ＳＯＩ基板の作製方法及び半導体装置の作製方法
【課題】平坦性を確保しつつ、結晶性の高い半導体膜を有する、ＳＯＩ基板の作製方法を提供することを、目的の一とする。
【解決手段】分離により絶縁膜上に単結晶の半導体膜を形成した後、該半導体膜の表面に存在する自然酸化膜を除去し、半導体膜に対して第１のレーザ光の照射を行う。第１のレーザ光の照射は、希ガス雰囲気下、窒素雰囲気下または減圧雰囲気下にて、半導体膜の任意の一点におけるレーザ光のショット数を７以上、より好ましくは１０以上１００以下とする。そして、第１のレーザ光の照射を行った後、半導体膜に対して第２のレーザ光の照射を行う。第２のレーザ光の照射は、希ガス雰囲気下、窒素雰囲気下または減圧雰囲気下にて、半導体膜の任意の一点におけるレーザ光のショット数を０より大きく２以下とする。
【解決手段】分離により絶縁膜上に単結晶の半導体膜を形成した後、該半導体膜の表面に存在する自然酸化膜を除去し、半導体膜に対して第１のレーザ光の照射を行う。第１のレーザ光の照射は、希ガス雰囲気下、窒素雰囲気下または減圧雰囲気下にて、半導体膜の任意の一点におけるレーザ光のショット数を７以上、より好ましくは１０以上１００以下とする。そして、第１のレーザ光の照射を行った後、半導体膜に対して第２のレーザ光の照射を行う。第２のレーザ光の照射は、希ガス雰囲気下、窒素雰囲気下または減圧雰囲気下にて、半導体膜の任意の一点におけるレーザ光のショット数を０より大きく２以下とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の作製方法及び該ＳＯＩ基板の作製方法を用いた半導体装置の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路に対する高集積化、高速化、高機能化、低消費電力化への要求が厳しさを増しており、その実現に向け、バルクのトランジスタに替わる有力な手段としてＳＯＩ基板を用いたトランジスタが注目されている。ＳＯＩ基板を用いたトランジスタはバルクのトランジスタと比較すると、半導体膜が絶縁膜上に形成されているので、寄生容量が低減され、基板に流れる漏れ電流の発生を抑えることができるため、半導体装置の高速化、低消費電力化がより期待できる。そして活性層として用いる半導体膜を薄くできるので、短チャネル効果を抑制し、よって素子の微細化、延いては半導体集積回路の高集積化を実現することができる。
【０００３】
ＳＯＩ基板の作製方法の一つに、スマートカット（登録商標）に代表されるＵＮＩＢＯＮＤ、ＥＬＴＲＡＮ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｙｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）、誘電体分離法、ＰＡＣＥ（Ｐｌａｓｍａ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法などの、絶縁膜を介して半導体膜を基板上に形成する方法がある。上記方法を用いることで、単結晶の半導体膜を用いた高機能な集積回路を安価なガラス基板上に形成することができる。
【０００４】
例えば下記の特許文献１には、バルクの半導体基板から分離された半導体膜をガラス基板に貼り合わせてＳＯＩ基板を作製する方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、レーザ光の照射により、ガラス基板上に転写された半導体薄膜層の結晶性を改善する方法について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０８７６０６号公報
【特許文献２】特開２００５−２５２２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したようなガラス基板を用いたＳＯＩ基板は、半導体基板を用いたＳＯＩ基板よりも安価であり、なおかつ半導体装置の大面積化を実現しやすいというメリットを有している。ガラス基板は半導体基板に比べて耐熱温度が低いため、特許文献２に記載されているようなレーザ光の照射は、分離後の半導体膜の結晶性を改善させるのに適した方法だと言える。
【０００８】
分離の工程において損なわれた半導体膜の結晶性を、パルス発振のレーザ光の照射により改善させる場合、任意の一点に照射されるレーザ光のショット数を多くする方が、結晶性をより高く改善させることができる。しかし、ショット数が多いと、結晶性の改善に対しては高い効果が得られる反面、レーザ光照射後の半導体膜の平坦性は劣ってしまう。具体的には、ビームスポットの端部におけるエネルギー密度の低い領域と重なるように、走査間隔に合わせて、クレーター状または粒状の凹凸を有する荒れた領域が、半導体膜の表面に出現してしまう。このピッチ縞と呼ばれる荒れた領域の出現は、レーザ光のショット数が多いまたはエネルギー密度が高いほど顕著に起こり、半導体膜を用いて形成される半導体素子の特性を落とす、または半導体素子の特性の均一性を低くする要因となっている。
【０００９】
逆に、レーザ光照射のショット数が低いと、レーザ光照射後において平坦性の高い半導体膜が得られる。しかし、半導体膜の結晶性を改善させる効果は、ショット数が多い場合に比べて劣ってしまう。
【００１０】
上述の課題に鑑み、本発明は、平坦性を確保しつつ、結晶性の高い半導体膜を有する、ＳＯＩ基板の作製方法を提供することを、目的の一とする。或いは、本発明は、特性のばらつきが抑えられ、なおかつ、良好な特性を得ることができる半導体素子を用いた、半導体装置の作製方法を提供することを、目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記ピッチ縞の発生する条件を調べたところ、本発明者らは、半導体膜の表面に存在する数ｎｍの膜厚の自然酸化膜の存在が、ピッチ縞の発生に寄与していることを見出した。そこで、窒素雰囲気下または減圧雰囲気下のような、酸素を極力排除した雰囲気下においてレーザ光の照射を行ったところ、ピッチ縞の発生を抑制するのに多少の効果は得られたが、十分であるとは言えなかった。これは、結晶性の十分な改善を図るためにショット数を多くすると、僅かに雰囲気中に存在する酸素と半導体が反応することにより、半導体膜の表面に酸化膜が形成されることが、ピッチ縞の発生に繋がってしまうからだと考えられる。
【００１２】
また、単結晶の半導体膜にレーザ光を照射する場合、半導体膜の表面に自然酸化膜が存在する状態でショット数を増やすと、レーザ光のエネルギー密度によっては半導体膜にひび割れが生じてしまうことが実験により分かった。また、単結晶の半導体膜の場合、自然酸化膜の膜厚が大きいほど、上記ひび割れの生じるエネルギー密度の範囲が広がることが分かった。本発明者らがかつて行ってきた、非晶質、微結晶または多結晶の半導体膜のレーザ光による結晶化では、上述したようなひび割れの発生を確認したことがないため、単結晶の半導体膜の場合、上記半導体膜とは異なるメカニズムで結晶化が進んでいると考えた。よって、非晶質、微結晶または多結晶の半導体膜のレーザ光による結晶化の手法を、そのまま単純に、単結晶の半導体膜における結晶性の改善に適用させることはできない。
【００１３】
そこで、本発明者らは、上述の課題を解決するために、以下のＳＯＩ基板の作製方法を考え出した。分離により絶縁膜上に半導体膜を形成した後、半導体膜の表面に存在する自然酸化膜を除去し、半導体膜に対して第１のレーザ光の照射を行う。第１のレーザ光の照射は、希ガス雰囲気下、窒素雰囲気下または減圧雰囲気下にて、半導体膜の任意の一点におけるレーザ光のショット数を７以上、より好ましくは１０以上１００以下とする。そして、第１のレーザ光の照射を行った後、半導体膜に対して第２のレーザ光の照射を行う。第２のレーザ光の照射は、希ガス雰囲気下、窒素雰囲気下または減圧雰囲気下にて、半導体膜の任意の一点におけるレーザ光のショット数を０より大きく２以下とする。
【００１４】
第１のレーザ光の照射及び第２のレーザ光の照射は、微結晶が発生しにくい高さのエネルギー密度で行う。第１のレーザ光の照射により、分離の工程において結晶性の損なわれた半導体膜中の欠陥を、修復することができる。また、第１のレーザ光の照射により、分離の際に生じた半導体膜の表面の粗さをある程度小さく抑えることが出来る。しかし、第１のレーザ光の照射に起因するピッチ縞が半導体膜の表面に発生するので、第２のレーザ光の照射は、ビームスポットを、第１のレーザ光の照射により生じたピッチ縞と重なるように、走査する。
【００１５】
なお、レーザ光のエネルギーは、ビームスポット内において完全に均一であることは稀であり、通常、ビームスポット内の位置によってその高さは異なる。１ショットのレーザ光が照射されるビームスポットの範囲は、該レーザ光の最高のエネルギー値を１００％と仮定したときに、その最高のエネルギー値に対して８０％以上のエネルギー値を有するレーザ光が照射される領域とする。
【００１６】
なお、半導体膜に対して第２のレーザ光の照射を行う前に、再び半導体膜の表面に存在する自然酸化膜を除去するようにしても良い。
【００１７】
上記のＳＯＩ基板を形成した後、薄膜の半導体膜をエッチングなどにより所望の形状に加工し、島状の半導体膜を形成する。この島状の半導体膜を用いて、薄膜トランジスタ、ダイオード、抵抗、容量などの各種半導体素子を形成することで、半導体装置を作製することができる。
【発明の効果】
【００１８】
上記構成により、平坦性を確保しつつ、結晶性の高い半導体膜を有する、ＳＯＩ基板を提供することができる。或いは、特性のばらつきが抑えられ、なおかつ、良好な特性を得ることができる半導体素子を用いた、半導体装置の作製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図２】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図３】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図４】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図５】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図６】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図７】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図８】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図９】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図１０】本発明の一態様に係る作製方法を用いて形成された液晶表示装置の画素の上面図。
【図１１】本発明の一態様に係る作製方法を用いて形成された液晶表示装置の画素の断面図。
【図１２】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図１３】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図１４】本発明の一態様に係る作製方法を用いて形成された発光装置の画素の断面図。
【図１５】本発明の一態様に係る作製方法を用いて形成された液晶表示装置の画素の断面図。
【図１６】半導体装置を用いた電子機器の図。
【図１７】相対エネルギー密度に対する平均面粗さＲａ。
【図１８】レーザ光照射後における半導体膜のＡＦＭ像。
【図１９】レーザ光照射後における半導体膜の光学顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２１】
なお本発明は、マイクロプロセッサ、画像処理回路などの集積回路や、ＲＦタグ、半導体表示装置等、ありとあらゆる半導体装置の作製に用いることができる。半導体表示装置には、液晶表示装置、有機発光素子（ＯＬＥＤ）に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）等や、半導体膜を用いた回路素子を駆動回路に有しているその他の半導体表示装置がその範疇に含まれる。
【００２２】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る、ＳＯＩ基板及び半導体装置の作製方法について説明する。
【００２３】
まず、図１（Ａ）に示すように、ボンド基板１００の一部を分離することで得られる薄膜の半導体膜１０１を、絶縁膜１０２を間に挟むように、ベース基板１０３上に形成する。
【００２４】
ボンド基板１００として、シリコン、ゲルマニウムなどの単結晶半導体基板を用いることができる。その他に、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの化合物半導体で形成された単結晶半導体基板を、ボンド基板１００として用いることができる。またボンド基板１００として、結晶格子に歪みを有するシリコン、シリコンに対しゲルマニウムが添加されたシリコンゲルマニウムなどの半導体基板を用いていても良い。
【００２５】
なお、ボンド基板１００に用いられる単結晶半導体基板は、結晶軸の方向が基板内において揃っていることが望ましいが、点欠陥、線欠陥、面欠陥などの格子欠陥が完璧に排除された完全結晶である必要はない。
【００２６】
ベース基板１０３は、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの電子工業用に使われる各種ガラス基板の他、石英基板、セラミック基板、サファイア基板などの基板を用いることが出来る。さらにベース基板１０３として、シリコン、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの半導体基板などを用いることができる。或いは、ステンレス基板を含む金属基板をベース基板１０３として用いても良い。
【００２７】
ガラス基板としては、液晶パネルの製造用に開発されたマザーガラス基板を用いることができる。マザーガラスとしては、例えば、第３世代（５５０ｍｍ×６５０ｍｍ）、第３．５世代（６００ｍｍ×７２０ｍｍ）、第４世代（６８０ｍｍ×８８０ｍｍまたは、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）、第５世代（１１００ｍｍ×１３００ｍｍ）、第６世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）などのサイズの基板が知られている。大面積のマザーガラス基板をベース基板１０３として用いてＳＯＩ基板を製造することで、ＳＯＩ基板の大面積化が実現できる。マザーガラス基板のような大型の基板をベース基板１０３として用いることで、ＳＯＩ基板の大面積化が実現できる。ＳＯＩ基板の大面積化が実現すれば、一度に多数のＩＣ、ＬＳＩ等のチップを製造することができ、１枚の基板から製造されるチップ数が増加するので、生産性を飛躍的に向上させることができる。
【００２８】
また、ベース基板１０３上に絶縁膜を形成しておいても良い。ベース基板１０３は、その表面に絶縁膜が必ずしも形成されていなくとも良いが、ベース基板１０３の表面に絶縁膜を形成しておくことで、ベース基板１０３からボンド基板１００に、アルカリ金属やアルカリ土類金属などの不純物が入り込むのを防ぐことができる。またベース基板１０３の表面に絶縁膜を形成しておく場合、ベース基板１０３上の絶縁膜が絶縁膜１０２と接合するので、ベース基板１０３として用いることができる基板の種類がさらに広がる。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耐熱温度が一般的に低い傾向にあるが、後の半導体素子の作製工程における処理温度に耐え得るのであれば、ベース基板１０３上に絶縁膜を形成する場合において、ベース基板１０３として用いることが可能である。プラスチック基板として、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）、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。
【００２９】
ボンド基板１００を分離することにより形成された半導体膜１０１は、結晶欠陥が形成されている、または、その表面の平坦性が損なわれている。そこで、本発明の一態様では、結晶欠陥を低減、および平坦性を向上するために、半導体膜１０１の表面に形成されている自然酸化膜などの酸化膜１０４を除去する処理を行った後、半導体膜１０１に第１のレーザ光の照射を行う。
【００３０】
酸化膜１０４の除去処理は、フッ酸に半導体膜１０１をさらす処理により行うことができる。フッ酸による処理は、半導体膜１０１の表面が撥水性を示すまで行うことが望ましい。撥水性を示すことで、半導体膜１０１から酸化膜１０４が除去されたことが確認できる。フッ酸を用いた湿式で酸化膜の除去を行う場合、薬液として、フッ化水素の水溶液である希フッ酸（ＤＨＦ：Ｄｉｌｕｔｅ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、フッ化水素とフッ化アンモニウムを混合することで得られる水溶液（ＢＨＦ：Ｂｕｆｆｅｒｅｄ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、フッ化水素と過酸化水素水を混合することで得られる溶液（ＦＰＭ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｌｕｏｒｉｄｅ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｅｒｏｘｉｄｅ Ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｍｉｘｔｕｒｅ）などを用いることが出来る。
【００３１】
本実施の形態では、例えば、フッ化水素の濃度が０．５ｗｔ％のＤＨＦに半導体膜１０１を１１０秒間さらすことで、図１（Ｂ）に示すように半導体膜１０１の表面に存在する酸化膜１０４を除去する。以下に、スピン洗浄機を用いた酸化膜１０４の除去の手順について、一例として説明する。
【００３２】
まず、半導体膜１０１が形成されたベース基板１０３を回転テーブル上に固定し、回転テーブルを回転させながら、純水を用いてベース基板１０３に対しメガソニック洗浄を行うことで、半導体膜１０１または酸化膜１０４上に存在する塵埃などのごみを除去する。メガソニック洗浄は、回転テーブルに１ＭＨｚ程度の高周波を加え、回転数が２００ｒｐｍとなるように回転テーブルを回転させながら、ノズルから純水をベース基板１０３上に３０秒間吐出させることで行う。次に、回転テーブルの回転数２００ｒｐｍを維持しつつ、ノズルからフッ化水素の濃度が０．５ｗｔ％のＤＨＦをベース基板１０３上に１１０秒間吐出させることで、半導体膜１０１上の酸化膜１０４が除去される。なお、ベース基板１０３の、半導体膜１０１が形成されている面とは反対側の面（裏面）側にＤＨＦが回り込むのを防ぐために、ＤＨＦをベース基板１０３上に吐出するのと並行して、ベース基板１０３の裏面側を純水でリンスする。そして、ＤＨＦの吐出が終了した後も、回転テーブルの回転数２００ｒｐｍを維持しながらベース基板１０３の裏面側を、さらに５秒間延長して、純水でリンスしておく。次に、回転テーブルの回転数２００ｒｐｍを維持しつつ、純水を用いてベース基板１０３に対しメガソニック洗浄を行い、ベース基板１０３に付着しているＤＨＦを除去する。メガソニック洗浄は、回転テーブルに１ＭＨｚ程度の高周波を加え、ノズルから純水をベース基板１０３上に１１０秒間吐出させることで行う。このＤＨＦを除去するためのメガソニック洗浄も、ベース基板１０３の裏面側にＤＨＦが回り込むのを防ぐために、ベース基板１０３の裏面側を純水でリンスしながら行う。次に、ベース基板１０３を乾燥させる。ベース基板１０３の乾燥は、ベース基板１０３の中央部に窒素を吹き付けながら、回転テーブルを回転させることで行う。回転テーブルの回転数は、初めの５秒間は１０ｒｐｍと低く保ち、その後２０００ｒｐｍと高くして９０秒間保つ。このように、回転数を最初に低く保つことで、純水への半導体の溶解や水滴の境界におけるシリコンの酸化によって生じる、ウォーターマークと呼ばれるしみが、半導体膜１０１の表面に発生するのを防ぐことが出来る。
【００３３】
なお、上述したベース基板１０３を洗浄するために用いられている純水は、帯電防止のために二酸化炭素が添加されているものを用いることが望ましい。また、酸素と水分の共存する雰囲気中だと、半導体膜の表面に自然酸化膜が生成されやすいので、酸素濃度が低減された純水を用いることで、洗浄の際に半導体膜１０１の表面に自然酸化膜が形成されるのを防ぐことが出来る。
【００３４】
本実施の形態ではＤＨＦを用いる場合について例示したが、ＦＰＭを用いて酸化膜の除去を行うことで、ＤＨＦを用いて酸化膜の除去を行う場合に比べて、銅などの金属による汚染量を二桁程度少なく抑えることも出来る。
【００３５】
また、自然酸化膜を除去する方法として、上述したような湿式を用いることも出来るが、乾式を用いるようにしても良い。乾式を用いる場合、湿式を用いる場合と異なり、純水等で薬液を洗浄し、乾燥させた後にウォーターマークが半導体膜の表面に発生するのを避けることが出来る。乾式による自然酸化膜の除去は、例えば、アルゴンをプラズマ化することでドライエッチングする方法、三フッ化窒素と、ヘリウムなどの希ガスまたは水素をプラズマ化し、酸化膜とフッ素の反応を促し気化させる方法、フッ酸の蒸気にさらす方法などが挙げられる。
【００３６】
なお、酸化膜１０４の除去を行った後、第１のレーザ光の照射を行うまでの間、半導体膜１０１を不活性ガス雰囲気下もしくは減圧雰囲気下において保存することが望ましい。また、酸素と水分の共存する雰囲気中だと、半導体膜の表面に自然酸化膜が生成されやすいので、絶対湿度の低い雰囲気中にて半導体膜１０１を保存することが望ましい。酸化膜１０４の除去を行った後、大気雰囲気に半導体膜１０１をさらしておくと、時間の経過と共に半導体膜１０１の表面には自然酸化膜が形成される。この自然酸化膜の膜厚が大きくなると、後の第１のレーザ光の照射により半導体膜１０１にひび割れが生じやすくなるので、酸化膜１０４の除去を行った後、大気雰囲気下において３０分以上経過した半導体膜１０１に対しては、再び上述したような酸化膜を除去する処理を行うことが望ましい。
【００３７】
次に、図１（Ｃ）に示すように、半導体膜１０１に第１のレーザ光の照射を行う。本発明の一態様では、第１のレーザ光の照射は、半導体膜１０１中の結晶欠陥の修復に重点を置いている。図１（Ｃ）では、レーザ光１０６を矢印で示した方向に走査させることで、半導体膜１０１の結晶欠陥が修復されている様子を示している。そして、第１のレーザ光の照射により、図２（Ａ）に示すように、結晶欠陥が修復された半導体膜１０５が形成される。
【００３８】
第１のレーザ光の照射は、半導体膜１０１を部分溶融させる程度のエネルギー密度で行うことが好ましい。完全溶融させると、液相となった半導体膜１０１で無秩序な核発生が起こるために、半導体膜１０１が再結晶化された際に微結晶が生成し、結晶性が低下するからである。部分溶融させることで、半導体膜１０１では、溶融されていない固相部分から結晶成長が進行する、いわゆる縦成長が起こる。縦成長による再結晶化によって、半導体膜１０１の結晶欠陥が減少され、結晶性が回復される。なお、半導体膜１０１が完全溶融状態であるとは、半導体膜１０１が絶縁膜１０２との界面まで溶融され、液体状態になっていることをいう。他方、半導体膜１０１が部分溶融状態であるとは、上層が溶融して液相であり、下層が固相である状態をいう。
【００３９】
この第１のレーザ光の照射には、半導体膜１０１を部分的に溶融させるためにパルス発振でレーザ光の照射を行うことが望ましい。例えば、パルス発振の場合は、繰り返し周波数１ＭＨｚ以下、パルス幅１０ｎ秒以上５００ｎ秒以下である。例えば、繰り返し周波数１０Ｈｚ〜３００Ｈｚ、パルス幅２５ｎ秒、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用いることができる。
【００４０】
そして、第１のレーザ光の照射では、半導体膜１０１の任意の一点におけるレーザ光のショット数を、７以上、より好ましくは１０以上１００以下とする。後に行われる第２のレーザ光の照射よりもショット数を多く設定することで、半導体膜１０１中の結晶欠陥を修復し、レーザ光照射後の半導体膜１０５の結晶性を良好にすることが出来る。
【００４１】
レーザ光は、半導体に選択的に吸収される固体レーザの基本波または第２高調波であることが望ましい。具体的には、例えば、波長が２５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲のレーザ光を用いることができる。また、レーザ光のエネルギーは、レーザ光の波長、レーザ光の表皮深さ、半導体膜１０１の膜厚などを考慮して決定することができる。例えば、半導体膜１０１の厚さが１２０ｎｍ程度で、レーザ光の波長が３０８ｎｍのパルス発振レーザを用いる場合は、第１のレーザ光のエネルギー密度を６００ｍＪ／ｃｍ２〜７００ｍＪ／ｃｍ２とすれば良い。
【００４２】
なお、レーザ光のエネルギーは、ビームスポット内において完全に均一であることは稀であり、通常、ビームスポット内の位置によってその高さは異なる。また、ビームスポットの境界線は明確ではなく、理論上は無限大に及んでいる。本実施の形態では、ビームプロファイラーを用いて、レーザ光のエネルギー分布を測定し、該レーザ光の最高のエネルギー値を１００％と仮定したときに、その最高のエネルギー値に対して約８０％以上のエネルギー値を有するレーザ光が照射される領域を、１ショットのレーザ光が照射されるビームスポットの範囲とする。
【００４３】
パルス発振のレーザとして、例えばＡｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３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を用いることができる。
【００４４】
そして、第１のレーザ光の照射は、希ガスまたは窒素雰囲気のような不活性雰囲気、または減圧雰囲気で行うことが好ましい。上記雰囲気中でレーザ光を照射するには、気密性のあるチャンバー内でレーザ光を照射し、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、レーザ光の被照射面に窒素ガスなど不活性ガスを吹き付けることで不活性雰囲気でのレーザ光の照射を実現することができる。不活性雰囲気または減圧雰囲気において第１のレーザ光の照射を行うことで、大気雰囲気で行う場合よりも、自然酸化膜の発生をより抑え、レーザ光照射後に形成される半導体膜１０５にひび割れが生じる、またはピッチ縞が発生するのを抑え、半導体膜１０５の平坦性を向上させることができ、レーザ光の使用可能なエネルギー範囲を広くすることができる。
【００４５】
光学系により、レーザ光は、エネルギー分布を均一にし、かつ断面の形状を線状にすることが好ましい。このことにより、スループット良く、かつレーザ光の照射を均一に行うことができる。レーザ光のビーム長は、ベース基板１０３の１辺より長くすることで、１回の走査で、ベース基板１０３に貼り付けられた全ての半導体膜１０１にレーザ光を照射することができる。レーザ光のビーム長がベース基板１０３の１辺より短い場合は、複数回の走査で、ベース基板１０３に貼り付けられた全ての半導体膜１０１にレーザ光を照射することができるような、長さにすればよい。
【００４６】
例えば、本実施の形態では、第１のレーザ光の照射は、半導体膜１０１の膜厚が１４０ｎｍ程度の場合、具体的には次のように行うことができる。レーザ光のレーザ発振器として、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長：３０８ｎｍ、パルス幅：２０ｎ秒、繰り返し周波数３０Ｈｚ）を用いる。光学系により、レーザ光の断面を０．４ｍｍ×１２０ｍｍの線状に整形する。レーザ光の走査速度を０．５ｍｍ／秒とし、ビームショット数を約２４ショットで、レーザ光を半導体膜１０１に照射する。
【００４７】
第１のレーザ光を照射する前に、ドライエッチングにより半導体膜１０１の表面を平坦化している場合、ドライエッチングにより半導体膜１０１の表面付近で結晶欠陥などの損傷が生じていることがある。しかし上記レーザ光の照射により、ドライエッチングにより生じる損傷をも補修することが可能である。
【００４８】
なお、上述したように、不活性雰囲気、または減圧雰囲気において第１のレーザ光の照射を行うことで、大気雰囲気において第１のレーザ光の照射を行うよりも、半導体膜１０５の表面に自然酸化膜が発生するのを抑えることが出来るが、第１のレーザ光の照射は結晶性の改善に重点を置くために、後の第２のレーザ光の照射よりもショット数を多くしている。よって、第２のレーザ光の照射に比べて、雰囲気中の僅かな酸素と半導体とが反応しやすく、自然酸化膜が出来やすいと言える。そのため、半導体膜１０５の表面には、自然酸化膜に起因して、走査間隔に合わせ、クレーター状または粒状の凹凸を有する荒れた領域であるピッチ縞１０７が、発生する可能性がある。
【００４９】
第１のレーザ光の照射により、分離の際に生じた半導体膜の表面荒れはある程度抑えられるが、半導体膜１０５の平坦性をより高める、具体的には半導体膜１０５の表面に形成されたピッチ縞１０７による高低差を小さく抑える、またはピッチ縞の数を低減するため、本発明の一態様では、図２（Ｂ）に示すように、半導体膜１０５に第２のレーザ光の照射を行う。図２（Ｂ）では、レーザ光１０８を矢印で示した方向に走査させることで、半導体膜１０５の平坦性が高められている様子を示している。そして、第２のレーザ光の照射により、図２（Ｃ）に示すように、平坦性が高められた半導体膜１０９が形成される。
【００５０】
第２のレーザ光の照射は、半導体膜１０５を部分溶融させる程度のエネルギー密度で行うことが好ましい。完全溶融させると、液相となった半導体膜１０５で無秩序な核発生が起こるために、半導体膜１０５が再結晶化された際に微結晶が生成し、結晶性が低下するからである。部分溶融させることで、半導体膜１０５では、溶融されていない固相部分から結晶成長が進行する、いわゆる縦成長が起こる。縦成長による再結晶化によって、半導体膜１０５の結晶欠陥が減少され、結晶性が回復される。なお、半導体膜１０５が完全溶融状態であるとは、半導体膜１０５が絶縁膜１０２との界面まで溶融され、液体状態になっていることをいう。他方、半導体膜１０５が部分溶融状態であるとは、上層が溶融して液相であり、下層が固相である状態をいう。
【００５１】
なお、半導体膜を部分溶融させる程度のエネルギー密度は、半導体膜の膜厚によって異なる。また、半導体膜の平均的な膜厚が同じであっても、表面の粗さによって、半導体膜を部分溶融させる程度のエネルギー密度は変わってくる。例えば、分離の際に生じた半導体膜の表面荒れに起因して、半導体膜の膜厚にはばらつきが生じている。この表面荒れに起因する膜厚のばらつきは、ピッチ縞の部分における膜厚のばらつきよりも大きい。よって、第２のレーザ光照射前の半導体膜１０５は、第１のレーザ光照射前の半導体膜１０１よりも膜厚のばらつきが小さく、よって、半導体膜１０５の最小膜厚は半導体膜１０１の最小膜厚よりも大きいことが予想される。したがって、半導体膜１０１と半導体膜１０５とは平均的な膜厚は同程度であるが、第２のレーザ光の照射におけるエネルギー密度は、第１のレーザ光の照射におけるエネルギー密度よりも、大きくすることができ、使用可能なエネルギー密度の範囲が広いと言える。
【００５２】
この第２のレーザ光の照射には、半導体膜１０５を部分的に溶融させるためにパルス発振でレーザ光の照射を行うことが望ましい。例えば、パルス発振の場合は、繰り返し周波数１ＭＨｚ以下、パルス幅１０ｎ秒以上５００ｎ秒以下である。例えば、繰り返し周波数１０Ｈｚ〜３００Ｈｚ、パルス幅２５ｎ秒、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用いることができる。
【００５３】
そして、第２のレーザ光は、少なくともピッチ縞が形成されている領域のみを狙って照射を行うようすれば良く、ショット数は多くする必要ない。かえってショット数を増やすと、第１のレーザ光の照射の際に半導体膜１０５の表面に形成されているかもしれない自然酸化膜に起因して、半導体膜１０９にひび割れが生じてしまう恐れがある。したがって、第２のレーザ光の照射におけるショット数は、第１のレーザ光の照射よりも低くする。具体的に、第２のレーザ光の照射における、半導体膜１０５の任意の一点におけるショット数は、０より大きく２以下とする。
【００５４】
レーザ光は、半導体に選択的に吸収される固体レーザの基本波または第２高調波であることが望ましい。具体的には、例えば、波長が２５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲のレーザ光を用いることができる。また、レーザ光のエネルギーは、レーザ光の波長、レーザ光の表皮深さ、半導体膜１０５の膜厚などを考慮して決定することができる。例えば、半導体膜１０５の厚さが１２０ｎｍ程度で、レーザ光の波長が３０８ｎｍのパルス発振レーザを用いる場合は、第２のレーザ光のエネルギー密度を６００ｍＪ／ｃｍ２〜７００ｍＪ／ｃｍ２とすれば良い。
【００５５】
パルス発振のレーザとして、例えばＡｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３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を用いることができる。
【００５６】
そして、第２のレーザ光の照射は、希ガスまたは窒素雰囲気のような不活性雰囲気、または減圧雰囲気で行うことが好ましい。上記雰囲気中でレーザ光を照射するには、気密性のあるチャンバー内でレーザ光を照射し、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、レーザ光の被照射面に窒素ガスなど不活性ガスを吹き付けることで不活性雰囲気でのレーザ光の照射を実現することができる。不活性雰囲気または減圧雰囲気において第２のレーザ光の照射を行うことで、大気雰囲気で行う場合よりも、自然酸化膜の発生をより抑え、レーザ光照射後に形成される半導体膜１０９にひび割れが生じる、またはピッチ縞が発生するのを抑え、半導体膜１０９の平坦性を向上させることができ、レーザ光の使用可能なエネルギー範囲を広くすることができる。
【００５７】
光学系により、レーザ光は、エネルギー分布を均一にし、かつ断面の形状を線状にすることが好ましい。このことにより、スループットが良く、かつレーザ光の照射を均一に行うことができる。レーザ光のビーム長は、ベース基板１０３の１辺より長くすることで、１回の走査で、ベース基板１０３に貼り付けられた全ての半導体膜１０５にレーザ光を照射することができる。レーザ光のビーム長がベース基板１０３の１辺より短い場合は、複数回の走査で、ベース基板１０３に貼り付けられた全ての半導体膜１０５にレーザ光を照射することができるような、長さにすればよい。
【００５８】
例えば、本実施の形態では、第２のレーザ光の照射は、半導体膜１０５の膜厚が１４０ｎｍ程度の場合、具体的には次のように行うことができる。レーザ光のレーザ発振器として、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長：３０８ｎｍ、パルス幅：２０ｎ秒、繰り返し周波数３０Ｈｚ）を用いる。光学系により、レーザ光の断面を０．４ｍｍ×１２０ｍｍの線状に整形する。レーザ光の走査速度を８．０ｍｍ／秒とし、ビームショット数を約１．５ショットで、レーザ光を半導体膜１０５に照射する。
【００５９】
なお、第２のレーザ光の照射は、半導体膜の表面を平坦化することに重点を置いているため、そのショット数は第１のレーザ光の照射に比べて少ない。よって、自然酸化膜に起因する半導体膜のひび割れが生じにくい。しかし、より高い平坦性を望むのであれば、第２のレーザ光の照射を行う前に、半導体膜１０５の表面に形成されているかもしれない自然酸化膜を除去するようにしても良い。自然酸化膜の除去については、上述した酸化膜１０４の除去のプロセスを参照することが出来る。
【００６０】
レーザ光を照射した後、半導体膜１０９に５００℃以上６５０℃以下の加熱処理を行うことが好ましい。この加熱処理によって、上述した第１のレーザ光または第２のレーザ光の照射で回復されなかった、半導体膜１０９の欠陥の消滅、半導体膜１０９の歪みの緩和をすることができる。この加熱処理には、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、抵抗加熱炉、マイクロ波加熱装置を用いることができる。ＲＴＡ装置には、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。例えば、抵抗加熱炉を用いた場合は、５００℃の温度で１時間加熱した後、５５０℃で４時間加熱するとよい。
【００６１】
上述した一連のプロセスを経て、本発明の一態様に係るＳＯＩ基板を作製することが出来る。さらに、半導体膜１０９を用いて各種半導体素子を作製することで、半導体装置を作製することが出来る。本発明の一態様により、高レベルの雰囲気制御が可能なレーザ光の照射装置を用いずとも、平坦性を確保しつつ、結晶性の高い半導体膜を有する、ＳＯＩ基板を提供することができる。或いは、高レベルの雰囲気制御が可能なレーザ光の照射装置を用いずとも、特性のばらつきが抑えられ、なおかつ、良好な特性を得ることができる半導体素子を用いた、半導体装置の作製方法を提供することができる。
【００６２】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る、ＳＯＩ基板及び半導体装置のより詳しい作製方法について説明する。
【００６３】
図３（Ａ）に示すように、ボンド基板２００を洗浄した後、ボンド基板２００上に絶縁膜２０１を形成する。
【００６４】
ボンド基板２００として、シリコン、ゲルマニウムなどの単結晶半導体基板を用いることができる。その他に、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの化合物半導体で形成された単結晶半導体基板を、ボンド基板２００として用いることができる。またボンド基板２００として、結晶格子に歪みを有するシリコン、シリコンに対しゲルマニウムが添加されたシリコンゲルマニウムなどの半導体基板を用いていても良い。
【００６５】
なお、ボンド基板２００に用いられる単結晶半導体基板は、結晶軸の方向が基板内において揃っていることが望ましいが、点欠陥、線欠陥、面欠陥などの格子欠陥が完璧に排除された完全結晶である必要はない。
【００６６】
また、ボンド基板２００の形状は円形に限定されず、円形以外の形状に加工されていても良い。例えば、後に貼り合わせるベース基板２０３の形状が一般的に矩形状であること、及び縮小投影型露光装置などの露光装置の露光領域が矩形であること等を考慮し、ボンド基板２００が矩形となるように、その形状を加工しても良い。ボンド基板２００の形状の加工は、市販の円形状の単結晶半導体基板を切断することで、行うことができる。
【００６７】
絶縁膜２０１は、単数の絶縁膜を用いたものであっても、複数の絶縁膜を積層して用いたものであっても良い。絶縁膜２０１の厚さは、後に不純物が含まれる領域が除去されることを考慮して、１５ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすると良い。
【００６８】
絶縁膜２０１を構成する膜には、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化ゲルマニウム膜、窒化ゲルマニウム膜、酸化窒化ゲルマニウム膜、窒化酸化ゲルマニウム膜などの珪素またはゲルマニウムを組成に含む絶縁膜を用いることができる。また、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウムなどの金属の酸化物でなる絶縁膜、窒化アルミニウムなどの金属の窒化物でなる絶縁膜、酸化窒化アルミニウムなどの金属の酸化窒化物でなる絶縁膜、窒化酸化アルミニウムなどの金属の窒化酸化物でなる絶縁膜を用いることもできる。
【００６９】
例えば本実施の形態では、ボンド基板２００を熱酸化することによって形成された酸化珪素を、絶縁膜２０１として用いる例を示す。なお、図３（Ａ）では、絶縁膜２０１がボンド基板２００の全面を覆うように形成されているが、絶縁膜２０１は、ボンド基板２００の少なくとも一面に形成されていればよい。
【００７０】
なお、本明細書において酸化窒化物とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い物質であり、また、窒化酸化物とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い物質をいう。例えば、酸化窒化珪素とは、酸素が５０原子％以上７０原子％以下、窒素が０．５原子％以上１５原子％以下、珪素が２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれる物質とすることができる。また、窒化酸化珪素とは、酸素が５原子％以上３０原子％以下、窒素が２０原子％以上５５原子％以下、珪素が２５原子％以上３５原子％以下、水素が１０原子％以上３０原子％以下の範囲で含まれる物質とすることができる。但し、上記組成の範囲は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）や、水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合のものである。また、構成元素の含有比率は、その合計が１００原子％を超えない値をとる。
【００７１】
また、ボンド基板２００の表面を熱酸化することにより絶縁膜２０１を形成する場合、熱酸化は、含有水分量が低い酸素を用いるドライ酸化、酸素雰囲気中に塩化水素などのハロゲンを含むガスを添加する熱酸化、などを用いることができる。また、水素を酸素で燃焼させて水を作るパイロジェニック酸化、高純度純水を１００度以上に加熱した水蒸気を用いて酸化を行う水蒸気酸化などのウェット酸化を、絶縁膜２０１の形成に用いても良い。
【００７２】
