マスクを用いて絶縁層１１１をエッチングして、ゲート絶縁層１１５、１１７を形成する（図８（Ｄ）参照。）。なお、絶縁層１１１をエッチングせず、絶縁層１１１をゲート絶縁層として用いてもよい。
【００９７】
次に、半導体層１０７をマスク１２３で覆う。次に、半導体層１０９にアクセプターとなる不純物元素を添加し、高濃度不純物領域１２５、１２７を形成する。高濃度不純物領域１２５、１２７は、ソース領域及びドレイン領域として機能する。なお、半導体層１０９において、ゲート電極１２１と重畳する領域は、チャネル領域１２９となる（図９（Ａ）参照。）。この後、マスク１２３を除去する。
【００９８】
ここでは、アクセプターとなる不純物元素として、ボロンを用い、高濃度不純物領域１２５、１２７として、ボロンが添加された半導体領域を形成する。
【００９９】
次に、高濃度不純物領域１２５、１２７、及びチャネル領域１２９をマスク１３１で覆う。次に、半導体層１０７にドナーとなる不純物元素を添加し、高濃度不純物領域１３３、１３５を形成する。高濃度不純物領域１３３、１３５は、ソース領域及びドレイン領域として機能する。なお、半導体層１０７において、ゲート電極１１９と重畳する領域は、チャネル領域１３７となる（図９（Ｂ）参照。）。この後、マスク１３１を除去する。
【０１００】
ここでは、ドナーとなる不純物元素として、リンを用い、高濃度不純物領域１３３、１３５として、リンが添加された半導体領域を形成する。
【０１０１】
ここで、ゲート電極１１９、１２１をマスクとして半導体層１０７、１０９に不純物元素を添加することで、自己整合的に高濃度不純物領域１２５、１２７、１３３、１３５を形成することができる。なお、不純物元素の添加は、イオンドーピング法またはイオン注入法などにより行えばよい。
【０１０２】
なお、上記工程の順序を逆にして、半導体層１０７に高濃度不純物領域１３３、１３５を形成した後、半導体層１０９に高濃度不純物領域１２５、１２７を形成してもよい。
【０１０３】
なお、ゲート電極１１９、１２１をマスクとして、半導体層１０７、１０９に低濃度不純物領域を形成した後、ゲート電極１１９、１２１の側壁にサイドウォールを形成し、ゲート電極１１９、１２１及びサイドウォールをマスクとして、低濃度不純物領域に、不純物元素を添加して、高濃度不純物領域を形成してもよい。この場合、高濃度不純物領域とチャネル領域との間に、低濃度不純物領域が形成されるため、薄膜トランジスタの耐圧を高め、劣化を低減することができる。
【０１０４】
次に、ドナーとなる不純物元素及びアクセプターとなる不純物元素の活性化のための加熱処理を行う。
【０１０５】
次いで、絶縁層１３９、１４１を形成した後、加熱し水素化処理を行う（図９（Ｃ）参照。）。絶縁層１３９、１４１は、ＣＶＤ法により酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層の単層または積層を形成する。ＣＶＤ法により絶縁層１３９を形成することで、絶縁層１３９の水素含有量が高まるため、加熱処理により、チャネル領域１２９、１３７、高濃度不純物領域１２５、１２７、１３３、１３５を水素化し、水素によりダングリングボンドを終端させ、欠陥を低減することができる。
【０１０６】
なお、絶縁層１４１は、酸化シリコン、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｇｌａｓｓ）などの無機材料、または、ポリイミド、アクリルなどの有機材料を用いて形成することで、絶縁層１４１の平坦性を高めることができる。
【０１０７】
次に、絶縁層１３９、１４１の一部をエッチングして、コンタクトホールを形成した後、高濃度不純物領域１２５、１２７、１３３、１３５に接する配線１４３、１４５、１４７、１４９を形成する。
【０１０８】
配線１４３、１４５、１４７、１４９は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層または積層により形成することができる。なお、配線１４３、１４５、１４７、１４９は、ソース電極またはドレイン電極として機能する。
【０１０９】
以上の工程により、リンが添加された高濃度不純物領域１３３、１３５を有するｎチャネル型の薄膜トランジスタ１５１、及びボロンが添加された高濃度不純物領域１２５、１２７を有するｐチャネル型の薄膜トランジスタ１５３を有する半導体装置を作製することができる（図９（Ｄ）参照。）。
【０１１０】
本実施の形態では、薄膜トランジスタの作製方法を説明したが、薄膜トランジスタの他、容量、抵抗など薄膜トランジスタと共に各種の半導体素子を形成することができる。
【０１１１】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０１１２】
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態１乃至実施の形態３に示す半導体基板を用いたトランジスタまたはダイオードを使用して、半導体装置を作製することができる。半導体装置の代表例としては、液晶表示装置、有機発光表示装置、無機発光表示装置、記憶装置、光電変換装置等がある。ここでは、電力が供給されない状況でも記憶内容の保持が可能で、かつ、書き込み回数にも制限が無い、新たな構造の記憶装置の一形態を示す。
【０１１３】
図１０は、記憶装置の構成の一形態である。図１０（Ａ）には、記憶装置の断面を、図１０（Ｂ）には、記憶装置の上面を、それぞれ示す。ここで、図１０（Ａ）は、図１０（Ｂ）のＥ１−Ｅ２及びＦ１−Ｆ２における断面に相当する。図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示す記憶装置は、下部に実施の形態１乃至実施の形態３に示す半導体基板を用いたトランジスタ２６０を有し、上部に酸化物半導体を用いたトランジスタ２８０を有するものである。トランジスタ２６０は、実施の形態４に示す薄膜トランジスタ１５１と類似しているため、図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において図１（Ｅ）と同じ箇所は、同じ符号を用いて説明する。
【０１１４】
トランジスタ２６０は、支持基板１０１上に酸化絶縁層１０３を介して設けられた半導体層と、半導体層上に設けられたゲート絶縁層２０８と、ゲート絶縁層２０８上に設けられたゲート電極１１９と、半導体層の不純物領域と電気的に接続する一対の配線２３０ａ、２３０ｂを有する。一対の配線２３０ａ、２３０ｂは、ソース電極及びドレイン電極として機能する。なお、半導体層は、チャネル領域１３７と、チャネル領域１３７を挟むように設けられた低濃度不純物領域２１４、２１５と、高濃度不純物領域１３３、１３５、（これらをあわせて単に不純物領域ともよぶ。）とを有する。
【０１１５】
本実施の形態では、ゲート電極１１９の側面にはサイドウォール絶縁層２１８、２１９が設けられている。また、半導体層の、支持基板１０１の表面に垂直な方向から見てサイドウォール絶縁層２１８、２１９と重畳する領域には、低濃度不純物領域２１４、２１５を有する。また、トランジスタ２６０を覆うように、絶縁層１４０及び絶縁層１４２が設けられている。一対の配線２３０ａ、２３０ｂは、絶縁層１４０及び絶縁層１４２に形成されたコンタクトホールを通じて、高濃度不純物領域１３３、１３５と電気的に接続されている。なお、トランジスタ２６０の集積化などのため、サイドウォール絶縁層２１８、２１９が形成されない場合もある。
【０１１６】
絶縁層１４０、１４２は、実施の形態４に示す絶縁層１３９、１４１を平坦化処理して形成することができる。平坦化処理としては、エッチング処理（例えばドライエッチングまたはウェットエッチング）や、研磨処理（例えばＣＭＰ）等の処理を行う。
【０１１７】
図１０に示すトランジスタ２８０は、酸化物半導体層２４０、酸化物半導体層２４０に接する一対の配線２４４ａ、２４４ｂ、酸化物半導体層２４０及び一対の配線２４４ａ、２４４ｂを覆うゲート絶縁層２４５、ゲート絶縁層２４５を介して酸化物半導体層２４０と重畳するゲート電極２４７を含む。一対の配線２４４ａ、２４４ｂは、ソース電極及びドレイン電極として機能する。
【０１１８】
酸化物半導体層２４０は、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物などを用いることができる。ここでは、ｎ元系金属酸化物はｎ種類の金属酸化物で構成される。なお、酸化物半導体層２４０に形成することが可能な金属酸化物は、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である。このように、バンドギャップの広い金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
【０１１９】
酸化物半導体層２４０は、スパッタリング法、塗布法、印刷法、パルスレーザー蒸着法等で形成した後、加熱して、酸化物半導体層２４０に含まれる水素を除去することが好ましい。
【０１２０】
図１０において、酸化物半導体層２４０の被形成面である絶縁層１４０、１４２の平坦性を高めることで、酸化物半導体層２４０の膜厚分布を均一にすることができるため、トランジスタ２８０の特性を向上させることができる。ただし、チャネル長は、短いものとし、例えば０．８μｍや３μｍとする。
【０１２１】
一対の配線２４４ａ、２４４ｂは、実施の形態４に示す一対の配線１４３、１４５、１４７、１４９と同様に形成することができる。また、一対の配線２４４ａ、２４４ｂと同時に、配線２３０ａに接続する配線２４２ａ、配線２３０ｂに接続する配線２４２ｂを形成する。
【０１２２】
