半導体薄膜基板および半導体薄膜基板を用いた半導体装置の作製方法
【課題】一層の半導体層から膜厚の異なる半導体層を有する半導体薄膜基板を提供することを目的の一とする。または、半導体薄膜基板を適用した半導体装置を提供することを目的の一とする。
【解決手段】基板上に半導体層を形成し、半導体層を加工して第１の島状半導体層および第２の島状半導体層を形成し、第１の島状半導体層にレーザー照射を行うことにより第１の島状半導体層を溶融させ、第１の島状半導体層から第２の島状半導体層より膜厚が厚い第３の島状半導体層を形成する、半導体薄膜基板の作製方法である。
【解決手段】基板上に半導体層を形成し、半導体層を加工して第１の島状半導体層および第２の島状半導体層を形成し、第１の島状半導体層にレーザー照射を行うことにより第１の島状半導体層を溶融させ、第１の島状半導体層から第２の島状半導体層より膜厚が厚い第３の島状半導体層を形成する、半導体薄膜基板の作製方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体薄膜基板および半導体薄膜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】
ガラス基板上に光電変換素子（例えば、光センサ）を形成する場合、光電変換を奏する半導体層として、多結晶シリコンが用いられることがある（例えば、特許文献１参照）。多結晶シリコンは、低温のプロセスで形成することが可能であるため、ガラス基板などの耐熱性が低い基板上に形成することが容易であるというメリットを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−７９５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、光電変換素子のうち、多結晶シリコンを光電変換層としたものは、単結晶シリコンを光電変換層としたものより暗電流が大きい傾向にある。また、欠陥の存在によりキャリアがトラップされて、光照射時の電流が減少してしまうという問題もある。このため、多結晶シリコンを用いる場合には、十分な光感度を持つ光電変換素子を作製することが困難であった。
【０００５】
また、十分な光感度を持つ光電変換素子を作製するには、例えば、厚膜の半導体層を用いて光電変換素子を形成する方法がある。しかし、厚膜に適さないデバイスも同一基板上に形成する場合、厚膜に適するデバイスと薄膜に適するデバイスとの作り分けが必要になる。そのため、デバイスの作製工程が増大し、コストおよび時間の増大、生産性および歩留まりの低下などの問題が引き起こされるおそれがある。
【０００６】
上記問題に鑑み、本発明の一態様は、一層の半導体層から、膜厚の異なる半導体層を有する半導体薄膜基板を提供することを目的の一とする。
【０００７】
また、上記半導体薄膜基板を適用した、特性の良い光電変換素子を有する半導体装置を提供することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、一層の半導体層から膜厚の異なる半導体層を形成する。また、光感度の高い光電変換素子を有する半導体装置を形成する。より詳細には以下の通りである。
【０００９】
本発明の一態様は、基板上に半導体層を形成し、該半導体層を加工して第１の島状半導体層および第２の島状半導体層を形成し、第１の島状半導体層にレーザー照射を行うことで第１の島状半導体層を溶融させ、第２の島状半導体層より膜厚が厚い第３の島状半導体層を形成する半導体薄膜基板の作製方法である。
【００１０】
本発明の別の一態様は、半導体基板に加速されたイオンを照射して半導体基板に脆化領域を形成し、絶縁層を介して半導体基板と基板を貼り合わせ、熱処理により、脆化領域において半導体基板を分離して、基板上に半導体層を形成し、半導体層を加工して第１の島状半導体層および第２の島状半導体層を形成し、第１の島状半導体層にレーザー照射を行うことで第１の島状半導体層を溶融させ、第２の島状半導体層より膜厚が厚い第３の島状半導体層を形成する半導体薄膜基板の作製方法である。
【００１１】
上記第１の島状半導体層にレーザー照射を行うことで、第１の島状半導体層は絶縁層上で溶融して凝集し、上面端部に曲面を形成する。凝集した第３の島状半導体層は、第２の島状半導体層の２倍乃至４倍の膜厚とすることができる。
【００１２】
上記第２の島状半導体層は膜厚を１４０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００１３】
また、基板を上面から見たときの上記第１の島状半導体層の平面形状は、短辺と長辺の長さの比が１：ｘ（ｘは１より大きい数）であり、かつ、短辺の長さが１０μｍ以下とすることが好ましい。
【００１４】
また、上記第１の島状半導体層および第２の島状半導体層は、単結晶半導体、多結晶半導体、非晶質半導体等の層を用いることができる。
【００１５】
また、上記絶縁層は酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の材料を含む層を用いることができる。
【００１６】
本発明の別の一態様は、絶縁層を介して半導体層を有する基板を用意し、半導体層を加工して第１の島状半導体層および第２の島状半導体層を形成し、第１の島状半導体層にレーザー照射を行うことで第１の島状半導体層を溶融させ、第２の島状半導体層より膜厚が厚い第３の島状半導体層を形成した後、第３の島状半導体層に選択的に第１の不純物元素および第２不純物元素を添加して、光電変換を奏する半導体領域、第１の導電型を示す半導体領域、および第２の導電型を示す半導体領域を形成し、第１の導電型を示す半導体領域と電気的に接続する第１の電極および第２の導電型を示す半導体領域と電気的に接続する第２の電極を形成することにより、光電変換素子を形成し、第２の島状半導体層に選択的に第１の不純物元素または第２不純物元素を添加して、チャネル形成領域、ソース領域、およびドレイン領域を形成し、第２の島状半導体層上にゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、ソース領域と電気的に接続するソース電極およびドレイン領域と電気的に接続するドレイン電極を形成することにより、トランジスタを形成する半導体装置の作製方法である。
【００１７】
上記第１の島状半導体層にレーザー照射を行うことで、第１の島状半導体層は絶縁層上で凝集し、上面端部に曲面を形成する。凝集した第３の島状半導体層は、第２の島状半導体層の２倍乃至４倍の膜厚とすることができる。
【００１８】
上記第２の島状半導体層は膜厚を１４０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００１９】
また、基板を上面から見たときの上記第１の島状半導体層の平面形状は、短辺と長辺の長さの比が１：ｘ（ｘは１より大きい数）であり、かつ、短辺の長さが１０μｍ以下とすることが好ましい。
【００２０】
上記第１の島状半導体層および第２の島状半導体層は、単結晶半導体、多結晶半導体、非晶質半導体等の層を用いることができる。
【００２１】
上記絶縁層は酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の材料を含む層を用いることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の一態様は、面積の異なる島状半導体層にレーザー光を照射することで、一層の半導体層から膜厚の異なる半導体層を形成している。このため、膜厚の異なる半導体層を有する半導体薄膜基板を提供することができる。
【００２３】
また、本発明の一態様は、厚膜の半導体層を用いて光電変換素子を形成している。このため、光感度の高い光電変換素子を有する半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】半導体装置に用いられる半導体薄膜基板の作製方法の一例を示す断面図である。
【図２】半導体装置の一例を示す断面図および斜視図である。
【図３】半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。
【図４】半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。
【図５】半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。
【図６】半導体装置に用いられる半導体薄膜基板の作製方法の一例を示す断面図である。
【図７】半導体装置に用いられる半導体薄膜基板の作製方法の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定されず、本明細書等において開示する発明の趣旨から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異なる実施の形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００２６】
なお、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
【００２７】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体薄膜基板の作製方法の一例について、図１を参照して説明する。
【００２８】
まず、基板１００の上に絶縁層１１４を介して半導体層１１８を有する基板１０５を形成する（図１（Ａ）参照）。
【００２９】
基板１００は、液晶表示装置などに使用されている透光性を有するガラス基板を用いることもできる。ガラス基板としては、歪み点が５８０℃以上（好ましくは、６００℃以上）であるものを用いると良い。なお、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を用いることができる。
【００３０】
また、基板１００は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコンなどの第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、ガリウムヒ素やインジウムリン等の化合物半導体基板を用いることもできる。
【００３１】
また、基板１００として半導体基板を用いる場合、基板１００のサイズに制限はないが、例えば、直径が８インチ（２００ｍｍ）、１２インチ（３００ｍｍ）、１８インチ（４５０ｍｍ）といったサイズの半導体基板を用いることができる。また、円形の半導体基板を、矩形に加工して用いても良い。
【００３２】
また、基板１００は、単結晶半導体基板やガラス基板の他に、セラミック基板、石英基板やサファイア基板などの絶縁体でなる基板、金属やステンレスなどの導電体でなる基板などを用いることもできる。本実施の形態では、基板１００としてガラス基板を用いる場合について説明する。
【００３３】
絶縁層１１４は、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタ法等で形成することができる。また、該絶縁層１１４は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどの材料を用いて、単層構造または積層構造で形成することができる。
【００３４】
半導体層１１８は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウムなどの第１４属元素でなる単結晶半導体層を用いることができる。半導体層１１８に該単結晶半導体層を用いた場合には、ドナー元素、アクセプター元素などの抵抗値を制御するための不純物元素が添加されていても良い。また、ガリウムヒ素やインジウムリン等の化合物半導体層を用いることもできる。また、単結晶半導体層の他に、多結晶半導体層、非晶質半導体層なども用いることができる。なお、本実施の形態では、半導体層１１８として単結晶シリコン層を用いる場合について説明する。
【００３５】
次に、半導体層１１８上にマスク４００およびマスク４０１を形成し、これを用いて半導体層１１８を選択的にエッチングすることで、第１の島状半導体層１２０および第２の島状半導体層１２１を形成する（図１（Ｂ）参照）。
【００３６】
マスク４００およびマスク４０１は、レジスト材料を用いたフォトリソグラフィなどによって形成することができる。また、エッチング処理は、ウェットエッチング処理またはドライエッチング処理のいずれをも行うことができる。
【００３７】
また、基板を上面から見たときの第１の島状半導体層１２０の平面形状は、短辺と長辺の長さの比が１：ｘ（ｘは１より大きい数）であり、かつ短辺の長さが１０μｍ以下とすることが好ましい。また、第１の島状半導体層１２０の短辺の長さを、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下とすると、第１の島状半導体層１２０はレーザー照射により溶融して凝集し、膜厚が厚くなる。また、基板を上面から見たときの第２の島状半導体層１２１の平面形状は、短辺と長辺の長さの比が１：ｘ（ｘは１より大きい数）であり、かつ短辺の長さが１０μｍ以上とすることができ、例えば、２０μｍ以上とすることが好ましい。
【００３８】
本実施の形態では、半導体層１１８から、第１の島状半導体層１２０および第２の島状半導体層１２１の二つの面積の異なる島状半導体層を形成しているが、本発明の一態様はこれに限定されず、三つ以上の面積の異なる島状半導体層を形成してもよい。
【００３９】
次に、少なくとも第１の島状半導体層１２０にレーザー光１３０を照射する（図１（Ｃ）参照）。第１の島状半導体層１２０は、レーザー光１３０が照射されたことによって溶融し、溶融することで表面張力が生じる。表面張力によって、第１の島状半導体層１２０は、絶縁層１１４上で凝集し、上面端部が曲面を有する型とすることができる。また、第１の島状半導体層１２０は凝集することで、第１の島状半導体層１２０より膜厚が厚い第１の島状半導体層２００とすることができる。また、第１の島状半導体層２００は、第２の島状半導体層１２１より膜厚を厚くすることができる（図１（Ｄ）、（Ｅ）参照）。なお、図１（Ｅ）は、図１（Ｄ）の斜視図である。
【００４０】
また、第１の島状半導体層２００の膜厚および第１の島状半導体層２００の短辺の長さは、第１の島状半導体層１２０の膜厚、第１の島状半導体層１２０の短辺の長さ、および第１の島状半導体層１２０と絶縁層１１４とのぬれ性等で決定される。これらのパラメータは、第１の島状半導体層１２０のパターニング方法、第１の島状半導体層１２０と絶縁層１１４とのぬれ性、表面張力、レーザーの種類および走査方法によって決まる。例えば、酸化シリコンで形成されたぬれ性の低い絶縁層１１４上に、膜厚１４０ｎｍおよび短辺の長さ３．３μｍの第１の島状半導体層１２０を形成し、レーザー光１３０を照射することにより、膜厚５５０ｎｍおよび短辺の長さ２．５μｍの第１の島状半導体層２００を形成することができる。なお、第１の島状半導体層１２０の膜厚、レーザー照射のエネルギー等を様々に変更することにより、さらに膜厚の厚い第１の島状半導体層２００を形成することも可能である。
【００４１】
第１の島状半導体層２００は、例えば、第２の島状半導体層１２１の２倍乃至４倍の膜厚とすることができる。なお、第１の島状半導体層１２０は絶縁層１１４上で凝集すると共に膜厚も厚くなるため、第１の島状半導体層１２０の体積と第１の島状半導体層２００の体積は変化しない。
【００４２】
本実施の形態では、上記レーザー光１３０の照射は、第１の島状半導体層１２０に照射することを説明したが、本発明はこれに限定されない。第１の島状半導体層１２０および第２の島状半導体層１２１にレーザー光１３０を照射してもよい。第２の島状半導体層１２１の短辺が、第１の島状半導体層１２０の短辺より長く形成されている場合、第２の島状半導体層１２１にレーザー光１３０を照射しても、第２の島状半導体層１２１は第１の島状半導体層１２０のように凝集しない。
【００４３】
また、パルスレーザーを用いてレーザー光１３０を照射する場合、パルスレーザー光を照射させて島状半導体層を溶融させる回数は、照射されるパルスレーザー光のパルス数で選択することができ、例えば、１回以上１００回以下行うことができる。また、３回以上２０回以下が好ましい。なお、３回以上行うことで、第１の島状半導体層１２０は溶融して凝集し、膜厚を厚くすることができる。
【００４４】
また、レーザー光１３０の照射には、高エネルギーを得ることができるパルス発振レーザーを用いることが好ましい。発振周波数は、１Ｈｚ以上１０ＭＨｚ以下とすることが好ましいがこれに限定する必要はない。上述のパルス発振レーザーの発振器としては、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー、エキシマ（ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ）レーザー、ＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ＧｄＶＯ４レーザー、Ｙ２Ｏ３レーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、銅蒸気レーザー、金蒸気レーザー等がある。なお、部分溶融させることが可能であれば、連続発振レーザーを使用しても良い。連続発振レーザーの発振器としては、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー、ＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ＧｄＶＯ４レーザー、Ｙ２Ｏ３レーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、ヘリウムカドミウムレーザー等がある。
【００４５】
また、レーザー光１３０の波長としては、少なくとも第１の島状半導体層１２０に吸収される波長を選択する必要がある。その波長は、レーザー光の表皮深さ（ｓｋｉｎ ｄｅｐｔｈ）などを考慮して決定すればよい。例えば、２５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲とすることができる。また、レーザー光１３０のエネルギー密度は、レーザー光１３０の波長、レーザー光の表皮深さ、第１の島状半導体層１２０の膜厚などを考慮して決定することができる。レーザー光１３０のエネルギー密度は、例えば、３００ｍＪ／ｃｍ２以上８００ｍＪ／ｃｍ２以下の範囲とすればよい。なお、当該エネルギー密度の範囲は、パルス発振レーザーとしてＸｅＣｌエキシマレーザー（波長：３０８ｎｍ）を用いた場合の一例である。
【００４６】
また、レーザー光１３０の照射は、大気雰囲気のような酸素を含む雰囲気、または窒素雰囲気やアルゴン雰囲気のような不活性雰囲気で行うことができる。不活性雰囲気中でレーザー光１３０を照射するには、気密性のあるチャンバー内でレーザー光１３０を照射し、このチャンバー内の雰囲気を制御すればよい。チャンバーを用いない場合は、レーザー光１３０の被照射面に窒素ガスなどの不活性ガスを吹き付けることで、不活性雰囲気を形成することもできる。
【００４７】
なお、本実施の形態では、半導体層１１８として単結晶シリコン層を用いる場合について説明したが、本発明の一態様はこれに限定されない。例えば、半導体層１１８として非晶質シリコン層を用いる場合は、第１の島状半導体層および第２の島状半導体層を形成した後、少なくとも第１の島状半導体層１２０にレーザー光を照射することにより、結晶質シリコン層である第１の島状半導体層２００とすることができる。
【００４８】