ベース基板２０３にアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属などの半導体装置の信頼性を低下させる不純物を含むような基板を用いる場合、上記不純物がベース基板２０３から分離後に形成される半導体膜に拡散することを防止できるようなバリア膜を、少なくとも１層以上、絶縁膜２０１が有することが好ましい。バリア膜として用いることが出来る絶縁膜には、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、窒化アルミニウム膜、または窒化酸化アルミニウム膜などが挙げられる。バリア膜として用いる絶縁膜は、例えば厚さ１５ｎｍ〜３００ｎｍの膜厚で形成することが好ましい。これらのバリア膜は、不純物の拡散を防止する効果が高いが、内部応力が高い。そのため、ボンド基板２００と接する下層の絶縁膜には、上層の絶縁膜の応力を緩和する効果のある膜を選択することが好ましい。上層の絶縁膜の応力を緩和する効果のある絶縁膜として、酸化珪素膜、およびボンド基板２００を熱酸化して形成した熱酸化膜などがある。下層の絶縁膜の厚さは５ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。
【００７３】
酸化珪素を絶縁膜２０１として用いる場合、絶縁膜２０１はシランと酸素、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）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等の気相成長法によって形成することができる。この場合、絶縁膜２０１の表面を酸素プラズマ処理で緻密化しても良い。また、窒化珪素を絶縁膜２０１として用いる場合、シランとアンモニアの混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ等の気相成長法によって形成することができる。また、窒化酸化珪素を絶縁膜２０１として用いる場合、シランとアンモニアの混合ガス、またはシランと酸化窒素の混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ等の気相成長法によって形成することができる。
【００７４】
また、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珪素を、絶縁膜２０１として用いても良い。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。
【００７５】
ソースガスに有機シランを用いることで、プロセス温度が３５０℃以下で、平滑な表面を有する酸化珪素膜を形成することができる。また、熱ＣＶＤ法で、加熱温度が２００℃以上５００℃以下で形成されるＬＴＯ（低温酸化物、ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｘｉｄｅ）で形成することができる。ＬＴＯの形成には、シリコンソースガスにモノシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）などを用い、酸素ソースガスに一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）などを用いることができる。
【００７６】
例えば、ソースガスにＴＥＯＳとＯ２を用いて、酸化珪素膜でなる絶縁膜２０１を形成する場合、ＴＥＯＳの流量１５ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量７５０ｓｃｃｍ、成膜圧力１００Ｐａ、成膜温度３００℃、ＲＦ出力３００Ｗ、電源周波数１３．５６ＭＨｚとすれば良い。
【００７７】
なお、有機シランを用いて形成された酸化珪素膜、または低温で成膜した窒化酸化珪素膜などの、比較的低温で成膜された絶縁膜は、表面にＯＨ基を多く有する。ＯＨ基は水分子と水素結合することでシラノール基を形成して、ベース基板と絶縁膜とを低温で接合する。そして、最終的には共有結合であるシロキサン結合が、ベース基板と絶縁膜との間に形成される。よって、上記の有機シランを用いて形成された酸化珪素膜、または比較的低温で成膜されたＬＴＯなどの絶縁膜は、Ｓｍａｒｔ Ｃｕｔなどで用いられているＯＨ基が存在しない或いは飛躍的に少ない熱酸化膜よりも、低温での接合に向いていると言える。
【００７８】
絶縁膜２０１は、平滑で親水性の接合面をボンド基板２００の表面に形成するための膜である。そのため、絶縁膜２０１の平均粗さＲａが０．７ｎｍ以下、より好ましくは、０．４ｎｍ以下が好ましい。また、絶縁膜２０１の厚さは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。好ましい厚さは５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、より好ましくは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
【００７９】
次に図３（Ｂ）に示すように、ボンド基板２００に、電界で加速されたイオンでなるイオンビームを、矢印で示すように絶縁膜２０１を介してボンド基板２００に注入し、ボンド基板２００の表面から一定の深さの領域に、微小ボイドを有する脆化層２０２を形成する。例えば、脆化層は、結晶構造が乱されることで局所的に脆弱化された層を意味し、その状態は脆化層を形成する手段によって異なる。なお、ボンド基板の一表面から脆化層までの領域も多少脆弱化される場合があるが、脆化層は後に分断される領域及びその付近の層を指す。
【００８０】
脆化層２０２が形成される領域の深さは、イオンビームの加速エネルギーとイオンビームの入射角によって調節することができる。加速エネルギーは加速電圧などにより調節できる。イオンの平均侵入深さとほぼ同じ深さの領域に脆化層２０２が形成される。イオンを注入する深さで、ボンド基板２００から後に分離される半導体膜２０４の厚さが決定される。脆化層２０２が形成される深さは、ボンド基板２００の表面から例えば５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることができ、好ましい深さの範囲は５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすると良い。
【００８１】
イオンをボンド基板２００に注入するには、質量分離を伴わないイオンドーピング法で行うことがタクトタイムを短縮するという点で望ましいが、本発明は質量分離を伴うイオン注入法を用いていても良い。
【００８２】
ソースガスに水素（Ｈ２）を用いる場合、水素ガスを励起してＨ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋を生成することができる。ソースガスから生成されるイオン種の割合は、プラズマの励起方法、プラズマを発生させる雰囲気の圧力、ソースガスの供給量などを調節することで、変化させることができる。イオンドーピング法でイオン注入を行う場合、イオンビームに、Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋の総量に対してＨ３＋が５０％以上、より好ましくは８０％以上含まれていることが好ましい。Ｈ３＋の割合を８０％以上とすることで、イオンビームに含まれるＨ２＋イオンの割合が相対的に小さくなるため、イオンビームに含まれる水素イオンの平均侵入深さのばらつきが小さくなるので、イオンの注入効率が向上し、タクトタイムを短縮することができる。
【００８３】
また、Ｈ３＋はＨ＋、Ｈ２＋に比べて質量が大きい。そのため、イオンビームにおいて、Ｈ３＋の割合が多い場合と、Ｈ＋、Ｈ２＋の割合が多い場合とでは、ドーピングの際の加速電圧が同じであっても、前者の場合の方が、ボンド基板２００の浅い領域に水素を注入することができる。また前者の場合、ボンド基板２００に注入される水素の、厚さ方向における濃度分布が急峻となるため、脆化層２０２の厚さ自体も薄くすることができる。
【００８４】
水素ガスを用いて、イオンドーピング法でイオン注入を行う場合、加速電圧１０ｋＶ以上２００ｋＶ以下、ドーズ量１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上６×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下とすることで、イオンビームに含まれるイオン種及びその割合、絶縁膜２０１の膜厚にもよるが、脆化層２０２をボンド基板２００の表面から深さ５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の領域に形成することができる。
【００８５】
例えば、ボンド基板２００が単結晶シリコン基板であり、絶縁膜２０１が厚さ１００ｎｍの熱酸化膜で形成されている場合、ソースガスである１００％水素ガスの流量が５０ｓｃｃｍ、ビーム電流密度５μＡ／ｃｍ２、加速電圧５０ｋＶ、ドーズ量２．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２の条件では、ボンド基板２００から厚さ１４６ｎｍ程度の半導体膜を分離することができる。なお、水素をボンド基板２００に添加する際の条件が同じであっても、絶縁膜２０１の膜厚をより大きくすることで、半導体膜の膜厚をより小さくすることができる。
【００８６】
イオンビームのソースガスにヘリウム（Ｈｅ）を用いることもできる。ヘリウムを励起して生成されるイオン種がＨｅ＋が殆どであるため、質量分離を伴わないイオンドーピング法でも、Ｈｅ＋を主たるイオンとしてボンド基板２００に注入することができる。よって、イオンドーピング法で、効率良く、微小な空孔を脆化層２０２に形成することができる。ヘリウムを用いて、イオンドーピング法でイオン注入を行う場合、加速電圧１０ｋＶ以上２００ｋＶ以下、ドーズ量１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上６×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下とすることができる。
【００８７】
ソースガスに塩素ガス（Ｃｌ２ガス）、フッ素ガス（Ｆ２ガス）などのハロゲンガスを用いることもできる。
【００８８】
なお、イオンドーピング法でボンド基板２００にイオン注入を行う場合、イオンドーピング装置内に存在する不純物がイオンと共に被処理物に注入されるため、絶縁膜２０１の表面近傍にＳ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｍｏ等の不純物が存在する可能性がある。よって、絶縁膜２０１の表面近傍の最も不純物が多いと考えられる領域を、エッチングや、研磨などにより除去しておいても良い。具体的には、絶縁膜２０１の表面から１０ｎｍ〜１００ｎｍ、より望ましくは３０〜７０ｎｍ程度の深さまでの領域を除去すれば良い。ドライエッチングだと、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング法、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）エッチング法、平行平板型（容量結合型）エッチング法、マグネトロンプラズマエッチング法、２周波プラズマエッチング法またはヘリコン波プラズマエッチング法などを用いることができる。例えば、窒化酸化珪素膜の表面近傍をＩＣＰエッチング法で除去する場合、エッチングガスであるＣＨＦ３の流量を７．５ｓｃｃｍ、Ｈｅの流量を１００ｓｃｃｍ、反応圧力５．５Ｐａ、下部電極の温度７０℃、コイル型の電極に投入するＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力４７５Ｗ、下部電極（バイアス側）に投入する電力３００Ｗ、エッチング時間１０ｓｅｃ程度とすることで、表面から５０ｎｍ程度の深さまでの領域を除去することができる。
【００８９】
エッチングガスとして、フッ素系ガスであるＣＨＦ３の他に、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＣＣｌ４などの塩素系ガス、ＣＦ４、ＳＦ６、ＮＦ３などのフッ素系ガス、Ｏ２を適宜用いることができる。また用いるエッチングガスにＨｅ以外の不活性気体を添加しても良い。例えば、添加する不活性元素として、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅから選ばれた一種または複数種の元素を用いることができる。また窒化酸化珪素膜の表面近傍をウェットエッチングで除去する場合、フッ素水素アンモニウム、フッ化アンモニウム等を含むフッ酸系の溶液を、エッチャントとして用いれば良い。また研磨は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）または液体ジェット研磨などにより、行うことができる。
【００９０】
脆化層２０２の形成後に、絶縁膜２０１の表面近傍における汚染の著しい領域を、エッチングまたは研磨などにより除去することで、ベース基板２０３上に形成される半導体膜２０４に混入する不純物の量を抑えることができる。また、最終的に形成される半導体装置では、不純物の影響により、しきい値電圧の変動、リーク電流の増加などのトランジスタの電気的特性の低下及び信頼性の低下が生じるのを防ぐことができる。
【００９１】
次に、図３（Ｃ）、図３（Ｄ）に示すように、絶縁膜２０１を間に挟むように、ボンド基板２００とベース基板２０３を貼り合わせる。
【００９２】
なお、ベース基板２０３とボンド基板２００との貼り合わせを行う前に、貼り合わせに係る表面、すなわち本実施の形態では、ボンド基板２００上に形成された絶縁膜２０１とベース基板２０３の表面に、絶縁膜２０１とベース基板２０３の接合強度を向上させるための表面処理を施すことが好ましい。
【００９３】
表面処理としては、ウェット処理、ドライ処理、またはウェット処理およびドライ処理の組み合わせが挙げられる。異なるウェット処理、または異なるドライ処理を組み合わせて行っても良い。ウェット処理としては、オゾン水を用いたオゾン処理（オゾン水洗浄）、メガソニック洗浄などの超音波洗浄、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）、塩酸と過酸化水素水を用いた洗浄などが挙げられる。ドライ処理としては、不活性ガス中性原子ビーム処理、不活性ガスイオンビーム処理、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。上記のような表面処理を行うことで、貼り合わせに係る表面の親水性および清浄度を高め、その結果、接合強度を向上させることができる。
【００９４】
貼り合わせは、ベース基板２０３と、ボンド基板２００上の絶縁膜２０１とを密着させた後、重ね合わせたベース基板２０３とボンド基板２００の一部に、１Ｎ／ｃｍ２以上５００Ｎ／ｃｍ２以下、好ましくは１１Ｎ／ｃｍ２以上２０Ｎ／ｃｍ２以下程度の圧力を加える。圧力を加えると、その部分からベース基板２０３と絶縁膜２０１とが接合を開始し、最終的には密着した面全体に接合がおよぶ。
【００９５】
接合はファンデルワールス力や水素結合を用いて行われているため、室温でも強固な接合が形成される。なお、上記接合は低温で行うことが可能であるため、ベース基板２０３は様々なものを用いることが可能である。例えばベース基板２０３としては、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの電子工業用に使われる各種ガラス基板の他、石英基板、セラミック基板、サファイア基板などの基板を用いることが出来る。さらにベース基板２０３として、シリコン、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの半導体基板などを用いることができる。或いは、ステンレス基板を含む金属基板をベース基板２０３として用いても良い。なお、ベース基板２０３として用いるガラス基板は、熱膨張係数が２５×１０−７／℃以上５０×１０−７／℃以下（好ましくは、３０×１０−７／℃以上４０×１０−７／℃以下）であり、歪み点が５８０℃以上６８０℃以下（好ましくは、６００℃以上６８０℃以下）である基板を用いることが好ましい。また、ガラス基板として無アルカリガラス基板を用いると、不純物による半導体装置の汚染を抑えることができる。
【００９６】
ガラス基板としては、液晶パネルの製造用に開発されたマザーガラス基板を用いることができる。マザーガラスとしては、例えば、第３世代（５５０ｍｍ×６５０ｍｍ）、第３．５世代（６００ｍｍ×７２０ｍｍ）、第４世代（６８０ｍｍ×８８０ｍｍまたは、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）、第５世代（１１００ｍｍ×１３００ｍｍ）、第６世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）などのサイズの基板が知られている。大面積のマザーガラス基板をベース基板２０３として用いてＳＯＩ基板を製造することで、ＳＯＩ基板の大面積化が実現できる。マザーガラス基板のような大型の基板をベース基板２０３として用いることで、ＳＯＩ基板の大面積化が実現できる。ＳＯＩ基板の大面積化が実現すれば、一度に多数のＩＣ、ＬＳＩ等のチップを製造することができ、１枚の基板から製造されるチップ数が増加するので、生産性を飛躍的に向上させることができる。
【００９７】
ＥＡＧＬＥ２０００（コーニング社製）等のように、加熱処理を加えることで大きくシュリンクするようなガラス基板をベース基板２０３として用いる場合、接合工程後に貼り合わせの不良が生じる場合がある。よって、シュリンクに起因する貼り合わせの不良を回避するために、接合を行う前に、ベース基板２０３に予め加熱処理を施しておいても良い。
【００９８】
また、ベース基板２０３上に絶縁膜を形成しておいても良い。ベース基板２０３は、その表面に絶縁膜が必ずしも形成されていなくとも良いが、ベース基板２０３の表面に絶縁膜を形成しておくことで、ベース基板２０３からボンド基板２００に、アルカリ金属やアルカリ土類金属などの不純物が入り込むのを防ぐことができる。またベース基板２０３の表面に絶縁膜を形成しておく場合、ベース基板２０３上の絶縁膜が絶縁膜２０１と接合するので、ベース基板２０３として用いることができる基板の種類がさらに広がる。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耐熱温度が一般的に低い傾向にあるが、後の半導体素子の作製工程における処理温度に耐え得るのであれば、ベース基板２０３上に絶縁膜を形成する場合において、ベース基板２０３として用いることが可能である。プラスチック基板として、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）、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。ベース基板２０３上に絶縁膜を形成する場合、絶縁膜２０１と同様に、該絶縁膜の表面に表面処理を行ってから貼り合わせを行うと良い。
【００９９】
ベース基板２０３にボンド基板２００を貼り合わせた後、ベース基板２０３と絶縁膜２０１との接合界面での結合力を増加させるための加熱処理を行うことが好ましい。この処理温度は、脆化層２０２に亀裂を発生させない温度とし、２００℃以上４００℃以下の温度範囲で処理することができる。また、この温度範囲で加熱しながら、ベース基板２０３にボンド基板２００を貼り合わせることで、ベース基板２０３と絶縁膜２０１との間における接合の結合力を強固にすることができる。
【０１００】
なお、ボンド基板２００とベース基板２０３とを貼り合わせるときに、接合面がゴミなどにより汚染されてしまうと、汚染部分は接合されなくなる。接合面の汚染を防ぐために、ボンド基板２００とベース基板２０３との貼り合わせは、気密な処理室内で行うことが好ましい。また、ボンド基板２００とベース基板２０３との貼り合わせるとき、処理室内を５．０×１０−３Ｐａ程度の減圧状態とし、接合処理の雰囲気を清浄にするようにしても良い。
【０１０１】
次いで、加熱処理を行うことで、脆化層２０２において隣接する微小ボイドどうしが結合して、微小ボイドの体積が増大する。その結果、図４（Ａ）に示すように、脆化層２０２においてボンド基板２００の一部である半導体膜２０４が、ボンド基板２００から分離する。絶縁膜２０１はベース基板２０３に接合しているので、ベース基板２０３上にはボンド基板２００から分離された半導体膜２０４が固定される。半導体膜２０４をボンド基板２００から分離するための加熱処理の温度は、ベース基板２０３の歪み点を越えない温度とする。
【０１０２】
この加熱処理には、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、抵抗加熱炉、マイクロ波加熱装置を用いることができる。ＲＴＡ装置には、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＧＲＴＡ装置を用いる場合は、加熱温度５５０℃以上６５０℃以下、処理時間０．５分以上６０分以内とすることができる。抵抗加熱装置を用いる場合は、加熱温度２００℃以上６５０℃以下、処理時間２時間以上４時間以内とすることができる。
【０１０３】
また、上記加熱処理は、マイクロ波などの高周波による誘電加熱を用いて行っても良い。誘電加熱による加熱処理は、高周波発生装置において生成された周波数３００ＭＨｚ乃至３ＴＨｚの高周波をボンド基板２００に照射することで行うことができる。具体的には、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を９００Ｗ、１４分間照射することで、脆化層内の隣接する微小ボイドどうしを結合させ、最終的にボンド基板２００を脆化層において分断させることができる。
【０１０４】
抵抗加熱を有する縦型炉を用いた加熱処理の具体的な処理方法を説明する。ボンド基板２００が貼り付けられたベース基板２０３を、縦型炉のボートに載置し、該ボートを縦型炉のチャンバーに搬入する。ボンド基板２００の酸化を抑制するため、まずチャンバー内を排気して真空状態とする。真空度は、５×１０−３Ｐａ程度とする。真空状態にした後、窒素をチャンバー内に供給して、チャンバー内を大気圧の窒素雰囲気にする。この間、加熱温度を２００℃に上昇させる。
【０１０５】
チャンバー内を大気圧の窒素雰囲気にした後、温度２００℃で２時間加熱する。その後、１時間かけて４００℃に温度上昇させる。加熱温度４００℃の状態が安定したら、１時間かけて６００℃に温度上昇させる。加熱温度６００℃の状態が安定したら、６００℃で２時間加熱処理する。その後、１時間かけて、加熱温度４００℃まで下げ、１０分〜３０分間後に、チャンバー内からボートを搬出する。大気雰囲気下で、ボート上に並べられたボンド基板２００、及び半導体膜２０４が貼り付けられたベース基板２０３を冷却する。
【０１０６】
上記の抵抗加熱炉を用いた加熱処理は、絶縁膜２０１とベース基板２０３との結合力を強化するための加熱処理と、脆化層２０２を分割させる加熱処理が連続して行われる。この２つの加熱処理を異なる装置で行う場合は、例えば、抵抗加熱炉において、処理温度２００℃、処理時間２時間の加熱処理を行った後、貼り合わされたベース基板２０３とボンド基板２００を炉から搬出する。次いで、ＲＴＡ装置で、処理温度６００℃以上７００℃以下、処理時間１分から数時間以内程度の加熱処理を行い、ボンド基板２００を脆化層２０２で分断させる。
【０１０７】
なお、ボンド基板２００の周辺部は、ベース基板２０３と接合していないことがある。これは、ボンド基板２００の周辺部が面取りされている、或いは周辺部が曲率を有しているため、ベース基板２０３と絶縁膜２０１とが密着しない、または、ボンド基板２００の周辺部では脆化層２０２が分割しにくいなどの理由によるものと考えられる。また、その他の理由として、ボンド基板２００を作製する際に行われるＣＭＰなどの研磨が、ボンド基板２００の周辺部で不十分であり、中央部に比べて周辺部では表面が荒れていることが挙げられる。また、ボンド基板２００を移送する際に、キャリア等でボンド基板２００の周辺部に傷が入ってしまった場合、該傷も、周辺部がベース基板２０３に接合しにくい理由になると考えられる。そのため、ベース基板２０３には、ボンド基板２００よりもサイズの小さい半導体膜２０４が貼り付けられる。
【０１０８】
なお、ボンド基板２００を分離させる前に、ボンド基板２００に水素化処理を行うようにしても良い。水素化処理は、例えば、水素雰囲気中において３５０℃、２時間程度行う。
【０１０９】
なお、ベース基板２０３と複数のボンド基板２００とを貼り合わせる場合、該複数のボンド基板２００が異なる結晶面方位を有していても良い。半導体中における多数キャリアの移動度は、結晶面方位によって異なる。よって、形成する半導体素子に適した結晶面方位を有するボンド基板２００を、適宜選択して半導体膜２０４を形成すればよい。例えば半導体膜２０４を用いてｎ型の半導体素子を形成するならば、｛１００｝面を有する半導体膜２０４を形成することで、該半導体素子における多数キャリアの移動度を高めることができる。また、例えば半導体膜２０４を用いてｐ型の半導体素子を形成するならば、｛１１０｝面を有する半導体膜２０４を形成することで、該半導体素子における多数キャリアの移動度を高めることができる。そして、半導体素子としてトランジスタを形成するならば、チャネルの向きと結晶面方位とを考慮し、半導体膜２０４の貼り合わせの方向を定めるようにする。
【０１１０】
次に、半導体膜２０４の表面を研磨により平坦化しても良い。平坦化は必ずしも必須ではないが、平坦化を行うことで、後に形成される半導体膜２１１及び半導体膜２１２とゲート絶縁膜の界面の特性を向上させることが出来る。具体的に研磨は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）または液体ジェット研磨などにより、行うことができる。半導体膜２０４の厚さは、上記平坦化により薄くなる。上記平坦化は、エッチングする前の半導体膜２０４に施しても良いが、後にエッチングにより形成される半導体膜２１１及び半導体膜２１２に施しても良い。
【０１１１】
また研磨ではなく、半導体膜２０４の表面をエッチングすることでも、半導体膜２０４の表面を平坦化することができる。エッチングには、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング法、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）エッチング法、平行平板型（容量結合型）エッチング法、マグネトロンプラズマエッチング法、２周波プラズマエッチング法またはヘリコン波プラズマエッチング法等のドライエッチング法を用いれば良い。
【０１１２】
例えばＩＣＰエッチング法を用いる場合、エッチングガスである塩素の流量４０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍ、コイル型の電極に投入する電力１００Ｗ〜２００Ｗ、下部電極（バイアス側）に投入する電力４０Ｗ〜１００Ｗ、反応圧力０．５Ｐａ〜１．０Ｐａとすれば良い。例えば、エッチングガスである塩素の流量１００ｓｃｃｍ、反応圧力１．０Ｐａ、下部電極の温度７０℃、コイル型の電極に投入するＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力１５０Ｗ、下部電極（バイアス側）に投入する電力４０Ｗ、エッチング時間２５ｓｅｃ〜２７ｓｅｃとすることで、半導体膜２０４を５０ｎｍ乃至６０ｎｍ程度にまで薄膜化することができる。エッチングガスには、塩素、塩化硼素、塩化珪素または四塩化炭素などの塩素系ガス、四弗化炭素、弗化硫黄または弗化窒素などのフッ素系ガス、酸素などを適宜用いることができる。
【０１１３】
上記エッチングにより、後に形成される半導体素子にとって最適となる膜厚まで半導体膜２０４を薄膜化できるのみならず、半導体膜２０４の表面を平坦化することができる。
【０１１４】
なお、ベース基板２０３に密着された半導体膜２０４は、脆化層２０２の形成、脆化層２０２における分断によって、結晶欠陥が形成されている、または、その表面の平坦性が損なわれている。そこで、本発明の一態様では、結晶欠陥を低減、および平坦性を向上するために、半導体膜２０４の表面に形成されている自然酸化膜などの酸化膜２０５を除去する処理を行った後、図４（Ｂ）に示すように、半導体膜２０４に第１のレーザ光の照射を行う。
【０１１５】
なお、酸化膜２０５の除去処理の具体的な手順については、実施の形態１の記載を参照することが出来る。本実施の形態では、フッ化水素の濃度が０．５ｗｔ％のＤＨＦに半導体膜２０４を１１０秒間さらすこと酸化膜２０５を除去する。
【０１１６】
また、第１のレーザ光の照射は、半導体膜２０４中の結晶欠陥の修復に重点を置いている。図４（Ｂ）では、レーザ光２０６を矢印で示した方向に走査させることで、半導体膜２０４の結晶欠陥が修復されている様子を示している。そして、第１のレーザ光の照射により、図４（Ｃ）に示すように、結晶欠陥が修復された半導体膜２０７が形成される。
【０１１７】
第１のレーザ光の照射の具体的な手順については、実施の形態１の記載を参照することが出来る。具体的に本実施の形態では、第１のレーザ光の照射は、半導体膜２０４の膜厚が１４６ｎｍ程度の場合、次のように行うことができる。レーザ光のレーザ発振器として、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長：３０８ｎｍ、パルス幅：２０ｎ秒、繰り返し周波数３０Ｈｚ）を用いる。光学系により、レーザ光の断面を０．４ｍｍ×１２０ｍｍの線状に整形する。レーザ光の走査速度を０．５ｍｍ／秒とし、スキャンピッチを１６．７μｍ、ビームショット数を約２４ショットで、レーザ光を半導体膜２０４に照射する。
【０１１８】
希ガスまたは窒素雰囲気のような不活性雰囲気、または減圧雰囲気にて、レーザ光を照射するには、気密性のあるチャンバー内でレーザ光を照射し、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、レーザ光の被照射面に窒素ガスなど不活性ガスを吹き付けることで不活性雰囲気でのレーザ光の照射を実現することができる。不活性雰囲気または減圧雰囲気において第１のレーザ光の照射を行うことで、大気雰囲気で行う場合よりも、自然酸化膜の発生をより抑え、レーザ光照射後に形成される半導体膜２０７にひび割れが生じる、またはピッチ縞が発生するのを抑え、半導体膜２０７の平坦性を向上させることができ、レーザ光の使用可能なエネルギー範囲を広くすることができる。
【０１１９】
第１のレーザ光を照射する前に、ドライエッチングにより半導体膜２０４の表面を平坦化している場合、ドライエッチングにより半導体膜２０４の表面付近で結晶欠陥などの損傷が生じていることがある。しかし上記レーザ光の照射により、ドライエッチングにより生じる損傷をも補修することが可能である。
【０１２０】
なお、上述したように、不活性雰囲気、または減圧雰囲気において第１のレーザ光の照射を行うことで、大気雰囲気において第１のレーザ光の照射を行うよりも、半導体膜２０７の表面に自然酸化膜が発生するのを抑えることが出来るが、第１のレーザ光の照射は結晶性の改善に重点を置くために、後の第２のレーザ光の照射よりもショット数を多くしている。よって、第２のレーザ光の照射に比べて、雰囲気中の僅かな酸素と半導体とが反応しやすく、自然酸化膜が出来やすいと言える。そのため、半導体膜２０７の表面には、自然酸化膜に起因して、走査間隔に合わせ、クレーター状または粒状の凹凸を有する荒れた領域であるピッチ縞２０８が、発生する可能性がある。
【０１２１】
半導体膜２０７の平坦性を高める、具体的には半導体膜２０７の表面に形成されたピッチ縞２０８による高低差を小さく抑える、またはピッチ縞の数を低減するため、本発明の一態様では、図４（Ｄ）に示すように、半導体膜２０７に第２のレーザ光の照射を行う。図４（Ｄ）では、レーザ光２０９を矢印で示した方向に走査させることで、半導体膜２０７の平坦性が高められている様子を示している。そして、第２のレーザ光の照射により、図５（Ａ）に示すように、平坦性が高められた半導体膜２１０が形成される。
【０１２２】
第２のレーザ光の照射の具体的な手順については、実施の形態１の記載を参照することが出来る。具体的に、本実施の形態では、第２のレーザ光の照射は、半導体膜２０７の膜厚が１４６ｎｍ程度の場合、次のように行うことができる。レーザ光のレーザ発振器として、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長：３０８ｎｍ、パルス幅：２０ｎ秒、繰り返し周波数３０Ｈｚ）を用いる。光学系により、レーザ光の断面を０．４ｍｍ×１２０ｍｍの線状に整形する。レーザ光の走査速度を８．０ｍｍ／秒とし、スキャンピッチを２６７μｍ、ビームショット数を約１．５ショットで、レーザ光を半導体膜２０７に照射する。
【０１２３】
なお、第２のレーザ光の照射は、半導体膜の表面を平坦化することに重点を置いているため、そのショット数は第１のレーザ光の照射に比べて少ない。よって、自然酸化膜に起因する半導体膜のひび割れが生じにくい。しかし、より高い平坦性を望むのであれば、第２のレーザ光の照射を行う前に、半導体膜２０７の表面に形成されているかもしれない自然酸化膜を除去するようにしても良い。自然酸化膜の除去については、実施の形態１の記載を参照することが出来る。
【０１２４】
次に第２のレーザ光を照射した後に、半導体膜２１０の表面をエッチングしても良い。第２のレーザ光の照射後に半導体膜２１０の表面をエッチングする場合は、必ずしも第１のレーザ光の照射を行う前に半導体膜２０４の表面をエッチングする必要はない。また、第１のレーザ光の照射を行う前に半導体膜２０４の表面をエッチングした場合は、必ずしも第２のレーザ光の照射後に半導体膜２１０の表面をエッチングする必要はない。或いは、第１のレーザ光の照射後、第２のレーザ光の照射前に、半導体膜２０７の表面をエッチングするようにしても良い。また、第１のレーザ光の照射前、第１のレーザ光の照射後であり第２のレーザ光の照射前、第２のレーザ光の照射後の全てのタイミングにおいて、エッチングを行っても良い。
【０１２５】
上記エッチングにより、後に形成される半導体素子にとって最適となる膜厚まで半導体膜２１０を薄膜化できるのみならず、半導体膜２１０の表面を平坦化することができる。
【０１２６】
レーザ光を照射した後、半導体膜２１０に５００℃以上６５０℃以下の加熱処理を行うことが好ましい。この加熱処理によって、レーザ光の照射で回復されなかった、半導体膜２１０の欠陥の消滅、半導体膜２１０の歪みの緩和をすることができる。この加熱処理には、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、抵抗加熱炉、マイクロ波加熱装置を用いることができる。ＲＴＡ装置には、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。例えば、抵抗加熱炉を用いた場合は、５００℃の温度で１時間加熱した後、５５０℃で４時間加熱するとよい。
【０１２７】
次に、図５（Ｂ）に示すように、半導体膜２１０を部分的にエッチングすることで、半導体膜２１０から島状の半導体膜２１１と半導体膜２１２を形成する。半導体膜２１０をさらにエッチングすることで、半導体膜２１０の端部において接合の強度が不十分である領域を、除去することができる。
【０１２８】
なお、本実施の形態では、一つの半導体膜２１０をエッチングすることで半導体膜２１１と半導体膜２１２を形成しているが、形成される半導体膜の数はこれに限定されない。
【０１２９】
上記工程を経て形成された半導体膜２１１と半導体膜２１２を用い、例えば図５（Ｃ）に示すようにトランジスタ２１３、トランジスタ２１４などの各種半導体素子を形成することが出来る。
【０１３０】
なお、半導体膜２１０が分離された後のボンド基板２００は、その表面を平坦化することで、再度、半導体膜を分離させることができる。
【０１３１】
具体的には、ボンド基板２００の主に端部に残存した絶縁膜２０１を、エッチングなどにより除去する。絶縁膜２０１が酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素で形成されている場合、フッ酸を用いたウェットエッチングを用いることが出来る。
【０１３２】
次に、半導体膜２１０の分離によりボンド基板２００の端部に形成された凸部と、水素を過剰に含んでいる、残存した脆化層を除去する。ボンド基板２００のエッチングには、ウェットエッチングを用いることが好ましく、エッチング液には、水酸化テトラメチルアンモニウム（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ、略称：ＴＭＡＨ）溶液を用いることができる。
【０１３３】
次に、ボンド基板２００の表面を研磨する。研磨は、ＣＭＰを用いることができる。ボンド基板２００の表面を平滑化するため、１μｍ〜１０μｍ程度研磨することが望ましい。研磨後は、ボンド基板２００表面に研磨粒子などが残るため、フッ酸などを用いたＲＣＡ洗浄を行う。
【０１３４】
ボンド基板２００を再利用することで、半導体基板の材料コストを削減することができる。
【０１３５】
上述した一連のプロセスを経て、本発明の一態様に係るＳＯＩ基板を作製することが出来る。さらに、半導体膜２１０を用いて各種半導体素子を作製することで、半導体装置を作製することが出来る。本発明の一態様により、高レベルの雰囲気制御が可能なレーザ光の照射装置を用いずとも、平坦性を確保しつつ、結晶性の高い半導体膜を有する、ＳＯＩ基板を提供することができる。或いは、高レベルの雰囲気制御が可能なレーザ光の照射装置を用いずとも、特性のばらつきが抑えられ、なおかつ、良好な特性を得ることができる半導体素子を用いた、半導体装置の作製方法を提供することができる。
【０１３６】
なお本発明の一態様は、マイクロプロセッサ、画像処理回路などの集積回路や、質問器とデータの送受信が非接触でできるＲＦタグ、半導体表示装置等、ありとあらゆる半導体装置の作製に用いることができる。半導体表示装置には、液晶表示装置、有機発光素子（ＯＬＥＤ）に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）等や、半導体膜を用いた回路素子を駆動回路に有しているその他の半導体表示装置がその範疇に含まれる。
【０１３７】
本実施の形態は、上述した実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【０１３８】
（実施の形態３）
本実施の形態では、ベース基板上に絶縁膜を形成した場合の、ＳＯＩ基板及び半導体装置の作製方法について説明する。
【０１３９】
まず、図６（Ａ）に示すように、ベース基板２０３の少なくとも一面に絶縁膜２２０を形成する。ベース基板２０３の表面に絶縁膜２２０を形成しておくことで、ベース基板２０３からボンド基板２００に、アルカリ金属やアルカリ土類金属などの不純物が入り込むのを防ぐことができる。
【０１４０】
ベース基板２０３は、実施の形態２に記載したとおり、様々なものを用いることが可能である。例えばベース基板２０３としては、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの電子工業用に使われる各種ガラス基板の他、石英基板、セラミック基板、サファイア基板などの基板を用いることが出来る。さらにベース基板２０３として、シリコン、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの半導体基板などを用いることができる。或いは、ステンレス基板を含む金属基板をベース基板２０３として用いても良い。なお、ベース基板２０３として用いるガラス基板は、熱膨張係数が２５×１０−７／℃以上５０×１０−７／℃以下（好ましくは、３０×１０−７／℃以上４０×１０−７／℃以下）であり、歪み点が５８０℃以上６８０℃以下（好ましくは、６００℃以上６８０℃以下）である基板を用いることが好ましい。また、ガラス基板として無アルカリガラス基板を用いると、不純物による半導体装置の汚染を抑えることができる。
【０１４１】
ガラス基板としては、液晶パネルの製造用に開発されたマザーガラス基板を用いることができる。マザーガラスとしては、例えば、第３世代（５５０ｍｍ×６５０ｍｍ）、第３．５世代（６００ｍｍ×７２０ｍｍ）、第４世代（６８０ｍｍ×８８０ｍｍまたは、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）、第５世代（１１００ｍｍ×１３００ｍｍ）、第６世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）などのサイズの基板が知られている。大面積のマザーガラス基板をベース基板２０３として用いてＳＯＩ基板を製造することで、ＳＯＩ基板の大面積化が実現できる。マザーガラス基板のような大型の基板をベース基板２０３として用いることで、ＳＯＩ基板の大面積化が実現できる。ＳＯＩ基板の大面積化が実現すれば、一度に多数のＩＣ、ＬＳＩ等のチップを製造することができ、１枚の基板から製造されるチップ数が増加するので、生産性を飛躍的に向上させることができる。
【０１４２】
ＥＡＧＬＥ２０００（コーニング社製）等のように、加熱処理を加えることで大きくシュリンクするようなガラス基板をベース基板２０３として用いる場合、接合工程後に貼り合わせの不良が生じる場合がある。よって、シュリンクに起因する貼り合わせの不良を回避するために、接合を行う前に、ベース基板２０３に予め加熱処理を施しておいても良い。
【０１４３】
またベース基板２０３の表面に絶縁膜２２０を形成しておく場合、ベース基板２０３上の絶縁膜２２０が、ボンド基板２００上の絶縁膜２０１と接合するので、ベース基板２０３として用いることができる基板の種類がさらに広がる。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耐熱温度が一般的に低い傾向にあるが、後の半導体素子の作製工程における処理温度に耐え得るのであれば、ベース基板２０３として用いることが可能である。プラスチック基板として、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）、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。
【０１４４】
絶縁膜２２０を構成する膜には、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化ゲルマニウム膜、窒化ゲルマニウム膜、酸化窒化ゲルマニウム膜、窒化酸化ゲルマニウム膜などの珪素またはゲルマニウムを組成に含む絶縁膜を用いることができる。また、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウムなどの金属の酸化物でなる絶縁膜、窒化アルミニウムなどの金属の窒化物でなる絶縁膜、酸化窒化アルミニウムなどの金属の酸化窒化物でなる絶縁膜、窒化酸化アルミニウムなどの金属の窒化酸化物でなる絶縁膜を用いることもできる。
【０１４５】
