半導体装置の作製方法
【課題】ダングリングボンドの発生を抑制することを課題とする。
【解決手段】半導体膜を形成し、前記半導体膜に、一導電性を有する不純物元素を添加して、前記半導体膜中に、不純物領域、及び、チャネル形成領域を形成し、前記島状半導体上に、ゲート絶縁膜及びゲート電極を形成し、前記半導体膜、ゲート絶縁膜、ゲート電極を覆って、フッ素を含む絶縁膜を形成し、前記半導体膜、前記フッ素を含む絶縁膜を加熱し、前記フッ素を含む絶縁膜を加熱した後に、前記フッ素を含む絶縁膜上に、前記不純物領域に電気的に接続される配線を形成する半導体装置の作製方法に関するものである。前記フッ素を含む絶縁膜は、フッ素を含む酸化珪素膜、フッ素と窒素を含む酸化珪素膜、フッ素を含む窒化珪素膜のいずれか１つである。
【解決手段】半導体膜を形成し、前記半導体膜に、一導電性を有する不純物元素を添加して、前記半導体膜中に、不純物領域、及び、チャネル形成領域を形成し、前記島状半導体上に、ゲート絶縁膜及びゲート電極を形成し、前記半導体膜、ゲート絶縁膜、ゲート電極を覆って、フッ素を含む絶縁膜を形成し、前記半導体膜、前記フッ素を含む絶縁膜を加熱し、前記フッ素を含む絶縁膜を加熱した後に、前記フッ素を含む絶縁膜上に、前記不純物領域に電気的に接続される配線を形成する半導体装置の作製方法に関するものである。前記フッ素を含む絶縁膜は、フッ素を含む酸化珪素膜、フッ素と窒素を含む酸化珪素膜、フッ素を含む窒化珪素膜のいずれか１つである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体膜を用いて形成される薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）を有する半導体装置の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体膜（厚さ数〜数百ｎｍ程度）を用いてＴＦＴを形成している。
【０００３】
活性層となる半導体膜として、例えば珪素膜が挙げられる。珪素膜中には、珪素原子同士の結合（Ｓｉ−Ｓｉ結合）、珪素原子と、活性層に隣接する酸化膜中の酸素原子との結合（Ｓｉ−Ｏ結合）のいずれの結合もされていない未結合の珪素結合手、いわゆるダングリングボンドが存在する。ダングリングボンドは、電荷のトラップと再放出を行う界面準位として機能するため、ＴＦＴならびに半導体装置の信頼性に悪影響を及ぼす恐れがある（特許文献１参照）。
【０００４】
半導体膜中のダングリングボンドは、水素を含む絶縁膜で半導体膜を覆い、加熱処理することで、半導体膜中のダングリングボンドを終端化させていた（非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−１７３４３９号公報
【非特許文献１】Ｙｕｉｃｈｉｒｏ Ｍｉｔａｎｉ ｅｔ ａｌ．， 第１２回ゲートスタック研究会、 ｐ．６７（２００７）．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水素によるダングリングボンド終端化によって、半導体膜中の欠陥を低減する方法では、半導体膜に電気的、熱的ストレスがかかったとき、例えばゲート絶縁膜においてはゲート電極に電圧をかけ続けたとき、多結晶珪素膜などで形成される活性層においては、チャネル形成領域に電流が流れ続けたときに、珪素と水素の結合（Ｓｉ−Ｈ結合）が乖離してしまう。これにより珪素のダングリングボンドが発生し、トランジスタの特性、例えば、しきい値Ｖｔｈ、移動度、サブスレッショルド値等を低下させる。
【０００６】
また水素でダングリングボンドを終端化する際に、５５０℃以上といった高温で処理すると、水素原子が珪素膜から脱離していってしまうので、３５０℃程度の低い温度をかけることしかできない。
【０００７】
そのため、半導体膜に不純物元素を添加した後の工程において、添加された不純物元素を活性化するために、５５０℃以上という高温で加熱しなくてはならないが、水素でダングリングボンドを終端化するための温度は３５０℃程度と低い。そこで、まず不純物元素の活性化のために高温処理を行い、その後にダングリングボンド終端化という低温処理を行わなければならない。
【０００８】
本発明では、ダングリングボンドの発生を抑制し、しきい値Ｖｔｈ、移動度、サブスレッショルド値等のトランジスタの特性の低下を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、半導体膜中のダングリングボンドを、水素ではなくフッ素によって終端化する。半導体膜として珪素膜を用いた場合、珪素とフッ素の結合（Ｓｉ−Ｆ結合）は、珪素と水素の結合（Ｓｉ−Ｈ結合）に比べてストレスに強い。
【００１０】
本発明では、半導体膜中のダングリングボンド終端化には、フッ素を含む膜を用いる。具体的には、半導体膜上に形成される層間絶縁膜をフッ素を含む絶縁膜にて形成される。
【００１１】
これにより、層間絶縁膜中のフッ素原子と、半導体膜中のダングリングボンドが結合して、ダングリングボンドが終端化される。
【００１２】
またフッ素を用いてダングリングボンドを終端化する際に、５５０℃以上といった高温で処理しても、終端化したフッ素原子が脱離しないため、不純物元素の活性化を兼ねて５５０℃以上の熱処理を行うことができる。
【００１３】
本発明は、半導体膜を形成し、前記半導体膜に、一導電性を有する不純物元素を添加して、前記半導体膜中に、不純物領域、及び、チャネル形成領域を形成し、前記半導体膜上に、ゲート絶縁膜及びゲート電極を形成し、前記半導体膜、ゲート絶縁膜、ゲート電極を覆って、フッ素を含む絶縁膜を形成し、前記半導体膜、前記フッ素を含む絶縁膜を加熱することにより、前記不純物領域中の不純物元素を活性化させ、かつ、前記半導体膜中のダングリングボンドをフッ素により終端化させ、前記フッ素を含む絶縁膜を加熱した後に、前記フッ素を含む絶縁膜上に、前記不純物領域に電気的に接続される配線を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法に関するものである。
【００１４】
本発明において、前記フッ素を含む絶縁膜は、フッ素を含む酸化珪素膜、フッ素と窒素を含む酸化珪素膜、フッ素を含む窒化珪素膜のいずれか１つである。
【００１５】
本発明において、前記フッ素を含む絶縁膜は、５５０℃以上で加熱される。
【００１６】
本発明において、前記半導体膜に、前記一導電性を有する不純物元素を添加することにより、前記半導体膜中の不純物領域が非晶質化され、前記半導体膜、前記フッ素を含む絶縁膜を加熱することにより、前記非晶質化された不純物領域の結晶性が回復される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、不純物元素の活性工程とダングリングボンド終端化のための加熱処理が１回ですむので、作製工程を減らすことができ、さらに作製コストを低減できる。
【００１８】
トランジスタの半導体膜を５５０℃以上で活性化すると、ストレスに対して劣化しにくくなるので、電気的かつ熱的ストレスに強いトランジスタ形成ができる。
【００１９】
また終端化のためのフッ素は層間絶縁膜に含まれているのだが、層間絶縁膜にフッ素を含む膜を用いることで、層間絶縁膜を低誘電率化できる。
【００２０】
また、トランジスタの、ソース領域及びドレイン領域が不純物元素導入後にアモルファス化するため、不純物元素活性化とダングリングボンド終端化を一緒に行うと、フッ素がソース領域及びドレイン領域中を拡散しやすくなる。そのためチャネル形成領域のダングリングボンドをより効果的に補償できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本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、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
［実施の形態１］
本実施の形態を、図１（Ａ）〜図１（Ｇ）を用いて説明する。
【００２３】
まず基板５０１上に下地絶縁膜５０２、非晶質半導体膜５０３（例えば非晶質珪素膜（アモルファスシリコン膜））を成膜する（図１（Ａ）参照）。
【００２４】
基板５０１は、絶縁性を有するものまたは絶縁表面を有するものであり、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われるガラス基板（「無アルカリガラス基板」とも呼ばれる）が適用される。その他に石英基板、セラミック基板、表面が絶縁膜で被覆された金属基板などを用いても良い。
【００２５】
下地絶縁膜５０２は、酸化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜から選ばれた１つまたは複数の膜を積層して形成することができる。
【００２６】
非晶質半導体膜５０３は、シリコンを含む半導体膜でもよいし、ゲルマニウムを含む半導体膜でもよい。
【００２７】
また非晶質半導体膜５０３の代わりに、セミアモルファス半導体膜を用いても良い。
【００２８】
セミアモルファス半導体膜とは、非晶質半導体と結晶構造を有する半導体（単結晶、多結晶を含む）膜の中間的な構造の半導体を含む膜である。このセミアモルファス半導体膜は、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有する半導体膜であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質なものであり、その粒径を０．５〜２０ｎｍとして非単結晶半導体膜中に分散させて存在せしめることが可能である。
【００２９】
本明細書では便宜上、このような半導体膜をセミアモルファス半導体（ＳＡＳ）膜と呼ぶ。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで安定性が増し良好なセミアモルファス半導体膜が得られる。なお微結晶半導体膜（マイクロクリスタル半導体膜）もセミアモルファス半導体膜に含まれる。
【００３０】
セミアモルファス半導体膜として、例えばセミアモルファスシリコン膜が挙げられる。セミアモルファスシリコン膜は、そのラマンスペクトルが５２０ｃｍ−１よりも低波数側にシフトしており、またＸ線回折ではシリコン（Ｓｉ）結晶格子に由来するとされる（１１１）、（２２０）の回折ピークが観測される。
【００３１】
またセミアモルファスシリコン膜は珪素（シリコン）を含む気体をグロー放電分解することにより得ることができる。代表的な珪素（シリコン）を含む気体としては、ＳｉＨ４であり、その他にもＳｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４などを用いることができる。また水素や、水素にヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素を加えたガスで、この珪素（シリコン）を含む気体を希釈して用いることで、セミアモルファスシリコン膜の形成を容易なものとすることができる。希釈率は２倍〜１０００倍の範囲で珪素（シリコン）を含む気体を希釈することが好ましい。またさらに、珪素（シリコン）を含む気体中に、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６などの炭化物気体、ＧｅＨ４、ＧｅＦ４などのゲルマニウム化気体、Ｆ２などを混入させて、エネルギーバンド幅を１．５〜２．４ｅＶ、若しくは０．９〜１．１ｅＶに調節しても良い。
【００３２】
非晶質半導体膜５０３を成膜後、脱水素熱処理を行い、その後結晶化を行う。結晶化はレーザ照射によって行う。非晶質半導体膜５０３にレーザビーム５０５を照射すると、照射された領域が、結晶性半導体膜５０４となる（図１（Ｂ）参照）。
【００３３】
レーザ照射を用いる場合、連続発振型のレーザビーム（ＣＷレーザビーム）やパルス発振型のレーザビーム（パルスレーザビーム）を用いることができる。ここで用いることができるレーザビームは、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザなどの気体レーザ、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ４、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ２Ｏ３、ＹＶＯ４、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザのうち一種または複数種から発振されるものを用いることができる。このようなレーザビームの基本波、及びこれらの基本波の第２高調波から第４高調波のレーザビームを照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（基本波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いることができる。このときレーザのパワー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ２程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ２）が必要である。そして、走査速度を１０〜２０００ｃｍ／ｓｅｃ程度として照射する。
【００３４】
なお、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ４、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ２Ｏ３、ＹＶＯ４、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、Ａｒイオンレーザ、またはＴｉ：サファイアレーザは、連続発振をさせることが可能であり、Ｑスイッチ動作やモード同期などを行うことによって１０ＭＨｚ以上の発振周波数でパルス発振をさせることも可能である。１０ＭＨｚ以上の発振周波数でレーザビームを発振させると、半導体膜がレーザによって溶融してから固化するまでの間に、次のパルスが半導体膜に照射される。従って、発振周波数が低いパルスレーザを用いる場合と異なり、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるため、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。
【００３５】
媒質としてセラミック（多結晶）を用いると、短時間かつ低コストで自由な形状に媒質を形成することが可能である。単結晶を用いる場合、通常、直径数ｍｍ、長さ数十ｍｍの円柱状の媒質が用いられているが、セラミックを用いる場合はさらに大きいものを作ることが可能である。
【００３６】
発光に直接寄与する媒質中のＮｄ、Ｙｂなどのドーパントの濃度は、単結晶中でも多結晶中でも大きくは変えられないため、濃度を増加させることによるレーザの出力向上にはある程度限界がある。しかしながら、セラミックの場合、単結晶と比較して媒質の大きさを著しく大きくすることができるため大幅な出力を向上させることが可能となる。
【００３７】
さらに、セラミックの場合では、平行六面体形状や直方体形状の媒質を容易に形成することが可能である。このような形状の媒質を用いて、発振光を媒質の内部でジグザグに進行させると、発振光路を長くとることができる。そのため、増幅が大きくなり、大出力で発振させることが可能になる。また、このような形状の媒質から射出されるレーザビームは射出時の断面形状が四角形状であるため、丸状のビームと比較すると、線状ビームに整形するのに有利である。このように射出されたレーザビームを、光学系を用いて整形することによって、短手の長さ１ｍｍ以下、長手の長さ数ｍｍ〜数ｍの線状ビームを容易に得ることが可能となる。また、励起光を媒質に均一に照射することにより、線状ビームは長手方向にエネルギー分布の均一なものとなる。
【００３８】
この線状のレーザビーム５０５を非晶質半導体膜５０３に照射することによって、非晶質半導体膜５０３の全面をより均一にアニールすることが可能になる。線状ビームの両端まで均一なアニールが必要な場合は、その両端にスリットを配置し、エネルギーの減衰部を遮光するなどの工夫が必要となる。
【００３９】
ここで必要であれば、得られた結晶性半導体膜５０４に、半導体装置のしきい値を制御するために、ｐ型を付与する不純物元素、例えばホウ素を添加してもよい。
【００４０】
次いで結晶性半導体膜５０４をドライエッチングにてエッチングして、島状半導体膜５０７を形成する（図１（Ｃ）参照）。
【００４１】
次いで島状半導体膜５０７を覆ってゲート絶縁膜５０８を形成する。ゲート絶縁膜は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜のいずれか１つ、あるいはこれらの積層膜であればよい。
【００４２】
ゲート絶縁膜５０８上にゲート電極５０９を形成する（図１（Ｄ）参照）。ゲート電極５０９の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ネオジム（Ｎｄ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）のいずれか１つ、あるいは複数の膜の積層、さらにあるいは複数の材料の合金を用いることが可能である。
【００４３】
次いで、ゲート電極５０９をマスクとして、島状半導体膜５０７に一導電性を付与する不純物元素を導入して、チャネル形成領域５１１、並びに、ソース領域及びドレイン領域である高濃度不純物領域５１２を形成する（図１（Ｅ）参照）。またマスクやサイドウォールを形成する、あるいは、ゲート電極５０９を二層にする等により、チャネル形成領域５１１と高濃度不純物領域５１２との間に低濃度不純物領域を形成しても良い。
【００４４】
一導電性を付与する不純物元素としては、ｎ型の不純物元素としては、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）等を用いればよい。またｐ型の不純物元素としては、ホウ素（Ｂ）を用いればよい。なお、結晶性半導体膜５０４に、ｐ型を付与する不純物元素、例えばホウ素を添加が添加されていた場合、かつ、一導電性を付与する不純物元素としてｎ型の不純物元素を用いた場合は、チャネル形成領域５１１と高濃度不純物領域５１２の極性は逆になる。
【００４５】
島状半導体膜５０７中に一導電性を付与する不純物元素を導入すると、導入された領域、すなわち高濃度不純物領域５１２の結晶性が破壊され、非晶質となる。よって結晶性を回復するために加熱工程が必要となる。
【００４６】
次いで島状半導体膜５０７、ゲート絶縁膜５０８、ゲート電極５０９を覆って、層間絶縁膜５１４を形成する（図１（Ｆ）参照）。層間絶縁膜５１４は、フッ素を含む絶縁膜の単層または積層により形成されており、フッ素を含む絶縁膜とは、フッ素を含む酸化珪素膜（本明細書では「ＳｉＯＦ」と呼ぶ）、フッ素と窒素を含む酸化珪素膜（本明細書では「ＳｉＯＮＦ」と呼ぶ）、フッ素を含む窒化珪素膜（本明細書では「ＳｉＮＦ」と呼ぶ）等が挙げられる。
【００４７】
フッ素を含む絶縁膜は、フッ素を含む原料ガスを用いてプラズマＣＶＤ法で形成してもよい。またフッ素を含む絶縁物を用いてスパッタ法で成膜してもよい。さらには、絶縁膜をプラズマＣＶＤ法やスパッタ法で成膜後、フッ素を成膜した絶縁膜に添加してもよい。
【００４８】
フッ素を含む絶縁膜で層間絶縁膜５１４を形成すると、誘電率を低くすることができる。フッ素を含む絶縁膜のフッ素の濃度を大きくすると、フッ素を含む絶縁膜の誘電率は小さくなる傾向にある。そのため、本発明のフッ素を含む絶縁膜のフッ素の濃度は、５原子％以上であることが好ましい。しかし、フッ素を含む絶縁膜中のフッ素濃度を大きくしていくと、フッ素を含む絶縁膜の吸湿性が増加する。このフッ素を含む絶縁膜の吸湿性は、成膜方法により異なり、高密度プラズマを用いたプラズマＣＶＤで形成した場合はフッ素の濃度を大きくしても吸湿性を低く抑えることが可能である。そのため、例えば、フッ素を５原子％以上、１０原子％以下の濃度となるように本発明のフッ素を含む絶縁膜を形成することが好ましい。
【００４９】
フッ素を含まない酸化珪素膜の誘電率は３．８〜４．０である。一方、フッ素を含む酸化珪素膜（ＳｉＯＦ）の誘電率は３．４〜３．６であり、フッ素を含むと誘電率が下がる。
【００５０】
層間絶縁膜５１４を形成したら、５５０℃以上の温度、具体的には、５５０℃で４時間加熱する。また基板５０１としてガラス基板を用いる場合は、５５０℃以上かつガラス歪点以下の温度で加熱する。この加熱工程により層間絶縁膜５１４に含まれるフッ素が、島状半導体膜５０７中のダングリングボンドを終端化すると同時に、添加された一導電性の不純物元素が活性化し、不純物元素が添加された高濃度不純物領域５１２の結晶性が回復する。すなわち、ダングリングボンド終端化の工程と不純物元素活性化の工程を同時に行うことが可能である。
【００５１】
また高濃度不純物領域５１２は、不純物元素の添加で非晶質化しているので、層間絶縁膜５１４からのフッ素原子の拡散がしやすくなる。その結果、チャネル形成領域５１１中のダングリングボンドをより効果的に終端化できる。
【００５２】
島状半導体膜５０７中のダングリングボンド終端化のためのアニールを、従来よりも高温で行うことにより、島状半導体膜５０７さらにはＴＦＴがストレスに対して劣化しにくくなり、ＴＦＴの安定化を図ることが可能となる。
【００５３】
次いで、層間絶縁膜５１４上に配線５１５を形成する（図１（Ｇ）参照）。配線５１５は層間絶縁膜５１４中のコンタクトホールを介して、高濃度不純物領域５１２に電気的に接続されている。以上により本実施の形態の半導体装置が作製される。
【００５４】
本発明では、不純物元素活性工程とダングリングボンド終端化のための加熱処理が１回ですむので、半導体装置の作製工程を減らすことができ、さらに作製コストを低減できる。また電気的及び熱的ストレスに強い半導体装置を得ることができる。
【００５５】
［実施の形態２］
本実施の形態では、実施の形態１で示した島状半導体膜５０７をＳＯＩ基板を用いて説明する。
【００５６】
本実施の形態に係るＳＯＩ構造を有する基板及びその作製方法を、図２（Ａ）〜図２（Ｂ）、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）、図５（Ａ）〜図５（Ｂ）、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）、図８（Ａ）〜図８（Ｂ）、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）を用いて説明する。
【００５７】
まずＳＯＩ構造を有する基板の構造について、図２（Ａ）〜図２（Ｂ）、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を用いて説明する。
【００５８】
図２（Ａ）において支持基板１００は絶縁性を有するものまたは絶縁表面を有するものであり、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われるガラス基板（「無アルカリガラス基板」とも呼ばれる）が適用される。
【００５９】
すなわち、支持基板１００として、熱膨張係数が２５×１０−７／℃から５０×１０−７／℃（好ましくは、３０×１０−７／℃から４０×１０−７／℃）であって歪み点が５８０℃から６８０℃（好ましくは、６００℃から６８０℃）のガラス基板を適用することができる。その他に石英基板、セラミック基板、表面が絶縁膜で被覆された金属基板などのも適用可能である。
【００６０】
ＬＴＳＳ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）層１０１は単結晶半導体層であり、代表的には単結晶シリコン（単結晶珪素）が適用される。
【００６１】
その他に、ＬＴＳＳ層１０１として、水素イオン注入剥離法のようにして単結晶半導体基板もしくは多結晶半導体基板から剥離可能であるシリコン、ゲルマニウム、その他、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの化合物半導体による結晶性半導体層を適用することもできる。
【００６２】
支持基板１００とＬＴＳＳ層１０１の間には、平滑面を有し親水性表面を形成する接合層１０２を設ける。この接合層１０２は平滑面を有し親水性表面を有する層とする。このような表面を形成可能なものとして、化学的な反応により形成される絶縁層が好ましい。例えば、熱的または化学的な反応により形成される酸化半導体膜が適している。主として化学的な反応により形成される膜であれば表面の平滑性を確保できるからである。
【００６３】
また、平滑面を有し親水性表面を形成する接合層１０２は０．２ｎｍ乃至５００ｎｍの厚さで設けられる。この厚さであれば、被成膜表面の表面荒れを平滑化すると共に、当該膜の成長表面の平滑性を確保することが可能である。
【００６４】
ＬＴＳＳ層１０１がシリコンによるものであれば、酸化性雰囲気下において熱処理により形成される酸化シリコン、酸素ラジカルの反応により成長する酸化シリコン、酸化性の薬液により形成されるケミカルオキサイドなどを接合層１０２とすることができる。
【００６５】
接合層１０２としてケミカルオキサイドを用いる場合には０．１ｎｍから１ｎｍの厚さであれば良い。また、好適には化学気相成長法により堆積される酸化シリコンを接合層１０２とすることができる。この場合、有機シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコンが好ましい。
【００６６】
