專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用具有SOI結(jié)構(gòu)的襯底的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
正在開發(fā)在絕緣層上設(shè)置有薄單晶半導(dǎo)體層的稱為絕緣體上硅
(Silicon on Insulator )的半導(dǎo)體襯底(SOI襯底)，而代替將單晶半 導(dǎo)體的錠(ingot)切成薄片而形成的硅片。通過使用SOI襯底設(shè)置構(gòu) 成集成電路的晶體管，可以減少晶體管的漏極和襯底之間的寄生電 容，從而被認(rèn)為對(duì)提高工作速度及降低耗電量有效。因此，SOI襯底 被期待著應(yīng)用于高性能半導(dǎo)體裝置如微處理器等。
作為制造SOI襯底的方法，已知?dú)潆x子注入剝離法(例如參照 專利文件1)。在氫離子注入剝離法中，通過將氫離子注入到硅片， 在離表面有預(yù)定深度處形成微小氣泡層，將氫離子注入面重疊于另一 硅片，進(jìn)行熱處理，并以該微小氣泡層為劈開面進(jìn)行剝離，來將薄硅 層(SOI層)接合到另一硅片。除了進(jìn)行用來剝離SOI層的熱處理以 外，還需要通過在氧化性氣氛下進(jìn)行熱處理而在SOI層上形成氧化 層，然后去除該氧化層，并在1000'C至1300"的還原性氣氛下進(jìn)行 熱處理，以提高接合面的接合強(qiáng)度并改善SOI層表面的損傷層。
另 一方面，公開了在絕緣襯底如高耐熱性玻璃等上設(shè)置有單晶硅 層的半導(dǎo)體裝置(參照專利文件2)。在該半導(dǎo)體裝置中，使用絕緣 性硅層保護(hù)應(yīng)變點(diǎn)為750'C以上的結(jié)晶玻璃的整個(gè)表面，并將通過氫 離子注入剝離法而獲得的單晶硅層固定于該絕緣性硅層上。 專利文件1日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_2000-124092號(hào)7>報(bào) 專利文件2日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平11-163363號(hào)公報(bào) 在氫離子注入剝離法中，需要在1000'C以上的高溫下進(jìn)行熱處理，以提高SOI層和另一襯底的接合強(qiáng)度并改善SOI層表面的損傷
層。因此，在為了降低襯底的成本而將單晶硅層接合到用于液晶面板
等的耐熱溫度為700'C左右的玻璃襯底來形成SOI襯底的情況下，發(fā) 生玻璃襯底因所述高溫下進(jìn)行熱處理而收縮的問題。若玻璃襯底收 縮，則單晶硅層和玻璃襯底的接合強(qiáng)度降低，因此成品率降低。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高成品率地制造具有 結(jié)晶半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體裝置的方法，該結(jié)晶半導(dǎo)體層即使使用耐熱溫 度低的襯底如玻璃襯底等也可以實(shí)用。
通過在作為半導(dǎo)體層的基體的半導(dǎo)體襯底的一部分中形成槽，形 成具有凸部的半導(dǎo)體襯底，而且覆蓋該凸部地形成接合層。另外，在 形成接合層之前，通過至少對(duì)成為凸部的半導(dǎo)體襯底照射加速了的離 子，將半導(dǎo)體襯底的一部分多孔化而形成脆弱層。在清洗接合層的表 面及支撐襯底的表面之后，將接合層和支撐襯底接合，并進(jìn)行分離半 導(dǎo)體襯底的熱處理，以在支撐襯底上提供半導(dǎo)體層。通過選擇性地蝕 刻該半導(dǎo)體層，制造場(chǎng)效應(yīng)晶體管、二極管、電容元件、非易失存儲(chǔ)
元件等的半導(dǎo)體元件，以制造半導(dǎo)體裝置。
在進(jìn)行分離半導(dǎo)體襯底的熱處理之前，在半導(dǎo)體村底的一部分形 成槽，來形成分離的凸部。然后，將該凸部接合到支撐襯底，并進(jìn)行 分離半導(dǎo)體襯底的熱處理。通過進(jìn)行分離半導(dǎo)體襯底的熱處理，支撐
襯底收縮，因而接合到支撐襯底上的SOI層的位置也變化，并且產(chǎn)生
畸變應(yīng)力。但是，由于凸部是被槽分離而不是連續(xù)接合到支撐襯底上， 所以可以抑制由支撐襯底收縮產(chǎn)生的半導(dǎo)體層的畸變應(yīng)力，并可以抑 制膜剝離或接合面的接合力降低。另外,因?yàn)樵诤罄m(xù)的加熱步驟中不 容易發(fā)生支撐襯底的收縮，所以可以抑制在多個(gè)光刻步驟中的光掩模 的偏離。
當(dāng)通過向半導(dǎo)體襯底照射加速了的離子將半導(dǎo)體襯底的一部分
多孔化來形成脆弱區(qū)域時(shí)，存在著如下區(qū)域加速了的離子即使被照射到半導(dǎo)體襯底，在該區(qū)域在半導(dǎo)體襯底中也不適當(dāng)?shù)匕撾x子。 通過去除半導(dǎo)體襯底中的該區(qū)域形成槽，來形成凸部，以在凸部中形 成連續(xù)的脆弱區(qū)域。然后，將所述被分割的半導(dǎo)體襯底接合到支撐襯 底，并進(jìn)行分離半導(dǎo)體襯底的熱處理。通過進(jìn)行分離半導(dǎo)體襯底的熱 處理，在連續(xù)的脆弱區(qū)域中半導(dǎo)體襯底的整個(gè)凸部被分離，來可以在 支撐襯底上設(shè)置具有預(yù)定厚度的半導(dǎo)體層。
接合層是形成平滑面且具有親水性表面的層。作為可形成這種表 面的層，優(yōu)選使用通過化學(xué)反應(yīng)形成的絕緣層。例如，優(yōu)選使用通過 熱反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)形成的氧化層。這是因?yàn)橹饕ㄟ^化學(xué)反應(yīng)形成的 膜能夠確保表面平滑性的緣故。作為接合層的代表例子，使用以有機(jī) 硅烷為原料而形成的氧化硅層。作為有機(jī)硅烷氣體，可以使用硅酸乙