ベース基板２０３にアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属などの半導体装置の信頼性を低下させる不純物を含むような基板を用いる場合、上記不純物がベース基板２０３から分離後に形成される半導体膜に拡散することを防止できるようなバリア膜を、少なくとも１層以上、絶縁膜２２０が有することが好ましい。バリア膜として用いることが出来る絶縁膜には、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、窒化アルミニウム膜、または窒化酸化アルミニウム膜などが挙げられる。バリア膜として用いる絶縁膜は、例えば厚さ１５ｎｍ〜３００ｎｍの膜厚で形成することが好ましい。これらのバリア膜は、不純物の拡散を防止する効果が高いが、内部応力が高い。そのため、バリア膜を絶縁膜２２０に用いる場合、ボンド基板２００上の絶縁膜２０１には、絶縁膜２２０の応力を緩和する効果のある膜を選択することが好ましい。バリア膜の応力を緩和する効果のある絶縁膜として、酸化珪素膜、およびボンド基板２００を熱酸化して形成した熱酸化膜などがある。
【０１４６】
酸化珪素を絶縁膜２２０として用いる場合、絶縁膜２２０はシランと酸素、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）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等の気相成長法によって形成することができる。この場合、絶縁膜２２０の表面を酸素プラズマ処理で緻密化しても良い。また、窒化珪素を絶縁膜２２０として用いる場合、シランとアンモニアの混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ等の気相成長法によって形成することができる。また、窒化酸化珪素を絶縁膜２２０として用いる場合、シランとアンモニアの混合ガス、またはシランと酸化窒素の混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ等の気相成長法によって形成することができる。
【０１４７】
また、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珪素を、絶縁膜２２０として用いても良い。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。
【０１４８】
ソースガスに有機シランを用いることで、プロセス温度が３５０℃以下で、平滑な表面を有する酸化珪素膜を形成することができる。また、熱ＣＶＤ法で、加熱温度が２００℃以上５００℃以下で形成されるＬＴＯ（低温酸化物、ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｘｉｄｅ）で形成することができる。ＬＴＯの形成には、シリコンソースガスにモノシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）などを用い、酸素ソースガスに一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）などを用いることができる。
【０１４９】
例えば、ソースガスにＴＥＯＳとＯ２を用いて、酸化珪素膜でなる絶縁膜２２０を形成する場合、ＴＥＯＳの流量１５ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量７５０ｓｃｃｍ、成膜圧力１００Ｐａ、成膜温度３００℃、ＲＦ出力３００Ｗ、電源周波数１３．５６ＭＨｚとすれば良い。
【０１５０】
なお、有機シランを用いて形成された酸化珪素膜、または低温で成膜した窒化酸化珪素膜などの、比較的低温で成膜された絶縁膜は、表面にＯＨ基を多く有する。ＯＨ基は水分子と水素結合することでシラノール基を形成して、ベース基板と絶縁膜とを低温で接合する。そして、最終的には共有結合であるシロキサン結合が、ベース基板と絶縁膜との間に形成される。よって、上記の有機シランを用いて形成された酸化珪素膜、または比較的低温で成膜されたＬＴＯなどの絶縁膜は、Ｓｍａｒｔ Ｃｕｔなどで用いられているＯＨ基が存在しない或いは飛躍的に少ない熱酸化膜よりも、低温での接合に向いていると言える。
【０１５１】
絶縁膜２０１は接合面となるため、その平均粗さＲａが０．７ｎｍ以下、より好ましくは、０．４ｎｍ以下が好ましい。また、絶縁膜２０１の厚さは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。好ましい厚さは５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、より好ましくは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
【０１５２】
次に、図６（Ｂ）に示すように、内部に脆化層２０２が形成され、なおかつ少なくともその一面に絶縁膜２０１が形成されたボンド基板２００を、絶縁膜２０１と絶縁膜２２０が接するようにベース基板２０３と貼り合わせる。ボンド基板２００、絶縁膜２０１及び脆化層２０２については、実施の形態２の記載を参照することができる。
【０１５３】
なお、ベース基板２０３とボンド基板２００との貼り合わせを行う前に、貼り合わせに係る表面、すなわち本実施の形態では、ボンド基板２００上に形成された絶縁膜２０１と、ベース基板２０３上に形成された絶縁膜２２０の表面に、絶縁膜２０１とベース基板２０３の接合強度を向上させるための表面処理を施すことが好ましい。
【０１５４】
表面処理としては、ウェット処理、ドライ処理、またはウェット処理およびドライ処理の組み合わせが挙げられる。異なるウェット処理、または異なるドライ処理を組み合わせて行っても良い。ウェット処理としては、オゾン水を用いたオゾン処理（オゾン水洗浄）、メガソニック洗浄などの超音波洗浄、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）、塩酸と過酸化水素水を用いた洗浄などが挙げられる。ドライ処理としては、不活性ガス中性原子ビーム処理、不活性ガスイオンビーム処理、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。上記のような表面処理を行うことで、貼り合わせに係る表面の親水性および清浄度を高め、その結果、接合強度を向上させることができる。
【０１５５】
貼り合わせは、ベース基板２０３と、ボンド基板２００上の絶縁膜２０１とを密着させた後、重ね合わせたベース基板２０３とボンド基板２００の一部に、１Ｎ／ｃｍ２以上５００Ｎ／ｃｍ２以下、好ましくは１１Ｎ／ｃｍ２以上２０Ｎ／ｃｍ２以下程度の圧力を加える。圧力を加えると、その部分からベース基板２０３と絶縁膜２０１とが接合を開始し、最終的には密着した面全体に接合がおよぶ。
【０１５６】
ベース基板２０３にボンド基板２００を貼り合わせた後、絶縁膜２０１と絶縁膜２２０の接合界面での結合力を増加させるための加熱処理を行うことが好ましい。この処理温度は、脆化層２０２に亀裂を発生させない温度とし、２００℃以上４００℃以下の温度範囲で処理することができる。また、この温度範囲で加熱しながら、ベース基板２０３にボンド基板２００を貼り合わせることで、ベース基板２０３と絶縁膜２０１との間における接合の結合力を強固にすることができる。
【０１５７】
なお、ボンド基板２００とベース基板２０３とを貼り合わせるときに、接合面にゴミなどにより汚染されてしまうと、汚染部分は接合されなくなる。接合面の汚染を防ぐために、ボンド基板２００とベース基板２０３との貼り合わせは、気密な処理室内で行うことが好ましい。また、ボンド基板２００とベース基板２０３との貼り合わせるとき、処理室内を５．０×１０−３Ｐａ程度の減圧状態とし、接合処理の雰囲気を清浄にするようにしても良い。
【０１５８】
次いで、加熱処理を行うことで、脆化層２０２において隣接する微小ボイドどうしが結合して、微小ボイドの体積が増大する。その結果、図６（Ｃ）に示すように、脆化層２０２においてボンド基板２００の一部である半導体膜２０４が、ボンド基板２００から分離する。絶縁膜２０１と絶縁膜２２０は接合しているので、ベース基板２０３上にはボンド基板２００から分離された半導体膜２０４が固定される。半導体膜２０４をボンド基板２００から分離するための加熱処理の温度は、ベース基板２０３の歪み点を越えない温度とする。
【０１５９】
この加熱処理には、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、抵抗加熱炉、マイクロ波加熱装置を用いることができる。ＲＴＡ装置には、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＧＲＴＡ装置を用いる場合は、加熱温度５５０℃以上６５０℃以下、処理時間０．５分以上６０分以内とすることができる。抵抗加熱装置を用いる場合は、加熱温度２００℃以上６５０℃以下、処理時間２時間以上４時間以内とすることができる。
【０１６０】
また、上記加熱処理は、マイクロ波などの高周波による誘電加熱を用いて行っても良い。誘電加熱による加熱処理は、高周波発生装置において生成された周波数３００ＭＨｚ乃至３ＴＨｚの高周波をボンド基板２００に照射することで行うことができる。具体的には、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を９００Ｗ、１４分間照射することで、脆化層内の隣接する微小ボイドどうしを結合させ、最終的にボンド基板２００を脆化層において分断させることができる。
【０１６１】
抵抗加熱を有する縦型炉を用いた加熱処理の具体的な処理方法を説明する。ボンド基板２００が貼り付けられたベース基板２０３を、縦型炉のボートに載置し、該ボートを縦型炉のチャンバーに搬入する。ボンド基板２００の酸化を抑制するため、まずチャンバー内を排気して真空状態とする。真空度は、５×１０−３Ｐａ程度とする。真空状態にした後、窒素をチャンバー内に供給して、チャンバー内を大気圧の窒素雰囲気にする。この間、加熱温度を２００℃に上昇させる。
【０１６２】
チャンバー内を大気圧の窒素雰囲気にした後、温度２００℃で２時間加熱する。その後、１時間かけて４００℃に温度上昇させる。加熱温度４００℃の状態が安定したら、１時間かけて６００℃に温度上昇させる。加熱温度６００℃の状態が安定したら、６００℃で２時間加熱処理する。その後、１時間かけて、加熱温度４００℃まで下げ、１０分〜３０分間後に、チャンバー内からボートを搬出する。大気雰囲気下で、ボート上に並べられたボンド基板２００、及び半導体膜２０４が貼り付けられたベース基板２０３を冷却する。
【０１６３】
上記の抵抗加熱炉を用いた加熱処理は、接合面における結合力を強化するための加熱処理と、脆化層２０２を分割させる加熱処理が連続して行われる。この２つの加熱処理を異なる装置で行う場合は、例えば、抵抗加熱炉において、処理温度２００℃、処理時間２時間の加熱処理を行った後、貼り合わされたベース基板２０３とボンド基板２００を炉から搬出する。次いで、ＲＴＡ装置で、処理温度６００℃以上７００℃以下、処理時間１分から数時間以内程度の加熱処理を行い、ボンド基板２００を脆化層２０２で分断させる。
【０１６４】
なお、ボンド基板２００の周辺部は、ベース基板２０３と接合していないことがある。これは、ボンド基板２００の周辺部が面取りされている、或いは周辺部が曲率を有しているため、絶縁膜２０１と絶縁膜２２０とが密着しない、または、ボンド基板２００の周辺部では脆化層２０２が分割しにくいなどの理由によるものと考えられる。また、その他の理由として、ボンド基板２００を作製する際に行われるＣＭＰなどの研磨が、ボンド基板２００の周辺部で不十分であり、中央部に比べて周辺部では表面が荒れていることが挙げられる。また、ボンド基板２００を移送する際に、キャリア等でボンド基板２００の周辺部に傷が入ってしまった場合、該傷も、周辺部がベース基板２０３に接合しにくい理由になると考えられる。そのため、ベース基板２０３には、ボンド基板２００よりもサイズの小さい半導体膜２０４が貼り付けられる。
【０１６５】
なお、ボンド基板２００を分離させる前に、ボンド基板２００に水素化処理を行うようにしても良い。水素化処理は、例えば、水素雰囲気中において３５０℃、２時間程度行う。
【０１６６】
なお、ベース基板２０３と複数のボンド基板２００とを貼り合わせる場合、該複数のボンド基板２００が異なる結晶面方位を有していても良い。半導体中における多数キャリアの移動度は、結晶面方位によって異なる。よって、形成する半導体素子に適した結晶面方位を有するボンド基板２００を、適宜選択して半導体膜２０４を形成すればよい。例えば半導体膜２０４を用いてｎ型の半導体素子を形成するならば、｛１００｝面を有する半導体膜２０４を形成することで、該半導体素子における多数キャリアの移動度を高めることができる。また、例えば半導体膜２０４を用いてｐ型の半導体素子を形成するならば、｛１１０｝面を有する半導体膜２０４を形成することで、該半導体素子における多数キャリアの移動度を高めることができる。そして、半導体素子としてトランジスタを形成するならば、チャネルの向きと結晶面方位とを考慮し、半導体膜２０４の貼り合わせの方向を定めるようにする。
【０１６７】
次に、半導体膜２０４の表面を研磨により平坦化しても良い。平坦化は必ずしも必須ではないが、平坦化を行うことで、半導体膜とゲート絶縁膜の界面の特性を向上させることが出来る。具体的に研磨は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）または液体ジェット研磨などにより、行うことができる。半導体膜２０４の厚さは、上記平坦化により薄くなる。
【０１６８】
また研磨ではなく、半導体膜２０４の表面をエッチングすることでも、半導体膜２０４の表面を平坦化することができる。エッチングには、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング法、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）エッチング法、平行平板型（容量結合型）エッチング法、マグネトロンプラズマエッチング法、２周波プラズマエッチング法またはヘリコン波プラズマエッチング法等のドライエッチング法を用いれば良い。
【０１６９】
例えばＩＣＰエッチング法を用いる場合、エッチングガスである塩素の流量４０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍ、コイル型の電極に投入する電力１００Ｗ〜２００Ｗ、下部電極（バイアス側）に投入する電力４０Ｗ〜１００Ｗ、反応圧力０．５Ｐａ〜１．０Ｐａとすれば良い。例えば、エッチングガスである塩素の流量１００ｓｃｃｍ、反応圧力１．０Ｐａ、下部電極の温度７０℃、コイル型の電極に投入するＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力１５０Ｗ、下部電極（バイアス側）に投入する電力４０Ｗ、エッチング時間２５ｓｅｃ〜２７ｓｅｃとすることで、半導体膜２０４を５０ｎｍ乃至６０ｎｍ程度にまで薄膜化することができる。エッチングガスには、塩素、塩化硼素、塩化珪素または四塩化炭素などの塩素系ガス、四弗化炭素、弗化硫黄または弗化窒素などのフッ素系ガス、酸素などを適宜用いることができる。
【０１７０】
上記エッチングにより、後に形成される半導体素子にとって最適となる膜厚まで半導体膜２０４を薄膜化できるのみならず、半導体膜２０４の表面を平坦化することができる。
【０１７１】
なお、ベース基板２０３に密着された半導体膜２０４は、脆化層２０２の形成、脆化層２０２における分断によって、結晶欠陥が形成されている、または、その表面の平坦性が損なわれている。そこで、本発明の一態様では、結晶欠陥を低減、および平坦性を向上するために、半導体膜２０４の表面に形成されている自然酸化膜などの酸化膜２０５を除去する処理を行った後、第１のレーザ光の照射、次いで第２のレーザ光の照射を行う。自然酸化膜などの酸化膜２０５の除去処理、第１のレーザ光の照射、第２のレーザ光の照射については、実施の形態１及び実施の形態２の記載を参照することが出来る。
【０１７２】
上述した一連のプロセスを経て、図６（Ｄ）に示すように、平坦性が高められ、なおかつ結晶性の良好である半導体膜２１０が、絶縁膜２０１及び絶縁膜２２０を間に挟んでベース基板２０３上に形成されたＳＯＩ基板を作製することが出来る。さらに、半導体膜２１０を用いて各種半導体素子を作製することで、半導体装置を作製することが出来る。本発明の一態様により、高レベルの雰囲気制御が可能なレーザ光の照射装置を用いずとも、平坦性を確保しつつ、結晶性の高い半導体膜を有する、ＳＯＩ基板を提供することができる。或いは、高レベルの雰囲気制御が可能なレーザ光の照射装置を用いずとも、特性のばらつきが抑えられ、なおかつ、良好な特性を得ることができる半導体素子を用いた、半導体装置の作製方法を提供することができる。
【０１７３】
なお本発明の一態様は、マイクロプロセッサ、画像処理回路などの集積回路や、質問器とデータの送受信が非接触でできるＲＦタグ、半導体表示装置等、ありとあらゆる半導体装置の作製に用いることができる。半導体表示装置には、液晶表示装置、有機発光素子（ＯＬＥＤ）に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）等や、半導体膜を用いた回路素子を駆動回路に有しているその他の半導体表示装置がその範疇に含まれる。
【０１７４】
本実施の形態は、上述した実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【０１７５】
（実施の形態４）
本実施の形態では、半導体膜が貼り付けられたベース基板、所謂ＳＯＩ基板を用いた半導体装置の作製方法の一例として、半導体素子の一つである薄膜トランジスタを作製する方法を説明する。複数の薄膜トランジスタを組み合わせることで、各種の半導体装置が形成できる。
【０１７６】
まず図７（Ａ）に示すように、ベース基板６００上に、絶縁膜６０１を間に挟んで、島状の半導体膜６０２と島状の半導体膜６０３とが形成されている。
【０１７７】
半導体膜６０２と半導体膜６０３には、閾値電圧を制御するために、硼素、アルミニウム、ガリウムなどのｐ型不純物、若しくはリン、砒素などのｎ型不純物が添加されていても良い。例えば、ｐ型を付与する不純物としてボロンを添加する場合、５×１０１６ｃｍ−３以上１×１０１７ｃｍ−３以下の濃度で添加すれば良い。閾値電圧を制御するための不純物の添加は、パターニングする前の半導体膜に対して行っても良いし、パターニング後に形成された半導体膜６０２と半導体膜６０３に対して行っても良い。また、閾値電圧を制御するための不純物の添加を、ボンド基板に対して行っても良い。若しくは、不純物の添加を、閾値電圧を大まかに調整するためにボンド基板に対して行った上で、閾値電圧を微調整するために、パターニング前の半導体膜に対して、またはパターニングにより形成された半導体膜６０２及び半導体膜６０３に対しても行うようにしても良い。
【０１７８】
また半導体膜６０２と半導体膜６０３を形成した後、ゲート絶縁膜６０４を形成する前に水素化処理を行っても良い。水素化処理は、例えば、水素雰囲気中において３５０℃、２時間程度行う。
【０１７９】
次に図７（Ｂ）に示すように、半導体膜６０２と半導体膜６０３を覆うように、ゲート絶縁膜６０４を形成する。ゲート絶縁膜６０４は、高密度プラズマ処理を行うことにより半導体膜６０２と半導体膜６０３の表面を酸化または窒化することで形成することができる。高密度プラズマ処理は、例えばＨｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの希ガスと酸素、酸化窒素、アンモニア、窒素、水素などの混合ガスとを用いて行う。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、半導体膜の表面を酸化または窒化することにより、１〜２０ｎｍ、望ましくは５〜１０ｎｍの絶縁膜が半導体膜に接するように形成される。この５〜１０ｎｍの絶縁膜をゲート絶縁膜６０４として用いる。例えば、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）をＡｒで１〜３倍（流量比）に希釈して、１０〜３０Ｐａの圧力にて３〜５ｋＷのマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）電力を印加して半導体膜６０２と半導体膜６０３の表面を酸化若しくは窒化させる。この処理により１ｎｍ〜１０ｎｍ（好ましくは２ｎｍ〜６ｎｍ）の絶縁膜を形成する。さらに亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）とシラン（ＳｉＨ４）を導入し、１０〜３０Ｐａの圧力にて３〜５ｋＷのマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）電力を印加して気相成長法により酸化窒化シリコン膜を形成してゲート絶縁膜を形成する。固相反応と気相成長法による反応を組み合わせることにより界面準位密度が低く絶縁耐圧の優れたゲート絶縁膜を形成することができる。
【０１８０】
上述した高密度プラズマ処理による半導体膜の酸化または窒化は固相反応で進むため、ゲート絶縁膜６０４と半導体膜６０２及び半導体膜６０３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半導体膜６０２及び半導体膜６０３を直接酸化または窒化することで、形成される絶縁膜の厚さのばらつきを抑えることが出来る。また半導体膜が結晶性を有する場合、高密度プラズマ処理を用いて半導体膜の表面を固相反応で酸化させることにより、結晶粒界においてのみ酸化が速く進んでしまうのを抑え、均一性が良く、界面準位密度の低いゲート絶縁膜を形成することができる。高密度プラズマ処理により形成された絶縁膜を、ゲート絶縁膜の一部または全部に含んで形成されるトランジスタは、特性のばらつきを抑えることができる。
【０１８１】
或いは、半導体膜６０２と半導体膜６０３を熱酸化させることで、ゲート絶縁膜６０４を形成するようにしても良い。また、プラズマＣＶＤ法またはスパッタリング法などを用い、酸化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化珪素、酸化ハフニウム、酸化アルミニウムまたは酸化タンタルを含む膜を、単層で、または積層させることで、ゲート絶縁膜６０４を形成しても良い。
【０１８２】
或いは、水素を含んだゲート絶縁膜６０４を形成した後、３５０℃以上４５０℃以下の温度による加熱処理を行うことで、ゲート絶縁膜６０４中に含まれる水素を半導体膜６０２及び半導体膜６０３中に拡散させるようにしても良い。この場合、ゲート絶縁膜６０４は、プロセス温度を３５０℃以下で、プラズマＣＶＤ法で窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを堆積することで、形成すれば良い。半導体膜６０２及び半導体膜６０３に水素を供給することで、半導体膜６０２及び半導体膜６０３中、及びゲート絶縁膜６０４と半導体膜６０２及び半導体膜６０３の界面での、捕獲中心となるような欠陥を低減することができる。
【０１８３】
次に図７（Ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜６０４上に導電膜を形成した後、該導電膜を所定の形状に加工（パターニング）することで、半導体膜６０２と半導体膜６０３の上方に電極６０７を形成する。導電膜の形成にはＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いることが出来る。導電膜は、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）等を用いることが出来る。また上記金属を主成分とする合金を用いても良いし、上記金属を含む化合物を用いても良い。または、半導体膜に導電性を付与するリン等の不純物元素をドーピングした、多結晶珪素などの半導体を用いて形成しても良い。
【０１８４】
２つの導電膜の組み合わせとして、１層目に窒化タンタルまたはタンタル（Ｔａ）を、２層目にタングステン（Ｗ）を用いることが出来る。上記例の他に、窒化タングステンとタングステン、窒化モリブデンとモリブデン、アルミニウムとタンタル、アルミニウムとチタン等が挙げられる。タングステンや窒化タンタルは、耐熱性が高いため、２層の導電膜を形成した後の工程において、熱活性化を目的とした加熱処理を行うことができる。また、２層の導電膜の組み合わせとして、例えば、ｎ型を付与する不純物がドーピングされた珪素とニッケルシリサイド、ｎ型を付与する不純物がドーピングされたＳｉとＷＳｉｘ等も用いることが出来る。
【０１８５】
また、本実施の形態では電極６０７を単層の導電膜で形成しているが、本実施の形態はこの構成に限定されない。電極６０７は積層された複数の導電膜で形成されていても良い。３つ以上の導電膜を積層する３層構造の場合は、モリブデン膜とアルミニウム膜とモリブデン膜の積層構造を採用するとよい。
【０１８６】
なお電極６０７を形成する際に用いるマスクとして、レジストの代わりに酸化珪素、窒化酸化珪素等をマスクとして用いてもよい。この場合、パターニングして酸化珪素、窒化酸化珪素等のマスク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よりも少ないため、所望の幅を有する電極６０７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電極６０７を形成しても良い。
【０１８７】
なお液滴吐出法とは、所定の組成物を含む液滴を細孔から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。
【０１８８】
また電極６０７は、導電膜を形成後、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（コイル型の電極層に印加される電力量、基板側の電極層に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節することにより、所望のテーパー形状を有するようにエッチングすることができる。また、テーパー形状は、マスクの形状によっても角度等を制御することができる。なお、エッチング用ガスとしては、塩素、塩化硼素、塩化珪素もしくは四塩化炭素などの塩素系ガス、四弗化炭素、弗化硫黄もしくは弗化窒素などのフッ素系ガス又は酸素を適宜用いることができる。
【０１８９】
次に図７（Ｄ）に示すように、電極６０７をマスクとして一導電型を付与する不純物元素を半導体膜６０２、半導体膜６０３に添加する。本実施の形態では、半導体膜６０２にｎ型を付与する不純物元素（例えばリンまたはヒ素）を、半導体膜６０３にｐ型を付与する不純物元素（例えばボロン）を添加する。なお、ｐ型を付与する不純物元素を半導体膜６０３に添加する際、ｎ型の不純物元素が添加される半導体膜６０２はマスク等で覆い、ｐ型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。逆にｎ型を付与する不純物元素を半導体膜６０２に添加する際、ｐ型の不純物元素が添加される半導体膜６０３はマスク等で覆い、ｎ型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。或いは、先に半導体膜６０２及び半導体膜６０３にｐ型もしくはｎ型のいずれか一方を付与する不純物元素を添加した後、一方の半導体膜のみに選択的により高い濃度でｐ型もしくはｎ型のうちの他方を付与する不純物元素のいずれか一方を添加するようにしても良い。上記不純物元素の添加により、半導体膜６０２に不純物領域６０８、半導体膜６０３に不純物領域６０９が形成される。
【０１９０】
次に、図８（Ａ）に示すように、電極６０７の側面にサイドウォール６１０を形成する。サイドウォール６１０は、例えば、ゲート絶縁膜６０４及び電極６０７を覆うように新たに絶縁膜を形成し、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより、新たに形成された該絶縁膜を部分的にエッチングすることで、形成することが出来る。上記異方性エッチングにより、新たに形成された絶縁膜が部分的にエッチングされて、電極６０７の側面にサイドウォール６１０が形成される。なお上記異方性エッチングにより、ゲート絶縁膜６０４も部分的にエッチングしても良い。サイドウォール６１０を形成するための絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法等により、珪素膜、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜や、有機樹脂などの有機材料を含む膜を、単層または積層して形成することができる。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。またエッチングガスとしては、ＣＨＦ３とヘリウムの混合ガスを用いることができる。なお、サイドウォール６１０を形成する工程は、これらに限定されるものではない。
【０１９１】
次に図８（Ｂ）に示すように、電極６０７及びサイドウォール６１０をマスクとして、半導体膜６０２、半導体膜６０３に一導電型を付与する不純物元素を添加する。なお、半導体膜６０２、半導体膜６０３には、それぞれ先の工程で添加した不純物元素と同じ導電型の不純物元素をより高い濃度で添加する。なお、ｐ型を付与する不純物元素を半導体膜６０３に添加する際、ｎ型の不純物元素が添加される半導体膜６０２はマスク等で覆い、ｐ型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。逆にｎ型を付与する不純物元素を半導体膜６０２に添加する際、ｐ型の不純物元素が添加される半導体膜６０３はマスク等で覆い、ｎ型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。
【０１９２】
上記不純物元素の添加により、半導体膜６０２に、一対の高濃度不純物領域６１１と、一対の低濃度不純物領域６１２と、チャネル形成領域６１３とが形成される。また上記不純物元素の添加により、半導体膜６０３に、一対の高濃度不純物領域６１４と、一対の低濃度不純物領域６１５と、チャネル形成領域６１６とが形成される。高濃度不純物領域６１１、６１４はソース又はドレインとして機能し、低濃度不純物領域６１２、６１５はＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）領域として機能する。
【０１９３】
なお、半導体膜６０３上に形成されたサイドウォール６１０と、半導体膜６０２上に形成されたサイドウォール６１０は、キャリアが移動する方向における幅が同じになるように形成しても良いが、該幅が異なるように形成しても良い。ｐ型トランジスタとなる半導体膜６０３上のサイドウォール６１０の幅は、ｎ型トランジスタとなる半導体膜６０２上のサイドウォール６１０の幅よりも長くすると良い。なぜならば、ｐ型トランジスタにおいてソース及びドレインを形成するために注入されるボロンは拡散しやすく、短チャネル効果を誘起しやすいためである。ｐ型トランジスタにおいて、サイドウォール６１０の幅より長くすることで、ソース及びドレインに高濃度のボロンを添加することが可能となり、ソース及びドレインを低抵抗化することができる。
【０１９４】
次に、ソース及びドレインをさらに低抵抗化するために、半導体膜６０２、半導体膜６０３をシリサイド化することで、シリサイド層を形成しても良い。シリサイド化は、半導体膜に金属を接触させ、ＧＲＴＡ法、ＬＲＴＡ法等の加熱処理により、半導体膜中の珪素と金属とを反応させて行う。シリサイド層としては、コバルトシリサイド若しくはニッケルシリサイドを用いれば良い。半導体膜６０２、半導体膜６０３の厚さが薄い場合には、この領域の半導体膜６０２、半導体膜６０３の底部までシリサイド反応を進めても良い。シリサイド化に用いる金属の材料として、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、ネオジム（Ｎｄ）、クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等を用いることができる。また、レーザ照射やランプなどの光照射によってシリサイド層を形成しても良い。
【０１９５】
上述した一連の工程により、ｎチャネル型トランジスタ６１７と、ｐチャネル型トランジスタ６１８とが形成される。
【０１９６】
次に図８（Ｃ）に示すように、トランジスタ６１７、トランジスタ６１８を覆うように絶縁膜６１９を形成する。絶縁膜６１９は必ずしも設ける必要はないが、絶縁膜６１９を形成することで、アルカリ金属やアルカリ土類金属などの不純物がトランジスタ６１７、トランジスタ６１８へ侵入するのを防ぐことが出来る。具体的に絶縁膜６１９として、窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化珪素などを用いるのが望ましい。本実施の形態では、膜厚６００ｎｍ程度の窒化酸化珪素膜を、絶縁膜６１９として用いる。この場合、上記水素化の工程は、該窒化酸化珪素膜形成後に行っても良い。
【０１９７】
次に、トランジスタ６１７、トランジスタ６１８を覆うように、絶縁膜６１９上に絶縁膜６２０を形成する。絶縁膜６２０は、ポリイミド、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ樹脂等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、酸化珪素、窒化珪素、窒化酸化珪素、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）、アルミナ等を用いることができる。シロキサン系樹脂は、置換基に水素の他、フッ素、アルキル基、または芳香族炭化水素のうち少なくとも１種を有していても良い。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁膜６２０を形成しても良い。絶縁膜６２０は、その表面をＣＭＰ法などにより平坦化させても良い。
【０１９８】
なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は、置換基に水素の他、フッ素、アルキル基、または芳香族炭化水素のうち、少なくとも１種を有していても良い。
【０１９９】
絶縁膜６２０の形成には、その材料に応じて、ＣＶＤ法、スパッタ法、ＳＯＧ法、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、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等を用いることができる。
【０２００】
次に図９に示すように、半導体膜６０２と半導体膜６０３がそれぞれ一部露出するように絶縁膜６１９及び絶縁膜６２０にコンタクトホールを形成する。そして、該コンタクトホールを介して半導体膜６０２と半導体膜６０３に接する導電膜６２１、導電膜６２２を形成する。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。
【０２０１】
導電膜６２１、導電膜６２２は、ＣＶＤ法やスパッタリング法等により形成することができる。具体的に導電膜６２１、導電膜６２２として、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ネオジム（Ｎｄ）、炭素（Ｃ）、珪素（Ｓｉ）等を用いることが出来る。また上記金属を主成分とする合金を用いても良いし、上記金属を含む化合物を用いても良い。導電膜６２１、導電膜６２２は、上記金属が用いられた膜を単層または複数積層させて形成することが出来る。
【０２０２】
アルミニウムを主成分とする合金の例として、アルミニウムを主成分としニッケルを含むものが挙げられる。また、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素または珪素の一方または両方とを含むものも例として挙げることが出来る。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、導電膜６２１、導電膜６２２を形成する材料として最適である。特にアルミニウムシリコン膜は、導電膜６２１、導電膜６２２をパターニングで形成するとき、レジストベークにおけるヒロックの発生をアルミニウム膜に比べて防止することができる。また、珪素（Ｓｉ）の代わりに、アルミニウム膜に０．５％程度のＣｕを混入させても良い。
【０２０３】
導電膜６２１、導電膜６２２は、例えば、バリア膜とアルミニウムシリコン膜とバリア膜の積層構造、バリア膜とアルミニウムシリコン膜と窒化チタン膜とバリア膜の積層構造を採用するとよい。なお、バリア膜とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデンまたはモリブデンの窒化物を用いて形成された膜である。アルミニウムシリコン膜を間に挟むようにバリア膜を形成すると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生をより防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンを用いてバリア膜を形成すると、半導体膜６０２と半導体膜６０３上に薄い酸化膜ができていたとしても、バリア膜に含まれるチタンがこの酸化膜を還元し、導電膜６２１、導電膜６２２と、半導体膜６０２及び半導体膜６０３とがそれぞれ良好なコンタクトをとることができる。またバリア膜を複数積層するようにして用いても良い。その場合、例えば、導電膜６２１、導電膜６２２を下層からＴｉ、窒化チタン、Ａｌ−Ｓｉ、Ｔｉ、窒化チタンの５層構造とすることが出来る。
【０２０４】
また導電膜６２１、導電膜６２２として、ＷＦ６ガスとＳｉＨ４ガスから化学気相成長法で形成したタングステンシリサイドを用いても良い。また、ＷＦ６を水素還元して形成したタングステンを、導電膜６２１、導電膜６２２として用いても良い。
【０２０５】
なお、導電膜６２１はｎチャネル型トランジスタ６１７の高濃度不純物領域６１１に接続されている。導電膜６２２はｐチャネル型トランジスタ６１８の高濃度不純物領域６１４に接続されている。
【０２０６】
図９には、ｎチャネル型トランジスタ６１７及びｐチャネル型トランジスタ６１８の上面図が示されている。ただし図９では導電膜６２１、導電膜６２２、絶縁膜６１９、絶縁膜６２０を省略した図を示している。
【０２０７】
また本実施の形態では、ｎチャネル型トランジスタ６１７とｐチャネル型トランジスタ６１８が、それぞれゲートとして機能する電極６０７を１つずつ有する場合を例示しているが、本発明はこの構成に限定されない。本発明の作製方法で形成された半導体装置が有するトランジスタは、ゲートとして機能する電極を複数有し、なおかつ該複数の電極が電気的に接続されているマルチゲート構造を有していても良い。
【０２０８】
また本発明の作製方法で形成された半導体装置が有するトランジスタは、ゲートプレナー構造を有していても良い。
【０２０９】
なお、ＳＯＩ基板が有する半導体膜は、ほぼ単結晶に近いものが得られる。そのため、多結晶の半導体膜と比べて、配向のばらつきが小さいのでトランジスタの閾値電圧のばらつきを小さくすることができる。また、多結晶の半導体膜に比べて結晶粒界が著しく少ないので、結晶粒界に起因するリーク電流を抑え、半導体装置の省電力化を実現することができる。そしてレーザ結晶化により得られる多結晶の半導体膜では、ビームスポット内のエネルギー密度の分布に起因して、半導体膜の表面に突起（リッジ）が現れやすい。しかし、ＳＯＩ基板が有する半導体膜は、貼り合わせにより生じた半導体膜内の欠陥を修復できる程度に、低いエネルギー密度でレーザ光を照射すれば良い。よって、ＳＯＩ基板が有する半導体膜の表面の平坦性は、レーザ結晶化により得られる多結晶の半導体膜に比べて飛躍的に高いため、ＳＯＩ基板が有する半導体膜上に形成されるゲート絶縁膜の膜厚を５ｎｍ乃至５０ｎｍ程度まで薄くすることが可能である。よって、ゲート電圧を抑えつつも高いオン電流を得ることができる。また、レーザ結晶化により得られる多結晶の半導体膜を用いる場合、高い移動度を得るために、レーザ光の走査方向に沿ってトランジスタが有する半導体膜の配置を決める必要があったが、ＳＯＩ基板が有する半導体膜ではその必要がないため、半導体装置の設計における制約が少なくなる。
【０２１０】
本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２１１】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の半導体装置の作製方法を用いて形成される、液晶表示装置の画素の具体的な構成について説明する。図１０は、液晶表示装置の画素の上面図を一例として示している。図１１は図１０に示した上面図の破線Ａ１−Ａ２における断面図に相当する。
【０２１２】
図１０及び図１１に示す画素は、走査線１８１０と、信号線１８１１と、スイッチング素子として機能するトランジスタ１８１２と、画素電極１８１３と、液晶素子に印加される電圧を保持するための保持容量１８１４とを、少なくとも有している。また、図１０及び図１１に示す画素は、トランジスタ１８１２及び保持容量１８１４と、画素電極１８１３とを電気的に接続するための配線１８１５を有している。
【０２１３】
トランジスタ１８１２と保持容量１８１４とは、半導体膜１８１６を共有しており、上記半導体膜１８１６は、本発明の一態様に係るＳＯＩ基板の作製方法を用いることで形成された半導体膜を、所望の形状に加工（パターニング）することで形成することができる。
【０２１４】
また、半導体膜１８１６上には絶縁膜１８１７が形成されており、絶縁膜１８１７上には導電膜１８１８と、走査線１８１０とが形成されている。導電膜１８１８と、走査線１８１０とは、絶縁膜１８１７に形成された導電膜を所望の形状に加工することで形成することができる。なお、走査線１８１０の一部は、トランジスタ１８１２のゲート電極として機能し、半導体膜１８１６と重なっている。また、導電膜１８１８と、半導体膜１８１６とが、絶縁膜１８１７を間に挟んで重なっている部分が、保持容量１８１４に相当する。
【０２１５】
また、配線１８１５と信号線１８１１とは、保持容量１８１４と、トランジスタ１８１２とを覆っている層間絶縁膜１８２０に形成された導電膜を、所望の形状に加工することで形成することができる。
【０２１６】