以上の工程より、基板１００の上に絶縁層１１４を介して半導体層１１８を有する基板１０５から、面積の異なる島状半導体層を形成し、レーザー照射を行うことで、膜厚が異なる第１の島状半導体層２００および第２の島状半導体層１２１を有する半導体薄膜基板６００を形成することができる。本実施の形態を用いることにより、厚膜の半導体層と薄膜の半導体層との作製工程を作り分ける必要がないため、作製工程を削減することができ、コストや時間を削減することができる。また、同一基板上に厚膜の半導体層および薄膜の半導体層を形成することで、例えば、厚膜に適しているデバイスおよび薄膜に適しているデバイスを作製することができる。
【００４９】
（実施の形態２）
本実施の形態では、先の実施の形態で示した半導体薄膜基板を用いた半導体装置の作製方法の一例について図２乃至図５を参照して説明する。具体的には、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示す光電変換素子１８０、ｎ型トランジスタ３８０、およびｐ型トランジスタ３８５の作製方法を説明する。ここで、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ｂにおける断面図および図２（Ａ）のＣ−Ｄにおける断面図に相当する。
【００５０】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、基板１００上に絶縁層１１４を介して、光電変換素子１８０、ｎ型トランジスタ３８０およびｐ型トランジスタ３８５が設けられている。
【００５１】
光電変換素子１８０は、光電変換を奏する半導体領域１６４、第２の導電型（ここではｐ型）を示す半導体領域１５８、第１の導電型（ここではｎ型）を示す半導体領域１６２、を有する半導体層１５２と、これを覆うように形成された絶縁層１５４および層間絶縁層１６６と、第２の導電型を示す半導体領域１５８と電気的に接続された電極１７２と、第１の導電型を示す半導体領域１６２と電気的に接続された電極１７４と、を有する。ここで、第２の導電型を示す半導体領域１５８と第１の導電型を示す半導体領域１６２は、いずれも光電変換を奏する半導体領域１６４に隣接し、かつ、光電変換を奏する半導体領域１６４によって隔てられている。なお、第１の導電型と第２の導電型とは、入れ替えても良い。
【００５２】
ｎ型トランジスタ３８０は、チャネル形成領域３２２、ソース領域３２３、ドレイン領域３２４、ＬＤＤ領域５００、ＬＤＤ領域５１０、を有する半導体層３５２と、半導体層３５２上のゲート絶縁層として機能する絶縁層１５４と、絶縁層１５４上のゲート電極３７５と、これを覆うように形成された層間絶縁層１６６と、ソース領域３２３と電気的に接続された電極３７６と、ドレイン領域３２４と電気的に接続された電極３７７と、が設けられている。なお、ここではトランジスタ３８０がＬＤＤ領域５００、ＬＤＤ領域５１０、を有する構造を示したが、本発明はこれに限定されず、ＬＤＤ領域を有さない構造としてもよい。また、ここではＬＤＤ領域が上面からみてゲート電極と重ならない例を示したが、ＬＤＤ領域はゲート電極と重なる構造としてもよい。なお、ＬＤＤとは、低濃度不純物領域であり、ＬｉｇｈｔｌｙＤｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎの略語である。
【００５３】
ｐ型トランジスタ３８５は、チャネル形成領域３３２、ソース領域３３３、ドレイン領域３３４を有する半導体層３６１と、半導体層３６１上のゲート絶縁層として機能する絶縁層１５４と、絶縁層１５４上のゲート電極３７４と、これを覆うように形成された層間絶縁層１６６と、ソース領域３３３と電気的に接続された電極３７８と、ドレイン領域３３４と電気的に接続された電極３７９と、が設けられている。なお、ここではｐ型トランジスタ３８５がＬＤＤ領域を有さない構造を示したが、本発明の一態様はこれに限定されず、ＬＤＤ領域を有する構造としてもよい。
【００５４】
ここで、光電変換素子１８０が有する半導体層１５２の膜厚は、ｎ型トランジスタ３８０が有する半導体層３５２およびｐ型トランジスタ３８５が有する半導体層３６１の膜厚より厚く設けられている。
【００５５】
次に、半導体装置の作製方法について、図３乃至図５を用いて説明する。
【００５６】
まず、基板１００の上に絶縁層１１４を介して半導体層１１８を有する基板１０５を形成する（図３（Ａ）参照）。なお、基板１０５は、実施の形態１（図１（Ａ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。
【００５７】
次に、半導体層１１８上にマスクを形成して選択的にエッチングすることで、第１の島状半導体層１２０および第２の島状半導体層１２１を形成する。その後、少なくとも第１の島状半導体層１２０にレーザー光１３０を照射することにより（図３（Ｂ）参照）、第１の島状半導体層２００および第２の島状半導体層１２１を形成する（図３（Ｃ）参照）。
【００５８】
第１の島状半導体層１２０および第２の島状半導体層１２１は、実施の形態１（図１（Ｂ）参照）と同様の方法で作製することができるため、詳細な説明は省略する。また、レーザー光１３０の照射方法、第１の島状半導体層２００の形成方法は、実施の形態１（図１（Ｃ）〜図１（Ｅ）参照）と同様に行うことができるため、詳細な説明は省略する。
【００５９】
次に、第１の島状半導体層２００上および第２の島状半導体層１２１上にマスクを形成して選択的にエッチングすることで、第３の島状半導体層２１０および第４の島状半導体層２２０を形成する（図３（Ｄ）参照）。なお、第３の島状半導体層２１０および第４の島状半導体層２２０の形成方法は実施の形態１（図１（Ｂ）参照）と同様の方法で作製することができるため、詳細な説明は省略する。
【００６０】
次に、第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０を覆うように絶縁層１５４を形成する（図３（Ｅ）参照）。ここでは、プラズマＣＶＤ法を用いて、酸化シリコン層を単層で形成することとする。絶縁層１５４は、酸化シリコン以外にも、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタルなどを含む層を、単層構造または積層構造で形成することができる。なお、絶縁層１５４はゲート絶縁層として機能する。
【００６１】
プラズマＣＶＤ法以外の作製方法としては、スパッタリング法や、高密度プラズマ処理による酸化または窒化による方法が挙げられる。高密度プラズマ処理は、例えば、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガスと、酸素、酸化窒素、アンモニア、窒素、水素などガスの混合ガスを用いて行う。この場合、プラズマの励起をマイクロ波の導入により行うことで、低電子温度で高密度のプラズマを生成することができる。このような高密度のプラズマで生成された酸素ラジカル（ＯＨラジカルを含む場合もある）や窒素ラジカル（ＮＨラジカルを含む場合もある）によって、半導体層の表面を酸化または窒化することにより、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下、望ましくは２ｎｍ以上１０ｎｍ以下の絶縁層を半導体層に接するように形成する。
【００６２】
上述した高密度プラズマ処理による半導体層の酸化または窒化は固相反応であるため、絶縁層１５４と第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０との界面準位密度をきわめて低くすることができる。また、高密度プラズマ処理により第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０を直接酸化または窒化することで、形成される絶縁層の厚さのばらつきを抑えることができる。また、半導体層１１８が単結晶の場合は、高密度プラズマ処理を用いて半導体層の表面を固相反応で酸化させる場合であっても、均一性が良く、界面準位密度の低い絶縁層１５４を形成することができる。なお、高密度プラズマ処理により形成された絶縁層１５４は、特性のばらつきを抑制することができる。
【００６３】
また、第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０を熱酸化させることで、絶縁層１５４を形成しても良い。熱酸化を用いる場合には、ある程度の耐熱性を有する基板を用いることが必要である。
【００６４】
次に、絶縁層１５４上に導電層を形成し、該導電層を加工して、第３の島状半導体層上および第４の島状半導体層上にゲート電極３７５およびゲート電極３７４を形成する（図４（Ａ）参照）。
【００６５】
導電層の形成にはＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いることができる。導電層は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）等の材料を用いて形成することができる。また、上記金属を主成分とする合金材料を用いても良いし、上記金属を含む化合物を用いても良い。または、半導体に導電性を付与する不純物元素をドーピングした多結晶シリコンなど、半導体材料を用いて形成しても良い。
【００６６】
本実施の形態では上記ゲート電極３７５およびゲート電極３７４を単層の導電層で形成しているが、本発明はこれに限定されない。ゲート電極３７５およびゲート電極３７４は、積層された複数の導電層で形成されていても良い。２層構造とする場合には、例えば、モリブデン、チタン、窒化チタン等の層を下層に用い、上層にはアルミニウムなどの層を用いればよい。３層構造の場合には、モリブデンとアルミニウムとモリブデンの積層構造や、チタンとアルミニウムとチタンの積層構造などを採用するとよい。
【００６７】
導電層を加工する際に使用するマスクは、実施の形態１で示したマスク４００と同様に作製することができるが、酸化シリコンや窒化酸化シリコン等の材料を用いて形成してもよい。この場合、酸化シリコンや窒化酸化シリコン等の層をパターニングしてマスクを形成する工程が加わるが、これらの材料を用いたマスクでは、レジスト材料を用いたマスクと比較してエッチング時における膜減りが少ないため、より正確な形状のゲート電極３７５およびゲート電極３７４を形成することができる。また、マスクを用いずに、液滴吐出法を用いて選択的にゲート電極３７５およびゲート電極３７４を形成しても良い。ここで、液滴吐出法とは、所定の組成物を含む液滴を吐出または噴出することで所定のパターンを形成する方法を意味し、インクジェット法などがその範疇に含まれる。
【００６８】
また、導電層の加工には、例えば、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節し、所望のテーパー形状を有するようにゲート電極３７５およびゲート電極３７４を形成することもできる。また、テーパー形状は、マスクの形状によって制御することもできる。なお、エッチング用ガスとしては、塩素、塩化硼素、塩化珪素、四塩化炭素などの塩素系ガス、四弗化炭素、弗化硫黄、弗化窒素などのフッ素系ガス、または酸素などを適宜用いることができる。
【００６９】
次に、第１の島状半導体層２００および第４の島状半導体層２２０を覆うようにマスク４０５およびマスク４０６を形成し、第３の島状半導体層２１０の一部に第１の導電型を付与する不純物元素を添加する。第１の導電型を付与する不純物元素を添加されたことによって、第３の島状半導体層２１０には、第１の導電型を示す半導体領域３２８および半導体領域３２９が形成される（図４（Ｂ）参照）。ゲート電極３７５はマスクの機能を果たすため、ゲート電極３７５の下部には第１の導電型を付与する不純物元素は添加されない。
【００７０】
第１の導電型を付与する不純物元素の添加は、例えば、リンやヒ素を添加することができる。本実施の形態では、第１の導電型を付与する不純物元素としてリンを用い、第１の導電型をｎ型として説明する。
【００７１】
第１の導電型を付与する不純物元素の添加後は、マスク４０５およびマスク４０６を除去する。
【００７２】
次に、第１の島状半導体層２００の一部および第３の島状半導体層２１０を覆うようにマスク４０７およびマスク４０８を形成し、第２の導電型を付与する不純物元素を添加する。第２の導電型を付与する不純物元素が添加されたことによって、第１の島状半導体層２００の一部には、第２の導電型を示す半導体領域１５８が形成され、第４の島状半導体層２２０には、第２の導電型を示すソース領域３３３およびドレイン領域３３４が形成される（図４（Ｃ）参照）。ゲート電極３７４はマスクの機能を果たすため、ゲート電極３７４の下部には第２の導電型を付与する不純物元素は添加されない。
【００７３】
第２の導電型を付与する不純物元素の添加は、例えば、ボロンを添加することができる。本実施の形態では、第２の導電型を付与する不純物元素としてボロンを用い、第２の導電型をｐ型として説明する。
【００７４】
第２の導電型を付与する不純物元素の添加後は、マスク４０７およびマスク４０８を除去する。
【００７５】
次に、第１の島状半導体層２００の一部、第３の島状半導体層２１０の一部、および第４の島状半導体層２２０を覆うようにマスク４０９、マスク４１０、およびマスク４１１を形成し、第１の導電型を付与する不純物元素を添加する。ただし、ここでは、先に添加した第１の導電型を付与する不純物元素より高濃度で添加する。第１の導電型を付与する不純物元素が添加されたことによって、第１の島状半導体層２００の一部には、第１の導電型を示す半導体領域１６２が形成され、第３の島状半導体層２１０には第１の導電型を示すソース領域３２３およびドレイン領域３２４が形成される。また、第３の島状半導体層２１０には、マスク４１０で覆われたソース領域３２３およびドレイン領域３２４にＬＤＤ領域５００およびＬＤＤ領域５１０が形成され、その間にチャネル形成領域３２２が形成される（図４（Ｄ）参照）。
【００７６】
また、マスク４０７およびマスク４０９によって形成された不純物が添加されていない半導体領域１６４の長さは、０．１μｍ〜２０μｍに形成できる。例えば、３μｍ〜１０μｍが好ましい。しかし、マスク４０７およびマスク４０９の加工精度が許せば、０．１μｍ以下に形成することも可能である。
【００７７】
第１の導電型を付与する不純物元素の添加後は、マスク４０９、マスク４１０、およびマスク４１１を除去する。
【００７８】
次に、絶縁層１５４、ゲート電極３７５、およびゲート電極３７４を覆うように層間絶縁層１６６を形成する（図５（Ａ）参照）。層間絶縁層１６６には、例えば、酸化シリコン、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｇｌａｓｓ）等の無機材料でなる絶縁層や、ポリイミド、アクリル等の有機樹脂等の層を用いることができる。また、層間絶縁層１６６は単層構造または積層構造で形成することができる。
【００７９】
次に、第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０の一部が露出するように、絶縁層１５４および層間絶縁層１６６にコンタクトホールを形成する。第１の島状半導体層２００にはコンタクトホール１７０およびコンタクトホール１６８を形成し、第３の島状半導体層２１０にはコンタクトホール３６８およびコンタクトホール３７０を形成し、第４の島状半導体層２２０にはコンタクトホール３７１およびコンタクトホール３７２を形成する（図５（Ｂ）参照）。
【００８０】
次に、コンタクトホールを介して、第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０に接する導電層を形成し、該導電層を選択的にエッチングすることで、第１の島状半導体層２００には電極１７４および電極１７２を形成し、第３の島状半導体層２１０には電極３７６および電極３７７を形成し、第４の島状半導体層２２０には電極３７８および電極３７９を形成する（図５（Ｃ）参照）。導電層は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の低抵抗金属層をバリアメタル層で挟んだ３層構造の導電層で形成することができる。バリアメタル層としては、モリブデン、クロム、チタン等を用いることができる。
【００８１】
以上より、第１の島状半導体層２００から第１の導電型を示す半導体領域１６２、第２の導電型を示す半導体領域１５８、および半導体領域１６４を有する光電変換素子１８０を作製することができ、第３の島状半導体層２１０から第１の導電型を示すソース領域３２３、ドレイン領域３２４、ＬＤＤ領域５００、ＬＤＤ領域５１０、チャネル形成領域３２２を有するｎ型トランジスタ３８０を作製することができ、第４の島状半導体層２２０から第２の導電型を示すソース領域３３３、ドレイン領域３３４、およびチャネル形成領域３３２を有するｐ型トランジスタ３８５を作製することができる。
【００８２】
本実施の形態では、光電変換素子とトランジスタの不純物添加工程を同時に行っている。しかし、光電変換素子に添加するドーズ量を多くすることで、第１の島状半導体層２００の損傷が大きくなってしまうため、欠陥に起因するキャリアトラップが生じてしまう。一方、ドーズ量を少なくすることで、第１の島状半導体層２００の損傷は小さく、欠陥に起因する電流が生じないため、暗電流を低く抑えることができる傾向にある。そのため、光電変換素子に添加するドーズ量は少ない方が好ましい。しかし、トランジスタは、ドーズ量を大きくして抵抗を低くしたほうが良い。よって、要求される特性などに応じて光電変換素子とトランジスタの不純物添加工程を分けてもよい。
【００８３】
本実施の形態では、光電変換素子１８０、ｎ型トランジスタ３８０、およびｐ型トランジスタ３８５を作製する際に、実施の形態１に示した半導体薄膜基板の作製方法を用いている。上記半導体薄膜基板の作製工程により、一層の半導体層１１８から、簡易に厚膜の半導体層および薄膜の半導体層を作製することができる。そのため、厚膜の半導体層を用いて光電変換素子を作製し、薄膜の半導体層を用いてトランジスタを作製することで、個々の特性を最大限に活かすことができる。
【００８４】
具体的には、厚膜の半導体層を用いて光電変換素子を作製することにより、光電変換効率が向上する。これにより、光センサとして用いた場合、光センサとしての感度が向上する。また、光センサの感度が向上するため、光センサの微細化が可能となる。また、光センサの応答性が向上し、例えばタッチパネルに用いた場合には、タッチパネルの応答速度が向上して操作性が向上する。また、単結晶半導体層を用いることにより、光電変換効率が向上する。
【００８５】
また、薄膜の半導体層を用いてトランジスタを作製することにより、トランジスタのオフ時のリーク電流を低減することができる。また、チャネル長が短い短チャネルデバイスにおいて、短チャネル効果を抑制することができる。また、完全空乏型での動作も可能となる。また、ドレイン耐圧も向上する。また、単結晶半導体層を用いることにより、トランジスタの電気特性を向上させることができる。
【００８６】
このように、厚膜の半導体層および薄膜の半導体層が形成された半導体装置において、厚膜の半導体層を用いて光電変換素子１８０を形成、薄膜の半導体層を用いてｎ型トランジスタ３８０およびｐ型トランジスタ３８５を形成することにより、光電変換素子１８０、ｎ型トランジスタ３８０、およびｐ型トランジスタ３８５を同じ膜厚で形成する場合に比べて、光電変換素子１８０の光電変換効率を向上させつつ、ｎ型トランジスタ３８０およびｐ型トランジスタ３８５のオフ時のリーク電流を低減することができる。
【００８７】
なお、基板１００として、例えばガラス等の光透過性を有する基板を用いた場合、基板１００側から光を入射させる構成とすることが可能である。この場合には、電極（または配線）側から光を入射させる場合と比較して、素子レイアウトの自由度が向上する。このように、基板１００が光透過性を有することにより、光透過性を有しない場合と比較して、集積化が容易になるというメリットもある。