酯(四乙氧基硅烷，TEOS; Si(OC2H5)4)、四甲基硅烷(Si(CH3)4)、 三甲基珪烷((CH3)3SiH)、四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS)、八甲基 環(huán)四硅氧烷(OMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)、三乙氧基珪 烷(SiH(OC2H5)3)、三二甲氨基硅烷(SiH(N(CH3)2) 3)等的含硅化 合物。
另外，可以先在支撐襯底上以支撐襯底的應(yīng)變點(diǎn)以下的溫度形成 防止雜質(zhì)擴(kuò)散的阻擋層，然后接合支撐襯底的阻擋層和半導(dǎo)體襯底的 接合層，并進(jìn)行分離半導(dǎo)體襯底的熱處理，以在支撐襯底上設(shè)置半導(dǎo) 體層。
另外，可以在將槽形成于半導(dǎo)體襯底的一部分之前或之后，在半 導(dǎo)體襯底的表面上形成阻擋層，并在該阻擋層上形成接合層，然后接 合支撐襯底和半導(dǎo)體襯底的接合層，并進(jìn)行分離半導(dǎo)體襯底的熱處 理，以在支撐襯底上設(shè)置半導(dǎo)體層。
作為形成在支撐襯底或半導(dǎo)體襯底上的防止雜質(zhì)元素?cái)U(kuò)散的阻 擋層，可以設(shè)置氮化硅層、氮氧化硅層、氮化鋁層、或氮氧化鋁層。 再者，可以組合氧氮化硅層作為具有應(yīng)力緩和效果的絕緣層。這里， 氡氮化硅層指的是在其組成上氧含量多于氮含量的物質(zhì)，在通過盧瑟 福背散射分析(RBS; Rutherford Backscattering Spectrometry )及氬正散射分析(HFS; Hydrogen Forward Scattering)測(cè)量的情況下包 含氧、氮、Si及氫，其濃度如下50至70原子％的氧；0.5至15原 子％的氮；25至35原子。/Q的Si;以及0.1至10原子％的氫。另一方 面，氮氧化硅層指的是在其組成上氮含量多于氧含量的物質(zhì)，在通過 RBS及HFS測(cè)量的情況下包含氧、氮、Si及氫，其濃度如下5至 30原子％的氧；20至50原子％的氮；25至35原子。/。的Si;以及10 至30原子％的氬。注意，當(dāng)將構(gòu)成氧氮化硅或氮氧化硅的原子總量 設(shè)定為100原子％時(shí)，氮、氧、Si及氫的含量比率在上述范圍內(nèi)。
再者，在將槽形成于半導(dǎo)體襯底的一部分之前或之后，優(yōu)選在氧 化性氣氛下對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行加熱處理。尤其是，優(yōu)選在包含卣素的 氧化性氣氛下進(jìn)行熱處理。例如，將微量鹽酸添加到氧來進(jìn)行熱處理， 以在半導(dǎo)體襯底上形成氧化層。由此，半導(dǎo)體村底和氧化層的界面的 懸空鍵以氫為終端，從而可以使界面不激活并實(shí)現(xiàn)電特性的穩(wěn)定化。 另外，氯有與包含在半導(dǎo)體襯底中的金屬反應(yīng)來去除它(吸雜)的作 用。
在通過將槽形成于半導(dǎo)體襯底的一部分而形成具有凸部的半導(dǎo) 體襯底之后，將該凸部接合到支撐襯底，而且通過進(jìn)行熱處理，可以 在脆弱區(qū)域中分離半導(dǎo)體襯底，并在支撐襯底上提供SOI層。由于半 導(dǎo)體襯底中的凸部被分離，所以可以防止SOI層的剝離，該剝離是伴 隨由加熱導(dǎo)致的所述支撐襯底的收縮而發(fā)生的。
另外，由于在半導(dǎo)體襯底的凸部中形成有連續(xù)的脆弱層，所以可 以在支撐襯底上設(shè)置具有預(yù)定厚度的SOI層。
因此，可以通過使用上述SOI層高成品率地制造半導(dǎo)體裝置。


圖1A至1D是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造步驟的截面圖； 圖2A和2B是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造步驟的截面圖； 圖3A至3C是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造步驟的截面圖； 圖4A和4B是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造步驟的截面圖；圖5是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造步驟的俯視圖； 圖6是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造步驟的俯視圖； 圖7是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造步驟的俯視圖； 圖8A至8D是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造步驟的截面圖； 圖9A至9C是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造步驟的截面圖； 圖10A至10C是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造步驟的俯視圖； 圖11A至11D是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造步驟的截面圖； 圖12A至12C是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造步驟的截面圖； 圖13A和13B是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造步驟的截面圖； 圖14A和14B是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造步驟的截面圖； 圖15是表示作為半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的微處理器的結(jié)構(gòu)的框