有機シランガスとしては、珪酸エチル（ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ：化学式Ｓｉ（ＣＨ３）４）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＣ２Ｈ５）３）、トリスジメチルアミノシラン（ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３）等のシリコン含有化合物を用いることができる。
【００６７】
接合層１０２はＬＴＳＳ層１０１側に設けられ、支持基板１００の表面と密接することで、室温であっても接合をすることが可能である。より強固に接合を形成するには、支持基板１００とＬＴＳＳ層１０１を押圧すれば良い。異種材料である支持基板１００と接合層１０２を接合するには表面を清浄化する。支持基板１００と接合層１０２の互いに清浄化された表面を密接させると表面間引力により接合が形成される。
【００６８】
さらに、支持基板１００の表面に複数の親水基を付着させる処理を加えると、接合を形成するのにより好ましい態様となる。例えば、支持基板１００の表面を酸素プラズマ処理もしくはオゾン処理して親水性にすることが好ましい。
【００６９】
このように支持基板１００の表面を親水性にする処理を加えた場合には、表面の水酸基が作用して水素結合により接合が形成される。さらに清浄化された表面同士を密接させて接合を形成したものに対して、室温以上の温度で加熱すると接合強度高めることができる。
【００７０】
異種材料である支持基板１００と接合層１０２を接合するための処理として、接合を形成する表面にアルゴンなどの不活性ガスによるイオンビームを照射して清浄化しても良い。イオンビームの照射により、支持基板１００もしくは接合層１０２の表面に未結合手が露呈して非常に活性な表面が形成される。
【００７１】
このように活性化された表面同士を密接させると、支持基板１００と接合層１０２の接合を低温でも形成することが可能である。表面を活性化して接合を形成する方法は、当該表面を高度に清浄化しておくことが要求されるので、真空中で行うことが好ましい。
【００７２】
ＬＴＳＳ層１０１は結晶半導体基板を薄片化して形成されるものである。例えば、単結晶半導体基板として単結晶シリコン基板を用いた場合、単結晶シリコン基板の所定の深さに水素またはフッ素をイオン注入し、その後熱処理を行って表層の単結晶シリコン層を剥離するイオン注入剥離法で形成することができる。また、ポーラスシリコン（多孔性シリコン）上に単結晶シリコンをエピタキシャル成長させた後、ポーラスシリコン層をウォータージェットで劈開して剥離する方法を適用しても良い。ＬＴＳＳ層１０１の厚さは５ｎｍ乃至５００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ乃至２００ｎｍの厚さである。
【００７３】
図２（Ｂ）は支持基板１００にバリア層１０３と接合層１０２を設けた構成を示す。バリア層１０３を設けることで、支持基板１００として用いられるガラス基板からアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のような可動イオン不純物が拡散してＬＴＳＳ層１０１が汚染されることを防ぐことができる。バリア層１０３上には接合層１０２を設けることが好ましい。
【００７４】
支持基板１００において、不純物の拡散を防止するバリア層１０３と接合強度を確保する接合層１０２とによる機能が異なる複数の層を設けることにより、支持基板の選択範囲を広げることができる。ＬＴＳＳ層１０１側にも接合層１０２を設けておくことが好ましい。すなわち、支持基板１００にＬＴＳＳ層１０１を接合するに際し、接合を形成する面の一方もしくは双方に接合層１０２を設けることが好ましく、それにより接合強度を高めることができる。
【００７５】
図３（Ａ）はＬＴＳＳ層１０１と接合層１０２の間に絶縁層１０４を設けた構成を示す。絶縁層１０４は窒素を含有する絶縁層であることが好ましい。例えば、窒化シリコン膜、酸素を含む窒化シリコン膜もしくは窒素を含む酸化シリコン膜から選ばれた１つまたは複数の膜を積層して形成することができる。
【００７６】
例えば、絶縁層１０４として、ＬＴＳＳ層１０１側から窒素を含む酸化シリコン膜、酸素を含む窒化シリコン膜を積層した積層膜を用いることができる。接合層１０２が支持基板１００と接合を形成する機能を有するのに対し、絶縁層１０４は不純物によりＬＴＳＳ層１０１が汚染されることを防止する。
【００７７】
なお、ここで窒素を含む酸化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、濃度範囲として酸素が５５〜６５原子％、窒素が１〜２０原子％、Ｓｉが２５〜３５原子％、水素が０．１〜１０原子％の範囲で含まれるものをいう。また、酸素を含む窒化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、濃度範囲として酸素が１５〜３０原子％、窒素が２０〜３５原子％、Ｓｉが２５〜３５原子％、水素が１５〜２５原子％の範囲で含まれるものをいう。
【００７８】
図３（Ｂ）は、支持基板１００に接合層１０２を設けた構成である。支持基板１００と接合層１０２との間にはバリア層１０３が設けられていることが好ましい。支持基板１００として用いられるガラス基板からアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のような可動イオン不純物が拡散してＬＴＳＳ層１０１が汚染されることを防ぐためである。ＬＴＳＳ層１０１には直接酸化で形成された酸化シリコン層１０５が形成されている。この酸化シリコン層１０５が接合層１０２と接合を形成し、支持基板１００上にＬＴＳＳ層を固定する。酸化シリコン層１０５は熱酸化により形成されたものが好ましい。
【００７９】
図３（Ｃ）は、支持基板１００に接合層１０２を設けた別の構成である。支持基板１００と接合層１０２との間にはバリア層１０３が設けられている。
【００８０】
図３（Ｃ）では、バリア層１０３は一層または複数の層をもって構成する。例えば、ナトリウムなどのイオンをブロッキングする効果の高い窒化シリコン膜または酸素を含む窒化シリコン膜を第１層目として用い、その上層に第２層目として酸化シリコン膜または窒素を含む酸化シリコン膜を設ける。
【００８１】
バリア層１０３の第１層目は不純部の拡散を防止する目的を持った絶縁膜であり緻密な膜であるのに対し、第２層目は第１層目の膜の内部応力が上層に作用しないように、応力を緩和することを一つの目的としている。このように支持基板１００にバリア層１０３を設けることで、ＬＴＳＳ層を接合する際の基板の選択範囲を広げることができる。
【００８２】
バリア層１０３には接合層１０２が形成されており、支持基板１００とＬＴＳＳ層１０１を固定する。
【００８３】
図２（Ａ）〜図２（Ｂ）、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すＳＯＩ構造を有する基板の作製方法について、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）、図５（Ａ）〜図５（Ｂ）、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）、図８（Ａ）〜図８（Ｂ）、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）を用いて説明する。
【００８４】
清浄化された半導体基板１０６の表面から電界で加速されたイオンを所定の深さに注入して分離層１０７を形成する（図４（Ａ）参照）。半導体基板１０６に形成される分離層１０７の深さは、イオンの加速エネルギーとイオンの入射角によって制御する。半導体基板１０６の表面からイオンの平均進入深さに近い深さ領域に分離層１０７が形成される。例えば、ＬＴＳＳ層の厚さは５ｎｍ乃至５００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ乃至２００ｎｍの厚さであり、イオンを注入する際の加速電圧はこのような厚さを考慮して行われる。イオンの注入はイオンドーピング装置を用いて行うことが好ましい。すなわち、ソースガスをプラズマ化して生成された複数のイオン種を質量分離しないで注入するドーピング方式を用いる。
【００８５】
本実施の形態の場合、一または複数の同一の原子から成る質量数の異なるイオンを注入することが好ましい。イオンドーピングは、加速電圧１０ｋｅＶから１００ｋｅＶ、好ましくは３０ｋｅＶから８０ｋｅＶ、ドーズ量は１×１０１６／ｃｍ２から４×１０１６／ｃｍ２、ビーム電流密度が２μＡ／ｃｍ２以上、好ましくは５μＡ／ｃｍ２以上、より好ましくは１０μＡ／ｃｍ２以上とすれば良い。
【００８６】
水素イオンを注入する場合には、Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋イオンを含ませると共に、Ｈ３＋イオンの割合を高めておくことが好ましい。水素イオンを注入する場合には、Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋イオンを含ませると共に、Ｈ３＋イオンの割合を高めておくと注入効率を高めることができ、注入時間を短縮することができる。それにより、半導体基板１０６に形成される分離層１０７の領域には１×１０２０／ｃｍ３（好ましくは５×１０２０／ｃｍ３）以上の水素を含ませることが可能である。
【００８７】
半導体基板１０６中において、局所的に高濃度の水素注入領域を形成すると、結晶構造が乱されて微小な空孔が形成され、分離層１０７を多孔質構造とすることができる。この場合、比較的低温の熱処理によって分離層１０７に形成された微小な空洞の体積変化が起こり、分離層１０７に沿って劈開することにより薄いＬＴＳＳ層を形成することができる。
【００８８】
イオンを質量分離して半導体基板１０６に注入しても、上記と同様に分離層１０７を形成することができる。この場合にも、質量数の大きいイオン（例えばＨ３＋イオン）を選択的に注入することは上記と同様な効果を奏することとなり好ましい。
【００８９】
種々のイオンを生成するガスとしては水素の他に重水素、ヘリウムのような不活性ガスを選択することも可能である。原料ガスにヘリウムを用い、質量分離機能を有さないイオンドーピング装置を用いることにより、Ｈｅ＋イオンの割合が高いイオンビームが得ることができる。このようなイオンを半導体基板１０６に注入することで、微小な空孔を形成することができ上記と同様な分離層１０７を半導体基板１０６中に設けることができる。
【００９０】
分離層１０７の形成に当たってはイオンを高ドーズ条件で注入する必要があり、半導体基板１０６の表面が粗くなってしまう場合がある。そのためイオンが注入される表面に緻密な膜を設けておいても良い。例えば、窒化シリコン膜もしく酸素を含むは窒化シリコン膜などによりイオン注入に対する保護膜を５０ｎｍ乃至２００ｎｍの厚さで設けておいても良い。
【００９１】
次に、支持基板１００と接合を形成する面に接合層１０２として酸化シリコン膜を形成する（図４（Ｂ）参照）。酸化シリコン膜の厚さは１０ｎｍ乃至２００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ乃至１００ｎｍ、より好ましくは２０ｎｍ乃至５０ｎｍとすれば良い。
【００９２】
酸化シリコン膜としては上述のように有機シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコン膜が好ましい。その他に、シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコン膜を適用することもできる。化学気相成長法による成膜では、単結晶半導体基板に形成した分離層１０７から脱ガスが起こらない温度として、例えば３５０℃以下の成膜温度が適用される。また、単結晶もしくは多結晶半導体基板からＬＴＳＳ層を剥離する熱処理は、成膜温度よりも高い熱処理温度が適用される。
【００９３】
支持基板１００と、半導体基板１０６の接合層１０２が形成された面を対向させ、密接させることで接合を形成する（図４（Ｃ）参照）。接合を形成する面は十分に清浄化しておく。そして、支持基板１００と接合層１０２を密接させることにより接合が形成される。接合は初期の段階においてファンデルワールス力が作用するものと考えられ、支持基板１００と半導体基板１０６とを圧接することで水素結合により強固な接合を形成することが可能である。
【００９４】
良好な接合を形成するために、表面を活性化しておいても良い。例えば、接合を形成する面に原子ビームもしくはイオンビームを照射する。原子ビームもしくはイオンビームを利用する場合には、アルゴン等の不活性ガス中性原子ビームもしくは不活性ガスイオンビームを用いることができる。その他に、プラズマ照射もしくはラジカル処理を行う。このような表面処理により２００℃乃至４００℃の温度であっても異種材料間の接合強度を高めることが可能となる。
【００９５】
半導体基板１０６と支持基板１００を重ね合わせた状態で第１の熱処理を行う。第１の熱処理により支持基板１００上に薄い半導体層（ＬＴＳＳ層）を残して半導体基板１０６の分離を行う（図５（Ａ）参照）。第１の熱処理は接合層１０２の成膜温度以上で行うことが好ましく、４００℃以上６００℃未満の温度で行うことが好ましい。この温度範囲で熱処理を行うことで分離層１０７に形成された微小な空孔に体積変化が起こり、分離層１０７に沿って半導体層を劈開することができる。接合層１０２は支持基板１００と接合しているので、支持基板１００上には半導体基板１０６と同じ結晶性のＬＴＳＳ層１０１が固定された形態となる。
【００９６】
次に支持基板１００にＬＴＳＳ層１０１が接合された状態で第２の熱処理を行う（図５（Ｂ）参照）。第２の熱処理は、第１の熱処理温度よりも高い温度であって支持基板１００の歪み点を超えない温度で行うことが好ましい。或いは、第１の熱処理と第２の熱処理は同じ温度であっても、第２の熱処理の処理時間を長くすることが好ましい。熱処理は、熱伝導加熱、対流加熱または輻射加熱などにより支持基板１００及び／またはＬＴＳＳ層１０１が加熱されるようにすれば良い。熱処理装置としては電熱炉、ランプアニール炉などを適用することができる。第２の熱処理は多段階に温度を変化させて行っても良い。また瞬間熱アニール（ＲＴＡ）装置を用いても良い。ＲＴＡ装置によって熱処理を行う場合には、基板の歪み点近傍またはそれよりも若干高い温度に加熱することもできる。
【００９７】
第２の熱処理を行うことでＬＴＳＳ層１０１に残留する応力を緩和することができる。すなわち、第２の熱処理は、支持基板１００とＬＴＳＳ層１０１の膨張係数の違いにより生じる熱歪みを緩和する。また、第２の熱処理は、イオンを注入することによって結晶性が損なわれたＬＴＳＳ層１０１の結晶性を回復させるためにも有効である。さらに、第２の熱処理は、半導体基板１０６を支持基板１００と接合させ他後、第１の熱処理によって分割する際に生じるＬＴＳＳ層１０１のダメージを回復させることにも有効である。また、第１の熱処理と第２の熱処理を行うことで水素結合を、より強固な共有結合に変化させることができる。
【００９８】
ＬＴＳＳ層１０１の表面をより平坦化する目的で化学的機械研磨（ＣＭＰ）処理を行っても良い。ＣＭＰ処理は第１の熱処理後もしくは第２の熱処理後に行うことができる。尤も、第２の熱処理前に行えば、ＬＴＳＳ層１０１の表面を平坦化すると共にＣＭＰ処理によって生じる表面の損傷層を第２の熱処理で修復することができる。
【００９９】
いずれにしても、第１の熱処理と第２の熱処理を本形態のように組み合わせて行うことで、ガラス基板のような熱的に脆弱な支持基板の上に、結晶性に優れた結晶半導体層を設けることが可能となる。
【０１００】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）及び図５（Ａ）〜図５（Ｂ）の工程を経て、図２（Ａ）に示すＳＯＩ基板が形成される。
【０１０１】
図２（Ｂ）に示すＳＯＩ構造の基板を作成する方法について、図８（Ａ）〜図８（Ｂ）を用いて説明する。
【０１０２】
図４（Ａ）〜図４（Ｂ）に示す作製工程に基づいて、半導体基板１０６中に分離層１０７を形成し、さらに、半導体基板１０６の、支持基板１００と接合を形成する面に、接合層１０２を形成する。
【０１０３】
次いで、バリア層１０３及び接合層１０２が形成された支持基板１００と、半導体基板１０６の接合層１０２を密着させて接合を形成する（図８（Ａ）参照）。
【０１０４】
この状態で第１の熱処理を行う。第１の熱処理は接合層１０２の成膜温度以上で行うことが好ましく、４００℃以上６００℃未満の温度で行うことが好ましい。それにより分離層１０７に形成された微小な空孔に体積変化が起こり、半導体基板１０６を劈開することができる。支持基板１００上には半導体基板１０６と同じ結晶性を有するＬＴＳＳ層１０１が形成される（図８（Ｂ）参照）。
【０１０５】
次に支持基板１００にＬＴＳＳ層１０１が接合された状態で第２の熱処理を行う。第２の熱処理は、第１の熱処理温度よりも高い温度であって支持基板１００の歪み点を超えない温度で行うことが好ましい。或いは、第１の熱処理と第２の熱処理は同じ温度であっても、第２の熱処理の処理時間を長くすることが好ましい。熱処理は、熱伝導加熱、対流加熱または輻射加熱などにより支持基板１００及び／またはＬＴＳＳ層１０１が加熱されるようにすれば良い。第２の熱処理を行うことでＬＴＳＳ層１０１に残留する応力を緩和することができ、第１の熱処理によって分割する際に生じるＬＴＳＳ層１０１のダメージを回復させることにも有効である。
【０１０６】
以上のようにして、図２（Ｂ）に示すＳＯＩ基板が形成される。
【０１０７】
次いで図３（Ａ）に示すＳＯＩ構造の基板の作製方法について、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）を用いて説明する。
【０１０８】
まず図４（Ａ）に示す作製工程に基づいて、半導体基板１０６中に分離層１０７を形成する。
【０１０９】
次に、半導体基板１０６の表面に絶縁層１０４を形成する。絶縁層１０４は窒素を含有する絶縁層であることが好ましい。例えば、窒化シリコン膜、酸素を含む窒化シリコン膜もしくは窒素を含む酸化シリコン膜から選ばれた１つまたは複数の膜を積層して形成することができる。
【０１１０】
さらに、絶縁層１０４上に接合層１０２として酸化シリコン膜を形成する（図９（Ａ）参照）。
【０１１１】
支持基板１００と、半導体基板１０６の接合層１０２が形成された面を対向させ、密接させることで接合を形成する（図９（Ｂ）参照）。
【０１１２】
この状態で第１の熱処理を行う。第１の熱処理は接合層１０２の成膜温度以上で行うことが好ましく、４００℃以上６００℃未満の温度で行うことが好ましい。それにより分離層１０７に形成された微小な空孔に体積変化が起こり、半導体基板１０６を劈開することができる。支持基板１００上には半導体基板１０６と同じ結晶性を有するＬＴＳＳ層１０１が形成される（図９（Ｃ）参照）。
【０１１３】
次に支持基板１００にＬＴＳＳ層１０１が接合された状態で第２の熱処理を行う。第２の熱処理は、第１の熱処理温度よりも高い温度であって支持基板１００の歪み点を超えない温度で行うことが好ましい。或いは、第１の熱処理と第２の熱処理は同じ温度であっても、第２の熱処理の処理時間を長くすることが好ましい。熱処理は、熱伝導加熱、対流加熱または輻射加熱などにより支持基板１００及び／またはＬＴＳＳ層１０１が加熱されるようにすれば良い。第２の熱処理を行うことでＬＴＳＳ層１０１に残留する応力を緩和することができ、第１の熱処理によって分割する際に生じるＬＴＳＳ層１０１のダメージを回復させることにも有効である。
【０１１４】
図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示すように、絶縁層１０４を半導体基板１０６上に形成すると、絶縁層１０４によって不純物がＬＴＳＳ層１０１に混入するのを防ぐので、ＬＴＳＳ層１０１が汚染されるのを防止することが可能となる。
【０１１５】
図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、支持基板側に接合層を設けてＬＴＳＳ層を有するＳＯＩ構造の基板を製造する工程を示す。
【０１１６】
まず、酸化シリコン層１０５が形成された半導体基板１０６に電界で加速されたイオンを所定の深さに注入し、分離層１０７を形成する（図６（Ａ）参照）。酸化シリコン層１０５は、半導体基板１０６上に酸化シリコン層をスパッタ法やＣＶＤ法で成膜してもよいし、半導体基板１０６が単結晶シリコン基板の場合、半導体基板１０６を熱酸化して形成してもよい。本実施の形態では、半導体基板１０６が単結晶シリコン基板として、酸化シリコン層１０５は単結晶シリコン基板を熱酸化して形成する。
【０１１７】
半導体基板１０６へのイオンの注入は図４（Ａ）の場合と同様である。半導体基板１０６の表面に酸化シリコン層１０５を形成しておくことでイオン注入によって表面がダメージを受け、平坦性が損なわれるのを防ぐことができる。
【０１１８】
バリア層１０３及び接合層１０２が形成された支持基板１００と半導体基板１０６の酸化シリコン層１０５が形成された面を密着させて接合を形成する（図６（Ｂ）参照）。
【０１１９】
この状態で第１の熱処理を行う。第１の熱処理は接合層１０２の成膜温度以上で行うことが好ましく、４００℃以上６００℃未満の温度で行うことが好ましい。それにより分離層１０７に形成された微小な空孔に体積変化が起こり、半導体基板１０６を劈開することができる。支持基板１００上には半導体基板１０６と同じ結晶性を有するＬＴＳＳ層１０１が形成される（図６（Ｃ）参照）。
【０１２０】
次に支持基板１００にＬＴＳＳ層１０１が接合された状態で第２の熱処理を行う。第２の熱処理は、第１の熱処理温度よりも高い温度であって支持基板１００の歪み点を超えない温度で行うことが好ましい。或いは、第１の熱処理と第２の熱処理は同じ温度であっても、第２の熱処理の処理時間を長くすることが好ましい。熱処理は、熱伝導加熱、対流加熱または輻射加熱などにより支持基板１００及び／またはＬＴＳＳ層１０１が加熱されるようにすれば良い。第２の熱処理を行うことでＬＴＳＳ層１０１に残留する応力を緩和することができ、第１の熱処理によって分割する際に生じるＬＴＳＳ層１０１のダメージを回復させることにも有効である。
【０１２１】
以上のようにして、図３（Ｂ）に示すＳＯＩ基板が形成される。
【０１２２】
図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は支持基板側に接合層を設けてＬＴＳＳ層を接合する場合における他の例を示す。
【０１２３】
最初に半導体基板１０６に分離層１０７を形成する（図７（Ａ）参照）。分離層１０７を形成するためのイオンの注入はイオンドーピング装置を用いて行う。この工程では電界で加速された質量数の異なるイオンが高電界で加速されて半導体基板１０６に照射される。
【０１２４】
このとき、半導体基板１０６の表面はイオンの照射により平坦性が損なわれるおそれがあるので、保護膜として酸化シリコン層１０５を設けておくことが好ましい。酸化シリコン層１０５は熱酸化により形成しても良いし、ケミカルオキサイドを適用しても良い。ケミカルオキサイドは酸化性の薬液に半導体基板１０６を浸すことで形成可能である。例えば、オゾン含有水溶液で半導体基板１０６を処理すれば表面にケミカルオキサイドが形成される。
【０１２５】
また保護膜として、プラズマＣＶＤ法で形成した窒素を含む酸化シリコン膜、酸素を含む窒化シリコン膜、またはＴＥＯＳを用いて成膜した酸化シリコン膜を用いてもよい。
【０１２６】
支持基板１００にはバリア層１０３を設けることが好ましい。バリア層１０３を設けることで、支持基板１００として用いられるガラス基板からアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のような可動イオン不純物が拡散してＬＴＳＳ層１０１が汚染されることを防ぐことができる。
【０１２７】
バリア層１０３は一層または複数の層をもって構成する。例えば、ナトリウムなどのイオンをブロッキングする効果の高い窒化シリコン膜または酸素を含む窒化シリコン膜を第１層目として用い、その上層に第２層目として酸化シリコン膜または窒素を含む酸化シリコン膜を設ける。
【０１２８】
バリア層１０３の第１層目は不純部の拡散を防止する目的を持った絶縁膜であり緻密な膜であるのに対し、第２層目は第１層目の膜の内部応力が上層に作用しないように、応力を緩和することを一つの目的としている。このように支持基板１００にバリア層１０３を設けることで、ＬＴＳＳ層を接合する際の基板の選択範囲を広げることができる。
【０１２９】
バリア層１０３の上層に接合層１０２を設けた支持基板１００と半導体基板１０６を接合させる（図７（Ｂ）参照）。半導体基板１０６の表面は保護膜として設けた酸化シリコン層１０５をフッ酸で除去しておき、半導体表面が露出する状態となっている。半導体基板１０６の最表面はフッ酸溶液の処理により水素で終端されている状態であれば良い。接合形成に際して表面終端水素により水素結合が形成され、良好な接合を形成することができる。
【０１３０】
また、不活性ガスのイオンを照射して半導体基板１０６の最表面に未結合手が露出するようにして、真空中で接合を形成しても良い。
【０１３１】
この状態で第１の熱処理を行う。第１の熱処理は接合層１０２の成膜温度以上で行うことが好ましく、４００℃以上６００℃未満の温度で行うことが好ましい。それにより分離層１０７に形成された微小な空孔に体積変化が起こり、半導体基板１０６を劈開することができる。支持基板１００上には半導体基板１０６と同じ結晶性を有するＬＴＳＳ層１０１が形成される（図７（Ｃ）参照）。