半導体膜１８１６は、本発明の一態様に係るＳＯＩ基板の作製方法を用いて作製されているので、結晶性が良好である。よって、トランジスタ１８１２の移動度を高め、オン電流を高くすることが出来る。また、半導体膜１８１６は、本発明の一態様に係るＳＯＩ基板の作製方法を用いて作製されているので、高い平坦性を有している。よって、トランジスタ１８１２のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜１８１７が半導体膜１８１６の有する凹凸によって部分的に薄くなるなどして絶縁耐圧が低くなるのを防ぎ、ゲート絶縁膜の膜厚を薄くすることが可能である。よって、素子の微細化を実現することが出来る。
【０２１７】
本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２１８】
（実施の形態６）
本実施の形態では、１枚のベース基板を用いて複数の半導体装置を形成する場合の手順について説明する。
【０２１９】
図１２（Ａ）に、ベース基板１８００にボンド基板１８０１を貼り合わせている様子を斜視図で示す。貼り合わせは、ボンド基板１８０１に形成された絶縁膜とベース基板１８００とが接合することで、もしくはボンド基板１８０１に形成された絶縁膜とベース基板１８００に形成された絶縁膜とが接合することで、行われる。
【０２２０】
次に、図１２（Ｂ）に示すように、ボンド基板１８０１を部分的に分離させることで、ボンド基板１８０１の一部である半導体膜１８０２を、ベース基板１８００上に形成する。
【０２２１】
次に、半導体膜１８０２上に形成されている自然酸化膜などの酸化膜を除去した後、図１３（Ａ）に示すようにレーザ光の照射を行う。本発明の一態様では、レーザ光の照射は、第１のレーザ光の照射と、第２のレーザ光の照射の２回行う。第１のレーザ光の照射と第２のレーザ光の照射の間に、自然酸化膜などの酸化膜の除去を行うようにしても良い。第１のレーザ光の照射及び第２のレーザ光の照射において、ビームスポット１８０４を矢印で示す方向に走査させることで、結晶性の改善及び平坦性の向上を図る。
【０２２２】
そして図１３（Ｂ）に示すように、図１３（Ａ）においてレーザ光の照射が行われた半導体膜１８０２を用いて、半導体装置１８０６を複数形成し、ダイシングなどでベース基板１８００ごと半導体装置１８０６どうしを切り離す。上記構成により、複数の半導体装置１８０６を形成することが出来る。
【０２２３】
なお、本実施の形態ではベース基板１８００とボンド基板１８０１とを一対一で貼り合わせる場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。１つのベース基板１８００にボンド基板１８０１を複数貼り合わせるようにしても良い。
【０２２４】
本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２２５】
（実施の形態７）
本実施の形態では、本発明の一態様に係るＳＯＩ基板の作製方法を用いることにより、ＳＯＩ基板が有する半導体膜の平坦性が向上することを説明する。
【０２２６】
表面の平坦性を、原子間力顕微鏡による観察像（ＡＦＭ像）の解析により得られる表面粗さの指標となる測定値で、評価した。評価に用いる試料Ａ、試料Ｂ、試料Ｃは、旭硝子社製のガラス基板（厚さ０．７ｍｍ、商品名ＡＮ１００）上に、酸素雰囲気中に塩化水素を含むガスを添加することによる熱酸化で形成された膜厚約１００ｎｍの酸化珪素である絶縁膜と、ボンド基板を分離することで上記絶縁膜上に形成された半導体膜と、を有するＳＯＩ基板を用いた。全ての試料は、１回目のレーザ光の照射前に、０．５ｗｔ％の希フッ酸を用いて約１１０秒間半導体膜の表面を洗浄することにより、半導体膜上に形成されている自然酸化膜を除去した。
【０２２７】
また、全ての試料において、１回目のレーザ光の照射は、レーザ発振器としてＸｅＣｌエキシマレーザ（波長：３０８ｎｍ、パルス幅：２０ｎ秒、繰り返し周波数３０Ｈｚ）を用いた。そして、１回目のレーザ光は、走査速度を０．５ｍｍ／秒、ビームショット数を約２４ショットとし、室温にて窒素ガスを試料に吹き付けながら行った。
【０２２８】
また、全ての試料において、２回目のレーザ光の照射は、１回目と同様に、レーザ発振器としてＸｅＣｌエキシマレーザ（波長：３０８ｎｍ、パルス幅：２０ｎ秒、繰り返し周波数３０Ｈｚ）を用いた。そして、２回目のレーザ光は、ビームショット数を約１ショットとし、室温にて窒素ガスを試料に吹き付けながら行った。
【０２２９】
そして、全ての試料において、２回目のレーザ光の照射は、１回目のレーザ光の照射におけるエネルギー密度を１００％としたときに、６０％、６５％、７０％、７２％、７４％、７６％、７８％、８０％、８２％、８４％、８６％、８８％、９０％、９５％、１００％のエネルギー密度となるように条件振りを行った。
【０２３０】
なお、１回目のレーザ光のエネルギー密度は、完全溶融する直前のエネルギー密度とした。完全溶融する直前のエネルギー密度は、半導体膜の膜厚などにより異なるため、各試料において１回目のレーザ光のエネルギー密度を条件振りし、各条件においてレーザ光照射後の半導体膜の断面をＳＴＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）にて観察した。そして、ＳＴＥＭ画像を用いて、完全溶融に達するぎりぎりのエネルギー密度を割り出し、各試料において、該エネルギー密度を１回目のレーザ光として用いた。
【０２３１】
具体的に、試料Ａは、面方位（１００）の単結晶シリコン基板から分離した膜厚約１４６ｎｍの半導体膜を用いる。１回目のレーザ光のエネルギー密度は、その膜厚から約５８２．７ｍＪ／ｃｍ２とした。そして、１回目のレーザ光の照射後、酸化膜除去の処理を行わずに、２回目のレーザ光の照射を行った。
【０２３２】
試料Ｂは、面方位（１１０）の単結晶シリコン基板から分離した膜厚約１３８ｎｍの半導体膜を用いる。１回目のレーザ光のエネルギー密度は、その膜厚から約５５２．９ｍＪ／ｃｍ２とした。そして、１回目のレーザ光の照射後、酸化膜除去の処理を行わずに、２回目のレーザ光の照射を行った。
【０２３３】
試料Ｃは、面方位（１００）の単結晶シリコン基板から分離した膜厚約１４６ｎｍの半導体膜を用いる。１回目のレーザ光のエネルギー密度は、その膜厚から約５８２．７ｍＪ／ｃｍ２とした。そして、１回目のレーザ光の照射後、酸化膜除去の処理を行ってから、２回目のレーザ光の照射を行った。２回目のレーザ光の照射前の酸化膜除去の処理は、１回目のレーザ光の照射前の酸化膜除去の処理と、同じ条件で行った。
【０２３４】
また、ＡＦＭの測定条件は以下の通りである。
・原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）：走査型プローブ顕微鏡ＳＰＩ３８００Ｎ／ＳＰＡ５００（セイコーインスツルメンツ（株）製）
・測定モード：ダイナミックフォースモード（ＤＦＭ：Ｄｙｎａｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｏｄｅ）
・カンチレバー：ＳＩ−ＤＦ４０（シリコン製、バネ定数４２Ｎ／ｍ、共振周波数２５０〜３９０ｋＨｚ、探針の先端Ｒ≦１０ｎｍ）
・測定面積：１０μｍ×１０μｍ
・測定点数：２５６×２５６点
【０２３５】
なお、ダイナミックフォースモードとは、固有振動数でカンチレバーを共振させた状態で、カンチレバーの振動振幅が一定になるように、カンチレバーに付いている探針と試料との間の距離を制御しながら、試料の表面形状を評価する測定モードのことである。このダイナミックフォースモードでは、試料の表面とカンチレバーとが非接触であるため、試料の表面を傷つけることなく、元の形状を保ったまま測定できる。そして、付属のソフトウェアにより、表面粗さ解析を行い、平均面粗さＲａ、山谷の最大高低差Ｐ−Ｖを算出した。
【０２３６】
図１７に、ＡＦＭ像をもとに計算された各試料の、半導体膜の平均面粗さＲａを示す。縦軸は、平均面粗さＲａ（ｎｍ）を示している。横軸は、１回目のレーザ光に対する２回目のレーザ光の、相対的なエネルギー密度の強さ（％）を示している。
【０２３７】
図１７に示すように、２回目のレーザ光の照射前に酸化膜の除去を行わなかった試料Ａと試料Ｂでは、相対的なエネルギー密度が約６０％〜７０％の範囲において、平均面粗さＲａが約２．５ｎｍ以上と、最高値を示した。一方、２回目のレーザ光の照射前に酸化膜の除去を行った試料Ｃでは、相対的なエネルギー密度が約５５％〜６５％の範囲において、平均面粗さＲａが約１．２ｎｍ以上と、最高値を示した。これらの平均面粗さＲａの最高値の比較から、２回目のレーザ光の照射前に酸化膜の除去を行うことで、平均面粗さＲａを低く抑え、平坦性を高くできることが分かった。
【０２３８】
また、２回目のレーザ光の照射前に酸化膜の除去を行わなかった試料Ａと試料Ｂでは、最大高低差（Ｐ−Ｖ）が、それぞれ約３０ｎｍ、約３２ｎｍであった。一方、２回目のレーザ光の照射前に酸化膜の除去を行った試料Ｃでは、最大高低差（Ｐ−Ｖ）が約２６ｎｍであり、試料Ａ、試料Ｂと比較して低い値が得られた。よって、これらの最大高低差（Ｐ−Ｖ）の比較からも、２回目のレーザ光の照射前に酸化膜の除去を行うことで、最大高低差（Ｐ−Ｖ）を低く抑え、平坦性を高くできることが分かった。
【０２３９】
なお、平均面粗さ（Ｒａ）とは、ＪＩＳＢ０６０１：２００１（ＩＳＯ４２８７：１９９７）で定義されている中心線平均粗さＲａを、測定面に対して適用できるよう三次元に拡張したものであり、基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値である。測定面とは全測定データの示す面である。指定面とは、粗さ計測の対象となる面である。基準面とは、指定面の高さの平均値をＺ０とするとき、Ｚ＝Ｚ０で表される平面である。山谷の最大高低差（Ｐ−Ｖ）は、指定面において、最も高い山頂の標高Ｚｍａｘと最も低い谷底の標高Ｚｍｉｎの差である。また、山頂と谷底とはＪＩＳＢ０６０１：２００１（ＩＳＯ４２８７：１９９７）で定義されている「山頂」「谷底」を三次元に拡張したものであり、山頂とは指定面の山において最も標高の高いところ、谷底とは指定面において最も標高の低いところと表現される。
【０２４０】
次に、上記各試料のＡＦＭ像を、図１８に示す。図１８（Ａ）は、２回目のレーザ光の相対的なエネルギー密度が約６６％のときの、サンプルＡにおける半導体膜表面のＡＦＭ像である。図１８（Ｂ）は、２回目のレーザ光の相対的なエネルギー密度が約６６％のときの、サンプルＢにおける半導体膜表面のＡＦＭ像である。図１８（Ｃ）は、２回目のレーザ光の相対的なエネルギー密度が約６６％のときの、サンプルＣにおける半導体膜表面のＡＦＭ像である。図１８から、サンプルＡとサンプルＢでは、半導体膜の表面にクレーター状の凹凸が生じていることが確認できるが、サンプルＣでは上記クレーターは殆ど確認できない。全てのサンプルにおいて、２回目のレーザ光のエネルギー密度を上記条件より高くしていくと、クレーター状の凹凸の数は減っていく。よって、図１７と図１８から、クレーター状の凹凸の発生が抑えられる２回目のレーザ光のエネルギー密度の範囲は、サンプルＣが最も広いことが分かった。
【０２４１】
次に、光学顕微鏡でＳＯＩ基板上の半導体膜の表面を観察した。観察に用いる試料１と試料２は、旭硝子社製のガラス基板（厚さ０．７ｍｍ、商品名ＡＮ１００）上に、酸素雰囲気中に塩化水素を含むガスを添加することによる熱酸化で形成された膜厚約１００ｎｍの酸化珪素である絶縁膜と、ボンド基板を分離することで上記絶縁膜上に形成された半導体膜と、を有するＳＯＩ基板を用いた。全ての試料は、１回目のレーザ光の照射前に、０．５ｗｔ％の希フッ酸を用いて約１１０秒間半導体膜の表面を洗浄することにより、半導体膜上に形成されている自然酸化膜を除去した。
【０２４２】
また、試料１と試料２共に、１回目のレーザ光の照射は、レーザ発振器としてＸｅＣｌエキシマレーザ（波長：３０８ｎｍ、パルス幅：２０ｎ秒、繰り返し周波数３０Ｈｚ）を用いた。そして、１回目のレーザ光は、走査速度を０．５ｍｍ／秒、ビームショット数を約２４ショットとし、室温にて窒素ガスを試料に吹き付けながら行った。
【０２４３】
また、試料１と試料２共に、２回目のレーザ光の照射は、１回目と同様に、レーザ発振器としてＸｅＣｌエキシマレーザ（波長：３０８ｎｍ、パルス幅：２０ｎ秒、繰り返し周波数３０Ｈｚ）を用いた。そして、２回目のレーザ光は、走査速度を８．０ｍｍ／秒、ビームショット数を約１．５ショットとし、室温にて窒素ガスを試料に吹き付けながら行った。
【０２４４】
具体的に、試料１は、面方位（１００）の単結晶シリコン基板から分離した膜厚約１１０ｎｍの半導体膜を用いる。１回目のレーザ光と２回目のレーザ光のエネルギー密度は、その膜厚から約５８２．７ｍＪ／ｃｍ２とした。そして、１回目のレーザ光の照射後、酸化膜除去の処理を行わずに、２回目のレーザ光の照射を行った。
【０２４５】
試料２は、面方位（１００）の単結晶シリコン基板から分離した膜厚約１１０ｎｍの半導体膜を用いる。１回目のレーザ光と２回目のレーザ光のエネルギー密度は、その膜厚から約５８２．７ｍＪ／ｃｍ２とした。そして、１回目のレーザ光の照射後、酸化膜除去の処理を行ってから、２回目のレーザ光の照射を行った。２回目のレーザ光の照射前の酸化膜除去の処理は、１回目のレーザ光の照射前の酸化膜除去の処理と、同じ条件で行った。
【０２４６】
図１９（Ａ）に、試料１が有する半導体膜の光学顕微鏡写真を、図１９（Ｂ）に、試料２が有する半導体膜の光学顕微鏡写真を、それぞれ示す。各写真は、ピッチ縞の部分を強調するために、画像処理が施されている。図１９（Ａ）に示す写真に比べて図１９（Ｂ）に示す写真では、ピッチ縞の数が少なく、よって、２回目のレーザ光の照射前に酸化膜除去の処理を行った試料２の方が、平坦性が高いことが分かった。
【０２４７】
（実施の形態８）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を用いて形成された発光装置の構成について説明する。図１４に、発光素子を駆動させるためのトランジスタがｐ型の場合における、画素の断面構造の一例を示す。なお図１４では、第１の電極が陽極、第２の電極が陰極の場合について説明するが、第１の電極が陰極、第２の電極が陽極であっても良い。
【０２４８】
図１４（Ａ）に、トランジスタ６００１がｐ型で、発光素子６００３から発せられる光を第１の電極６００４側から取り出す場合の、画素の断面図を示す。
【０２４９】
トランジスタ６００１は絶縁膜６００７で覆われており、絶縁膜６００７上には開口部を有する隔壁６００８が形成されている。隔壁６００８の開口部において第１の電極６００４が一部露出しており、該開口部において第１の電極６００４、電界発光層６００５、第２の電極６００６が順に積層されている。
【０２５０】
第１の電極６００４は、可視光に対して透光性を有する材料または膜厚で形成し、なおかつ陽極として用いるのに適する材料で形成する。例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）、酸化インジウム、酸化ガリウム、及び酸化亜鉛からなる酸化物（ＩＧＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、などその他の透光性酸化物導電材料を第１の電極６００４に用いることが可能である。またＩＴＯ及び酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（以下、ＩＴＳＯとする）や、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに、さらに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したものを第１の電極６００４に用いても良い。また上記透光性酸化物導電材料の他に、例えば窒化チタン、窒化ジルコニウム、チタン、タングステン、ニッケル、白金、クロム、銀、アルミニウム等の１つまたは複数からなる単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との三層構造等を第１の電極６００４に用いることもできる。ただし透光性酸化物導電材料以外の材料を用いる場合、光が透過する程度の膜厚（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）で第１の電極６００４を形成する。
【０２５１】
また第２の電極６００６は、光を反射もしくは遮蔽する材料及び膜厚で形成し、なおかつ仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などで形成することができる。具体的には、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、これらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ、Ｍｇ：Ｉｎなど）、およびこれらの化合物（フッ化カルシウム、窒化カルシウム）の他、ＹｂやＥｒ等の希土類金属を用いることができる。また電子注入層を設ける場合、Ａｌなどの他の導電層を用いることも可能である。
【０２５２】
電界発光層６００５は、単数または複数の層で構成されている。複数の層で構成されている場合、これらの層は、キャリア輸送特性の観点から正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などに分類することができる。電界発光層６００５が発光層の他に、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層のいずれかを有している場合、第１の電極６００４から正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層する。なお各層の境目は必ずしも明確である必要はなく、互いの層を構成している材料が一部混合し、界面が不明瞭になっている場合もある。各層には、有機系の材料、無機系の材料を用いることが可能である。有機系の材料として、高分子系、中分子系、低分子系のいずれの材料も用いることが可能である。なお中分子系の材料とは、構造単位の繰返しの数（重合度）が２から２０程度の低重合体に相当する。正孔注入層と正孔輸送層との区別は必ずしも厳密なものではなく、これらは正孔輸送性（正孔移動度）が特に重要な特性である意味において同じである。便宜上正孔注入層は陽極に接する側の層であり、正孔注入層に接する層を正孔輸送層と呼んで区別する。電子輸送層、電子注入層についても同様であり、陰極に接する層を電子注入層と呼び、電子注入層に接する層を電子輸送層と呼んでいる。発光層は電子輸送層を兼ねる場合もあり、発光性電子輸送層とも呼ばれる。
【０２５３】
図１４（Ａ）に示した画素の場合、発光素子６００３から発せられる光を、白抜きの矢印で示すように第１の電極６００４側から取り出すことができる。
【０２５４】
次に図１４（Ｂ）に、トランジスタ６０１１がｐ型で、発光素子６０１３から発せられる光を第２の電極６０１６側から取り出す場合の、画素の断面図を示す。トランジスタ６０１１は絶縁膜６０１７で覆われており、絶縁膜６０１７上には開口部を有する隔壁６０１８が形成されている。隔壁６０１８の開口部において第１の電極６０１４が一部露出しており、該開口部において第１の電極６０１４、電界発光層６０１５、第２の電極６０１６が順に積層されている。
【０２５５】
第１の電極６０１４は、光を反射もしくは遮蔽する材料及び膜厚で形成し、なおかつ陽極として用いるのに適する材料で形成する。例えば、窒化チタン、窒化ジルコニウム、チタン、タングステン、ニッケル、白金、クロム、銀、アルミニウム等の１つまたは複数からなる単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との三層構造等を第１の電極６０１４に用いることができる。
【０２５６】
また第２の電極６０１６は、可視光に対して透光性を有する材料または膜厚で形成し、なおかつ仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などで形成することができる。具体的には、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、これらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ、Ｍｇ：Ｉｎなど）、およびこれらの化合物（フッ化カルシウム、窒化カルシウム）の他、ＹｂやＥｒ等の希土類金属を用いることができる。また電子注入層を設ける場合、Ａｌなどの他の導電層を用いることも可能である。そして第２の電極６０１６を、光が透過する程度の膜厚（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）で形成する。なお、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などその他の透光性酸化物導電材料を用いることも可能である。またＩＴＯ及びＩＴＳＯや、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに、さらに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したものを用いても良い。透光性酸化物導電材料を用いる場合、電界発光層６０１５に電子注入層を設けるのが望ましい。
【０２５７】
電界発光層６０１５は、図１４（Ａ）の電界発光層６００５と同様に形成することができる。
【０２５８】
図１４（Ｂ）に示した画素の場合、発光素子６０１３から発せられる光を、白抜きの矢印で示すように第２の電極６０１６側から取り出すことができる。
【０２５９】
次に図１４（Ｃ）に、トランジスタ６０２１がｐ型で、発光素子６０２３から発せられる光を第１の電極６０２４側及び第２の電極６０２６側から取り出す場合の、画素の断面図を示す。トランジスタ６０２１は絶縁膜６０２７で覆われており、絶縁膜６０２７上には開口部を有する隔壁６０２８が形成されている。隔壁６０２８の開口部において第１の電極６０２４が一部露出しており、該開口部において第１の電極６０２４、電界発光層６０２５、第２の電極６０２６が順に積層されている。
【０２６０】
第１の電極６０２４は、図１４（Ａ）の第１の電極６００４と同様に形成することができる。また第２の電極６０２６は、図１４（Ｂ）の第２の電極６０１６と同様に形成することができる。電界発光層６０２５は、図１４（Ａ）の電界発光層６００５と同様に形成することができる。
【０２６１】
図１４（Ｃ）に示した画素の場合、発光素子６０２３から発せられる光を、白抜きの矢印で示すように第１の電極６０２４側及び第２の電極６０２６側から取り出すことができる。
【０２６２】
本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２６３】
（実施の形態９）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る作製方法を用いて形成された液晶表示装置の構成について説明する。
【０２６４】
図１５に、本発明の液晶表示装置の断面図を一例として示す。基板１４００上の薄膜トランジスタ１４０１は、導電膜１４０２を間に介して画素電極１４０３と電気的に接続されている。
【０２６５】
また、スペーサ１４０４は、液晶素子のセルギャップを制御している。スペーサ１４０４は、絶縁膜を所望の形状にエッチングすることで形成することが可能であるが、フィラーを用いることでセルギャップを制御するようにしても良い。
【０２６６】
そして、画素電極１４０３上には、配向膜１４０５が形成されている。配向膜１４０５は、例えば絶縁膜にラビング処理を施すことで、形成することができる。また画素電極１４０３と対峙する位置には、対向電極１４０６が設けられており、対向電極１４０６の画素電極１４０３に近い側には配向膜１４０７が形成されている。そして、画素電極１４０３と、対向電極１４０６の間においてシール材１４０８に囲まれた領域には、液晶１４０９が設けられている。なおシール材１４０８にはフィラーが混入されていても良い。
【０２６７】
画素電極１４０３と対向電極１４０６は、例えばＩＴＳＯ、ＩＴＯ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などの透明導電材料を用いることができる。なお、本実施の形態では、画素電極１４０３及び対向電極１４０６に光を透過する導電膜を用い、透過型の液晶素子を作製する例を示すが、本発明はこの構成に限定されない。本発明の一態様に係る液晶表示装置は、半透過型または反射型であっても良い。
【０２６８】
カラーフィルタや、ディスクリネーションを防ぐための遮蔽膜（ブラックマトリクス）などが、図１５に示した液晶表示装置に設けられていても良い。
【０２６９】
なお、本実施の形態では、液晶表示装置として、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型を示したが、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）型、ＯＣＢ（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）型、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）型等の、その他の液晶表示装置にも、本発明の薄膜トランジスタを用いることができる。
【０２７０】
本発明の一態様に係る液晶表示装置は、移動度及びオン電流が高く、なおかつ信頼性の高い薄膜トランジスタを用いているため、コントラスト及び視認性が高い。
【０２７１】
本実施の形態は他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
【実施例１】
【０２７２】
本発明の一態様に係る作製方法を用いることで、特性のばらつきが抑えられ、なおかつ、オン電流が高い、絶縁耐圧が高いなどの良好な特性を持った半導体素子を有する半導体装置を、形成することができる。また、半導体素子の微細化を実現することが出来る。よって、上記半導体装置を用いた電子機器は、半導体装置をその構成要素に追加することにより、より高機能のアプリケーションを搭載することができるようになる。本発明の作製方法を用いた半導体装置は、表示装置、ノート型パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置（代表的にはＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置）に用いることができる。その他に、本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置を用いることができる電子機器として、携帯電話、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図１６に示す。
【０２７３】
図１６（Ａ）は表示装置であり、筐体５００１、表示部５００２、支持台５００３等を有する。本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置は、表示部５００２またはその他の信号処理回路に用いることができる。表示部５００２またはその他の信号処理回路に本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置を用いることで、より高機能のアプリケーションが搭載された表示装置を提供することができる。なお、表示装置には、パーソナルコンピュータ用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【０２７４】
図１６（Ｂ）は携帯情報端末であり、筐体５１０１、表示部５１０２、スイッチ５１０３、操作キー５１０４、赤外線ポート５１０５等を有する。本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置は、表示部５１０２またはその他の信号処理回路に用いることができる。表示部５１０２またはその他の信号処理回路に本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置を用いることで、より高機能のアプリケーションが搭載された携帯情報端末を提供することができる。
【０２７５】
図１６（Ｃ）は現金自動預け入れ払い機であり、筐体５２０１、表示部５２０２、硬貨投入口５２０３、紙幣投入口５２０４、カード投入口５２０５、通帳投入口５２０６等を有する。本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置は、表示部５２０２またはその他の信号処理回路に用いることができる。表示部５２０２またはその他の信号処理回路に本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置を用いることで、より高機能のアプリケーションが搭載された現金自動預け入れ払い機を提供することができる。
【０２７６】
図１６（Ｄ）は携帯型ゲーム機であり、筐体５３０１、筐体５３０２、表示部５３０３、表示部５３０４、マイクロホン５３０５、スピーカー５３０６、操作キー５３０７、スタイラス５３０８等を有する。本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置は、表示部５３０３、表示部５３０４またはその他の信号処理回路に用いることができる。表示部５３０３、表示部５３０４またはその他の信号処理回路に本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置を用いることで、より高機能のアプリケーションが搭載された携帯型ゲーム機を提供することができる。なお、図１６（Ｄ）に示した携帯型ゲーム機は、２つの表示部５３０３と表示部５３０４とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない。
【０２７７】
図１６（Ｅ）は携帯電話であり、筐体５４０１、表示部５４０２、音声入力部５４０３、音声出力部５４０４、操作キー５４０５、受光部５４０６等を有する。受光部５４０６において受信した光を電気信号に変換することで、外部の画像を取り込むことができる。本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置は、表示部５４０２またはその他の信号処理回路に用いることができる。表示部５４０２またはその他の信号処理回路に本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置を用いることで、より高機能のアプリケーションが搭載された携帯電話を提供することができる。
【０２７８】
本実施例は、上記実施の形態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】
【０２７９】
１００ ボンド基板
１０１ 半導体膜
１０２ 絶縁膜
１０３ ベース基板
１０４ 酸化膜
１０５ 半導体膜
１０６ レーザ光
１０７ ピッチ縞
１０８ レーザ光
１０９ 半導体膜
２００ ボンド基板
２０１ 絶縁膜
２０２ 脆化層
２０３ ベース基板
２０４ 半導体膜
２０５ 酸化膜
２０６ レーザ光
２０７ 半導体膜
２０８ ピッチ縞
２０９ レーザ光
２１０ 半導体膜
２１１ 半導体膜
２１２ 半導体膜
２１３ トランジスタ
２１４ トランジスタ
２２０ 絶縁膜
６００ ベース基板
６０１ 絶縁膜
６０２ 半導体膜
６０３ 半導体膜
６０４ ゲート絶縁膜
６０７ 電極
６０８ 不純物領域
６０９ 不純物領域
６１０ サイドウォール
６１１ 高濃度不純物領域
６１２ 低濃度不純物領域
６１３ チャネル形成領域
６１４ 高濃度不純物領域
６１５ 低濃度不純物領域
６１６ チャネル形成領域
６１７ トランジスタ
６１８ トランジスタ
６１９ 絶縁膜
６２０ 絶縁膜
６２１ 導電膜
６２２ 導電膜
１４００ 基板
１４０１ 薄膜トランジスタ
１４０２ 導電膜
１４０３ 画素電極
１４０４ スペーサ
１４０５ 配向膜
１４０６ 対向電極
１４０７ 配向膜
１４０８ シール材
１４０９ 液晶
１８００ ベース基板
１８０１ ボンド基板
１８０２ 半導体膜
１８０４ ビームスポット
１８０６ 半導体装置
１８１０ 走査線
１８１１ 信号線
１８１２ トランジスタ
１８１３ 画素電極
１８１４ 保持容量
１８１５ 配線
１８１６ 半導体膜
１８１７ 絶縁膜
１８１８ 導電膜
１８２０ 層間絶縁膜
５００１ 筐体
５００２ 表示部
５００３ 支持台
５１０１ 筐体
５１０２ 表示部
５１０３ スイッチ
５１０４ 操作キー
５１０５ 赤外線ポート
５２０１ 筐体
５２０２ 表示部
５２０３ 硬貨投入口
５２０４ 紙幣投入口
５２０５ カード投入口
５２０６ 通帳投入口
５３０１ 筐体
５３０２ 筐体
５３０３ 表示部
５３０４ 表示部
５３０５ マイクロホン
５３０６ スピーカー
５３０７ 操作キー
５３０８ スタイラス
５４０１ 筐体
５４０２ 表示部
５４０３ 音声入力部
５４０４ 音声出力部
５４０５ 操作キー
５４０６ 受光部
６００１ トランジスタ
６００３ 発光素子
６００４ 電極
６００５ 電界発光層
６００６ 電極
６００７ 絶縁膜
６００８ 隔壁
６０１１ トランジスタ
６０１３ 発光素子
６０１４ 電極
６０１５ 電界発光層
６０１６ 電極
６０１７ 絶縁膜
６０１８ 隔壁
６０２１ トランジスタ
６０２３ 発光素子
６０２４ 電極
６０２５ 電界発光層
６０２６ 電極
６０２７ 絶縁膜
６０２８ 隔壁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の作製方法及び該ＳＯＩ基板の作製方法を用いた半導体装置の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路に対する高集積化、高速化、高機能化、低消費電力化への要求が厳しさを増しており、その実現に向け、バルクのトランジスタに替わる有力な手段としてＳＯＩ基板を用いたトランジスタが注目されている。ＳＯＩ基板を用いたトランジスタはバルクのトランジスタと比較すると、半導体膜が絶縁膜上に形成されているので、寄生容量が低減され、基板に流れる漏れ電流の発生を抑えることができるため、半導体装置の高速化、低消費電力化がより期待できる。そして活性層として用いる半導体膜を薄くできるので、短チャネル効果を抑制し、よって素子の微細化、延いては半導体集積回路の高集積化を実現することができる。
【０００３】
ＳＯＩ基板の作製方法の一つに、スマートカット（登録商標）に代表されるＵＮＩＢＯＮＤ、ＥＬＴＲＡＮ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｙｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）、誘電体分離法、ＰＡＣＥ（Ｐｌａｓｍａ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法などの、絶縁膜を介して半導体膜を基板上に形成する方法がある。上記方法を用いることで、単結晶の半導体膜を用いた高機能な集積回路を安価なガラス基板上に形成することができる。
【０００４】
例えば下記の特許文献１には、バルクの半導体基板から分離された半導体膜をガラス基板に貼り合わせてＳＯＩ基板を作製する方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、レーザ光の照射により、ガラス基板上に転写された半導体薄膜層の結晶性を改善する方法について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０８７６０６号公報
【特許文献２】特開２００５−２５２２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したようなガラス基板を用いたＳＯＩ基板は、半導体基板を用いたＳＯＩ基板よりも安価であり、なおかつ半導体装置の大面積化を実現しやすいというメリットを有している。ガラス基板は半導体基板に比べて耐熱温度が低いため、特許文献２に記載されているようなレーザ光の照射は、分離後の半導体膜の結晶性を改善させるのに適した方法だと言える。
【０００８】
分離の工程において損なわれた半導体膜の結晶性を、パルス発振のレーザ光の照射により改善させる場合、任意の一点に照射されるレーザ光のショット数を多くする方が、結晶性をより高く改善させることができる。しかし、ショット数が多いと、結晶性の改善に対しては高い効果が得られる反面、レーザ光照射後の半導体膜の平坦性は劣ってしまう。具体的には、ビームスポットの端部におけるエネルギー密度の低い領域と重なるように、走査間隔に合わせて、クレーター状または粒状の凹凸を有する荒れた領域が、半導体膜の表面に出現してしまう。このピッチ縞と呼ばれる荒れた領域の出現は、レーザ光のショット数が多いまたはエネルギー密度が高いほど顕著に起こり、半導体膜を用いて形成される半導体素子の特性を落とす、または半導体素子の特性の均一性を低くする要因となっている。
【０００９】
逆に、レーザ光照射のショット数が低いと、レーザ光照射後において平坦性の高い半導体膜が得られる。しかし、半導体膜の結晶性を改善させる効果は、ショット数が多い場合に比べて劣ってしまう。
【００１０】
上述の課題に鑑み、本発明は、平坦性を確保しつつ、結晶性の高い半導体膜を有する、ＳＯＩ基板の作製方法を提供することを、目的の一とする。或いは、本発明は、特性のばらつきが抑えられ、なおかつ、良好な特性を得ることができる半導体素子を用いた、半導体装置の作製方法を提供することを、目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記ピッチ縞の発生する条件を調べたところ、本発明者らは、半導体膜の表面に存在する数ｎｍの膜厚の自然酸化膜の存在が、ピッチ縞の発生に寄与していることを見出した。そこで、窒素雰囲気下または減圧雰囲気下のような、酸素を極力排除した雰囲気下においてレーザ光の照射を行ったところ、ピッチ縞の発生を抑制するのに多少の効果は得られたが、十分であるとは言えなかった。これは、結晶性の十分な改善を図るためにショット数を多くすると、僅かに雰囲気中に存在する酸素と半導体が反応することにより、半導体膜の表面に酸化膜が形成されることが、ピッチ縞の発生に繋がってしまうからだと考えられる。
【００１２】
また、単結晶の半導体膜にレーザ光を照射する場合、半導体膜の表面に自然酸化膜が存在する状態でショット数を増やすと、レーザ光のエネルギー密度によっては半導体膜にひび割れが生じてしまうことが実験により分かった。また、単結晶の半導体膜の場合、自然酸化膜の膜厚が大きいほど、上記ひび割れの生じるエネルギー密度の範囲が広がることが分かった。本発明者らがかつて行ってきた、非晶質、微結晶または多結晶の半導体膜のレーザ光による結晶化では、上述したようなひび割れの発生を確認したことがないため、単結晶の半導体膜の場合、上記半導体膜とは異なるメカニズムで結晶化が進んでいると考えた。よって、非晶質、微結晶または多結晶の半導体膜のレーザ光による結晶化の手法を、そのまま単純に、単結晶の半導体膜における結晶性の改善に適用させることはできない。
【００１３】
そこで、本発明者らは、上述の課題を解決するために、以下のＳＯＩ基板の作製方法を考え出した。分離により絶縁膜上に半導体膜を形成した後、半導体膜の表面に存在する自然酸化膜を除去し、半導体膜に対して第１のレーザ光の照射を行う。第１のレーザ光の照射は、希ガス雰囲気下、窒素雰囲気下または減圧雰囲気下にて、半導体膜の任意の一点におけるレーザ光のショット数を７以上、より好ましくは１０以上１００以下とする。そして、第１のレーザ光の照射を行った後、半導体膜に対して第２のレーザ光の照射を行う。第２のレーザ光の照射は、希ガス雰囲気下、窒素雰囲気下または減圧雰囲気下にて、半導体膜の任意の一点におけるレーザ光のショット数を０より大きく２以下とする。
【００１４】
第１のレーザ光の照射及び第２のレーザ光の照射は、微結晶が発生しにくい高さのエネルギー密度で行う。第１のレーザ光の照射により、分離の工程において結晶性の損なわれた半導体膜中の欠陥を、修復することができる。また、第１のレーザ光の照射により、分離の際に生じた半導体膜の表面の粗さをある程度小さく抑えることが出来る。しかし、第１のレーザ光の照射に起因するピッチ縞が半導体膜の表面に発生するので、第２のレーザ光の照射は、ビームスポットを、第１のレーザ光の照射により生じたピッチ縞と重なるように、走査する。
【００１５】
なお、レーザ光のエネルギーは、ビームスポット内において完全に均一であることは稀であり、通常、ビームスポット内の位置によってその高さは異なる。１ショットのレーザ光が照射されるビームスポットの範囲は、該レーザ光の最高のエネルギー値を１００％と仮定したときに、その最高のエネルギー値に対して８０％以上のエネルギー値を有するレーザ光が照射される領域とする。
【００１６】
なお、半導体膜に対して第２のレーザ光の照射を行う前に、再び半導体膜の表面に存在する自然酸化膜を除去するようにしても良い。
【００１７】
上記のＳＯＩ基板を形成した後、薄膜の半導体膜をエッチングなどにより所望の形状に加工し、島状の半導体膜を形成する。この島状の半導体膜を用いて、薄膜トランジスタ、ダイオード、抵抗、容量などの各種半導体素子を形成することで、半導体装置を作製することができる。
【発明の効果】
【００１８】
上記構成により、平坦性を確保しつつ、結晶性の高い半導体膜を有する、ＳＯＩ基板を提供することができる。或いは、特性のばらつきが抑えられ、なおかつ、良好な特性を得ることができる半導体素子を用いた、半導体装置の作製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図２】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図３】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図４】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図５】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図６】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図７】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図８】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図９】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図１０】本発明の一態様に係る作製方法を用いて形成された液晶表示装置の画素の上面図。
【図１１】本発明の一態様に係る作製方法を用いて形成された液晶表示装置の画素の断面図。