ゲート絶縁層２４５は、実施の形態４に示す絶縁層１１１と同様に形成することができる。
【０１２３】
ゲート電極２４７は、実施の形態４に示すゲート電極１１９、１２１と同様に形成することができる。なお、ゲート電極２４７と同時に、容量素子２６５の電極２４８を形成する。
【０１２４】
また、図１０に示す容量素子２６５は、一対の配線２４４ａ、２４４ｂの一方と、誘電体として機能するゲート絶縁層２４５と、電極２４８とで容量を形成する。
【０１２５】
また、トランジスタ２８０及び容量素子２６５の上には、絶縁層２５０が設けられている。絶縁層２５０は、実施の形態４に示す絶縁層１１１と同様に形成することができる。
【０１２６】
酸化物半導体層を有するトランジスタは、オフ電流が極めて小さいため、酸化物半導体層を有するトランジスタを用いることにより、極めて長期にわたり記憶内容を保持することが可能である。つまり、リフレッシュ動作が不要となるか、または、リフレッシュ動作の頻度を極めて低くすることが可能となるため、消費電力を十分に低減することができる。また、電力の供給がない場合であっても、長期にわたって記憶内容を保持することが可能である。
【０１２７】
また、図１０（Ｃ）に記憶素子の回路図を示す。なお、回路図においては、酸化物半導体層を有するトランジスタであることを示すために、ＯＳの符号を併せて付す場合がある。
【０１２８】
図１０（Ｃ）において、第１の配線（１ｓｔ Ｌｉｎｅ）とトランジスタ２６０の一対の配線の一方とは、電気的に接続され、第２の配線（２ｎｄ Ｌｉｎｅ）とトランジスタ２６０の一対の配線の他方とは、電気的に接続されている。また、第３の配線（３ｒｄ Ｌｉｎｅ）とトランジスタ２８０の一対の配線の一方とは、電気的に接続され、第４の配線（４ｔｈ Ｌｉｎｅ）と、トランジスタ２８０のゲート電極とは、電気的に接続されている。そして、トランジスタ２６０のゲート電極と、トランジスタ２８０の一対の配線の他方は、容量素子２６５の電極の一方と電気的に接続され、第５の配線（５ｔｈ Ｌｉｎｅ）と、容量素子２６５の電極の他方は電気的に接続されている。
【０１２９】
図１０（Ｃ）に示す記憶装置では、トランジスタ２６０のゲート電極の電位が保持可能という特徴を生かすことで、次のように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能である。
【０１３０】
はじめに、情報の書き込み及び保持について説明する。まず、第４の配線の電位を、トランジスタ２８０がオン状態となる電位にして、トランジスタ２８０をオン状態とする。これにより、第３の配線の電位が、トランジスタ２６０のゲート電極、及び容量素子２６５に与えられる。すなわち、トランジスタ２６０のゲート電極には、所定の電荷が与えられる（書き込み）。ここでは、異なる二つの電位レベルを与える電荷（以下Ｌｏｗレベル電荷、Ｈｉｇｈレベル電荷という）のいずれかが与えられるものとする。その後、第４の配線の電位を、トランジスタ２８０がオフ状態となる電位にして、トランジスタ２８０をオフ状態とすることにより、トランジスタ２６０のゲート電極に与えられた電荷が保持される（保持）。
【０１３１】
トランジスタ２８０のオフ電流は極めて小さい、具体的には、室温でのオフ電流（ここでは、単位チャネル幅（１μｍ）あたりの値）は１００ｚＡ／μｍ（１ｚＡ（ゼプトアンペア）は１×１０−２１Ａ）以下、望ましくは１０ｚＡ／μｍ以下であるから、トランジスタ２６０のゲート電極の電荷は長時間にわたって保持される。
【０１３２】
次に、情報の読み出しについて説明する。第１の配線に所定の電位（定電位）を与えた状態で、第５の配線に適切な電位（読み出し電位）を与えると、トランジスタ２６０のゲート電極に保持された電荷量に応じて、第２の配線は異なる電位をとる。一般に、トランジスタ２６０をｎチャネル型とすると、トランジスタ２６０のゲート電極にＨｉｇｈレベル電荷が与えられている場合の見かけのしきい値電圧Ｖｔｈ＿Ｈは、トランジスタ２６０のゲート電極にＬｏｗレベル電荷が与えられている場合の見かけのしきい値電圧Ｖｔｈ＿Ｌより低くなるためである。ここで、見かけのしきい値電圧とは、トランジスタ２６０を「オン状態」とするために必要な第５の配線の電位をいうものとする。したがって、第５の配線の電位をＶｔｈ＿ＨとＶｔｈ＿Ｌの中間の電位Ｖ０とすることにより、トランジスタ２６０のゲート電極に与えられた電荷を判別できる。例えば、書き込みにおいて、Ｈｉｇｈレベル電荷が与えられていた場合には、第５の配線の電位がＶ０（＞Ｖｔｈ＿Ｈ）となれば、トランジスタ２６０は「オン状態」となる。Ｌｏｗレベル電荷が与えられていた場合には、第５の配線の電位がＶ０（＜Ｖｔｈ＿Ｌ）となっても、トランジスタ２６０は「オフ状態」のままである。このため、第２の配線の電位を見ることで、保持されている情報を読み出すことができる。
【０１３３】
本実施の形態は、実施の形態１乃至４のいずれか一と組み合わせることができる。
【実施例１】
【０１３４】
本実施例では、レーザ光が照射された、支持基板に転載した半導体層の端部と、レーザ光が照射されていない、支持基板に転載した半導体層の端部と、半導体層の端部の剥がれの様子について、図１及び図１１乃至図１４を用いて説明する。
【０１３５】
はじめに、支持基板５１として、洗浄した無アルカリガラス基板（商品名ＥＡＧＬＥＸＧ（登録商標））を準備した（図１（Ａ）参照。）。
【０１３６】
次に、半導体基板５３として単結晶シリコン基板を洗浄した後、酸素及び塩化水素雰囲気において９５０度で加熱して酸化絶縁層５７を形成した。ここでは、酸化絶縁層５７として、厚さ１００ｎｍの酸化シリコン層を形成した。
【０１３７】
次に、半導体基板５３に脆化領域５５を形成した（図１（Ｂ）参照。）。ここでは、ドーズ量を２．７×１０１６ｃｍ２、加速電圧を５０ｋＶ、電流密度６．３５μＡ／ｃｍ２とし、半導体基板５３に水素または水素イオンのイオン注入を行った。
【０１３８】
次に、図１（Ｃ）に示すように、酸化絶縁層５７を介して半導体基板５３及び支持基板５１を貼り合わせた。
【０１３９】
次に、加熱処理を行い、脆化領域５５において、半導体基板５３を分断した。ここでは、２００度で２時間加熱した後、６００度で２時間加熱して、支持基板５１に酸化絶縁層６１を介して半導体層５９を転載した。
【０１４０】
次に、図１（Ｄ）に示すように、半導体層５９の端部にレーザ光６３を照射した。ここでは、波長５３２ｎｍ、１７．５Ｗの連続発振のレーザ光を、走査速度３５ｃｍ／秒として、半導体層５９の一辺に照射した。なお、当該条件は、半導体層を完全溶融するのに十分なエネルギーである。レーザ光６３の照射領域は、多結晶半導体領域となった。
【０１４１】
ここで、レーザ光の照射部、未照射部それぞれの断面を透過型電子顕微鏡（以下、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）という。）で観察した結果を図１１に示す。
【０１４２】
図１１（Ａ）は、レーザ光の照射部における断面ＴＥＭ像を示し、図１１（Ｂ）は、レーザ光の未照射部における断面ＴＥＭ像を示す。図１１（Ａ）において、支持基板５１上に酸化絶縁層６１が密着しており、酸化絶縁層６１上にレーザ光の照射により形成された多結晶半導体領域５１１が設けられる。また、図１１（Ｂ）において、支持基板５１上に酸化絶縁層６１が密着しており、酸化絶縁層６１上にレーザ光が照射されない半導体層５１３が設けられる。
【０１４３】
次に、図１（Ｆ）に示すように、半導体層５９の表面の自然酸化層６９を除去した。ここでは、エッチャントとしてフッ酸を用いて、半導体層５９の自然酸化層６９を除去した。
【０１４４】
ここで、自然酸化層６９を除去した後の、レーザ光の照射部、未照射部それぞれの断面をＴＥＭで観察した結果を図１２及び図１３に示す。図１２は、レーザ光の照射部における断面ＴＥＭ像を示し、図１３は、レーザ光の未照射部における断面ＴＥＭ像を示す。
【０１４５】
図１２（Ａ）は、酸化絶縁層６１を介して支持基板５１上に転載された半導体層の端部における断面ＴＥＭ像である。図１２（Ａ）の破線５２１の拡大図を図１２（Ｂ）に示す。なお、図１２（Ｂ）は２つの写真をつなぎ合わせており、位置合わせのため一部写真が離れている。支持基板５１と酸化絶縁層６１の界面に空洞５２３が形成される。空洞５２３は、自然酸化層６９を除去する工程において、支持基板であるガラスが溶解され、形成されたものである。
【０１４６】
図１３（Ａ）は、酸化絶縁層６１を介して支持基板５１上に転載された半導体層の端部における断面ＴＥＭ像である。図１３（Ａ）の破線５２５の拡大図を図１３（Ｂ）に示す。なお、図１３（Ｂ）は２つの写真をつなぎ合わせており、位置合わせのため一部写真が離れている。支持基板５１と酸化絶縁層６１の界面に空洞５２７が形成される。当該空洞５２７は、自然酸化層６９を除去する工程において、支持基板であるガラスが溶解され、形成されたものである。図１２（Ｂ）に示す空洞５２３と比較すると、支持基板５１及び酸化絶縁層６１の界面における空洞５２７は、破線５２９に示すように、厚さは薄いが、より奧にまで形成されている。
【０１４７】
支持基板及び酸化絶縁層の界面において密着性が高いと、エッチャントによる支持基板の溶解が生じても、酸化絶縁層及び支持基板の間へのエッチャントの浸入が少なく、図１２（Ｂ）のように、支持基板の溶解がそれほど進まない。しかしながら、支持基板及び酸化絶縁層の密着性が弱いと、支持基板及び酸化絶縁層の間に隙間ができる。当該隙間にエッチャントが浸入することで、支持基板が更にエッチングされる。この結果、酸化絶縁層及び半導体層の端部が浮き上がり隙間が形成されてしまい、レーザ光の未照射部には、図１３（Ｂ）のように、より奧にまで空洞が形成される。
【０１４８】