【００８８】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００８９】
（実施の形態３）
本実施の形態では、半導体薄膜基板の作製方法の別の一例を用いて半導体装置を作製する場合について説明する。
【００９０】
まず、半導体薄膜基板の作製方法について、図６を用いて説明する。
【００９１】
まず、基板１００を用意する（図６（Ａ）参照）。基板１００は実施の形態１で示した基板を適用することができるため、詳細な説明は省略する。
【００９２】
次に、半導体基板１１０を用意する（図６（Ｂ−１）参照）。半導体基板１１０は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウムなどの第１４属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、ガリウムヒ素やインジウムリン等の化合物半導体基板を用いることもできる。なお、本実施の形態では、半導体基板１１０については、単結晶シリコン基板を用いて説明する。
【００９３】
また、半導体基板１１０のサイズに制限は無いが、例えば、直径が８インチ（２００ｍｍ）、１２インチ（３００ｍｍ）、１８インチ（４５０ｍｍ）といったサイズの半導体基板を用いることができる。また、円形の半導体基板を、矩形に加工して用いても良い。また、半導体基板１１０は、ＣＺ法（チョクラルスキー）やＦＺ（フローティングゾーン）法を用いて作製することができる。
【００９４】
次に、半導体基板１１０に絶縁層１１４を形成する（図６（Ｂ−２）参照）。
【００９５】
絶縁層１１４は、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の材料を用いることができる。これらの膜は、熱酸化法、ＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて形成することができる。また、ＣＶＤ法を用いて絶縁層１１４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（ＯＣ２Ｈ５）４）等の有機シランを用いて作製される酸化シリコン層を絶縁層１１４に用いることが生産性の点から好ましい。
【００９６】
本実施の形態では、半導体基板１１０に熱酸化処理を行うことにより絶縁層１１４（ここでは、酸化シリコン層）を形成する。熱酸化処理は、酸化性雰囲気中にハロゲンを添加して行うことが好ましい。例えば、塩素（Ｃｌ）が添加された酸化性雰囲気中で半導体基板１１０に熱酸化処理を行うことによりＨＣｌ酸化された絶縁層１１４を形成する。従って、絶縁層１１４は、塩素原子を含有した層となる。
【００９７】
絶縁層１１４中に含有された塩素原子は、絶縁層１１４に歪みを形成する。その結果、絶縁層１１４の水に対する吸収割合が向上し、水の拡散速度が増大する。つまり、絶縁層１１４表面に水が存在する場合に、当該表面に存在する水を絶縁層１１４中に素早く吸収させ、拡散させることができるため、水の存在による貼り合わせ不良を低減することができる。
【００９８】
また、絶縁層１１４に塩素原子を含有させることによって、外因性の不純物である重金属（例えば、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ等）を捕集して半導体基板１１０が汚染されることを防止できる。また、基板１００と貼り合わせた後に、基板１００からのナトリウム（Ｎａ）等の不純物を固定して、半導体基板１１０が汚染されることを防止できる。
【００９９】
なお、絶縁層１１４に含有させるハロゲン原子は塩素原子に限られない。絶縁層１１４にはフッ素原子を含有させてもよい。例えば、半導体基板１１０表面をフッ素酸化する方法を用いることが可能である。フッ素酸化としては、ＨＦ溶液に浸漬させた後に酸化性雰囲気中で熱酸化処理を行う方法や、ＮＦ３を酸化性雰囲気に添加して熱酸化処理を行う方法などがある。
【０１００】
なお、本実施の形態においては絶縁層１１４を単層構造としているが、積層構造としても良い。また、貼り合わせに際して特に問題がない場合など、絶縁層１１４を設ける必要がない場合には、絶縁層１１４を設けない構成としても良い。
【０１０１】
次に、半導体基板１１０にイオンを照射することにより、脆化領域１１２を形成する（図６（Ｂ−３）参照）。より具体的には、例えば、電界で加速されたイオンからなるイオンビームを照射して、半導体基板１１０の表面から所定の深さの領域に脆化領域１１２を形成する。脆化領域１１２が形成される深さは、イオンビームの加速エネルギーやイオンビームの入射角によって制御される。つまり、脆化領域１１２は、イオンの平均侵入深さと同程度の深さの領域に形成されることになる。ここで、脆化領域１１２が形成される深さは、半導体基板１１０の全面において均一であることが望ましい。なお、イオンの照射前には、半導体基板１１０の表面を洗浄しておくことが望ましい。
【０１０２】
また、上述の脆化領域１１２が形成される深さにより、半導体基板１１０から分離される半導体層の厚さが決定される。脆化領域１１２が形成される深さは、半導体基板１１０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。
【０１０３】
イオンを半導体基板１１０に照射する際には、イオン注入装置またはイオンドーピング装置を用いることができる。イオン注入装置は、ソースガスを励起してイオン種を生成し、生成されたイオン種を質量分離して、所定の質量を有するイオン種を被処理物に照射する。イオンドーピング装置は、プロセスガスを励起してイオン種を生成し、生成されたイオン種を質量分離せずに被処理物に照射する。なお、質量分離装置を備えているイオンドーピング装置では、イオン注入装置と同様に、質量分離を伴うイオンの照射を行うこともできる。
【０１０４】
イオンドーピング装置を用いる場合の脆化領域１１２の形成工程は、例えば、以下の条件で行うことができる。
・加速電圧 １０ｋＶ以上１００ｋＶ以下（好ましくは３０ｋＶ以上８０ｋＶ以下）
・ドーズ量 １×１０１６／ｃｍ２以上４×１０１６／ｃｍ２以下
・ビーム電流密度 ２μＡ／ｃｍ２以上（好ましくは５μＡ／ｃｍ２以上、より好ましくは１０μＡ／ｃｍ２以上）
【０１０５】
また、イオンドーピング装置を用いる場合、ソースガスとして水素を含むガスを用いることができる。該ガスを用いることによりイオン種としてＨ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋を生成することができる。水素ガスをソースガスとして用いる場合には、Ｈ３＋を多く照射することが好ましい。具体的には、イオンビームに、Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋の総量に対してＨ３＋イオンが７０％以上含まれるようにすることが好ましい。また、Ｈ３＋イオンの割合を８０％以上とすることがより好ましい。このようにＨ３＋の割合を高めておくことで、脆化領域１１２に１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の濃度で水素を含ませることが可能である。これにより、脆化領域１１２における分離が容易になる。また、Ｈ３＋イオンを多く照射することで、Ｈ＋、Ｈ２＋を照射する場合より短時間で脆化領域１１２を形成することができる。また、Ｈ３＋を用いることで、イオンの平均侵入深さを浅くすることができるため、脆化領域１１２を浅い領域に形成することが可能になる。
【０１０６】
イオン注入装置を用いる場合には、質量分離により、Ｈ３＋イオンが照射されるようにすることが好ましい。もちろん、Ｈ＋やＨ２＋を照射してもよい。ただし、イオン注入装置を用いる場合には、イオン種を選択して照射するため、イオンドーピング装置を用いる場合と比較して、イオン照射の効率が低下する場合がある。
【０１０７】
イオン照射工程のソースガスには水素を含むガスの他に、ヘリウムやアルゴンなどの希ガス、フッ素ガスや塩素ガスに代表されるハロゲンガス、フッ素化合物ガス（例えば、ＢＦ３）などのハロゲン化合物ガスから選ばれた一種または複数種類のガスを用いることができる。ソースガスにヘリウムを用いる場合は、質量分離を行わないことで、Ｈｅ＋イオンの割合が高いイオンビームを作り出すことができる。このようなイオンビームを用いることで、脆化領域１１２を効率よく形成することができる。
【０１０８】
また、イオンの照射を複数回に分けて行うことで、脆化領域１１２を形成することもできる。この場合、ソースガスを異ならせてイオン照射を行っても良いし、同じソースガスを用いてもよい。例えば、ソースガスとして希ガスを用いてイオン照射を行った後、水素を含むガスをソースガスとして用いてイオン照射を行うことができる。また、はじめにハロゲンガスまたはハロゲン化合物ガスを用いてイオン照射を行い、次に、水素を含むガスを用いてイオン照射を行うこともできる。
【０１０９】
次に、基板１００と半導体基板１１０を貼り合わせる（図６（Ｃ）参照）。具体的には、絶縁層１１４を介して基板１００と半導体基板１１０を貼り合わせる。基板１００の表面と絶縁層１１４の表面とを接触させた後、加圧処理を施すことで、基板１００と絶縁層１１４の接合が生じ、当該部分を始点として自発的な接合が全面におよぶ。なお、貼り合わせのメカニズムとしては、ファン・デル・ワールス力が関与するメカニズムや、水素結合が関与するメカニズムなどが考えられている。
【０１１０】
なお、半導体基板１１０と基板１００とを貼り合わせる前に、半導体基板１１０上に形成された絶縁層１１４および基板１００の少なくとも一方に表面処理を行うことにより、親水基の増加、平坦性の向上などが実現される。その結果、半導体基板１１０と基板１００との接合強度を高めることができる。
【０１１１】
表面処理としては、ウェットエッチング処理、ドライエッチング処理、またはウェットエッチング処理およびドライエッチング処理の組み合わせが挙げられる。また、異なるウェットエッチング処理を組み合わせる、または異なるドライエッチング処理を組み合わせて行うことができる。
【０１１２】
ウェットエッチング処理としては、オゾン水を用いたオゾン処理（オゾン水洗浄）、メガソニック洗浄、または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）などが挙げられる。ドライエッチング処理としては、紫外線処理、オゾン処理、プラズマ処理、バイアス印加プラズマ処理、またはラジカル処理などが挙げられる。被処理体（半導体基板、半導体基板上に形成された絶縁層、基板または基板上に形成された絶縁層）に対し、上記のような表面処理を行うことで、被処理体表面の親水性および清浄性を高める効果を奏する。その結果、基板同士の接合強度を向上させることができる。
【０１１３】
ウェットエッチング処理は、被処理体表面に付着するマクロなゴミなどの除去に効果的である。ドライエッチング処理は、被処理体表面に付着する有機物などミクロなゴミの除去または分解に効果的である。ここで、被処理体に対し、紫外線処理などのドライエッチング処理を行った後、洗浄などのウェットエッチング処理を行うことで、被処理体表面を清浄化および親水化し、さらに被処理体表面のウォーターマークの発生を抑制できるため、好ましい。
【０１１４】
または一重項酸素などの活性状態にある酸素を用いた表面処理を行うことが好ましい。オゾンまたは一重項酸素などの活性状態にある酸素により、被処理体表面に付着する有機物を効果的に除去または分解することができる。また、オゾンまたは一重項酸素などの活性状態にある酸素に、紫外線のうち２００ｎｍ未満の波長を含む光による処理を組み合わせることで、被処理体表面に付着する有機物をさらに効果的に除去することができる。以下、具体的に説明する。
【０１１５】
例えば、酸素を含む雰囲気下で紫外線を照射することにより、被処理体の表面処理を行う。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一重項酸素を生成させることができる。また、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一重項酸素を生成させることもできる。
【０１１６】
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。
Ｏ２＋ｈν（λ１ｎｍ）→Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ（３Ｐ） （１）
Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ２→Ｏ３ （２）
Ｏ３＋ｈν（λ２ｎｍ）→Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ２ （３）
【０１１７】
上記反応式（１）において、酸素（Ｏ２）を含む雰囲気下で２００ｎｍ未満の波長（λ１ｎｍ）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（Ｏ２）とが反応してオゾン（Ｏ３）が生成する。そして、反応式（３）において、生成されたオゾン（Ｏ３）を含む雰囲気下で２００ｎｍ以上の波長（λ２ｎｍ）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。上記のような表面処理は、例えば、酸素を含む雰囲気下での低圧水銀ランプの照射（λ１＝１８５ｎｍ、λ２＝２５４ｎｍ）により行うことができる。
【０１１８】
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して起きる反応例を示す。
Ｏ２＋ｈν（λ３ｎｍ）→Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ（３Ｐ） （４）
Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ２→Ｏ３ （５）
Ｏ３＋ｈν（λ３ｎｍ）→Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ２ （６）
【０１１９】
上記反応式（４）において、酸素（Ｏ２）を含む雰囲気下で１８０ｎｍ未満の波長（λ３ｎｍ）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（Ｏ２）とが反応してオゾン（Ｏ３）が生成する。反応式（６）において、生成されたオゾン（Ｏ３）を含む雰囲気下で１８０ｎｍ未満の波長（λ３ｎｍ）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。上記のような表面処理は、例えば、酸素を含む雰囲気下でのＸｅエキシマＵＶランプの照射により行うことができる。
【０１２０】
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、オゾンまたは一重項酸素により被処理体表面に付着する有機物や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。上記のような表面処理を行うことで、被処理体表面の親水性および清浄性をより高めることができ、接合を良好に行うことができる。
【０１２１】
半導体基板１１０と基板１００とを貼り合わせた後に、貼り合わせられた基板１００および半導体基板１１０に対して熱処理を施して、貼り合わせを強固なものとすると良い。この際の加熱温度は、脆化領域１１２における分離が進行しない温度とする必要がある。例えば、４００℃未満、好ましくは３００℃以下とする。熱処理時間については特に限定されず、処理時間と貼り合わせ強度との関係から適切な条件を設定すればよい。例えば、２００℃、２時間の熱処理を施すことができる。なお、貼り合わせに係る領域にマイクロ波などを照射して、該領域のみを局所的に加熱することも可能である。貼り合わせ強度に問題がない場合には、上記熱処理は省略すれば良い。
【０１２２】
次に、半導体基板１１０を、脆化領域１１２において、半導体層１１６と半導体基板１１７とに分離する（図６（Ｄ）参照）。半導体基板１１０の分離は、熱処理により行うと良い。該熱処理の温度は、基板１００の耐熱温度を目安にすることができる。例えば、基板１００としてガラス基板を用いる場合には、熱処理の温度は４００℃以上７５０℃以下とすることが好ましい。ただし、ガラス基板の耐熱性が許すのであればこの限りではない。本実施の形態においては、６００℃、２時間の熱処理を施すこととする。
【０１２３】
上述のような熱処理を行うことにより、脆化領域１１２に形成された微小な空孔の体積変化が生じ、脆化領域１１２に亀裂が生ずる。その結果、脆化領域１１２に沿って半導体基板１１０が分離する。これにより、基板１００上には半導体基板１１０から分離された半導体層１１６が残存することになる。また、この熱処理で、貼り合わせに係る界面が加熱されるため、当該界面に共有結合が形成され、貼り合わせを一層強固なものとすることができる。
【０１２４】
また、分離後の半導体基板１１７は、再生工程によって再生半導体基板となり、再度用いることができる。分離後の半導体基板１１７の表面には、脆化領域１１２などに起因する欠陥が存在しているため、平坦性を向上させる処理を行うことが望ましい。
【０１２５】
なお、半導体基板１１０の分離後には、半導体層１１６等に対して、レーザー光を照射しても良い。レーザー光を半導体層１１６に照射することで、半導体層１１６が溶融し、その後の冷却、固化によって、欠陥が低減され、表面の平坦性がさらに向上した半導体層が得られるのである。
【０１２６】
また、半導体基板１１０の分離後に、半導体層の膜厚を小さくする薄膜化工程を行っても良い。半導体層の薄膜化には、ドライエッチング処理またはウェットエッチング処理の一方、または双方を組み合わせたエッチング処理を適用することができる。例えば、半導体層がシリコンからなる場合、ＳＦ６とＯ２をプロセスガスに用いたドライエッチング処理で、半導体層を薄くすることができる。また、薄膜化工程において、エッチング処理に代えてＣＭＰ等の研磨処理を行ってもよく、またはエッチング処理とＣＭＰ処理を組み合わせて行ってもよい。半導体層１１６の膜厚は、例えば１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。
【０１２７】
半導体基板１１０の分離後の半導体層１１６、レーザー光照射後の半導体層１１６、および薄膜化工程後の半導体層１１６をそれぞれ、実施の形態１（図１（Ａ）参照）に示す半導体層１１８として用いることもできる。
【０１２８】
次に、半導体層１１６上にマスクを形成し、該マスクを用いて半導体層１１６を選択的にエッチングすることで、第１の島状半導体層１２０および第２の島状半導体層１２１を形成する。その後、レーザー光１３０の照射を行うことで、膜厚の異なる第１の島状半導体層２００および第２の島状半導体層１２１を有した半導体薄膜基板６００を形成することができる。また、半導体層１１６の加工方法や、レーザー光１３０の照射は、実施の形態１（図１（Ｂ）〜図１（Ｅ）参照）と同様に行うことができるため、詳細な説明は省略する。
【０１２９】
また、レーザー光１３０が照射された第１の島状半導体層１２０の溶融は、部分溶融とすることが好ましい。完全溶融された場合には、液相となった後の無秩序な核発生により微結晶化し、結晶性が低下するためである。一方、部分溶融では、溶融されていない固相部分に基づいて結晶成長を行わせることができるため、第１の島状半導体層１２０を完全に溶融させる場合と比較して結晶品位を向上させることができる。なお、上記において部分溶融とは、レーザー光１３０の照射により第１の島状半導体層１２０が溶融される領域を表面付近だけに留め、第１の島状半導体層１２０の内部は溶融されないことを言う。すなわち、第１の島状半導体層１２０の表面付近は溶融して液相となるが、内部は溶融せずに固相のままである状態をいう。また、完全溶融とは、第１の島状半導体層１２０が内部まで溶融され、液体状態になることをいう。