【図１２】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図１３】本発明の一態様に係る作製方法を示す図。
【図１４】本発明の一態様に係る作製方法を用いて形成された発光装置の画素の断面図。
【図１５】本発明の一態様に係る作製方法を用いて形成された液晶表示装置の画素の断面図。
【図１６】半導体装置を用いた電子機器の図。
【図１７】相対エネルギー密度に対する平均面粗さＲａ。
【図１８】レーザ光照射後における半導体膜のＡＦＭ像。
【図１９】レーザ光照射後における半導体膜の光学顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２１】
なお本発明は、マイクロプロセッサ、画像処理回路などの集積回路や、ＲＦタグ、半導体表示装置等、ありとあらゆる半導体装置の作製に用いることができる。半導体表示装置には、液晶表示装置、有機発光素子（ＯＬＥＤ）に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）等や、半導体膜を用いた回路素子を駆動回路に有しているその他の半導体表示装置がその範疇に含まれる。
【００２２】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る、ＳＯＩ基板及び半導体装置の作製方法について説明する。
【００２３】
まず、図１（Ａ）に示すように、ボンド基板１００の一部を分離することで得られる薄膜の半導体膜１０１を、絶縁膜１０２を間に挟むように、ベース基板１０３上に形成する。
【００２４】
ボンド基板１００として、シリコン、ゲルマニウムなどの単結晶半導体基板を用いることができる。その他に、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの化合物半導体で形成された単結晶半導体基板を、ボンド基板１００として用いることができる。またボンド基板１００として、結晶格子に歪みを有するシリコン、シリコンに対しゲルマニウムが添加されたシリコンゲルマニウムなどの半導体基板を用いていても良い。
【００２５】
なお、ボンド基板１００に用いられる単結晶半導体基板は、結晶軸の方向が基板内において揃っていることが望ましいが、点欠陥、線欠陥、面欠陥などの格子欠陥が完璧に排除された完全結晶である必要はない。
【００２６】
ベース基板１０３は、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの電子工業用に使われる各種ガラス基板の他、石英基板、セラミック基板、サファイア基板などの基板を用いることが出来る。さらにベース基板１０３として、シリコン、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの半導体基板などを用いることができる。或いは、ステンレス基板を含む金属基板をベース基板１０３として用いても良い。
【００２７】
ガラス基板としては、液晶パネルの製造用に開発されたマザーガラス基板を用いることができる。マザーガラスとしては、例えば、第３世代（５５０ｍｍ×６５０ｍｍ）、第３．５世代（６００ｍｍ×７２０ｍｍ）、第４世代（６８０ｍｍ×８８０ｍｍまたは、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）、第５世代（１１００ｍｍ×１３００ｍｍ）、第６世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）などのサイズの基板が知られている。大面積のマザーガラス基板をベース基板１０３として用いてＳＯＩ基板を製造することで、ＳＯＩ基板の大面積化が実現できる。マザーガラス基板のような大型の基板をベース基板１０３として用いることで、ＳＯＩ基板の大面積化が実現できる。ＳＯＩ基板の大面積化が実現すれば、一度に多数のＩＣ、ＬＳＩ等のチップを製造することができ、１枚の基板から製造されるチップ数が増加するので、生産性を飛躍的に向上させることができる。
【００２８】
また、ベース基板１０３上に絶縁膜を形成しておいても良い。ベース基板１０３は、その表面に絶縁膜が必ずしも形成されていなくとも良いが、ベース基板１０３の表面に絶縁膜を形成しておくことで、ベース基板１０３からボンド基板１００に、アルカリ金属やアルカリ土類金属などの不純物が入り込むのを防ぐことができる。またベース基板１０３の表面に絶縁膜を形成しておく場合、ベース基板１０３上の絶縁膜が絶縁膜１０２と接合するので、ベース基板１０３として用いることができる基板の種類がさらに広がる。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耐熱温度が一般的に低い傾向にあるが、後の半導体素子の作製工程における処理温度に耐え得るのであれば、ベース基板１０３上に絶縁膜を形成する場合において、ベース基板１０３として用いることが可能である。プラスチック基板として、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）、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。
【００２９】
ボンド基板１００を分離することにより形成された半導体膜１０１は、結晶欠陥が形成されている、または、その表面の平坦性が損なわれている。そこで、本発明の一態様では、結晶欠陥を低減、および平坦性を向上するために、半導体膜１０１の表面に形成されている自然酸化膜などの酸化膜１０４を除去する処理を行った後、半導体膜１０１に第１のレーザ光の照射を行う。
【００３０】
酸化膜１０４の除去処理は、フッ酸に半導体膜１０１をさらす処理により行うことができる。フッ酸による処理は、半導体膜１０１の表面が撥水性を示すまで行うことが望ましい。撥水性を示すことで、半導体膜１０１から酸化膜１０４が除去されたことが確認できる。フッ酸を用いた湿式で酸化膜の除去を行う場合、薬液として、フッ化水素の水溶液である希フッ酸（ＤＨＦ：Ｄｉｌｕｔｅ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、フッ化水素とフッ化アンモニウムを混合することで得られる水溶液（ＢＨＦ：Ｂｕｆｆｅｒｅｄ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、フッ化水素と過酸化水素水を混合することで得られる溶液（ＦＰＭ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｌｕｏｒｉｄｅ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｅｒｏｘｉｄｅ Ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｍｉｘｔｕｒｅ）などを用いることが出来る。
【００３１】
本実施の形態では、例えば、フッ化水素の濃度が０．５ｗｔ％のＤＨＦに半導体膜１０１を１１０秒間さらすことで、図１（Ｂ）に示すように半導体膜１０１の表面に存在する酸化膜１０４を除去する。以下に、スピン洗浄機を用いた酸化膜１０４の除去の手順について、一例として説明する。
【００３２】
まず、半導体膜１０１が形成されたベース基板１０３を回転テーブル上に固定し、回転テーブルを回転させながら、純水を用いてベース基板１０３に対しメガソニック洗浄を行うことで、半導体膜１０１または酸化膜１０４上に存在する塵埃などのごみを除去する。メガソニック洗浄は、回転テーブルに１ＭＨｚ程度の高周波を加え、回転数が２００ｒｐｍとなるように回転テーブルを回転させながら、ノズルから純水をベース基板１０３上に３０秒間吐出させることで行う。次に、回転テーブルの回転数２００ｒｐｍを維持しつつ、ノズルからフッ化水素の濃度が０．５ｗｔ％のＤＨＦをベース基板１０３上に１１０秒間吐出させることで、半導体膜１０１上の酸化膜１０４が除去される。なお、ベース基板１０３の、半導体膜１０１が形成されている面とは反対側の面（裏面）側にＤＨＦが回り込むのを防ぐために、ＤＨＦをベース基板１０３上に吐出するのと並行して、ベース基板１０３の裏面側を純水でリンスする。そして、ＤＨＦの吐出が終了した後も、回転テーブルの回転数２００ｒｐｍを維持しながらベース基板１０３の裏面側を、さらに５秒間延長して、純水でリンスしておく。次に、回転テーブルの回転数２００ｒｐｍを維持しつつ、純水を用いてベース基板１０３に対しメガソニック洗浄を行い、ベース基板１０３に付着しているＤＨＦを除去する。メガソニック洗浄は、回転テーブルに１ＭＨｚ程度の高周波を加え、ノズルから純水をベース基板１０３上に１１０秒間吐出させることで行う。このＤＨＦを除去するためのメガソニック洗浄も、ベース基板１０３の裏面側にＤＨＦが回り込むのを防ぐために、ベース基板１０３の裏面側を純水でリンスしながら行う。次に、ベース基板１０３を乾燥させる。ベース基板１０３の乾燥は、ベース基板１０３の中央部に窒素を吹き付けながら、回転テーブルを回転させることで行う。回転テーブルの回転数は、初めの５秒間は１０ｒｐｍと低く保ち、その後２０００ｒｐｍと高くして９０秒間保つ。このように、回転数を最初に低く保つことで、純水への半導体の溶解や水滴の境界におけるシリコンの酸化によって生じる、ウォーターマークと呼ばれるしみが、半導体膜１０１の表面に発生するのを防ぐことが出来る。
【００３３】
なお、上述したベース基板１０３を洗浄するために用いられている純水は、帯電防止のために二酸化炭素が添加されているものを用いることが望ましい。また、酸素と水分の共存する雰囲気中だと、半導体膜の表面に自然酸化膜が生成されやすいので、酸素濃度が低減された純水を用いることで、洗浄の際に半導体膜１０１の表面に自然酸化膜が形成されるのを防ぐことが出来る。
【００３４】
本実施の形態ではＤＨＦを用いる場合について例示したが、ＦＰＭを用いて酸化膜の除去を行うことで、ＤＨＦを用いて酸化膜の除去を行う場合に比べて、銅などの金属による汚染量を二桁程度少なく抑えることも出来る。
【００３５】
また、自然酸化膜を除去する方法として、上述したような湿式を用いることも出来るが、乾式を用いるようにしても良い。乾式を用いる場合、湿式を用いる場合と異なり、純水等で薬液を洗浄し、乾燥させた後にウォーターマークが半導体膜の表面に発生するのを避けることが出来る。乾式による自然酸化膜の除去は、例えば、アルゴンをプラズマ化することでドライエッチングする方法、三フッ化窒素と、ヘリウムなどの希ガスまたは水素をプラズマ化し、酸化膜とフッ素の反応を促し気化させる方法、フッ酸の蒸気にさらす方法などが挙げられる。
【００３６】
なお、酸化膜１０４の除去を行った後、第１のレーザ光の照射を行うまでの間、半導体膜１０１を不活性ガス雰囲気下もしくは減圧雰囲気下において保存することが望ましい。また、酸素と水分の共存する雰囲気中だと、半導体膜の表面に自然酸化膜が生成されやすいので、絶対湿度の低い雰囲気中にて半導体膜１０１を保存することが望ましい。酸化膜１０４の除去を行った後、大気雰囲気に半導体膜１０１をさらしておくと、時間の経過と共に半導体膜１０１の表面には自然酸化膜が形成される。この自然酸化膜の膜厚が大きくなると、後の第１のレーザ光の照射により半導体膜１０１にひび割れが生じやすくなるので、酸化膜１０４の除去を行った後、大気雰囲気下において３０分以上経過した半導体膜１０１に対しては、再び上述したような酸化膜を除去する処理を行うことが望ましい。
【００３７】
次に、図１（Ｃ）に示すように、半導体膜１０１に第１のレーザ光の照射を行う。本発明の一態様では、第１のレーザ光の照射は、半導体膜１０１中の結晶欠陥の修復に重点を置いている。図１（Ｃ）では、レーザ光１０６を矢印で示した方向に走査させることで、半導体膜１０１の結晶欠陥が修復されている様子を示している。そして、第１のレーザ光の照射により、図２（Ａ）に示すように、結晶欠陥が修復された半導体膜１０５が形成される。
【００３８】
第１のレーザ光の照射は、半導体膜１０１を部分溶融させる程度のエネルギー密度で行うことが好ましい。完全溶融させると、液相となった半導体膜１０１で無秩序な核発生が起こるために、半導体膜１０１が再結晶化された際に微結晶が生成し、結晶性が低下するからである。部分溶融させることで、半導体膜１０１では、溶融されていない固相部分から結晶成長が進行する、いわゆる縦成長が起こる。縦成長による再結晶化によって、半導体膜１０１の結晶欠陥が減少され、結晶性が回復される。なお、半導体膜１０１が完全溶融状態であるとは、半導体膜１０１が絶縁膜１０２との界面まで溶融され、液体状態になっていることをいう。他方、半導体膜１０１が部分溶融状態であるとは、上層が溶融して液相であり、下層が固相である状態をいう。
【００３９】
この第１のレーザ光の照射には、半導体膜１０１を部分的に溶融させるためにパルス発振でレーザ光の照射を行うことが望ましい。例えば、パルス発振の場合は、繰り返し周波数１ＭＨｚ以下、パルス幅１０ｎ秒以上５００ｎ秒以下である。例えば、繰り返し周波数１０Ｈｚ〜３００Ｈｚ、パルス幅２５ｎ秒、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用いることができる。
【００４０】
そして、第１のレーザ光の照射では、半導体膜１０１の任意の一点におけるレーザ光のショット数を、７以上、より好ましくは１０以上１００以下とする。後に行われる第２のレーザ光の照射よりもショット数を多く設定することで、半導体膜１０１中の結晶欠陥を修復し、レーザ光照射後の半導体膜１０５の結晶性を良好にすることが出来る。
【００４１】
レーザ光は、半導体に選択的に吸収される固体レーザの基本波または第２高調波であることが望ましい。具体的には、例えば、波長が２５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲のレーザ光を用いることができる。また、レーザ光のエネルギーは、レーザ光の波長、レーザ光の表皮深さ、半導体膜１０１の膜厚などを考慮して決定することができる。例えば、半導体膜１０１の厚さが１２０ｎｍ程度で、レーザ光の波長が３０８ｎｍのパルス発振レーザを用いる場合は、第１のレーザ光のエネルギー密度を６００ｍＪ／ｃｍ２〜７００ｍＪ／ｃｍ２とすれば良い。
【００４２】
なお、レーザ光のエネルギーは、ビームスポット内において完全に均一であることは稀であり、通常、ビームスポット内の位置によってその高さは異なる。また、ビームスポットの境界線は明確ではなく、理論上は無限大に及んでいる。本実施の形態では、ビームプロファイラーを用いて、レーザ光のエネルギー分布を測定し、該レーザ光の最高のエネルギー値を１００％と仮定したときに、その最高のエネルギー値に対して約８０％以上のエネルギー値を有するレーザ光が照射される領域を、１ショットのレーザ光が照射されるビームスポットの範囲とする。
【００４３】
パルス発振のレーザとして、例えばＡｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３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を用いることができる。
【００４４】
そして、第１のレーザ光の照射は、希ガスまたは窒素雰囲気のような不活性雰囲気、または減圧雰囲気で行うことが好ましい。上記雰囲気中でレーザ光を照射するには、気密性のあるチャンバー内でレーザ光を照射し、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、レーザ光の被照射面に窒素ガスなど不活性ガスを吹き付けることで不活性雰囲気でのレーザ光の照射を実現することができる。不活性雰囲気または減圧雰囲気において第１のレーザ光の照射を行うことで、大気雰囲気で行う場合よりも、自然酸化膜の発生をより抑え、レーザ光照射後に形成される半導体膜１０５にひび割れが生じる、またはピッチ縞が発生するのを抑え、半導体膜１０５の平坦性を向上させることができ、レーザ光の使用可能なエネルギー範囲を広くすることができる。
【００４５】
光学系により、レーザ光は、エネルギー分布を均一にし、かつ断面の形状を線状にすることが好ましい。このことにより、スループット良く、かつレーザ光の照射を均一に行うことができる。レーザ光のビーム長は、ベース基板１０３の１辺より長くすることで、１回の走査で、ベース基板１０３に貼り付けられた全ての半導体膜１０１にレーザ光を照射することができる。レーザ光のビーム長がベース基板１０３の１辺より短い場合は、複数回の走査で、ベース基板１０３に貼り付けられた全ての半導体膜１０１にレーザ光を照射することができるような、長さにすればよい。
【００４６】
例えば、本実施の形態では、第１のレーザ光の照射は、半導体膜１０１の膜厚が１４０ｎｍ程度の場合、具体的には次のように行うことができる。レーザ光のレーザ発振器として、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長：３０８ｎｍ、パルス幅：２０ｎ秒、繰り返し周波数３０Ｈｚ）を用いる。光学系により、レーザ光の断面を０．４ｍｍ×１２０ｍｍの線状に整形する。レーザ光の走査速度を０．５ｍｍ／秒とし、ビームショット数を約２４ショットで、レーザ光を半導体膜１０１に照射する。
【００４７】
第１のレーザ光を照射する前に、ドライエッチングにより半導体膜１０１の表面を平坦化している場合、ドライエッチングにより半導体膜１０１の表面付近で結晶欠陥などの損傷が生じていることがある。しかし上記レーザ光の照射により、ドライエッチングにより生じる損傷をも補修することが可能である。
【００４８】
なお、上述したように、不活性雰囲気、または減圧雰囲気において第１のレーザ光の照射を行うことで、大気雰囲気において第１のレーザ光の照射を行うよりも、半導体膜１０５の表面に自然酸化膜が発生するのを抑えることが出来るが、第１のレーザ光の照射は結晶性の改善に重点を置くために、後の第２のレーザ光の照射よりもショット数を多くしている。よって、第２のレーザ光の照射に比べて、雰囲気中の僅かな酸素と半導体とが反応しやすく、自然酸化膜が出来やすいと言える。そのため、半導体膜１０５の表面には、自然酸化膜に起因して、走査間隔に合わせ、クレーター状または粒状の凹凸を有する荒れた領域であるピッチ縞１０７が、発生する可能性がある。
【００４９】
第１のレーザ光の照射により、分離の際に生じた半導体膜の表面荒れはある程度抑えられるが、半導体膜１０５の平坦性をより高める、具体的には半導体膜１０５の表面に形成されたピッチ縞１０７による高低差を小さく抑える、またはピッチ縞の数を低減するため、本発明の一態様では、図２（Ｂ）に示すように、半導体膜１０５に第２のレーザ光の照射を行う。図２（Ｂ）では、レーザ光１０８を矢印で示した方向に走査させることで、半導体膜１０５の平坦性が高められている様子を示している。そして、第２のレーザ光の照射により、図２（Ｃ）に示すように、平坦性が高められた半導体膜１０９が形成される。
【００５０】
第２のレーザ光の照射は、半導体膜１０５を部分溶融させる程度のエネルギー密度で行うことが好ましい。完全溶融させると、液相となった半導体膜１０５で無秩序な核発生が起こるために、半導体膜１０５が再結晶化された際に微結晶が生成し、結晶性が低下するからである。部分溶融させることで、半導体膜１０５では、溶融されていない固相部分から結晶成長が進行する、いわゆる縦成長が起こる。縦成長による再結晶化によって、半導体膜１０５の結晶欠陥が減少され、結晶性が回復される。なお、半導体膜１０５が完全溶融状態であるとは、半導体膜１０５が絶縁膜１０２との界面まで溶融され、液体状態になっていることをいう。他方、半導体膜１０５が部分溶融状態であるとは、上層が溶融して液相であり、下層が固相である状態をいう。
【００５１】
なお、半導体膜を部分溶融させる程度のエネルギー密度は、半導体膜の膜厚によって異なる。また、半導体膜の平均的な膜厚が同じであっても、表面の粗さによって、半導体膜を部分溶融させる程度のエネルギー密度は変わってくる。例えば、分離の際に生じた半導体膜の表面荒れに起因して、半導体膜の膜厚にはばらつきが生じている。この表面荒れに起因する膜厚のばらつきは、ピッチ縞の部分における膜厚のばらつきよりも大きい。よって、第２のレーザ光照射前の半導体膜１０５は、第１のレーザ光照射前の半導体膜１０１よりも膜厚のばらつきが小さく、よって、半導体膜１０５の最小膜厚は半導体膜１０１の最小膜厚よりも大きいことが予想される。したがって、半導体膜１０１と半導体膜１０５とは平均的な膜厚は同程度であるが、第２のレーザ光の照射におけるエネルギー密度は、第１のレーザ光の照射におけるエネルギー密度よりも、大きくすることができ、使用可能なエネルギー密度の範囲が広いと言える。
【００５２】
この第２のレーザ光の照射には、半導体膜１０５を部分的に溶融させるためにパルス発振でレーザ光の照射を行うことが望ましい。例えば、パルス発振の場合は、繰り返し周波数１ＭＨｚ以下、パルス幅１０ｎ秒以上５００ｎ秒以下である。例えば、繰り返し周波数１０Ｈｚ〜３００Ｈｚ、パルス幅２５ｎ秒、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用いることができる。
【００５３】
そして、第２のレーザ光は、少なくともピッチ縞が形成されている領域のみを狙って照射を行うようすれば良く、ショット数は多くする必要ない。かえってショット数を増やすと、第１のレーザ光の照射の際に半導体膜１０５の表面に形成されているかもしれない自然酸化膜に起因して、半導体膜１０９にひび割れが生じてしまう恐れがある。したがって、第２のレーザ光の照射におけるショット数は、第１のレーザ光の照射よりも低くする。具体的に、第２のレーザ光の照射における、半導体膜１０５の任意の一点におけるショット数は、０より大きく２以下とする。
【００５４】
レーザ光は、半導体に選択的に吸収される固体レーザの基本波または第２高調波であることが望ましい。具体的には、例えば、波長が２５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲のレーザ光を用いることができる。また、レーザ光のエネルギーは、レーザ光の波長、レーザ光の表皮深さ、半導体膜１０５の膜厚などを考慮して決定することができる。例えば、半導体膜１０５の厚さが１２０ｎｍ程度で、レーザ光の波長が３０８ｎｍのパルス発振レーザを用いる場合は、第２のレーザ光のエネルギー密度を６００ｍＪ／ｃｍ２〜７００ｍＪ／ｃｍ２とすれば良い。
【００５５】
パルス発振のレーザとして、例えばＡｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３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を用いることができる。
【００５６】
そして、第２のレーザ光の照射は、希ガスまたは窒素雰囲気のような不活性雰囲気、または減圧雰囲気で行うことが好ましい。上記雰囲気中でレーザ光を照射するには、気密性のあるチャンバー内でレーザ光を照射し、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、レーザ光の被照射面に窒素ガスなど不活性ガスを吹き付けることで不活性雰囲気でのレーザ光の照射を実現することができる。不活性雰囲気または減圧雰囲気において第２のレーザ光の照射を行うことで、大気雰囲気で行う場合よりも、自然酸化膜の発生をより抑え、レーザ光照射後に形成される半導体膜１０９にひび割れが生じる、またはピッチ縞が発生するのを抑え、半導体膜１０９の平坦性を向上させることができ、レーザ光の使用可能なエネルギー範囲を広くすることができる。
【００５７】
光学系により、レーザ光は、エネルギー分布を均一にし、かつ断面の形状を線状にすることが好ましい。このことにより、スループットが良く、かつレーザ光の照射を均一に行うことができる。レーザ光のビーム長は、ベース基板１０３の１辺より長くすることで、１回の走査で、ベース基板１０３に貼り付けられた全ての半導体膜１０５にレーザ光を照射することができる。レーザ光のビーム長がベース基板１０３の１辺より短い場合は、複数回の走査で、ベース基板１０３に貼り付けられた全ての半導体膜１０５にレーザ光を照射することができるような、長さにすればよい。
【００５８】
例えば、本実施の形態では、第２のレーザ光の照射は、半導体膜１０５の膜厚が１４０ｎｍ程度の場合、具体的には次のように行うことができる。レーザ光のレーザ発振器として、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長：３０８ｎｍ、パルス幅：２０ｎ秒、繰り返し周波数３０Ｈｚ）を用いる。光学系により、レーザ光の断面を０．４ｍｍ×１２０ｍｍの線状に整形する。レーザ光の走査速度を８．０ｍｍ／秒とし、ビームショット数を約１．５ショットで、レーザ光を半導体膜１０５に照射する。
【００５９】
なお、第２のレーザ光の照射は、半導体膜の表面を平坦化することに重点を置いているため、そのショット数は第１のレーザ光の照射に比べて少ない。よって、自然酸化膜に起因する半導体膜のひび割れが生じにくい。しかし、より高い平坦性を望むのであれば、第２のレーザ光の照射を行う前に、半導体膜１０５の表面に形成されているかもしれない自然酸化膜を除去するようにしても良い。自然酸化膜の除去については、上述した酸化膜１０４の除去のプロセスを参照することが出来る。
【００６０】
レーザ光を照射した後、半導体膜１０９に５００℃以上６５０℃以下の加熱処理を行うことが好ましい。この加熱処理によって、上述した第１のレーザ光または第２のレーザ光の照射で回復されなかった、半導体膜１０９の欠陥の消滅、半導体膜１０９の歪みの緩和をすることができる。この加熱処理には、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、抵抗加熱炉、マイクロ波加熱装置を用いることができる。ＲＴＡ装置には、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。例えば、抵抗加熱炉を用いた場合は、５００℃の温度で１時間加熱した後、５５０℃で４時間加熱するとよい。
【００６１】
上述した一連のプロセスを経て、本発明の一態様に係るＳＯＩ基板を作製することが出来る。さらに、半導体膜１０９を用いて各種半導体素子を作製することで、半導体装置を作製することが出来る。本発明の一態様により、高レベルの雰囲気制御が可能なレーザ光の照射装置を用いずとも、平坦性を確保しつつ、結晶性の高い半導体膜を有する、ＳＯＩ基板を提供することができる。或いは、高レベルの雰囲気制御が可能なレーザ光の照射装置を用いずとも、特性のばらつきが抑えられ、なおかつ、良好な特性を得ることができる半導体素子を用いた、半導体装置の作製方法を提供することができる。
【００６２】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る、ＳＯＩ基板及び半導体装置のより詳しい作製方法について説明する。
【００６３】
図３（Ａ）に示すように、ボンド基板２００を洗浄した後、ボンド基板２００上に絶縁膜２０１を形成する。
【００６４】
ボンド基板２００として、シリコン、ゲルマニウムなどの単結晶半導体基板を用いることができる。その他に、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの化合物半導体で形成された単結晶半導体基板を、ボンド基板２００として用いることができる。またボンド基板２００として、結晶格子に歪みを有するシリコン、シリコンに対しゲルマニウムが添加されたシリコンゲルマニウムなどの半導体基板を用いていても良い。
【００６５】
なお、ボンド基板２００に用いられる単結晶半導体基板は、結晶軸の方向が基板内において揃っていることが望ましいが、点欠陥、線欠陥、面欠陥などの格子欠陥が完璧に排除された完全結晶である必要はない。
【００６６】
また、ボンド基板２００の形状は円形に限定されず、円形以外の形状に加工されていても良い。例えば、後に貼り合わせるベース基板２０３の形状が一般的に矩形状であること、及び縮小投影型露光装置などの露光装置の露光領域が矩形であること等を考慮し、ボンド基板２００が矩形となるように、その形状を加工しても良い。ボンド基板２００の形状の加工は、市販の円形状の単結晶半導体基板を切断することで、行うことができる。
【００６７】
絶縁膜２０１は、単数の絶縁膜を用いたものであっても、複数の絶縁膜を積層して用いたものであっても良い。絶縁膜２０１の厚さは、後に不純物が含まれる領域が除去されることを考慮して、１５ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすると良い。
【００６８】
絶縁膜２０１を構成する膜には、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化ゲルマニウム膜、窒化ゲルマニウム膜、酸化窒化ゲルマニウム膜、窒化酸化ゲルマニウム膜などの珪素またはゲルマニウムを組成に含む絶縁膜を用いることができる。また、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウムなどの金属の酸化物でなる絶縁膜、窒化アルミニウムなどの金属の窒化物でなる絶縁膜、酸化窒化アルミニウムなどの金属の酸化窒化物でなる絶縁膜、窒化酸化アルミニウムなどの金属の窒化酸化物でなる絶縁膜を用いることもできる。
【００６９】
例えば本実施の形態では、ボンド基板２００を熱酸化することによって形成された酸化珪素を、絶縁膜２０１として用いる例を示す。なお、図３（Ａ）では、絶縁膜２０１がボンド基板２００の全面を覆うように形成されているが、絶縁膜２０１は、ボンド基板２００の少なくとも一面に形成されていればよい。
【００７０】
なお、本明細書において酸化窒化物とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い物質であり、また、窒化酸化物とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い物質をいう。例えば、酸化窒化珪素とは、酸素が５０原子％以上７０原子％以下、窒素が０．５原子％以上１５原子％以下、珪素が２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれる物質とすることができる。また、窒化酸化珪素とは、酸素が５原子％以上３０原子％以下、窒素が２０原子％以上５５原子％以下、珪素が２５原子％以上３５原子％以下、水素が１０原子％以上３０原子％以下の範囲で含まれる物質とすることができる。但し、上記組成の範囲は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）や、水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合のものである。また、構成元素の含有比率は、その合計が１００原子％を超えない値をとる。
【００７１】
また、ボンド基板２００の表面を熱酸化することにより絶縁膜２０１を形成する場合、熱酸化は、含有水分量が低い酸素を用いるドライ酸化、酸素雰囲気中に塩化水素などのハロゲンを含むガスを添加する熱酸化、などを用いることができる。また、水素を酸素で燃焼させて水を作るパイロジェニック酸化、高純度純水を１００度以上に加熱した水蒸気を用いて酸化を行う水蒸気酸化などのウェット酸化を、絶縁膜２０１の形成に用いても良い。
【００７２】
ベース基板２０３にアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属などの半導体装置の信頼性を低下させる不純物を含むような基板を用いる場合、上記不純物がベース基板２０３から分離後に形成される半導体膜に拡散することを防止できるようなバリア膜を、少なくとも１層以上、絶縁膜２０１が有することが好ましい。バリア膜として用いることが出来る絶縁膜には、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、窒化アルミニウム膜、または窒化酸化アルミニウム膜などが挙げられる。バリア膜として用いる絶縁膜は、例えば厚さ１５ｎｍ〜３００ｎｍの膜厚で形成することが好ましい。これらのバリア膜は、不純物の拡散を防止する効果が高いが、内部応力が高い。そのため、ボンド基板２００と接する下層の絶縁膜には、上層の絶縁膜の応力を緩和する効果のある膜を選択することが好ましい。上層の絶縁膜の応力を緩和する効果のある絶縁膜として、酸化珪素膜、およびボンド基板２００を熱酸化して形成した熱酸化膜などがある。下層の絶縁膜の厚さは５ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。
【００７３】
酸化珪素を絶縁膜２０１として用いる場合、絶縁膜２０１はシランと酸素、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）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等の気相成長法によって形成することができる。この場合、絶縁膜２０１の表面を酸素プラズマ処理で緻密化しても良い。また、窒化珪素を絶縁膜２０１として用いる場合、シランとアンモニアの混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ等の気相成長法によって形成することができる。また、窒化酸化珪素を絶縁膜２０１として用いる場合、シランとアンモニアの混合ガス、またはシランと酸化窒素の混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ等の気相成長法によって形成することができる。
【００７４】
また、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珪素を、絶縁膜２０１として用いても良い。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。
【００７５】
ソースガスに有機シランを用いることで、プロセス温度が３５０℃以下で、平滑な表面を有する酸化珪素膜を形成することができる。また、熱ＣＶＤ法で、加熱温度が２００℃以上５００℃以下で形成されるＬＴＯ（低温酸化物、ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｘｉｄｅ）で形成することができる。ＬＴＯの形成には、シリコンソースガスにモノシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）などを用い、酸素ソースガスに一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）などを用いることができる。
【００７６】
例えば、ソースガスにＴＥＯＳとＯ２を用いて、酸化珪素膜でなる絶縁膜２０１を形成する場合、ＴＥＯＳの流量１５ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量７５０ｓｃｃｍ、成膜圧力１００Ｐａ、成膜温度３００℃、ＲＦ出力３００Ｗ、電源周波数１３．５６ＭＨｚとすれば良い。
【００７７】
なお、有機シランを用いて形成された酸化珪素膜、または低温で成膜した窒化酸化珪素膜などの、比較的低温で成膜された絶縁膜は、表面にＯＨ基を多く有する。ＯＨ基は水分子と水素結合することでシラノール基を形成して、ベース基板と絶縁膜とを低温で接合する。そして、最終的には共有結合であるシロキサン結合が、ベース基板と絶縁膜との間に形成される。よって、上記の有機シランを用いて形成された酸化珪素膜、または比較的低温で成膜されたＬＴＯなどの絶縁膜は、Ｓｍａｒｔ Ｃｕｔなどで用いられているＯＨ基が存在しない或いは飛躍的に少ない熱酸化膜よりも、低温での接合に向いていると言える。
【００７８】
絶縁膜２０１は、平滑で親水性の接合面をボンド基板２００の表面に形成するための膜である。そのため、絶縁膜２０１の平均粗さＲａが０．７ｎｍ以下、より好ましくは、０．４ｎｍ以下が好ましい。また、絶縁膜２０１の厚さは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。好ましい厚さは５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、より好ましくは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
【００７９】
次に図３（Ｂ）に示すように、ボンド基板２００に、電界で加速されたイオンでなるイオンビームを、矢印で示すように絶縁膜２０１を介してボンド基板２００に注入し、ボンド基板２００の表面から一定の深さの領域に、微小ボイドを有する脆化層２０２を形成する。例えば、脆化層は、結晶構造が乱されることで局所的に脆弱化された層を意味し、その状態は脆化層を形成する手段によって異なる。なお、ボンド基板の一表面から脆化層までの領域も多少脆弱化される場合があるが、脆化層は後に分断される領域及びその付近の層を指す。
【００８０】
脆化層２０２が形成される領域の深さは、イオンビームの加速エネルギーとイオンビームの入射角によって調節することができる。加速エネルギーは加速電圧などにより調節できる。イオンの平均侵入深さとほぼ同じ深さの領域に脆化層２０２が形成される。イオンを注入する深さで、ボンド基板２００から後に分離される半導体膜２０４の厚さが決定される。脆化層２０２が形成される深さは、ボンド基板２００の表面から例えば５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることができ、好ましい深さの範囲は５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすると良い。
【００８１】
イオンをボンド基板２００に注入するには、質量分離を伴わないイオンドーピング法で行うことがタクトタイムを短縮するという点で望ましいが、本発明は質量分離を伴うイオン注入法を用いていても良い。
【００８２】
ソースガスに水素（Ｈ２）を用いる場合、水素ガスを励起してＨ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋を生成することができる。ソースガスから生成されるイオン種の割合は、プラズマの励起方法、プラズマを発生させる雰囲気の圧力、ソースガスの供給量などを調節することで、変化させることができる。イオンドーピング法でイオン注入を行う場合、イオンビームに、Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋の総量に対してＨ３＋が５０％以上、より好ましくは８０％以上含まれていることが好ましい。Ｈ３＋の割合を８０％以上とすることで、イオンビームに含まれるＨ２＋イオンの割合が相対的に小さくなるため、イオンビームに含まれる水素イオンの平均侵入深さのばらつきが小さくなるので、イオンの注入効率が向上し、タクトタイムを短縮することができる。
【００８３】
また、Ｈ３＋はＨ＋、Ｈ２＋に比べて質量が大きい。そのため、イオンビームにおいて、Ｈ３＋の割合が多い場合と、Ｈ＋、Ｈ２＋の割合が多い場合とでは、ドーピングの際の加速電圧が同じであっても、前者の場合の方が、ボンド基板２００の浅い領域に水素を注入することができる。また前者の場合、ボンド基板２００に注入される水素の、厚さ方向における濃度分布が急峻となるため、脆化層２０２の厚さ自体も薄くすることができる。
【００８４】
水素ガスを用いて、イオンドーピング法でイオン注入を行う場合、加速電圧１０ｋＶ以上２００ｋＶ以下、ドーズ量１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上６×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下とすることで、イオンビームに含まれるイオン種及びその割合、絶縁膜２０１の膜厚にもよるが、脆化層２０２をボンド基板２００の表面から深さ５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の領域に形成することができる。
【００８５】
例えば、ボンド基板２００が単結晶シリコン基板であり、絶縁膜２０１が厚さ１００ｎｍの熱酸化膜で形成されている場合、ソースガスである１００％水素ガスの流量が５０ｓｃｃｍ、ビーム電流密度５μＡ／ｃｍ２、加速電圧５０ｋＶ、ドーズ量２．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２の条件では、ボンド基板２００から厚さ１４６ｎｍ程度の半導体膜を分離することができる。なお、水素をボンド基板２００に添加する際の条件が同じであっても、絶縁膜２０１の膜厚をより大きくすることで、半導体膜の膜厚をより小さくすることができる。
【００８６】
イオンビームのソースガスにヘリウム（Ｈｅ）を用いることもできる。ヘリウムを励起して生成されるイオン種がＨｅ＋が殆どであるため、質量分離を伴わないイオンドーピング法でも、Ｈｅ＋を主たるイオンとしてボンド基板２００に注入することができる。よって、イオンドーピング法で、効率良く、微小な空孔を脆化層２０２に形成することができる。ヘリウムを用いて、イオンドーピング法でイオン注入を行う場合、加速電圧１０ｋＶ以上２００ｋＶ以下、ドーズ量１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上６×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下とすることができる。
【００８７】
ソースガスに塩素ガス（Ｃｌ２ガス）、フッ素ガス（Ｆ２ガス）などのハロゲンガスを用いることもできる。
【００８８】
なお、イオンドーピング法でボンド基板２００にイオン注入を行う場合、イオンドーピング装置内に存在する不純物がイオンと共に被処理物に注入されるため、絶縁膜２０１の表面近傍にＳ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｍｏ等の不純物が存在する可能性がある。よって、絶縁膜２０１の表面近傍の最も不純物が多いと考えられる領域を、エッチングや、研磨などにより除去しておいても良い。具体的には、絶縁膜２０１の表面から１０ｎｍ〜１００ｎｍ、より望ましくは３０〜７０ｎｍ程度の深さまでの領域を除去すれば良い。ドライエッチングだと、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング法、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）エッチング法、平行平板型（容量結合型）エッチング法、マグネトロンプラズマエッチング法、２周波プラズマエッチング法またはヘリコン波プラズマエッチング法などを用いることができる。例えば、窒化酸化珪素膜の表面近傍をＩＣＰエッチング法で除去する場合、エッチングガスであるＣＨＦ３の流量を７．５ｓｃｃｍ、Ｈｅの流量を１００ｓｃｃｍ、反応圧力５．５Ｐａ、下部電極の温度７０℃、コイル型の電極に投入するＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力４７５Ｗ、下部電極（バイアス側）に投入する電力３００Ｗ、エッチング時間１０ｓｅｃ程度とすることで、表面から５０ｎｍ程度の深さまでの領域を除去することができる。