圖16是表示作為半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的RFCPU的結(jié)構(gòu)的框
圖17是表示將半導(dǎo)體層接合到顯示面板制造用母玻璃的情況的
平面圖18A和18B是表示像素晶體管由半導(dǎo)體層構(gòu)成的液晶顯示裝 置的一個(gè)例子的圖19A和19B是表示像素晶體管由半導(dǎo)體層構(gòu)成的電致發(fā)光顯 示裝置的一個(gè)例子的圖20A至20C是說明才艮據(jù)本發(fā)明的電器的一個(gè)例子的圖21A至21C是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造步驟的截面圖22A至22D是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造步驟的截面圖23是示出氫離子種類的能量圖的圖24是示出離子的質(zhì)量分析結(jié)果的圖25是示出離子的質(zhì)量分析結(jié)果的圖26是示出當(dāng)將加速電壓設(shè)定為80kV時(shí)的氬的深度方向的廓 線(實(shí)測(cè)值及計(jì)算值)的圖27是示出當(dāng)將加速電壓設(shè)定為80kV時(shí)的氫的深度方向的廓線(實(shí)測(cè)值、計(jì)算值、以及擬合函數(shù))的圖28是示出當(dāng)將加速電壓設(shè)定為60kV時(shí)的氫的深度方向的廓 線(實(shí)測(cè)值、計(jì)算值、以及擬合函數(shù))的圖29是示出當(dāng)將加速電壓設(shè)定為40kV時(shí)的氫的深度方向的廓 線(實(shí)測(cè)值、計(jì)算值、以及擬合函數(shù))的圖30是總結(jié)擬合參數(shù)的比率(氫元素比及氫離子種類比)的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。注意，本發(fā)明不局限于 下述說明，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以很容易地理解一個(gè)事實(shí) 就是，其方式和詳細(xì)內(nèi)容可以在不脫離本發(fā)明的宗旨及其范圍的情況 下被變換為各種各樣的形式。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅限定在 下述實(shí)施方式所記栽的內(nèi)容中。在以下所說明的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，在 不同附圖之間共同使用同一附圖標(biāo)記表示同一部分。
注意，在以下說明中，雖然說明將單晶半導(dǎo)體層設(shè)置在具有絕緣 表面的襯底上或絕緣襯底上的情況，但是也可以通過改變作為單晶半 導(dǎo)體層的基體的半導(dǎo)體襯底的種類將多晶半導(dǎo)體層固定于具有絕緣 表面的襯底上或絕緣襯底上。
實(shí)施方式1
在本實(shí)施方式中，參照?qǐng)D1A至圖7說明高成品率地制造半導(dǎo)體 裝置的方法，其中考慮到當(dāng)將半導(dǎo)體襯底接合到支撐襯底并進(jìn)行熱處 理以剝離(分離)半導(dǎo)體村底的一部分時(shí)發(fā)生的支撐襯底的收縮。圖 1A至圖4B是沿圖5至圖7的A-B線的截面圖。圖5是半導(dǎo)體襯底的 俯視圖，而圖6及圖7是支撐襯底的俯視圖。
在圖1A中，可以使用結(jié)晶半導(dǎo)體襯底或單晶半導(dǎo)體襯底作為半 導(dǎo)體襯底101。作為結(jié)晶半導(dǎo)體襯底或單晶半導(dǎo)體襯底，可以舉出硅 襯底、鍺襯底，除此以外還可使用硅鍺、鎵砷或銦磷等化合物半導(dǎo)體 的襯底。作為在市場(chǎng)上銷售的硅襯底，典型地說，可以舉出直徑為5 英寸(125mm )、 6英寸(150mm )、 8英寸(200mm )、 12英寸(300mm )的襯底，其形狀大多是圓形。另外，可以在約1.5mm以下的范圍內(nèi)適 當(dāng)?shù)剡x擇其厚度。這里，使用p型或n型單晶硅襯底(硅片)作為半 導(dǎo)體襯底101。
另外，在半導(dǎo)體襯底101的一表面上形成阻擋層102。作為阻擋 層102，可以使用選自氮化硅層、氮氧化硅層、氮化鋁層或氮氧化鋁 層的一層或多個(gè)膜所構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)。通過氣相沉積法形成50nm至 200nm厚的氮化硅層、氮氧化硅層、氮化鋁層或氮氧化鋁層。例如， 氮化硅層以SiH4及NH3為源氣體通過等離子體CVD法而形成，氮氧 化珪層使用SiH4、 N20及NH3通過等離子體CVD法而形成，氮化鋁 層通過使用鋁耙并使用氮作為反應(yīng)氣體的反應(yīng)性濺射法而形成，或 者，氮化鋁層以氯化鋁或溴化鋁及氨為源氣體通過熱CVD法而形成，
法而形成，或者，氮氧化鋁層以氯化鋁或溴化鋁、氨及一氧化二氮為 源氣體通過熱CVD法而形成。
阻擋層102起到防止雜質(zhì)擴(kuò)散到由半導(dǎo)體襯底101構(gòu)成的SOI 層的作用。另外，阻擋層102還起到當(dāng)形成脆弱層(具體地說，指的 是被照射加速了的離子的脆弱層，下面稱為脆弱區(qū)域)時(shí)防止被照射 離子的半導(dǎo)體襯底101的面因離子照射而損傷使得平整度降低的作 用。
在圖1B中，去除半導(dǎo)體襯底101的一部分來形成槽107。其結(jié) 果，被分離的凸部形成在半導(dǎo)體襯底101上。另外，阻擋層102被分 開。
圖5是形成有槽的半導(dǎo)體村底101的上表面的示意圖。沿圖5 的A-B線的截面圖相當(dāng)于圖1B。
半導(dǎo)體襯底101被選擇性地蝕刻，阻擋層102a及102b殘留在相 當(dāng)于圖1B的凸部的部分中。當(dāng)從上表面看時(shí)，形成于半導(dǎo)體襯底IOI 的凸部大致對(duì)應(yīng)于瀑光裝置膝光一次的區(qū)域。