【０１３０】
分離直後の半導体層１１６は、脆化領域１１２を形成するために照射されたイオンによって結晶欠陥が存在する。しかし、第１の島状半導体層１２０および第２の島状半導体層１２１に、レーザー光１３０を照射して、第１の島状半導体層１２０および第２の島状半導体層１２１を部分溶融することにより、結晶欠陥を低減させることができる。また、第１の島状半導体層１２０は、溶融すると凝集するため、第１の島状半導体層２００も同時に形成することができる。
【０１３１】
以上の工程により、図１（Ｄ）、図３（Ｃ）などに示す半導体薄膜基板６００を作製することができる。
【０１３２】
次に、半導体薄膜基板６００を用いて、実施の形態２（図２（Ａ）、図２（Ｂ）参照）に示す光電変換素子１８０、ｎ型トランジスタ３８０、ｐ型トランジスタ３８５を作製する方法について説明する。
【０１３３】
まず、第１の島状半導体層２００上および第２の島状半導体層１２１上にマスクを形成して選択的にエッチングすることで、第３の島状半導体層２１０および第４の島状半導体層２２０を形成する。なお、第３の島状半導体層２１０および第４の島状半導体層２２０の形成方法は実施の形態１（図１（Ｂ）参照）と同様に行うことができるため、詳細な説明は省略する。
【０１３４】
次に、第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０を覆うように絶縁層１５４を形成し、絶縁層１５４上に導電層を形成し、該導電層を加工して第３の島状半導体層２１０上および第４の島状半導体層２２０上にゲート電極３７５およびゲート電極３７４を形成する。なお、絶縁層１５４、ゲート電極３７４、およびゲート電極３７４は、実施の形態２（図３（Ｅ）、図４（Ａ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。
【０１３５】
次に、マスクを用いて第１の導電型を付与する不純物元素および第２の導電型を付与する不純物元素を選択的に添加する。なお、第１の導電型を付与する不純物元素および第２の導電型を付与する不純物元素の添加は、実施の形態２（図４（Ｂ）〜図４（Ｄ）参照）と同様な方法で行うことができるため、詳細な説明は省略する。
【０１３６】
次に、絶縁層１５４、ゲート電極３７５、およびゲート電極３７４を覆うように層間絶縁層１６６を形成する。なお、層間絶縁層１６６は、実施の形態２（図５（Ａ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。
【０１３７】
次に、第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０の一部が露出するように絶縁層１５４および層間絶縁層１６６にコンタクトホール１７０、コンタクトホール１６８、コンタクトホール３６８、コンタクトホール３７０、コンタクトホール３７１、およびコンタクトホール３７２を形成する。なお、コンタクトホール１７０、コンタクトホール１６８、コンタクトホール３６８、コンタクトホール３７０、コンタクトホール３７１、およびコンタクトホール３７２は、実施の形態２（図５（Ｂ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。
【０１３８】
次に、コンタクトホール１７０、コンタクトホール１６８、コンタクトホール３６８、コンタクトホール３７０、コンタクトホール３７１、およびコンタクトホール３７２を介して、第１の島状半導体層、第３の島状半導体層、および第４の島状半導体層に接する導電層を形成し、該導電層を選択的にエッチングすることで電極１７４、電極１７２、電極３７６、電極３７７、電極３７８および電極３７９を形成する。なお、電極１７４、電極１７２、電極３７６、電極３７７、電極３７８および電極３７９は、実施の形態２（図５（Ｃ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。
【０１３９】
以上より、第１の島状半導体層２００から第１の導電型を示す半導体領域１６２、第２の導電型を示す半導体領域１５８、および半導体領域１６４を有した光電変換素子１８０を作製することができ、第３の島状半導体層２１０から第１の導電型を示すソース領域３２３、ドレイン領域３２４、ＬＤＤ領域５００、ＬＤＤ領域５１０、チャネル形成領域３２２を有したｎ型トランジスタ３８０を作製することができ、第４の島状半導体層２２０から第２の導電型を示すソース領域３３３、ドレイン領域３３４、およびチャネル形成領域３３２を有するｐ型トランジスタ３８５を作製することができる。
【０１４０】
本実施の形態では、光電変換素子とトランジスタの不純物添加工程を同時に行っているが、要求される特性などに応じて光電変換素子とトランジスタの不純物添加工程を分けてもよい。
【０１４１】
上記半導体薄膜基板の作製工程により、一層の半導体層１１６から、簡易に厚膜の半導体層および薄膜の半導体層を作製することができる。厚膜の半導体層を用いて光電変換素子を作製し、薄膜の半導体層を用いてトランジスタを作製することで、個々の特性を最大限に活かすことができる。
【０１４２】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１４３】
（実施の形態４）
本実施の形態では、半導体薄膜基板の作製方法の別の一例を用いて半導体装置を作製する場合について説明する。
【０１４４】
まず、半導体薄膜基板の作製方法について、図７を用いて説明する。
【０１４５】
まず、基板１００を用意（図７（Ａ−１）参照）し、該基板上に絶縁層１０１を形成する（図７（Ａ−２）参照）。基板１００については、実施の形態３（図６（Ａ））を参照すればよいため、詳しい説明は省略する。
【０１４６】
絶縁層１０１の形成方法は、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法などを用いることができる。絶縁層１０１は、貼り合わせに係る表面を有する層であるから、その表面が、高い平坦性を有するように形成されることが好ましい。例えば、酸化シリコン、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などを用いることができる。また、絶縁層１０１は一または複数の材料を用いて形成することができる。例えば、酸化シリコンを用いて絶縁層１０１を形成する場合には、有機シランガスを用いて化学気相成長法により形成することで、極めて平坦性に優れた絶縁層１０１を得ることができる。なお、絶縁層１０１は、単層構造または積層構造を形成することができる。
【０１４７】
次に、半導体基板１１０を用意する（図７（Ｂ−１）参照）。該半導体基板１１０については、実施の形態３（図６（Ｂ−１）参照）と同様に用意することができるため、詳細は説明は省略する。
【０１４８】
次に、半導体基板１１０に絶縁層１１４を形成し、イオンを照射することで脆化領域１１２を形成し、絶縁層１０１および絶縁層１１４を介して基板１００と半導体基板１１０を貼り合わせ、熱処理により、基板１００上に半導体層１１６を形成する（図７（Ｂ−２）〜図７（Ｄ）参照）。絶縁層１１４および半導体層１１６の形成方法は、実施の形態３（図６（Ｂ−２）〜図６（Ｄ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。なお、半導体層１１６は、実施の形態１（図１（Ａ）参照）に示す半導体層１１８として用いることができる。
【０１４９】
次に、分離された半導体層１１６上にマスクを形成し、該マスクを用いて半導体層１１６を選択的にエッチングすることで、図１（Ｂ）に示すような第１の島状半導体層１２０と第２の島状半導体層１２１を形成し、その後、レーザー光１３０の照射を行うことで、膜厚の異なる第１の島状半導体層２００および第２の島状半導体層１２１を有する半導体薄膜基板６００を形成することができる。また、パターニング方法、レーザー光の照射、第１の島状半導体層２００および第２の島状半導体層１２１の形成方法は、実施の形態１（図１（Ｂ）〜図１（Ｅ）参照）と同様に行うことができるため、詳細な説明は省略する。
【０１５０】
また、上記図１（Ｂ）に示すような第１の島状半導体層１２０および第２の島状半導体層１２１の形成は、半導体層１１６と半導体基板１１７とに分離した直後に行ってもよい。半導体層１１６と半導体基板１１７とに分離した直後に該第１の島状半導体層１２０および該第２の島状半導体層１２１を形成する場合でも、実施の形態１（図１（Ｂ）〜図１（Ｅ）参照）と同様の方法で上記第１の島状半導体層２００および第２の島状半導体層１２１を形成することができる。なお、第１の島状半導体層２００および第２の島状半導体層１２１は、実施の形態１（図１（Ｂ）〜図１（Ｅ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。
【０１５１】
以上の工程により、図１（Ｄ）、図３（Ｃ）などに示す半導体薄膜基板を作製することができる。
【０１５２】
次に、半導体薄膜基板を用いて、実施の形態２（図２（Ａ）、図２（Ｂ）参照）に示す光電変換素子１８０、ｎ型トランジスタ３８０、およびｐ型トランジスタ３８５を作製する方法について説明する。
【０１５３】
まず、第１の島状半導体層２００上および第２の島状半導体層１２１上にマスクを形成して選択的にエッチングすることで、第３の島状半導体層２１０および第４の島状半導体層２２０を形成する。なお、第３の島状半導体層２１０および第４の島状半導体層２２０の形成方法は実施の形態１（図１（Ｂ）参照）と同様の方法で作製することができるため、詳細な説明は省略する。
【０１５４】
次に、第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０を覆うように絶縁層１５４を形成し、絶縁層１５４上に導電層を形成し、該導電層を加工して第３の島状半導体層２１０上および第４の島状半導体層２２０上にゲート電極３７５およびゲート電極３７４を形成する。なお、絶縁層１５４、ゲート電極３７４、およびゲート電極３７４は、実施の形態２（図３（Ｅ）、図４（Ａ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。
【０１５５】
次に、マスクを用いて第１の導電型を付与する不純物元素および第２の導電型を付与する不純物元素を選択的に添加する。なお、第１の導電型を付与する不純物元素および第２の導電型を付与する不純物元素の添加は、実施の形態２（図４（Ｂ）〜図４（Ｄ）参照）と同様な方法で行うことができるため、詳細な説明は省略する。
【０１５６】
次に、絶縁層１５４、ゲート電極３７５、およびゲート電極３７４を覆うように層間絶縁層１６６を形成する。なお、層間絶縁層１６６は、実施の形態２（図５（Ａ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。
【０１５７】
次に、第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０の一部が露出するように絶縁層１５４および層間絶縁層１６６にコンタクトホール１７０、コンタクトホール１６８、コンタクトホール３６８、コンタクトホール３７０、コンタクトホール３７１、およびコンタクトホール３７２を形成する。なお、コンタクトホール１７０、コンタクトホール１６８、コンタクトホール３６８、コンタクトホール３７０、コンタクトホール３７１、およびコンタクトホール３７２は、実施の形態２（図５（Ｂ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。
【０１５８】
次に、コンタクトホール１７０、コンタクトホール１６８、コンタクトホール３６８、コンタクトホール３７０、コンタクトホール３７１、およびコンタクトホール３７２を介して、第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０に接する導電層を形成し、該導電層を選択的にエッチングすることで電極１７４、電極１７２、電極３７６、電極３７７、電極３７８および電極３７９を形成する。なお、電極１７４、電極１７２、電極３７６、電極３７７、電極３７８および電極３７９は、実施の形態２（図５（Ｃ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。
【０１５９】
以上より、第１の島状半導体層２００から第１の導電型を示す半導体領域１６２、第２の導電型を示す半導体領域１５８、および半導体領域１６４を有した光電変換素子１８０を作製することができ、第３の島状半導体層２１０から第１の導電型を示すソース領域３２３、ドレイン領域３２４、ＬＤＤ領域５００、ＬＤＤ領域５１０、チャネル形成領域３２２を有したｎ型トランジスタ３８０を作製することができ、第４の島状半導体層２２０から第２の導電型を示すソース領域３３３、ドレイン領域３３４、およびチャネル形成領域３３２を有するｐ型トランジスタ３８５を作製することができる。
【０１６０】
本実施の形態では、光電変換素子とトランジスタの不純物添加工程を同時に行っているが、要求される特性などに応じて光電変換素子とトランジスタの不純物添加工程を分けてもよい。
【０１６１】
半導体薄膜基板の作製工程により、一層の半導体層１１６から、簡易に厚膜の半導体層および薄膜の半導体層を作製することができる。厚膜の半導体層を用いて光電変換素子を作製し、薄膜の半導体層を用いてトランジスタを作製することで、個々の特性を最大限に活かすことができる。
【０１６２】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１６３】
１００ 基板
１０１ 絶縁層
１０５ 基板
１１０ 半導体基板
１１２ 脆化領域
１１４ 絶縁層
１１６ 半導体層
１１７ 半導体基板
１１８ 半導体層
１２０ 第１の島状半導体層
１２１ 第２の島状半導体層
１３０ レーザー光
１５２ 半導体層
１５４ 絶縁層
１５８ 半導体領域
１６２ 半導体領域
１６４ 半導体領域
１６６ 層間絶縁層
１６８ コンタクトホール
１７０ コンタクトホール
１７２ 電極
１７４ 電極
１８０ 光電変換素子
２００ 第１の島状半導体層
２１０ 第３の島状半導体層
２２０ 第４の島状半導体層
３２２ チャネル形成領域
３２３ ソース領域
３２４ ドレイン領域
３２８ 半導体領域
３２９ 半導体領域
３３２ チャネル形成領域
３３３ ソース領域
３３４ ドレイン領域
３５２ 半導体層
３６１ 半導体層
３６８ コンタクトホール
３７０ コンタクトホール
３７１ コンタクトホール
３７２ コンタクトホール
３７４ ゲート電極
３７５ ゲート電極
３７６ 電極
３７７ 電極
３７８ 電極
３７９ 電極
３８０ トランジスタ
３８５ トランジスタ
４００ マスク
４０１ マスク
４０５ マスク
４０６ マスク
４０７ マスク
４０８ マスク
４０９ マスク
４１０ マスク
４１１ マスク
５００ ＬＤＤ領域
５１０ ＬＤＤ領域
６００ 半導体薄膜基板
【技術分野】
【０００１】
半導体薄膜基板および半導体薄膜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】
ガラス基板上に光電変換素子（例えば、光センサ）を形成する場合、光電変換を奏する半導体層として、多結晶シリコンが用いられることがある（例えば、特許文献１参照）。多結晶シリコンは、低温のプロセスで形成することが可能であるため、ガラス基板などの耐熱性が低い基板上に形成することが容易であるというメリットを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−７９５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、光電変換素子のうち、多結晶シリコンを光電変換層としたものは、単結晶シリコンを光電変換層としたものより暗電流が大きい傾向にある。また、欠陥の存在によりキャリアがトラップされて、光照射時の電流が減少してしまうという問題もある。このため、多結晶シリコンを用いる場合には、十分な光感度を持つ光電変換素子を作製することが困難であった。
【０００５】
また、十分な光感度を持つ光電変換素子を作製するには、例えば、厚膜の半導体層を用いて光電変換素子を形成する方法がある。しかし、厚膜に適さないデバイスも同一基板上に形成する場合、厚膜に適するデバイスと薄膜に適するデバイスとの作り分けが必要になる。そのため、デバイスの作製工程が増大し、コストおよび時間の増大、生産性および歩留まりの低下などの問題が引き起こされるおそれがある。
【０００６】
上記問題に鑑み、本発明の一態様は、一層の半導体層から、膜厚の異なる半導体層を有する半導体薄膜基板を提供することを目的の一とする。
【０００７】
また、上記半導体薄膜基板を適用した、特性の良い光電変換素子を有する半導体装置を提供することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、一層の半導体層から膜厚の異なる半導体層を形成する。また、光感度の高い光電変換素子を有する半導体装置を形成する。より詳細には以下の通りである。
【０００９】
本発明の一態様は、基板上に半導体層を形成し、該半導体層を加工して第１の島状半導体層および第２の島状半導体層を形成し、第１の島状半導体層にレーザー照射を行うことで第１の島状半導体層を溶融させ、第２の島状半導体層より膜厚が厚い第３の島状半導体層を形成する半導体薄膜基板の作製方法である。
【００１０】
本発明の別の一態様は、半導体基板に加速されたイオンを照射して半導体基板に脆化領域を形成し、絶縁層を介して半導体基板と基板を貼り合わせ、熱処理により、脆化領域において半導体基板を分離して、基板上に半導体層を形成し、半導体層を加工して第１の島状半導体層および第２の島状半導体層を形成し、第１の島状半導体層にレーザー照射を行うことで第１の島状半導体層を溶融させ、第２の島状半導体層より膜厚が厚い第３の島状半導体層を形成する半導体薄膜基板の作製方法である。
【００１１】
上記第１の島状半導体層にレーザー照射を行うことで、第１の島状半導体層は絶縁層上で溶融して凝集し、上面端部に曲面を形成する。凝集した第３の島状半導体層は、第２の島状半導体層の２倍乃至４倍の膜厚とすることができる。
【００１２】
上記第２の島状半導体層は膜厚を１４０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００１３】
また、基板を上面から見たときの上記第１の島状半導体層の平面形状は、短辺と長辺の長さの比が１：ｘ（ｘは１より大きい数）であり、かつ、短辺の長さが１０μｍ以下とすることが好ましい。
【００１４】
また、上記第１の島状半導体層および第２の島状半導体層は、単結晶半導体、多結晶半導体、非晶質半導体等の層を用いることができる。
【００１５】
また、上記絶縁層は酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の材料を含む層を用いることができる。
【００１６】
本発明の別の一態様は、絶縁層を介して半導体層を有する基板を用意し、半導体層を加工して第１の島状半導体層および第２の島状半導体層を形成し、第１の島状半導体層にレーザー照射を行うことで第１の島状半導体層を溶融させ、第２の島状半導体層より膜厚が厚い第３の島状半導体層を形成した後、第３の島状半導体層に選択的に第１の不純物元素および第２不純物元素を添加して、光電変換を奏する半導体領域、第１の導電型を示す半導体領域、および第２の導電型を示す半導体領域を形成し、第１の導電型を示す半導体領域と電気的に接続する第１の電極および第２の導電型を示す半導体領域と電気的に接続する第２の電極を形成することにより、光電変換素子を形成し、第２の島状半導体層に選択的に第１の不純物元素または第２不純物元素を添加して、チャネル形成領域、ソース領域、およびドレイン領域を形成し、第２の島状半導体層上にゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、ソース領域と電気的に接続するソース電極およびドレイン領域と電気的に接続するドレイン電極を形成することにより、トランジスタを形成する半導体装置の作製方法である。