【００８９】
エッチングガスとして、フッ素系ガスであるＣＨＦ３の他に、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＣＣｌ４などの塩素系ガス、ＣＦ４、ＳＦ６、ＮＦ３などのフッ素系ガス、Ｏ２を適宜用いることができる。また用いるエッチングガスにＨｅ以外の不活性気体を添加しても良い。例えば、添加する不活性元素として、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅから選ばれた一種または複数種の元素を用いることができる。また窒化酸化珪素膜の表面近傍をウェットエッチングで除去する場合、フッ素水素アンモニウム、フッ化アンモニウム等を含むフッ酸系の溶液を、エッチャントとして用いれば良い。また研磨は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）または液体ジェット研磨などにより、行うことができる。
【００９０】
脆化層２０２の形成後に、絶縁膜２０１の表面近傍における汚染の著しい領域を、エッチングまたは研磨などにより除去することで、ベース基板２０３上に形成される半導体膜２０４に混入する不純物の量を抑えることができる。また、最終的に形成される半導体装置では、不純物の影響により、しきい値電圧の変動、リーク電流の増加などのトランジスタの電気的特性の低下及び信頼性の低下が生じるのを防ぐことができる。
【００９１】
次に、図３（Ｃ）、図３（Ｄ）に示すように、絶縁膜２０１を間に挟むように、ボンド基板２００とベース基板２０３を貼り合わせる。
【００９２】
なお、ベース基板２０３とボンド基板２００との貼り合わせを行う前に、貼り合わせに係る表面、すなわち本実施の形態では、ボンド基板２００上に形成された絶縁膜２０１とベース基板２０３の表面に、絶縁膜２０１とベース基板２０３の接合強度を向上させるための表面処理を施すことが好ましい。
【００９３】
表面処理としては、ウェット処理、ドライ処理、またはウェット処理およびドライ処理の組み合わせが挙げられる。異なるウェット処理、または異なるドライ処理を組み合わせて行っても良い。ウェット処理としては、オゾン水を用いたオゾン処理（オゾン水洗浄）、メガソニック洗浄などの超音波洗浄、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）、塩酸と過酸化水素水を用いた洗浄などが挙げられる。ドライ処理としては、不活性ガス中性原子ビーム処理、不活性ガスイオンビーム処理、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。上記のような表面処理を行うことで、貼り合わせに係る表面の親水性および清浄度を高め、その結果、接合強度を向上させることができる。
【００９４】
貼り合わせは、ベース基板２０３と、ボンド基板２００上の絶縁膜２０１とを密着させた後、重ね合わせたベース基板２０３とボンド基板２００の一部に、１Ｎ／ｃｍ２以上５００Ｎ／ｃｍ２以下、好ましくは１１Ｎ／ｃｍ２以上２０Ｎ／ｃｍ２以下程度の圧力を加える。圧力を加えると、その部分からベース基板２０３と絶縁膜２０１とが接合を開始し、最終的には密着した面全体に接合がおよぶ。
【００９５】
接合はファンデルワールス力や水素結合を用いて行われているため、室温でも強固な接合が形成される。なお、上記接合は低温で行うことが可能であるため、ベース基板２０３は様々なものを用いることが可能である。例えばベース基板２０３としては、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの電子工業用に使われる各種ガラス基板の他、石英基板、セラミック基板、サファイア基板などの基板を用いることが出来る。さらにベース基板２０３として、シリコン、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの半導体基板などを用いることができる。或いは、ステンレス基板を含む金属基板をベース基板２０３として用いても良い。なお、ベース基板２０３として用いるガラス基板は、熱膨張係数が２５×１０−７／℃以上５０×１０−７／℃以下（好ましくは、３０×１０−７／℃以上４０×１０−７／℃以下）であり、歪み点が５８０℃以上６８０℃以下（好ましくは、６００℃以上６８０℃以下）である基板を用いることが好ましい。また、ガラス基板として無アルカリガラス基板を用いると、不純物による半導体装置の汚染を抑えることができる。
【００９６】
ガラス基板としては、液晶パネルの製造用に開発されたマザーガラス基板を用いることができる。マザーガラスとしては、例えば、第３世代（５５０ｍｍ×６５０ｍｍ）、第３．５世代（６００ｍｍ×７２０ｍｍ）、第４世代（６８０ｍｍ×８８０ｍｍまたは、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）、第５世代（１１００ｍｍ×１３００ｍｍ）、第６世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）などのサイズの基板が知られている。大面積のマザーガラス基板をベース基板２０３として用いてＳＯＩ基板を製造することで、ＳＯＩ基板の大面積化が実現できる。マザーガラス基板のような大型の基板をベース基板２０３として用いることで、ＳＯＩ基板の大面積化が実現できる。ＳＯＩ基板の大面積化が実現すれば、一度に多数のＩＣ、ＬＳＩ等のチップを製造することができ、１枚の基板から製造されるチップ数が増加するので、生産性を飛躍的に向上させることができる。
【００９７】
ＥＡＧＬＥ２０００（コーニング社製）等のように、加熱処理を加えることで大きくシュリンクするようなガラス基板をベース基板２０３として用いる場合、接合工程後に貼り合わせの不良が生じる場合がある。よって、シュリンクに起因する貼り合わせの不良を回避するために、接合を行う前に、ベース基板２０３に予め加熱処理を施しておいても良い。
【００９８】
また、ベース基板２０３上に絶縁膜を形成しておいても良い。ベース基板２０３は、その表面に絶縁膜が必ずしも形成されていなくとも良いが、ベース基板２０３の表面に絶縁膜を形成しておくことで、ベース基板２０３からボンド基板２００に、アルカリ金属やアルカリ土類金属などの不純物が入り込むのを防ぐことができる。またベース基板２０３の表面に絶縁膜を形成しておく場合、ベース基板２０３上の絶縁膜が絶縁膜２０１と接合するので、ベース基板２０３として用いることができる基板の種類がさらに広がる。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耐熱温度が一般的に低い傾向にあるが、後の半導体素子の作製工程における処理温度に耐え得るのであれば、ベース基板２０３上に絶縁膜を形成する場合において、ベース基板２０３として用いることが可能である。プラスチック基板として、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）、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。ベース基板２０３上に絶縁膜を形成する場合、絶縁膜２０１と同様に、該絶縁膜の表面に表面処理を行ってから貼り合わせを行うと良い。
【００９９】
ベース基板２０３にボンド基板２００を貼り合わせた後、ベース基板２０３と絶縁膜２０１との接合界面での結合力を増加させるための加熱処理を行うことが好ましい。この処理温度は、脆化層２０２に亀裂を発生させない温度とし、２００℃以上４００℃以下の温度範囲で処理することができる。また、この温度範囲で加熱しながら、ベース基板２０３にボンド基板２００を貼り合わせることで、ベース基板２０３と絶縁膜２０１との間における接合の結合力を強固にすることができる。
【０１００】
なお、ボンド基板２００とベース基板２０３とを貼り合わせるときに、接合面がゴミなどにより汚染されてしまうと、汚染部分は接合されなくなる。接合面の汚染を防ぐために、ボンド基板２００とベース基板２０３との貼り合わせは、気密な処理室内で行うことが好ましい。また、ボンド基板２００とベース基板２０３との貼り合わせるとき、処理室内を５．０×１０−３Ｐａ程度の減圧状態とし、接合処理の雰囲気を清浄にするようにしても良い。
【０１０１】
次いで、加熱処理を行うことで、脆化層２０２において隣接する微小ボイドどうしが結合して、微小ボイドの体積が増大する。その結果、図４（Ａ）に示すように、脆化層２０２においてボンド基板２００の一部である半導体膜２０４が、ボンド基板２００から分離する。絶縁膜２０１はベース基板２０３に接合しているので、ベース基板２０３上にはボンド基板２００から分離された半導体膜２０４が固定される。半導体膜２０４をボンド基板２００から分離するための加熱処理の温度は、ベース基板２０３の歪み点を越えない温度とする。
【０１０２】
この加熱処理には、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、抵抗加熱炉、マイクロ波加熱装置を用いることができる。ＲＴＡ装置には、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＧＲＴＡ装置を用いる場合は、加熱温度５５０℃以上６５０℃以下、処理時間０．５分以上６０分以内とすることができる。抵抗加熱装置を用いる場合は、加熱温度２００℃以上６５０℃以下、処理時間２時間以上４時間以内とすることができる。
【０１０３】
また、上記加熱処理は、マイクロ波などの高周波による誘電加熱を用いて行っても良い。誘電加熱による加熱処理は、高周波発生装置において生成された周波数３００ＭＨｚ乃至３ＴＨｚの高周波をボンド基板２００に照射することで行うことができる。具体的には、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を９００Ｗ、１４分間照射することで、脆化層内の隣接する微小ボイドどうしを結合させ、最終的にボンド基板２００を脆化層において分断させることができる。
【０１０４】
抵抗加熱を有する縦型炉を用いた加熱処理の具体的な処理方法を説明する。ボンド基板２００が貼り付けられたベース基板２０３を、縦型炉のボートに載置し、該ボートを縦型炉のチャンバーに搬入する。ボンド基板２００の酸化を抑制するため、まずチャンバー内を排気して真空状態とする。真空度は、５×１０−３Ｐａ程度とする。真空状態にした後、窒素をチャンバー内に供給して、チャンバー内を大気圧の窒素雰囲気にする。この間、加熱温度を２００℃に上昇させる。
【０１０５】
チャンバー内を大気圧の窒素雰囲気にした後、温度２００℃で２時間加熱する。その後、１時間かけて４００℃に温度上昇させる。加熱温度４００℃の状態が安定したら、１時間かけて６００℃に温度上昇させる。加熱温度６００℃の状態が安定したら、６００℃で２時間加熱処理する。その後、１時間かけて、加熱温度４００℃まで下げ、１０分〜３０分間後に、チャンバー内からボートを搬出する。大気雰囲気下で、ボート上に並べられたボンド基板２００、及び半導体膜２０４が貼り付けられたベース基板２０３を冷却する。
【０１０６】
上記の抵抗加熱炉を用いた加熱処理は、絶縁膜２０１とベース基板２０３との結合力を強化するための加熱処理と、脆化層２０２を分割させる加熱処理が連続して行われる。この２つの加熱処理を異なる装置で行う場合は、例えば、抵抗加熱炉において、処理温度２００℃、処理時間２時間の加熱処理を行った後、貼り合わされたベース基板２０３とボンド基板２００を炉から搬出する。次いで、ＲＴＡ装置で、処理温度６００℃以上７００℃以下、処理時間１分から数時間以内程度の加熱処理を行い、ボンド基板２００を脆化層２０２で分断させる。
【０１０７】
なお、ボンド基板２００の周辺部は、ベース基板２０３と接合していないことがある。これは、ボンド基板２００の周辺部が面取りされている、或いは周辺部が曲率を有しているため、ベース基板２０３と絶縁膜２０１とが密着しない、または、ボンド基板２００の周辺部では脆化層２０２が分割しにくいなどの理由によるものと考えられる。また、その他の理由として、ボンド基板２００を作製する際に行われるＣＭＰなどの研磨が、ボンド基板２００の周辺部で不十分であり、中央部に比べて周辺部では表面が荒れていることが挙げられる。また、ボンド基板２００を移送する際に、キャリア等でボンド基板２００の周辺部に傷が入ってしまった場合、該傷も、周辺部がベース基板２０３に接合しにくい理由になると考えられる。そのため、ベース基板２０３には、ボンド基板２００よりもサイズの小さい半導体膜２０４が貼り付けられる。
【０１０８】
なお、ボンド基板２００を分離させる前に、ボンド基板２００に水素化処理を行うようにしても良い。水素化処理は、例えば、水素雰囲気中において３５０℃、２時間程度行う。
【０１０９】
なお、ベース基板２０３と複数のボンド基板２００とを貼り合わせる場合、該複数のボンド基板２００が異なる結晶面方位を有していても良い。半導体中における多数キャリアの移動度は、結晶面方位によって異なる。よって、形成する半導体素子に適した結晶面方位を有するボンド基板２００を、適宜選択して半導体膜２０４を形成すればよい。例えば半導体膜２０４を用いてｎ型の半導体素子を形成するならば、｛１００｝面を有する半導体膜２０４を形成することで、該半導体素子における多数キャリアの移動度を高めることができる。また、例えば半導体膜２０４を用いてｐ型の半導体素子を形成するならば、｛１１０｝面を有する半導体膜２０４を形成することで、該半導体素子における多数キャリアの移動度を高めることができる。そして、半導体素子としてトランジスタを形成するならば、チャネルの向きと結晶面方位とを考慮し、半導体膜２０４の貼り合わせの方向を定めるようにする。
【０１１０】
次に、半導体膜２０４の表面を研磨により平坦化しても良い。平坦化は必ずしも必須ではないが、平坦化を行うことで、後に形成される半導体膜２１１及び半導体膜２１２とゲート絶縁膜の界面の特性を向上させることが出来る。具体的に研磨は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）または液体ジェット研磨などにより、行うことができる。半導体膜２０４の厚さは、上記平坦化により薄くなる。上記平坦化は、エッチングする前の半導体膜２０４に施しても良いが、後にエッチングにより形成される半導体膜２１１及び半導体膜２１２に施しても良い。
【０１１１】
また研磨ではなく、半導体膜２０４の表面をエッチングすることでも、半導体膜２０４の表面を平坦化することができる。エッチングには、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング法、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）エッチング法、平行平板型（容量結合型）エッチング法、マグネトロンプラズマエッチング法、２周波プラズマエッチング法またはヘリコン波プラズマエッチング法等のドライエッチング法を用いれば良い。
【０１１２】
例えばＩＣＰエッチング法を用いる場合、エッチングガスである塩素の流量４０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍ、コイル型の電極に投入する電力１００Ｗ〜２００Ｗ、下部電極（バイアス側）に投入する電力４０Ｗ〜１００Ｗ、反応圧力０．５Ｐａ〜１．０Ｐａとすれば良い。例えば、エッチングガスである塩素の流量１００ｓｃｃｍ、反応圧力１．０Ｐａ、下部電極の温度７０℃、コイル型の電極に投入するＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力１５０Ｗ、下部電極（バイアス側）に投入する電力４０Ｗ、エッチング時間２５ｓｅｃ〜２７ｓｅｃとすることで、半導体膜２０４を５０ｎｍ乃至６０ｎｍ程度にまで薄膜化することができる。エッチングガスには、塩素、塩化硼素、塩化珪素または四塩化炭素などの塩素系ガス、四弗化炭素、弗化硫黄または弗化窒素などのフッ素系ガス、酸素などを適宜用いることができる。
【０１１３】
上記エッチングにより、後に形成される半導体素子にとって最適となる膜厚まで半導体膜２０４を薄膜化できるのみならず、半導体膜２０４の表面を平坦化することができる。
【０１１４】
なお、ベース基板２０３に密着された半導体膜２０４は、脆化層２０２の形成、脆化層２０２における分断によって、結晶欠陥が形成されている、または、その表面の平坦性が損なわれている。そこで、本発明の一態様では、結晶欠陥を低減、および平坦性を向上するために、半導体膜２０４の表面に形成されている自然酸化膜などの酸化膜２０５を除去する処理を行った後、図４（Ｂ）に示すように、半導体膜２０４に第１のレーザ光の照射を行う。
【０１１５】
なお、酸化膜２０５の除去処理の具体的な手順については、実施の形態１の記載を参照することが出来る。本実施の形態では、フッ化水素の濃度が０．５ｗｔ％のＤＨＦに半導体膜２０４を１１０秒間さらすこと酸化膜２０５を除去する。
【０１１６】
また、第１のレーザ光の照射は、半導体膜２０４中の結晶欠陥の修復に重点を置いている。図４（Ｂ）では、レーザ光２０６を矢印で示した方向に走査させることで、半導体膜２０４の結晶欠陥が修復されている様子を示している。そして、第１のレーザ光の照射により、図４（Ｃ）に示すように、結晶欠陥が修復された半導体膜２０７が形成される。
【０１１７】
第１のレーザ光の照射の具体的な手順については、実施の形態１の記載を参照することが出来る。具体的に本実施の形態では、第１のレーザ光の照射は、半導体膜２０４の膜厚が１４６ｎｍ程度の場合、次のように行うことができる。レーザ光のレーザ発振器として、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長：３０８ｎｍ、パルス幅：２０ｎ秒、繰り返し周波数３０Ｈｚ）を用いる。光学系により、レーザ光の断面を０．４ｍｍ×１２０ｍｍの線状に整形する。レーザ光の走査速度を０．５ｍｍ／秒とし、スキャンピッチを１６．７μｍ、ビームショット数を約２４ショットで、レーザ光を半導体膜２０４に照射する。
【０１１８】
希ガスまたは窒素雰囲気のような不活性雰囲気、または減圧雰囲気にて、レーザ光を照射するには、気密性のあるチャンバー内でレーザ光を照射し、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、レーザ光の被照射面に窒素ガスなど不活性ガスを吹き付けることで不活性雰囲気でのレーザ光の照射を実現することができる。不活性雰囲気または減圧雰囲気において第１のレーザ光の照射を行うことで、大気雰囲気で行う場合よりも、自然酸化膜の発生をより抑え、レーザ光照射後に形成される半導体膜２０７にひび割れが生じる、またはピッチ縞が発生するのを抑え、半導体膜２０７の平坦性を向上させることができ、レーザ光の使用可能なエネルギー範囲を広くすることができる。
【０１１９】
第１のレーザ光を照射する前に、ドライエッチングにより半導体膜２０４の表面を平坦化している場合、ドライエッチングにより半導体膜２０４の表面付近で結晶欠陥などの損傷が生じていることがある。しかし上記レーザ光の照射により、ドライエッチングにより生じる損傷をも補修することが可能である。
【０１２０】
なお、上述したように、不活性雰囲気、または減圧雰囲気において第１のレーザ光の照射を行うことで、大気雰囲気において第１のレーザ光の照射を行うよりも、半導体膜２０７の表面に自然酸化膜が発生するのを抑えることが出来るが、第１のレーザ光の照射は結晶性の改善に重点を置くために、後の第２のレーザ光の照射よりもショット数を多くしている。よって、第２のレーザ光の照射に比べて、雰囲気中の僅かな酸素と半導体とが反応しやすく、自然酸化膜が出来やすいと言える。そのため、半導体膜２０７の表面には、自然酸化膜に起因して、走査間隔に合わせ、クレーター状または粒状の凹凸を有する荒れた領域であるピッチ縞２０８が、発生する可能性がある。
【０１２１】
半導体膜２０７の平坦性を高める、具体的には半導体膜２０７の表面に形成されたピッチ縞２０８による高低差を小さく抑える、またはピッチ縞の数を低減するため、本発明の一態様では、図４（Ｄ）に示すように、半導体膜２０７に第２のレーザ光の照射を行う。図４（Ｄ）では、レーザ光２０９を矢印で示した方向に走査させることで、半導体膜２０７の平坦性が高められている様子を示している。そして、第２のレーザ光の照射により、図５（Ａ）に示すように、平坦性が高められた半導体膜２１０が形成される。
【０１２２】
第２のレーザ光の照射の具体的な手順については、実施の形態１の記載を参照することが出来る。具体的に、本実施の形態では、第２のレーザ光の照射は、半導体膜２０７の膜厚が１４６ｎｍ程度の場合、次のように行うことができる。レーザ光のレーザ発振器として、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長：３０８ｎｍ、パルス幅：２０ｎ秒、繰り返し周波数３０Ｈｚ）を用いる。光学系により、レーザ光の断面を０．４ｍｍ×１２０ｍｍの線状に整形する。レーザ光の走査速度を８．０ｍｍ／秒とし、スキャンピッチを２６７μｍ、ビームショット数を約１．５ショットで、レーザ光を半導体膜２０７に照射する。
【０１２３】
なお、第２のレーザ光の照射は、半導体膜の表面を平坦化することに重点を置いているため、そのショット数は第１のレーザ光の照射に比べて少ない。よって、自然酸化膜に起因する半導体膜のひび割れが生じにくい。しかし、より高い平坦性を望むのであれば、第２のレーザ光の照射を行う前に、半導体膜２０７の表面に形成されているかもしれない自然酸化膜を除去するようにしても良い。自然酸化膜の除去については、実施の形態１の記載を参照することが出来る。
【０１２４】
次に第２のレーザ光を照射した後に、半導体膜２１０の表面をエッチングしても良い。第２のレーザ光の照射後に半導体膜２１０の表面をエッチングする場合は、必ずしも第１のレーザ光の照射を行う前に半導体膜２０４の表面をエッチングする必要はない。また、第１のレーザ光の照射を行う前に半導体膜２０４の表面をエッチングした場合は、必ずしも第２のレーザ光の照射後に半導体膜２１０の表面をエッチングする必要はない。或いは、第１のレーザ光の照射後、第２のレーザ光の照射前に、半導体膜２０７の表面をエッチングするようにしても良い。また、第１のレーザ光の照射前、第１のレーザ光の照射後であり第２のレーザ光の照射前、第２のレーザ光の照射後の全てのタイミングにおいて、エッチングを行っても良い。
【０１２５】
上記エッチングにより、後に形成される半導体素子にとって最適となる膜厚まで半導体膜２１０を薄膜化できるのみならず、半導体膜２１０の表面を平坦化することができる。
【０１２６】
レーザ光を照射した後、半導体膜２１０に５００℃以上６５０℃以下の加熱処理を行うことが好ましい。この加熱処理によって、レーザ光の照射で回復されなかった、半導体膜２１０の欠陥の消滅、半導体膜２１０の歪みの緩和をすることができる。この加熱処理には、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、抵抗加熱炉、マイクロ波加熱装置を用いることができる。ＲＴＡ装置には、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。例えば、抵抗加熱炉を用いた場合は、５００℃の温度で１時間加熱した後、５５０℃で４時間加熱するとよい。
【０１２７】
次に、図５（Ｂ）に示すように、半導体膜２１０を部分的にエッチングすることで、半導体膜２１０から島状の半導体膜２１１と半導体膜２１２を形成する。半導体膜２１０をさらにエッチングすることで、半導体膜２１０の端部において接合の強度が不十分である領域を、除去することができる。
【０１２８】
なお、本実施の形態では、一つの半導体膜２１０をエッチングすることで半導体膜２１１と半導体膜２１２を形成しているが、形成される半導体膜の数はこれに限定されない。
【０１２９】
上記工程を経て形成された半導体膜２１１と半導体膜２１２を用い、例えば図５（Ｃ）に示すようにトランジスタ２１３、トランジスタ２１４などの各種半導体素子を形成することが出来る。
【０１３０】
なお、半導体膜２１０が分離された後のボンド基板２００は、その表面を平坦化することで、再度、半導体膜を分離させることができる。
【０１３１】
具体的には、ボンド基板２００の主に端部に残存した絶縁膜２０１を、エッチングなどにより除去する。絶縁膜２０１が酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素で形成されている場合、フッ酸を用いたウェットエッチングを用いることが出来る。
【０１３２】
次に、半導体膜２１０の分離によりボンド基板２００の端部に形成された凸部と、水素を過剰に含んでいる、残存した脆化層を除去する。ボンド基板２００のエッチングには、ウェットエッチングを用いることが好ましく、エッチング液には、水酸化テトラメチルアンモニウム（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ、略称：ＴＭＡＨ）溶液を用いることができる。
【０１３３】
次に、ボンド基板２００の表面を研磨する。研磨は、ＣＭＰを用いることができる。ボンド基板２００の表面を平滑化するため、１μｍ〜１０μｍ程度研磨することが望ましい。研磨後は、ボンド基板２００表面に研磨粒子などが残るため、フッ酸などを用いたＲＣＡ洗浄を行う。
【０１３４】
ボンド基板２００を再利用することで、半導体基板の材料コストを削減することができる。
【０１３５】
上述した一連のプロセスを経て、本発明の一態様に係るＳＯＩ基板を作製することが出来る。さらに、半導体膜２１０を用いて各種半導体素子を作製することで、半導体装置を作製することが出来る。本発明の一態様により、高レベルの雰囲気制御が可能なレーザ光の照射装置を用いずとも、平坦性を確保しつつ、結晶性の高い半導体膜を有する、ＳＯＩ基板を提供することができる。或いは、高レベルの雰囲気制御が可能なレーザ光の照射装置を用いずとも、特性のばらつきが抑えられ、なおかつ、良好な特性を得ることができる半導体素子を用いた、半導体装置の作製方法を提供することができる。
【０１３６】
なお本発明の一態様は、マイクロプロセッサ、画像処理回路などの集積回路や、質問器とデータの送受信が非接触でできるＲＦタグ、半導体表示装置等、ありとあらゆる半導体装置の作製に用いることができる。半導体表示装置には、液晶表示装置、有機発光素子（ＯＬＥＤ）に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）等や、半導体膜を用いた回路素子を駆動回路に有しているその他の半導体表示装置がその範疇に含まれる。
【０１３７】
本実施の形態は、上述した実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【０１３８】
（実施の形態３）
本実施の形態では、ベース基板上に絶縁膜を形成した場合の、ＳＯＩ基板及び半導体装置の作製方法について説明する。
【０１３９】
まず、図６（Ａ）に示すように、ベース基板２０３の少なくとも一面に絶縁膜２２０を形成する。ベース基板２０３の表面に絶縁膜２２０を形成しておくことで、ベース基板２０３からボンド基板２００に、アルカリ金属やアルカリ土類金属などの不純物が入り込むのを防ぐことができる。
【０１４０】
ベース基板２０３は、実施の形態２に記載したとおり、様々なものを用いることが可能である。例えばベース基板２０３としては、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの電子工業用に使われる各種ガラス基板の他、石英基板、セラミック基板、サファイア基板などの基板を用いることが出来る。さらにベース基板２０３として、シリコン、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの半導体基板などを用いることができる。或いは、ステンレス基板を含む金属基板をベース基板２０３として用いても良い。なお、ベース基板２０３として用いるガラス基板は、熱膨張係数が２５×１０−７／℃以上５０×１０−７／℃以下（好ましくは、３０×１０−７／℃以上４０×１０−７／℃以下）であり、歪み点が５８０℃以上６８０℃以下（好ましくは、６００℃以上６８０℃以下）である基板を用いることが好ましい。また、ガラス基板として無アルカリガラス基板を用いると、不純物による半導体装置の汚染を抑えることができる。
【０１４１】
ガラス基板としては、液晶パネルの製造用に開発されたマザーガラス基板を用いることができる。マザーガラスとしては、例えば、第３世代（５５０ｍｍ×６５０ｍｍ）、第３．５世代（６００ｍｍ×７２０ｍｍ）、第４世代（６８０ｍｍ×８８０ｍｍまたは、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）、第５世代（１１００ｍｍ×１３００ｍｍ）、第６世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）などのサイズの基板が知られている。大面積のマザーガラス基板をベース基板２０３として用いてＳＯＩ基板を製造することで、ＳＯＩ基板の大面積化が実現できる。マザーガラス基板のような大型の基板をベース基板２０３として用いることで、ＳＯＩ基板の大面積化が実現できる。ＳＯＩ基板の大面積化が実現すれば、一度に多数のＩＣ、ＬＳＩ等のチップを製造することができ、１枚の基板から製造されるチップ数が増加するので、生産性を飛躍的に向上させることができる。
【０１４２】
ＥＡＧＬＥ２０００（コーニング社製）等のように、加熱処理を加えることで大きくシュリンクするようなガラス基板をベース基板２０３として用いる場合、接合工程後に貼り合わせの不良が生じる場合がある。よって、シュリンクに起因する貼り合わせの不良を回避するために、接合を行う前に、ベース基板２０３に予め加熱処理を施しておいても良い。
【０１４３】
またベース基板２０３の表面に絶縁膜２２０を形成しておく場合、ベース基板２０３上の絶縁膜２２０が、ボンド基板２００上の絶縁膜２０１と接合するので、ベース基板２０３として用いることができる基板の種類がさらに広がる。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耐熱温度が一般的に低い傾向にあるが、後の半導体素子の作製工程における処理温度に耐え得るのであれば、ベース基板２０３として用いることが可能である。プラスチック基板として、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）、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。
【０１４４】
絶縁膜２２０を構成する膜には、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化ゲルマニウム膜、窒化ゲルマニウム膜、酸化窒化ゲルマニウム膜、窒化酸化ゲルマニウム膜などの珪素またはゲルマニウムを組成に含む絶縁膜を用いることができる。また、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウムなどの金属の酸化物でなる絶縁膜、窒化アルミニウムなどの金属の窒化物でなる絶縁膜、酸化窒化アルミニウムなどの金属の酸化窒化物でなる絶縁膜、窒化酸化アルミニウムなどの金属の窒化酸化物でなる絶縁膜を用いることもできる。
【０１４５】
ベース基板２０３にアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属などの半導体装置の信頼性を低下させる不純物を含むような基板を用いる場合、上記不純物がベース基板２０３から分離後に形成される半導体膜に拡散することを防止できるようなバリア膜を、少なくとも１層以上、絶縁膜２２０が有することが好ましい。バリア膜として用いることが出来る絶縁膜には、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、窒化アルミニウム膜、または窒化酸化アルミニウム膜などが挙げられる。バリア膜として用いる絶縁膜は、例えば厚さ１５ｎｍ〜３００ｎｍの膜厚で形成することが好ましい。これらのバリア膜は、不純物の拡散を防止する効果が高いが、内部応力が高い。そのため、バリア膜を絶縁膜２２０に用いる場合、ボンド基板２００上の絶縁膜２０１には、絶縁膜２２０の応力を緩和する効果のある膜を選択することが好ましい。バリア膜の応力を緩和する効果のある絶縁膜として、酸化珪素膜、およびボンド基板２００を熱酸化して形成した熱酸化膜などがある。
【０１４６】
酸化珪素を絶縁膜２２０として用いる場合、絶縁膜２２０はシランと酸素、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）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等の気相成長法によって形成することができる。この場合、絶縁膜２２０の表面を酸素プラズマ処理で緻密化しても良い。また、窒化珪素を絶縁膜２２０として用いる場合、シランとアンモニアの混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ等の気相成長法によって形成することができる。また、窒化酸化珪素を絶縁膜２２０として用いる場合、シランとアンモニアの混合ガス、またはシランと酸化窒素の混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ等の気相成長法によって形成することができる。
【０１４７】
また、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珪素を、絶縁膜２２０として用いても良い。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。
【０１４８】
ソースガスに有機シランを用いることで、プロセス温度が３５０℃以下で、平滑な表面を有する酸化珪素膜を形成することができる。また、熱ＣＶＤ法で、加熱温度が２００℃以上５００℃以下で形成されるＬＴＯ（低温酸化物、ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｘｉｄｅ）で形成することができる。ＬＴＯの形成には、シリコンソースガスにモノシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）などを用い、酸素ソースガスに一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）などを用いることができる。
【０１４９】
例えば、ソースガスにＴＥＯＳとＯ２を用いて、酸化珪素膜でなる絶縁膜２２０を形成する場合、ＴＥＯＳの流量１５ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量７５０ｓｃｃｍ、成膜圧力１００Ｐａ、成膜温度３００℃、ＲＦ出力３００Ｗ、電源周波数１３．５６ＭＨｚとすれば良い。
【０１５０】
なお、有機シランを用いて形成された酸化珪素膜、または低温で成膜した窒化酸化珪素膜などの、比較的低温で成膜された絶縁膜は、表面にＯＨ基を多く有する。ＯＨ基は水分子と水素結合することでシラノール基を形成して、ベース基板と絶縁膜とを低温で接合する。そして、最終的には共有結合であるシロキサン結合が、ベース基板と絶縁膜との間に形成される。よって、上記の有機シランを用いて形成された酸化珪素膜、または比較的低温で成膜されたＬＴＯなどの絶縁膜は、Ｓｍａｒｔ Ｃｕｔなどで用いられているＯＨ基が存在しない或いは飛躍的に少ない熱酸化膜よりも、低温での接合に向いていると言える。
【０１５１】
絶縁膜２０１は接合面となるため、その平均粗さＲａが０．７ｎｍ以下、より好ましくは、０．４ｎｍ以下が好ましい。また、絶縁膜２０１の厚さは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。好ましい厚さは５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、より好ましくは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
【０１５２】
次に、図６（Ｂ）に示すように、内部に脆化層２０２が形成され、なおかつ少なくともその一面に絶縁膜２０１が形成されたボンド基板２００を、絶縁膜２０１と絶縁膜２２０が接するようにベース基板２０３と貼り合わせる。ボンド基板２００、絶縁膜２０１及び脆化層２０２については、実施の形態２の記載を参照することができる。
【０１５３】
なお、ベース基板２０３とボンド基板２００との貼り合わせを行う前に、貼り合わせに係る表面、すなわち本実施の形態では、ボンド基板２００上に形成された絶縁膜２０１と、ベース基板２０３上に形成された絶縁膜２２０の表面に、絶縁膜２０１とベース基板２０３の接合強度を向上させるための表面処理を施すことが好ましい。
【０１５４】
表面処理としては、ウェット処理、ドライ処理、またはウェット処理およびドライ処理の組み合わせが挙げられる。異なるウェット処理、または異なるドライ処理を組み合わせて行っても良い。ウェット処理としては、オゾン水を用いたオゾン処理（オゾン水洗浄）、メガソニック洗浄などの超音波洗浄、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）、塩酸と過酸化水素水を用いた洗浄などが挙げられる。ドライ処理としては、不活性ガス中性原子ビーム処理、不活性ガスイオンビーム処理、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。上記のような表面処理を行うことで、貼り合わせに係る表面の親水性および清浄度を高め、その結果、接合強度を向上させることができる。
【０１５５】
貼り合わせは、ベース基板２０３と、ボンド基板２００上の絶縁膜２０１とを密着させた後、重ね合わせたベース基板２０３とボンド基板２００の一部に、１Ｎ／ｃｍ２以上５００Ｎ／ｃｍ２以下、好ましくは１１Ｎ／ｃｍ２以上２０Ｎ／ｃｍ２以下程度の圧力を加える。圧力を加えると、その部分からベース基板２０３と絶縁膜２０１とが接合を開始し、最終的には密着した面全体に接合がおよぶ。
【０１５６】
ベース基板２０３にボンド基板２００を貼り合わせた後、絶縁膜２０１と絶縁膜２２０の接合界面での結合力を増加させるための加熱処理を行うことが好ましい。この処理温度は、脆化層２０２に亀裂を発生させない温度とし、２００℃以上４００℃以下の温度範囲で処理することができる。また、この温度範囲で加熱しながら、ベース基板２０３にボンド基板２００を貼り合わせることで、ベース基板２０３と絶縁膜２０１との間における接合の結合力を強固にすることができる。
【０１５７】
なお、ボンド基板２００とベース基板２０３とを貼り合わせるときに、接合面にゴミなどにより汚染されてしまうと、汚染部分は接合されなくなる。接合面の汚染を防ぐために、ボンド基板２００とベース基板２０３との貼り合わせは、気密な処理室内で行うことが好ましい。また、ボンド基板２００とベース基板２０３との貼り合わせるとき、処理室内を５．０×１０−３Ｐａ程度の減圧状態とし、接合処理の雰囲気を清浄にするようにしても良い。
【０１５８】
次いで、加熱処理を行うことで、脆化層２０２において隣接する微小ボイドどうしが結合して、微小ボイドの体積が増大する。その結果、図６（Ｃ）に示すように、脆化層２０２においてボンド基板２００の一部である半導体膜２０４が、ボンド基板２００から分離する。絶縁膜２０１と絶縁膜２２０は接合しているので、ベース基板２０３上にはボンド基板２００から分離された半導体膜２０４が固定される。半導体膜２０４をボンド基板２００から分離するための加熱処理の温度は、ベース基板２０３の歪み点を越えない温度とする。
【０１５９】
この加熱処理には、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、抵抗加熱炉、マイクロ波加熱装置を用いることができる。ＲＴＡ装置には、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＧＲＴＡ装置を用いる場合は、加熱温度５５０℃以上６５０℃以下、処理時間０．５分以上６０分以内とすることができる。抵抗加熱装置を用いる場合は、加熱温度２００℃以上６５０℃以下、処理時間２時間以上４時間以内とすることができる。
【０１６０】
また、上記加熱処理は、マイクロ波などの高周波による誘電加熱を用いて行っても良い。誘電加熱による加熱処理は、高周波発生装置において生成された周波数３００ＭＨｚ乃至３ＴＨｚの高周波をボンド基板２００に照射することで行うことができる。具体的には、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を９００Ｗ、１４分間照射することで、脆化層内の隣接する微小ボイドどうしを結合させ、最終的にボンド基板２００を脆化層において分断させることができる。
【０１６１】
抵抗加熱を有する縦型炉を用いた加熱処理の具体的な処理方法を説明する。ボンド基板２００が貼り付けられたベース基板２０３を、縦型炉のボートに載置し、該ボートを縦型炉のチャンバーに搬入する。ボンド基板２００の酸化を抑制するため、まずチャンバー内を排気して真空状態とする。真空度は、５×１０−３Ｐａ程度とする。真空状態にした後、窒素をチャンバー内に供給して、チャンバー内を大気圧の窒素雰囲気にする。この間、加熱温度を２００℃に上昇させる。
【０１６２】
チャンバー内を大気圧の窒素雰囲気にした後、温度２００℃で２時間加熱する。その後、１時間かけて４００℃に温度上昇させる。加熱温度４００℃の状態が安定したら、１時間かけて６００℃に温度上昇させる。加熱温度６００℃の状態が安定したら、６００℃で２時間加熱処理する。その後、１時間かけて、加熱温度４００℃まで下げ、１０分〜３０分間後に、チャンバー内からボートを搬出する。大気雰囲気下で、ボート上に並べられたボンド基板２００、及び半導体膜２０４が貼り付けられたベース基板２０３を冷却する。
【０１６３】
上記の抵抗加熱炉を用いた加熱処理は、接合面における結合力を強化するための加熱処理と、脆化層２０２を分割させる加熱処理が連続して行われる。この２つの加熱処理を異なる装置で行う場合は、例えば、抵抗加熱炉において、処理温度２００℃、処理時間２時間の加熱処理を行った後、貼り合わされたベース基板２０３とボンド基板２００を炉から搬出する。次いで、ＲＴＡ装置で、処理温度６００℃以上７００℃以下、処理時間１分から数時間以内程度の加熱処理を行い、ボンド基板２００を脆化層２０２で分断させる。