在制造半導(dǎo)體裝置等的技術(shù)中，當(dāng)形成微細(xì)圖案等時(shí)，大多采用 光刻步驟。在光刻步驟中，通過使用以步進(jìn)機(jī)為代表的詠光裝置，向涂敷在襯底上的抗蝕劑層以所希望的圖案膝光并顯影，然后通過利用 該圖案在襯底上形成所希望的圖案。膝光裝置曝光一次的區(qū)域的面積 根據(jù)各裝置而不同，但在利用現(xiàn)有步進(jìn)機(jī)的情況下，膝光一次的區(qū)域
的面積大約為25mm方形、100mm方形、113mm方形、132mm方形 或144mm方形，難以通過一次膝光對(duì)一邊長(zhǎng)超過1米的大面積襯底 整體進(jìn)行啄光。因此，預(yù)先將啄光裝置啄光一次的區(qū)域?qū)?yīng)于SOI層， 以高效地形成所希望的電路圖案。
在圖5中，以虛線表示膝光裝置膝光一次的區(qū)域108a及108b。 選擇性地蝕刻半導(dǎo)體襯底101，以將通過接合而成為SOI層的區(qū)域的 大小對(duì)應(yīng)于曝光裝置曝光一次的區(qū)域的大小。
另外，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記107a及107b還殘留在膝光裝置膝光一次的區(qū)域 108a及108b中。關(guān)于該對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記107a及107b，當(dāng)在成為SOI層的 半導(dǎo)體襯底的一部分中形成抗蝕劑掩模時(shí)，還在成為對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的部分 中形成抗蝕劑掩模。在圖5所示的半導(dǎo)體襯底101中，阻擋層也殘留 在對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記上。注意，在圖1B的截面圖中，未圖示對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記107a及 107b。
作為去除半導(dǎo)體襯底101的一部分來形成槽的方法，在以抗蝕劑 掩模覆蓋去除部分以外的部分之后，通過干蝕刻法或濕蝕刻法蝕刻半 導(dǎo)體襯底101的一部分?；蛘撸赏ㄟ^利用切割機(jī)的刀、劃線機(jī)、激 光束等形成槽。槽的深度根據(jù)之后轉(zhuǎn)置到支撐襯底上的SOI層的厚度 而適當(dāng)?shù)剡x擇。注意，SOI層的厚度可以根據(jù)包含加速了的離子元素 的區(qū)域的位置而設(shè)定。在本實(shí)施方式中，半導(dǎo)體襯底IOI的槽的深度
優(yōu)選深于脆弱區(qū)域(即，形成脆弱區(qū)域的位置)。通過將半導(dǎo)體襯底
101的槽加工為其深度深于脆弱區(qū)域，可以在之后將SOI層轉(zhuǎn)置在支 撐村底上時(shí)容易只將被分離的半導(dǎo)體襯底101的凸部接合到支撐襯底。
在圖1C中，通過將加速了的氫離子或面素離子照射到半導(dǎo)體襯 底IOI，形成脆弱區(qū)域103a至103c。脆弱區(qū)域103a至103c指的是通 過照射加速了的離子而包含離子元素的區(qū)域。例如，它指的是包含氫、卣素的脆弱區(qū)域，也稱為脆弱層。
脆弱區(qū)域103a至103c通過從半導(dǎo)體襯底101的表面照射由電場(chǎng) 加速的離子來在預(yù)定深度處包含該離子的元素而形成。作為這樣的離 子照射方法，可以舉出離子摻雜法和離子注入法等。形成在半導(dǎo)體襯 底101中的脆弱區(qū)域103a至103c的深度由離子加速能量和離子入射 角控制。在離半導(dǎo)體襯底101的表面的深度接近于離子平均進(jìn)入深度 的區(qū)域形成脆弱區(qū)域103a至103c。例如，半導(dǎo)體層的厚度為5nm至 500nm，優(yōu)選為10nm至200nm,當(dāng)將離子照射到半導(dǎo)體襯底時(shí)的加 速電壓根據(jù)該厚度而設(shè)定。
優(yōu)選使用離子摻雜裝置照射離子。就是說，采用如下?lián)诫s方式
在不對(duì)通過使源氣體等離子體化而產(chǎn)生的多個(gè)離子種類進(jìn)行質(zhì) 量分離的狀態(tài)下，以電場(chǎng)加速該多個(gè)離子種類來將它照射到對(duì)象物， 使得對(duì)象物包含被離子化的氣體元素。在本實(shí)施方式中，優(yōu)選摻雜氬 離子或卣素離子。在離子摻雜步驟中，加速電壓為10kV至100kV， 優(yōu)選為30kV至80kV，劑量為lxlO"/cm2至4xl016/cm2，射束電流密 度為2nA/cm2以上，優(yōu)選為5nA/cm2以上，更優(yōu)選為10jiA/cm2以上， 即可。由此，可以減少在半導(dǎo)體層中產(chǎn)生的缺陷。
在照射氫離子的情況下，優(yōu)選包含H+、 H2+、 H/離子，并提高 H/離子的比例。通過在照射氫離子的情況下包含H+、 H2+、 H3+離子， 并提高H3+離子的比例，與在不提高H/離子的比例的情況下照射離 子的情況相比可以提高引入效率，而可以縮短摻雜時(shí)間。由此，可以 在形成在半導(dǎo)體襯底101中的脆弱區(qū)域103a至103c中包含1 x 102°/cm3 (優(yōu)選為5xl0,cm3)以上的氫。通過在半導(dǎo)體襯底101中局部地形 成包含高濃度氫的區(qū)域，結(jié)晶結(jié)構(gòu)混亂且產(chǎn)生微小的空位，因此可以 形成具有多孔結(jié)構(gòu)的脆弱區(qū)域103a至103c。在此情況下，通過在比 較低的溫度下進(jìn)行熱處理，引起形成在脆弱區(qū)域103a至103c中的微 小空洞的體積變化，并沿脆弱區(qū)域劈開(分離)，可以形成厚度薄的 半導(dǎo)體層。