【００１７】
上記第１の島状半導体層にレーザー照射を行うことで、第１の島状半導体層は絶縁層上で凝集し、上面端部に曲面を形成する。凝集した第３の島状半導体層は、第２の島状半導体層の２倍乃至４倍の膜厚とすることができる。
【００１８】
上記第２の島状半導体層は膜厚を１４０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００１９】
また、基板を上面から見たときの上記第１の島状半導体層の平面形状は、短辺と長辺の長さの比が１：ｘ（ｘは１より大きい数）であり、かつ、短辺の長さが１０μｍ以下とすることが好ましい。
【００２０】
上記第１の島状半導体層および第２の島状半導体層は、単結晶半導体、多結晶半導体、非晶質半導体等の層を用いることができる。
【００２１】
上記絶縁層は酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の材料を含む層を用いることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の一態様は、面積の異なる島状半導体層にレーザー光を照射することで、一層の半導体層から膜厚の異なる半導体層を形成している。このため、膜厚の異なる半導体層を有する半導体薄膜基板を提供することができる。
【００２３】
また、本発明の一態様は、厚膜の半導体層を用いて光電変換素子を形成している。このため、光感度の高い光電変換素子を有する半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】半導体装置に用いられる半導体薄膜基板の作製方法の一例を示す断面図である。
【図２】半導体装置の一例を示す断面図および斜視図である。
【図３】半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。
【図４】半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。
【図５】半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。
【図６】半導体装置に用いられる半導体薄膜基板の作製方法の一例を示す断面図である。
【図７】半導体装置に用いられる半導体薄膜基板の作製方法の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定されず、本明細書等において開示する発明の趣旨から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異なる実施の形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００２６】
なお、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
【００２７】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体薄膜基板の作製方法の一例について、図１を参照して説明する。
【００２８】
まず、基板１００の上に絶縁層１１４を介して半導体層１１８を有する基板１０５を形成する（図１（Ａ）参照）。
【００２９】
基板１００は、液晶表示装置などに使用されている透光性を有するガラス基板を用いることもできる。ガラス基板としては、歪み点が５８０℃以上（好ましくは、６００℃以上）であるものを用いると良い。なお、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を用いることができる。
【００３０】
また、基板１００は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコンなどの第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、ガリウムヒ素やインジウムリン等の化合物半導体基板を用いることもできる。
【００３１】
また、基板１００として半導体基板を用いる場合、基板１００のサイズに制限はないが、例えば、直径が８インチ（２００ｍｍ）、１２インチ（３００ｍｍ）、１８インチ（４５０ｍｍ）といったサイズの半導体基板を用いることができる。また、円形の半導体基板を、矩形に加工して用いても良い。
【００３２】
また、基板１００は、単結晶半導体基板やガラス基板の他に、セラミック基板、石英基板やサファイア基板などの絶縁体でなる基板、金属やステンレスなどの導電体でなる基板などを用いることもできる。本実施の形態では、基板１００としてガラス基板を用いる場合について説明する。
【００３３】
絶縁層１１４は、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタ法等で形成することができる。また、該絶縁層１１４は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどの材料を用いて、単層構造または積層構造で形成することができる。
【００３４】
半導体層１１８は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウムなどの第１４属元素でなる単結晶半導体層を用いることができる。半導体層１１８に該単結晶半導体層を用いた場合には、ドナー元素、アクセプター元素などの抵抗値を制御するための不純物元素が添加されていても良い。また、ガリウムヒ素やインジウムリン等の化合物半導体層を用いることもできる。また、単結晶半導体層の他に、多結晶半導体層、非晶質半導体層なども用いることができる。なお、本実施の形態では、半導体層１１８として単結晶シリコン層を用いる場合について説明する。
【００３５】
次に、半導体層１１８上にマスク４００およびマスク４０１を形成し、これを用いて半導体層１１８を選択的にエッチングすることで、第１の島状半導体層１２０および第２の島状半導体層１２１を形成する（図１（Ｂ）参照）。
【００３６】
マスク４００およびマスク４０１は、レジスト材料を用いたフォトリソグラフィなどによって形成することができる。また、エッチング処理は、ウェットエッチング処理またはドライエッチング処理のいずれをも行うことができる。
【００３７】
また、基板を上面から見たときの第１の島状半導体層１２０の平面形状は、短辺と長辺の長さの比が１：ｘ（ｘは１より大きい数）であり、かつ短辺の長さが１０μｍ以下とすることが好ましい。また、第１の島状半導体層１２０の短辺の長さを、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下とすると、第１の島状半導体層１２０はレーザー照射により溶融して凝集し、膜厚が厚くなる。また、基板を上面から見たときの第２の島状半導体層１２１の平面形状は、短辺と長辺の長さの比が１：ｘ（ｘは１より大きい数）であり、かつ短辺の長さが１０μｍ以上とすることができ、例えば、２０μｍ以上とすることが好ましい。
【００３８】
本実施の形態では、半導体層１１８から、第１の島状半導体層１２０および第２の島状半導体層１２１の二つの面積の異なる島状半導体層を形成しているが、本発明の一態様はこれに限定されず、三つ以上の面積の異なる島状半導体層を形成してもよい。
【００３９】
次に、少なくとも第１の島状半導体層１２０にレーザー光１３０を照射する（図１（Ｃ）参照）。第１の島状半導体層１２０は、レーザー光１３０が照射されたことによって溶融し、溶融することで表面張力が生じる。表面張力によって、第１の島状半導体層１２０は、絶縁層１１４上で凝集し、上面端部が曲面を有する型とすることができる。また、第１の島状半導体層１２０は凝集することで、第１の島状半導体層１２０より膜厚が厚い第１の島状半導体層２００とすることができる。また、第１の島状半導体層２００は、第２の島状半導体層１２１より膜厚を厚くすることができる（図１（Ｄ）、（Ｅ）参照）。なお、図１（Ｅ）は、図１（Ｄ）の斜視図である。
【００４０】
また、第１の島状半導体層２００の膜厚および第１の島状半導体層２００の短辺の長さは、第１の島状半導体層１２０の膜厚、第１の島状半導体層１２０の短辺の長さ、および第１の島状半導体層１２０と絶縁層１１４とのぬれ性等で決定される。これらのパラメータは、第１の島状半導体層１２０のパターニング方法、第１の島状半導体層１２０と絶縁層１１４とのぬれ性、表面張力、レーザーの種類および走査方法によって決まる。例えば、酸化シリコンで形成されたぬれ性の低い絶縁層１１４上に、膜厚１４０ｎｍおよび短辺の長さ３．３μｍの第１の島状半導体層１２０を形成し、レーザー光１３０を照射することにより、膜厚５５０ｎｍおよび短辺の長さ２．５μｍの第１の島状半導体層２００を形成することができる。なお、第１の島状半導体層１２０の膜厚、レーザー照射のエネルギー等を様々に変更することにより、さらに膜厚の厚い第１の島状半導体層２００を形成することも可能である。
【００４１】
第１の島状半導体層２００は、例えば、第２の島状半導体層１２１の２倍乃至４倍の膜厚とすることができる。なお、第１の島状半導体層１２０は絶縁層１１４上で凝集すると共に膜厚も厚くなるため、第１の島状半導体層１２０の体積と第１の島状半導体層２００の体積は変化しない。
【００４２】
本実施の形態では、上記レーザー光１３０の照射は、第１の島状半導体層１２０に照射することを説明したが、本発明はこれに限定されない。第１の島状半導体層１２０および第２の島状半導体層１２１にレーザー光１３０を照射してもよい。第２の島状半導体層１２１の短辺が、第１の島状半導体層１２０の短辺より長く形成されている場合、第２の島状半導体層１２１にレーザー光１３０を照射しても、第２の島状半導体層１２１は第１の島状半導体層１２０のように凝集しない。
【００４３】
また、パルスレーザーを用いてレーザー光１３０を照射する場合、パルスレーザー光を照射させて島状半導体層を溶融させる回数は、照射されるパルスレーザー光のパルス数で選択することができ、例えば、１回以上１００回以下行うことができる。また、３回以上２０回以下が好ましい。なお、３回以上行うことで、第１の島状半導体層１２０は溶融して凝集し、膜厚を厚くすることができる。
【００４４】
また、レーザー光１３０の照射には、高エネルギーを得ることができるパルス発振レーザーを用いることが好ましい。発振周波数は、１Ｈｚ以上１０ＭＨｚ以下とすることが好ましいがこれに限定する必要はない。上述のパルス発振レーザーの発振器としては、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー、エキシマ（ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ）レーザー、ＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ＧｄＶＯ４レーザー、Ｙ２Ｏ３レーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、銅蒸気レーザー、金蒸気レーザー等がある。なお、部分溶融させることが可能であれば、連続発振レーザーを使用しても良い。連続発振レーザーの発振器としては、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー、ＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ＧｄＶＯ４レーザー、Ｙ２Ｏ３レーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、ヘリウムカドミウムレーザー等がある。
【００４５】
また、レーザー光１３０の波長としては、少なくとも第１の島状半導体層１２０に吸収される波長を選択する必要がある。その波長は、レーザー光の表皮深さ（ｓｋｉｎ ｄｅｐｔｈ）などを考慮して決定すればよい。例えば、２５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲とすることができる。また、レーザー光１３０のエネルギー密度は、レーザー光１３０の波長、レーザー光の表皮深さ、第１の島状半導体層１２０の膜厚などを考慮して決定することができる。レーザー光１３０のエネルギー密度は、例えば、３００ｍＪ／ｃｍ２以上８００ｍＪ／ｃｍ２以下の範囲とすればよい。なお、当該エネルギー密度の範囲は、パルス発振レーザーとしてＸｅＣｌエキシマレーザー（波長：３０８ｎｍ）を用いた場合の一例である。
【００４６】
また、レーザー光１３０の照射は、大気雰囲気のような酸素を含む雰囲気、または窒素雰囲気やアルゴン雰囲気のような不活性雰囲気で行うことができる。不活性雰囲気中でレーザー光１３０を照射するには、気密性のあるチャンバー内でレーザー光１３０を照射し、このチャンバー内の雰囲気を制御すればよい。チャンバーを用いない場合は、レーザー光１３０の被照射面に窒素ガスなどの不活性ガスを吹き付けることで、不活性雰囲気を形成することもできる。
【００４７】
なお、本実施の形態では、半導体層１１８として単結晶シリコン層を用いる場合について説明したが、本発明の一態様はこれに限定されない。例えば、半導体層１１８として非晶質シリコン層を用いる場合は、第１の島状半導体層および第２の島状半導体層を形成した後、少なくとも第１の島状半導体層１２０にレーザー光を照射することにより、結晶質シリコン層である第１の島状半導体層２００とすることができる。
【００４８】
以上の工程より、基板１００の上に絶縁層１１４を介して半導体層１１８を有する基板１０５から、面積の異なる島状半導体層を形成し、レーザー照射を行うことで、膜厚が異なる第１の島状半導体層２００および第２の島状半導体層１２１を有する半導体薄膜基板６００を形成することができる。本実施の形態を用いることにより、厚膜の半導体層と薄膜の半導体層との作製工程を作り分ける必要がないため、作製工程を削減することができ、コストや時間を削減することができる。また、同一基板上に厚膜の半導体層および薄膜の半導体層を形成することで、例えば、厚膜に適しているデバイスおよび薄膜に適しているデバイスを作製することができる。
【００４９】
（実施の形態２）
本実施の形態では、先の実施の形態で示した半導体薄膜基板を用いた半導体装置の作製方法の一例について図２乃至図５を参照して説明する。具体的には、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示す光電変換素子１８０、ｎ型トランジスタ３８０、およびｐ型トランジスタ３８５の作製方法を説明する。ここで、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ｂにおける断面図および図２（Ａ）のＣ−Ｄにおける断面図に相当する。
【００５０】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、基板１００上に絶縁層１１４を介して、光電変換素子１８０、ｎ型トランジスタ３８０およびｐ型トランジスタ３８５が設けられている。
【００５１】
光電変換素子１８０は、光電変換を奏する半導体領域１６４、第２の導電型（ここではｐ型）を示す半導体領域１５８、第１の導電型（ここではｎ型）を示す半導体領域１６２、を有する半導体層１５２と、これを覆うように形成された絶縁層１５４および層間絶縁層１６６と、第２の導電型を示す半導体領域１５８と電気的に接続された電極１７２と、第１の導電型を示す半導体領域１６２と電気的に接続された電極１７４と、を有する。ここで、第２の導電型を示す半導体領域１５８と第１の導電型を示す半導体領域１６２は、いずれも光電変換を奏する半導体領域１６４に隣接し、かつ、光電変換を奏する半導体領域１６４によって隔てられている。なお、第１の導電型と第２の導電型とは、入れ替えても良い。
【００５２】
ｎ型トランジスタ３８０は、チャネル形成領域３２２、ソース領域３２３、ドレイン領域３２４、ＬＤＤ領域５００、ＬＤＤ領域５１０、を有する半導体層３５２と、半導体層３５２上のゲート絶縁層として機能する絶縁層１５４と、絶縁層１５４上のゲート電極３７５と、これを覆うように形成された層間絶縁層１６６と、ソース領域３２３と電気的に接続された電極３７６と、ドレイン領域３２４と電気的に接続された電極３７７と、が設けられている。なお、ここではトランジスタ３８０がＬＤＤ領域５００、ＬＤＤ領域５１０、を有する構造を示したが、本発明はこれに限定されず、ＬＤＤ領域を有さない構造としてもよい。また、ここではＬＤＤ領域が上面からみてゲート電極と重ならない例を示したが、ＬＤＤ領域はゲート電極と重なる構造としてもよい。なお、ＬＤＤとは、低濃度不純物領域であり、ＬｉｇｈｔｌｙＤｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎの略語である。
【００５３】
ｐ型トランジスタ３８５は、チャネル形成領域３３２、ソース領域３３３、ドレイン領域３３４を有する半導体層３６１と、半導体層３６１上のゲート絶縁層として機能する絶縁層１５４と、絶縁層１５４上のゲート電極３７４と、これを覆うように形成された層間絶縁層１６６と、ソース領域３３３と電気的に接続された電極３７８と、ドレイン領域３３４と電気的に接続された電極３７９と、が設けられている。なお、ここではｐ型トランジスタ３８５がＬＤＤ領域を有さない構造を示したが、本発明の一態様はこれに限定されず、ＬＤＤ領域を有する構造としてもよい。
【００５４】
ここで、光電変換素子１８０が有する半導体層１５２の膜厚は、ｎ型トランジスタ３８０が有する半導体層３５２およびｐ型トランジスタ３８５が有する半導体層３６１の膜厚より厚く設けられている。
【００５５】
次に、半導体装置の作製方法について、図３乃至図５を用いて説明する。
【００５６】
まず、基板１００の上に絶縁層１１４を介して半導体層１１８を有する基板１０５を形成する（図３（Ａ）参照）。なお、基板１０５は、実施の形態１（図１（Ａ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。
【００５７】
次に、半導体層１１８上にマスクを形成して選択的にエッチングすることで、第１の島状半導体層１２０および第２の島状半導体層１２１を形成する。その後、少なくとも第１の島状半導体層１２０にレーザー光１３０を照射することにより（図３（Ｂ）参照）、第１の島状半導体層２００および第２の島状半導体層１２１を形成する（図３（Ｃ）参照）。
【００５８】
第１の島状半導体層１２０および第２の島状半導体層１２１は、実施の形態１（図１（Ｂ）参照）と同様の方法で作製することができるため、詳細な説明は省略する。また、レーザー光１３０の照射方法、第１の島状半導体層２００の形成方法は、実施の形態１（図１（Ｃ）〜図１（Ｅ）参照）と同様に行うことができるため、詳細な説明は省略する。
【００５９】
次に、第１の島状半導体層２００上および第２の島状半導体層１２１上にマスクを形成して選択的にエッチングすることで、第３の島状半導体層２１０および第４の島状半導体層２２０を形成する（図３（Ｄ）参照）。なお、第３の島状半導体層２１０および第４の島状半導体層２２０の形成方法は実施の形態１（図１（Ｂ）参照）と同様の方法で作製することができるため、詳細な説明は省略する。
【００６０】