【０１６４】
なお、ボンド基板２００の周辺部は、ベース基板２０３と接合していないことがある。これは、ボンド基板２００の周辺部が面取りされている、或いは周辺部が曲率を有しているため、絶縁膜２０１と絶縁膜２２０とが密着しない、または、ボンド基板２００の周辺部では脆化層２０２が分割しにくいなどの理由によるものと考えられる。また、その他の理由として、ボンド基板２００を作製する際に行われるＣＭＰなどの研磨が、ボンド基板２００の周辺部で不十分であり、中央部に比べて周辺部では表面が荒れていることが挙げられる。また、ボンド基板２００を移送する際に、キャリア等でボンド基板２００の周辺部に傷が入ってしまった場合、該傷も、周辺部がベース基板２０３に接合しにくい理由になると考えられる。そのため、ベース基板２０３には、ボンド基板２００よりもサイズの小さい半導体膜２０４が貼り付けられる。
【０１６５】
なお、ボンド基板２００を分離させる前に、ボンド基板２００に水素化処理を行うようにしても良い。水素化処理は、例えば、水素雰囲気中において３５０℃、２時間程度行う。
【０１６６】
なお、ベース基板２０３と複数のボンド基板２００とを貼り合わせる場合、該複数のボンド基板２００が異なる結晶面方位を有していても良い。半導体中における多数キャリアの移動度は、結晶面方位によって異なる。よって、形成する半導体素子に適した結晶面方位を有するボンド基板２００を、適宜選択して半導体膜２０４を形成すればよい。例えば半導体膜２０４を用いてｎ型の半導体素子を形成するならば、｛１００｝面を有する半導体膜２０４を形成することで、該半導体素子における多数キャリアの移動度を高めることができる。また、例えば半導体膜２０４を用いてｐ型の半導体素子を形成するならば、｛１１０｝面を有する半導体膜２０４を形成することで、該半導体素子における多数キャリアの移動度を高めることができる。そして、半導体素子としてトランジスタを形成するならば、チャネルの向きと結晶面方位とを考慮し、半導体膜２０４の貼り合わせの方向を定めるようにする。
【０１６７】
次に、半導体膜２０４の表面を研磨により平坦化しても良い。平坦化は必ずしも必須ではないが、平坦化を行うことで、半導体膜とゲート絶縁膜の界面の特性を向上させることが出来る。具体的に研磨は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）または液体ジェット研磨などにより、行うことができる。半導体膜２０４の厚さは、上記平坦化により薄くなる。
【０１６８】
また研磨ではなく、半導体膜２０４の表面をエッチングすることでも、半導体膜２０４の表面を平坦化することができる。エッチングには、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング法、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）エッチング法、平行平板型（容量結合型）エッチング法、マグネトロンプラズマエッチング法、２周波プラズマエッチング法またはヘリコン波プラズマエッチング法等のドライエッチング法を用いれば良い。
【０１６９】
例えばＩＣＰエッチング法を用いる場合、エッチングガスである塩素の流量４０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍ、コイル型の電極に投入する電力１００Ｗ〜２００Ｗ、下部電極（バイアス側）に投入する電力４０Ｗ〜１００Ｗ、反応圧力０．５Ｐａ〜１．０Ｐａとすれば良い。例えば、エッチングガスである塩素の流量１００ｓｃｃｍ、反応圧力１．０Ｐａ、下部電極の温度７０℃、コイル型の電極に投入するＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力１５０Ｗ、下部電極（バイアス側）に投入する電力４０Ｗ、エッチング時間２５ｓｅｃ〜２７ｓｅｃとすることで、半導体膜２０４を５０ｎｍ乃至６０ｎｍ程度にまで薄膜化することができる。エッチングガスには、塩素、塩化硼素、塩化珪素または四塩化炭素などの塩素系ガス、四弗化炭素、弗化硫黄または弗化窒素などのフッ素系ガス、酸素などを適宜用いることができる。
【０１７０】
上記エッチングにより、後に形成される半導体素子にとって最適となる膜厚まで半導体膜２０４を薄膜化できるのみならず、半導体膜２０４の表面を平坦化することができる。
【０１７１】
なお、ベース基板２０３に密着された半導体膜２０４は、脆化層２０２の形成、脆化層２０２における分断によって、結晶欠陥が形成されている、または、その表面の平坦性が損なわれている。そこで、本発明の一態様では、結晶欠陥を低減、および平坦性を向上するために、半導体膜２０４の表面に形成されている自然酸化膜などの酸化膜２０５を除去する処理を行った後、第１のレーザ光の照射、次いで第２のレーザ光の照射を行う。自然酸化膜などの酸化膜２０５の除去処理、第１のレーザ光の照射、第２のレーザ光の照射については、実施の形態１及び実施の形態２の記載を参照することが出来る。
【０１７２】
上述した一連のプロセスを経て、図６（Ｄ）に示すように、平坦性が高められ、なおかつ結晶性の良好である半導体膜２１０が、絶縁膜２０１及び絶縁膜２２０を間に挟んでベース基板２０３上に形成されたＳＯＩ基板を作製することが出来る。さらに、半導体膜２１０を用いて各種半導体素子を作製することで、半導体装置を作製することが出来る。本発明の一態様により、高レベルの雰囲気制御が可能なレーザ光の照射装置を用いずとも、平坦性を確保しつつ、結晶性の高い半導体膜を有する、ＳＯＩ基板を提供することができる。或いは、高レベルの雰囲気制御が可能なレーザ光の照射装置を用いずとも、特性のばらつきが抑えられ、なおかつ、良好な特性を得ることができる半導体素子を用いた、半導体装置の作製方法を提供することができる。
【０１７３】
なお本発明の一態様は、マイクロプロセッサ、画像処理回路などの集積回路や、質問器とデータの送受信が非接触でできるＲＦタグ、半導体表示装置等、ありとあらゆる半導体装置の作製に用いることができる。半導体表示装置には、液晶表示装置、有機発光素子（ＯＬＥＤ）に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）等や、半導体膜を用いた回路素子を駆動回路に有しているその他の半導体表示装置がその範疇に含まれる。
【０１７４】
本実施の形態は、上述した実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【０１７５】
（実施の形態４）
本実施の形態では、半導体膜が貼り付けられたベース基板、所謂ＳＯＩ基板を用いた半導体装置の作製方法の一例として、半導体素子の一つである薄膜トランジスタを作製する方法を説明する。複数の薄膜トランジスタを組み合わせることで、各種の半導体装置が形成できる。
【０１７６】
まず図７（Ａ）に示すように、ベース基板６００上に、絶縁膜６０１を間に挟んで、島状の半導体膜６０２と島状の半導体膜６０３とが形成されている。
【０１７７】
半導体膜６０２と半導体膜６０３には、閾値電圧を制御するために、硼素、アルミニウム、ガリウムなどのｐ型不純物、若しくはリン、砒素などのｎ型不純物が添加されていても良い。例えば、ｐ型を付与する不純物としてボロンを添加する場合、５×１０１６ｃｍ−３以上１×１０１７ｃｍ−３以下の濃度で添加すれば良い。閾値電圧を制御するための不純物の添加は、パターニングする前の半導体膜に対して行っても良いし、パターニング後に形成された半導体膜６０２と半導体膜６０３に対して行っても良い。また、閾値電圧を制御するための不純物の添加を、ボンド基板に対して行っても良い。若しくは、不純物の添加を、閾値電圧を大まかに調整するためにボンド基板に対して行った上で、閾値電圧を微調整するために、パターニング前の半導体膜に対して、またはパターニングにより形成された半導体膜６０２及び半導体膜６０３に対しても行うようにしても良い。
【０１７８】
また半導体膜６０２と半導体膜６０３を形成した後、ゲート絶縁膜６０４を形成する前に水素化処理を行っても良い。水素化処理は、例えば、水素雰囲気中において３５０℃、２時間程度行う。
【０１７９】
次に図７（Ｂ）に示すように、半導体膜６０２と半導体膜６０３を覆うように、ゲート絶縁膜６０４を形成する。ゲート絶縁膜６０４は、高密度プラズマ処理を行うことにより半導体膜６０２と半導体膜６０３の表面を酸化または窒化することで形成することができる。高密度プラズマ処理は、例えばＨｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの希ガスと酸素、酸化窒素、アンモニア、窒素、水素などの混合ガスとを用いて行う。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、半導体膜の表面を酸化または窒化することにより、１〜２０ｎｍ、望ましくは５〜１０ｎｍの絶縁膜が半導体膜に接するように形成される。この５〜１０ｎｍの絶縁膜をゲート絶縁膜６０４として用いる。例えば、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）をＡｒで１〜３倍（流量比）に希釈して、１０〜３０Ｐａの圧力にて３〜５ｋＷのマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）電力を印加して半導体膜６０２と半導体膜６０３の表面を酸化若しくは窒化させる。この処理により１ｎｍ〜１０ｎｍ（好ましくは２ｎｍ〜６ｎｍ）の絶縁膜を形成する。さらに亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）とシラン（ＳｉＨ４）を導入し、１０〜３０Ｐａの圧力にて３〜５ｋＷのマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）電力を印加して気相成長法により酸化窒化シリコン膜を形成してゲート絶縁膜を形成する。固相反応と気相成長法による反応を組み合わせることにより界面準位密度が低く絶縁耐圧の優れたゲート絶縁膜を形成することができる。
【０１８０】
上述した高密度プラズマ処理による半導体膜の酸化または窒化は固相反応で進むため、ゲート絶縁膜６０４と半導体膜６０２及び半導体膜６０３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半導体膜６０２及び半導体膜６０３を直接酸化または窒化することで、形成される絶縁膜の厚さのばらつきを抑えることが出来る。また半導体膜が結晶性を有する場合、高密度プラズマ処理を用いて半導体膜の表面を固相反応で酸化させることにより、結晶粒界においてのみ酸化が速く進んでしまうのを抑え、均一性が良く、界面準位密度の低いゲート絶縁膜を形成することができる。高密度プラズマ処理により形成された絶縁膜を、ゲート絶縁膜の一部または全部に含んで形成されるトランジスタは、特性のばらつきを抑えることができる。
【０１８１】
或いは、半導体膜６０２と半導体膜６０３を熱酸化させることで、ゲート絶縁膜６０４を形成するようにしても良い。また、プラズマＣＶＤ法またはスパッタリング法などを用い、酸化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化珪素、酸化ハフニウム、酸化アルミニウムまたは酸化タンタルを含む膜を、単層で、または積層させることで、ゲート絶縁膜６０４を形成しても良い。
【０１８２】
或いは、水素を含んだゲート絶縁膜６０４を形成した後、３５０℃以上４５０℃以下の温度による加熱処理を行うことで、ゲート絶縁膜６０４中に含まれる水素を半導体膜６０２及び半導体膜６０３中に拡散させるようにしても良い。この場合、ゲート絶縁膜６０４は、プロセス温度を３５０℃以下で、プラズマＣＶＤ法で窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを堆積することで、形成すれば良い。半導体膜６０２及び半導体膜６０３に水素を供給することで、半導体膜６０２及び半導体膜６０３中、及びゲート絶縁膜６０４と半導体膜６０２及び半導体膜６０３の界面での、捕獲中心となるような欠陥を低減することができる。
【０１８３】
次に図７（Ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜６０４上に導電膜を形成した後、該導電膜を所定の形状に加工（パターニング）することで、半導体膜６０２と半導体膜６０３の上方に電極６０７を形成する。導電膜の形成にはＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いることが出来る。導電膜は、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）等を用いることが出来る。また上記金属を主成分とする合金を用いても良いし、上記金属を含む化合物を用いても良い。または、半導体膜に導電性を付与するリン等の不純物元素をドーピングした、多結晶珪素などの半導体を用いて形成しても良い。
【０１８４】
２つの導電膜の組み合わせとして、１層目に窒化タンタルまたはタンタル（Ｔａ）を、２層目にタングステン（Ｗ）を用いることが出来る。上記例の他に、窒化タングステンとタングステン、窒化モリブデンとモリブデン、アルミニウムとタンタル、アルミニウムとチタン等が挙げられる。タングステンや窒化タンタルは、耐熱性が高いため、２層の導電膜を形成した後の工程において、熱活性化を目的とした加熱処理を行うことができる。また、２層の導電膜の組み合わせとして、例えば、ｎ型を付与する不純物がドーピングされた珪素とニッケルシリサイド、ｎ型を付与する不純物がドーピングされたＳｉとＷＳｉｘ等も用いることが出来る。
【０１８５】
また、本実施の形態では電極６０７を単層の導電膜で形成しているが、本実施の形態はこの構成に限定されない。電極６０７は積層された複数の導電膜で形成されていても良い。３つ以上の導電膜を積層する３層構造の場合は、モリブデン膜とアルミニウム膜とモリブデン膜の積層構造を採用するとよい。
【０１８６】
なお電極６０７を形成する際に用いるマスクとして、レジストの代わりに酸化珪素、窒化酸化珪素等をマスクとして用いてもよい。この場合、パターニングして酸化珪素、窒化酸化珪素等のマスク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よりも少ないため、所望の幅を有する電極６０７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電極６０７を形成しても良い。
【０１８７】
なお液滴吐出法とは、所定の組成物を含む液滴を細孔から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。
【０１８８】
また電極６０７は、導電膜を形成後、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（コイル型の電極層に印加される電力量、基板側の電極層に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節することにより、所望のテーパー形状を有するようにエッチングすることができる。また、テーパー形状は、マスクの形状によっても角度等を制御することができる。なお、エッチング用ガスとしては、塩素、塩化硼素、塩化珪素もしくは四塩化炭素などの塩素系ガス、四弗化炭素、弗化硫黄もしくは弗化窒素などのフッ素系ガス又は酸素を適宜用いることができる。
【０１８９】
次に図７（Ｄ）に示すように、電極６０７をマスクとして一導電型を付与する不純物元素を半導体膜６０２、半導体膜６０３に添加する。本実施の形態では、半導体膜６０２にｎ型を付与する不純物元素（例えばリンまたはヒ素）を、半導体膜６０３にｐ型を付与する不純物元素（例えばボロン）を添加する。なお、ｐ型を付与する不純物元素を半導体膜６０３に添加する際、ｎ型の不純物元素が添加される半導体膜６０２はマスク等で覆い、ｐ型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。逆にｎ型を付与する不純物元素を半導体膜６０２に添加する際、ｐ型の不純物元素が添加される半導体膜６０３はマスク等で覆い、ｎ型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。或いは、先に半導体膜６０２及び半導体膜６０３にｐ型もしくはｎ型のいずれか一方を付与する不純物元素を添加した後、一方の半導体膜のみに選択的により高い濃度でｐ型もしくはｎ型のうちの他方を付与する不純物元素のいずれか一方を添加するようにしても良い。上記不純物元素の添加により、半導体膜６０２に不純物領域６０８、半導体膜６０３に不純物領域６０９が形成される。
【０１９０】
次に、図８（Ａ）に示すように、電極６０７の側面にサイドウォール６１０を形成する。サイドウォール６１０は、例えば、ゲート絶縁膜６０４及び電極６０７を覆うように新たに絶縁膜を形成し、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより、新たに形成された該絶縁膜を部分的にエッチングすることで、形成することが出来る。上記異方性エッチングにより、新たに形成された絶縁膜が部分的にエッチングされて、電極６０７の側面にサイドウォール６１０が形成される。なお上記異方性エッチングにより、ゲート絶縁膜６０４も部分的にエッチングしても良い。サイドウォール６１０を形成するための絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法等により、珪素膜、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜や、有機樹脂などの有機材料を含む膜を、単層または積層して形成することができる。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。またエッチングガスとしては、ＣＨＦ３とヘリウムの混合ガスを用いることができる。なお、サイドウォール６１０を形成する工程は、これらに限定されるものではない。
【０１９１】
次に図８（Ｂ）に示すように、電極６０７及びサイドウォール６１０をマスクとして、半導体膜６０２、半導体膜６０３に一導電型を付与する不純物元素を添加する。なお、半導体膜６０２、半導体膜６０３には、それぞれ先の工程で添加した不純物元素と同じ導電型の不純物元素をより高い濃度で添加する。なお、ｐ型を付与する不純物元素を半導体膜６０３に添加する際、ｎ型の不純物元素が添加される半導体膜６０２はマスク等で覆い、ｐ型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。逆にｎ型を付与する不純物元素を半導体膜６０２に添加する際、ｐ型の不純物元素が添加される半導体膜６０３はマスク等で覆い、ｎ型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。
【０１９２】
上記不純物元素の添加により、半導体膜６０２に、一対の高濃度不純物領域６１１と、一対の低濃度不純物領域６１２と、チャネル形成領域６１３とが形成される。また上記不純物元素の添加により、半導体膜６０３に、一対の高濃度不純物領域６１４と、一対の低濃度不純物領域６１５と、チャネル形成領域６１６とが形成される。高濃度不純物領域６１１、６１４はソース又はドレインとして機能し、低濃度不純物領域６１２、６１５はＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）領域として機能する。
【０１９３】
なお、半導体膜６０３上に形成されたサイドウォール６１０と、半導体膜６０２上に形成されたサイドウォール６１０は、キャリアが移動する方向における幅が同じになるように形成しても良いが、該幅が異なるように形成しても良い。ｐ型トランジスタとなる半導体膜６０３上のサイドウォール６１０の幅は、ｎ型トランジスタとなる半導体膜６０２上のサイドウォール６１０の幅よりも長くすると良い。なぜならば、ｐ型トランジスタにおいてソース及びドレインを形成するために注入されるボロンは拡散しやすく、短チャネル効果を誘起しやすいためである。ｐ型トランジスタにおいて、サイドウォール６１０の幅より長くすることで、ソース及びドレインに高濃度のボロンを添加することが可能となり、ソース及びドレインを低抵抗化することができる。
【０１９４】
次に、ソース及びドレインをさらに低抵抗化するために、半導体膜６０２、半導体膜６０３をシリサイド化することで、シリサイド層を形成しても良い。シリサイド化は、半導体膜に金属を接触させ、ＧＲＴＡ法、ＬＲＴＡ法等の加熱処理により、半導体膜中の珪素と金属とを反応させて行う。シリサイド層としては、コバルトシリサイド若しくはニッケルシリサイドを用いれば良い。半導体膜６０２、半導体膜６０３の厚さが薄い場合には、この領域の半導体膜６０２、半導体膜６０３の底部までシリサイド反応を進めても良い。シリサイド化に用いる金属の材料として、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、ネオジム（Ｎｄ）、クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等を用いることができる。また、レーザ照射やランプなどの光照射によってシリサイド層を形成しても良い。
【０１９５】
上述した一連の工程により、ｎチャネル型トランジスタ６１７と、ｐチャネル型トランジスタ６１８とが形成される。
【０１９６】
次に図８（Ｃ）に示すように、トランジスタ６１７、トランジスタ６１８を覆うように絶縁膜６１９を形成する。絶縁膜６１９は必ずしも設ける必要はないが、絶縁膜６１９を形成することで、アルカリ金属やアルカリ土類金属などの不純物がトランジスタ６１７、トランジスタ６１８へ侵入するのを防ぐことが出来る。具体的に絶縁膜６１９として、窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化珪素などを用いるのが望ましい。本実施の形態では、膜厚６００ｎｍ程度の窒化酸化珪素膜を、絶縁膜６１９として用いる。この場合、上記水素化の工程は、該窒化酸化珪素膜形成後に行っても良い。
【０１９７】
次に、トランジスタ６１７、トランジスタ６１８を覆うように、絶縁膜６１９上に絶縁膜６２０を形成する。絶縁膜６２０は、ポリイミド、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ樹脂等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、酸化珪素、窒化珪素、窒化酸化珪素、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）、アルミナ等を用いることができる。シロキサン系樹脂は、置換基に水素の他、フッ素、アルキル基、または芳香族炭化水素のうち少なくとも１種を有していても良い。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁膜６２０を形成しても良い。絶縁膜６２０は、その表面をＣＭＰ法などにより平坦化させても良い。
【０１９８】
なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は、置換基に水素の他、フッ素、アルキル基、または芳香族炭化水素のうち、少なくとも１種を有していても良い。
【０１９９】
絶縁膜６２０の形成には、その材料に応じて、ＣＶＤ法、スパッタ法、ＳＯＧ法、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、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等を用いることができる。
【０２００】
次に図９に示すように、半導体膜６０２と半導体膜６０３がそれぞれ一部露出するように絶縁膜６１９及び絶縁膜６２０にコンタクトホールを形成する。そして、該コンタクトホールを介して半導体膜６０２と半導体膜６０３に接する導電膜６２１、導電膜６２２を形成する。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。
【０２０１】
導電膜６２１、導電膜６２２は、ＣＶＤ法やスパッタリング法等により形成することができる。具体的に導電膜６２１、導電膜６２２として、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ネオジム（Ｎｄ）、炭素（Ｃ）、珪素（Ｓｉ）等を用いることが出来る。また上記金属を主成分とする合金を用いても良いし、上記金属を含む化合物を用いても良い。導電膜６２１、導電膜６２２は、上記金属が用いられた膜を単層または複数積層させて形成することが出来る。
【０２０２】
アルミニウムを主成分とする合金の例として、アルミニウムを主成分としニッケルを含むものが挙げられる。また、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素または珪素の一方または両方とを含むものも例として挙げることが出来る。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、導電膜６２１、導電膜６２２を形成する材料として最適である。特にアルミニウムシリコン膜は、導電膜６２１、導電膜６２２をパターニングで形成するとき、レジストベークにおけるヒロックの発生をアルミニウム膜に比べて防止することができる。また、珪素（Ｓｉ）の代わりに、アルミニウム膜に０．５％程度のＣｕを混入させても良い。
【０２０３】
導電膜６２１、導電膜６２２は、例えば、バリア膜とアルミニウムシリコン膜とバリア膜の積層構造、バリア膜とアルミニウムシリコン膜と窒化チタン膜とバリア膜の積層構造を採用するとよい。なお、バリア膜とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデンまたはモリブデンの窒化物を用いて形成された膜である。アルミニウムシリコン膜を間に挟むようにバリア膜を形成すると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生をより防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンを用いてバリア膜を形成すると、半導体膜６０２と半導体膜６０３上に薄い酸化膜ができていたとしても、バリア膜に含まれるチタンがこの酸化膜を還元し、導電膜６２１、導電膜６２２と、半導体膜６０２及び半導体膜６０３とがそれぞれ良好なコンタクトをとることができる。またバリア膜を複数積層するようにして用いても良い。その場合、例えば、導電膜６２１、導電膜６２２を下層からＴｉ、窒化チタン、Ａｌ−Ｓｉ、Ｔｉ、窒化チタンの５層構造とすることが出来る。
【０２０４】
また導電膜６２１、導電膜６２２として、ＷＦ６ガスとＳｉＨ４ガスから化学気相成長法で形成したタングステンシリサイドを用いても良い。また、ＷＦ６を水素還元して形成したタングステンを、導電膜６２１、導電膜６２２として用いても良い。
【０２０５】
なお、導電膜６２１はｎチャネル型トランジスタ６１７の高濃度不純物領域６１１に接続されている。導電膜６２２はｐチャネル型トランジスタ６１８の高濃度不純物領域６１４に接続されている。
【０２０６】
図９には、ｎチャネル型トランジスタ６１７及びｐチャネル型トランジスタ６１８の上面図が示されている。ただし図９では導電膜６２１、導電膜６２２、絶縁膜６１９、絶縁膜６２０を省略した図を示している。
【０２０７】
また本実施の形態では、ｎチャネル型トランジスタ６１７とｐチャネル型トランジスタ６１８が、それぞれゲートとして機能する電極６０７を１つずつ有する場合を例示しているが、本発明はこの構成に限定されない。本発明の作製方法で形成された半導体装置が有するトランジスタは、ゲートとして機能する電極を複数有し、なおかつ該複数の電極が電気的に接続されているマルチゲート構造を有していても良い。
【０２０８】
また本発明の作製方法で形成された半導体装置が有するトランジスタは、ゲートプレナー構造を有していても良い。
【０２０９】
なお、ＳＯＩ基板が有する半導体膜は、ほぼ単結晶に近いものが得られる。そのため、多結晶の半導体膜と比べて、配向のばらつきが小さいのでトランジスタの閾値電圧のばらつきを小さくすることができる。また、多結晶の半導体膜に比べて結晶粒界が著しく少ないので、結晶粒界に起因するリーク電流を抑え、半導体装置の省電力化を実現することができる。そしてレーザ結晶化により得られる多結晶の半導体膜では、ビームスポット内のエネルギー密度の分布に起因して、半導体膜の表面に突起（リッジ）が現れやすい。しかし、ＳＯＩ基板が有する半導体膜は、貼り合わせにより生じた半導体膜内の欠陥を修復できる程度に、低いエネルギー密度でレーザ光を照射すれば良い。よって、ＳＯＩ基板が有する半導体膜の表面の平坦性は、レーザ結晶化により得られる多結晶の半導体膜に比べて飛躍的に高いため、ＳＯＩ基板が有する半導体膜上に形成されるゲート絶縁膜の膜厚を５ｎｍ乃至５０ｎｍ程度まで薄くすることが可能である。よって、ゲート電圧を抑えつつも高いオン電流を得ることができる。また、レーザ結晶化により得られる多結晶の半導体膜を用いる場合、高い移動度を得るために、レーザ光の走査方向に沿ってトランジスタが有する半導体膜の配置を決める必要があったが、ＳＯＩ基板が有する半導体膜ではその必要がないため、半導体装置の設計における制約が少なくなる。
【０２１０】
本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２１１】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の半導体装置の作製方法を用いて形成される、液晶表示装置の画素の具体的な構成について説明する。図１０は、液晶表示装置の画素の上面図を一例として示している。図１１は図１０に示した上面図の破線Ａ１−Ａ２における断面図に相当する。
【０２１２】
図１０及び図１１に示す画素は、走査線１８１０と、信号線１８１１と、スイッチング素子として機能するトランジスタ１８１２と、画素電極１８１３と、液晶素子に印加される電圧を保持するための保持容量１８１４とを、少なくとも有している。また、図１０及び図１１に示す画素は、トランジスタ１８１２及び保持容量１８１４と、画素電極１８１３とを電気的に接続するための配線１８１５を有している。
【０２１３】
トランジスタ１８１２と保持容量１８１４とは、半導体膜１８１６を共有しており、上記半導体膜１８１６は、本発明の一態様に係るＳＯＩ基板の作製方法を用いることで形成された半導体膜を、所望の形状に加工（パターニング）することで形成することができる。
【０２１４】
また、半導体膜１８１６上には絶縁膜１８１７が形成されており、絶縁膜１８１７上には導電膜１８１８と、走査線１８１０とが形成されている。導電膜１８１８と、走査線１８１０とは、絶縁膜１８１７に形成された導電膜を所望の形状に加工することで形成することができる。なお、走査線１８１０の一部は、トランジスタ１８１２のゲート電極として機能し、半導体膜１８１６と重なっている。また、導電膜１８１８と、半導体膜１８１６とが、絶縁膜１８１７を間に挟んで重なっている部分が、保持容量１８１４に相当する。
【０２１５】
また、配線１８１５と信号線１８１１とは、保持容量１８１４と、トランジスタ１８１２とを覆っている層間絶縁膜１８２０に形成された導電膜を、所望の形状に加工することで形成することができる。
【０２１６】
半導体膜１８１６は、本発明の一態様に係るＳＯＩ基板の作製方法を用いて作製されているので、結晶性が良好である。よって、トランジスタ１８１２の移動度を高め、オン電流を高くすることが出来る。また、半導体膜１８１６は、本発明の一態様に係るＳＯＩ基板の作製方法を用いて作製されているので、高い平坦性を有している。よって、トランジスタ１８１２のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜１８１７が半導体膜１８１６の有する凹凸によって部分的に薄くなるなどして絶縁耐圧が低くなるのを防ぎ、ゲート絶縁膜の膜厚を薄くすることが可能である。よって、素子の微細化を実現することが出来る。
【０２１７】
本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２１８】
（実施の形態６）
本実施の形態では、１枚のベース基板を用いて複数の半導体装置を形成する場合の手順について説明する。
【０２１９】
図１２（Ａ）に、ベース基板１８００にボンド基板１８０１を貼り合わせている様子を斜視図で示す。貼り合わせは、ボンド基板１８０１に形成された絶縁膜とベース基板１８００とが接合することで、もしくはボンド基板１８０１に形成された絶縁膜とベース基板１８００に形成された絶縁膜とが接合することで、行われる。
【０２２０】
次に、図１２（Ｂ）に示すように、ボンド基板１８０１を部分的に分離させることで、ボンド基板１８０１の一部である半導体膜１８０２を、ベース基板１８００上に形成する。
【０２２１】
次に、半導体膜１８０２上に形成されている自然酸化膜などの酸化膜を除去した後、図１３（Ａ）に示すようにレーザ光の照射を行う。本発明の一態様では、レーザ光の照射は、第１のレーザ光の照射と、第２のレーザ光の照射の２回行う。第１のレーザ光の照射と第２のレーザ光の照射の間に、自然酸化膜などの酸化膜の除去を行うようにしても良い。第１のレーザ光の照射及び第２のレーザ光の照射において、ビームスポット１８０４を矢印で示す方向に走査させることで、結晶性の改善及び平坦性の向上を図る。
【０２２２】
そして図１３（Ｂ）に示すように、図１３（Ａ）においてレーザ光の照射が行われた半導体膜１８０２を用いて、半導体装置１８０６を複数形成し、ダイシングなどでベース基板１８００ごと半導体装置１８０６どうしを切り離す。上記構成により、複数の半導体装置１８０６を形成することが出来る。
【０２２３】
なお、本実施の形態ではベース基板１８００とボンド基板１８０１とを一対一で貼り合わせる場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。１つのベース基板１８００にボンド基板１８０１を複数貼り合わせるようにしても良い。
【０２２４】
本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２２５】
（実施の形態７）
本実施の形態では、本発明の一態様に係るＳＯＩ基板の作製方法を用いることにより、ＳＯＩ基板が有する半導体膜の平坦性が向上することを説明する。
【０２２６】
表面の平坦性を、原子間力顕微鏡による観察像（ＡＦＭ像）の解析により得られる表面粗さの指標となる測定値で、評価した。評価に用いる試料Ａ、試料Ｂ、試料Ｃは、旭硝子社製のガラス基板（厚さ０．７ｍｍ、商品名ＡＮ１００）上に、酸素雰囲気中に塩化水素を含むガスを添加することによる熱酸化で形成された膜厚約１００ｎｍの酸化珪素である絶縁膜と、ボンド基板を分離することで上記絶縁膜上に形成された半導体膜と、を有するＳＯＩ基板を用いた。全ての試料は、１回目のレーザ光の照射前に、０．５ｗｔ％の希フッ酸を用いて約１１０秒間半導体膜の表面を洗浄することにより、半導体膜上に形成されている自然酸化膜を除去した。
【０２２７】
また、全ての試料において、１回目のレーザ光の照射は、レーザ発振器としてＸｅＣｌエキシマレーザ（波長：３０８ｎｍ、パルス幅：２０ｎ秒、繰り返し周波数３０Ｈｚ）を用いた。そして、１回目のレーザ光は、走査速度を０．５ｍｍ／秒、ビームショット数を約２４ショットとし、室温にて窒素ガスを試料に吹き付けながら行った。
【０２２８】
また、全ての試料において、２回目のレーザ光の照射は、１回目と同様に、レーザ発振器としてＸｅＣｌエキシマレーザ（波長：３０８ｎｍ、パルス幅：２０ｎ秒、繰り返し周波数３０Ｈｚ）を用いた。そして、２回目のレーザ光は、ビームショット数を約１ショットとし、室温にて窒素ガスを試料に吹き付けながら行った。
【０２２９】
そして、全ての試料において、２回目のレーザ光の照射は、１回目のレーザ光の照射におけるエネルギー密度を１００％としたときに、６０％、６５％、７０％、７２％、７４％、７６％、７８％、８０％、８２％、８４％、８６％、８８％、９０％、９５％、１００％のエネルギー密度となるように条件振りを行った。
【０２３０】
なお、１回目のレーザ光のエネルギー密度は、完全溶融する直前のエネルギー密度とした。完全溶融する直前のエネルギー密度は、半導体膜の膜厚などにより異なるため、各試料において１回目のレーザ光のエネルギー密度を条件振りし、各条件においてレーザ光照射後の半導体膜の断面をＳＴＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）にて観察した。そして、ＳＴＥＭ画像を用いて、完全溶融に達するぎりぎりのエネルギー密度を割り出し、各試料において、該エネルギー密度を１回目のレーザ光として用いた。
【０２３１】
具体的に、試料Ａは、面方位（１００）の単結晶シリコン基板から分離した膜厚約１４６ｎｍの半導体膜を用いる。１回目のレーザ光のエネルギー密度は、その膜厚から約５８２．７ｍＪ／ｃｍ２とした。そして、１回目のレーザ光の照射後、酸化膜除去の処理を行わずに、２回目のレーザ光の照射を行った。
【０２３２】
試料Ｂは、面方位（１１０）の単結晶シリコン基板から分離した膜厚約１３８ｎｍの半導体膜を用いる。１回目のレーザ光のエネルギー密度は、その膜厚から約５５２．９ｍＪ／ｃｍ２とした。そして、１回目のレーザ光の照射後、酸化膜除去の処理を行わずに、２回目のレーザ光の照射を行った。
【０２３３】
試料Ｃは、面方位（１００）の単結晶シリコン基板から分離した膜厚約１４６ｎｍの半導体膜を用いる。１回目のレーザ光のエネルギー密度は、その膜厚から約５８２．７ｍＪ／ｃｍ２とした。そして、１回目のレーザ光の照射後、酸化膜除去の処理を行ってから、２回目のレーザ光の照射を行った。２回目のレーザ光の照射前の酸化膜除去の処理は、１回目のレーザ光の照射前の酸化膜除去の処理と、同じ条件で行った。
【０２３４】
また、ＡＦＭの測定条件は以下の通りである。
・原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）：走査型プローブ顕微鏡ＳＰＩ３８００Ｎ／ＳＰＡ５００（セイコーインスツルメンツ（株）製）
・測定モード：ダイナミックフォースモード（ＤＦＭ：Ｄｙｎａｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｏｄｅ）
・カンチレバー：ＳＩ−ＤＦ４０（シリコン製、バネ定数４２Ｎ／ｍ、共振周波数２５０〜３９０ｋＨｚ、探針の先端Ｒ≦１０ｎｍ）
・測定面積：１０μｍ×１０μｍ
・測定点数：２５６×２５６点
【０２３５】
なお、ダイナミックフォースモードとは、固有振動数でカンチレバーを共振させた状態で、カンチレバーの振動振幅が一定になるように、カンチレバーに付いている探針と試料との間の距離を制御しながら、試料の表面形状を評価する測定モードのことである。このダイナミックフォースモードでは、試料の表面とカンチレバーとが非接触であるため、試料の表面を傷つけることなく、元の形状を保ったまま測定できる。そして、付属のソフトウェアにより、表面粗さ解析を行い、平均面粗さＲａ、山谷の最大高低差Ｐ−Ｖを算出した。
【０２３６】
図１７に、ＡＦＭ像をもとに計算された各試料の、半導体膜の平均面粗さＲａを示す。縦軸は、平均面粗さＲａ（ｎｍ）を示している。横軸は、１回目のレーザ光に対する２回目のレーザ光の、相対的なエネルギー密度の強さ（％）を示している。
【０２３７】
図１７に示すように、２回目のレーザ光の照射前に酸化膜の除去を行わなかった試料Ａと試料Ｂでは、相対的なエネルギー密度が約６０％〜７０％の範囲において、平均面粗さＲａが約２．５ｎｍ以上と、最高値を示した。一方、２回目のレーザ光の照射前に酸化膜の除去を行った試料Ｃでは、相対的なエネルギー密度が約５５％〜６５％の範囲において、平均面粗さＲａが約１．２ｎｍ以上と、最高値を示した。これらの平均面粗さＲａの最高値の比較から、２回目のレーザ光の照射前に酸化膜の除去を行うことで、平均面粗さＲａを低く抑え、平坦性を高くできることが分かった。
【０２３８】
また、２回目のレーザ光の照射前に酸化膜の除去を行わなかった試料Ａと試料Ｂでは、最大高低差（Ｐ−Ｖ）が、それぞれ約３０ｎｍ、約３２ｎｍであった。一方、２回目のレーザ光の照射前に酸化膜の除去を行った試料Ｃでは、最大高低差（Ｐ−Ｖ）が約２６ｎｍであり、試料Ａ、試料Ｂと比較して低い値が得られた。よって、これらの最大高低差（Ｐ−Ｖ）の比較からも、２回目のレーザ光の照射前に酸化膜の除去を行うことで、最大高低差（Ｐ−Ｖ）を低く抑え、平坦性を高くできることが分かった。
【０２３９】
なお、平均面粗さ（Ｒａ）とは、ＪＩＳＢ０６０１：２００１（ＩＳＯ４２８７：１９９７）で定義されている中心線平均粗さＲａを、測定面に対して適用できるよう三次元に拡張したものであり、基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値である。測定面とは全測定データの示す面である。指定面とは、粗さ計測の対象となる面である。基準面とは、指定面の高さの平均値をＺ０とするとき、Ｚ＝Ｚ０で表される平面である。山谷の最大高低差（Ｐ−Ｖ）は、指定面において、最も高い山頂の標高Ｚｍａｘと最も低い谷底の標高Ｚｍｉｎの差である。また、山頂と谷底とはＪＩＳＢ０６０１：２００１（ＩＳＯ４２８７：１９９７）で定義されている「山頂」「谷底」を三次元に拡張したものであり、山頂とは指定面の山において最も標高の高いところ、谷底とは指定面において最も標高の低いところと表現される。
【０２４０】
次に、上記各試料のＡＦＭ像を、図１８に示す。図１８（Ａ）は、２回目のレーザ光の相対的なエネルギー密度が約６６％のときの、サンプルＡにおける半導体膜表面のＡＦＭ像である。図１８（Ｂ）は、２回目のレーザ光の相対的なエネルギー密度が約６６％のときの、サンプルＢにおける半導体膜表面のＡＦＭ像である。図１８（Ｃ）は、２回目のレーザ光の相対的なエネルギー密度が約６６％のときの、サンプルＣにおける半導体膜表面のＡＦＭ像である。図１８から、サンプルＡとサンプルＢでは、半導体膜の表面にクレーター状の凹凸が生じていることが確認できるが、サンプルＣでは上記クレーターは殆ど確認できない。全てのサンプルにおいて、２回目のレーザ光のエネルギー密度を上記条件より高くしていくと、クレーター状の凹凸の数は減っていく。よって、図１７と図１８から、クレーター状の凹凸の発生が抑えられる２回目のレーザ光のエネルギー密度の範囲は、サンプルＣが最も広いことが分かった。
【０２４１】