在本說明書中，離子摻雜指的是如下方法在不對(duì)通過使用原料氣體而產(chǎn)生的離子化氣體進(jìn)行質(zhì)量分離的狀態(tài)下，以電場(chǎng)加速該離子 化氣體來將它照射到對(duì)象物。通過使用離子摻雜裝置，可以對(duì)大面積 襯底高效地進(jìn)行高劑量離子摻雜。
另外，離子摻雜的加速電壓為20kV以上100kV以下，優(yōu)選為 20kV以上70kV以下，劑量為lxlO"個(gè)離子/cm2以上4xl0"個(gè)離子 /cm2以下，優(yōu)選為lxl0"個(gè)離子/cm2以上2.5xl0"個(gè)離子/cm2以下， 即可。在本實(shí)施方式中，在加速電壓為80kV且劑量為2xl0"個(gè)離子 /cm2的狀態(tài)下進(jìn)行離子摻雜。
通過對(duì)加速了的離子進(jìn)行質(zhì)量分離來將它照射到半導(dǎo)體襯底 101，也可以同樣地形成脆弱區(qū)域103a至103c。還在此情況下，優(yōu)選 選擇性地照射其質(zhì)量大的離子(例如H3+離子)，這是因?yàn)槟軌蚱鸬?與上述相同的效果的緣故。
除了氫以外，還可以選擇氘、氦等的惰性氣體作為產(chǎn)生離子的氣 體。通過以氦為原料氣體并使用沒有質(zhì)量分離功能的離子摻雜裝置， 可以獲得He+離子的比例高的離子束。通過將這種離子照射到半導(dǎo)體 襯底IOI,可以形成微小的空位，而可以在半導(dǎo)體襯底101中形成與 上述相同的脆弱區(qū)域103a至103c。
這里，由于在離半導(dǎo)體襯底101的表面有一定深度處包含加速了 的離子元素，所以脆弱區(qū)域不僅形成在半導(dǎo)體襯底的凸部中，而且還 形成在離槽107的表面有一定深度處。
圖1D表示形成接合層104 (形成在接合界面中的層)的步驟。 接合層104是形成平滑面且具有親水性表面的層。作為可形成這種表 面的層，優(yōu)選使用通過化學(xué)反應(yīng)形成的絕緣層。例如，優(yōu)選使用通過 熱反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)形成的氧化層。這是因?yàn)橹饕ㄟ^化學(xué)反應(yīng)形成的 層能夠確保表面平滑性的緣故。形成平滑面及親水性表面的接合層 104的厚度被設(shè)定為0.2nm至500nm。若采用該厚度，則可以降低被 成膜表面的粗糙度并確保該膜的生長(zhǎng)表面的平滑性。
作為接合層104的優(yōu)選例子，可以采用通過化學(xué)氣相沉積法而淀 積的氧化硅。在此情況下，優(yōu)選采用使用有機(jī)硅烷氣體通過化學(xué)氣相沉積法而形成的氧化硅層。作為有機(jī)硅烷氣體，可以使用硅酸乙酯(四
乙氧基硅烷，TEOS; Si(OC2H5)4)、四甲基硅烷(Si(CH3)4)、三甲 基硅烷((CH3)3S舊)、四曱基環(huán)四硅氧烷(TMCTS)、八甲基環(huán)四 硅氧烷(OMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)、三乙氧基硅烷 (SiH(OC2H5)3)、三二甲氨基硅烷(SiH(N(CH3)2) 3)等的含硅化合 物。在使用化學(xué)氣相沉積法的成膜步驟中，采用從形成在半導(dǎo)體襯底 中的脆弱區(qū)域103a至103c不發(fā)生脫氣的溫度如350'C以下的成膜溫 度。另外，在從單晶半導(dǎo)體襯底或多晶半導(dǎo)體襯底剝離(分離)單晶 半導(dǎo)體層或多晶半導(dǎo)體層的熱處理步驟中，采用比成膜溫度高的熱處 理溫度。
接合層104形成在支撐襯底100 —側(cè)及半導(dǎo)體襯底101 —側(cè)中的 單方或雙方，即可。
在圖1B和1C所示的步驟中，也可以在形成脆弱區(qū)域103a至 103c并去除半導(dǎo)體襯底的一部分而形成槽107之后，形成阻擋層102 和接合層104。通過進(jìn)行這一步驟，可以在不暴露于大氣的狀態(tài)下連 續(xù)形成阻擋層102和接合層104，并可以防止向半導(dǎo)體襯底101的異 物混入、半導(dǎo)體襯底101的鉀或鈉等的污染。另外，由于脆弱區(qū)域103c 不形成在后續(xù)的剝離(分離)步驟中分離的半導(dǎo)體襯底中，所以容易 再利用半導(dǎo)體襯底IOI。
圖2A表示接合支撐襯底100和半導(dǎo)體襯底101的步驟。通過將 支撐襯底100和半導(dǎo)體襯底101的形成有接合層104的面相對(duì)并密接， 實(shí)現(xiàn)接合。對(duì)接合的面進(jìn)行脫脂處理以使它十分干凈。然后，通過將 支撐襯底100和接合層104密接，在室溫下實(shí)現(xiàn)接合。這一接合起因 于表面間引力，而且更優(yōu)選進(jìn)行將多個(gè)親水基附著在表面上的處理。 例如，優(yōu)選對(duì)支撐襯底100的表面進(jìn)行氧等離子體處理或臭氧處理而 使它具有親水性。在進(jìn)行使表面具有親水性的這一處理的情況下，由 于表面的羥基而以氳鍵實(shí)現(xiàn)接合，再者，通過對(duì)將干凈的兩個(gè)表面密 接而實(shí)現(xiàn)接合的襯底等在室溫以上的溫度下進(jìn)行加熱，可以提高接合 強(qiáng)度。為了實(shí)現(xiàn)良好接合，進(jìn)行如下處理是有效的作為接合層104 的表面及與接合層104接觸的表面中的單方或雙方的預(yù)處理，對(duì)其表 面照射利用惰性氣體如氬等的離子束使它干凈。通過離子束照射，懸 空鍵露出在接合層104的表面及與接合層104接觸的表面中的單方或 雙方上，而形成具有高活性的表面。將這樣激活了的兩個(gè)表面密接， 則可以在低溫下實(shí)現(xiàn)接合。通過激活表面而實(shí)現(xiàn)接合的方法因需要使 該表面十分干凈而優(yōu)選在真空中進(jìn)行。
通過進(jìn)行上述表面處理，即使在200。C至40(TC的溫度下也可以 提高不同材料之間的接合強(qiáng)度。