次に、第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０を覆うように絶縁層１５４を形成する（図３（Ｅ）参照）。ここでは、プラズマＣＶＤ法を用いて、酸化シリコン層を単層で形成することとする。絶縁層１５４は、酸化シリコン以外にも、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタルなどを含む層を、単層構造または積層構造で形成することができる。なお、絶縁層１５４はゲート絶縁層として機能する。
【００６１】
プラズマＣＶＤ法以外の作製方法としては、スパッタリング法や、高密度プラズマ処理による酸化または窒化による方法が挙げられる。高密度プラズマ処理は、例えば、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガスと、酸素、酸化窒素、アンモニア、窒素、水素などガスの混合ガスを用いて行う。この場合、プラズマの励起をマイクロ波の導入により行うことで、低電子温度で高密度のプラズマを生成することができる。このような高密度のプラズマで生成された酸素ラジカル（ＯＨラジカルを含む場合もある）や窒素ラジカル（ＮＨラジカルを含む場合もある）によって、半導体層の表面を酸化または窒化することにより、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下、望ましくは２ｎｍ以上１０ｎｍ以下の絶縁層を半導体層に接するように形成する。
【００６２】
上述した高密度プラズマ処理による半導体層の酸化または窒化は固相反応であるため、絶縁層１５４と第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０との界面準位密度をきわめて低くすることができる。また、高密度プラズマ処理により第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０を直接酸化または窒化することで、形成される絶縁層の厚さのばらつきを抑えることができる。また、半導体層１１８が単結晶の場合は、高密度プラズマ処理を用いて半導体層の表面を固相反応で酸化させる場合であっても、均一性が良く、界面準位密度の低い絶縁層１５４を形成することができる。なお、高密度プラズマ処理により形成された絶縁層１５４は、特性のばらつきを抑制することができる。
【００６３】
また、第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０を熱酸化させることで、絶縁層１５４を形成しても良い。熱酸化を用いる場合には、ある程度の耐熱性を有する基板を用いることが必要である。
【００６４】
次に、絶縁層１５４上に導電層を形成し、該導電層を加工して、第３の島状半導体層上および第４の島状半導体層上にゲート電極３７５およびゲート電極３７４を形成する（図４（Ａ）参照）。
【００６５】
導電層の形成にはＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いることができる。導電層は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）等の材料を用いて形成することができる。また、上記金属を主成分とする合金材料を用いても良いし、上記金属を含む化合物を用いても良い。または、半導体に導電性を付与する不純物元素をドーピングした多結晶シリコンなど、半導体材料を用いて形成しても良い。
【００６６】
本実施の形態では上記ゲート電極３７５およびゲート電極３７４を単層の導電層で形成しているが、本発明はこれに限定されない。ゲート電極３７５およびゲート電極３７４は、積層された複数の導電層で形成されていても良い。２層構造とする場合には、例えば、モリブデン、チタン、窒化チタン等の層を下層に用い、上層にはアルミニウムなどの層を用いればよい。３層構造の場合には、モリブデンとアルミニウムとモリブデンの積層構造や、チタンとアルミニウムとチタンの積層構造などを採用するとよい。
【００６７】
導電層を加工する際に使用するマスクは、実施の形態１で示したマスク４００と同様に作製することができるが、酸化シリコンや窒化酸化シリコン等の材料を用いて形成してもよい。この場合、酸化シリコンや窒化酸化シリコン等の層をパターニングしてマスクを形成する工程が加わるが、これらの材料を用いたマスクでは、レジスト材料を用いたマスクと比較してエッチング時における膜減りが少ないため、より正確な形状のゲート電極３７５およびゲート電極３７４を形成することができる。また、マスクを用いずに、液滴吐出法を用いて選択的にゲート電極３７５およびゲート電極３７４を形成しても良い。ここで、液滴吐出法とは、所定の組成物を含む液滴を吐出または噴出することで所定のパターンを形成する方法を意味し、インクジェット法などがその範疇に含まれる。
【００６８】
また、導電層の加工には、例えば、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節し、所望のテーパー形状を有するようにゲート電極３７５およびゲート電極３７４を形成することもできる。また、テーパー形状は、マスクの形状によって制御することもできる。なお、エッチング用ガスとしては、塩素、塩化硼素、塩化珪素、四塩化炭素などの塩素系ガス、四弗化炭素、弗化硫黄、弗化窒素などのフッ素系ガス、または酸素などを適宜用いることができる。
【００６９】
次に、第１の島状半導体層２００および第４の島状半導体層２２０を覆うようにマスク４０５およびマスク４０６を形成し、第３の島状半導体層２１０の一部に第１の導電型を付与する不純物元素を添加する。第１の導電型を付与する不純物元素を添加されたことによって、第３の島状半導体層２１０には、第１の導電型を示す半導体領域３２８および半導体領域３２９が形成される（図４（Ｂ）参照）。ゲート電極３７５はマスクの機能を果たすため、ゲート電極３７５の下部には第１の導電型を付与する不純物元素は添加されない。
【００７０】
第１の導電型を付与する不純物元素の添加は、例えば、リンやヒ素を添加することができる。本実施の形態では、第１の導電型を付与する不純物元素としてリンを用い、第１の導電型をｎ型として説明する。
【００７１】
第１の導電型を付与する不純物元素の添加後は、マスク４０５およびマスク４０６を除去する。
【００７２】
次に、第１の島状半導体層２００の一部および第３の島状半導体層２１０を覆うようにマスク４０７およびマスク４０８を形成し、第２の導電型を付与する不純物元素を添加する。第２の導電型を付与する不純物元素が添加されたことによって、第１の島状半導体層２００の一部には、第２の導電型を示す半導体領域１５８が形成され、第４の島状半導体層２２０には、第２の導電型を示すソース領域３３３およびドレイン領域３３４が形成される（図４（Ｃ）参照）。ゲート電極３７４はマスクの機能を果たすため、ゲート電極３７４の下部には第２の導電型を付与する不純物元素は添加されない。
【００７３】
第２の導電型を付与する不純物元素の添加は、例えば、ボロンを添加することができる。本実施の形態では、第２の導電型を付与する不純物元素としてボロンを用い、第２の導電型をｐ型として説明する。
【００７４】
第２の導電型を付与する不純物元素の添加後は、マスク４０７およびマスク４０８を除去する。
【００７５】
次に、第１の島状半導体層２００の一部、第３の島状半導体層２１０の一部、および第４の島状半導体層２２０を覆うようにマスク４０９、マスク４１０、およびマスク４１１を形成し、第１の導電型を付与する不純物元素を添加する。ただし、ここでは、先に添加した第１の導電型を付与する不純物元素より高濃度で添加する。第１の導電型を付与する不純物元素が添加されたことによって、第１の島状半導体層２００の一部には、第１の導電型を示す半導体領域１６２が形成され、第３の島状半導体層２１０には第１の導電型を示すソース領域３２３およびドレイン領域３２４が形成される。また、第３の島状半導体層２１０には、マスク４１０で覆われたソース領域３２３およびドレイン領域３２４にＬＤＤ領域５００およびＬＤＤ領域５１０が形成され、その間にチャネル形成領域３２２が形成される（図４（Ｄ）参照）。
【００７６】
また、マスク４０７およびマスク４０９によって形成された不純物が添加されていない半導体領域１６４の長さは、０．１μｍ〜２０μｍに形成できる。例えば、３μｍ〜１０μｍが好ましい。しかし、マスク４０７およびマスク４０９の加工精度が許せば、０．１μｍ以下に形成することも可能である。
【００７７】
第１の導電型を付与する不純物元素の添加後は、マスク４０９、マスク４１０、およびマスク４１１を除去する。
【００７８】
次に、絶縁層１５４、ゲート電極３７５、およびゲート電極３７４を覆うように層間絶縁層１６６を形成する（図５（Ａ）参照）。層間絶縁層１６６には、例えば、酸化シリコン、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｇｌａｓｓ）等の無機材料でなる絶縁層や、ポリイミド、アクリル等の有機樹脂等の層を用いることができる。また、層間絶縁層１６６は単層構造または積層構造で形成することができる。
【００７９】
次に、第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０の一部が露出するように、絶縁層１５４および層間絶縁層１６６にコンタクトホールを形成する。第１の島状半導体層２００にはコンタクトホール１７０およびコンタクトホール１６８を形成し、第３の島状半導体層２１０にはコンタクトホール３６８およびコンタクトホール３７０を形成し、第４の島状半導体層２２０にはコンタクトホール３７１およびコンタクトホール３７２を形成する（図５（Ｂ）参照）。
【００８０】
次に、コンタクトホールを介して、第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０に接する導電層を形成し、該導電層を選択的にエッチングすることで、第１の島状半導体層２００には電極１７４および電極１７２を形成し、第３の島状半導体層２１０には電極３７６および電極３７７を形成し、第４の島状半導体層２２０には電極３７８および電極３７９を形成する（図５（Ｃ）参照）。導電層は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の低抵抗金属層をバリアメタル層で挟んだ３層構造の導電層で形成することができる。バリアメタル層としては、モリブデン、クロム、チタン等を用いることができる。
【００８１】
以上より、第１の島状半導体層２００から第１の導電型を示す半導体領域１６２、第２の導電型を示す半導体領域１５８、および半導体領域１６４を有する光電変換素子１８０を作製することができ、第３の島状半導体層２１０から第１の導電型を示すソース領域３２３、ドレイン領域３２４、ＬＤＤ領域５００、ＬＤＤ領域５１０、チャネル形成領域３２２を有するｎ型トランジスタ３８０を作製することができ、第４の島状半導体層２２０から第２の導電型を示すソース領域３３３、ドレイン領域３３４、およびチャネル形成領域３３２を有するｐ型トランジスタ３８５を作製することができる。
【００８２】
本実施の形態では、光電変換素子とトランジスタの不純物添加工程を同時に行っている。しかし、光電変換素子に添加するドーズ量を多くすることで、第１の島状半導体層２００の損傷が大きくなってしまうため、欠陥に起因するキャリアトラップが生じてしまう。一方、ドーズ量を少なくすることで、第１の島状半導体層２００の損傷は小さく、欠陥に起因する電流が生じないため、暗電流を低く抑えることができる傾向にある。そのため、光電変換素子に添加するドーズ量は少ない方が好ましい。しかし、トランジスタは、ドーズ量を大きくして抵抗を低くしたほうが良い。よって、要求される特性などに応じて光電変換素子とトランジスタの不純物添加工程を分けてもよい。
【００８３】
本実施の形態では、光電変換素子１８０、ｎ型トランジスタ３８０、およびｐ型トランジスタ３８５を作製する際に、実施の形態１に示した半導体薄膜基板の作製方法を用いている。上記半導体薄膜基板の作製工程により、一層の半導体層１１８から、簡易に厚膜の半導体層および薄膜の半導体層を作製することができる。そのため、厚膜の半導体層を用いて光電変換素子を作製し、薄膜の半導体層を用いてトランジスタを作製することで、個々の特性を最大限に活かすことができる。
【００８４】
具体的には、厚膜の半導体層を用いて光電変換素子を作製することにより、光電変換効率が向上する。これにより、光センサとして用いた場合、光センサとしての感度が向上する。また、光センサの感度が向上するため、光センサの微細化が可能となる。また、光センサの応答性が向上し、例えばタッチパネルに用いた場合には、タッチパネルの応答速度が向上して操作性が向上する。また、単結晶半導体層を用いることにより、光電変換効率が向上する。
【００８５】
また、薄膜の半導体層を用いてトランジスタを作製することにより、トランジスタのオフ時のリーク電流を低減することができる。また、チャネル長が短い短チャネルデバイスにおいて、短チャネル効果を抑制することができる。また、完全空乏型での動作も可能となる。また、ドレイン耐圧も向上する。また、単結晶半導体層を用いることにより、トランジスタの電気特性を向上させることができる。
【００８６】
このように、厚膜の半導体層および薄膜の半導体層が形成された半導体装置において、厚膜の半導体層を用いて光電変換素子１８０を形成、薄膜の半導体層を用いてｎ型トランジスタ３８０およびｐ型トランジスタ３８５を形成することにより、光電変換素子１８０、ｎ型トランジスタ３８０、およびｐ型トランジスタ３８５を同じ膜厚で形成する場合に比べて、光電変換素子１８０の光電変換効率を向上させつつ、ｎ型トランジスタ３８０およびｐ型トランジスタ３８５のオフ時のリーク電流を低減することができる。
【００８７】
なお、基板１００として、例えばガラス等の光透過性を有する基板を用いた場合、基板１００側から光を入射させる構成とすることが可能である。この場合には、電極（または配線）側から光を入射させる場合と比較して、素子レイアウトの自由度が向上する。このように、基板１００が光透過性を有することにより、光透過性を有しない場合と比較して、集積化が容易になるというメリットもある。
【００８８】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００８９】
（実施の形態３）
本実施の形態では、半導体薄膜基板の作製方法の別の一例を用いて半導体装置を作製する場合について説明する。
【００９０】
まず、半導体薄膜基板の作製方法について、図６を用いて説明する。
【００９１】
まず、基板１００を用意する（図６（Ａ）参照）。基板１００は実施の形態１で示した基板を適用することができるため、詳細な説明は省略する。
【００９２】
次に、半導体基板１１０を用意する（図６（Ｂ−１）参照）。半導体基板１１０は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウムなどの第１４属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、ガリウムヒ素やインジウムリン等の化合物半導体基板を用いることもできる。なお、本実施の形態では、半導体基板１１０については、単結晶シリコン基板を用いて説明する。
【００９３】
また、半導体基板１１０のサイズに制限は無いが、例えば、直径が８インチ（２００ｍｍ）、１２インチ（３００ｍｍ）、１８インチ（４５０ｍｍ）といったサイズの半導体基板を用いることができる。また、円形の半導体基板を、矩形に加工して用いても良い。また、半導体基板１１０は、ＣＺ法（チョクラルスキー）やＦＺ（フローティングゾーン）法を用いて作製することができる。
【００９４】
次に、半導体基板１１０に絶縁層１１４を形成する（図６（Ｂ−２）参照）。
【００９５】
絶縁層１１４は、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の材料を用いることができる。これらの膜は、熱酸化法、ＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて形成することができる。また、ＣＶＤ法を用いて絶縁層１１４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（ＯＣ２Ｈ５）４）等の有機シランを用いて作製される酸化シリコン層を絶縁層１１４に用いることが生産性の点から好ましい。
【００９６】
本実施の形態では、半導体基板１１０に熱酸化処理を行うことにより絶縁層１１４（ここでは、酸化シリコン層）を形成する。熱酸化処理は、酸化性雰囲気中にハロゲンを添加して行うことが好ましい。例えば、塩素（Ｃｌ）が添加された酸化性雰囲気中で半導体基板１１０に熱酸化処理を行うことによりＨＣｌ酸化された絶縁層１１４を形成する。従って、絶縁層１１４は、塩素原子を含有した層となる。
【００９７】
絶縁層１１４中に含有された塩素原子は、絶縁層１１４に歪みを形成する。その結果、絶縁層１１４の水に対する吸収割合が向上し、水の拡散速度が増大する。つまり、絶縁層１１４表面に水が存在する場合に、当該表面に存在する水を絶縁層１１４中に素早く吸収させ、拡散させることができるため、水の存在による貼り合わせ不良を低減することができる。
【００９８】
また、絶縁層１１４に塩素原子を含有させることによって、外因性の不純物である重金属（例えば、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ等）を捕集して半導体基板１１０が汚染されることを防止できる。また、基板１００と貼り合わせた後に、基板１００からのナトリウム（Ｎａ）等の不純物を固定して、半導体基板１１０が汚染されることを防止できる。
【００９９】
なお、絶縁層１１４に含有させるハロゲン原子は塩素原子に限られない。絶縁層１１４にはフッ素原子を含有させてもよい。例えば、半導体基板１１０表面をフッ素酸化する方法を用いることが可能である。フッ素酸化としては、ＨＦ溶液に浸漬させた後に酸化性雰囲気中で熱酸化処理を行う方法や、ＮＦ３を酸化性雰囲気に添加して熱酸化処理を行う方法などがある。
【０１００】
なお、本実施の形態においては絶縁層１１４を単層構造としているが、積層構造としても良い。また、貼り合わせに際して特に問題がない場合など、絶縁層１１４を設ける必要がない場合には、絶縁層１１４を設けない構成としても良い。
【０１０１】
次に、半導体基板１１０にイオンを照射することにより、脆化領域１１２を形成する（図６（Ｂ−３）参照）。より具体的には、例えば、電界で加速されたイオンからなるイオンビームを照射して、半導体基板１１０の表面から所定の深さの領域に脆化領域１１２を形成する。脆化領域１１２が形成される深さは、イオンビームの加速エネルギーやイオンビームの入射角によって制御される。つまり、脆化領域１１２は、イオンの平均侵入深さと同程度の深さの領域に形成されることになる。ここで、脆化領域１１２が形成される深さは、半導体基板１１０の全面において均一であることが望ましい。なお、イオンの照射前には、半導体基板１１０の表面を洗浄しておくことが望ましい。
【０１０２】
また、上述の脆化領域１１２が形成される深さにより、半導体基板１１０から分離される半導体層の厚さが決定される。脆化領域１１２が形成される深さは、半導体基板１１０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。
【０１０３】
イオンを半導体基板１１０に照射する際には、イオン注入装置またはイオンドーピング装置を用いることができる。イオン注入装置は、ソースガスを励起してイオン種を生成し、生成されたイオン種を質量分離して、所定の質量を有するイオン種を被処理物に照射する。イオンドーピング装置は、プロセスガスを励起してイオン種を生成し、生成されたイオン種を質量分離せずに被処理物に照射する。なお、質量分離装置を備えているイオンドーピング装置では、イオン注入装置と同様に、質量分離を伴うイオンの照射を行うこともできる。
【０１０４】