【０１３２】
次に支持基板１００にＬＴＳＳ層１０１が接合された状態で第２の熱処理を行う。第２の熱処理は、第１の熱処理温度よりも高い温度であって支持基板１００の歪み点を超えない温度で行うことが好ましい。或いは、第１の熱処理と第２の熱処理は同じ温度であっても、第２の熱処理の処理時間を長くすることが好ましい。
【０１３３】
熱処理は、熱伝導加熱、対流加熱または輻射加熱などにより支持基板１００及び／またはＬＴＳＳ層１０１が加熱されるようにすれば良い。第２の熱処理を行うことでＬＴＳＳ層１０１に残留する応力を緩和することができ、第１の熱処理によって分割する際に生じるＬＴＳＳ層１０１のダメージを回復させることにも有効である。
【０１３４】
以上のようにして図３（Ｃ）に示すＳＯＩ基板を形成する。
【０１３５】
本実施の形態によれば、ガラス基板等の耐熱温度が７００℃以下の支持基板１００でであっても接合部の接着力が強固なＬＴＳＳ層１０１を得ることができる。支持基板１００として、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスの如き無アルカリガラスと呼ばれる電子工業用に使われる各種ガラス基板を適用することが可能となる。すなわち、一辺が１メートルを超える基板上に単結晶半導体層を形成することができる。このような大面積基板を使って液晶ディスプレイのような表示装置のみならず、半導体集積回路を製造することができる。
【０１３６】
［実施の形態３］
本実施の形態では、本発明を用いて無線交信可能な半導体装置を作製する例を、図１０（Ａ）〜図１０（Ｅ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｅ）、図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）、図１３（Ａ）〜図１３（Ｂ）を用いて説明する。
【０１３７】
まず図１０（Ａ）に示すように、耐熱性を有する第１の基板６００上に剥離層６０１を形成する。第１の基板６００として、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、セラミック基板等を用いることができる。また、ステンレス基板を含む金属基板または半導体基板を用いても良い。プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的に上記基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。
【０１３８】
剥離層６０１は、非晶質シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコン、微結晶シリコン（セミアモルファスシリコンを含む）等、シリコンを主成分とする層を用いることができる。剥離層６０１は、スパッタ法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等を用いて形成することができる。本実施の形態では、膜厚５０ｎｍ程度の非晶質シリコンを減圧ＣＶＤ法で形成し、剥離層６０１として用いる。なお剥離層６０１はシリコンに限定されず、エッチングにより選択的に除去できる材料で形成すれば良い。剥離層６０１の膜厚は、１０〜１００ｎｍとするのが望ましい。セミアモルファスシリコンに関しては、３０〜５０ｎｍとしてもよい。
【０１３９】
次に、剥離層６０１上に、下地膜６０２を形成する。下地膜６０２は第１の基板６００中に含まれるＮａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体膜中に拡散し、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）などの半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。また下地膜６０２は、後の半導体素子を剥離する工程において、半導体素子を保護する役目も有している。下地膜６０２は単層であっても複数の絶縁膜を積層したものであっても良い。よってアルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜への拡散を抑えることができる酸化珪素や、窒化珪素、窒化酸化珪素などの絶縁膜を用いて形成する。
【０１４０】
本実施の形態では、膜厚１００ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜、膜厚５０ｎｍの酸素を含む窒化珪素膜、膜厚１００ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を順に積層して下地膜６０２を形成するが、各膜の材質、膜厚、積層数は、これに限定されるものではない。例えば、下層の窒素を含む酸化珪素膜に代えて、膜厚０．５〜３μｍのシロキサン系樹脂をスピンコート法、スリットコータ法、液滴吐出法、印刷法などによって形成しても良い。また、中層の酸素を含む窒化珪素膜に代えて、窒化珪素膜を用いてもよい。また、上層の窒素を含む酸化珪素膜に代えて、酸化珪素膜を用いていても良い。また、それぞれの膜厚は、０．０５〜３μｍとするのが望ましく、その範囲から自由に選択することができる。
【０１４１】
ここで、酸化珪素膜は、シランと酸素、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）と酸素等の混合ガスを用い、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、常圧ＣＶＤ、バイアスＥＣＲＣＶＤ等の方法によって形成することができる。また、窒化珪素膜は、代表的には、ＳｉＨ４とＮＨ３の混合ガスを用い、プラズマＣＶＤによって形成することができる。また、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜は、代表的には、シランと亜酸化窒素の混合ガスを用い、プラズマＣＶＤによって形成することができる。
【０１４２】
次に、下地膜６０２上に半導体膜６０３を形成する。半導体膜６０３は、下地膜６０２を形成した後、大気に曝さずに形成することが望ましい。半導体膜６０３の膜厚は２０〜２００ｎｍ（望ましくは４０〜１７０ｎｍ、好ましくは５０〜１５０ｎｍ）とする。なお半導体膜６０３は、非晶質半導体であっても良いし、セミアモルファス半導体であっても良いし、多結晶半導体であっても良い。また半導体は珪素だけではなくシリコンゲルマニウムも用いることができる。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は０．０１〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度であることが好ましい。
【０１４３】
なお半導体膜６０３は、公知の技術により結晶化しても良い。公知の結晶化方法としては、レーザ光を用いたレーザ結晶化法、触媒元素を用いる結晶化法がある。或いは、触媒元素を用いる結晶化法とレーザ結晶化法とを組み合わせて用いることもできる。また、第１の基板６００として石英のような耐熱性に優れている基板を用いる場合、電熱炉を使用した熱結晶化方法、赤外光を用いたランプアニール結晶化法、触媒元素を用いる結晶化法のうちいずれかと、９５０℃程度の高温アニールを組み合わせた結晶法を用いても良い。
【０１４４】
例えばレーザ結晶化を用いる場合、レーザ結晶化の前に、レーザに対する半導体膜６０３の耐性を高めるために、５００℃、１時間の熱アニールを該半導体膜６０３に対して行なう。そして連続発振が可能な固体レーザを用い、基本波の第２高調波〜第４高調波のレーザ光を照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、代表的には、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（基本波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いるのが望ましい。具体的には、連続発振のＹＶＯ４レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により高調波に変換し、出力１０Ｗのレーザ光を得る。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザ光に成形して、半導体膜６０３に照射する。このときのパワー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ２程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ２）が必要である。そして、走査速度を１０〜２０００ｃｍ／ｓｅｃ程度とし、照射する。
【０１４５】
また、パルス発振のレーザ光の発振周波数を１０ＭＨｚ以上とし、通常用いられている数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの周波数帯よりも著しく高い周波数帯を用いてレーザ結晶化を行なっても良い。パルス発振でレーザ光を半導体膜に照射してから半導体膜が完全に固化するまでの時間は数十ｎｓｅｃ〜数百ｎｓｅｃと言われている。よって上記周波数を用いることで、半導体膜がレーザ光によって溶融してから固化するまでに、次のパルスのレーザ光を照射できる。したがって、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるので、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を有する半導体膜が形成される。具体的には、含まれる結晶粒の走査方向における幅が１０〜３０μｍ、走査方向に対して垂直な方向における幅が１〜５μｍ程度の結晶粒の集合を形成することができる。該走査方向に沿って長く延びた単結晶の結晶粒を形成することで、少なくともＴＦＴのチャネル方向には結晶粒界のほとんど存在しない半導体膜の形成が可能となる。
【０１４６】
なおレーザ結晶化は、連続発振の基本波のレーザ光と連続発振の高調波のレーザ光とを並行して照射するようにしても良いし、連続発振の基本波のレーザ光とパルス発振の高調波のレーザ光とを並行して照射するようにしても良い。
【０１４７】
なお、希ガスや窒素などの不活性ガス雰囲気中でレーザ光を照射するようにしても良い。これにより、レーザ光照射による半導体表面の荒れを抑えることができ、界面準位密度のばらつきによって生じる閾値のばらつきを抑えることができる。
【０１４８】
上述したレーザ光の照射により、結晶性がより高められた半導体膜６０３が形成される。なお、予め多結晶半導体を、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法などで形成するようにしても良い。
【０１４９】
また本実施の形態では半導体膜６０３を結晶化しているが、結晶化せずに非晶質珪素膜または微結晶半導体膜のまま、後述のプロセスに進んでも良い。非晶質半導体、微結晶半導体を用いたＴＦＴは、多結晶半導体を用いたＴＦＴよりも作製工程が少ない分、コストを抑え、歩留まりを高くすることができるというメリットを有している。
【０１５０】
非晶質半導体は、珪素を含む気体をグロー放電分解することにより得ることができる。代表的な珪素を含む気体としては、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６が挙げられる。この珪素を含む気体を、水素、水素とヘリウムで希釈して用いても良い。
【０１５１】
なおセミアモルファス半導体とは、非晶質半導体と結晶構造を有する半導体（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造の半導体を含む膜である。このセミアモルファス半導体は、自由エネルギーの観点から安定な第３の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質なものであり、その粒径を０．５〜２０ｎｍとして非単結晶半導体中に分散させて存在せしめることが可能である。
【０１５２】
また、未結合手（ダングリングボンド）を終端させるために水素またはハロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含ませている。ここでは便宜上、このような半導体をセミアモルファス半導体（ＳＡＳ）と呼ぶ。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで安定性が増し良好なセミアモルファス半導体が得られる。
【０１５３】
セミアモルファス半導体の代表的なものとして、セミアモルファスシリコンが挙げられる。セミアモルファスシリコンは、そのラマンスペクトルが５２０ｃｍ−１よりも低波数側にシフトしており、またＸ線回折ではＳｉ結晶格子に由来するとされる（１１１）、（２２０）の回折ピークが観測される。
【０１５４】
またセミアモルファスシリコンは珪素を含む気体をグロー放電分解することにより得ることができる。代表的な珪素を含む気体としては、ＳｉＨ４であり、その他にもＳｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４などを用いることができる。また水素や、水素にヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素を加えたガスで、この珪素を含む気体を希釈して用いることで、セミアモルファスシリコンの形成を容易なものとすることができる。希釈率は２倍〜１０００倍の範囲で珪素を含む気体を希釈することが好ましい。
【０１５５】
またさらに、珪素を含む気体中に、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６などの炭化物気体、ＧｅＨ４、ＧｅＦ４などのゲルマニウム化気体、Ｆ２などを混入させて、エネルギーバンド幅を１．５〜２．４ｅＶ、若しくは０．９〜１．１ｅＶに調節しても良い。
【０１５６】
例えば、ＳｉＨ４にＨ２を添加したガスを用いる場合、或いはＳｉＨ４にＦ２を添加したガスを用いる場合、形成したセミアモルファスシリコンを用いてＴＦＴを作製すると、該ＴＦＴのサブスレッショルド係数（Ｓ値）を０．３５Ｖ／ｄｅｃ以下、代表的には０．２５〜０．０９Ｖ／ｄｅｃとし、キャリア移動度を１０ｃｍ２／Ｖｓｅｃとすることができる。そして上記セミアモルファスシリコンを用いたＴＦＴで、例えば１９段リングオシレータを形成した場合、電源電圧３〜５Ｖにおいて、その発振周波数は１ＭＨ以上、好ましくは１００ＭＨｚ以上の特性を得ることができる。また電源電圧３〜５Ｖにおいて、インバータ１段あたりの遅延時間は２６ｎｓ、好ましくは０．２６ｎｓ以下とすることができる。
【０１５７】
次に、図１０（Ｂ）に示すように、半導体膜６０３をエッチングし、島状半導体膜６０４、島状半導体膜６０５、島状半導体膜６０６を形成する。そして、島状半導体膜６０４〜島状半導体膜６０６を覆うように、ゲート絶縁膜６０７を形成する。ゲート絶縁膜６０７は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法などを用い、窒化珪素、酸化珪素、窒素を含む酸化珪素又は酸素を含む窒化珪素を含む膜を、単層で、又は積層させて形成することができる。積層する場合には、例えば、基板側から酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化珪素膜の３層構造とするのが好ましい。
【０１５８】
次に図１０（Ｃ）に示すように、ゲート電極６１０、ゲート電極６１１、ゲート電極６１２を形成する。本実施の形態では、窒化タンタルとタングステンをスパッタ法で順に積層するように形成した後、レジスト６１３をマスクとしてエッチングを行なうことにより、ゲート電極６１０〜６１２を形成する。勿論、ゲート電極６１０〜６１２の材料、構造、作製方法は、これに限定されるものではなく、適宜選択することができる。例えば、ｎ型を付与する不純物元素がドーピングされたシリコンとニッケルシリサイドとの積層構造、ｎ型を付与する不純物元素がドーピングされたシリコンとタングステンシリサイドとの積層構造としてもよい。また、種々の導電材料を用いて単層で形成しても良い。なお、必要であれば窒化タンタルまたはタングステン、あるいはその両方に、ｎ型を付与する不純物元素をドープしてもよい。
【０１５９】
また、レジストマスクの代わりに、酸化珪素等のマスクを用いてもよい。この場合、酸化珪素、窒素を含む酸化珪素等のマスク（ハードマスクと呼ばれる。）を形成する工程が加わるが、エッチング時におけるマスクの膜減りがレジストマスクよりも少ないため、所望の幅のゲート電極６１０〜６１２を形成することができる。また、レジスト６１３を用いずに、液滴吐出法を用いて選択的にゲート電極６１０〜６１２を形成しても良い。
【０１６０】
導電材料としては、導電膜の機能に応じて種々の材料を選択することができる。また、ゲート電極とアンテナとを同時に形成する場合には、それらの機能を考慮して材料を選択すればよい。
【０１６１】
なお、ゲート電極をエッチング形成する際のエッチングガスとしては、ＣＦ４、Ｃｌ２、Ｏ２の混合ガスやＣｌ２ガスを用いたが、これに限定されるものではない。
【０１６２】
次に図１０（Ｄ）に示すように、ｐチャネル型ＴＦＴとなる島状半導体膜６０５をレジスト６１４で覆い、ゲート電極６１０及びゲート電極６１２をマスクとして、島状半導体膜６０４及び島状半導体膜６０６に、ｎ型を付与する不純物元素（代表的にはＰ（リン）又はＡｓ（砒素））を低濃度にドープする（第１のドーピング工程）。
【０１６３】
第１のドーピング工程の条件は、ドーズ量：１×１０１３〜６×１０１３／ｃｍ２、加速電圧：５０〜７０ｋｅＶとしたが、これに限定されるものではない。この第１のドーピング工程によって、ゲート絶縁膜６０７を介してドーピングがなされ、島状半導体膜６０４、島状半導体膜６０６に、それぞれ、一対の低濃度不純物領域６１６、一対の低濃度不純物領域６１７が形成される。また一対の低濃度不純物領域６１６の間にチャネル形成領域６６４、一対の低濃度不純物領域６１７の間にチャネル形成領域６６６が形成される。なお、第１のドーピング工程は、ｐチャネル型ＴＦＴとなる島状半導体膜６０５をレジストで覆わずに行っても良い。
【０１６４】
次に図１０（Ｅ）に示すように、レジスト６１４をアッシング等により除去した後、ｎチャネル型ＴＦＴとなる島状半導体膜６０４及び島状半導体膜６０６を覆うように、レジスト６１８を新たに形成し、ゲート電極６１１をマスクとして、島状半導体膜６０５に、ｐ型を付与する不純物元素（代表的にはＢ（ホウ素））を高濃度にドープする（第２のドーピング工程）。
【０１６５】
第２のドーピング工程の条件は、ドーズ量：１×１０１６〜３×１０１６／ｃｍ２、加速電圧：２０〜４０ｋｅＶとして行なう。この第２のドーピング工程によって、ゲート絶縁膜６０７を介してドーピングがなされ、島状半導体膜６０５に、一対のｐ型の高濃度不純物領域６１９、及び、一対のｐ型の高濃度不純物領域６１９の間にチャネル形成領域６６５が形成される。
【０１６６】
次に図１１（Ａ）に示すように、レジスト６１８をアッシング等により除去した後、ゲート絶縁膜６０７及びゲート電極６１０〜ゲート電極６１２を覆うように、絶縁膜６２０を形成する。本実施の形態では、膜厚１００ｎｍの酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって形成する。
【０１６７】
その後、エッチバック法により、絶縁膜６２０、ゲート絶縁膜６０７を部分的にエッチングし、図１１（Ｂ）に示すように、ゲート電極６１０〜ゲート電極６１２の側壁に接するように、サイドウォール６２２、サイドウォール６２３、サイドウォール６２４を自己整合的（セルフアライン）に形成する。エッチングガスとしては、ＣＨＦ３とＨｅの混合ガスを用いる。なお、サイドウォールを形成する工程は、これらに限定されるものではない。
【０１６８】
なお、絶縁膜６２０を形成した時に、第１の基板６００の裏面にも絶縁膜が形成された場合には、レジストを用い、裏面に形成された絶縁膜を選択的にエッチングし、除去するようにしても良い。この場合、裏面に形成された絶縁膜は、サイドウォール６２２〜サイドウォール６２４をエッチバック法で形成する際に、絶縁膜６２０、ゲート絶縁膜６０７と共にエッチングして、除去するようにしても良い。
【０１６９】
次に図１１（Ｃ）に示すように、ｐチャネル型ＴＦＴとなる島状半導体膜６０５を覆うように、レジスト６２５を新たに形成し、ゲート電極６１０、ゲート電極６１２、サイドウォール６２２、サイドウォール６２４をマスクとして、ｎ型を付与する不純物元素（代表的にはリン又はヒ素）を高濃度にドープする（第３のドーピング工程）。
【０１７０】
第３のドーピング工程の条件は、ドーズ量：１×１０１３〜５×１０１５／ｃｍ２、加速電圧：６０〜１００ｋｅＶとして行なう。この第３のドーピング工程によって、島状半導体膜６０４及び島状半導体膜６０６に、一対のｎ型の高濃度不純物領域６２７及び一対のｎ型の高濃度不純物領域６２８が形成される。また一対の低濃度不純物領域６１６中でサイドウォール６２２に覆われてｎ型を付与する不純物元素が高濃度にドープされなかった領域に、低濃度不純物領域６６１が形成される。また一対の低濃度不純物領域６１７中でサイドウォール６２４に覆われてｎ型を付与する不純物元素が高濃度にドープされなかった領域に、低濃度不純物領域６６２が形成される。
【０１７１】
なお図１０（Ｄ）に示す工程（第１のドーピング工程）で、ｎ型を付与する不純物元素がドープされなかった場合は、島状半導体膜６０４及び６０６中の、サイドウォール６２２及びサイドウォール６２４の下部の領域はオフセット領域となる。低濃度不純物領域６６１及び６６２、あるいは、オフセット領域の幅を制御するには、サイドウォール６２２及びサイドウォール６２４を形成する際のエッチバック法の条件または絶縁膜６２０の膜厚を適宜変更し、サイドウォール６２２及びサイドウォール６２４のサイズを調整すればよい。
【０１７２】
上述した一連の工程により、ｎチャネル型ＴＦＴ６２９、ｐチャネル型ＴＦＴ６３０、ｎチャネル型ＴＦＴ６３１が形成される。上記作製工程において、エッチバック法の条件または絶縁膜６２０の膜厚を適宜変更し、サイドウォール６２２〜６２４のサイズを調整することで、チャネル長０．２μｍ〜２μｍのＴＦＴを形成することができる。なお、本実施の形態では、ＴＦＴ６２９〜ＴＦＴ６３１をトップゲート構造としたが、ボトムゲート構造（逆スタガ構造）としてもよい。
【０１７３】
なお本実施の形態では、絶縁分離されたＴＦＴを半導体素子の一例として示すが、集積回路に用いられる半導体素子はこれに限定されず、あらゆる回路素子を用いることができる。
【０１７４】
次に、レジスト６２５をアッシング等により除去した後、層間絶縁膜６６０を形成する（図１１（Ｄ）参照）。層間絶縁膜６６０は、フッ素を含む絶縁膜の単層または積層により形成されており、層間絶縁膜５１４と同じ材料を用いて形成する。
【０１７５】
層間絶縁膜６６０を形成したら、５５０℃以上の温度、具体的には、５５０℃で４時間加熱する。基板６００としてガラス基板を用いる場合には、５５０℃以上ガラス歪点以下の温度で加熱する。この加熱工程により層間絶縁膜６６０に含まれるフッ素が、島状半導体膜６０４〜島状半導体膜６０６中のダングリングボンドを終端化すると同時に、添加された一導電性の不純物元素が活性化し、不純物元素が添加された高濃度不純物領域６２７、高濃度不純物領域６１９、高濃度不純物領域６２８の結晶性が回復する。すなわち、ダングリングボンド終端化の工程と不純物活性化の工程を同時に行うことが可能である。
【０１７６】
また高濃度不純物領域６２７、高濃度不純物領域６１９、高濃度不純物領域６２８は、不純物の添加で非晶質化しているので、層間絶縁膜６６０からのフッ素原子の拡散がしやすくなる。その結果、チャネル形成領域６６４〜チャネル形成領域６６６中のダングリングボンドをより効果的に終端化できる。
【０１７７】
島状半導体膜６０４〜島状半導体膜６０６中のダングリングボンド終端化のためのアニールを、従来よりも高温で行うことにより、ストレスに対して劣化しにくくなり、ＴＦＴ６２９〜ＴＦＴ６３１の安定化を図ることが可能となる。
【０１７８】
次にＴＦＴ６２９〜ＴＦＴ６３１及び層間絶縁膜６６０を覆うように、層間絶縁膜６３３を形成する。層間絶縁膜６３３は、ポリイミド、アクリル、ポリアミド等の、耐熱性を有する有機樹脂を用いることができる。また上記有機樹脂の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂（以下、シロキサン系樹脂ともいう）等を用いることができる。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）の結合で骨格構造が形成される。これらの置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えば、アルキル基、芳香族炭化水素（アリール基））が用いられる。また、フルオロ基を置換基として用いてもよい。または、置換基として少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。層間絶縁膜６３３の形成には、その材料に応じて、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコータ、カーテンコータ、ナイフコータ等を採用することができる。また、無機材料を用いてもよく、その際には、酸化珪素、窒化珪素、窒素を含む酸化珪素、酸素を含む窒化珪素、ＰＳＧ（リンガラス）、ＰＢＳＧ（リンボロンガラス）、ＢＰＳＧ（ボロンリンガラス）、アルミナ膜等を用いることができる。なお、これらの絶縁膜を積層させて、層間絶縁膜６３３を形成しても良い。