支撐襯底100指的是設(shè)置SOI層的襯底，它具有絕緣性或絕緣 表面，可以使用諸如鋁硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃、鋇硼硅酸鹽玻 璃之類的電子工業(yè)用玻璃襯底(也稱為無堿玻璃襯底)。就是說，可以 使用熱膨脹系數(shù)為25xlO力'C至50xlO力""C (優(yōu)選為30xlO力'C至 40xlO力。C )且應(yīng)變點(diǎn)為580'C至680'C (優(yōu)選為600'C至680。C )的玻 璃襯底。除了上述以外，還可以使用石英襯底、陶瓷襯底、其表面被 絕緣層覆蓋的金屬襯底等。
圖2B表示從半導(dǎo)體襯底101剝離(分離)SOI層105a及105b 的步驟。在通過將半導(dǎo)體襯底101和支撐襯底100重疊而將接合層104 接合到支撐襯底100之后，進(jìn)行熱處理。通過進(jìn)行熱處理，可以以SOI 層105a及105b殘留在支撐襯底100上的方式分離半導(dǎo)體襯底101， 并可以提高接合面的接合強(qiáng)度。熱處理優(yōu)選在接合層104的成膜溫度 以上的溫度下進(jìn)行，優(yōu)選在4001至600XX包括400"，不包括600°C ) 的溫度下進(jìn)行。通過在所述溫度下進(jìn)行熱處理，引起形成在脆弱區(qū)域 103a及103b中的微小空位的體積變化，而可以沿脆弱區(qū)域103a及 103b分離半導(dǎo)體層。由于接合層104與支撐襯底100接合，所以其結(jié) 晶性與半導(dǎo)體村底101相同的SOI層105a及105b接合在支撐襯底 100上，
注意，在使用單晶半導(dǎo)體襯底作為半導(dǎo)體襯底101的情況下，SOI 層105a及105b成為單晶半導(dǎo)體層。另外，在使用結(jié)晶半導(dǎo)體襯底作為半導(dǎo)體襯底ioi的情況下，SOI層105a及105b成為結(jié)晶半導(dǎo)體層。 圖6是接合有SOI層的支撐襯底100的上表面的示意圖。注意，
沿圖6的A-B線的截面圖相當(dāng)于圖2B。
在支撐襯底100上，以膝光裝置膝光一次的區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)單元而有
規(guī)律地排列SOI層105a及105b。另夕卜，還形成有其結(jié)晶性與SOI層
相同的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記107a及107b。
在圖6中，在啄光裝置膝光一次的區(qū)域中設(shè)置有一個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記和
一個(gè)SOI層。由于考慮曝光裝置膝光一次的區(qū)域排列SOI層，而且
SOI層對(duì)應(yīng)于曝光裝置啄光一次的區(qū)域，所以可以高效地進(jìn)行膝光來
形成圖案。
另外，通過進(jìn)行圖2B所示的熱處理，支撐村底收縮，而且SOI 層105a和SOI層105b的間隔縮小。在圖2A中，當(dāng)將接合層104和 支撐襯底100接合時(shí)的SOI層的間隔109a與當(dāng)在半導(dǎo)體襯底101上 形成槽時(shí)的SOI層的間隔109a相同，但是，在進(jìn)行所述熱處理之后， 如圖2B和圖6所示那樣縮小為間隔109b。
然后，優(yōu)選在SOI層105a及105b固定于支撐襯底100上的狀 態(tài)下進(jìn)行熱處理。該熱處理的目的在于將形成脆弱區(qū)域110時(shí)注入而 殘留在SOI層105a及105b中的微量氬或卣素從SOI層105a及105b 脫離，熱處理的溫度可以在如下范圍從脆弱區(qū)域110釋放氫或卣素 的溫度以上至支撐襯底100的應(yīng)變點(diǎn)附近的溫度。例如，在40(TC至 730"的溫度下進(jìn)行熱處理。作為熱處理裝置，可以采用電熱爐、燈 退火爐等。熱處理也可以通過以多階段改變溫度而進(jìn)行。還可使用快 速熱退火(RTA)裝置。在使用RTA裝置進(jìn)行熱處理的情況下，也 可以在襯底的應(yīng)變點(diǎn)附近或比該應(yīng)變點(diǎn)稍微高的溫度下進(jìn)行加熱。
包含在SOI層105a及105b中的過多氫呈現(xiàn)復(fù)雜的性質(zhì)，并有 時(shí)根據(jù)熱歷史而給半導(dǎo)體元件的特性帶來負(fù)面影響。例如，包含在硅 的晶格之間的氫使為了價(jià)電子控制而摻雜的雜質(zhì)元素不激活，這導(dǎo)致 晶體管的閾值電壓的變動(dòng)、源區(qū)或漏區(qū)的高電阻化。另外，在氫包含 在硅的晶格內(nèi)的情況下，有時(shí)硅的配位數(shù)變化，從而產(chǎn)生晶格缺陷。當(dāng)然，氫或鹵素起到補(bǔ)償硅中的懸空鍵，即修復(fù)缺陷的作用，但是優(yōu)
選從SOI層105a及105b去除包含在脆弱區(qū)域110中的氫或卣素。
通過進(jìn)行上述熱處理，可以在支撐襯底100和接合層104a及 104b的接合面中使氫鍵變成更堅(jiān)固的共價(jià)鍵。
接著，優(yōu)選將能量束照射到SOI層105a及105b以修復(fù)結(jié)晶缺 陷。由于當(dāng)SOI層105a及105b接合到支撐襯底100時(shí)其結(jié)晶性因受 到熱及/或機(jī)械損傷而退化，所以優(yōu)選進(jìn)行這一步驟以修復(fù)缺陷。優(yōu)選 使用選擇性地吸收到SOI層105a及105b的能量束，即激光束，以在 不過多加熱支撐襯底100的狀態(tài)下修復(fù)SOI層105a及105b的缺陷。 關(guān)于激光束，可以使用以準(zhǔn)分子激光器為代表的氣體激光器、以YAG 激光器為代表的固體激光器作為光源。激光束的波長(zhǎng)優(yōu)選在紫外光區(qū) 至紅外光區(qū)。從光源發(fā)射的光優(yōu)選通過使用光學(xué)系統(tǒng)而聚光為矩形或 線形，在SOI層105a及105b上使用該激光束進(jìn)行掃描，即可。
除了上述以外，還可以采用利用卣素?zé)艋螂療舻鹊拈W光燈退火， 以達(dá)到同樣的目的。