次に、支持基板５１及び酸化絶縁層５７の密着性を調べた。ここでは、カプトンテープ（商標登録）をレーザ光６３の照射領域、及び未照射領域それぞれに貼り付けた後、カプトンテープを剥がして、それぞれの領域の密着性を調べた。
【０１４９】
図１４は、密着性を測定した後の、支持基板５１の端部を光学顕微鏡で撮影した写真である。レーザ光の照射部５０３においては、カプトンテープを剥がした後、多結晶半導体領域が剥がれる様子が観察されなかった。
【０１５０】
一方、レーザ光の未照射部５０５は、酸化絶縁層及び半導体層の一部が剥がれ、エッチャントによる溶解が進まない凸状の支持基板が露出している領域（例えば、破線５０９内）が観察された。これは、支持基板及び酸化絶縁層の密着性が低いため、カプトンテープを剥がす際に、酸化絶縁層及び半導体層の一部が剥がれてしまい、この結果、凸状の支持基板が露出するためである。
【０１５１】
以上のことから、支持基板に転載した半導体層の端部にレーザ光を照射することで、支持基板及び酸化絶縁層の密着性を高めると共に、半導体層の端部の浮き及び剥がれを低減できることが分かる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板及びその作製方法、及び半導体基板を用いた半導体装置の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体基板として、支持基板（ベース基板ともいう。）上に絶縁層及び単結晶シリコン層が設けられたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板が広く利用されている。
【０００３】
代表的なＳＯＩ基板の作製方法としては、スマートカット法、ＥＬＴＲＡＮ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｙｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ、商標登録）法等がある。
【０００４】
支持基板としてガラス基板を用いたＳＯＩ基板の代表的な作製方法を以下に示す。まず、単結晶シリコン基板に水素イオンを注入することで、単結晶シリコン基板表面から所定の深さに脆化領域（損傷領域ともいう。）を形成する。次に、絶縁層を介して、該単結晶シリコン基板及び支持基板を貼り合わせる。その後、加熱処理を行い、脆化領域から単結晶シリコン基板を分断（分離ともいう。）することにより、支持基板上に絶縁層及び薄い単結晶シリコン層を形成することができる。すなわち、単結晶シリコン基板の一部からなる単結晶シリコン層を支持基板上に転載することで、ＳＯＩ基板を作製するものである。
【０００５】
上記ＳＯＩ基板の作製方法により支持基板上に転載された単結晶シリコン層は、表面が凹凸状である。このため、単結晶シリコン層の表面を平坦化する工程が必要である。単結晶シリコン層の平坦化方法としては、代表的には、単結晶シリコン層の表面にレーザ光を照射し、単結晶シリコン層の凹部及び凸部を溶融し、固化させ、平坦化する方法がある（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２８８５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、支持基板上に転載された単結晶シリコン層の表面の平坦化のために、レーザ光を照射させる際、単結晶シリコン層の表面に自然酸化層のような酸化絶縁層があると、当該酸化絶縁層中に含まれる酸素が単結晶シリコン層の溶融部に混入してしまう。このため、固化した単結晶シリコン層の表面は平坦化されるものの、欠陥を含む単結晶シリコン層が形成されてしまう。
【０００８】
一方、平坦化のためのレーザ光照射の前に、支持基板上に転載された単結晶シリコン層の表面の酸化絶縁層を除去すると、当該酸化絶縁層の除去と共に、等方的に支持基板がエッチングされてしまい、支持基板上の酸化絶縁層の端部の下方に空洞ができてしまい、支持基板上に転載された単結晶シリコン層の端部が剥がれやすくなる。
【０００９】
単結晶シリコン層の端部が剥がれると、パーティクルとなり、半導体基板の歩留まりの低下の原因となる。
【００１０】
そこで、本発明の一形態は、半導体基板の欠陥を低減することを課題の一とする。また、歩留まり高く欠陥の少ない半導体基板を作製することを課題の一とする。また、歩留まり高く半導体装置を作製することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、支持基板に酸化絶縁層を介して半導体層を設け、該半導体層の端部における、支持基板及び酸化絶縁層の密着性を高めた後、半導体層の表面の絶縁層を除去し、半導体層にレーザ光を照射して、平坦化された半導体層を得ることを要旨とする半導体基板（ＳＯＩ基板）の作製方法である。
【００１２】
半導体層の端部において、支持基板及び酸化絶縁層の密着性を高める方法としては、半導体層の表面から、レーザ光を照射する方法がある。このとき、支持基板及び酸化絶縁層の密着性を高めることが可能なエネルギーを有するレーザ光を半導体層の端部に照射する。なお、当該レーザ光のエネルギーは、照射された半導体層を完全溶融するエネルギーであることが好ましい。この結果、レーザ光のエネルギーが酸化絶縁層に伝達し、当該エネルギーにより、支持基板及び酸化絶縁層の密着性が高まる。このため、半導体層の表面の絶縁層の除去工程において、半導体層の端部の浮き及び剥がれを低減することができる。なお、レーザ光の照射により完全溶融した半導体層の一部は、再結晶化するため、多結晶半導体領域となる。
【００１３】
また、半導体層の端部において、支持基板及び酸化絶縁層の密着性を高める方法としては、半導体層の端部を加熱する方法がある。このとき、支持基板及び酸化絶縁層の密着性を高めることが可能な温度で半導体層の端部を加熱する。なお、当該加熱温度は、支持基板の歪み点未満の温度であることが好ましい。この結果、当該加熱により、支持基板及び酸化絶縁層の密着性が高まる。このため、半導体層の表面の絶縁層の除去工程において、半導体層の端部の浮き及び剥がれを低減することができる。
【００１４】
また、本発明の一態様は、支持基板に酸化絶縁層を介して半導体層を設け、該半導体層の端部における、支持基板及び酸化絶縁層の密着性を高めた後、半導体層の表面の絶縁層を除去し、半導体層にレーザ光を照射して、平坦化された半導体層を得る。次に、当該半導体層を用いて、半導体素子を作製することを要旨とする半導体装置の作製方法である。
【００１５】
なお、本明細書において、単結晶とは、結晶構造が一定の規則性を持って形成されており、どの部分においても結晶軸が一定の方向を向いているものをいう。ただし、単結晶は欠陥や格子歪みなどの規則性の乱れを有していてもよい。
【００１６】
また、本明細書において、半導体基板とは、ＳＯＩ基板などのように、支持基板上に絶縁層を介して半導体層が設けられているものをいう。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一態様は、欠陥が少なく、且つ表面が平坦化された半導体基板を得ることができる。また、本発明の一態様は、歩留まり高く、欠陥が少なく、且つ表面が平坦化された半導体基板を作製することができる。また、本発明の一態様は、半導体装置の量産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一形態に係る半導体基板の作製方法を説明する断面図である。
【図２】本発明の一形態に係る半導体基板の作製方法を説明する上面図である。
【図３】本発明の一形態に係る半導体基板の作製方法を説明する上面図である。
【図４】レーザ照射装置を説明する斜視図である。
【図５】レーザ照射装置を説明する斜視図である。
【図６】本発明の一形態に係る半導体基板の作製方法を説明する上面図である。
【図７】本発明の一形態に係る半導体基板の作製方法を説明する上面図である。
【図８】本発明の一形態に係る半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図９】本発明の一形態に係る半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図１０】本発明の一形態に係る半導体装置を説明する断面図、上面図及び回路図である。
【図１１】半導体基板の端部を透過型電子顕微鏡で撮影した写真である。
【図１２】半導体基板の端部を透過型電子顕微鏡で撮影した写真である。
【図１３】半導体基板の端部を透過型電子顕微鏡で撮影した写真である。
【図１４】半導体基板の端部を光学顕微鏡で撮影した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。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うることは当業者であれば容易に理解される。したがって、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、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。
【００２０】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体基板の構造及び作製方法の一形態について説明する。
【００２１】
図１を用いて半導体基板の作製方法を説明する。
【００２２】
まず、支持基板５１（ベース基板ともいう。）を用意する（図１（Ａ）参照。）。
【００２３】