【０１７９】
さらに本実施の形態では、層間絶縁膜６３３上に、層間絶縁膜６３４を形成する。層間絶縁膜６３４としては、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）或いは窒化炭素（ＣＮ）等の炭素を有する膜、又は、酸化珪素膜、窒化珪素膜或いは酸素を含む窒化珪素膜等を用いることができる。形成方法としては、プラズマＣＶＤ法や、大気圧プラズマ等を用いることができる。あるいは、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、レジスト又はベンゾシクロブテン等の感光性又は非感光性の有機材料や、シロキサンを用いた樹脂等を用いてもよい。
【０１８０】
なお、層間絶縁膜６３３又は層間絶縁膜６３４と、後に形成される配線を構成する導電材料等との熱膨張率の差から生じる応力によって、層間絶縁膜６３３又は層間絶縁膜６３４の膜剥がれや割れが生じるのを防ぐために、層間絶縁膜６３３又は層間絶縁膜６３４中にフィラーを混入させておいても良い。
【０１８１】
次に、層間絶縁膜６６０、層間絶縁膜６３３、層間絶縁膜６３４にコンタクトホールを形成し、ＴＦＴ６２９〜ＴＦＴ６３１に接続する配線６３５〜配線６３９を形成する（図１１（Ｅ）参照）。コンタクトホール開口時のエッチングに用いられるガスは、ＣＨＦ３とＨｅの混合ガスを用いたが、これに限定されるものではない。本実施の形態では、配線６３５〜配線６３９を、Ａｌで形成する。なお配線６３５〜配線６３９をチタン（Ｔｉ）、窒化チタン、珪素を含むアルミニウム（Ａｌ−Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、及び窒化チタンの５層構造とし、スパッタ法を用いて形成しても良い。
【０１８２】
なお、アルミニウム（Ａｌ）において、珪素（Ｓｉ）を混入させることにより、配線形成時のレジストベークにおけるヒロックの発生を防止することができる。また、珪素（Ｓｉ）の代わりに、０．５％程度の銅（Ｃｕ）を混入させても良い。また、チタン（Ｔｉ）や窒化チタンで珪素を含むアルミニウム（Ａｌ−Ｓｉ）層をサンドイッチすることにより、耐ヒロック性がさらに向上する。なお、エッチング時には、窒素を含む酸化珪素等からなる上記ハードマスクを用いるのが望ましい。なお、配線の材料や、形成方法はこれらに限定されるものではなく、前述したゲート電極に用いられる材料を採用しても良い。
【０１８３】
なお、配線６３５及び配線６３６はｎチャネル型ＴＦＴ６２９の高濃度不純物領域６２７に、配線６３６及び配線６３７はｐチャネル型ＴＦＴ６３０の高濃度不純物領域６１９に、配線６３８及び配線６３９はｎチャネル型ＴＦＴ６３１の高濃度不純物領域６２８に、それぞれ接続されている。
【０１８４】
次に図１２（Ａ）に示すように、配線６３５〜配線６３９を覆うように、層間絶縁膜６３４上に層間絶縁膜６４０を形成する。層間絶縁膜６４０は、配線６３５の一部が露出するような開口部を有する。また層間絶縁膜６４０は、有機樹脂膜、無機絶縁膜またはシロキサン系絶縁膜を用いて形成することができる。有機樹脂膜ならば、例えばアクリル、ポリイミド、ポリアミドなど、無機絶縁膜ならば酸化珪素、酸素を含む窒化珪素、窒素を含む酸化珪素などを用いることができる。なお開口部を形成するのに用いるマスクを、液滴吐出法または印刷法で形成することができる。また層間絶縁膜６４０自体を、液滴吐出法または印刷法で形成することもできる。
【０１８５】
次に、アンテナ６４１を層間絶縁膜６４０上に形成する。アンテナ６４１は、下層配線、アンテナ下地層、銅めっき層の積層膜で形成することができる。その場合、アンテナ下地層はチタン、タンタル、タングステン又はモリブデンのいずれかとニッケルとの合金の窒化膜を用いる。
【０１８６】
あるいは、下層配線、第１の下地層、第２の下地層、銅めっき層の積層膜としても良い。その場合は、第１のアンテナ下地層はチタン、タンタル、タングステン又はモリブデンのいずれかの窒化膜であり、第２のアンテナ下地層はニッケルの窒化膜を用いるである。
【０１８７】
アンテナ６４１は、無線交信可能な半導体装置の内部に形成される内部アンテナであり、外部アンテナに電気的に接続される。
【０１８８】
アンテナ６４１を形成したら、アンテナ６４１を覆うように、分離用絶縁膜６４２を形成する。分離用絶縁膜６４２には、有機樹脂膜、無機絶縁膜、シロキサン系樹脂膜などを用いることができる。無機絶縁膜として、具体的には、例えばＤＬＣ膜、窒化炭素膜、酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜、窒化珪素膜、窒化アルミニウム膜または酸化窒化アルミニウム膜等を用いることができる。また、例えば窒化炭素膜と窒化珪素膜を積層した膜、ポリスチレンを積層した膜などを、分離用絶縁膜６４２として用いても良い。本実施の形態では、分離用絶縁膜６４２として窒化珪素膜を用いる。
【０１８９】
次に図１２（Ｂ）に示すように、分離用絶縁膜６４２を覆うように、保護層６４３を形成する。保護層６４３は、後に剥離層６０１をエッチングにより除去する際に、ＴＦＴ６２９〜ＴＦＴ６３１及び配線６３５〜配線６３９を保護することができる材料を用いる。例えば、水またはアルコール類に可溶なエポキシ系、アクリレート系、シリコン系の樹脂を全面に塗布することで保護層６４３を形成することができる。
【０１９０】
本実施の形態では、スピンコート法で水溶性樹脂（東亜合成製：ＶＬ−ＷＳＨＬ１０）を膜厚３０μｍとなるように塗布し、仮硬化させるために２分間の露光を行ったあと、紫外線を裏面から２．５分、表面から１０分、合計１２．５分の露光を行って本硬化させて、保護層６４３を形成する。なお、複数の有機樹脂を積層する場合、有機樹脂同士では使用している溶媒によって塗布または焼成時に一部溶解する恐れや、密着性が高くなりすぎたりする恐れがある。従って、分離用絶縁膜６４２と保護層６４３を共に同じ溶媒に可溶な有機樹脂を用いる場合、後の工程において保護層６４３の除去がスムーズに行なわれるように、分離用絶縁膜６４２を覆うように、無機絶縁膜（窒化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜、窒化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜）を形成しておくことが好ましい。
【０１９１】
次に図１２（Ｃ）に示すように、ＩＤチップどうしを分離するために溝６４６を形成する。溝６４６は、剥離層６０１が露出する程度の深さを有していれば良い。溝６４６の形成は、ダイシング、スクライビング、フォトリソグラフィ法などを用いることができる。なお、第１の基板６００上に形成されているＩＤチップを分離する必要がない場合、必ずしも溝６４６を形成する必要はない。
【０１９２】
次に図１２（Ｄ）に示すように、剥離層６０１をエッチングにより除去する。本実施の形態では、エッチングガスとしてフッ化ハロゲンを用い、該ガスを溝６４６から導入する。本実施の形態では、例えばＣｌＦ３（三フッ化塩素）を用い、温度：３５０℃、流量：３００ｓｃｃｍ、気圧：８×１０２Ｐａ（６Ｔｏｒｒ）、時間：３時間の条件で行なう。また、ＣｌＦ３ガスに窒素を混ぜたガスを用いても良い。ＣｌＦ３等のフッ化ハロゲンを用いることで、剥離層６０１が選択的にエッチングされ、第１の基板６００をＴＦＴ６２９〜ＴＦＴ６３１から剥離することができる。なおフッ化ハロゲンは、気体であっても液体であってもどちらでも良い。
【０１９３】
次に剥離されたＴＦＴ６２９〜ＴＦＴ６３１を、接着材６４７を用いて第２の基板６４８に貼り合わせる。接着材６４７は、第２の基板６４８と下地膜６０２とを貼り合わせることができる材料を用いる。接着材６４７は、例えば反応硬化型接着材、熱硬化型接着材、紫外線硬化型接着材等の光硬化型接着材、嫌気型接着材などの各種硬化型接着材を用いることができる。
【０１９４】
第２の基板６４８として、可撓性を有する紙またはプラスチックなどの有機材料、あるいはフレキシブルな無機材料を用いていても良い。プラスチック基板は、極性基のついたポリノルボルネンからなるＡＲＴＯＮ（ＪＳＲ製）を用いることができる。また、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に代表されるポリエステル、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂などが挙げられる。第２の基板６４８は集積回路において発生した熱を拡散させるために、２〜３０Ｗ／ｍＫ程度の高い熱伝導率を有する方が望ましい。
【０１９５】
また第２の基板６４８には、ＴＦＴ６２９〜ＴＦＴ６３１の少なくとも１つ、あるいは、内部アンテナ６４１と接続するように外部アンテナを形成する。外部アンテナはインクジェット法を用いて行う。チタン微粒子を含むチタンペーストとニッケルを含むニッケルペーストと、銅を含む銅ペーストを所望の割合で混合し、混合物をインクジェット装置のノズルから吐出してアンテナを描画する。アンテナ描画後、還元雰囲気にて熱処理を行いチタン−ニッケル−銅合金とする。得られたチタン−ニッケル−銅合金が結晶性を有するようにさらに熱処理を行い、結晶化を行う。本実施の形態では、結晶化のための熱処理によりチタン−ニッケル−銅合金内にオーステナイト層が形成される。
【０１９６】
次に図１３（Ａ）に示すように、分離用絶縁膜６４２を覆うように、絶縁層６４９を形成する。絶縁層６４９には、ポリイミド、エポキシ、アクリル、ポリアミド等の有機樹脂を用いることができる。また上記有機樹脂の他に、無機の樹脂、例えばシロキサン系材料等を用いることができる。シロキサン系樹脂の置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えば、アルキル基、芳香族炭化水素等）が用いられる。または、置換基としてフルオロ基を用いてもよい。または、置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
【０１９７】
次に、接着材６５２を絶縁層６４９上に塗布し、第３の基板６５３を貼り合わせる（図１３（Ｂ）参照）。第３の基板６５３は第２の基板６４８と同様の材料を用いることができる。接着材６５２の厚さは、例えば１０〜２００μｍとすれば良い。
【０１９８】
また接着材６５２は、第３の基板６５３と絶縁層６４９とを貼り合わせることができる材料を用いる。接着材６５２は、例えば反応硬化型接着材、熱硬化型接着材、紫外線硬化型接着材等の光硬化型接着材、嫌気型接着材などの各種硬化型接着材を用いることができる。
【０１９９】
なお本実施の形態では、接着材６５２を用いて、第３の基板６５３を絶縁層６４９に貼り合わせているが、本発明はこの構成に限定されない。絶縁層６４９が有する絶縁体６５０に、接着材としての機能を有する樹脂を用いることで、絶縁層６４９と第３の基板６５３とを直接貼り合わせることも可能である。
【０２００】
なお本実施の形態では、層間絶縁膜６６０、ＴＦＴ６２９〜ＴＦＴ６３１等を形成後、剥離により無線交信可能な半導体装置を作製したが、剥離工程を用いずに実施の形態１または実施の形態２、あるいはその両方を基にして、無線交信可能な半導体装置を作製してもよい。
【０２０１】
図１４は、本実施の形態の、無線交信可能な半導体装置の回路配置のブロック図の一例を示した図である。
【０２０２】
図１４においてリーダ／ライタ４０１は、外部から非接触で無線交信可能な半導体装置４００にデータの書き込み又は読み出しを行う装置である。無線交信可能な半導体装置４００は、電波を受信するアンテナ部４０２と、アンテナ部４０２の出力を整流する整流回路４０３と、整流回路４０３の出力を受信して動作電圧ＶＤＤを各回路に出力するレギュレータ回路４０４と、レギュレータ回路４０４の出力を受信してクロックを発生させるクロック発生回路４０５と、ロジック回路４０６からの出力を受信してデータの書き込み又は読み出しをするメモリ回路４０８にデータを書き込むための電圧を供給する昇圧回路４０７と、昇圧回路４０７の出力が入力される逆流防止ダイオード４０９と、逆流防止ダイオード４０９の出力を入力して電荷を蓄えるバッテリ用容量４１０と、メモリ回路４０８等の回路の制御を行うロジック回路４０６とを有する。なおアンテナ部４０２は、内部アンテナ６４１、及び、内部アンテナ６４１に電気的に接続される外部アンテナを含む。
【０２０３】
なお、特に図示はしないが、これらの回路以外にもデータ変調／復調回路、センサ、インターフェース回路などを有していても良い。このような構成により、無線交信可能な半導体装置４００は、リーダ／ライタ４０１と非接触で情報通信することができる。
【０２０４】
無線交信可能な半導体装置４００に含まれる上記構成のうち、アンテナ部４０２以外を集積回路とすることができ、アンテナと集積回路を同一の基板上に形成することができる。
【０２０５】
なお、本実施の形態において、無線で充電が可能なバッテリ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｂａｔｔｅｒｙ、無線周波数による非接触電池）としてバッテリ用容量４１０を搭載した無線交信可能な半導体装置の例を説明したが、バッテリ用容量４１０を設けなくてもよい。その場合は逆流防止ダイオード４０９も不要となる。
【０２０６】
また、電荷を蓄える充電素子（バッテリともいう）として容量を用いているがこれに限定されるものではない。本実施の形態において、バッテリとは、非接触で充電可能であり充電することで連続使用時間を回復することができる電池のことをいう。なおバッテリとしては、その用途により異なるが、薄膜なシート状や径の小さい筒状に形成された電池を用いることが好ましく、例えばリチウム電池、好ましくはゲル状電解質を用いるリチウムポリマー電池や、リチウムイオン電池等を用いることで、小型化が可能である。勿論、充電可能な電池であれば何でも良く、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池などの充電放電可能な電池であってもよいし、また大容量のコンデンサーなどを用いても良い。
【０２０７】
また、本実施の形態のバッテリとして用いることのできる大容量のコンデンサーとしては、電極の対向面積が大きいものであることが望ましい。活性炭、フラーレン、カーボンナノチューブなど比表面積の大きい電極用材料を用いた電解二重層コンデンサーを用いることが好適である。コンデンサーは電池に較べ構成が単純であり薄膜化や積層化も容易である。電気二重層コンデンサーは蓄電機能を有し、充放電の回数が増えても劣化が小さく、急速充電特性にも優れているため好適である。
【０２０８】
本実施の形態では、無線交信可能な半導体装置で用いるアンテナ部、整流回路部、昇圧回路と、無線で充電が可能なバッテリで用いるアンテナ部、整流回路部、昇圧回路部とは共通であるため、リーダ／ライタ４０１は無線交信可能な半導体装置を動作させるのと同時にバッテリ用容量４１０の充電を行うための信号発信源としても用いることが可能となる。
【０２０９】
本実施の形態で示す無線で充電が可能なバッテリは、対象物を非接触で充電でき、かつ持ち運びに優れるなどの特徴を有する。無線交信可能な半導体装置に搭載した場合、ＳＲＡＭ等の電源が必要なメモリを搭載することができる、無線交信可能な半導体装置の高機能化に寄与することができる。
【０２１０】
但し、本発明はこの構成に限定するものではなく、アンテナ部、整流回路部、昇圧回路のうち一部もしくはすべてをＲＦＩＤ動作用と無線で充電が可能なバッテリ充電用に分離しても良い。例えば、アンテナ部４０２をＲＦＩＤ動作用のアンテナ部と無線で充電が可能なバッテリ充電用のアンテナ部とに分離することでＲＦＩＤ動作用と無線で充電が可能なバッテリ充電用とで用いる信号の周波数を変えることも可能である。この場合、リーダ／ライタ４０１が発する信号と無線で充電が可能なバッテリへの信号発信源が発する信号とが互いに干渉しない周波数領域であることが望ましい。
【０２１１】
また、アンテナ部、整流回路部、昇圧回路をＲＦＩＤ動作用と無線で充電が可能なバッテリ充電用とで共通して用いる場合、無線で充電が可能なバッテリと昇圧回路との間にスイッチング素子を配置しておき、書き込み動作中はスイッチをオフして昇圧回路と無線で充電が可能なバッテリ間の接続を切り、それ以外ではスイッチをオンして昇圧回路と無線で充電が可能なバッテリ間の接続を行うような構成にしても良い。この場合は書き込み動作中充電を行わないことから書き込み動作中の電圧低下を防ぐことができる。スイッチング素子は公知の構成を用いることができる。
【０２１２】
［実施の形態４］
本実施の形態では、本発明の無線交信可能な半導体装置の利用形態の一例について説明する。本発明の無線交信可能な半導体装置の用途は広範にわたり、非接触で対象物の履歴等の情報を明確にし、生産・管理等に役立てる商品であればどのようなものにも適用することができる。例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類、包装用容器類、書籍類、記録媒体、身の回り品、乗物類、食品類、衣類、保健用品類、生活用品類、薬品類及び電子機器等に設けて使用することができる。これらの例に関して図１５（Ａ）〜図１５（Ｈ）を用いて説明する。
【０２１３】
紙幣、硬貨とは、市場に流通する金銭であり、特定の地域で貨幣と同じように通用するもの（金券）、記念コイン等を含む。有価証券類とは、小切手、証券、約束手形等を指す（図１５（Ａ））。証書類とは、運転免許証、住民票等を指す（図１５（Ｂ））。無記名債券類とは、切手、おこめ券、各種ギフト券等を指す（図１５（Ｃ））。包装用容器類とは、お弁当等の包装紙、ペットボトル等を指す（図１５（Ｄ））。書籍類とは、書物、本等を指す（図１５（Ｅ））。記録媒体とは、ＤＶＤソフト、ビデオテープ等を指す（図１５（Ｆ））。乗物類とは、自転車等の車両、船舶等を指す（図１５（Ｇ））。身の回り品とは、鞄、眼鏡等を指す（図１５（Ｈ））。食品類とは、食料品、飲料等を指す。衣類とは、衣服、履物等を指す。保健用品類とは、医療器具、健康器具等を指す。生活用品類とは、家具、照明器具等を指す。薬品類とは、医薬品、農薬等を指す。電子機器とは、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置（テレビ受像機、薄型テレビ受像機）、携帯電話機等を指す。
【０２１４】
紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類等に無線交信可能な半導体装置８０を設けることにより、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、書籍類、記録媒体等、身の回り品、食品類、生活用品類、電子機器等に無線交信可能な半導体装置８０を設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。乗物類、保健用品類、薬品類等に無線交信可能な半導体装置８０を設けることにより、偽造や盗難の防止、薬品類ならば、薬の服用の間違いを防止することができる。無線交信可能な半導体装置８０の設け方としては、物品の表面に貼ったり、物品に埋め込んだりして設ける。例えば、本ならば紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込んだりするとよい。
【０２１５】
このように、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に無線交信可能な半導体装置を設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。また乗物類に無線交信可能な半導体装置を設けることにより、偽造や盗難を防止することができる。また、動物等の生き物に埋め込むことによって、個々の生き物の識別を容易に行うことができる。例えば、家畜等の生き物にセンサを備えた無線交信可能な半導体装置を埋め込むことによって、生まれた年や性別または種類等はもちろん体温等の健康状態を容易に管理することが可能となる。特に、上記実施の形態で示した半導体装置を用いることによって、湾曲した面に設ける場合や物品を曲げた場合であってもアンテナとＩＣチップの接続不良に伴う無線交信可能な半導体装置の不良を防止することができる。
【０２１６】
本実施の形態で示した半導体装置の作製方法は、本明細書に記載した他の実施の形態の半導体装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２１７】
【図１】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図２】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図３】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図４】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図５】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図６】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図７】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図８】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図９】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図１０】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図１１】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図１２】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図１３】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図１４】本発明の半導体装置のブロック図。
【図１５】本発明の半導体装置を応用した例を示す図。
【符号の説明】
【０２１８】
８０ 半導体装置
１００ 支持基板
１０１ ＬＴＳＳ層
１０２ 接合層
１０３ バリア層
１０４ 絶縁層
１０５ 酸化シリコン層
１０６ 半導体基板
１０７ 分離層
４００ 半導体装置
４０１ リーダ／ライタ
４０２ アンテナ部
４０３ 整流回路
４０４ レギュレータ回路
４０５ クロック発生回路
４０６ ロジック回路
４０７ 昇圧回路
４０８ メモリ回路
４０９ 逆流防止ダイオード
４１０ バッテリ用容量
５０１ 基板
５０２ 下地絶縁膜
５０３ 非晶質半導体膜
５０４ 結晶性半導体膜
５０５ レーザビーム
５０７ 島状半導体膜
５０８ ゲート絶縁膜
５０９ ゲート電極
５１１ チャネル形成領域
５１２ 高濃度不純物領域
５１４ 層間絶縁膜
５１５ 配線
６００ 基板
６０１ 剥離層
６０２ 下地膜
６０３ 半導体膜
６０４ 島状半導体膜
６０５ 島状半導体膜
６０６ 島状半導体膜
６０７ ゲート絶縁膜
６１０ ゲート電極
６１１ ゲート電極
６１２ ゲート電極
６１３ レジスト
６１４ レジスト
６１６ 低濃度不純物領域
６１７ 低濃度不純物領域
６１８ レジスト
６１９ 高濃度不純物領域
６２０ 絶縁膜
６２２ サイドウォール
６２３ サイドウォール
６２４ サイドウォール
６２５ レジスト
６２７ 高濃度不純物領域
６２８ 高濃度不純物領域
６２９ ＴＦＴ
６３０ ＴＦＴ
６３１ ＴＦＴ
６３３ 層間絶縁膜
６３４ 層間絶縁膜
６３５ 配線
６３６ 配線
６３７ 配線
６３８ 配線
６３９ 配線
６４０ 層間絶縁膜
６４１ アンテナ
６４２ 分離用絶縁膜
６４３ 保護層
６４６ 溝
６４７ 接着材
６４８ 基板
６４９ 絶縁層
６５０ 絶縁体
６５２ 接着材
６５３ 基板
６６０ 層間絶縁膜
６６１ 低濃度不純物領域
６６２ 低濃度不純物領域
６６４ チャネル形成領域
６６５ チャネル形成領域
６６６ チャネル形成領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体膜を用いて形成される薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）を有する半導体装置の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体膜（厚さ数〜数百ｎｍ程度）を用いてＴＦＴを形成している。
【０００３】
活性層となる半導体膜として、例えば珪素膜が挙げられる。珪素膜中には、珪素原子同士の結合（Ｓｉ−Ｓｉ結合）、珪素原子と、活性層に隣接する酸化膜中の酸素原子との結合（Ｓｉ−Ｏ結合）のいずれの結合もされていない未結合の珪素結合手、いわゆるダングリングボンドが存在する。ダングリングボンドは、電荷のトラップと再放出を行う界面準位として機能するため、ＴＦＴならびに半導体装置の信頼性に悪影響を及ぼす恐れがある（特許文献１参照）。
【０００４】
半導体膜中のダングリングボンドは、水素を含む絶縁膜で半導体膜を覆い、加熱処理することで、半導体膜中のダングリングボンドを終端化させていた（非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−１７３４３９号公報