在這一步驟中，由于已將SOI層105a及105b脫氫化，所以可 以在在SOI層105a及105b中不產(chǎn)生孔隙的狀態(tài)下修復(fù)結(jié)晶缺陷。另 外，通過在氮?dú)夥障逻M(jìn)行對(duì)SOI層105a及105b的能量束照射處理， 可以平整SOI層105a及105b的表面。
另一方面，在SOI層105a及105b所包含的氫4艮少的情況下， 也可以在接合支撐襯底100和SOI層105a及105b之后進(jìn)行能量束照 射處理。通過在修復(fù)SOI層105a及105b的結(jié)晶缺陷之后進(jìn)行熱處理， 可以消除SOI層105a及105b和支撐襯底100的熱應(yīng)變，提高接合面 的接合強(qiáng)度。
通過上述步驟，可以形成半導(dǎo)體層的一部分被分離的SOI襯底。 下面，參照?qǐng)D3A至3C及圖4A和4B說明根據(jù)本實(shí)施方式的半 導(dǎo)體裝置。通過選擇性地蝕刻圖2B所示的SOI層105a及105b ，如 圖3A所示那樣形成半導(dǎo)體層106a及106b。這里，覆蓋SOI層105a 及105b的一部分地形成通過光刻步驟而形成的抗蝕劑掩模，并選擇性地蝕刻SOI層105a及105b，以形成半導(dǎo)體層106a及106b。另外， 可以與SOI層105a及105b同樣地蝕刻阻擋層102a及102b、以及接 合層104a及104b。
半導(dǎo)體層106a及106b設(shè)置在支撐襯底IOO上，其中間夾著阻擋 層102c及102d、接合層104c及104d。阻擋層102c及102d也可以 設(shè)置在支撐襯底100 —側(cè)。通過提供阻擋層102c及102d，可以防止 SOI層105a及105b的污染。
SOI層105a及105b的厚度為5nm至500nm，優(yōu)選為10nm至 200nm，更優(yōu)選為10nm至60nm。 SOI層105a及105b的厚度可以通 過控制圖1C所示的脆弱區(qū)域103a至103c的深度而適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。優(yōu) 選地，根據(jù)n溝道型場(chǎng)效應(yīng)晶體管及p溝道型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成區(qū) 域，對(duì)半導(dǎo)體層106a及106b添加諸如硼、鋁和鎵之類的p型雜質(zhì)或 諸如磷和砷之類的n型雜質(zhì)。就是說，通過對(duì)應(yīng)于n溝道型場(chǎng)效應(yīng)晶 體管的形成區(qū)域添加p型雜質(zhì)，并對(duì)應(yīng)于p溝道型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形 成區(qū)域添加n型雜質(zhì)，形成所謂的阱區(qū)。雜質(zhì)離子的劑量為約 1xl0"/cn^至lxl014/cm2，即可。再者，當(dāng)控制場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值 電壓時(shí)，可以對(duì)這些阱區(qū)添加p型或n型雜質(zhì)。
圖7是形成有半導(dǎo)體層106a及106b的支撐襯底100的上表面的 示意圖。注意，沿圖7的A-B線的截面圖相當(dāng)于圖3A。
圖7表示使用對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記107a進(jìn)行位置對(duì)準(zhǔn)并選擇性地蝕刻SOI 層105a以形成所希望的圖案的例子。例如，對(duì)SOI層105a進(jìn)行膝光 來轉(zhuǎn)印電路圖案。此時(shí)，通過形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記107a，可以在光刻步驟中 容易進(jìn)行位置對(duì)準(zhǔn)等。至于蝕刻后的各半導(dǎo)體層106a的圖案，構(gòu)成 例如形成在電路部中的晶體管的溝道部。
如圖3B所示，形成柵極絕緣層121、柵電極122及側(cè)壁絕緣層 123，并形成第一雜質(zhì)區(qū)域124及第二雜質(zhì)區(qū)域125。絕緣層126由氮 化硅層構(gòu)成，并用作在蝕刻?hào)烹姌O122時(shí)的硬掩模。
圖3C表示在形成柵電極122等之后形成保護(hù)層127的步驟。保 護(hù)層127優(yōu)選通過等離子體CVD法在成膜時(shí)的襯底溫度為350"以下的狀態(tài)下形成氮化硅層或氮氧化硅層。就是說，使保護(hù)層127包含氫。 在形成保護(hù)層127之后，通過進(jìn)行350'C至400'C (優(yōu)選為400'C至 420'C )的熱處理將包含在保護(hù)層127中的氫擴(kuò)散到半導(dǎo)體層106a及 106b —側(cè)。在元件形成步驟中，對(duì)之前的步驟中被脫氫化的半導(dǎo)體層 106a及106b提供補(bǔ)償缺陷的氫，來可以有效地補(bǔ)償成為俘獲中心的 缺陷。另外，保護(hù)層127具有防止從上層一側(cè)的雜質(zhì)污染的效果，而 阻擋層102c及102d防止從支撐襯底100 —側(cè)的雜質(zhì)擴(kuò)散。在本實(shí)施 方式中，通過使用能夠防止可動(dòng)性高的雜質(zhì)離子如鈉等的高效絕緣層 覆蓋結(jié)晶性良好的半導(dǎo)體層106a及106b的下層及上層一側(cè)，對(duì)由該 半導(dǎo)體層106a及106b構(gòu)成的半導(dǎo)體元件的特性穩(wěn)定化發(fā)揮巨大的作 用。
然后，如圖4A所示形成層間絕緣層128。作為層間絕緣層128， 形成BPSG (Boron Phosphorus Silicon Glass;硼磷硅玻璃)層，或 者，通過涂敷以聚酰亞胺為代表的有機(jī)樹脂形成層間絕緣層128。而 且，在層間絕緣層128中形成接觸孔129。
