半導体装置の作製方法

【課題】ガラス基板などの耐熱性の低い支持基板にバッファ層を介して単結晶半導体層が固定された半導体基板を作製する。
【解決手段】イオンドーピング装置により、水素ガスを励起して生成したイオンを加速し単結晶半導体基板に照射し、水素を多量に含んだ損傷領域を形成する。単結晶半導体基板と支持基板を接合させた後、単結晶半導体基板を加熱して、損傷領域で単結晶半導体基板を分離する。単結晶半導体基板から分離された単結晶半導体層を加熱しながら、この単結晶半導体層にレーザビームを照射する。レーザビームの照射により単結晶半導体層を溶融させることで、再単結晶化して、その結晶性を回復させ、かつ単結晶半導体層の表面を平坦化する。

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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶半導体基板および支持基板を用意し、
イオンドーピング装置により、加速されたイオンを前記単結晶半導体基板に照射することで、前記単結晶半導体基板の表面から所定の深さの領域に損傷領域を形成し、
前記支持基板または前記単結晶半導体基板の少なくとも一方にバッファ層を形成し、
前記支持基板と前記単結晶半導体基板とを前記バッファ層を介して密着させることで、前記支持基板と前記単結晶半導体基板を貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板の加熱によって前記損傷領域に亀裂を生じさせ、前記単結晶半導体基板を前記支持基板から分離することにより、前記単結晶半導体基板から分離された単結晶半導体層が固定された支持基板を形成し、
前記支持基板に固定された前記単結晶半導体層を加熱しながら、前記単結晶半導体層にレーザビームを照射して、前記単結晶半導体層を溶融することで、前記単結晶半導体層を再単結晶化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
単結晶半導体基板および支持基板を用意し、
イオンドーピング装置により、加速されたイオンを前記単結晶半導体基板に照射することで、前記単結晶半導体基板の表面から所定の深さの領域に損傷領域を形成し、
前記支持基板または前記単結晶半導体基板の少なくとも一方にバッファ層を形成し、
前記支持基板と前記単結晶半導体基板とを前記バッファ層を介して密着させることで、前記支持基板と前記単結晶半導体基板を貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板の加熱によって前記損傷領域に亀裂を生じさせ、前記単結晶半導体基板を前記支持基板から分離することにより、前記単結晶半導体基板から分離された単結晶半導体層が固定された支持基板を形成し、
前記支持基板に固定された前記単結晶半導体層を加熱しながら、前記単結晶半導体層にレーザビームを照射して、前記単結晶半導体層の前記レーザビームが照射されている領域の表面および表面近傍を溶融することで、前記単結晶半導体層を再単結晶化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
単結晶半導体基板および支持基板を用意し、
イオンドーピング装置により、加速されたイオンを前記単結晶半導体基板に照射することで、前記単結晶半導体基板の表面から所定の深さの領域に損傷領域を形成し、
前記支持基板または前記単結晶半導体基板の少なくとも一方にバッファ層を形成し、
前記支持基板と前記単結晶半導体基板とを前記バッファ層を介して密着させることで、前記支持基板と前記単結晶半導体基板を貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板の加熱によって前記損傷領域に亀裂を生じさせ、前記単結晶半導体基板を前記支持基板から分離することにより、前記単結晶半導体基板から分離された単結晶半導体層が固定された支持基板を形成し、
前記支持基板に固定された前記単結晶半導体層を加熱しながら、前記単結晶半導体層にレーザビームを照射して、前記単結晶半導体層の前記レーザビームが照射されている領域を表面から当該領域の厚さよりも浅い部分までを溶融することで、前記単結晶半導体層を再単結晶化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
単結晶半導体基板および支持基板を用意し、
イオンドーピング装置により、加速されたイオンを前記単結晶半導体基板に照射することで、前記単結晶半導体基板の表面から所定の深さの領域に損傷領域を形成し、
前記支持基板または前記単結晶半導体基板の少なくとも一方にバッファ層を形成し、
前記支持基板と前記単結晶半導体基板とを前記バッファ層を介して密着させることで、前記支持基板と前記単結晶半導体基板を貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板の加熱によって前記損傷領域に亀裂を生じさせ、前記単結晶半導体基板を前記支持基板から分離することにより、前記単結晶半導体基板から分離された単結晶半導体層が固定された支持基板を形成し、
前記支持基板に固定された前記単結晶半導体層を加熱しながら、前記支持基板に固定された前記単結晶半導体層にレーザビームを照射して、前記単結晶半導体層の前記レーザビームが照射されている領域を表面から深さ方向に全て溶融することで、前記単結晶半導体層を再単結晶化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
単結晶半導体基板および支持基板を用意し、
イオンドーピング装置により、加速されたイオンを前記単結晶半導体基板に照射することで、前記単結晶半導体基板の表面から所定の深さの領域に損傷領域を形成し、