支持基板５１は、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などの絶縁性基板を用いる。なお、支持基板５１としてプラスチック基板等の絶縁性基板、シリコンなどの半導体基板、金属やステンレスなどの導電性基板等を適宜用いてもよい。
【００２４】
ガラス基板としては、歪み点が５８０度以上７３０度以下であるものを用いるとよい。また、ガラス基板は無アルカリガラス基板であることが好ましい。無アルカリガラス基板には、例えば、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などのガラス材料が用いられている。安価なガラス基板、プラスチック基板を用いることで、コストを低減することができる。
【００２５】
また、支持基板５１の表面に、絶縁層を形成してもよい。該絶縁層を設けることにより、支持基板５１に不純物（アルカリ金属やアルカリ土類金属など）が含まれている場合には、後に支持基板５１上に転載される半導体層へ当該不純物が拡散することを防止できる。絶縁層としては、スパッタリング法またはＣＶＤ法により形成された酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層などがある。
【００２６】
なお、酸化窒化シリコンとは、窒素よりも酸素の含有量が多いものであり、窒化酸化シリコンとは、酸素よりも窒素の含有量が多いものである。ここで、含有量の比較は、ラザフォード後方散乱法または水素前方散乱法の測定結果に基づいて行うこととする。
【００２７】
次に、脆化領域５５（損傷領域ともいう。）を有する半導体基板５３を用意する（図１（Ｂ）参照。）。なお、半導体基板５３の少なくとも一面には、酸化絶縁層５７を有することが好ましい。ここで、脆化領域５５を有する半導体基板５３の作製方法について、以下に説明する。
【００２８】
半導体基板５３としては、シリコン、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、ガリウムヒ素、またはインジウムリン等の半導体材料を用いた多結晶基板または単結晶基板がある。ここでは、半導体基板５３として単結晶シリコン基板を用いる。
【００２９】
半導体基板５３は、円形状の半導体基板、円形状の半導体基板を矩形状に加工した半導体基板等を適宜用いることができる。ここでは、半導体基板５３として矩形状の半導体基板を用いる。
【００３０】
次に、半導体基板５３に、脆化領域５５（損傷領域ともいう。）を形成する。
【００３１】
電界で加速されたイオン（イオンビーム）を半導体基板５３に照射し、半導体基板５３の表面から所定の深さにイオンを導入することで、微小な孔が形成される。微小な孔が形成される領域が脆化領域５５となる。脆化領域５５が形成される深さにより、半導体基板５３から分断される半導体層の厚さが決定される。脆化領域５５が形成される深さは、半導体基板５３の表面から５０ｎｍ以上１μｍ以下であり、好ましくは５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
【００３２】
また、イオンの導入は、水素、不活性元素またはハロゲンを用いて、イオンドーピング法またはイオン注入法により行うことができる。不活性元素としては、例えばヘリウムがあり、ハロゲンとしては、例えばフッ素がある。
【００３３】
次に、半導体基板５３の少なくとも一表面に酸化絶縁層５７を形成する。酸化絶縁層５７は、２つの基板を貼り合わせるための接合層として機能する。酸化絶縁層５７は、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の薄膜成膜方法を用いて、酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層等を形成することができる。または、酸化絶縁層５７として、テトラエトキシシラン等の有機シランを用いて、酸化シリコン層を形成することができる。または、半導体基板５３を熱酸化して、半導体基板５３の表面全体に酸化絶縁層を形成することができる。なお、熱酸化により酸化絶縁層５７を形成する場合、酸素及び塩化水素雰囲気で加熱することで、塩素を含む酸化絶縁層を形成することができる。
【００３４】
ここでは、酸素及び塩化水素雰囲気における熱酸化により半導体基板５３の表面を酸化して、酸化絶縁層５７として塩素を含む酸化シリコン層を形成する。
【００３５】
なお、上記脆化領域５５及び酸化絶縁層５７を有する半導体基板５３の作製方法の代わりに、半導体基板の一表面を陽極酸化して多孔質領域を形成し、当該多孔質領域上に半導体層をエピタキシャル成長させた後、当該半導体層上に酸化絶縁層を形成する方法等がある。
【００３６】
次いで、酸化絶縁層５７を介して半導体基板５３及び支持基板５１を貼り合わせる（図１（Ｃ）参照。）。
【００３７】
なお、貼り合わせを行う前に、支持基板５１または半導体基板５３の貼り合せ面（接合面ともいう。）に表面処理を行うことが好ましい。表面処理を行うことで、親水性または清浄性が向上し、貼り合わせの際の接合強度を向上させることができる。なお、表面処理は、支持基板５１及び半導体基板５３の貼り合わせ面の少なくとも一方に行えばよい。
【００３８】
なお、表面処理としては、ウェット処理（オゾン水洗浄、メガソニック洗浄、または２流体洗浄等）またはドライ処理（紫外線処理、オゾン処理、プラズマ処理、またはラジカル処理等）がある。また、これらを組み合わせて行ってもよい。
【００３９】
また、支持基板５１及び半導体基板５３を貼り合わせる直前に、支持基板５１または酸化絶縁層５７の表面の水分を除去するために、水が蒸発する温度、代表的には５５度以上１００度以下で支持基板５１または半導体基板５３を加熱してもよい。この結果、支持基板５１及び酸化絶縁層５７の界面において、残留する水分と共に気体やパーティクルが混入することを低減できるため、貼り合わせ不良を低減することができる。
【００４０】
次に、貼り合わされた２つの基板に対して、脆化領域５５において、半導体基板５３を分断（分離ともいう。）する。この分断により、半導体基板５３の一部からなる半導体層５９を、支持基板５１上に設けることができる。なお、当該分断において、半導体基板の全面に酸化絶縁層５７が形成されている場合、当該酸化絶縁層５７も分断される。当該分断された酸化絶縁層５７を酸化絶縁層６１と示す（図１（Ｄ）参照。）。
【００４１】
ここでは、加熱処理により、脆化領域５５において、半導体基板５３を分断する。加熱処理は、５００度以上、支持基板５１の歪み点未満の温度で行えばよい。当該加熱処理により、脆化領域５５の微小な孔の内部の圧力が上昇する。圧力の上昇により、脆化領域５５の微小な孔に体積変化が起こり、脆化領域５５において半導体基板５３が分断される。なお、本実施の形態では、脆化領域５５が半導体基板５３の端部まで形成されないため、半導体基板５３の端部は、支持基板５１に転載せず、半導体基板５３側に分断される。
【００４２】
なお、脆化領域５５を半導体基板の陽極酸化により形成した場合、ウォータジェット法を用いて脆化領域５５を切断してもよい。
【００４３】
次に、支持基板５１及び酸化絶縁層６１の密着性を高めるため、半導体層５９の端部にレーザ光６３を照射する。
【００４４】
レーザ光６３としては、支持基板５１及び酸化絶縁層６１の密着性を高めるエネルギーを有するレーザ光が好ましい。このようなレーザ光のエネルギーは、半導体層５９を完全溶融するエネルギーに相当する。ここで、完全溶融とは、半導体層５９が酸化絶縁層６１との界面付近まで溶融されて、液体状態になることをいう。半導体層５９を完全溶融させると、レーザ光のエネルギーは酸化絶縁層６１に伝達し、当該エネルギーにより支持基板５１及び酸化絶縁層６１の密着性が高まる。
【００４５】
レーザ光６３の波長は、半導体層５９で吸収する波長が好ましく、代表的には、波長１９０ｎｍ〜２０００ｎｍの領域の紫外光から近赤外光であることが好ましい。
【００４６】
また、連続発振のレーザを用いることで、被照射面におけるレーザ光の形状が、点状または楕円状となる。また、パルス発振レーザを用いることで、被照射面におけるレーザ光の形状が、線状または矩形状となる。パルス発振レーザの発振周波数は、１Ｈｚ以上１０ＭＨｚ以下程度とすることが好ましい。
【００４７】
レーザ光６３の照射方法は、図２（Ａ）に示すように、被照射面におけるレーザ光の形状が、点状または楕円状となるレーザ光６３ａを、矢印のように半導体層５９の端部に沿って走査する方法がある。このようなレーザ光６３ａの走査方法により、支持基板５１を回転せずとも、半導体層５９の端部に選択的にレーザ光６３ａを照射することができる。
【００４８】
この結果、図２（Ｂ）に示すように、半導体層５９の端部に多結晶半導体領域６５が形成されると共に、半導体層５９の端部における、支持基板５１及び酸化絶縁層（図示しない。）の密着性を高めることができる。なお、半導体層５９において、レーザ光６３ａの未照射領域は、半導体層６７となる。
【００４９】
また、図２と異なるレーザ光の照射方法として、被照射面におけるレーザ光の形状が、線状または矩形状となるレーザ光６３ｂを、半導体層５９の一辺それぞれに照射する方法がある。このようなレーザ光６３ｂの照射方法により、半導体層５９の端部におけるレーザ光６３ｂの照射時間を短縮することが可能である。例えば、図３（Ａ）に示すように、半導体層５９の第１の辺にレーザ光６３ｂを照射した後、支持基板５１を９０度回転させる。次に、図３（Ｂ）に示すように、半導体層５９の第２の辺にレーザ光６３ｃを照射する。このように、レーザ光を照射する工程と、基板を回転する工程とを、半導体層の辺の数のみ繰り返すことで、図３（Ｃ）に示すように、半導体層５９の端部に多結晶半導体領域６５が形成されると共に、半導体層５９の端部における、支持基板５１及び酸化絶縁層（図示しない。）の密着性を高めることができる。なお、半導体層５９において、レーザ光６３ｂおよび６３ｃの未照射領域は、半導体層６７となる。