イオンドーピング装置を用いる場合の脆化領域１１２の形成工程は、例えば、以下の条件で行うことができる。
・加速電圧 １０ｋＶ以上１００ｋＶ以下（好ましくは３０ｋＶ以上８０ｋＶ以下）
・ドーズ量 １×１０１６／ｃｍ２以上４×１０１６／ｃｍ２以下
・ビーム電流密度 ２μＡ／ｃｍ２以上（好ましくは５μＡ／ｃｍ２以上、より好ましくは１０μＡ／ｃｍ２以上）
【０１０５】
また、イオンドーピング装置を用いる場合、ソースガスとして水素を含むガスを用いることができる。該ガスを用いることによりイオン種としてＨ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋を生成することができる。水素ガスをソースガスとして用いる場合には、Ｈ３＋を多く照射することが好ましい。具体的には、イオンビームに、Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋の総量に対してＨ３＋イオンが７０％以上含まれるようにすることが好ましい。また、Ｈ３＋イオンの割合を８０％以上とすることがより好ましい。このようにＨ３＋の割合を高めておくことで、脆化領域１１２に１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の濃度で水素を含ませることが可能である。これにより、脆化領域１１２における分離が容易になる。また、Ｈ３＋イオンを多く照射することで、Ｈ＋、Ｈ２＋を照射する場合より短時間で脆化領域１１２を形成することができる。また、Ｈ３＋を用いることで、イオンの平均侵入深さを浅くすることができるため、脆化領域１１２を浅い領域に形成することが可能になる。
【０１０６】
イオン注入装置を用いる場合には、質量分離により、Ｈ３＋イオンが照射されるようにすることが好ましい。もちろん、Ｈ＋やＨ２＋を照射してもよい。ただし、イオン注入装置を用いる場合には、イオン種を選択して照射するため、イオンドーピング装置を用いる場合と比較して、イオン照射の効率が低下する場合がある。
【０１０７】
イオン照射工程のソースガスには水素を含むガスの他に、ヘリウムやアルゴンなどの希ガス、フッ素ガスや塩素ガスに代表されるハロゲンガス、フッ素化合物ガス（例えば、ＢＦ３）などのハロゲン化合物ガスから選ばれた一種または複数種類のガスを用いることができる。ソースガスにヘリウムを用いる場合は、質量分離を行わないことで、Ｈｅ＋イオンの割合が高いイオンビームを作り出すことができる。このようなイオンビームを用いることで、脆化領域１１２を効率よく形成することができる。
【０１０８】
また、イオンの照射を複数回に分けて行うことで、脆化領域１１２を形成することもできる。この場合、ソースガスを異ならせてイオン照射を行っても良いし、同じソースガスを用いてもよい。例えば、ソースガスとして希ガスを用いてイオン照射を行った後、水素を含むガスをソースガスとして用いてイオン照射を行うことができる。また、はじめにハロゲンガスまたはハロゲン化合物ガスを用いてイオン照射を行い、次に、水素を含むガスを用いてイオン照射を行うこともできる。
【０１０９】
次に、基板１００と半導体基板１１０を貼り合わせる（図６（Ｃ）参照）。具体的には、絶縁層１１４を介して基板１００と半導体基板１１０を貼り合わせる。基板１００の表面と絶縁層１１４の表面とを接触させた後、加圧処理を施すことで、基板１００と絶縁層１１４の接合が生じ、当該部分を始点として自発的な接合が全面におよぶ。なお、貼り合わせのメカニズムとしては、ファン・デル・ワールス力が関与するメカニズムや、水素結合が関与するメカニズムなどが考えられている。
【０１１０】
なお、半導体基板１１０と基板１００とを貼り合わせる前に、半導体基板１１０上に形成された絶縁層１１４および基板１００の少なくとも一方に表面処理を行うことにより、親水基の増加、平坦性の向上などが実現される。その結果、半導体基板１１０と基板１００との接合強度を高めることができる。
【０１１１】
表面処理としては、ウェットエッチング処理、ドライエッチング処理、またはウェットエッチング処理およびドライエッチング処理の組み合わせが挙げられる。また、異なるウェットエッチング処理を組み合わせる、または異なるドライエッチング処理を組み合わせて行うことができる。
【０１１２】
ウェットエッチング処理としては、オゾン水を用いたオゾン処理（オゾン水洗浄）、メガソニック洗浄、または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）などが挙げられる。ドライエッチング処理としては、紫外線処理、オゾン処理、プラズマ処理、バイアス印加プラズマ処理、またはラジカル処理などが挙げられる。被処理体（半導体基板、半導体基板上に形成された絶縁層、基板または基板上に形成された絶縁層）に対し、上記のような表面処理を行うことで、被処理体表面の親水性および清浄性を高める効果を奏する。その結果、基板同士の接合強度を向上させることができる。
【０１１３】
ウェットエッチング処理は、被処理体表面に付着するマクロなゴミなどの除去に効果的である。ドライエッチング処理は、被処理体表面に付着する有機物などミクロなゴミの除去または分解に効果的である。ここで、被処理体に対し、紫外線処理などのドライエッチング処理を行った後、洗浄などのウェットエッチング処理を行うことで、被処理体表面を清浄化および親水化し、さらに被処理体表面のウォーターマークの発生を抑制できるため、好ましい。
【０１１４】
または一重項酸素などの活性状態にある酸素を用いた表面処理を行うことが好ましい。オゾンまたは一重項酸素などの活性状態にある酸素により、被処理体表面に付着する有機物を効果的に除去または分解することができる。また、オゾンまたは一重項酸素などの活性状態にある酸素に、紫外線のうち２００ｎｍ未満の波長を含む光による処理を組み合わせることで、被処理体表面に付着する有機物をさらに効果的に除去することができる。以下、具体的に説明する。
【０１１５】
例えば、酸素を含む雰囲気下で紫外線を照射することにより、被処理体の表面処理を行う。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一重項酸素を生成させることができる。また、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一重項酸素を生成させることもできる。
【０１１６】
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。
Ｏ２＋ｈν（λ１ｎｍ）→Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ（３Ｐ） （１）
Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ２→Ｏ３ （２）
Ｏ３＋ｈν（λ２ｎｍ）→Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ２ （３）
【０１１７】
上記反応式（１）において、酸素（Ｏ２）を含む雰囲気下で２００ｎｍ未満の波長（λ１ｎｍ）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（Ｏ２）とが反応してオゾン（Ｏ３）が生成する。そして、反応式（３）において、生成されたオゾン（Ｏ３）を含む雰囲気下で２００ｎｍ以上の波長（λ２ｎｍ）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。上記のような表面処理は、例えば、酸素を含む雰囲気下での低圧水銀ランプの照射（λ１＝１８５ｎｍ、λ２＝２５４ｎｍ）により行うことができる。
【０１１８】
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して起きる反応例を示す。
Ｏ２＋ｈν（λ３ｎｍ）→Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ（３Ｐ） （４）
Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ２→Ｏ３ （５）
Ｏ３＋ｈν（λ３ｎｍ）→Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ２ （６）
【０１１９】
上記反応式（４）において、酸素（Ｏ２）を含む雰囲気下で１８０ｎｍ未満の波長（λ３ｎｍ）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（Ｏ２）とが反応してオゾン（Ｏ３）が生成する。反応式（６）において、生成されたオゾン（Ｏ３）を含む雰囲気下で１８０ｎｍ未満の波長（λ３ｎｍ）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。上記のような表面処理は、例えば、酸素を含む雰囲気下でのＸｅエキシマＵＶランプの照射により行うことができる。
【０１２０】
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、オゾンまたは一重項酸素により被処理体表面に付着する有機物や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。上記のような表面処理を行うことで、被処理体表面の親水性および清浄性をより高めることができ、接合を良好に行うことができる。
【０１２１】
半導体基板１１０と基板１００とを貼り合わせた後に、貼り合わせられた基板１００および半導体基板１１０に対して熱処理を施して、貼り合わせを強固なものとすると良い。この際の加熱温度は、脆化領域１１２における分離が進行しない温度とする必要がある。例えば、４００℃未満、好ましくは３００℃以下とする。熱処理時間については特に限定されず、処理時間と貼り合わせ強度との関係から適切な条件を設定すればよい。例えば、２００℃、２時間の熱処理を施すことができる。なお、貼り合わせに係る領域にマイクロ波などを照射して、該領域のみを局所的に加熱することも可能である。貼り合わせ強度に問題がない場合には、上記熱処理は省略すれば良い。
【０１２２】
次に、半導体基板１１０を、脆化領域１１２において、半導体層１１６と半導体基板１１７とに分離する（図６（Ｄ）参照）。半導体基板１１０の分離は、熱処理により行うと良い。該熱処理の温度は、基板１００の耐熱温度を目安にすることができる。例えば、基板１００としてガラス基板を用いる場合には、熱処理の温度は４００℃以上７５０℃以下とすることが好ましい。ただし、ガラス基板の耐熱性が許すのであればこの限りではない。本実施の形態においては、６００℃、２時間の熱処理を施すこととする。
【０１２３】
上述のような熱処理を行うことにより、脆化領域１１２に形成された微小な空孔の体積変化が生じ、脆化領域１１２に亀裂が生ずる。その結果、脆化領域１１２に沿って半導体基板１１０が分離する。これにより、基板１００上には半導体基板１１０から分離された半導体層１１６が残存することになる。また、この熱処理で、貼り合わせに係る界面が加熱されるため、当該界面に共有結合が形成され、貼り合わせを一層強固なものとすることができる。
【０１２４】
また、分離後の半導体基板１１７は、再生工程によって再生半導体基板となり、再度用いることができる。分離後の半導体基板１１７の表面には、脆化領域１１２などに起因する欠陥が存在しているため、平坦性を向上させる処理を行うことが望ましい。
【０１２５】
なお、半導体基板１１０の分離後には、半導体層１１６等に対して、レーザー光を照射しても良い。レーザー光を半導体層１１６に照射することで、半導体層１１６が溶融し、その後の冷却、固化によって、欠陥が低減され、表面の平坦性がさらに向上した半導体層が得られるのである。
【０１２６】
また、半導体基板１１０の分離後に、半導体層の膜厚を小さくする薄膜化工程を行っても良い。半導体層の薄膜化には、ドライエッチング処理またはウェットエッチング処理の一方、または双方を組み合わせたエッチング処理を適用することができる。例えば、半導体層がシリコンからなる場合、ＳＦ６とＯ２をプロセスガスに用いたドライエッチング処理で、半導体層を薄くすることができる。また、薄膜化工程において、エッチング処理に代えてＣＭＰ等の研磨処理を行ってもよく、またはエッチング処理とＣＭＰ処理を組み合わせて行ってもよい。半導体層１１６の膜厚は、例えば１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。
【０１２７】
半導体基板１１０の分離後の半導体層１１６、レーザー光照射後の半導体層１１６、および薄膜化工程後の半導体層１１６をそれぞれ、実施の形態１（図１（Ａ）参照）に示す半導体層１１８として用いることもできる。
【０１２８】
次に、半導体層１１６上にマスクを形成し、該マスクを用いて半導体層１１６を選択的にエッチングすることで、第１の島状半導体層１２０および第２の島状半導体層１２１を形成する。その後、レーザー光１３０の照射を行うことで、膜厚の異なる第１の島状半導体層２００および第２の島状半導体層１２１を有した半導体薄膜基板６００を形成することができる。また、半導体層１１６の加工方法や、レーザー光１３０の照射は、実施の形態１（図１（Ｂ）〜図１（Ｅ）参照）と同様に行うことができるため、詳細な説明は省略する。
【０１２９】
また、レーザー光１３０が照射された第１の島状半導体層１２０の溶融は、部分溶融とすることが好ましい。完全溶融された場合には、液相となった後の無秩序な核発生により微結晶化し、結晶性が低下するためである。一方、部分溶融では、溶融されていない固相部分に基づいて結晶成長を行わせることができるため、第１の島状半導体層１２０を完全に溶融させる場合と比較して結晶品位を向上させることができる。なお、上記において部分溶融とは、レーザー光１３０の照射により第１の島状半導体層１２０が溶融される領域を表面付近だけに留め、第１の島状半導体層１２０の内部は溶融されないことを言う。すなわち、第１の島状半導体層１２０の表面付近は溶融して液相となるが、内部は溶融せずに固相のままである状態をいう。また、完全溶融とは、第１の島状半導体層１２０が内部まで溶融され、液体状態になることをいう。
【０１３０】
分離直後の半導体層１１６は、脆化領域１１２を形成するために照射されたイオンによって結晶欠陥が存在する。しかし、第１の島状半導体層１２０および第２の島状半導体層１２１に、レーザー光１３０を照射して、第１の島状半導体層１２０および第２の島状半導体層１２１を部分溶融することにより、結晶欠陥を低減させることができる。また、第１の島状半導体層１２０は、溶融すると凝集するため、第１の島状半導体層２００も同時に形成することができる。
【０１３１】
以上の工程により、図１（Ｄ）、図３（Ｃ）などに示す半導体薄膜基板６００を作製することができる。
【０１３２】
次に、半導体薄膜基板６００を用いて、実施の形態２（図２（Ａ）、図２（Ｂ）参照）に示す光電変換素子１８０、ｎ型トランジスタ３８０、ｐ型トランジスタ３８５を作製する方法について説明する。
【０１３３】
まず、第１の島状半導体層２００上および第２の島状半導体層１２１上にマスクを形成して選択的にエッチングすることで、第３の島状半導体層２１０および第４の島状半導体層２２０を形成する。なお、第３の島状半導体層２１０および第４の島状半導体層２２０の形成方法は実施の形態１（図１（Ｂ）参照）と同様に行うことができるため、詳細な説明は省略する。
【０１３４】
次に、第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０を覆うように絶縁層１５４を形成し、絶縁層１５４上に導電層を形成し、該導電層を加工して第３の島状半導体層２１０上および第４の島状半導体層２２０上にゲート電極３７５およびゲート電極３７４を形成する。なお、絶縁層１５４、ゲート電極３７４、およびゲート電極３７４は、実施の形態２（図３（Ｅ）、図４（Ａ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。
【０１３５】
次に、マスクを用いて第１の導電型を付与する不純物元素および第２の導電型を付与する不純物元素を選択的に添加する。なお、第１の導電型を付与する不純物元素および第２の導電型を付与する不純物元素の添加は、実施の形態２（図４（Ｂ）〜図４（Ｄ）参照）と同様な方法で行うことができるため、詳細な説明は省略する。
【０１３６】
次に、絶縁層１５４、ゲート電極３７５、およびゲート電極３７４を覆うように層間絶縁層１６６を形成する。なお、層間絶縁層１６６は、実施の形態２（図５（Ａ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。
【０１３７】
次に、第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０の一部が露出するように絶縁層１５４および層間絶縁層１６６にコンタクトホール１７０、コンタクトホール１６８、コンタクトホール３６８、コンタクトホール３７０、コンタクトホール３７１、およびコンタクトホール３７２を形成する。なお、コンタクトホール１７０、コンタクトホール１６８、コンタクトホール３６８、コンタクトホール３７０、コンタクトホール３７１、およびコンタクトホール３７２は、実施の形態２（図５（Ｂ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。
【０１３８】
次に、コンタクトホール１７０、コンタクトホール１６８、コンタクトホール３６８、コンタクトホール３７０、コンタクトホール３７１、およびコンタクトホール３７２を介して、第１の島状半導体層、第３の島状半導体層、および第４の島状半導体層に接する導電層を形成し、該導電層を選択的にエッチングすることで電極１７４、電極１７２、電極３７６、電極３７７、電極３７８および電極３７９を形成する。なお、電極１７４、電極１７２、電極３７６、電極３７７、電極３７８および電極３７９は、実施の形態２（図５（Ｃ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。
【０１３９】
以上より、第１の島状半導体層２００から第１の導電型を示す半導体領域１６２、第２の導電型を示す半導体領域１５８、および半導体領域１６４を有した光電変換素子１８０を作製することができ、第３の島状半導体層２１０から第１の導電型を示すソース領域３２３、ドレイン領域３２４、ＬＤＤ領域５００、ＬＤＤ領域５１０、チャネル形成領域３２２を有したｎ型トランジスタ３８０を作製することができ、第４の島状半導体層２２０から第２の導電型を示すソース領域３３３、ドレイン領域３３４、およびチャネル形成領域３３２を有するｐ型トランジスタ３８５を作製することができる。
【０１４０】
本実施の形態では、光電変換素子とトランジスタの不純物添加工程を同時に行っているが、要求される特性などに応じて光電変換素子とトランジスタの不純物添加工程を分けてもよい。
【０１４１】
上記半導体薄膜基板の作製工程により、一層の半導体層１１６から、簡易に厚膜の半導体層および薄膜の半導体層を作製することができる。厚膜の半導体層を用いて光電変換素子を作製し、薄膜の半導体層を用いてトランジスタを作製することで、個々の特性を最大限に活かすことができる。
【０１４２】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１４３】
（実施の形態４）
本実施の形態では、半導体薄膜基板の作製方法の別の一例を用いて半導体装置を作製する場合について説明する。
【０１４４】
まず、半導体薄膜基板の作製方法について、図７を用いて説明する。
【０１４５】
まず、基板１００を用意（図７（Ａ−１）参照）し、該基板上に絶縁層１０１を形成する（図７（Ａ−２）参照）。基板１００については、実施の形態３（図６（Ａ））を参照すればよいため、詳しい説明は省略する。