前記支持基板または前記単結晶半導体基板の少なくとも一方にバッファ層を形成し、
前記支持基板と前記単結晶半導体基板とを前記バッファ層を介して密着させることで、前記支持基板と前記単結晶半導体基板を貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板の加熱によって前記損傷領域に亀裂を生じさせ、前記単結晶半導体基板を前記支持基板から分離することにより、前記単結晶半導体基板から分離された単結晶半導体層が固定された支持基板を形成し、
４００℃以上であり、かつ支持基板の歪点以下の温度で、前記支持基板に固定された前記単結晶半導体層を加熱しながら前記単結晶半導体層にレーザビームを照射して、前記単結晶半導体層を溶融することで、前記単結晶半導体層を再単結晶化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
単結晶半導体基板および支持基板を用意し、
イオンドーピング装置により、加速されたイオンを前記単結晶半導体基板に照射することで、前記単結晶半導体基板の表面から所定の深さの領域に損傷領域を形成し、
前記支持基板または前記単結晶半導体基板の少なくとも一方にバッファ層を形成し、
前記支持基板と前記単結晶半導体基板とを前記バッファ層を介して密着させることで、前記支持基板と前記単結晶半導体基板を貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板の加熱によって前記損傷領域に亀裂を生じさせ、前記単結晶半導体基板を前記支持基板から分離することにより、前記単結晶半導体基板から分離された単結晶半導体層が固定された支持基板を形成し、
４００℃以上６５０℃以下で、前記支持基板に固定された前記単結晶半導体層を加熱しながら前記単結晶半導体層にレーザビームを照射して、前記単結晶半導体層を溶融することで、前記単結晶半導体層を再単結晶化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
単結晶半導体基板および支持基板を用意し、
イオンドーピング装置により、加速されたイオンを前記単結晶半導体基板に照射することで、前記単結晶半導体基板の表面から所定の深さの領域に損傷領域を形成し、
前記支持基板または前記単結晶半導体基板の少なくとも一方にバッファ層を形成し、
前記支持基板と前記単結晶半導体基板とを前記バッファ層を介して密着させることで、前記支持基板と前記単結晶半導体基板を貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板の加熱によって前記損傷領域に亀裂を生じさせ、前記単結晶半導体基板を前記支持基板から分離することにより、前記単結晶半導体基板から分離された単結晶半導体層が固定された支持基板を形成し、
前記支持基板に固定された前記単結晶半導体層を加熱しながら、前記単結晶半導体層にレーザビームを照射して、前記単結晶半導体層を溶融することで、前記単結晶半導体層を再単結晶化させ、
前記レーザビームの照射によって前記単結晶半導体層が溶融している時間は、２００ナノ秒以上１０００ナノ秒以下であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
請求項１乃至３、および請求項７のいずれか１項において、
４００℃以上前記支持基板の歪点以下の温度で、前記単結晶半導体層が固定された前記支持基板を加熱しながら、前記支持基板に固定された前記単結晶半導体層にレーザビームを照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】
請求項１乃至３、および請求項７のいずれか１項において、
４５０℃以上６５０℃以下の温度で、前記単結晶半導体層が固定された前記支持基板を加熱しながら、前記支持基板に固定された前記単結晶半導体層にレーザビームを照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項において、
前記不活性気体雰囲気中で、前記単結晶半導体層に前記レーザビームを照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記不活性気体は、窒素ガスまたは希ガスであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記不活性気体は、酸素ガスの濃度が３０ｐｐｍ以下であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項において、
水素ガスを励起して、Ｈ_３^＋を含むプラズマを生成し、前記プラズマに含まれるイオンを加速して、前記単結晶半導体基板に照射することで、前記損傷領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項において、
前記支持基板は、歪み点が６５０℃以上６９０℃以下であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれか１項において、
前記支持基板は、ガラス基板であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】
請求項１乃至１３のいずれか１項において、
前記支持基板は、無アルカリガラス基板（商品名ＡＮ１００）、無アルカリガラス基板（商品名ＥＡＧＬＥ２０００（登録商標））または無アルカリガラス基板（商品名ＥＡＧＬＥＸＧ（登録商標））であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか１項において、
被照射面において前記レーザビームの断面形状は線状、正方形、または長方形であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１８】