【００５０】
ここで、図２に示すように、被照射面におけるレーザ光の形状が、円状または楕円状となるレーザ光を照射するレーザ照射装置について、図４を用いて説明する。
【００５１】
図４は、レーザ照射装置８０の斜視図である。
【００５２】
レーザ照射装置８０は、レーザ光８１を発振するレーザ発振器８２、レーザ光８１を任意の角度に反射させるガルバノミラー８３ａ、８３ｂ、ガルバノミラー８３ａを駆動するガルバノスキャナ８５ａ、ガルバノミラー８３ｂを駆動するガルバノスキャナ８５ｂ、ガルバノミラー８３ａ、８３ｂで反射されたレーザ光８１を被照射面に集光するｆθレンズ８７、支持基板５１の位置を制御するＸＹステージ８９、支持基板５１とｆθレンズ８７との距離を調整するＺ軸テーブル９１を有する。また、レーザ照射装置８０は、レーザ光８１の照射位置を検知するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ９３、支持基板５１とｆθレンズ８７との距離を検出する位置検出装置９５を有する。
【００５３】
また、レーザ発振器８２、ガルバノスキャナ８５ａ、８５ｂ、ＸＹステージ８９、Ｚ軸テーブル９１、ＣＣＤカメラ９３、位置検出装置９５はそれぞれ制御装置９９に接続される。制御装置９９により、ガルバノスキャナ８５ａ、８５ｂの駆動を制御する。また、ＣＣＤカメラ９３で撮像した情報を元に、制御装置９９がガルバノスキャナ８５ａ、８５ｂの駆動及びＸＹステージ８９の移動を制御し、半導体層５９におけるレーザ光８１の照射位置を制御する。また、位置検出装置９５で得た情報を元に、制御装置９９がｆθレンズ８７またはＺ軸テーブル９１を制御し、ｆθレンズ８７及びＺ軸テーブル９１の間隔を制御する。
【００５４】
また、レーザ発振器８２及びガルバノミラー８３ａ、８３ｂの間に、シャッターを設けることができる。レーザ発振器８２から発振されたレーザ光の光路を変更するためのミラーを適宜設けることができる。また、ｆθレンズ８７のＺ軸方向の位置調整が可能なオートフォーカス機構９７を有してもよい。
【００５５】
レーザ発振器８２から発振されたレーザ光８１は、ガルバノミラー８３ａ、８３ｂの傾きを制御することで、被照射面の任意の場所にレーザ光を走査することができる。なお、ガルバノミラー８３ａ、８３ｂの代わりに、ポリゴンミラー、音響光学偏向器（Ａｃｏｕｓｔ−Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ；ＡＯＤ）等を用いてもよい。
【００５６】
ｆθレンズ８７でレーザ光８１を集光することで、被照射面にレーザ光８１の焦点を合わせることができる。
【００５７】
位置検出装置９５は、代表的には光学式変位計、超音波式変位計、レーザ変位計等を適宜用いることができる。ここでは、位置検出装置９５として、レーザ変位計を用いる。
【００５８】
なお、図４に示すレーザ照射装置においては、一組のレーザ発振器８２、ガルバノミラー８３ａ、８３ｂ、ガルバノスキャナ８５ａ、８５ｂ及びｆθレンズ８７を示すが、複数組のレーザ発振器８２、ガルバノミラー８３ａ、８３ｂ、ガルバノスキャナ８５ａ、８５ｂ及びｆθレンズ８７を設けることで、生産性を高めることができる。
【００５９】
図４と異なるレーザ照射装置について、図５を用いて説明する。
【００６０】
図５はレーザ照射装置の斜視図である。レーザ発振器８２と、被照射面を有する支持基板５１との間に、レーザ光の光路を制御するミラー８４と、被照射面にレーザ光を集光する集光レンズ８８とを有する。また、任意の角度に回転可能なθステージ９２と、θステージ９２上に設けられるＸ軸ステージ９０ａとを有する。また、レーザ発振器８２、ミラー８４及び集光レンズ８８のＹ軸方向の移動を制御するＹ軸ステージ９０ｂを有する。なお、図５においては、Ｙ軸ステージ９０ｂをレーザ発振器８２、ミラー８４及び集光レンズ８８に設けた図を示している。なお、Ｘ軸ステージまたはＹ軸ステージに、Ｚ軸方向の位置調整が可能なオートフォーカス機構を設けてもよい。
【００６１】
なお、ここでは、Ｙ軸ステージ９０ｂをレーザ発振器８２、ミラー８４及び集光レンズ８８に設けているが、Ｘ軸ステージ９０ａに設けてもよい。
【００６２】
次に、図５に示すレーザ照射装置を用いたレーザ光の照射方法を説明する。レーザ発振器８２から射出されたレーザ光８１の光路をミラー８４で支持基板５１側へ変更する。集光レンズ８８で集光したレーザ光を、Ｘ軸ステージまたはＹ軸ステージの移動により、半導体層５９の第１の辺に照射する。
【００６３】
次に、θステージ９２を９０度回転した後、Ｘ軸ステージまたはＹ軸ステージを移動し、第１の辺と直交する第２の辺にレーザ光を照射する。Ｘ軸ステージまたはＹ軸ステージと、θステージ９２の操作を交互に行うことで、半導体層５９の端部全てにレーザ光を照射することができる。
【００６４】
なお、図５においては、一組のレーザ発振器８２、ミラー８４及び集光レンズ８８を示すが、複数組のレーザ発振器８２、ミラー８４及び集光レンズ８８を設けることで、生産性を高めることができる。
【００６５】
なお、本実施の形態では、図４及び図５に示すレーザ照射装置の代わりに、適宜他の構成を有するレーザ照射装置を用いることができる。
【００６６】
図１（Ｄ）に示すように、半導体層５９の端部にレーザ光６３を照射することで、支持基板５１及び酸化絶縁層６１の密着性を高めることができる。この結果、後に行われる半導体層５９表面に形成される自然酸化層の除去工程において、支持基板５１の溶解に伴う半導体層の端部の浮き及び剥がれを低減することができる。
【００６７】
また、半導体層５９の端部においてレーザ光６３が照射された領域は、完全溶融するため、再結晶化し多結晶半導体領域６５となる。なお、ここで、レーザ光６３が照射されなかった領域を半導体層６７と示す。また、半導体層６７の表面には、自然酸化層６９が形成される（図１（Ｅ）参照。）。当該自然酸化層６９は、半導体層６７が空気中の酸素に触れることで、半導体層６７の一部が酸化され、形成される。
【００６８】
次に、半導体層６７の表面に形成された自然酸化層６９を除去する。ここでは、エッチャントとしてフッ酸を用いたウェットエッチング法により自然酸化層６９を除去する。なお、レーザ光の照射により支持基板５１及び酸化絶縁層６１の密着性が高められたため、支持基板５１及び酸化絶縁層６１の界面におけるエッチャントの浸入が低減される。この結果、半導体層５９の端部の浮き及び剥がれを低減することができる。
【００６９】
次に、自然酸化層６９が除去された半導体層６７にレーザ光７５を照射する（図１（Ｆ）参照。）。当該工程により、半導体層６７の凹部および凸部を溶融させた後、冷却することで固化する。この結果、平坦性を高めた半導体層７７を形成することができる（図１（Ｇ）参照。）。
【００７０】
レーザ光７５は、レーザ光６３と同様に、半導体層６７に吸収される波長のレーザ光を用いることができる。
【００７１】
また、レーザ光７５は、半導体層６７が部分溶融または完全溶融するエネルギーで照射する。なお、レーザ光７５による半導体層６７の溶融は、部分溶融とすることが好ましい。部分溶融とは、この場合、半導体層６７の上部は溶融して液相となるが、下部は溶融せずに固相のままであることをいう。半導体層を部分溶融させることにより、溶融されていない固相部分から結晶成長が進行する。これにより、表面の平坦性が高く、且つ欠陥の少ない半導体層７７を形成することができる。また、半導体層６７の部分溶融により、支持基板５１の温度上昇を低減することができる。このため、支持基板５１として、ガラス基板のような耐熱性の低い基板を用いることが可能である。
【００７２】
なお、半導体層７７の厚さを薄くするため、半導体層７７の表面に、エッチング処理（例えばドライエッチングまたはウェットエッチング）や、研磨処理（例えばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ））などの平坦性を向上させる処理を行ってもよい。
【００７３】
また、レーザ光６３の照射により形成された多結晶半導体領域を選択的に除去してもよい。
【００７４】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【００７５】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１とは異なる方法で、支持基板に転載された半導体層の端部における浮き及び剥がれを低減する方法について、図６を用いて説明する。
【００７６】
本実施の形態では、加熱手段により支持基板に転載された半導体層の端部を加熱することを特徴とする。加熱手段としては、線状のヒータ、または半導体層の端部と同様の形状を有する閉ループ状、代表的にはロ字状または環状のヒータ等がある。
【００７７】
加熱手段を半導体層５９の端部に圧着する。このとき、加熱手段は、半導体層のみ圧着してもよく、半導体層の端部及び支持基板５１を圧着してもよい。図６（Ａ）に示す領域６４は、加熱手段が半導体層５９の端部及び支持基板５１に圧着した領域である。
【００７８】
この結果、支持基板５１及び酸化絶縁層（図示しない。）の密着性を向上させることが可能であり、半導体層５９の端部の浮き及び剥がれを低減できる。
【００７９】
なお、こののち、半導体層において加熱手段の圧着により結晶化した領域を除去し、加熱手段が圧着されない領域の半導体層６８のみ支持基板５１に設けてもよい（図６（Ｂ）参照。）。