【０１４６】
絶縁層１０１の形成方法は、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法などを用いることができる。絶縁層１０１は、貼り合わせに係る表面を有する層であるから、その表面が、高い平坦性を有するように形成されることが好ましい。例えば、酸化シリコン、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などを用いることができる。また、絶縁層１０１は一または複数の材料を用いて形成することができる。例えば、酸化シリコンを用いて絶縁層１０１を形成する場合には、有機シランガスを用いて化学気相成長法により形成することで、極めて平坦性に優れた絶縁層１０１を得ることができる。なお、絶縁層１０１は、単層構造または積層構造を形成することができる。
【０１４７】
次に、半導体基板１１０を用意する（図７（Ｂ−１）参照）。該半導体基板１１０については、実施の形態３（図６（Ｂ−１）参照）と同様に用意することができるため、詳細は説明は省略する。
【０１４８】
次に、半導体基板１１０に絶縁層１１４を形成し、イオンを照射することで脆化領域１１２を形成し、絶縁層１０１および絶縁層１１４を介して基板１００と半導体基板１１０を貼り合わせ、熱処理により、基板１００上に半導体層１１６を形成する（図７（Ｂ−２）〜図７（Ｄ）参照）。絶縁層１１４および半導体層１１６の形成方法は、実施の形態３（図６（Ｂ−２）〜図６（Ｄ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。なお、半導体層１１６は、実施の形態１（図１（Ａ）参照）に示す半導体層１１８として用いることができる。
【０１４９】
次に、分離された半導体層１１６上にマスクを形成し、該マスクを用いて半導体層１１６を選択的にエッチングすることで、図１（Ｂ）に示すような第１の島状半導体層１２０と第２の島状半導体層１２１を形成し、その後、レーザー光１３０の照射を行うことで、膜厚の異なる第１の島状半導体層２００および第２の島状半導体層１２１を有する半導体薄膜基板６００を形成することができる。また、パターニング方法、レーザー光の照射、第１の島状半導体層２００および第２の島状半導体層１２１の形成方法は、実施の形態１（図１（Ｂ）〜図１（Ｅ）参照）と同様に行うことができるため、詳細な説明は省略する。
【０１５０】
また、上記図１（Ｂ）に示すような第１の島状半導体層１２０および第２の島状半導体層１２１の形成は、半導体層１１６と半導体基板１１７とに分離した直後に行ってもよい。半導体層１１６と半導体基板１１７とに分離した直後に該第１の島状半導体層１２０および該第２の島状半導体層１２１を形成する場合でも、実施の形態１（図１（Ｂ）〜図１（Ｅ）参照）と同様の方法で上記第１の島状半導体層２００および第２の島状半導体層１２１を形成することができる。なお、第１の島状半導体層２００および第２の島状半導体層１２１は、実施の形態１（図１（Ｂ）〜図１（Ｅ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。
【０１５１】
以上の工程により、図１（Ｄ）、図３（Ｃ）などに示す半導体薄膜基板を作製することができる。
【０１５２】
次に、半導体薄膜基板を用いて、実施の形態２（図２（Ａ）、図２（Ｂ）参照）に示す光電変換素子１８０、ｎ型トランジスタ３８０、およびｐ型トランジスタ３８５を作製する方法について説明する。
【０１５３】
まず、第１の島状半導体層２００上および第２の島状半導体層１２１上にマスクを形成して選択的にエッチングすることで、第３の島状半導体層２１０および第４の島状半導体層２２０を形成する。なお、第３の島状半導体層２１０および第４の島状半導体層２２０の形成方法は実施の形態１（図１（Ｂ）参照）と同様の方法で作製することができるため、詳細な説明は省略する。
【０１５４】
次に、第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０を覆うように絶縁層１５４を形成し、絶縁層１５４上に導電層を形成し、該導電層を加工して第３の島状半導体層２１０上および第４の島状半導体層２２０上にゲート電極３７５およびゲート電極３７４を形成する。なお、絶縁層１５４、ゲート電極３７４、およびゲート電極３７４は、実施の形態２（図３（Ｅ）、図４（Ａ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。
【０１５５】
次に、マスクを用いて第１の導電型を付与する不純物元素および第２の導電型を付与する不純物元素を選択的に添加する。なお、第１の導電型を付与する不純物元素および第２の導電型を付与する不純物元素の添加は、実施の形態２（図４（Ｂ）〜図４（Ｄ）参照）と同様な方法で行うことができるため、詳細な説明は省略する。
【０１５６】
次に、絶縁層１５４、ゲート電極３７５、およびゲート電極３７４を覆うように層間絶縁層１６６を形成する。なお、層間絶縁層１６６は、実施の形態２（図５（Ａ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。
【０１５７】
次に、第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０の一部が露出するように絶縁層１５４および層間絶縁層１６６にコンタクトホール１７０、コンタクトホール１６８、コンタクトホール３６８、コンタクトホール３７０、コンタクトホール３７１、およびコンタクトホール３７２を形成する。なお、コンタクトホール１７０、コンタクトホール１６８、コンタクトホール３６８、コンタクトホール３７０、コンタクトホール３７１、およびコンタクトホール３７２は、実施の形態２（図５（Ｂ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。
【０１５８】
次に、コンタクトホール１７０、コンタクトホール１６８、コンタクトホール３６８、コンタクトホール３７０、コンタクトホール３７１、およびコンタクトホール３７２を介して、第１の島状半導体層２００、第３の島状半導体層２１０、および第４の島状半導体層２２０に接する導電層を形成し、該導電層を選択的にエッチングすることで電極１７４、電極１７２、電極３７６、電極３７７、電極３７８および電極３７９を形成する。なお、電極１７４、電極１７２、電極３７６、電極３７７、電極３７８および電極３７９は、実施の形態２（図５（Ｃ）参照）と同様に形成することができるため、詳細な説明は省略する。
【０１５９】
以上より、第１の島状半導体層２００から第１の導電型を示す半導体領域１６２、第２の導電型を示す半導体領域１５８、および半導体領域１６４を有した光電変換素子１８０を作製することができ、第３の島状半導体層２１０から第１の導電型を示すソース領域３２３、ドレイン領域３２４、ＬＤＤ領域５００、ＬＤＤ領域５１０、チャネル形成領域３２２を有したｎ型トランジスタ３８０を作製することができ、第４の島状半導体層２２０から第２の導電型を示すソース領域３３３、ドレイン領域３３４、およびチャネル形成領域３３２を有するｐ型トランジスタ３８５を作製することができる。
【０１６０】
本実施の形態では、光電変換素子とトランジスタの不純物添加工程を同時に行っているが、要求される特性などに応じて光電変換素子とトランジスタの不純物添加工程を分けてもよい。
【０１６１】
半導体薄膜基板の作製工程により、一層の半導体層１１６から、簡易に厚膜の半導体層および薄膜の半導体層を作製することができる。厚膜の半導体層を用いて光電変換素子を作製し、薄膜の半導体層を用いてトランジスタを作製することで、個々の特性を最大限に活かすことができる。
【０１６２】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１６３】
１００ 基板
１０１ 絶縁層
１０５ 基板
１１０ 半導体基板
１１２ 脆化領域
１１４ 絶縁層
１１６ 半導体層
１１７ 半導体基板
１１８ 半導体層
１２０ 第１の島状半導体層
１２１ 第２の島状半導体層
１３０ レーザー光
１５２ 半導体層
１５４ 絶縁層
１５８ 半導体領域
１６２ 半導体領域
１６４ 半導体領域
１６６ 層間絶縁層
１６８ コンタクトホール
１７０ コンタクトホール
１７２ 電極
１７４ 電極
１８０ 光電変換素子
２００ 第１の島状半導体層
２１０ 第３の島状半導体層
２２０ 第４の島状半導体層
３２２ チャネル形成領域
３２３ ソース領域
３２４ ドレイン領域
３２８ 半導体領域
３２９ 半導体領域
３３２ チャネル形成領域
３３３ ソース領域
３３４ ドレイン領域
３５２ 半導体層
３６１ 半導体層
３６８ コンタクトホール
３７０ コンタクトホール
３７１ コンタクトホール
３７２ コンタクトホール
３７４ ゲート電極
３７５ ゲート電極
３７６ 電極
３７７ 電極
３７８ 電極
３７９ 電極
３８０ トランジスタ
３８５ トランジスタ
４００ マスク
４０１ マスク
４０５ マスク
４０６ マスク
４０７ マスク
４０８ マスク
４０９ マスク
４１０ マスク
４１１ マスク
５００ ＬＤＤ領域
５１０ ＬＤＤ領域
６００ 半導体薄膜基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に半導体層を形成し、
前記半導体層を加工して第１の島状半導体層および第２の島状半導体層を形成し、
前記第１の島状半導体層にレーザー照射を行うことにより前記第１の島状半導体層を溶融させ、前記第１の島状半導体層から前記第２の島状半導体層より膜厚が厚い第３の島状半導体層を形成する、半導体薄膜基板の作製方法。
【請求項２】
半導体基板に加速されたイオンを照射して該半導体基板に脆化領域を形成し、
絶縁層を介して前記半導体基板と基板を貼り合わせ、
熱処理により、前記脆化領域において前記半導体基板を分離して、前記基板上に半導体層を形成し、
前記半導体層を加工して第１の島状半導体層および第２の島状半導体層を形成し、
前記第１の島状半導体層にレーザー照射を行うことにより前記第１の島状半導体層を溶融させ、前記第１の島状半導体層から前記第２の島状半導体層より膜厚が厚い第３の島状半導体層を形成する、半導体薄膜基板の作製方法。
【請求項３】
前記第１の島状半導体層は、前記レーザー照射により前記絶縁層上で凝集し、上面端部に曲面を形成する、請求項１または２に記載の半導体薄膜基板の作製方法。
【請求項４】
前記第３の島状半導体層は、前記第２の島状半導体層の２倍乃至４倍の膜厚とする、請求項１乃至３のいずれか一に記載の半導体薄膜基板の作製方法。
【請求項５】
前記第２の島状半導体層は、膜厚を１４０ｎｍ以下とする、請求項１乃至４のいずれか一に記載の半導体薄膜基板の作製方法。
【請求項６】
前記基板を上面から見たときの前記第１の島状半導体層の平面形状は、短辺と長辺の長さの比が１：ｘ（ｘは１より大きい数）であり、かつ短辺の長さが１０μｍ以下とする、請求項１乃至５のいずれか一に記載の半導体薄膜基板の作製方法。
【請求項７】
前記第１の島状半導体層および前記第２の島状半導体層は、単結晶半導体、多結晶半導体、非晶質半導体のいずれかを含む層である、請求項１乃至６のいずれか一に記載の半導体薄膜基板の作製方法。
【請求項８】
前記絶縁層は酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンのいずれかを含む層である、請求項１乃至７のいずれか一に記載の半導体薄膜基板の作製方法。
【請求項９】
基板上に半導体層を形成し、
前記半導体層を加工して第１の島状半導体層および第２の島状半導体層を形成し、
前記第１の島状半導体層にレーザー照射を行うことにより前記第１の島状半導体層を溶融させ、前記第１の島状半導体層から前記第２の島状半導体層より膜厚が厚い第３の島状半導体層を形成した後、
前記第３の島状半導体層に選択的に第１の不純物元素および第２不純物元素を添加して、光電変換を奏する半導体領域、第１の導電型を示す半導体領域、および第２の導電型を示す半導体領域を形成し、
前記第１の導電型を示す半導体領域と電気的に接続する第１の電極および前記第２の導電型を示す半導体領域と電気的に接続する第２の電極を形成することにより、光電変換素子を形成し、
前記第２の島状半導体層に選択的に前記第１の不純物元素または前記第２不純物元素を添加して、チャネル形成領域、ソース領域、およびドレイン領域を形成し、
前記第２の島状半導体層上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、
前記ソース領域と電気的に接続するソース電極および前記ドレイン領域と電気的に接続するドレイン電極を形成することにより、トランジスタを形成する半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
前記第１の島状半導体層は、前記レーザー照射により前記絶縁層上で凝集し、上面端部に曲面を形成する、請求項９に記載の半導体装置の作製方法。
【請求項１１】
前記第３の島状半導体層は前記第２の島状半導体層の２倍乃至４倍の膜厚とする、請求項９または１０に記載の半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
前記第２の島状半導体層は、膜厚を１４０ｎｍ以下とする、請求項９乃至１１のいずれか一に記載の半導体装置の作製方法。
【請求項１３】
前記基板を上面から見たときの前記第１の島状半導体層の平面形状は、短辺と長辺の長さの比が１：ｘ（ｘは１より大きい数）であり、かつ短辺の長さが１０μｍ以下とする、請求項９乃至１２のいずれか一に記載の半導体薄膜基板の作製方法。
【請求項１４】
前記第１の島状半導体層および前記第２の島状半導体層は、単結晶半導体、多結晶半導体、非晶質半導体のいずれかを含む層である、請求項９乃至１３のいずれか一に記載の半導体装置の作製方法。
【請求項１５】
前記絶縁層は酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンのいずれかを含む層である、請求項９乃至１４のいずれか一に記載の半導体装置の作製方法。
【請求項１】
基板上に半導体層を形成し、
前記半導体層を加工して第１の島状半導体層および第２の島状半導体層を形成し、
前記第１の島状半導体層にレーザー照射を行うことにより前記第１の島状半導体層を溶融させ、前記第１の島状半導体層から前記第２の島状半導体層より膜厚が厚い第３の島状半導体層を形成する、半導体薄膜基板の作製方法。
【請求項２】
半導体基板に加速されたイオンを照射して該半導体基板に脆化領域を形成し、
絶縁層を介して前記半導体基板と基板を貼り合わせ、
熱処理により、前記脆化領域において前記半導体基板を分離して、前記基板上に半導体層を形成し、
前記半導体層を加工して第１の島状半導体層および第２の島状半導体層を形成し、
前記第１の島状半導体層にレーザー照射を行うことにより前記第１の島状半導体層を溶融させ、前記第１の島状半導体層から前記第２の島状半導体層より膜厚が厚い第３の島状半導体層を形成する、半導体薄膜基板の作製方法。
【請求項３】
前記第１の島状半導体層は、前記レーザー照射により前記絶縁層上で凝集し、上面端部に曲面を形成する、請求項１または２に記載の半導体薄膜基板の作製方法。
【請求項４】
前記第３の島状半導体層は、前記第２の島状半導体層の２倍乃至４倍の膜厚とする、請求項１乃至３のいずれか一に記載の半導体薄膜基板の作製方法。
【請求項５】
前記第２の島状半導体層は、膜厚を１４０ｎｍ以下とする、請求項１乃至４のいずれか一に記載の半導体薄膜基板の作製方法。
【請求項６】
前記基板を上面から見たときの前記第１の島状半導体層の平面形状は、短辺と長辺の長さの比が１：ｘ（ｘは１より大きい数）であり、かつ短辺の長さが１０μｍ以下とする、請求項１乃至５のいずれか一に記載の半導体薄膜基板の作製方法。
【請求項７】
前記第１の島状半導体層および前記第２の島状半導体層は、単結晶半導体、多結晶半導体、非晶質半導体のいずれかを含む層である、請求項１乃至６のいずれか一に記載の半導体薄膜基板の作製方法。
【請求項８】
前記絶縁層は酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンのいずれかを含む層である、請求項１乃至７のいずれか一に記載の半導体薄膜基板の作製方法。
【請求項９】
基板上に半導体層を形成し、
前記半導体層を加工して第１の島状半導体層および第２の島状半導体層を形成し、
前記第１の島状半導体層にレーザー照射を行うことにより前記第１の島状半導体層を溶融させ、前記第１の島状半導体層から前記第２の島状半導体層より膜厚が厚い第３の島状半導体層を形成した後、
前記第３の島状半導体層に選択的に第１の不純物元素および第２不純物元素を添加して、光電変換を奏する半導体領域、第１の導電型を示す半導体領域、および第２の導電型を示す半導体領域を形成し、
前記第１の導電型を示す半導体領域と電気的に接続する第１の電極および前記第２の導電型を示す半導体領域と電気的に接続する第２の電極を形成することにより、光電変換素子を形成し、
前記第２の島状半導体層に選択的に前記第１の不純物元素または前記第２不純物元素を添加して、チャネル形成領域、ソース領域、およびドレイン領域を形成し、
前記第２の島状半導体層上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、
前記ソース領域と電気的に接続するソース電極および前記ドレイン領域と電気的に接続するドレイン電極を形成することにより、トランジスタを形成する半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
前記第１の島状半導体層は、前記レーザー照射により前記絶縁層上で凝集し、上面端部に曲面を形成する、請求項９に記載の半導体装置の作製方法。
【請求項１１】
前記第３の島状半導体層は前記第２の島状半導体層の２倍乃至４倍の膜厚とする、請求項９または１０に記載の半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
前記第２の島状半導体層は、膜厚を１４０ｎｍ以下とする、請求項９乃至１１のいずれか一に記載の半導体装置の作製方法。
【請求項１３】
前記基板を上面から見たときの前記第１の島状半導体層の平面形状は、短辺と長辺の長さの比が１：ｘ（ｘは１より大きい数）であり、かつ短辺の長さが１０μｍ以下とする、請求項９乃至１２のいずれか一に記載の半導体薄膜基板の作製方法。
【請求項１４】
前記第１の島状半導体層および前記第２の島状半導体層は、単結晶半導体、多結晶半導体、非晶質半導体のいずれかを含む層である、請求項９乃至１３のいずれか一に記載の半導体装置の作製方法。
【請求項１５】
前記絶縁層は酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンのいずれかを含む層である、請求項９乃至１４のいずれか一に記載の半導体装置の作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２４３９１２（Ｐ２０１１−２４３９１２Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１７１２８（Ｐ２０１０−１１７１２８）
【出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【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２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【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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