【非特許文献１】Ｙｕｉｃｈｉｒｏ Ｍｉｔａｎｉ ｅｔ ａｌ．， 第１２回ゲートスタック研究会、 ｐ．６７（２００７）．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水素によるダングリングボンド終端化によって、半導体膜中の欠陥を低減する方法では、半導体膜に電気的、熱的ストレスがかかったとき、例えばゲート絶縁膜においてはゲート電極に電圧をかけ続けたとき、多結晶珪素膜などで形成される活性層においては、チャネル形成領域に電流が流れ続けたときに、珪素と水素の結合（Ｓｉ−Ｈ結合）が乖離してしまう。これにより珪素のダングリングボンドが発生し、トランジスタの特性、例えば、しきい値Ｖｔｈ、移動度、サブスレッショルド値等を低下させる。
【０００６】
また水素でダングリングボンドを終端化する際に、５５０℃以上といった高温で処理すると、水素原子が珪素膜から脱離していってしまうので、３５０℃程度の低い温度をかけることしかできない。
【０００７】
そのため、半導体膜に不純物元素を添加した後の工程において、添加された不純物元素を活性化するために、５５０℃以上という高温で加熱しなくてはならないが、水素でダングリングボンドを終端化するための温度は３５０℃程度と低い。そこで、まず不純物元素の活性化のために高温処理を行い、その後にダングリングボンド終端化という低温処理を行わなければならない。
【０００８】
本発明では、ダングリングボンドの発生を抑制し、しきい値Ｖｔｈ、移動度、サブスレッショルド値等のトランジスタの特性の低下を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、半導体膜中のダングリングボンドを、水素ではなくフッ素によって終端化する。半導体膜として珪素膜を用いた場合、珪素とフッ素の結合（Ｓｉ−Ｆ結合）は、珪素と水素の結合（Ｓｉ−Ｈ結合）に比べてストレスに強い。
【００１０】
本発明では、半導体膜中のダングリングボンド終端化には、フッ素を含む膜を用いる。具体的には、半導体膜上に形成される層間絶縁膜をフッ素を含む絶縁膜にて形成される。
【００１１】
これにより、層間絶縁膜中のフッ素原子と、半導体膜中のダングリングボンドが結合して、ダングリングボンドが終端化される。
【００１２】
またフッ素を用いてダングリングボンドを終端化する際に、５５０℃以上といった高温で処理しても、終端化したフッ素原子が脱離しないため、不純物元素の活性化を兼ねて５５０℃以上の熱処理を行うことができる。
【００１３】
本発明は、半導体膜を形成し、前記半導体膜に、一導電性を有する不純物元素を添加して、前記半導体膜中に、不純物領域、及び、チャネル形成領域を形成し、前記半導体膜上に、ゲート絶縁膜及びゲート電極を形成し、前記半導体膜、ゲート絶縁膜、ゲート電極を覆って、フッ素を含む絶縁膜を形成し、前記半導体膜、前記フッ素を含む絶縁膜を加熱することにより、前記不純物領域中の不純物元素を活性化させ、かつ、前記半導体膜中のダングリングボンドをフッ素により終端化させ、前記フッ素を含む絶縁膜を加熱した後に、前記フッ素を含む絶縁膜上に、前記不純物領域に電気的に接続される配線を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法に関するものである。
【００１４】
本発明において、前記フッ素を含む絶縁膜は、フッ素を含む酸化珪素膜、フッ素と窒素を含む酸化珪素膜、フッ素を含む窒化珪素膜のいずれか１つである。
【００１５】
本発明において、前記フッ素を含む絶縁膜は、５５０℃以上で加熱される。
【００１６】
本発明において、前記半導体膜に、前記一導電性を有する不純物元素を添加することにより、前記半導体膜中の不純物領域が非晶質化され、前記半導体膜、前記フッ素を含む絶縁膜を加熱することにより、前記非晶質化された不純物領域の結晶性が回復される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、不純物元素の活性工程とダングリングボンド終端化のための加熱処理が１回ですむので、作製工程を減らすことができ、さらに作製コストを低減できる。
【００１８】
トランジスタの半導体膜を５５０℃以上で活性化すると、ストレスに対して劣化しにくくなるので、電気的かつ熱的ストレスに強いトランジスタ形成ができる。
【００１９】
また終端化のためのフッ素は層間絶縁膜に含まれているのだが、層間絶縁膜にフッ素を含む膜を用いることで、層間絶縁膜を低誘電率化できる。
【００２０】
また、トランジスタの、ソース領域及びドレイン領域が不純物元素導入後にアモルファス化するため、不純物元素活性化とダングリングボンド終端化を一緒に行うと、フッ素がソース領域及びドレイン領域中を拡散しやすくなる。そのためチャネル形成領域のダングリングボンドをより効果的に補償できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本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、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
［実施の形態１］
本実施の形態を、図１（Ａ）〜図１（Ｇ）を用いて説明する。
【００２３】
まず基板５０１上に下地絶縁膜５０２、非晶質半導体膜５０３（例えば非晶質珪素膜（アモルファスシリコン膜））を成膜する（図１（Ａ）参照）。
【００２４】
基板５０１は、絶縁性を有するものまたは絶縁表面を有するものであり、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われるガラス基板（「無アルカリガラス基板」とも呼ばれる）が適用される。その他に石英基板、セラミック基板、表面が絶縁膜で被覆された金属基板などを用いても良い。
【００２５】
下地絶縁膜５０２は、酸化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜から選ばれた１つまたは複数の膜を積層して形成することができる。
【００２６】
非晶質半導体膜５０３は、シリコンを含む半導体膜でもよいし、ゲルマニウムを含む半導体膜でもよい。
【００２７】
また非晶質半導体膜５０３の代わりに、セミアモルファス半導体膜を用いても良い。
【００２８】
セミアモルファス半導体膜とは、非晶質半導体と結晶構造を有する半導体（単結晶、多結晶を含む）膜の中間的な構造の半導体を含む膜である。このセミアモルファス半導体膜は、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有する半導体膜であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質なものであり、その粒径を０．５〜２０ｎｍとして非単結晶半導体膜中に分散させて存在せしめることが可能である。
【００２９】
本明細書では便宜上、このような半導体膜をセミアモルファス半導体（ＳＡＳ）膜と呼ぶ。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで安定性が増し良好なセミアモルファス半導体膜が得られる。なお微結晶半導体膜（マイクロクリスタル半導体膜）もセミアモルファス半導体膜に含まれる。
【００３０】
セミアモルファス半導体膜として、例えばセミアモルファスシリコン膜が挙げられる。セミアモルファスシリコン膜は、そのラマンスペクトルが５２０ｃｍ−１よりも低波数側にシフトしており、またＸ線回折ではシリコン（Ｓｉ）結晶格子に由来するとされる（１１１）、（２２０）の回折ピークが観測される。
【００３１】
またセミアモルファスシリコン膜は珪素（シリコン）を含む気体をグロー放電分解することにより得ることができる。代表的な珪素（シリコン）を含む気体としては、ＳｉＨ４であり、その他にもＳｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４などを用いることができる。また水素や、水素にヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素を加えたガスで、この珪素（シリコン）を含む気体を希釈して用いることで、セミアモルファスシリコン膜の形成を容易なものとすることができる。希釈率は２倍〜１０００倍の範囲で珪素（シリコン）を含む気体を希釈することが好ましい。またさらに、珪素（シリコン）を含む気体中に、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６などの炭化物気体、ＧｅＨ４、ＧｅＦ４などのゲルマニウム化気体、Ｆ２などを混入させて、エネルギーバンド幅を１．５〜２．４ｅＶ、若しくは０．９〜１．１ｅＶに調節しても良い。
【００３２】
非晶質半導体膜５０３を成膜後、脱水素熱処理を行い、その後結晶化を行う。結晶化はレーザ照射によって行う。非晶質半導体膜５０３にレーザビーム５０５を照射すると、照射された領域が、結晶性半導体膜５０４となる（図１（Ｂ）参照）。
【００３３】
レーザ照射を用いる場合、連続発振型のレーザビーム（ＣＷレーザビーム）やパルス発振型のレーザビーム（パルスレーザビーム）を用いることができる。ここで用いることができるレーザビームは、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザなどの気体レーザ、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ４、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ２Ｏ３、ＹＶＯ４、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザのうち一種または複数種から発振されるものを用いることができる。このようなレーザビームの基本波、及びこれらの基本波の第２高調波から第４高調波のレーザビームを照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（基本波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いることができる。このときレーザのパワー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ２程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ２）が必要である。そして、走査速度を１０〜２０００ｃｍ／ｓｅｃ程度として照射する。
【００３４】
なお、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ４、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ２Ｏ３、ＹＶＯ４、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、Ａｒイオンレーザ、またはＴｉ：サファイアレーザは、連続発振をさせることが可能であり、Ｑスイッチ動作やモード同期などを行うことによって１０ＭＨｚ以上の発振周波数でパルス発振をさせることも可能である。１０ＭＨｚ以上の発振周波数でレーザビームを発振させると、半導体膜がレーザによって溶融してから固化するまでの間に、次のパルスが半導体膜に照射される。従って、発振周波数が低いパルスレーザを用いる場合と異なり、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるため、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。
【００３５】
媒質としてセラミック（多結晶）を用いると、短時間かつ低コストで自由な形状に媒質を形成することが可能である。単結晶を用いる場合、通常、直径数ｍｍ、長さ数十ｍｍの円柱状の媒質が用いられているが、セラミックを用いる場合はさらに大きいものを作ることが可能である。
【００３６】
発光に直接寄与する媒質中のＮｄ、Ｙｂなどのドーパントの濃度は、単結晶中でも多結晶中でも大きくは変えられないため、濃度を増加させることによるレーザの出力向上にはある程度限界がある。しかしながら、セラミックの場合、単結晶と比較して媒質の大きさを著しく大きくすることができるため大幅な出力を向上させることが可能となる。
【００３７】
さらに、セラミックの場合では、平行六面体形状や直方体形状の媒質を容易に形成することが可能である。このような形状の媒質を用いて、発振光を媒質の内部でジグザグに進行させると、発振光路を長くとることができる。そのため、増幅が大きくなり、大出力で発振させることが可能になる。また、このような形状の媒質から射出されるレーザビームは射出時の断面形状が四角形状であるため、丸状のビームと比較すると、線状ビームに整形するのに有利である。このように射出されたレーザビームを、光学系を用いて整形することによって、短手の長さ１ｍｍ以下、長手の長さ数ｍｍ〜数ｍの線状ビームを容易に得ることが可能となる。また、励起光を媒質に均一に照射することにより、線状ビームは長手方向にエネルギー分布の均一なものとなる。
【００３８】
この線状のレーザビーム５０５を非晶質半導体膜５０３に照射することによって、非晶質半導体膜５０３の全面をより均一にアニールすることが可能になる。線状ビームの両端まで均一なアニールが必要な場合は、その両端にスリットを配置し、エネルギーの減衰部を遮光するなどの工夫が必要となる。
【００３９】
ここで必要であれば、得られた結晶性半導体膜５０４に、半導体装置のしきい値を制御するために、ｐ型を付与する不純物元素、例えばホウ素を添加してもよい。
【００４０】
次いで結晶性半導体膜５０４をドライエッチングにてエッチングして、島状半導体膜５０７を形成する（図１（Ｃ）参照）。
【００４１】
次いで島状半導体膜５０７を覆ってゲート絶縁膜５０８を形成する。ゲート絶縁膜は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜のいずれか１つ、あるいはこれらの積層膜であればよい。
【００４２】
ゲート絶縁膜５０８上にゲート電極５０９を形成する（図１（Ｄ）参照）。ゲート電極５０９の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ネオジム（Ｎｄ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）のいずれか１つ、あるいは複数の膜の積層、さらにあるいは複数の材料の合金を用いることが可能である。
【００４３】
次いで、ゲート電極５０９をマスクとして、島状半導体膜５０７に一導電性を付与する不純物元素を導入して、チャネル形成領域５１１、並びに、ソース領域及びドレイン領域である高濃度不純物領域５１２を形成する（図１（Ｅ）参照）。またマスクやサイドウォールを形成する、あるいは、ゲート電極５０９を二層にする等により、チャネル形成領域５１１と高濃度不純物領域５１２との間に低濃度不純物領域を形成しても良い。
【００４４】
一導電性を付与する不純物元素としては、ｎ型の不純物元素としては、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）等を用いればよい。またｐ型の不純物元素としては、ホウ素（Ｂ）を用いればよい。なお、結晶性半導体膜５０４に、ｐ型を付与する不純物元素、例えばホウ素を添加が添加されていた場合、かつ、一導電性を付与する不純物元素としてｎ型の不純物元素を用いた場合は、チャネル形成領域５１１と高濃度不純物領域５１２の極性は逆になる。
【００４５】
島状半導体膜５０７中に一導電性を付与する不純物元素を導入すると、導入された領域、すなわち高濃度不純物領域５１２の結晶性が破壊され、非晶質となる。よって結晶性を回復するために加熱工程が必要となる。
【００４６】
次いで島状半導体膜５０７、ゲート絶縁膜５０８、ゲート電極５０９を覆って、層間絶縁膜５１４を形成する（図１（Ｆ）参照）。層間絶縁膜５１４は、フッ素を含む絶縁膜の単層または積層により形成されており、フッ素を含む絶縁膜とは、フッ素を含む酸化珪素膜（本明細書では「ＳｉＯＦ」と呼ぶ）、フッ素と窒素を含む酸化珪素膜（本明細書では「ＳｉＯＮＦ」と呼ぶ）、フッ素を含む窒化珪素膜（本明細書では「ＳｉＮＦ」と呼ぶ）等が挙げられる。
【００４７】
フッ素を含む絶縁膜は、フッ素を含む原料ガスを用いてプラズマＣＶＤ法で形成してもよい。またフッ素を含む絶縁物を用いてスパッタ法で成膜してもよい。さらには、絶縁膜をプラズマＣＶＤ法やスパッタ法で成膜後、フッ素を成膜した絶縁膜に添加してもよい。
【００４８】
フッ素を含む絶縁膜で層間絶縁膜５１４を形成すると、誘電率を低くすることができる。フッ素を含む絶縁膜のフッ素の濃度を大きくすると、フッ素を含む絶縁膜の誘電率は小さくなる傾向にある。そのため、本発明のフッ素を含む絶縁膜のフッ素の濃度は、５原子％以上であることが好ましい。しかし、フッ素を含む絶縁膜中のフッ素濃度を大きくしていくと、フッ素を含む絶縁膜の吸湿性が増加する。このフッ素を含む絶縁膜の吸湿性は、成膜方法により異なり、高密度プラズマを用いたプラズマＣＶＤで形成した場合はフッ素の濃度を大きくしても吸湿性を低く抑えることが可能である。そのため、例えば、フッ素を５原子％以上、１０原子％以下の濃度となるように本発明のフッ素を含む絶縁膜を形成することが好ましい。
【００４９】
フッ素を含まない酸化珪素膜の誘電率は３．８〜４．０である。一方、フッ素を含む酸化珪素膜（ＳｉＯＦ）の誘電率は３．４〜３．６であり、フッ素を含むと誘電率が下がる。
【００５０】
層間絶縁膜５１４を形成したら、５５０℃以上の温度、具体的には、５５０℃で４時間加熱する。また基板５０１としてガラス基板を用いる場合は、５５０℃以上かつガラス歪点以下の温度で加熱する。この加熱工程により層間絶縁膜５１４に含まれるフッ素が、島状半導体膜５０７中のダングリングボンドを終端化すると同時に、添加された一導電性の不純物元素が活性化し、不純物元素が添加された高濃度不純物領域５１２の結晶性が回復する。すなわち、ダングリングボンド終端化の工程と不純物元素活性化の工程を同時に行うことが可能である。
【００５１】
また高濃度不純物領域５１２は、不純物元素の添加で非晶質化しているので、層間絶縁膜５１４からのフッ素原子の拡散がしやすくなる。その結果、チャネル形成領域５１１中のダングリングボンドをより効果的に終端化できる。
【００５２】
島状半導体膜５０７中のダングリングボンド終端化のためのアニールを、従来よりも高温で行うことにより、島状半導体膜５０７さらにはＴＦＴがストレスに対して劣化しにくくなり、ＴＦＴの安定化を図ることが可能となる。
【００５３】
次いで、層間絶縁膜５１４上に配線５１５を形成する（図１（Ｇ）参照）。配線５１５は層間絶縁膜５１４中のコンタクトホールを介して、高濃度不純物領域５１２に電気的に接続されている。以上により本実施の形態の半導体装置が作製される。
【００５４】
本発明では、不純物元素活性工程とダングリングボンド終端化のための加熱処理が１回ですむので、半導体装置の作製工程を減らすことができ、さらに作製コストを低減できる。また電気的及び熱的ストレスに強い半導体装置を得ることができる。
【００５５】
［実施の形態２］
本実施の形態では、実施の形態１で示した島状半導体膜５０７をＳＯＩ基板を用いて説明する。
【００５６】
本実施の形態に係るＳＯＩ構造を有する基板及びその作製方法を、図２（Ａ）〜図２（Ｂ）、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）、図５（Ａ）〜図５（Ｂ）、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）、図８（Ａ）〜図８（Ｂ）、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）を用いて説明する。
【００５７】
まずＳＯＩ構造を有する基板の構造について、図２（Ａ）〜図２（Ｂ）、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を用いて説明する。
【００５８】
図２（Ａ）において支持基板１００は絶縁性を有するものまたは絶縁表面を有するものであり、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われるガラス基板（「無アルカリガラス基板」とも呼ばれる）が適用される。
【００５９】
すなわち、支持基板１００として、熱膨張係数が２５×１０−７／℃から５０×１０−７／℃（好ましくは、３０×１０−７／℃から４０×１０−７／℃）であって歪み点が５８０℃から６８０℃（好ましくは、６００℃から６８０℃）のガラス基板を適用することができる。その他に石英基板、セラミック基板、表面が絶縁膜で被覆された金属基板などのも適用可能である。
【００６０】
ＬＴＳＳ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）層１０１は単結晶半導体層であり、代表的には単結晶シリコン（単結晶珪素）が適用される。
【００６１】
その他に、ＬＴＳＳ層１０１として、水素イオン注入剥離法のようにして単結晶半導体基板もしくは多結晶半導体基板から剥離可能であるシリコン、ゲルマニウム、その他、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの化合物半導体による結晶性半導体層を適用することもできる。
【００６２】
支持基板１００とＬＴＳＳ層１０１の間には、平滑面を有し親水性表面を形成する接合層１０２を設ける。この接合層１０２は平滑面を有し親水性表面を有する層とする。このような表面を形成可能なものとして、化学的な反応により形成される絶縁層が好ましい。例えば、熱的または化学的な反応により形成される酸化半導体膜が適している。主として化学的な反応により形成される膜であれば表面の平滑性を確保できるからである。
【００６３】
また、平滑面を有し親水性表面を形成する接合層１０２は０．２ｎｍ乃至５００ｎｍの厚さで設けられる。この厚さであれば、被成膜表面の表面荒れを平滑化すると共に、当該膜の成長表面の平滑性を確保することが可能である。
【００６４】
ＬＴＳＳ層１０１がシリコンによるものであれば、酸化性雰囲気下において熱処理により形成される酸化シリコン、酸素ラジカルの反応により成長する酸化シリコン、酸化性の薬液により形成されるケミカルオキサイドなどを接合層１０２とすることができる。
【００６５】
接合層１０２としてケミカルオキサイドを用いる場合には０．１ｎｍから１ｎｍの厚さであれば良い。また、好適には化学気相成長法により堆積される酸化シリコンを接合層１０２とすることができる。この場合、有機シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコンが好ましい。
【００６６】
有機シランガスとしては、珪酸エチル（ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ：化学式Ｓｉ（ＣＨ３）４）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＣ２Ｈ５）３）、トリスジメチルアミノシラン（ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３）等のシリコン含有化合物を用いることができる。
【００６７】
接合層１０２はＬＴＳＳ層１０１側に設けられ、支持基板１００の表面と密接することで、室温であっても接合をすることが可能である。より強固に接合を形成するには、支持基板１００とＬＴＳＳ層１０１を押圧すれば良い。異種材料である支持基板１００と接合層１０２を接合するには表面を清浄化する。支持基板１００と接合層１０２の互いに清浄化された表面を密接させると表面間引力により接合が形成される。
【００６８】
さらに、支持基板１００の表面に複数の親水基を付着させる処理を加えると、接合を形成するのにより好ましい態様となる。例えば、支持基板１００の表面を酸素プラズマ処理もしくはオゾン処理して親水性にすることが好ましい。
【００６９】
このように支持基板１００の表面を親水性にする処理を加えた場合には、表面の水酸基が作用して水素結合により接合が形成される。さらに清浄化された表面同士を密接させて接合を形成したものに対して、室温以上の温度で加熱すると接合強度高めることができる。
【００７０】
異種材料である支持基板１００と接合層１０２を接合するための処理として、接合を形成する表面にアルゴンなどの不活性ガスによるイオンビームを照射して清浄化しても良い。イオンビームの照射により、支持基板１００もしくは接合層１０２の表面に未結合手が露呈して非常に活性な表面が形成される。
【００７１】
このように活性化された表面同士を密接させると、支持基板１００と接合層１０２の接合を低温でも形成することが可能である。表面を活性化して接合を形成する方法は、当該表面を高度に清浄化しておくことが要求されるので、真空中で行うことが好ましい。
【００７２】
ＬＴＳＳ層１０１は結晶半導体基板を薄片化して形成されるものである。例えば、単結晶半導体基板として単結晶シリコン基板を用いた場合、単結晶シリコン基板の所定の深さに水素またはフッ素をイオン注入し、その後熱処理を行って表層の単結晶シリコン層を剥離するイオン注入剥離法で形成することができる。また、ポーラスシリコン（多孔性シリコン）上に単結晶シリコンをエピタキシャル成長させた後、ポーラスシリコン層をウォータージェットで劈開して剥離する方法を適用しても良い。ＬＴＳＳ層１０１の厚さは５ｎｍ乃至５００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ乃至２００ｎｍの厚さである。
【００７３】