【００８０】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１と異なる半導体基板の構造及び作製方法の一形態について、図７を用いて説明する。
【００８１】
本実施の形態で示す半導体基板は、図７に示すように、支持基板５１に複数の半導体層５９ａ〜５９ｄを有することを特徴とする。以下に、図７に示す半導体基板の作製方法について、説明する。
【００８２】
支持基板５１に酸化絶縁層を介して複数の半導体基板を貼り合わる。ここでは、実施の形態１と同様に、複数の半導体基板それぞれを支持基板５１に貼り合わせる。次に、各基板の脆化領域により半導体基板を分断すると共に、酸化絶縁層（図示しない。）を介して支持基板５１に半導体層５９ａ〜５９ｄを転載する。また、分断された半導体層５９ａ〜５９ｄの端部にレーザ光を照射する。この結果、半導体層５９ａ〜５９ｄの端部に多結晶半導体領域６５ａ〜６５ｄが形成されると共に、支持基板５１及び酸化絶縁層（図示しない。）の密着性を高めることができ、半導体層５９ａ〜５９ｄの端部の浮き及び剥がれを低減することができる。なお、半導体層５９ａ〜５９ｄにおいて、レーザ光の未照射領域は、半導体層６７ａ〜６７ｄとなる。
【００８３】
なお、ここでは、支持基板５１上に４つの半導体層５９ａ〜５９ｄが転載された形態を示すが、半導体層の数は適宜選択することができる。
【００８４】
この後、実施の形態１の図１（Ｅ）乃至図１（Ｇ）の工程を経て、半導体基板を作製することができる。
【００８５】
なお、ここでは、支持基板５１上に転載した半導体層の端部にレーザ光を照射したが、実施の形態２に示すように、加熱手段により半導体層の端部を加熱し、支持基板５１及び酸化絶縁層（図示しない。）の端部の密着性を高めてもよい。
【００８６】
以上の工程により、半導体基板の大きさにかかわらず、大面積の半導体基板を作製することができる。
【００８７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、半導体装置の作製方法の一形態について、図８及び図９を用いて説明する。
【００８８】
まず、半導体基板１００として、実施の形態１乃至実施の形態３により作製された半導体基板を用意する。ここでは、半導体基板１００として、実施の形態１により作製された半導体基板を用いる（図８（Ａ）参照。）。
【００８９】
半導体基板１００は、支持基板１０１上に酸化絶縁層１０３を介して半導体層１０５が設けられている。支持基板１０１、酸化絶縁層１０３、半導体層１０５はそれぞれ、実施の形態１に示す支持基板５１、酸化絶縁層６１、半導体層７７と同様に形成することができる。
【００９０】
なお、半導体層１０５の表面に、エッチング処理（例えばドライエッチングまたはウェットエッチング）や、研磨処理（例えばＣＭＰ）などの平坦性を向上させる処理を行ってもよい。
【００９１】
また、半導体層１０５に、ＴＦＴのしきい値電圧を制御するための不純物元素を添加してもよい。不純物元素としては、例えば、ｐチャネル型のＴＦＴを形成する領域にホウ素などのｐ型の導電性を付与するアクセプターを添加し、ｎチャネル型のＴＦＴを形成する領域に、リンなどのｎ型の導電性を付与するドナーを添加すればよい。
【００９２】
次に、半導体層１０５を選択的にエッチングし、半導体層１０７、１０９を形成する（図８（Ｂ）参照。）。なお、半導体層１０７はｎチャネル型の薄膜トランジスタのチャネル形成領域として機能し、半導体層１０９はｐチャネル型の薄膜トランジスタのチャネル形成領域として機能する。
【００９３】
次いで、半導体層１０７、１０９上に絶縁層１１１を形成する。次に、絶縁層１１１上に導電層１１３を形成する（図８（Ｃ）参照。）。
【００９４】
絶縁層１１１は、酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層などを用いて、単層または積層で形成することができる。
【００９５】
導電層１１３は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層または積層により形成することができる。
【００９６】
次に、導電層１１３上にマスクを形成した後、当該マスクを用いて導電層１１３をエッチングして、ゲート電極１１９、１２１を形成する。また、当該マスクを用いて絶縁層１１１をエッチングして、ゲート絶縁層１１５、１１７を形成する（図８（Ｄ）参照。）。なお、絶縁層１１１をエッチングせず、絶縁層１１１をゲート絶縁層として用いてもよい。
【００９７】
次に、半導体層１０７をマスク１２３で覆う。次に、半導体層１０９にアクセプターとなる不純物元素を添加し、高濃度不純物領域１２５、１２７を形成する。高濃度不純物領域１２５、１２７は、ソース領域及びドレイン領域として機能する。なお、半導体層１０９において、ゲート電極１２１と重畳する領域は、チャネル領域１２９となる（図９（Ａ）参照。）。この後、マスク１２３を除去する。
【００９８】
ここでは、アクセプターとなる不純物元素として、ボロンを用い、高濃度不純物領域１２５、１２７として、ボロンが添加された半導体領域を形成する。
【００９９】
次に、高濃度不純物領域１２５、１２７、及びチャネル領域１２９をマスク１３１で覆う。次に、半導体層１０７にドナーとなる不純物元素を添加し、高濃度不純物領域１３３、１３５を形成する。高濃度不純物領域１３３、１３５は、ソース領域及びドレイン領域として機能する。なお、半導体層１０７において、ゲート電極１１９と重畳する領域は、チャネル領域１３７となる（図９（Ｂ）参照。）。この後、マスク１３１を除去する。
【０１００】
ここでは、ドナーとなる不純物元素として、リンを用い、高濃度不純物領域１３３、１３５として、リンが添加された半導体領域を形成する。
【０１０１】
ここで、ゲート電極１１９、１２１をマスクとして半導体層１０７、１０９に不純物元素を添加することで、自己整合的に高濃度不純物領域１２５、１２７、１３３、１３５を形成することができる。なお、不純物元素の添加は、イオンドーピング法またはイオン注入法などにより行えばよい。
【０１０２】
なお、上記工程の順序を逆にして、半導体層１０７に高濃度不純物領域１３３、１３５を形成した後、半導体層１０９に高濃度不純物領域１２５、１２７を形成してもよい。
【０１０３】
なお、ゲート電極１１９、１２１をマスクとして、半導体層１０７、１０９に低濃度不純物領域を形成した後、ゲート電極１１９、１２１の側壁にサイドウォールを形成し、ゲート電極１１９、１２１及びサイドウォールをマスクとして、低濃度不純物領域に、不純物元素を添加して、高濃度不純物領域を形成してもよい。この場合、高濃度不純物領域とチャネル領域との間に、低濃度不純物領域が形成されるため、薄膜トランジスタの耐圧を高め、劣化を低減することができる。
【０１０４】
次に、ドナーとなる不純物元素及びアクセプターとなる不純物元素の活性化のための加熱処理を行う。
【０１０５】
次いで、絶縁層１３９、１４１を形成した後、加熱し水素化処理を行う（図９（Ｃ）参照。）。絶縁層１３９、１４１は、ＣＶＤ法により酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層の単層または積層を形成する。ＣＶＤ法により絶縁層１３９を形成することで、絶縁層１３９の水素含有量が高まるため、加熱処理により、チャネル領域１２９、１３７、高濃度不純物領域１２５、１２７、１３３、１３５を水素化し、水素によりダングリングボンドを終端させ、欠陥を低減することができる。
【０１０６】
なお、絶縁層１４１は、酸化シリコン、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｇｌａｓｓ）などの無機材料、または、ポリイミド、アクリルなどの有機材料を用いて形成することで、絶縁層１４１の平坦性を高めることができる。
【０１０７】
次に、絶縁層１３９、１４１の一部をエッチングして、コンタクトホールを形成した後、高濃度不純物領域１２５、１２７、１３３、１３５に接する配線１４３、１４５、１４７、１４９を形成する。
【０１０８】
配線１４３、１４５、１４７、１４９は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層または積層により形成することができる。なお、配線１４３、１４５、１４７、１４９は、ソース電極またはドレイン電極として機能する。
【０１０９】
以上の工程により、リンが添加された高濃度不純物領域１３３、１３５を有するｎチャネル型の薄膜トランジスタ１５１、及びボロンが添加された高濃度不純物領域１２５、１２７を有するｐチャネル型の薄膜トランジスタ１５３を有する半導体装置を作製することができる（図９（Ｄ）参照。）。
【０１１０】
本実施の形態では、薄膜トランジスタの作製方法を説明したが、薄膜トランジスタの他、容量、抵抗など薄膜トランジスタと共に各種の半導体素子を形成することができる。
【０１１１】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０１１２】
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態１乃至実施の形態３に示す半導体基板を用いたトランジスタまたはダイオードを使用して、半導体装置を作製することができる。半導体装置の代表例としては、液晶表示装置、有機発光表示装置、無機発光表示装置、記憶装置、光電変換装置等がある。ここでは、電力が供給されない状況でも記憶内容の保持が可能で、かつ、書き込み回数にも制限が無い、新たな構造の記憶装置の一形態を示す。
【０１１３】