次に、光学顕微鏡でＳＯＩ基板上の半導体膜の表面を観察した。観察に用いる試料１と試料２は、旭硝子社製のガラス基板（厚さ０．７ｍｍ、商品名ＡＮ１００）上に、酸素雰囲気中に塩化水素を含むガスを添加することによる熱酸化で形成された膜厚約１００ｎｍの酸化珪素である絶縁膜と、ボンド基板を分離することで上記絶縁膜上に形成された半導体膜と、を有するＳＯＩ基板を用いた。全ての試料は、１回目のレーザ光の照射前に、０．５ｗｔ％の希フッ酸を用いて約１１０秒間半導体膜の表面を洗浄することにより、半導体膜上に形成されている自然酸化膜を除去した。
【０２４２】
また、試料１と試料２共に、１回目のレーザ光の照射は、レーザ発振器としてＸｅＣｌエキシマレーザ（波長：３０８ｎｍ、パルス幅：２０ｎ秒、繰り返し周波数３０Ｈｚ）を用いた。そして、１回目のレーザ光は、走査速度を０．５ｍｍ／秒、ビームショット数を約２４ショットとし、室温にて窒素ガスを試料に吹き付けながら行った。
【０２４３】
また、試料１と試料２共に、２回目のレーザ光の照射は、１回目と同様に、レーザ発振器としてＸｅＣｌエキシマレーザ（波長：３０８ｎｍ、パルス幅：２０ｎ秒、繰り返し周波数３０Ｈｚ）を用いた。そして、２回目のレーザ光は、走査速度を８．０ｍｍ／秒、ビームショット数を約１．５ショットとし、室温にて窒素ガスを試料に吹き付けながら行った。
【０２４４】
具体的に、試料１は、面方位（１００）の単結晶シリコン基板から分離した膜厚約１１０ｎｍの半導体膜を用いる。１回目のレーザ光と２回目のレーザ光のエネルギー密度は、その膜厚から約５８２．７ｍＪ／ｃｍ２とした。そして、１回目のレーザ光の照射後、酸化膜除去の処理を行わずに、２回目のレーザ光の照射を行った。
【０２４５】
試料２は、面方位（１００）の単結晶シリコン基板から分離した膜厚約１１０ｎｍの半導体膜を用いる。１回目のレーザ光と２回目のレーザ光のエネルギー密度は、その膜厚から約５８２．７ｍＪ／ｃｍ２とした。そして、１回目のレーザ光の照射後、酸化膜除去の処理を行ってから、２回目のレーザ光の照射を行った。２回目のレーザ光の照射前の酸化膜除去の処理は、１回目のレーザ光の照射前の酸化膜除去の処理と、同じ条件で行った。
【０２４６】
図１９（Ａ）に、試料１が有する半導体膜の光学顕微鏡写真を、図１９（Ｂ）に、試料２が有する半導体膜の光学顕微鏡写真を、それぞれ示す。各写真は、ピッチ縞の部分を強調するために、画像処理が施されている。図１９（Ａ）に示す写真に比べて図１９（Ｂ）に示す写真では、ピッチ縞の数が少なく、よって、２回目のレーザ光の照射前に酸化膜除去の処理を行った試料２の方が、平坦性が高いことが分かった。
【０２４７】
（実施の形態８）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を用いて形成された発光装置の構成について説明する。図１４に、発光素子を駆動させるためのトランジスタがｐ型の場合における、画素の断面構造の一例を示す。なお図１４では、第１の電極が陽極、第２の電極が陰極の場合について説明するが、第１の電極が陰極、第２の電極が陽極であっても良い。
【０２４８】
図１４（Ａ）に、トランジスタ６００１がｐ型で、発光素子６００３から発せられる光を第１の電極６００４側から取り出す場合の、画素の断面図を示す。
【０２４９】
トランジスタ６００１は絶縁膜６００７で覆われており、絶縁膜６００７上には開口部を有する隔壁６００８が形成されている。隔壁６００８の開口部において第１の電極６００４が一部露出しており、該開口部において第１の電極６００４、電界発光層６００５、第２の電極６００６が順に積層されている。
【０２５０】
第１の電極６００４は、可視光に対して透光性を有する材料または膜厚で形成し、なおかつ陽極として用いるのに適する材料で形成する。例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）、酸化インジウム、酸化ガリウム、及び酸化亜鉛からなる酸化物（ＩＧＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、などその他の透光性酸化物導電材料を第１の電極６００４に用いることが可能である。またＩＴＯ及び酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（以下、ＩＴＳＯとする）や、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに、さらに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したものを第１の電極６００４に用いても良い。また上記透光性酸化物導電材料の他に、例えば窒化チタン、窒化ジルコニウム、チタン、タングステン、ニッケル、白金、クロム、銀、アルミニウム等の１つまたは複数からなる単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との三層構造等を第１の電極６００４に用いることもできる。ただし透光性酸化物導電材料以外の材料を用いる場合、光が透過する程度の膜厚（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）で第１の電極６００４を形成する。
【０２５１】
また第２の電極６００６は、光を反射もしくは遮蔽する材料及び膜厚で形成し、なおかつ仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などで形成することができる。具体的には、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、これらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ、Ｍｇ：Ｉｎなど）、およびこれらの化合物（フッ化カルシウム、窒化カルシウム）の他、ＹｂやＥｒ等の希土類金属を用いることができる。また電子注入層を設ける場合、Ａｌなどの他の導電層を用いることも可能である。
【０２５２】
電界発光層６００５は、単数または複数の層で構成されている。複数の層で構成されている場合、これらの層は、キャリア輸送特性の観点から正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などに分類することができる。電界発光層６００５が発光層の他に、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層のいずれかを有している場合、第１の電極６００４から正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層する。なお各層の境目は必ずしも明確である必要はなく、互いの層を構成している材料が一部混合し、界面が不明瞭になっている場合もある。各層には、有機系の材料、無機系の材料を用いることが可能である。有機系の材料として、高分子系、中分子系、低分子系のいずれの材料も用いることが可能である。なお中分子系の材料とは、構造単位の繰返しの数（重合度）が２から２０程度の低重合体に相当する。正孔注入層と正孔輸送層との区別は必ずしも厳密なものではなく、これらは正孔輸送性（正孔移動度）が特に重要な特性である意味において同じである。便宜上正孔注入層は陽極に接する側の層であり、正孔注入層に接する層を正孔輸送層と呼んで区別する。電子輸送層、電子注入層についても同様であり、陰極に接する層を電子注入層と呼び、電子注入層に接する層を電子輸送層と呼んでいる。発光層は電子輸送層を兼ねる場合もあり、発光性電子輸送層とも呼ばれる。
【０２５３】
図１４（Ａ）に示した画素の場合、発光素子６００３から発せられる光を、白抜きの矢印で示すように第１の電極６００４側から取り出すことができる。
【０２５４】
次に図１４（Ｂ）に、トランジスタ６０１１がｐ型で、発光素子６０１３から発せられる光を第２の電極６０１６側から取り出す場合の、画素の断面図を示す。トランジスタ６０１１は絶縁膜６０１７で覆われており、絶縁膜６０１７上には開口部を有する隔壁６０１８が形成されている。隔壁６０１８の開口部において第１の電極６０１４が一部露出しており、該開口部において第１の電極６０１４、電界発光層６０１５、第２の電極６０１６が順に積層されている。
【０２５５】
第１の電極６０１４は、光を反射もしくは遮蔽する材料及び膜厚で形成し、なおかつ陽極として用いるのに適する材料で形成する。例えば、窒化チタン、窒化ジルコニウム、チタン、タングステン、ニッケル、白金、クロム、銀、アルミニウム等の１つまたは複数からなる単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との三層構造等を第１の電極６０１４に用いることができる。
【０２５６】
また第２の電極６０１６は、可視光に対して透光性を有する材料または膜厚で形成し、なおかつ仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などで形成することができる。具体的には、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、これらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ、Ｍｇ：Ｉｎなど）、およびこれらの化合物（フッ化カルシウム、窒化カルシウム）の他、ＹｂやＥｒ等の希土類金属を用いることができる。また電子注入層を設ける場合、Ａｌなどの他の導電層を用いることも可能である。そして第２の電極６０１６を、光が透過する程度の膜厚（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）で形成する。なお、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などその他の透光性酸化物導電材料を用いることも可能である。またＩＴＯ及びＩＴＳＯや、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに、さらに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したものを用いても良い。透光性酸化物導電材料を用いる場合、電界発光層６０１５に電子注入層を設けるのが望ましい。
【０２５７】
電界発光層６０１５は、図１４（Ａ）の電界発光層６００５と同様に形成することができる。
【０２５８】
図１４（Ｂ）に示した画素の場合、発光素子６０１３から発せられる光を、白抜きの矢印で示すように第２の電極６０１６側から取り出すことができる。
【０２５９】
次に図１４（Ｃ）に、トランジスタ６０２１がｐ型で、発光素子６０２３から発せられる光を第１の電極６０２４側及び第２の電極６０２６側から取り出す場合の、画素の断面図を示す。トランジスタ６０２１は絶縁膜６０２７で覆われており、絶縁膜６０２７上には開口部を有する隔壁６０２８が形成されている。隔壁６０２８の開口部において第１の電極６０２４が一部露出しており、該開口部において第１の電極６０２４、電界発光層６０２５、第２の電極６０２６が順に積層されている。
【０２６０】
第１の電極６０２４は、図１４（Ａ）の第１の電極６００４と同様に形成することができる。また第２の電極６０２６は、図１４（Ｂ）の第２の電極６０１６と同様に形成することができる。電界発光層６０２５は、図１４（Ａ）の電界発光層６００５と同様に形成することができる。
【０２６１】
図１４（Ｃ）に示した画素の場合、発光素子６０２３から発せられる光を、白抜きの矢印で示すように第１の電極６０２４側及び第２の電極６０２６側から取り出すことができる。
【０２６２】
本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２６３】
（実施の形態９）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る作製方法を用いて形成された液晶表示装置の構成について説明する。
【０２６４】
図１５に、本発明の液晶表示装置の断面図を一例として示す。基板１４００上の薄膜トランジスタ１４０１は、導電膜１４０２を間に介して画素電極１４０３と電気的に接続されている。
【０２６５】
また、スペーサ１４０４は、液晶素子のセルギャップを制御している。スペーサ１４０４は、絶縁膜を所望の形状にエッチングすることで形成することが可能であるが、フィラーを用いることでセルギャップを制御するようにしても良い。
【０２６６】
そして、画素電極１４０３上には、配向膜１４０５が形成されている。配向膜１４０５は、例えば絶縁膜にラビング処理を施すことで、形成することができる。また画素電極１４０３と対峙する位置には、対向電極１４０６が設けられており、対向電極１４０６の画素電極１４０３に近い側には配向膜１４０７が形成されている。そして、画素電極１４０３と、対向電極１４０６の間においてシール材１４０８に囲まれた領域には、液晶１４０９が設けられている。なおシール材１４０８にはフィラーが混入されていても良い。
【０２６７】
画素電極１４０３と対向電極１４０６は、例えばＩＴＳＯ、ＩＴＯ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などの透明導電材料を用いることができる。なお、本実施の形態では、画素電極１４０３及び対向電極１４０６に光を透過する導電膜を用い、透過型の液晶素子を作製する例を示すが、本発明はこの構成に限定されない。本発明の一態様に係る液晶表示装置は、半透過型または反射型であっても良い。
【０２６８】
カラーフィルタや、ディスクリネーションを防ぐための遮蔽膜（ブラックマトリクス）などが、図１５に示した液晶表示装置に設けられていても良い。
【０２６９】
なお、本実施の形態では、液晶表示装置として、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型を示したが、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）型、ＯＣＢ（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）型、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）型等の、その他の液晶表示装置にも、本発明の薄膜トランジスタを用いることができる。
【０２７０】
本発明の一態様に係る液晶表示装置は、移動度及びオン電流が高く、なおかつ信頼性の高い薄膜トランジスタを用いているため、コントラスト及び視認性が高い。
【０２７１】
本実施の形態は他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
【実施例１】
【０２７２】
本発明の一態様に係る作製方法を用いることで、特性のばらつきが抑えられ、なおかつ、オン電流が高い、絶縁耐圧が高いなどの良好な特性を持った半導体素子を有する半導体装置を、形成することができる。また、半導体素子の微細化を実現することが出来る。よって、上記半導体装置を用いた電子機器は、半導体装置をその構成要素に追加することにより、より高機能のアプリケーションを搭載することができるようになる。本発明の作製方法を用いた半導体装置は、表示装置、ノート型パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置（代表的にはＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置）に用いることができる。その他に、本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置を用いることができる電子機器として、携帯電話、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図１６に示す。
【０２７３】
図１６（Ａ）は表示装置であり、筐体５００１、表示部５００２、支持台５００３等を有する。本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置は、表示部５００２またはその他の信号処理回路に用いることができる。表示部５００２またはその他の信号処理回路に本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置を用いることで、より高機能のアプリケーションが搭載された表示装置を提供することができる。なお、表示装置には、パーソナルコンピュータ用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【０２７４】
図１６（Ｂ）は携帯情報端末であり、筐体５１０１、表示部５１０２、スイッチ５１０３、操作キー５１０４、赤外線ポート５１０５等を有する。本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置は、表示部５１０２またはその他の信号処理回路に用いることができる。表示部５１０２またはその他の信号処理回路に本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置を用いることで、より高機能のアプリケーションが搭載された携帯情報端末を提供することができる。
【０２７５】
図１６（Ｃ）は現金自動預け入れ払い機であり、筐体５２０１、表示部５２０２、硬貨投入口５２０３、紙幣投入口５２０４、カード投入口５２０５、通帳投入口５２０６等を有する。本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置は、表示部５２０２またはその他の信号処理回路に用いることができる。表示部５２０２またはその他の信号処理回路に本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置を用いることで、より高機能のアプリケーションが搭載された現金自動預け入れ払い機を提供することができる。
【０２７６】
図１６（Ｄ）は携帯型ゲーム機であり、筐体５３０１、筐体５３０２、表示部５３０３、表示部５３０４、マイクロホン５３０５、スピーカー５３０６、操作キー５３０７、スタイラス５３０８等を有する。本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置は、表示部５３０３、表示部５３０４またはその他の信号処理回路に用いることができる。表示部５３０３、表示部５３０４またはその他の信号処理回路に本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置を用いることで、より高機能のアプリケーションが搭載された携帯型ゲーム機を提供することができる。なお、図１６（Ｄ）に示した携帯型ゲーム機は、２つの表示部５３０３と表示部５３０４とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない。
【０２７７】
図１６（Ｅ）は携帯電話であり、筐体５４０１、表示部５４０２、音声入力部５４０３、音声出力部５４０４、操作キー５４０５、受光部５４０６等を有する。受光部５４０６において受信した光を電気信号に変換することで、外部の画像を取り込むことができる。本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置は、表示部５４０２またはその他の信号処理回路に用いることができる。表示部５４０２またはその他の信号処理回路に本発明の一態様に係る作製方法を用いた半導体装置を用いることで、より高機能のアプリケーションが搭載された携帯電話を提供することができる。
【０２７８】
本実施例は、上記実施の形態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】
【０２７９】
１００ ボンド基板
１０１ 半導体膜
１０２ 絶縁膜
１０３ ベース基板
１０４ 酸化膜
１０５ 半導体膜
１０６ レーザ光
１０７ ピッチ縞
１０８ レーザ光
１０９ 半導体膜
２００ ボンド基板
２０１ 絶縁膜
２０２ 脆化層
２０３ ベース基板
２０４ 半導体膜
２０５ 酸化膜
２０６ レーザ光
２０７ 半導体膜
２０８ ピッチ縞
２０９ レーザ光
２１０ 半導体膜
２１１ 半導体膜
２１２ 半導体膜
２１３ トランジスタ
２１４ トランジスタ
２２０ 絶縁膜
６００ ベース基板
６０１ 絶縁膜
６０２ 半導体膜
６０３ 半導体膜
６０４ ゲート絶縁膜
６０７ 電極
６０８ 不純物領域
６０９ 不純物領域
６１０ サイドウォール
６１１ 高濃度不純物領域
６１２ 低濃度不純物領域
６１３ チャネル形成領域
６１４ 高濃度不純物領域
６１５ 低濃度不純物領域
６１６ チャネル形成領域
６１７ トランジスタ
６１８ トランジスタ
６１９ 絶縁膜
６２０ 絶縁膜
６２１ 導電膜
６２２ 導電膜
１４００ 基板
１４０１ 薄膜トランジスタ
１４０２ 導電膜
１４０３ 画素電極
１４０４ スペーサ
１４０５ 配向膜
１４０６ 対向電極
１４０７ 配向膜
１４０８ シール材
１４０９ 液晶
１８００ ベース基板
１８０１ ボンド基板
１８０２ 半導体膜
１８０４ ビームスポット
１８０６ 半導体装置
１８１０ 走査線
１８１１ 信号線
１８１２ トランジスタ
１８１３ 画素電極
１８１４ 保持容量
１８１５ 配線
１８１６ 半導体膜
１８１７ 絶縁膜
１８１８ 導電膜
１８２０ 層間絶縁膜
５００１ 筐体
５００２ 表示部
５００３ 支持台
５１０１ 筐体
５１０２ 表示部
５１０３ スイッチ
５１０４ 操作キー
５１０５ 赤外線ポート
５２０１ 筐体
５２０２ 表示部
５２０３ 硬貨投入口
５２０４ 紙幣投入口
５２０５ カード投入口
５２０６ 通帳投入口
５３０１ 筐体
５３０２ 筐体
５３０３ 表示部
５３０４ 表示部
５３０５ マイクロホン
５３０６ スピーカー
５３０７ 操作キー
５３０８ スタイラス
５４０１ 筐体
５４０２ 表示部
５４０３ 音声入力部
５４０４ 音声出力部
５４０５ 操作キー
５４０６ 受光部
６００１ トランジスタ
６００３ 発光素子
６００４ 電極
６００５ 電界発光層
６００６ 電極
６００７ 絶縁膜
６００８ 隔壁
６０１１ トランジスタ
６０１３ 発光素子
６０１４ 電極
６０１５ 電界発光層
６０１６ 電極
６０１７ 絶縁膜
６０１８ 隔壁
６０２１ トランジスタ
６０２３ 発光素子
６０２４ 電極
６０２５ 電界発光層
６０２６ 電極
６０２７ 絶縁膜
６０２８ 隔壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶半導体基板とベース基板とを絶縁膜を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を分離することにより、前記絶縁膜を間に挟んで前記ベース基板上に単結晶半導体膜を形成し、
前記単結晶半導体膜上に形成された酸化膜を除去し、
前記酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜に第１のレーザ光を照射し、
前記第１のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜に第２のレーザ光を照射し、
前記単結晶半導体膜の任意の一点における前記第２のレーザ光のショット数は、前記単結晶半導体膜の任意の一点における前記第１のレーザ光のショット数よりも少ないＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項２】
単結晶半導体基板とベース基板とを絶縁膜を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を分離することにより、前記絶縁膜を間に挟んで前記ベース基板上に単結晶半導体膜を形成し、
前記単結晶半導体膜上に形成された酸化膜を除去し、
前記酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜に、前記単結晶半導体膜の任意の一点におけるショット数が１０以上１００以下となるように、第１のレーザ光を照射し、
前記第１のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜の任意の一点におけるショット数が０より大きく２以下となるように、前記単結晶半導体膜に第２のレーザ光を照射するＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項３】
単結晶半導体基板とベース基板とを絶縁膜を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を分離することにより、前記絶縁膜を間に挟んで前記ベース基板上に単結晶半導体膜を形成し、
前記単結晶半導体膜上に形成された第１の酸化膜を除去し、
前記第１の酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜に第１のレーザ光を照射し、
前記第１のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜上に形成された第２の酸化膜を除去し、
前記第２の酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜に第２のレーザ光を照射し、
前記単結晶半導体膜の任意の一点における前記第２のレーザ光のショット数は、前記単結晶半導体膜の任意の一点における前記第１のレーザ光のショット数よりも少ないＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項４】
単結晶半導体基板とベース基板とを絶縁膜を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を分離することにより、前記絶縁膜を間に挟んで前記ベース基板上に単結晶半導体膜を形成し、
前記単結晶半導体膜上に形成された第１の酸化膜を除去し、
前記第１の酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜に、前記単結晶半導体膜の任意の一点におけるショット数が１０以上１００以下となるように、第１のレーザ光を照射し、
前記第１のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜上に形成された第２の酸化膜を除去し、
前記第２の酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜の任意の一点におけるショット数が０より大きく２以下となるように、前記単結晶半導体膜に第２のレーザ光を照射するＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、
前記第１のレーザ光のエネルギー密度は、前記単結晶半導体膜を部分溶融させる程度の高さであるＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項において、
前記第２のレーザ光のエネルギー密度は、前記単結晶半導体膜を部分溶融させる程度の高さであるＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項７】
単結晶半導体基板とベース基板とを絶縁膜を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を分離することにより、前記絶縁膜を間に挟んで前記ベース基板上に単結晶半導体膜を形成し、
前記単結晶半導体膜上に形成された酸化膜を除去し、
前記酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜に第１のレーザ光を照射し、
前記第１のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜に第２のレーザ光を照射し、
前記第２のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜を所望の形状に加工し、
前記単結晶半導体膜の任意の一点における前記第２のレーザ光のショット数は、前記単結晶半導体膜の任意の一点における前記第１のレーザ光のショット数よりも少ない半導体装置の作製方法。
【請求項８】
単結晶半導体基板とベース基板とを絶縁膜を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を分離することにより、前記絶縁膜を間に挟んで前記ベース基板上に単結晶半導体膜を形成し、
前記単結晶半導体膜上に形成された酸化膜を除去し、
前記酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜に、前記単結晶半導体膜の任意の一点におけるショット数が１０以上１００以下となるように、第１のレーザ光を照射し、
前記第１のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜の任意の一点におけるショット数が０より大きく２以下となるように、前記単結晶半導体膜に第２のレーザ光を照射し、
前記第２のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜を所望の形状に加工する半導体装置の作製方法。
【請求項９】
単結晶半導体基板とベース基板とを絶縁膜を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を分離することにより、前記絶縁膜を間に挟んで前記ベース基板上に単結晶半導体膜を形成し、
前記単結晶半導体膜上に形成された第１の酸化膜を除去し、
前記第１の酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜に第１のレーザ光を照射し、
前記第１のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜上に形成された第２の酸化膜を除去し、
前記第２の酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜に第２のレーザ光を照射し、
前記第２のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜を所望の形状に加工し、
前記単結晶半導体膜の任意の一点における前記第２のレーザ光のショット数は、前記単結晶半導体膜の任意の一点における前記第１のレーザ光のショット数よりも少ない半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
単結晶半導体基板とベース基板とを絶縁膜を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を分離することにより、前記絶縁膜を間に挟んで前記ベース基板上に単結晶半導体膜を形成し、
前記単結晶半導体膜上に形成された第１の酸化膜を除去し、
前記第１の酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜に、前記単結晶半導体膜の任意の一点におけるショット数が１０以上１００以下となるように、第１のレーザ光を照射し、
前記第１のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜上に形成された第２の酸化膜を除去し、
前記第２の酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜の任意の一点におけるショット数が０より大きく２以下となるように、前記単結晶半導体膜に第２のレーザ光を照射し、
前記第２のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜を所望の形状に加工する半導体装置の作製方法。
【請求項１１】
請求項７乃至請求項１０のいずれか１項において、
前記第１のレーザ光のエネルギー密度は、前記単結晶半導体膜を部分溶融させる程度の高さである半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
請求項７乃至請求項１１のいずれか１項において、
前記第２のレーザ光のエネルギー密度は、前記単結晶半導体膜を部分溶融させる程度の高さである半導体装置の作製方法。
【請求項１】
単結晶半導体基板とベース基板とを絶縁膜を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を分離することにより、前記絶縁膜を間に挟んで前記ベース基板上に単結晶半導体膜を形成し、
前記単結晶半導体膜上に形成された酸化膜を除去し、
前記酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜に第１のレーザ光を照射し、
前記第１のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜に第２のレーザ光を照射し、
前記単結晶半導体膜の任意の一点における前記第２のレーザ光のショット数は、前記単結晶半導体膜の任意の一点における前記第１のレーザ光のショット数よりも少ないＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項２】
単結晶半導体基板とベース基板とを絶縁膜を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を分離することにより、前記絶縁膜を間に挟んで前記ベース基板上に単結晶半導体膜を形成し、
前記単結晶半導体膜上に形成された酸化膜を除去し、
前記酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜に、前記単結晶半導体膜の任意の一点におけるショット数が１０以上１００以下となるように、第１のレーザ光を照射し、
前記第１のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜の任意の一点におけるショット数が０より大きく２以下となるように、前記単結晶半導体膜に第２のレーザ光を照射するＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項３】
単結晶半導体基板とベース基板とを絶縁膜を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を分離することにより、前記絶縁膜を間に挟んで前記ベース基板上に単結晶半導体膜を形成し、
前記単結晶半導体膜上に形成された第１の酸化膜を除去し、
前記第１の酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜に第１のレーザ光を照射し、
前記第１のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜上に形成された第２の酸化膜を除去し、
前記第２の酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜に第２のレーザ光を照射し、
前記単結晶半導体膜の任意の一点における前記第２のレーザ光のショット数は、前記単結晶半導体膜の任意の一点における前記第１のレーザ光のショット数よりも少ないＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項４】
単結晶半導体基板とベース基板とを絶縁膜を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を分離することにより、前記絶縁膜を間に挟んで前記ベース基板上に単結晶半導体膜を形成し、
前記単結晶半導体膜上に形成された第１の酸化膜を除去し、
前記第１の酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜に、前記単結晶半導体膜の任意の一点におけるショット数が１０以上１００以下となるように、第１のレーザ光を照射し、
前記第１のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜上に形成された第２の酸化膜を除去し、
前記第２の酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜の任意の一点におけるショット数が０より大きく２以下となるように、前記単結晶半導体膜に第２のレーザ光を照射するＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、
前記第１のレーザ光のエネルギー密度は、前記単結晶半導体膜を部分溶融させる程度の高さであるＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項において、
前記第２のレーザ光のエネルギー密度は、前記単結晶半導体膜を部分溶融させる程度の高さであるＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項７】
単結晶半導体基板とベース基板とを絶縁膜を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を分離することにより、前記絶縁膜を間に挟んで前記ベース基板上に単結晶半導体膜を形成し、
前記単結晶半導体膜上に形成された酸化膜を除去し、
前記酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜に第１のレーザ光を照射し、
前記第１のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜に第２のレーザ光を照射し、
前記第２のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜を所望の形状に加工し、
前記単結晶半導体膜の任意の一点における前記第２のレーザ光のショット数は、前記単結晶半導体膜の任意の一点における前記第１のレーザ光のショット数よりも少ない半導体装置の作製方法。
【請求項８】
単結晶半導体基板とベース基板とを絶縁膜を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を分離することにより、前記絶縁膜を間に挟んで前記ベース基板上に単結晶半導体膜を形成し、
前記単結晶半導体膜上に形成された酸化膜を除去し、
前記酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜に、前記単結晶半導体膜の任意の一点におけるショット数が１０以上１００以下となるように、第１のレーザ光を照射し、
前記第１のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜の任意の一点におけるショット数が０より大きく２以下となるように、前記単結晶半導体膜に第２のレーザ光を照射し、
前記第２のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜を所望の形状に加工する半導体装置の作製方法。
【請求項９】
単結晶半導体基板とベース基板とを絶縁膜を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を分離することにより、前記絶縁膜を間に挟んで前記ベース基板上に単結晶半導体膜を形成し、
前記単結晶半導体膜上に形成された第１の酸化膜を除去し、
前記第１の酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜に第１のレーザ光を照射し、
前記第１のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜上に形成された第２の酸化膜を除去し、
前記第２の酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜に第２のレーザ光を照射し、
前記第２のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜を所望の形状に加工し、
前記単結晶半導体膜の任意の一点における前記第２のレーザ光のショット数は、前記単結晶半導体膜の任意の一点における前記第１のレーザ光のショット数よりも少ない半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
単結晶半導体基板とベース基板とを絶縁膜を介して貼り合わせ、
前記単結晶半導体基板を分離することにより、前記絶縁膜を間に挟んで前記ベース基板上に単結晶半導体膜を形成し、
前記単結晶半導体膜上に形成された第１の酸化膜を除去し、
前記第１の酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜に、前記単結晶半導体膜の任意の一点におけるショット数が１０以上１００以下となるように、第１のレーザ光を照射し、
前記第１のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜上に形成された第２の酸化膜を除去し、
前記第２の酸化膜を除去した後、前記単結晶半導体膜の任意の一点におけるショット数が０より大きく２以下となるように、前記単結晶半導体膜に第２のレーザ光を照射し、
前記第２のレーザ光を照射した後、前記単結晶半導体膜を所望の形状に加工する半導体装置の作製方法。
【請求項１１】
請求項７乃至請求項１０のいずれか１項において、
前記第１のレーザ光のエネルギー密度は、前記単結晶半導体膜を部分溶融させる程度の高さである半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
請求項７乃至請求項１１のいずれか１項において、
前記第２のレーザ光のエネルギー密度は、前記単結晶半導体膜を部分溶融させる程度の高さであ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１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【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１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−７７５０５（Ｐ２０１１−７７５０５Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８５７８３（Ｐ２０１０−１８５７８３）
【出願日】平成２２年８月２３日（２０１０．８．２３）
【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４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２３日（２０１０．８．２３）
【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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