図２（Ｂ）は支持基板１００にバリア層１０３と接合層１０２を設けた構成を示す。バリア層１０３を設けることで、支持基板１００として用いられるガラス基板からアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のような可動イオン不純物が拡散してＬＴＳＳ層１０１が汚染されることを防ぐことができる。バリア層１０３上には接合層１０２を設けることが好ましい。
【００７４】
支持基板１００において、不純物の拡散を防止するバリア層１０３と接合強度を確保する接合層１０２とによる機能が異なる複数の層を設けることにより、支持基板の選択範囲を広げることができる。ＬＴＳＳ層１０１側にも接合層１０２を設けておくことが好ましい。すなわち、支持基板１００にＬＴＳＳ層１０１を接合するに際し、接合を形成する面の一方もしくは双方に接合層１０２を設けることが好ましく、それにより接合強度を高めることができる。
【００７５】
図３（Ａ）はＬＴＳＳ層１０１と接合層１０２の間に絶縁層１０４を設けた構成を示す。絶縁層１０４は窒素を含有する絶縁層であることが好ましい。例えば、窒化シリコン膜、酸素を含む窒化シリコン膜もしくは窒素を含む酸化シリコン膜から選ばれた１つまたは複数の膜を積層して形成することができる。
【００７６】
例えば、絶縁層１０４として、ＬＴＳＳ層１０１側から窒素を含む酸化シリコン膜、酸素を含む窒化シリコン膜を積層した積層膜を用いることができる。接合層１０２が支持基板１００と接合を形成する機能を有するのに対し、絶縁層１０４は不純物によりＬＴＳＳ層１０１が汚染されることを防止する。
【００７７】
なお、ここで窒素を含む酸化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、濃度範囲として酸素が５５〜６５原子％、窒素が１〜２０原子％、Ｓｉが２５〜３５原子％、水素が０．１〜１０原子％の範囲で含まれるものをいう。また、酸素を含む窒化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、濃度範囲として酸素が１５〜３０原子％、窒素が２０〜３５原子％、Ｓｉが２５〜３５原子％、水素が１５〜２５原子％の範囲で含まれるものをいう。
【００７８】
図３（Ｂ）は、支持基板１００に接合層１０２を設けた構成である。支持基板１００と接合層１０２との間にはバリア層１０３が設けられていることが好ましい。支持基板１００として用いられるガラス基板からアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のような可動イオン不純物が拡散してＬＴＳＳ層１０１が汚染されることを防ぐためである。ＬＴＳＳ層１０１には直接酸化で形成された酸化シリコン層１０５が形成されている。この酸化シリコン層１０５が接合層１０２と接合を形成し、支持基板１００上にＬＴＳＳ層を固定する。酸化シリコン層１０５は熱酸化により形成されたものが好ましい。
【００７９】
図３（Ｃ）は、支持基板１００に接合層１０２を設けた別の構成である。支持基板１００と接合層１０２との間にはバリア層１０３が設けられている。
【００８０】
図３（Ｃ）では、バリア層１０３は一層または複数の層をもって構成する。例えば、ナトリウムなどのイオンをブロッキングする効果の高い窒化シリコン膜または酸素を含む窒化シリコン膜を第１層目として用い、その上層に第２層目として酸化シリコン膜または窒素を含む酸化シリコン膜を設ける。
【００８１】
バリア層１０３の第１層目は不純部の拡散を防止する目的を持った絶縁膜であり緻密な膜であるのに対し、第２層目は第１層目の膜の内部応力が上層に作用しないように、応力を緩和することを一つの目的としている。このように支持基板１００にバリア層１０３を設けることで、ＬＴＳＳ層を接合する際の基板の選択範囲を広げることができる。
【００８２】
バリア層１０３には接合層１０２が形成されており、支持基板１００とＬＴＳＳ層１０１を固定する。
【００８３】
図２（Ａ）〜図２（Ｂ）、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すＳＯＩ構造を有する基板の作製方法について、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）、図５（Ａ）〜図５（Ｂ）、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）、図８（Ａ）〜図８（Ｂ）、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）を用いて説明する。
【００８４】
清浄化された半導体基板１０６の表面から電界で加速されたイオンを所定の深さに注入して分離層１０７を形成する（図４（Ａ）参照）。半導体基板１０６に形成される分離層１０７の深さは、イオンの加速エネルギーとイオンの入射角によって制御する。半導体基板１０６の表面からイオンの平均進入深さに近い深さ領域に分離層１０７が形成される。例えば、ＬＴＳＳ層の厚さは５ｎｍ乃至５００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ乃至２００ｎｍの厚さであり、イオンを注入する際の加速電圧はこのような厚さを考慮して行われる。イオンの注入はイオンドーピング装置を用いて行うことが好ましい。すなわち、ソースガスをプラズマ化して生成された複数のイオン種を質量分離しないで注入するドーピング方式を用いる。
【００８５】
本実施の形態の場合、一または複数の同一の原子から成る質量数の異なるイオンを注入することが好ましい。イオンドーピングは、加速電圧１０ｋｅＶから１００ｋｅＶ、好ましくは３０ｋｅＶから８０ｋｅＶ、ドーズ量は１×１０１６／ｃｍ２から４×１０１６／ｃｍ２、ビーム電流密度が２μＡ／ｃｍ２以上、好ましくは５μＡ／ｃｍ２以上、より好ましくは１０μＡ／ｃｍ２以上とすれば良い。
【００８６】
水素イオンを注入する場合には、Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋イオンを含ませると共に、Ｈ３＋イオンの割合を高めておくことが好ましい。水素イオンを注入する場合には、Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋イオンを含ませると共に、Ｈ３＋イオンの割合を高めておくと注入効率を高めることができ、注入時間を短縮することができる。それにより、半導体基板１０６に形成される分離層１０７の領域には１×１０２０／ｃｍ３（好ましくは５×１０２０／ｃｍ３）以上の水素を含ませることが可能である。
【００８７】
半導体基板１０６中において、局所的に高濃度の水素注入領域を形成すると、結晶構造が乱されて微小な空孔が形成され、分離層１０７を多孔質構造とすることができる。この場合、比較的低温の熱処理によって分離層１０７に形成された微小な空洞の体積変化が起こり、分離層１０７に沿って劈開することにより薄いＬＴＳＳ層を形成することができる。
【００８８】
イオンを質量分離して半導体基板１０６に注入しても、上記と同様に分離層１０７を形成することができる。この場合にも、質量数の大きいイオン（例えばＨ３＋イオン）を選択的に注入することは上記と同様な効果を奏することとなり好ましい。
【００８９】
種々のイオンを生成するガスとしては水素の他に重水素、ヘリウムのような不活性ガスを選択することも可能である。原料ガスにヘリウムを用い、質量分離機能を有さないイオンドーピング装置を用いることにより、Ｈｅ＋イオンの割合が高いイオンビームが得ることができる。このようなイオンを半導体基板１０６に注入することで、微小な空孔を形成することができ上記と同様な分離層１０７を半導体基板１０６中に設けることができる。
【００９０】
分離層１０７の形成に当たってはイオンを高ドーズ条件で注入する必要があり、半導体基板１０６の表面が粗くなってしまう場合がある。そのためイオンが注入される表面に緻密な膜を設けておいても良い。例えば、窒化シリコン膜もしく酸素を含むは窒化シリコン膜などによりイオン注入に対する保護膜を５０ｎｍ乃至２００ｎｍの厚さで設けておいても良い。
【００９１】
次に、支持基板１００と接合を形成する面に接合層１０２として酸化シリコン膜を形成する（図４（Ｂ）参照）。酸化シリコン膜の厚さは１０ｎｍ乃至２００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ乃至１００ｎｍ、より好ましくは２０ｎｍ乃至５０ｎｍとすれば良い。
【００９２】
酸化シリコン膜としては上述のように有機シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコン膜が好ましい。その他に、シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコン膜を適用することもできる。化学気相成長法による成膜では、単結晶半導体基板に形成した分離層１０７から脱ガスが起こらない温度として、例えば３５０℃以下の成膜温度が適用される。また、単結晶もしくは多結晶半導体基板からＬＴＳＳ層を剥離する熱処理は、成膜温度よりも高い熱処理温度が適用される。
【００９３】
支持基板１００と、半導体基板１０６の接合層１０２が形成された面を対向させ、密接させることで接合を形成する（図４（Ｃ）参照）。接合を形成する面は十分に清浄化しておく。そして、支持基板１００と接合層１０２を密接させることにより接合が形成される。接合は初期の段階においてファンデルワールス力が作用するものと考えられ、支持基板１００と半導体基板１０６とを圧接することで水素結合により強固な接合を形成することが可能である。
【００９４】
良好な接合を形成するために、表面を活性化しておいても良い。例えば、接合を形成する面に原子ビームもしくはイオンビームを照射する。原子ビームもしくはイオンビームを利用する場合には、アルゴン等の不活性ガス中性原子ビームもしくは不活性ガスイオンビームを用いることができる。その他に、プラズマ照射もしくはラジカル処理を行う。このような表面処理により２００℃乃至４００℃の温度であっても異種材料間の接合強度を高めることが可能となる。
【００９５】
半導体基板１０６と支持基板１００を重ね合わせた状態で第１の熱処理を行う。第１の熱処理により支持基板１００上に薄い半導体層（ＬＴＳＳ層）を残して半導体基板１０６の分離を行う（図５（Ａ）参照）。第１の熱処理は接合層１０２の成膜温度以上で行うことが好ましく、４００℃以上６００℃未満の温度で行うことが好ましい。この温度範囲で熱処理を行うことで分離層１０７に形成された微小な空孔に体積変化が起こり、分離層１０７に沿って半導体層を劈開することができる。接合層１０２は支持基板１００と接合しているので、支持基板１００上には半導体基板１０６と同じ結晶性のＬＴＳＳ層１０１が固定された形態となる。
【００９６】
次に支持基板１００にＬＴＳＳ層１０１が接合された状態で第２の熱処理を行う（図５（Ｂ）参照）。第２の熱処理は、第１の熱処理温度よりも高い温度であって支持基板１００の歪み点を超えない温度で行うことが好ましい。或いは、第１の熱処理と第２の熱処理は同じ温度であっても、第２の熱処理の処理時間を長くすることが好ましい。熱処理は、熱伝導加熱、対流加熱または輻射加熱などにより支持基板１００及び／またはＬＴＳＳ層１０１が加熱されるようにすれば良い。熱処理装置としては電熱炉、ランプアニール炉などを適用することができる。第２の熱処理は多段階に温度を変化させて行っても良い。また瞬間熱アニール（ＲＴＡ）装置を用いても良い。ＲＴＡ装置によって熱処理を行う場合には、基板の歪み点近傍またはそれよりも若干高い温度に加熱することもできる。
【００９７】
第２の熱処理を行うことでＬＴＳＳ層１０１に残留する応力を緩和することができる。すなわち、第２の熱処理は、支持基板１００とＬＴＳＳ層１０１の膨張係数の違いにより生じる熱歪みを緩和する。また、第２の熱処理は、イオンを注入することによって結晶性が損なわれたＬＴＳＳ層１０１の結晶性を回復させるためにも有効である。さらに、第２の熱処理は、半導体基板１０６を支持基板１００と接合させ他後、第１の熱処理によって分割する際に生じるＬＴＳＳ層１０１のダメージを回復させることにも有効である。また、第１の熱処理と第２の熱処理を行うことで水素結合を、より強固な共有結合に変化させることができる。
【００９８】
ＬＴＳＳ層１０１の表面をより平坦化する目的で化学的機械研磨（ＣＭＰ）処理を行っても良い。ＣＭＰ処理は第１の熱処理後もしくは第２の熱処理後に行うことができる。尤も、第２の熱処理前に行えば、ＬＴＳＳ層１０１の表面を平坦化すると共にＣＭＰ処理によって生じる表面の損傷層を第２の熱処理で修復することができる。
【００９９】
いずれにしても、第１の熱処理と第２の熱処理を本形態のように組み合わせて行うことで、ガラス基板のような熱的に脆弱な支持基板の上に、結晶性に優れた結晶半導体層を設けることが可能となる。
【０１００】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）及び図５（Ａ）〜図５（Ｂ）の工程を経て、図２（Ａ）に示すＳＯＩ基板が形成される。
【０１０１】
図２（Ｂ）に示すＳＯＩ構造の基板を作成する方法について、図８（Ａ）〜図８（Ｂ）を用いて説明する。
【０１０２】
図４（Ａ）〜図４（Ｂ）に示す作製工程に基づいて、半導体基板１０６中に分離層１０７を形成し、さらに、半導体基板１０６の、支持基板１００と接合を形成する面に、接合層１０２を形成する。
【０１０３】
次いで、バリア層１０３及び接合層１０２が形成された支持基板１００と、半導体基板１０６の接合層１０２を密着させて接合を形成する（図８（Ａ）参照）。
【０１０４】
この状態で第１の熱処理を行う。第１の熱処理は接合層１０２の成膜温度以上で行うことが好ましく、４００℃以上６００℃未満の温度で行うことが好ましい。それにより分離層１０７に形成された微小な空孔に体積変化が起こり、半導体基板１０６を劈開することができる。支持基板１００上には半導体基板１０６と同じ結晶性を有するＬＴＳＳ層１０１が形成される（図８（Ｂ）参照）。
【０１０５】
次に支持基板１００にＬＴＳＳ層１０１が接合された状態で第２の熱処理を行う。第２の熱処理は、第１の熱処理温度よりも高い温度であって支持基板１００の歪み点を超えない温度で行うことが好ましい。或いは、第１の熱処理と第２の熱処理は同じ温度であっても、第２の熱処理の処理時間を長くすることが好ましい。熱処理は、熱伝導加熱、対流加熱または輻射加熱などにより支持基板１００及び／またはＬＴＳＳ層１０１が加熱されるようにすれば良い。第２の熱処理を行うことでＬＴＳＳ層１０１に残留する応力を緩和することができ、第１の熱処理によって分割する際に生じるＬＴＳＳ層１０１のダメージを回復させることにも有効である。
【０１０６】
以上のようにして、図２（Ｂ）に示すＳＯＩ基板が形成される。
【０１０７】
次いで図３（Ａ）に示すＳＯＩ構造の基板の作製方法について、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）を用いて説明する。
【０１０８】
まず図４（Ａ）に示す作製工程に基づいて、半導体基板１０６中に分離層１０７を形成する。
【０１０９】
次に、半導体基板１０６の表面に絶縁層１０４を形成する。絶縁層１０４は窒素を含有する絶縁層であることが好ましい。例えば、窒化シリコン膜、酸素を含む窒化シリコン膜もしくは窒素を含む酸化シリコン膜から選ばれた１つまたは複数の膜を積層して形成することができる。
【０１１０】
さらに、絶縁層１０４上に接合層１０２として酸化シリコン膜を形成する（図９（Ａ）参照）。
【０１１１】
支持基板１００と、半導体基板１０６の接合層１０２が形成された面を対向させ、密接させることで接合を形成する（図９（Ｂ）参照）。
【０１１２】
この状態で第１の熱処理を行う。第１の熱処理は接合層１０２の成膜温度以上で行うことが好ましく、４００℃以上６００℃未満の温度で行うことが好ましい。それにより分離層１０７に形成された微小な空孔に体積変化が起こり、半導体基板１０６を劈開することができる。支持基板１００上には半導体基板１０６と同じ結晶性を有するＬＴＳＳ層１０１が形成される（図９（Ｃ）参照）。
【０１１３】
次に支持基板１００にＬＴＳＳ層１０１が接合された状態で第２の熱処理を行う。第２の熱処理は、第１の熱処理温度よりも高い温度であって支持基板１００の歪み点を超えない温度で行うことが好ましい。或いは、第１の熱処理と第２の熱処理は同じ温度であっても、第２の熱処理の処理時間を長くすることが好ましい。熱処理は、熱伝導加熱、対流加熱または輻射加熱などにより支持基板１００及び／またはＬＴＳＳ層１０１が加熱されるようにすれば良い。第２の熱処理を行うことでＬＴＳＳ層１０１に残留する応力を緩和することができ、第１の熱処理によって分割する際に生じるＬＴＳＳ層１０１のダメージを回復させることにも有効である。
【０１１４】
図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示すように、絶縁層１０４を半導体基板１０６上に形成すると、絶縁層１０４によって不純物がＬＴＳＳ層１０１に混入するのを防ぐので、ＬＴＳＳ層１０１が汚染されるのを防止することが可能となる。
【０１１５】
図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、支持基板側に接合層を設けてＬＴＳＳ層を有するＳＯＩ構造の基板を製造する工程を示す。
【０１１６】
まず、酸化シリコン層１０５が形成された半導体基板１０６に電界で加速されたイオンを所定の深さに注入し、分離層１０７を形成する（図６（Ａ）参照）。酸化シリコン層１０５は、半導体基板１０６上に酸化シリコン層をスパッタ法やＣＶＤ法で成膜してもよいし、半導体基板１０６が単結晶シリコン基板の場合、半導体基板１０６を熱酸化して形成してもよい。本実施の形態では、半導体基板１０６が単結晶シリコン基板として、酸化シリコン層１０５は単結晶シリコン基板を熱酸化して形成する。
【０１１７】
半導体基板１０６へのイオンの注入は図４（Ａ）の場合と同様である。半導体基板１０６の表面に酸化シリコン層１０５を形成しておくことでイオン注入によって表面がダメージを受け、平坦性が損なわれるのを防ぐことができる。
【０１１８】
バリア層１０３及び接合層１０２が形成された支持基板１００と半導体基板１０６の酸化シリコン層１０５が形成された面を密着させて接合を形成する（図６（Ｂ）参照）。
【０１１９】
この状態で第１の熱処理を行う。第１の熱処理は接合層１０２の成膜温度以上で行うことが好ましく、４００℃以上６００℃未満の温度で行うことが好ましい。それにより分離層１０７に形成された微小な空孔に体積変化が起こり、半導体基板１０６を劈開することができる。支持基板１００上には半導体基板１０６と同じ結晶性を有するＬＴＳＳ層１０１が形成される（図６（Ｃ）参照）。
【０１２０】
次に支持基板１００にＬＴＳＳ層１０１が接合された状態で第２の熱処理を行う。第２の熱処理は、第１の熱処理温度よりも高い温度であって支持基板１００の歪み点を超えない温度で行うことが好ましい。或いは、第１の熱処理と第２の熱処理は同じ温度であっても、第２の熱処理の処理時間を長くすることが好ましい。熱処理は、熱伝導加熱、対流加熱または輻射加熱などにより支持基板１００及び／またはＬＴＳＳ層１０１が加熱されるようにすれば良い。第２の熱処理を行うことでＬＴＳＳ層１０１に残留する応力を緩和することができ、第１の熱処理によって分割する際に生じるＬＴＳＳ層１０１のダメージを回復させることにも有効である。
【０１２１】
以上のようにして、図３（Ｂ）に示すＳＯＩ基板が形成される。
【０１２２】
図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は支持基板側に接合層を設けてＬＴＳＳ層を接合する場合における他の例を示す。
【０１２３】
最初に半導体基板１０６に分離層１０７を形成する（図７（Ａ）参照）。分離層１０７を形成するためのイオンの注入はイオンドーピング装置を用いて行う。この工程では電界で加速された質量数の異なるイオンが高電界で加速されて半導体基板１０６に照射される。
【０１２４】
このとき、半導体基板１０６の表面はイオンの照射により平坦性が損なわれるおそれがあるので、保護膜として酸化シリコン層１０５を設けておくことが好ましい。酸化シリコン層１０５は熱酸化により形成しても良いし、ケミカルオキサイドを適用しても良い。ケミカルオキサイドは酸化性の薬液に半導体基板１０６を浸すことで形成可能である。例えば、オゾン含有水溶液で半導体基板１０６を処理すれば表面にケミカルオキサイドが形成される。
【０１２５】
また保護膜として、プラズマＣＶＤ法で形成した窒素を含む酸化シリコン膜、酸素を含む窒化シリコン膜、またはＴＥＯＳを用いて成膜した酸化シリコン膜を用いてもよい。
【０１２６】
支持基板１００にはバリア層１０３を設けることが好ましい。バリア層１０３を設けることで、支持基板１００として用いられるガラス基板からアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のような可動イオン不純物が拡散してＬＴＳＳ層１０１が汚染されることを防ぐことができる。
【０１２７】
バリア層１０３は一層または複数の層をもって構成する。例えば、ナトリウムなどのイオンをブロッキングする効果の高い窒化シリコン膜または酸素を含む窒化シリコン膜を第１層目として用い、その上層に第２層目として酸化シリコン膜または窒素を含む酸化シリコン膜を設ける。
【０１２８】
バリア層１０３の第１層目は不純部の拡散を防止する目的を持った絶縁膜であり緻密な膜であるのに対し、第２層目は第１層目の膜の内部応力が上層に作用しないように、応力を緩和することを一つの目的としている。このように支持基板１００にバリア層１０３を設けることで、ＬＴＳＳ層を接合する際の基板の選択範囲を広げることができる。
【０１２９】
バリア層１０３の上層に接合層１０２を設けた支持基板１００と半導体基板１０６を接合させる（図７（Ｂ）参照）。半導体基板１０６の表面は保護膜として設けた酸化シリコン層１０５をフッ酸で除去しておき、半導体表面が露出する状態となっている。半導体基板１０６の最表面はフッ酸溶液の処理により水素で終端されている状態であれば良い。接合形成に際して表面終端水素により水素結合が形成され、良好な接合を形成することができる。
【０１３０】
また、不活性ガスのイオンを照射して半導体基板１０６の最表面に未結合手が露出するようにして、真空中で接合を形成しても良い。
【０１３１】
この状態で第１の熱処理を行う。第１の熱処理は接合層１０２の成膜温度以上で行うことが好ましく、４００℃以上６００℃未満の温度で行うことが好ましい。それにより分離層１０７に形成された微小な空孔に体積変化が起こり、半導体基板１０６を劈開することができる。支持基板１００上には半導体基板１０６と同じ結晶性を有するＬＴＳＳ層１０１が形成される（図７（Ｃ）参照）。
【０１３２】
次に支持基板１００にＬＴＳＳ層１０１が接合された状態で第２の熱処理を行う。第２の熱処理は、第１の熱処理温度よりも高い温度であって支持基板１００の歪み点を超えない温度で行うことが好ましい。或いは、第１の熱処理と第２の熱処理は同じ温度であっても、第２の熱処理の処理時間を長くすることが好ましい。
【０１３３】
熱処理は、熱伝導加熱、対流加熱または輻射加熱などにより支持基板１００及び／またはＬＴＳＳ層１０１が加熱されるようにすれば良い。第２の熱処理を行うことでＬＴＳＳ層１０１に残留する応力を緩和することができ、第１の熱処理によって分割する際に生じるＬＴＳＳ層１０１のダメージを回復させることにも有効である。
【０１３４】
以上のようにして図３（Ｃ）に示すＳＯＩ基板を形成する。
【０１３５】
本実施の形態によれば、ガラス基板等の耐熱温度が７００℃以下の支持基板１００でであっても接合部の接着力が強固なＬＴＳＳ層１０１を得ることができる。支持基板１００として、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスの如き無アルカリガラスと呼ばれる電子工業用に使われる各種ガラス基板を適用することが可能となる。すなわち、一辺が１メートルを超える基板上に単結晶半導体層を形成することができる。このような大面積基板を使って液晶ディスプレイのような表示装置のみならず、半導体集積回路を製造することができる。
【０１３６】
［実施の形態３］
本実施の形態では、本発明を用いて無線交信可能な半導体装置を作製する例を、図１０（Ａ）〜図１０（Ｅ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｅ）、図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）、図１３（Ａ）〜図１３（Ｂ）を用いて説明する。
【０１３７】
まず図１０（Ａ）に示すように、耐熱性を有する第１の基板６００上に剥離層６０１を形成する。第１の基板６００として、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、セラミック基板等を用いることができる。また、ステンレス基板を含む金属基板または半導体基板を用いても良い。プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的に上記基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。
【０１３８】