図１０は、記憶装置の構成の一形態である。図１０（Ａ）には、記憶装置の断面を、図１０（Ｂ）には、記憶装置の上面を、それぞれ示す。ここで、図１０（Ａ）は、図１０（Ｂ）のＥ１−Ｅ２及びＦ１−Ｆ２における断面に相当する。図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示す記憶装置は、下部に実施の形態１乃至実施の形態３に示す半導体基板を用いたトランジスタ２６０を有し、上部に酸化物半導体を用いたトランジスタ２８０を有するものである。トランジスタ２６０は、実施の形態４に示す薄膜トランジスタ１５１と類似しているため、図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において図１（Ｅ）と同じ箇所は、同じ符号を用いて説明する。
【０１１４】
トランジスタ２６０は、支持基板１０１上に酸化絶縁層１０３を介して設けられた半導体層と、半導体層上に設けられたゲート絶縁層２０８と、ゲート絶縁層２０８上に設けられたゲート電極１１９と、半導体層の不純物領域と電気的に接続する一対の配線２３０ａ、２３０ｂを有する。一対の配線２３０ａ、２３０ｂは、ソース電極及びドレイン電極として機能する。なお、半導体層は、チャネル領域１３７と、チャネル領域１３７を挟むように設けられた低濃度不純物領域２１４、２１５と、高濃度不純物領域１３３、１３５、（これらをあわせて単に不純物領域ともよぶ。）とを有する。
【０１１５】
本実施の形態では、ゲート電極１１９の側面にはサイドウォール絶縁層２１８、２１９が設けられている。また、半導体層の、支持基板１０１の表面に垂直な方向から見てサイドウォール絶縁層２１８、２１９と重畳する領域には、低濃度不純物領域２１４、２１５を有する。また、トランジスタ２６０を覆うように、絶縁層１４０及び絶縁層１４２が設けられている。一対の配線２３０ａ、２３０ｂは、絶縁層１４０及び絶縁層１４２に形成されたコンタクトホールを通じて、高濃度不純物領域１３３、１３５と電気的に接続されている。なお、トランジスタ２６０の集積化などのため、サイドウォール絶縁層２１８、２１９が形成されない場合もある。
【０１１６】
絶縁層１４０、１４２は、実施の形態４に示す絶縁層１３９、１４１を平坦化処理して形成することができる。平坦化処理としては、エッチング処理（例えばドライエッチングまたはウェットエッチング）や、研磨処理（例えばＣＭＰ）等の処理を行う。
【０１１７】
図１０に示すトランジスタ２８０は、酸化物半導体層２４０、酸化物半導体層２４０に接する一対の配線２４４ａ、２４４ｂ、酸化物半導体層２４０及び一対の配線２４４ａ、２４４ｂを覆うゲート絶縁層２４５、ゲート絶縁層２４５を介して酸化物半導体層２４０と重畳するゲート電極２４７を含む。一対の配線２４４ａ、２４４ｂは、ソース電極及びドレイン電極として機能する。
【０１１８】
酸化物半導体層２４０は、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物などを用いることができる。ここでは、ｎ元系金属酸化物はｎ種類の金属酸化物で構成される。なお、酸化物半導体層２４０に形成することが可能な金属酸化物は、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である。このように、バンドギャップの広い金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
【０１１９】
酸化物半導体層２４０は、スパッタリング法、塗布法、印刷法、パルスレーザー蒸着法等で形成した後、加熱して、酸化物半導体層２４０に含まれる水素を除去することが好ましい。
【０１２０】
図１０において、酸化物半導体層２４０の被形成面である絶縁層１４０、１４２の平坦性を高めることで、酸化物半導体層２４０の膜厚分布を均一にすることができるため、トランジスタ２８０の特性を向上させることができる。ただし、チャネル長は、短いものとし、例えば０．８μｍや３μｍとする。
【０１２１】
一対の配線２４４ａ、２４４ｂは、実施の形態４に示す一対の配線１４３、１４５、１４７、１４９と同様に形成することができる。また、一対の配線２４４ａ、２４４ｂと同時に、配線２３０ａに接続する配線２４２ａ、配線２３０ｂに接続する配線２４２ｂを形成する。
【０１２２】
ゲート絶縁層２４５は、実施の形態４に示す絶縁層１１１と同様に形成することができる。
【０１２３】
ゲート電極２４７は、実施の形態４に示すゲート電極１１９、１２１と同様に形成することができる。なお、ゲート電極２４７と同時に、容量素子２６５の電極２４８を形成する。
【０１２４】
また、図１０に示す容量素子２６５は、一対の配線２４４ａ、２４４ｂの一方と、誘電体として機能するゲート絶縁層２４５と、電極２４８とで容量を形成する。
【０１２５】
また、トランジスタ２８０及び容量素子２６５の上には、絶縁層２５０が設けられている。絶縁層２５０は、実施の形態４に示す絶縁層１１１と同様に形成することができる。
【０１２６】
酸化物半導体層を有するトランジスタは、オフ電流が極めて小さいため、酸化物半導体層を有するトランジスタを用いることにより、極めて長期にわたり記憶内容を保持することが可能である。つまり、リフレッシュ動作が不要となるか、または、リフレッシュ動作の頻度を極めて低くすることが可能となるため、消費電力を十分に低減することができる。また、電力の供給がない場合であっても、長期にわたって記憶内容を保持することが可能である。
【０１２７】
また、図１０（Ｃ）に記憶素子の回路図を示す。なお、回路図においては、酸化物半導体層を有するトランジスタであることを示すために、ＯＳの符号を併せて付す場合がある。
【０１２８】
図１０（Ｃ）において、第１の配線（１ｓｔ Ｌｉｎｅ）とトランジスタ２６０の一対の配線の一方とは、電気的に接続され、第２の配線（２ｎｄ Ｌｉｎｅ）とトランジスタ２６０の一対の配線の他方とは、電気的に接続されている。また、第３の配線（３ｒｄ Ｌｉｎｅ）とトランジスタ２８０の一対の配線の一方とは、電気的に接続され、第４の配線（４ｔｈ Ｌｉｎｅ）と、トランジスタ２８０のゲート電極とは、電気的に接続されている。そして、トランジスタ２６０のゲート電極と、トランジスタ２８０の一対の配線の他方は、容量素子２６５の電極の一方と電気的に接続され、第５の配線（５ｔｈ Ｌｉｎｅ）と、容量素子２６５の電極の他方は電気的に接続されている。
【０１２９】
図１０（Ｃ）に示す記憶装置では、トランジスタ２６０のゲート電極の電位が保持可能という特徴を生かすことで、次のように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能である。
【０１３０】
はじめに、情報の書き込み及び保持について説明する。まず、第４の配線の電位を、トランジスタ２８０がオン状態となる電位にして、トランジスタ２８０をオン状態とする。これにより、第３の配線の電位が、トランジスタ２６０のゲート電極、及び容量素子２６５に与えられる。すなわち、トランジスタ２６０のゲート電極には、所定の電荷が与えられる（書き込み）。ここでは、異なる二つの電位レベルを与える電荷（以下Ｌｏｗレベル電荷、Ｈｉｇｈレベル電荷という）のいずれかが与えられるものとする。その後、第４の配線の電位を、トランジスタ２８０がオフ状態となる電位にして、トランジスタ２８０をオフ状態とすることにより、トランジスタ２６０のゲート電極に与えられた電荷が保持される（保持）。
【０１３１】
トランジスタ２８０のオフ電流は極めて小さい、具体的には、室温でのオフ電流（ここでは、単位チャネル幅（１μｍ）あたりの値）は１００ｚＡ／μｍ（１ｚＡ（ゼプトアンペア）は１×１０−２１Ａ）以下、望ましくは１０ｚＡ／μｍ以下であるから、トランジスタ２６０のゲート電極の電荷は長時間にわたって保持される。
【０１３２】
次に、情報の読み出しについて説明する。第１の配線に所定の電位（定電位）を与えた状態で、第５の配線に適切な電位（読み出し電位）を与えると、トランジスタ２６０のゲート電極に保持された電荷量に応じて、第２の配線は異なる電位をとる。一般に、トランジスタ２６０をｎチャネル型とすると、トランジスタ２６０のゲート電極にＨｉｇｈレベル電荷が与えられている場合の見かけのしきい値電圧Ｖｔｈ＿Ｈは、トランジスタ２６０のゲート電極にＬｏｗレベル電荷が与えられている場合の見かけのしきい値電圧Ｖｔｈ＿Ｌより低くなるためである。ここで、見かけのしきい値電圧とは、トランジスタ２６０を「オン状態」とするために必要な第５の配線の電位をいうものとする。したがって、第５の配線の電位をＶｔｈ＿ＨとＶｔｈ＿Ｌの中間の電位Ｖ０とすることにより、トランジスタ２６０のゲート電極に与えられた電荷を判別できる。例えば、書き込みにおいて、Ｈｉｇｈレベル電荷が与えられていた場合には、第５の配線の電位がＶ０（＞Ｖｔｈ＿Ｈ）となれば、トランジスタ２６０は「オン状態」となる。Ｌｏｗレベル電荷が与えられていた場合には、第５の配線の電位がＶ０（＜Ｖｔｈ＿Ｌ）となっても、トランジスタ２６０は「オフ状態」のままである。このため、第２の配線の電位を見ることで、保持されている情報を読み出すことができる。
【０１３３】
本実施の形態は、実施の形態１乃至４のいずれか一と組み合わせることができる。
【実施例１】
【０１３４】
本実施例では、レーザ光が照射された、支持基板に転載した半導体層の端部と、レーザ光が照射されていない、支持基板に転載した半導体層の端部と、半導体層の端部の剥がれの様子について、図１及び図１１乃至図１４を用いて説明する。
【０１３５】
はじめに、支持基板５１として、洗浄した無アルカリガラス基板（商品名ＥＡＧＬＥＸＧ（登録商標））を準備した（図１（Ａ）参照。）。
【０１３６】