バッファ層を介して、ガラス基板に単結晶半導体層を固定し、
当該ガラス基板の歪点以下の温度で前記ガラス基板に固定された前記単結晶半導体層を加熱し、かつ前記単結晶半導体層の一部にレーザビームを照射して、前記レーザビームが照射されている領域の前記単結晶半導体層を溶融させることで、前記レーザビームの照射領域と隣接する領域の単結晶半導体と結晶方位が揃った単結晶半導体に再単結晶化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１９】
ガラス基板上に単結晶半導体層を固定し、
当該ガラス基板の歪点以下の温度で前記ガラス基板に固定された前記単結晶半導体層を加熱し、かつ前記単結晶半導体層の一部にレーザビームを照射して、前記レーザビームが照射されている領域の前記単結晶半導体層を溶融させることで、前記レーザビームの照射領域と隣接する領域の単結晶半導体と結晶方位が揃った単結晶半導体に再単結晶化させ、
被照射面において、前記レーザビームの断面形状は正方形、長方形または線状であり、
前記単結晶半導体層が固定された前記ガラス基板を移動しながら、前記レーザビームを照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２０】
バッファ層を介して、ガラス基板に単結晶半導体層を固定し、
当該ガラス基板の歪点以下の温度で前記ガラス基板に固定された前記単結晶半導体層を加熱し、かつ前記単結晶半導体層の一部にレーザビームを照射して、下層に単結晶半導体を残したまま、上層を溶融させることで、前記上層を、前記下層の単結晶半導体と結晶方位が揃った単結晶半導体に再単結晶化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２１】
バッファ層を介して、ガラス基板に単結晶半導体層を固定し、
当該ガラス基板の歪点以下の温度で前記ガラス基板に固定された前記単結晶半導体層を加熱し、かつ前記単結晶半導体層の一部にレーザビームを照射して、下層に単結晶半導体を残したまま、上層を溶融させることで、前記上層を、前記下層の単結晶半導体と結晶方位が揃った単結晶半導体に再単結晶化させ、
前記レーザビームの断面形状は正方形、長方形または線状であり、
前記単結晶半導体層が固定された前記ガラス基板を移動しながら、前記レーザビームを照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２２】
請求項１８乃至２１のいずれか１項において、
前記レーザビームを前記単結晶半導体層に照射することで、前記溶融されていた部分の再単結晶化とともに、当該部分の欠陥を修復する半導体装置の作製方法。
【請求項２３】
請求項１８乃至２２のいずれか１項において、
前記ガラス基板は、無アルカリガラス基板（商品名ＡＮ１００）、無アルカリガラス基板（商品名ＥＡＧＬＥ２０００（登録商標））または無アルカリガラス基板（商品名ＥＡＧＬＥＸＧ（登録商標））であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２４】
請求項１８乃至２３のいずれか１項において、
前記バッファ層は多層構造であり、前記単結晶半導体層内へのナトリウムの侵入を防ぐためのバリア層を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２５】
請求項１８乃至２３のいずれか１項において、
前記バッファ層は多層構造であり、窒化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２６】
請求項１８乃至２３のいずれか１項において、
前記バッファ層は多層構造であり、前記ガラス基板または前記単結晶半導体層と接合する接合層を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２７】
請求項１８乃至２３のいずれか１項において、
前記バッファ層は多層構造であり、前記単結晶半導体層を酸化した酸化物膜を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２８】
請求項１８乃至２３のいずれか１項において、
前記バッファ層は多層構造であり、前記ガラス基板または前記単結晶半導体層と接合している接合層、および前記単結晶半導体層内へのナトリウムの侵入を防ぐためのバリア層とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２９】
請求項１８乃至２３のいずれか１項において、
前記バッファ層は多層構造であり、前記ガラス基板と接合している接合層と、前記単結晶半導体層と接する絶縁膜と、前記接合層と前記絶縁膜の間に形成された前記単結晶半導体層内へのナトリウムの侵入を防ぐためのバリア層とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３０】
請求項２９において、
前記単結晶半導体層に接する絶縁膜は、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３１】
請求項２９において、
前記単結晶半導体層に接する絶縁膜は、前記単結晶半導体層を酸化した酸化物膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３２】
請求項２９において、
前記バリア層は、窒化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３３】
請求項１乃至３２のいずれか１項において、
前記バッファ層は多層構造であり、前記単結晶半導体層に密着する絶縁膜を有し、前記絶縁膜はハロゲンを含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。

【図１】