剥離層６０１は、非晶質シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコン、微結晶シリコン（セミアモルファスシリコンを含む）等、シリコンを主成分とする層を用いることができる。剥離層６０１は、スパッタ法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等を用いて形成することができる。本実施の形態では、膜厚５０ｎｍ程度の非晶質シリコンを減圧ＣＶＤ法で形成し、剥離層６０１として用いる。なお剥離層６０１はシリコンに限定されず、エッチングにより選択的に除去できる材料で形成すれば良い。剥離層６０１の膜厚は、１０〜１００ｎｍとするのが望ましい。セミアモルファスシリコンに関しては、３０〜５０ｎｍとしてもよい。
【０１３９】
次に、剥離層６０１上に、下地膜６０２を形成する。下地膜６０２は第１の基板６００中に含まれるＮａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体膜中に拡散し、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）などの半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。また下地膜６０２は、後の半導体素子を剥離する工程において、半導体素子を保護する役目も有している。下地膜６０２は単層であっても複数の絶縁膜を積層したものであっても良い。よってアルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜への拡散を抑えることができる酸化珪素や、窒化珪素、窒化酸化珪素などの絶縁膜を用いて形成する。
【０１４０】
本実施の形態では、膜厚１００ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜、膜厚５０ｎｍの酸素を含む窒化珪素膜、膜厚１００ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を順に積層して下地膜６０２を形成するが、各膜の材質、膜厚、積層数は、これに限定されるものではない。例えば、下層の窒素を含む酸化珪素膜に代えて、膜厚０．５〜３μｍのシロキサン系樹脂をスピンコート法、スリットコータ法、液滴吐出法、印刷法などによって形成しても良い。また、中層の酸素を含む窒化珪素膜に代えて、窒化珪素膜を用いてもよい。また、上層の窒素を含む酸化珪素膜に代えて、酸化珪素膜を用いていても良い。また、それぞれの膜厚は、０．０５〜３μｍとするのが望ましく、その範囲から自由に選択することができる。
【０１４１】
ここで、酸化珪素膜は、シランと酸素、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）と酸素等の混合ガスを用い、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、常圧ＣＶＤ、バイアスＥＣＲＣＶＤ等の方法によって形成することができる。また、窒化珪素膜は、代表的には、ＳｉＨ４とＮＨ３の混合ガスを用い、プラズマＣＶＤによって形成することができる。また、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜は、代表的には、シランと亜酸化窒素の混合ガスを用い、プラズマＣＶＤによって形成することができる。
【０１４２】
次に、下地膜６０２上に半導体膜６０３を形成する。半導体膜６０３は、下地膜６０２を形成した後、大気に曝さずに形成することが望ましい。半導体膜６０３の膜厚は２０〜２００ｎｍ（望ましくは４０〜１７０ｎｍ、好ましくは５０〜１５０ｎｍ）とする。なお半導体膜６０３は、非晶質半導体であっても良いし、セミアモルファス半導体であっても良いし、多結晶半導体であっても良い。また半導体は珪素だけではなくシリコンゲルマニウムも用いることができる。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は０．０１〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度であることが好ましい。
【０１４３】
なお半導体膜６０３は、公知の技術により結晶化しても良い。公知の結晶化方法としては、レーザ光を用いたレーザ結晶化法、触媒元素を用いる結晶化法がある。或いは、触媒元素を用いる結晶化法とレーザ結晶化法とを組み合わせて用いることもできる。また、第１の基板６００として石英のような耐熱性に優れている基板を用いる場合、電熱炉を使用した熱結晶化方法、赤外光を用いたランプアニール結晶化法、触媒元素を用いる結晶化法のうちいずれかと、９５０℃程度の高温アニールを組み合わせた結晶法を用いても良い。
【０１４４】
例えばレーザ結晶化を用いる場合、レーザ結晶化の前に、レーザに対する半導体膜６０３の耐性を高めるために、５００℃、１時間の熱アニールを該半導体膜６０３に対して行なう。そして連続発振が可能な固体レーザを用い、基本波の第２高調波〜第４高調波のレーザ光を照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、代表的には、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（基本波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いるのが望ましい。具体的には、連続発振のＹＶＯ４レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により高調波に変換し、出力１０Ｗのレーザ光を得る。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザ光に成形して、半導体膜６０３に照射する。このときのパワー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ２程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ２）が必要である。そして、走査速度を１０〜２０００ｃｍ／ｓｅｃ程度とし、照射する。
【０１４５】
また、パルス発振のレーザ光の発振周波数を１０ＭＨｚ以上とし、通常用いられている数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの周波数帯よりも著しく高い周波数帯を用いてレーザ結晶化を行なっても良い。パルス発振でレーザ光を半導体膜に照射してから半導体膜が完全に固化するまでの時間は数十ｎｓｅｃ〜数百ｎｓｅｃと言われている。よって上記周波数を用いることで、半導体膜がレーザ光によって溶融してから固化するまでに、次のパルスのレーザ光を照射できる。したがって、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるので、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を有する半導体膜が形成される。具体的には、含まれる結晶粒の走査方向における幅が１０〜３０μｍ、走査方向に対して垂直な方向における幅が１〜５μｍ程度の結晶粒の集合を形成することができる。該走査方向に沿って長く延びた単結晶の結晶粒を形成することで、少なくともＴＦＴのチャネル方向には結晶粒界のほとんど存在しない半導体膜の形成が可能となる。
【０１４６】
なおレーザ結晶化は、連続発振の基本波のレーザ光と連続発振の高調波のレーザ光とを並行して照射するようにしても良いし、連続発振の基本波のレーザ光とパルス発振の高調波のレーザ光とを並行して照射するようにしても良い。
【０１４７】
なお、希ガスや窒素などの不活性ガス雰囲気中でレーザ光を照射するようにしても良い。これにより、レーザ光照射による半導体表面の荒れを抑えることができ、界面準位密度のばらつきによって生じる閾値のばらつきを抑えることができる。
【０１４８】
上述したレーザ光の照射により、結晶性がより高められた半導体膜６０３が形成される。なお、予め多結晶半導体を、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法などで形成するようにしても良い。
【０１４９】
また本実施の形態では半導体膜６０３を結晶化しているが、結晶化せずに非晶質珪素膜または微結晶半導体膜のまま、後述のプロセスに進んでも良い。非晶質半導体、微結晶半導体を用いたＴＦＴは、多結晶半導体を用いたＴＦＴよりも作製工程が少ない分、コストを抑え、歩留まりを高くすることができるというメリットを有している。
【０１５０】
非晶質半導体は、珪素を含む気体をグロー放電分解することにより得ることができる。代表的な珪素を含む気体としては、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６が挙げられる。この珪素を含む気体を、水素、水素とヘリウムで希釈して用いても良い。
【０１５１】
なおセミアモルファス半導体とは、非晶質半導体と結晶構造を有する半導体（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造の半導体を含む膜である。このセミアモルファス半導体は、自由エネルギーの観点から安定な第３の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質なものであり、その粒径を０．５〜２０ｎｍとして非単結晶半導体中に分散させて存在せしめることが可能である。
【０１５２】
また、未結合手（ダングリングボンド）を終端させるために水素またはハロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含ませている。ここでは便宜上、このような半導体をセミアモルファス半導体（ＳＡＳ）と呼ぶ。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで安定性が増し良好なセミアモルファス半導体が得られる。
【０１５３】
セミアモルファス半導体の代表的なものとして、セミアモルファスシリコンが挙げられる。セミアモルファスシリコンは、そのラマンスペクトルが５２０ｃｍ−１よりも低波数側にシフトしており、またＸ線回折ではＳｉ結晶格子に由来するとされる（１１１）、（２２０）の回折ピークが観測される。
【０１５４】
またセミアモルファスシリコンは珪素を含む気体をグロー放電分解することにより得ることができる。代表的な珪素を含む気体としては、ＳｉＨ４であり、その他にもＳｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４などを用いることができる。また水素や、水素にヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素を加えたガスで、この珪素を含む気体を希釈して用いることで、セミアモルファスシリコンの形成を容易なものとすることができる。希釈率は２倍〜１０００倍の範囲で珪素を含む気体を希釈することが好ましい。
【０１５５】
またさらに、珪素を含む気体中に、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６などの炭化物気体、ＧｅＨ４、ＧｅＦ４などのゲルマニウム化気体、Ｆ２などを混入させて、エネルギーバンド幅を１．５〜２．４ｅＶ、若しくは０．９〜１．１ｅＶに調節しても良い。
【０１５６】
例えば、ＳｉＨ４にＨ２を添加したガスを用いる場合、或いはＳｉＨ４にＦ２を添加したガスを用いる場合、形成したセミアモルファスシリコンを用いてＴＦＴを作製すると、該ＴＦＴのサブスレッショルド係数（Ｓ値）を０．３５Ｖ／ｄｅｃ以下、代表的には０．２５〜０．０９Ｖ／ｄｅｃとし、キャリア移動度を１０ｃｍ２／Ｖｓｅｃとすることができる。そして上記セミアモルファスシリコンを用いたＴＦＴで、例えば１９段リングオシレータを形成した場合、電源電圧３〜５Ｖにおいて、その発振周波数は１ＭＨ以上、好ましくは１００ＭＨｚ以上の特性を得ることができる。また電源電圧３〜５Ｖにおいて、インバータ１段あたりの遅延時間は２６ｎｓ、好ましくは０．２６ｎｓ以下とすることができる。
【０１５７】
次に、図１０（Ｂ）に示すように、半導体膜６０３をエッチングし、島状半導体膜６０４、島状半導体膜６０５、島状半導体膜６０６を形成する。そして、島状半導体膜６０４〜島状半導体膜６０６を覆うように、ゲート絶縁膜６０７を形成する。ゲート絶縁膜６０７は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法などを用い、窒化珪素、酸化珪素、窒素を含む酸化珪素又は酸素を含む窒化珪素を含む膜を、単層で、又は積層させて形成することができる。積層する場合には、例えば、基板側から酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化珪素膜の３層構造とするのが好ましい。
【０１５８】
次に図１０（Ｃ）に示すように、ゲート電極６１０、ゲート電極６１１、ゲート電極６１２を形成する。本実施の形態では、窒化タンタルとタングステンをスパッタ法で順に積層するように形成した後、レジスト６１３をマスクとしてエッチングを行なうことにより、ゲート電極６１０〜６１２を形成する。勿論、ゲート電極６１０〜６１２の材料、構造、作製方法は、これに限定されるものではなく、適宜選択することができる。例えば、ｎ型を付与する不純物元素がドーピングされたシリコンとニッケルシリサイドとの積層構造、ｎ型を付与する不純物元素がドーピングされたシリコンとタングステンシリサイドとの積層構造としてもよい。また、種々の導電材料を用いて単層で形成しても良い。なお、必要であれば窒化タンタルまたはタングステン、あるいはその両方に、ｎ型を付与する不純物元素をドープしてもよい。
【０１５９】
また、レジストマスクの代わりに、酸化珪素等のマスクを用いてもよい。この場合、酸化珪素、窒素を含む酸化珪素等のマスク（ハードマスクと呼ばれる。）を形成する工程が加わるが、エッチング時におけるマスクの膜減りがレジストマスクよりも少ないため、所望の幅のゲート電極６１０〜６１２を形成することができる。また、レジスト６１３を用いずに、液滴吐出法を用いて選択的にゲート電極６１０〜６１２を形成しても良い。
【０１６０】
導電材料としては、導電膜の機能に応じて種々の材料を選択することができる。また、ゲート電極とアンテナとを同時に形成する場合には、それらの機能を考慮して材料を選択すればよい。
【０１６１】
なお、ゲート電極をエッチング形成する際のエッチングガスとしては、ＣＦ４、Ｃｌ２、Ｏ２の混合ガスやＣｌ２ガスを用いたが、これに限定されるものではない。
【０１６２】
次に図１０（Ｄ）に示すように、ｐチャネル型ＴＦＴとなる島状半導体膜６０５をレジスト６１４で覆い、ゲート電極６１０及びゲート電極６１２をマスクとして、島状半導体膜６０４及び島状半導体膜６０６に、ｎ型を付与する不純物元素（代表的にはＰ（リン）又はＡｓ（砒素））を低濃度にドープする（第１のドーピング工程）。
【０１６３】
第１のドーピング工程の条件は、ドーズ量：１×１０１３〜６×１０１３／ｃｍ２、加速電圧：５０〜７０ｋｅＶとしたが、これに限定されるものではない。この第１のドーピング工程によって、ゲート絶縁膜６０７を介してドーピングがなされ、島状半導体膜６０４、島状半導体膜６０６に、それぞれ、一対の低濃度不純物領域６１６、一対の低濃度不純物領域６１７が形成される。また一対の低濃度不純物領域６１６の間にチャネル形成領域６６４、一対の低濃度不純物領域６１７の間にチャネル形成領域６６６が形成される。なお、第１のドーピング工程は、ｐチャネル型ＴＦＴとなる島状半導体膜６０５をレジストで覆わずに行っても良い。
【０１６４】
次に図１０（Ｅ）に示すように、レジスト６１４をアッシング等により除去した後、ｎチャネル型ＴＦＴとなる島状半導体膜６０４及び島状半導体膜６０６を覆うように、レジスト６１８を新たに形成し、ゲート電極６１１をマスクとして、島状半導体膜６０５に、ｐ型を付与する不純物元素（代表的にはＢ（ホウ素））を高濃度にドープする（第２のドーピング工程）。
【０１６５】
第２のドーピング工程の条件は、ドーズ量：１×１０１６〜３×１０１６／ｃｍ２、加速電圧：２０〜４０ｋｅＶとして行なう。この第２のドーピング工程によって、ゲート絶縁膜６０７を介してドーピングがなされ、島状半導体膜６０５に、一対のｐ型の高濃度不純物領域６１９、及び、一対のｐ型の高濃度不純物領域６１９の間にチャネル形成領域６６５が形成される。
【０１６６】
次に図１１（Ａ）に示すように、レジスト６１８をアッシング等により除去した後、ゲート絶縁膜６０７及びゲート電極６１０〜ゲート電極６１２を覆うように、絶縁膜６２０を形成する。本実施の形態では、膜厚１００ｎｍの酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって形成する。
【０１６７】
その後、エッチバック法により、絶縁膜６２０、ゲート絶縁膜６０７を部分的にエッチングし、図１１（Ｂ）に示すように、ゲート電極６１０〜ゲート電極６１２の側壁に接するように、サイドウォール６２２、サイドウォール６２３、サイドウォール６２４を自己整合的（セルフアライン）に形成する。エッチングガスとしては、ＣＨＦ３とＨｅの混合ガスを用いる。なお、サイドウォールを形成する工程は、これらに限定されるものではない。
【０１６８】
なお、絶縁膜６２０を形成した時に、第１の基板６００の裏面にも絶縁膜が形成された場合には、レジストを用い、裏面に形成された絶縁膜を選択的にエッチングし、除去するようにしても良い。この場合、裏面に形成された絶縁膜は、サイドウォール６２２〜サイドウォール６２４をエッチバック法で形成する際に、絶縁膜６２０、ゲート絶縁膜６０７と共にエッチングして、除去するようにしても良い。
【０１６９】
次に図１１（Ｃ）に示すように、ｐチャネル型ＴＦＴとなる島状半導体膜６０５を覆うように、レジスト６２５を新たに形成し、ゲート電極６１０、ゲート電極６１２、サイドウォール６２２、サイドウォール６２４をマスクとして、ｎ型を付与する不純物元素（代表的にはリン又はヒ素）を高濃度にドープする（第３のドーピング工程）。
【０１７０】
第３のドーピング工程の条件は、ドーズ量：１×１０１３〜５×１０１５／ｃｍ２、加速電圧：６０〜１００ｋｅＶとして行なう。この第３のドーピング工程によって、島状半導体膜６０４及び島状半導体膜６０６に、一対のｎ型の高濃度不純物領域６２７及び一対のｎ型の高濃度不純物領域６２８が形成される。また一対の低濃度不純物領域６１６中でサイドウォール６２２に覆われてｎ型を付与する不純物元素が高濃度にドープされなかった領域に、低濃度不純物領域６６１が形成される。また一対の低濃度不純物領域６１７中でサイドウォール６２４に覆われてｎ型を付与する不純物元素が高濃度にドープされなかった領域に、低濃度不純物領域６６２が形成される。
【０１７１】
なお図１０（Ｄ）に示す工程（第１のドーピング工程）で、ｎ型を付与する不純物元素がドープされなかった場合は、島状半導体膜６０４及び６０６中の、サイドウォール６２２及びサイドウォール６２４の下部の領域はオフセット領域となる。低濃度不純物領域６６１及び６６２、あるいは、オフセット領域の幅を制御するには、サイドウォール６２２及びサイドウォール６２４を形成する際のエッチバック法の条件または絶縁膜６２０の膜厚を適宜変更し、サイドウォール６２２及びサイドウォール６２４のサイズを調整すればよい。
【０１７２】
上述した一連の工程により、ｎチャネル型ＴＦＴ６２９、ｐチャネル型ＴＦＴ６３０、ｎチャネル型ＴＦＴ６３１が形成される。上記作製工程において、エッチバック法の条件または絶縁膜６２０の膜厚を適宜変更し、サイドウォール６２２〜６２４のサイズを調整することで、チャネル長０．２μｍ〜２μｍのＴＦＴを形成することができる。なお、本実施の形態では、ＴＦＴ６２９〜ＴＦＴ６３１をトップゲート構造としたが、ボトムゲート構造（逆スタガ構造）としてもよい。
【０１７３】
なお本実施の形態では、絶縁分離されたＴＦＴを半導体素子の一例として示すが、集積回路に用いられる半導体素子はこれに限定されず、あらゆる回路素子を用いることができる。
【０１７４】
次に、レジスト６２５をアッシング等により除去した後、層間絶縁膜６６０を形成する（図１１（Ｄ）参照）。層間絶縁膜６６０は、フッ素を含む絶縁膜の単層または積層により形成されており、層間絶縁膜５１４と同じ材料を用いて形成する。
【０１７５】
層間絶縁膜６６０を形成したら、５５０℃以上の温度、具体的には、５５０℃で４時間加熱する。基板６００としてガラス基板を用いる場合には、５５０℃以上ガラス歪点以下の温度で加熱する。この加熱工程により層間絶縁膜６６０に含まれるフッ素が、島状半導体膜６０４〜島状半導体膜６０６中のダングリングボンドを終端化すると同時に、添加された一導電性の不純物元素が活性化し、不純物元素が添加された高濃度不純物領域６２７、高濃度不純物領域６１９、高濃度不純物領域６２８の結晶性が回復する。すなわち、ダングリングボンド終端化の工程と不純物活性化の工程を同時に行うことが可能である。
【０１７６】
また高濃度不純物領域６２７、高濃度不純物領域６１９、高濃度不純物領域６２８は、不純物の添加で非晶質化しているので、層間絶縁膜６６０からのフッ素原子の拡散がしやすくなる。その結果、チャネル形成領域６６４〜チャネル形成領域６６６中のダングリングボンドをより効果的に終端化できる。
【０１７７】
島状半導体膜６０４〜島状半導体膜６０６中のダングリングボンド終端化のためのアニールを、従来よりも高温で行うことにより、ストレスに対して劣化しにくくなり、ＴＦＴ６２９〜ＴＦＴ６３１の安定化を図ることが可能となる。
【０１７８】
次にＴＦＴ６２９〜ＴＦＴ６３１及び層間絶縁膜６６０を覆うように、層間絶縁膜６３３を形成する。層間絶縁膜６３３は、ポリイミド、アクリル、ポリアミド等の、耐熱性を有する有機樹脂を用いることができる。また上記有機樹脂の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂（以下、シロキサン系樹脂ともいう）等を用いることができる。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）の結合で骨格構造が形成される。これらの置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えば、アルキル基、芳香族炭化水素（アリール基））が用いられる。また、フルオロ基を置換基として用いてもよい。または、置換基として少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。層間絶縁膜６３３の形成には、その材料に応じて、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコータ、カーテンコータ、ナイフコータ等を採用することができる。また、無機材料を用いてもよく、その際には、酸化珪素、窒化珪素、窒素を含む酸化珪素、酸素を含む窒化珪素、ＰＳＧ（リンガラス）、ＰＢＳＧ（リンボロンガラス）、ＢＰＳＧ（ボロンリンガラス）、アルミナ膜等を用いることができる。なお、これらの絶縁膜を積層させて、層間絶縁膜６３３を形成しても良い。
【０１７９】
さらに本実施の形態では、層間絶縁膜６３３上に、層間絶縁膜６３４を形成する。層間絶縁膜６３４としては、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）或いは窒化炭素（ＣＮ）等の炭素を有する膜、又は、酸化珪素膜、窒化珪素膜或いは酸素を含む窒化珪素膜等を用いることができる。形成方法としては、プラズマＣＶＤ法や、大気圧プラズマ等を用いることができる。あるいは、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、レジスト又はベンゾシクロブテン等の感光性又は非感光性の有機材料や、シロキサンを用いた樹脂等を用いてもよい。
【０１８０】
なお、層間絶縁膜６３３又は層間絶縁膜６３４と、後に形成される配線を構成する導電材料等との熱膨張率の差から生じる応力によって、層間絶縁膜６３３又は層間絶縁膜６３４の膜剥がれや割れが生じるのを防ぐために、層間絶縁膜６３３又は層間絶縁膜６３４中にフィラーを混入させておいても良い。
【０１８１】
次に、層間絶縁膜６６０、層間絶縁膜６３３、層間絶縁膜６３４にコンタクトホールを形成し、ＴＦＴ６２９〜ＴＦＴ６３１に接続する配線６３５〜配線６３９を形成する（図１１（Ｅ）参照）。コンタクトホール開口時のエッチングに用いられるガスは、ＣＨＦ３とＨｅの混合ガスを用いたが、これに限定されるものではない。本実施の形態では、配線６３５〜配線６３９を、Ａｌで形成する。なお配線６３５〜配線６３９をチタン（Ｔｉ）、窒化チタン、珪素を含むアルミニウム（Ａｌ−Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、及び窒化チタンの５層構造とし、スパッタ法を用いて形成しても良い。
【０１８２】
なお、アルミニウム（Ａｌ）において、珪素（Ｓｉ）を混入させることにより、配線形成時のレジストベークにおけるヒロックの発生を防止することができる。また、珪素（Ｓｉ）の代わりに、０．５％程度の銅（Ｃｕ）を混入させても良い。また、チタン（Ｔｉ）や窒化チタンで珪素を含むアルミニウム（Ａｌ−Ｓｉ）層をサンドイッチすることにより、耐ヒロック性がさらに向上する。なお、エッチング時には、窒素を含む酸化珪素等からなる上記ハードマスクを用いるのが望ましい。なお、配線の材料や、形成方法はこれらに限定されるものではなく、前述したゲート電極に用いられる材料を採用しても良い。
【０１８３】
なお、配線６３５及び配線６３６はｎチャネル型ＴＦＴ６２９の高濃度不純物領域６２７に、配線６３６及び配線６３７はｐチャネル型ＴＦＴ６３０の高濃度不純物領域６１９に、配線６３８及び配線６３９はｎチャネル型ＴＦＴ６３１の高濃度不純物領域６２８に、それぞれ接続されている。