次に、半導体基板５３として単結晶シリコン基板を洗浄した後、酸素及び塩化水素雰囲気において９５０度で加熱して酸化絶縁層５７を形成した。ここでは、酸化絶縁層５７として、厚さ１００ｎｍの酸化シリコン層を形成した。
【０１３７】
次に、半導体基板５３に脆化領域５５を形成した（図１（Ｂ）参照。）。ここでは、ドーズ量を２．７×１０１６ｃｍ２、加速電圧を５０ｋＶ、電流密度６．３５μＡ／ｃｍ２とし、半導体基板５３に水素または水素イオンのイオン注入を行った。
【０１３８】
次に、図１（Ｃ）に示すように、酸化絶縁層５７を介して半導体基板５３及び支持基板５１を貼り合わせた。
【０１３９】
次に、加熱処理を行い、脆化領域５５において、半導体基板５３を分断した。ここでは、２００度で２時間加熱した後、６００度で２時間加熱して、支持基板５１に酸化絶縁層６１を介して半導体層５９を転載した。
【０１４０】
次に、図１（Ｄ）に示すように、半導体層５９の端部にレーザ光６３を照射した。ここでは、波長５３２ｎｍ、１７．５Ｗの連続発振のレーザ光を、走査速度３５ｃｍ／秒として、半導体層５９の一辺に照射した。なお、当該条件は、半導体層を完全溶融するのに十分なエネルギーである。レーザ光６３の照射領域は、多結晶半導体領域となった。
【０１４１】
ここで、レーザ光の照射部、未照射部それぞれの断面を透過型電子顕微鏡（以下、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）という。）で観察した結果を図１１に示す。
【０１４２】
図１１（Ａ）は、レーザ光の照射部における断面ＴＥＭ像を示し、図１１（Ｂ）は、レーザ光の未照射部における断面ＴＥＭ像を示す。図１１（Ａ）において、支持基板５１上に酸化絶縁層６１が密着しており、酸化絶縁層６１上にレーザ光の照射により形成された多結晶半導体領域５１１が設けられる。また、図１１（Ｂ）において、支持基板５１上に酸化絶縁層６１が密着しており、酸化絶縁層６１上にレーザ光が照射されない半導体層５１３が設けられる。
【０１４３】
次に、図１（Ｆ）に示すように、半導体層５９の表面の自然酸化層６９を除去した。ここでは、エッチャントとしてフッ酸を用いて、半導体層５９の自然酸化層６９を除去した。
【０１４４】
ここで、自然酸化層６９を除去した後の、レーザ光の照射部、未照射部それぞれの断面をＴＥＭで観察した結果を図１２及び図１３に示す。図１２は、レーザ光の照射部における断面ＴＥＭ像を示し、図１３は、レーザ光の未照射部における断面ＴＥＭ像を示す。
【０１４５】
図１２（Ａ）は、酸化絶縁層６１を介して支持基板５１上に転載された半導体層の端部における断面ＴＥＭ像である。図１２（Ａ）の破線５２１の拡大図を図１２（Ｂ）に示す。なお、図１２（Ｂ）は２つの写真をつなぎ合わせており、位置合わせのため一部写真が離れている。支持基板５１と酸化絶縁層６１の界面に空洞５２３が形成される。空洞５２３は、自然酸化層６９を除去する工程において、支持基板であるガラスが溶解され、形成されたものである。
【０１４６】
図１３（Ａ）は、酸化絶縁層６１を介して支持基板５１上に転載された半導体層の端部における断面ＴＥＭ像である。図１３（Ａ）の破線５２５の拡大図を図１３（Ｂ）に示す。なお、図１３（Ｂ）は２つの写真をつなぎ合わせており、位置合わせのため一部写真が離れている。支持基板５１と酸化絶縁層６１の界面に空洞５２７が形成される。当該空洞５２７は、自然酸化層６９を除去する工程において、支持基板であるガラスが溶解され、形成されたものである。図１２（Ｂ）に示す空洞５２３と比較すると、支持基板５１及び酸化絶縁層６１の界面における空洞５２７は、破線５２９に示すように、厚さは薄いが、より奧にまで形成されている。
【０１４７】
支持基板及び酸化絶縁層の界面において密着性が高いと、エッチャントによる支持基板の溶解が生じても、酸化絶縁層及び支持基板の間へのエッチャントの浸入が少なく、図１２（Ｂ）のように、支持基板の溶解がそれほど進まない。しかしながら、支持基板及び酸化絶縁層の密着性が弱いと、支持基板及び酸化絶縁層の間に隙間ができる。当該隙間にエッチャントが浸入することで、支持基板が更にエッチングされる。この結果、酸化絶縁層及び半導体層の端部が浮き上がり隙間が形成されてしまい、レーザ光の未照射部には、図１３（Ｂ）のように、より奧にまで空洞が形成される。
【０１４８】
次に、支持基板５１及び酸化絶縁層５７の密着性を調べた。ここでは、カプトンテープ（商標登録）をレーザ光６３の照射領域、及び未照射領域それぞれに貼り付けた後、カプトンテープを剥がして、それぞれの領域の密着性を調べた。
【０１４９】
図１４は、密着性を測定した後の、支持基板５１の端部を光学顕微鏡で撮影した写真である。レーザ光の照射部５０３においては、カプトンテープを剥がした後、多結晶半導体領域が剥がれる様子が観察されなかった。
【０１５０】
一方、レーザ光の未照射部５０５は、酸化絶縁層及び半導体層の一部が剥がれ、エッチャントによる溶解が進まない凸状の支持基板が露出している領域（例えば、破線５０９内）が観察された。これは、支持基板及び酸化絶縁層の密着性が低いため、カプトンテープを剥がす際に、酸化絶縁層及び半導体層の一部が剥がれてしまい、この結果、凸状の支持基板が露出するためである。
【０１５１】
以上のことから、支持基板に転載した半導体層の端部にレーザ光を照射することで、支持基板及び酸化絶縁層の密着性を高めると共に、半導体層の端部の浮き及び剥がれを低減できることが分かる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化絶縁層で一表面が覆われ、且つ内部に脆化領域を有する半導体基板と、支持基板とを、前記酸化絶縁層を介して貼り合わせた後、前記脆化領域において前記半導体基板を分断して、前記酸化絶縁層を介して前記支持基板上に半導体層を設け、
前記半導体層の端部に第１のレーザ光を照射して、前記半導体層の一部に多結晶半導体領域を形成し、
前記端部に第１のレーザ光が照射された半導体層の表面の自然酸化層を除去した後、前記端部に第１のレーザ光が照射された半導体層に第２のレーザ光を照射することを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、前記第１のレーザ光は、前記半導体層を完全溶融するエネルギーを有することを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記第２のレーザ光は、前記半導体層を部分溶融するエネルギーを有することを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、前記支持基板はガラス基板であり、前記自然酸化層は、酸化シリコン層であることを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、前記自然酸化層は、ウェットエッチングにより除去することを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、前記脆化領域は、前記半導体基板にイオンを照射して形成することを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、前記脆化領域は、前記半導体基板の一部を陽極酸化して形成することを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項１】
酸化絶縁層で一表面が覆われ、且つ内部に脆化領域を有する半導体基板と、支持基板とを、前記酸化絶縁層を介して貼り合わせた後、前記脆化領域において前記半導体基板を分断して、前記酸化絶縁層を介して前記支持基板上に半導体層を設け、
前記半導体層の端部に第１のレーザ光を照射して、前記半導体層の一部に多結晶半導体領域を形成し、
前記端部に第１のレーザ光が照射された半導体層の表面の自然酸化層を除去した後、前記端部に第１のレーザ光が照射された半導体層に第２のレーザ光を照射することを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、前記第１のレーザ光は、前記半導体層を完全溶融するエネルギーを有することを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記第２のレーザ光は、前記半導体層を部分溶融するエネルギーを有することを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、前記支持基板はガラス基板であり、前記自然酸化層は、酸化シリコン層であることを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、前記自然酸化層は、ウェットエッチングにより除去することを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、前記脆化領域は、前記半導体基板にイオンを照射して形成することを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、前記脆化領域は、前記半導体基板の一部を陽極酸化して形成することを特徴とする半導体基板の作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１１９６６９（Ｐ２０１２−１１９６６９Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４４０７３（Ｐ２０１１−２４４０７３）
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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