【０１８４】
次に図１２（Ａ）に示すように、配線６３５〜配線６３９を覆うように、層間絶縁膜６３４上に層間絶縁膜６４０を形成する。層間絶縁膜６４０は、配線６３５の一部が露出するような開口部を有する。また層間絶縁膜６４０は、有機樹脂膜、無機絶縁膜またはシロキサン系絶縁膜を用いて形成することができる。有機樹脂膜ならば、例えばアクリル、ポリイミド、ポリアミドなど、無機絶縁膜ならば酸化珪素、酸素を含む窒化珪素、窒素を含む酸化珪素などを用いることができる。なお開口部を形成するのに用いるマスクを、液滴吐出法または印刷法で形成することができる。また層間絶縁膜６４０自体を、液滴吐出法または印刷法で形成することもできる。
【０１８５】
次に、アンテナ６４１を層間絶縁膜６４０上に形成する。アンテナ６４１は、下層配線、アンテナ下地層、銅めっき層の積層膜で形成することができる。その場合、アンテナ下地層はチタン、タンタル、タングステン又はモリブデンのいずれかとニッケルとの合金の窒化膜を用いる。
【０１８６】
あるいは、下層配線、第１の下地層、第２の下地層、銅めっき層の積層膜としても良い。その場合は、第１のアンテナ下地層はチタン、タンタル、タングステン又はモリブデンのいずれかの窒化膜であり、第２のアンテナ下地層はニッケルの窒化膜を用いるである。
【０１８７】
アンテナ６４１は、無線交信可能な半導体装置の内部に形成される内部アンテナであり、外部アンテナに電気的に接続される。
【０１８８】
アンテナ６４１を形成したら、アンテナ６４１を覆うように、分離用絶縁膜６４２を形成する。分離用絶縁膜６４２には、有機樹脂膜、無機絶縁膜、シロキサン系樹脂膜などを用いることができる。無機絶縁膜として、具体的には、例えばＤＬＣ膜、窒化炭素膜、酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜、窒化珪素膜、窒化アルミニウム膜または酸化窒化アルミニウム膜等を用いることができる。また、例えば窒化炭素膜と窒化珪素膜を積層した膜、ポリスチレンを積層した膜などを、分離用絶縁膜６４２として用いても良い。本実施の形態では、分離用絶縁膜６４２として窒化珪素膜を用いる。
【０１８９】
次に図１２（Ｂ）に示すように、分離用絶縁膜６４２を覆うように、保護層６４３を形成する。保護層６４３は、後に剥離層６０１をエッチングにより除去する際に、ＴＦＴ６２９〜ＴＦＴ６３１及び配線６３５〜配線６３９を保護することができる材料を用いる。例えば、水またはアルコール類に可溶なエポキシ系、アクリレート系、シリコン系の樹脂を全面に塗布することで保護層６４３を形成することができる。
【０１９０】
本実施の形態では、スピンコート法で水溶性樹脂（東亜合成製：ＶＬ−ＷＳＨＬ１０）を膜厚３０μｍとなるように塗布し、仮硬化させるために２分間の露光を行ったあと、紫外線を裏面から２．５分、表面から１０分、合計１２．５分の露光を行って本硬化させて、保護層６４３を形成する。なお、複数の有機樹脂を積層する場合、有機樹脂同士では使用している溶媒によって塗布または焼成時に一部溶解する恐れや、密着性が高くなりすぎたりする恐れがある。従って、分離用絶縁膜６４２と保護層６４３を共に同じ溶媒に可溶な有機樹脂を用いる場合、後の工程において保護層６４３の除去がスムーズに行なわれるように、分離用絶縁膜６４２を覆うように、無機絶縁膜（窒化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜、窒化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜）を形成しておくことが好ましい。
【０１９１】
次に図１２（Ｃ）に示すように、ＩＤチップどうしを分離するために溝６４６を形成する。溝６４６は、剥離層６０１が露出する程度の深さを有していれば良い。溝６４６の形成は、ダイシング、スクライビング、フォトリソグラフィ法などを用いることができる。なお、第１の基板６００上に形成されているＩＤチップを分離する必要がない場合、必ずしも溝６４６を形成する必要はない。
【０１９２】
次に図１２（Ｄ）に示すように、剥離層６０１をエッチングにより除去する。本実施の形態では、エッチングガスとしてフッ化ハロゲンを用い、該ガスを溝６４６から導入する。本実施の形態では、例えばＣｌＦ３（三フッ化塩素）を用い、温度：３５０℃、流量：３００ｓｃｃｍ、気圧：８×１０２Ｐａ（６Ｔｏｒｒ）、時間：３時間の条件で行なう。また、ＣｌＦ３ガスに窒素を混ぜたガスを用いても良い。ＣｌＦ３等のフッ化ハロゲンを用いることで、剥離層６０１が選択的にエッチングされ、第１の基板６００をＴＦＴ６２９〜ＴＦＴ６３１から剥離することができる。なおフッ化ハロゲンは、気体であっても液体であってもどちらでも良い。
【０１９３】
次に剥離されたＴＦＴ６２９〜ＴＦＴ６３１を、接着材６４７を用いて第２の基板６４８に貼り合わせる。接着材６４７は、第２の基板６４８と下地膜６０２とを貼り合わせることができる材料を用いる。接着材６４７は、例えば反応硬化型接着材、熱硬化型接着材、紫外線硬化型接着材等の光硬化型接着材、嫌気型接着材などの各種硬化型接着材を用いることができる。
【０１９４】
第２の基板６４８として、可撓性を有する紙またはプラスチックなどの有機材料、あるいはフレキシブルな無機材料を用いていても良い。プラスチック基板は、極性基のついたポリノルボルネンからなるＡＲＴＯＮ（ＪＳＲ製）を用いることができる。また、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に代表されるポリエステル、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂などが挙げられる。第２の基板６４８は集積回路において発生した熱を拡散させるために、２〜３０Ｗ／ｍＫ程度の高い熱伝導率を有する方が望ましい。
【０１９５】
また第２の基板６４８には、ＴＦＴ６２９〜ＴＦＴ６３１の少なくとも１つ、あるいは、内部アンテナ６４１と接続するように外部アンテナを形成する。外部アンテナはインクジェット法を用いて行う。チタン微粒子を含むチタンペーストとニッケルを含むニッケルペーストと、銅を含む銅ペーストを所望の割合で混合し、混合物をインクジェット装置のノズルから吐出してアンテナを描画する。アンテナ描画後、還元雰囲気にて熱処理を行いチタン−ニッケル−銅合金とする。得られたチタン−ニッケル−銅合金が結晶性を有するようにさらに熱処理を行い、結晶化を行う。本実施の形態では、結晶化のための熱処理によりチタン−ニッケル−銅合金内にオーステナイト層が形成される。
【０１９６】
次に図１３（Ａ）に示すように、分離用絶縁膜６４２を覆うように、絶縁層６４９を形成する。絶縁層６４９には、ポリイミド、エポキシ、アクリル、ポリアミド等の有機樹脂を用いることができる。また上記有機樹脂の他に、無機の樹脂、例えばシロキサン系材料等を用いることができる。シロキサン系樹脂の置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えば、アルキル基、芳香族炭化水素等）が用いられる。または、置換基としてフルオロ基を用いてもよい。または、置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
【０１９７】
次に、接着材６５２を絶縁層６４９上に塗布し、第３の基板６５３を貼り合わせる（図１３（Ｂ）参照）。第３の基板６５３は第２の基板６４８と同様の材料を用いることができる。接着材６５２の厚さは、例えば１０〜２００μｍとすれば良い。
【０１９８】
また接着材６５２は、第３の基板６５３と絶縁層６４９とを貼り合わせることができる材料を用いる。接着材６５２は、例えば反応硬化型接着材、熱硬化型接着材、紫外線硬化型接着材等の光硬化型接着材、嫌気型接着材などの各種硬化型接着材を用いることができる。
【０１９９】
なお本実施の形態では、接着材６５２を用いて、第３の基板６５３を絶縁層６４９に貼り合わせているが、本発明はこの構成に限定されない。絶縁層６４９が有する絶縁体６５０に、接着材としての機能を有する樹脂を用いることで、絶縁層６４９と第３の基板６５３とを直接貼り合わせることも可能である。
【０２００】
なお本実施の形態では、層間絶縁膜６６０、ＴＦＴ６２９〜ＴＦＴ６３１等を形成後、剥離により無線交信可能な半導体装置を作製したが、剥離工程を用いずに実施の形態１または実施の形態２、あるいはその両方を基にして、無線交信可能な半導体装置を作製してもよい。
【０２０１】
図１４は、本実施の形態の、無線交信可能な半導体装置の回路配置のブロック図の一例を示した図である。
【０２０２】
図１４においてリーダ／ライタ４０１は、外部から非接触で無線交信可能な半導体装置４００にデータの書き込み又は読み出しを行う装置である。無線交信可能な半導体装置４００は、電波を受信するアンテナ部４０２と、アンテナ部４０２の出力を整流する整流回路４０３と、整流回路４０３の出力を受信して動作電圧ＶＤＤを各回路に出力するレギュレータ回路４０４と、レギュレータ回路４０４の出力を受信してクロックを発生させるクロック発生回路４０５と、ロジック回路４０６からの出力を受信してデータの書き込み又は読み出しをするメモリ回路４０８にデータを書き込むための電圧を供給する昇圧回路４０７と、昇圧回路４０７の出力が入力される逆流防止ダイオード４０９と、逆流防止ダイオード４０９の出力を入力して電荷を蓄えるバッテリ用容量４１０と、メモリ回路４０８等の回路の制御を行うロジック回路４０６とを有する。なおアンテナ部４０２は、内部アンテナ６４１、及び、内部アンテナ６４１に電気的に接続される外部アンテナを含む。
【０２０３】
なお、特に図示はしないが、これらの回路以外にもデータ変調／復調回路、センサ、インターフェース回路などを有していても良い。このような構成により、無線交信可能な半導体装置４００は、リーダ／ライタ４０１と非接触で情報通信することができる。
【０２０４】
無線交信可能な半導体装置４００に含まれる上記構成のうち、アンテナ部４０２以外を集積回路とすることができ、アンテナと集積回路を同一の基板上に形成することができる。
【０２０５】
なお、本実施の形態において、無線で充電が可能なバッテリ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｂａｔｔｅｒｙ、無線周波数による非接触電池）としてバッテリ用容量４１０を搭載した無線交信可能な半導体装置の例を説明したが、バッテリ用容量４１０を設けなくてもよい。その場合は逆流防止ダイオード４０９も不要となる。
【０２０６】
また、電荷を蓄える充電素子（バッテリともいう）として容量を用いているがこれに限定されるものではない。本実施の形態において、バッテリとは、非接触で充電可能であり充電することで連続使用時間を回復することができる電池のことをいう。なおバッテリとしては、その用途により異なるが、薄膜なシート状や径の小さい筒状に形成された電池を用いることが好ましく、例えばリチウム電池、好ましくはゲル状電解質を用いるリチウムポリマー電池や、リチウムイオン電池等を用いることで、小型化が可能である。勿論、充電可能な電池であれば何でも良く、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池などの充電放電可能な電池であってもよいし、また大容量のコンデンサーなどを用いても良い。
【０２０７】
また、本実施の形態のバッテリとして用いることのできる大容量のコンデンサーとしては、電極の対向面積が大きいものであることが望ましい。活性炭、フラーレン、カーボンナノチューブなど比表面積の大きい電極用材料を用いた電解二重層コンデンサーを用いることが好適である。コンデンサーは電池に較べ構成が単純であり薄膜化や積層化も容易である。電気二重層コンデンサーは蓄電機能を有し、充放電の回数が増えても劣化が小さく、急速充電特性にも優れているため好適である。
【０２０８】
本実施の形態では、無線交信可能な半導体装置で用いるアンテナ部、整流回路部、昇圧回路と、無線で充電が可能なバッテリで用いるアンテナ部、整流回路部、昇圧回路部とは共通であるため、リーダ／ライタ４０１は無線交信可能な半導体装置を動作させるのと同時にバッテリ用容量４１０の充電を行うための信号発信源としても用いることが可能となる。
【０２０９】
本実施の形態で示す無線で充電が可能なバッテリは、対象物を非接触で充電でき、かつ持ち運びに優れるなどの特徴を有する。無線交信可能な半導体装置に搭載した場合、ＳＲＡＭ等の電源が必要なメモリを搭載することができる、無線交信可能な半導体装置の高機能化に寄与することができる。
【０２１０】
但し、本発明はこの構成に限定するものではなく、アンテナ部、整流回路部、昇圧回路のうち一部もしくはすべてをＲＦＩＤ動作用と無線で充電が可能なバッテリ充電用に分離しても良い。例えば、アンテナ部４０２をＲＦＩＤ動作用のアンテナ部と無線で充電が可能なバッテリ充電用のアンテナ部とに分離することでＲＦＩＤ動作用と無線で充電が可能なバッテリ充電用とで用いる信号の周波数を変えることも可能である。この場合、リーダ／ライタ４０１が発する信号と無線で充電が可能なバッテリへの信号発信源が発する信号とが互いに干渉しない周波数領域であることが望ましい。
【０２１１】
また、アンテナ部、整流回路部、昇圧回路をＲＦＩＤ動作用と無線で充電が可能なバッテリ充電用とで共通して用いる場合、無線で充電が可能なバッテリと昇圧回路との間にスイッチング素子を配置しておき、書き込み動作中はスイッチをオフして昇圧回路と無線で充電が可能なバッテリ間の接続を切り、それ以外ではスイッチをオンして昇圧回路と無線で充電が可能なバッテリ間の接続を行うような構成にしても良い。この場合は書き込み動作中充電を行わないことから書き込み動作中の電圧低下を防ぐことができる。スイッチング素子は公知の構成を用いることができる。
【０２１２】
［実施の形態４］
本実施の形態では、本発明の無線交信可能な半導体装置の利用形態の一例について説明する。本発明の無線交信可能な半導体装置の用途は広範にわたり、非接触で対象物の履歴等の情報を明確にし、生産・管理等に役立てる商品であればどのようなものにも適用することができる。例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類、包装用容器類、書籍類、記録媒体、身の回り品、乗物類、食品類、衣類、保健用品類、生活用品類、薬品類及び電子機器等に設けて使用することができる。これらの例に関して図１５（Ａ）〜図１５（Ｈ）を用いて説明する。
【０２１３】
紙幣、硬貨とは、市場に流通する金銭であり、特定の地域で貨幣と同じように通用するもの（金券）、記念コイン等を含む。有価証券類とは、小切手、証券、約束手形等を指す（図１５（Ａ））。証書類とは、運転免許証、住民票等を指す（図１５（Ｂ））。無記名債券類とは、切手、おこめ券、各種ギフト券等を指す（図１５（Ｃ））。包装用容器類とは、お弁当等の包装紙、ペットボトル等を指す（図１５（Ｄ））。書籍類とは、書物、本等を指す（図１５（Ｅ））。記録媒体とは、ＤＶＤソフト、ビデオテープ等を指す（図１５（Ｆ））。乗物類とは、自転車等の車両、船舶等を指す（図１５（Ｇ））。身の回り品とは、鞄、眼鏡等を指す（図１５（Ｈ））。食品類とは、食料品、飲料等を指す。衣類とは、衣服、履物等を指す。保健用品類とは、医療器具、健康器具等を指す。生活用品類とは、家具、照明器具等を指す。薬品類とは、医薬品、農薬等を指す。電子機器とは、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置（テレビ受像機、薄型テレビ受像機）、携帯電話機等を指す。
【０２１４】
紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類等に無線交信可能な半導体装置８０を設けることにより、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、書籍類、記録媒体等、身の回り品、食品類、生活用品類、電子機器等に無線交信可能な半導体装置８０を設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。乗物類、保健用品類、薬品類等に無線交信可能な半導体装置８０を設けることにより、偽造や盗難の防止、薬品類ならば、薬の服用の間違いを防止することができる。無線交信可能な半導体装置８０の設け方としては、物品の表面に貼ったり、物品に埋め込んだりして設ける。例えば、本ならば紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込んだりするとよい。
【０２１５】
このように、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に無線交信可能な半導体装置を設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。また乗物類に無線交信可能な半導体装置を設けることにより、偽造や盗難を防止することができる。また、動物等の生き物に埋め込むことによって、個々の生き物の識別を容易に行うことができる。例えば、家畜等の生き物にセンサを備えた無線交信可能な半導体装置を埋め込むことによって、生まれた年や性別または種類等はもちろん体温等の健康状態を容易に管理することが可能となる。特に、上記実施の形態で示した半導体装置を用いることによって、湾曲した面に設ける場合や物品を曲げた場合であってもアンテナとＩＣチップの接続不良に伴う無線交信可能な半導体装置の不良を防止することができる。
【０２１６】
本実施の形態で示した半導体装置の作製方法は、本明細書に記載した他の実施の形態の半導体装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２１７】
【図１】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図２】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図３】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図４】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図５】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図６】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図７】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図８】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図９】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図１０】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図１１】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図１２】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図１３】本発明の半導体装置の作製工程を示す図。
【図１４】本発明の半導体装置のブロック図。
【図１５】本発明の半導体装置を応用した例を示す図。
【符号の説明】
【０２１８】
８０ 半導体装置
１００ 支持基板
１０１ ＬＴＳＳ層
１０２ 接合層
１０３ バリア層
１０４ 絶縁層
１０５ 酸化シリコン層
１０６ 半導体基板
１０７ 分離層
４００ 半導体装置
４０１ リーダ／ライタ
４０２ アンテナ部
４０３ 整流回路
４０４ レギュレータ回路
４０５ クロック発生回路
４０６ ロジック回路
４０７ 昇圧回路
４０８ メモリ回路
４０９ 逆流防止ダイオード
４１０ バッテリ用容量
５０１ 基板
５０２ 下地絶縁膜
５０３ 非晶質半導体膜
５０４ 結晶性半導体膜
５０５ レーザビーム
５０７ 島状半導体膜
５０８ ゲート絶縁膜
５０９ ゲート電極
５１１ チャネル形成領域
５１２ 高濃度不純物領域
５１４ 層間絶縁膜
５１５ 配線
６００ 基板
６０１ 剥離層
６０２ 下地膜
６０３ 半導体膜
６０４ 島状半導体膜
６０５ 島状半導体膜
６０６ 島状半導体膜
６０７ ゲート絶縁膜
６１０ ゲート電極
６１１ ゲート電極
６１２ ゲート電極
６１３ レジスト
６１４ レジスト
６１６ 低濃度不純物領域
６１７ 低濃度不純物領域
６１８ レジスト
６１９ 高濃度不純物領域
６２０ 絶縁膜
６２２ サイドウォール
６２３ サイドウォール
６２４ サイドウォール
６２５ レジスト
６２７ 高濃度不純物領域
６２８ 高濃度不純物領域
６２９ ＴＦＴ
６３０ ＴＦＴ
６３１ ＴＦＴ
６３３ 層間絶縁膜
６３４ 層間絶縁膜
６３５ 配線
６３６ 配線
６３７ 配線
６３８ 配線
６３９ 配線
６４０ 層間絶縁膜
６４１ アンテナ
６４２ 分離用絶縁膜
６４３ 保護層
６４６ 溝
６４７ 接着材
６４８ 基板
６４９ 絶縁層
６５０ 絶縁体
６５２ 接着材
６５３ 基板
６６０ 層間絶縁膜
６６１ 低濃度不純物領域
６６２ 低濃度不純物領域
６６４ チャネル形成領域
６６５ チャネル形成領域
６６６ チャネル形成領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体膜を形成し、
前記半導体膜に、一導電性を有する不純物元素を添加して、前記半導体膜中に、不純物領域、及び、チャネル形成領域を形成し、
前記半導体膜上に、ゲート絶縁膜及びゲート電極を形成し、
前記半導体膜、ゲート絶縁膜、ゲート電極を覆って、フッ素を含む絶縁膜を形成し、
前記半導体膜、前記フッ素を含む絶縁膜を加熱することにより、前記不純物領域中の不純物元素を活性化させ、かつ、前記半導体膜中のダングリングボンドをフッ素により終端化させ、
前記フッ素を含む絶縁膜を加熱した後に、前記フッ素を含む絶縁膜上に、前記不純物領域に電気的に接続される配線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２】
請求項１において、
前記フッ素を含む絶縁膜は、フッ素を含む酸化珪素膜、フッ素と窒素を含む酸化珪素膜、フッ素を含む窒化珪素膜のいずれか１つであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記フッ素を含む絶縁膜は、５５０℃以上で加熱されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項において、
前記半導体膜に、前記一導電性を有する不純物元素を添加することにより、前記半導体膜中の不純物領域が非晶質化され、
前記半導体膜、前記フッ素を含む絶縁膜を加熱することにより、前記非晶質化された不純物領域の結晶性が回復されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１】
半導体膜を形成し、
前記半導体膜に、一導電性を有する不純物元素を添加して、前記半導体膜中に、不純物領域、及び、チャネル形成領域を形成し、
前記半導体膜上に、ゲート絶縁膜及びゲート電極を形成し、
前記半導体膜、ゲート絶縁膜、ゲート電極を覆って、フッ素を含む絶縁膜を形成し、
前記半導体膜、前記フッ素を含む絶縁膜を加熱することにより、前記不純物領域中の不純物元素を活性化させ、かつ、前記半導体膜中のダングリングボンドをフッ素により終端化させ、
前記フッ素を含む絶縁膜を加熱した後に、前記フッ素を含む絶縁膜上に、前記不純物領域に電気的に接続される配線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２】
請求項１において、
前記フッ素を含む絶縁膜は、フッ素を含む酸化珪素膜、フッ素と窒素を含む酸化珪素膜、フッ素を含む窒化珪素膜のいずれか１つであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記フッ素を含む絶縁膜は、５５０℃以上で加熱されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項において、
前記半導体膜に、前記一導電性を有する不純物元素を添加することにより、前記半導体膜中の不純物領域が非晶質化され、
前記半導体膜、前記フッ素を含む絶縁膜を加熱することにより、前記非晶質化された不純物領域の結晶性が回復されることを特徴とする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８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【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１５】
【公開番号】特開２００９−７６８８６（Ｐ２００９−７６８８６Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１３５５５（Ｐ２００８−２１３５５５）
【出願日】平成２０年８月２２日（２００８．８．２２）
【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２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２２日（２００８．８．２２）
【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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