圖4B表示形成布線的步驟。在接觸孔129中形成接觸栓塞130。 接觸栓塞130通過使用WF6氣體和SiH4氣體以化學(xué)氣相沉積法形成 硅化鎢并將它嵌入接觸孔129而形成。也可以對(duì)WF6進(jìn)行氫還原來形 成鵠并將它嵌入接觸孔129。然后，根據(jù)接觸松塞130形成布線131。 布線131由鋁或鋁合金構(gòu)成，其上層及下層由作為阻擋金屬的鉬、鉻 及鈦等的金屬層構(gòu)成。再在其上形成層間絕緣層132。適當(dāng)?shù)卦O(shè)置布 線，即可，也可以在其上形成另一布線層以實(shí)現(xiàn)多層布線化。在此情 況下，還可采用金屬鑲嵌工藝。
如上所述，可以使用與支撐襯底100接合的半導(dǎo)體層106a及 106b制造場(chǎng)效應(yīng)晶體管。半導(dǎo)體層106a及106b是具有一定結(jié)晶取向 的半導(dǎo)體，因此可以獲得均勻且高性能的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。就是說，可 以抑制晶體管特性的重要特性值如閾值電壓或遷移率等的不均勻性， 來實(shí)現(xiàn)高遷移率化等的高性能化。
另外，在進(jìn)行分離半導(dǎo)體襯底的熱處理之前，通過在半導(dǎo)體村底的一部分形成槽形成分離的凸部。然后，將分離的凸部接合到支撐襯 底，并進(jìn)行分離半導(dǎo)體襯底的熱處理。通過進(jìn)行分離半導(dǎo)體襯底的熱
處理，支撐襯底收縮，因而接合到支撐襯底上的SOI層的位置也變化。 但是，由于SOI層是分離而不是連續(xù)接合到支撐襯底上，所以可以抑 制由支撐襯底收縮產(chǎn)生的SOI層的畸變應(yīng)力，并可以抑制膜剝離或接
合力降低。另外，通過將凸部大致對(duì)應(yīng)于啄光裝置的一膝光區(qū)域，可 以高效地進(jìn)行曝光步驟。其結(jié)果，可以高成品率地制造半導(dǎo)體裝置。
實(shí)施方式2
參照?qǐng)D8A至10C說明與上述實(shí)施方式不相同的半導(dǎo)體裝置的制 造方法。這里，說明可將半導(dǎo)體襯底高成品率地接合到支撐襯底的半 導(dǎo)體裝置的制造方法。
如圖8A所示，對(duì)半導(dǎo)體襯底101的表面進(jìn)行脫脂清洗，去除表 面的氧化層并進(jìn)行熱氧化。雖然可以進(jìn)行一般的干氧化作為熱氧化， 但優(yōu)選進(jìn)行將卣素添加到氧化氣氛中的氧化。例如，在相對(duì)于氧包含 0.5至10體積o/。(優(yōu)選為3體積％ ) HC1的氣氛中以700。C以上的溫 度進(jìn)行熱處理。優(yōu)選在950'C至IIOO'C的溫度下進(jìn)行熱氧化。處理時(shí) 間為0.1至6小時(shí)，優(yōu)選為0.5至1小時(shí)。所形成的氧化層的厚度為 10nm至IOOO腿(優(yōu)選為50nm至200體)，例如IOO隠。
除了 HCI以外，還可以使用選自HF、 NF3、 HBr、 Cl2、 C1F3、 BC13、 F2、 Br2等的一種或多種作為包含卣素的物質(zhì)。
通過在這種溫度范圍下進(jìn)行熱處理，可以得到利用面素的吸雜效 果。作為吸雜，尤其具有去除金屬雜質(zhì)的效果。就是說，因?yàn)樨账氐?作用，金屬等的雜質(zhì)成為揮發(fā)性卣化物并脫離到氣相中而被去除。這 對(duì)其表面被進(jìn)行了化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)處理的半導(dǎo)體襯底101有效。 另外，氬起到補(bǔ)償半導(dǎo)體襯底101和氧化層111的界面的缺陷并降低 界面的局部能級(jí)密度(local level density)的作用。
可以在通過上迷熱處理而形成的氧化層111中包含離素。通過以 lxlO"/cmS至5xlO,cmS的濃度包含囟素，可以發(fā)揮捕獲金屬等的雜 質(zhì)而防止半導(dǎo)體襯底101的污染的保護(hù)層功能。接著，也可以與圖1A所示的步驟同樣地在氧化層111上形成阻 擋層102。通過形成阻擋層102及氧化層111，可以防止來自支撐襯 底的雜質(zhì)元素混入半導(dǎo)體層。
然后，在半導(dǎo)體襯底IOI中形成脆弱區(qū)域103。圖IOA是被夾具 固定的半導(dǎo)體襯底的上表面的示意圖。沿圖10A的A-B線的截面圖 相當(dāng)于圖8A。
為了控制脆弱區(qū)域103的位置(深度)及加速了的離子的劑量， 需要使用夾具112固定半導(dǎo)體襯底101的端部。但是，在被夾具覆蓋 的區(qū)域中，夾具112成為掩模，而不能將離子照射到半導(dǎo)體襯底IOI。 因此，具有如下問題在被夾具覆蓋的區(qū)域中，難以剝離(分離)， 厚度不同的半導(dǎo)體層被接合。
為此，如圖8B所示，去除被夾具112覆蓋的半導(dǎo)體襯底101來 形成槽113。槽113可以與圖1A所示的槽107同樣地形成。此時(shí)， 凸部形成在半導(dǎo)體襯底IOI中。另外，在凸部中形成有連續(xù)的脆弱區(qū) 域103。將其一部分被蝕刻的阻擋層102表示為阻擋層102a。在這里， 連續(xù)的脆弱區(qū)域103指的是形成為橫穿整個(gè)凸部的脆弱區(qū)域。
圖10B是形成有槽的半導(dǎo)體襯底的上表面的示意圖。沿圖10B 的A-B線的截面圖相當(dāng)于圖8B。
接著，如圖8C所示，在阻擋層102a及半導(dǎo)體襯底的凸部上形 成接合層104。
然后，如圖8D所示，與實(shí)施方式1同樣地對(duì)接合層104的表面 及支撐襯底100的表面進(jìn)行脫脂處理而使它十分干凈。接著，進(jìn)行一 種處理，即將多個(gè)羥基附著在接合層104的表面及支撐襯底100的表 面中的單方或雙方上。或者，通過將離子束照射到接合層104的表面 及支撐襯底IOO的表面中的單方或雙方，使其表面干凈并激活其表面. 然后，將支撐襯底100和接合層104貼緊來接合。通過壓接支撐村底 100和半導(dǎo)體襯底101，可以將支撐襯底100和半導(dǎo)體襯底101堅(jiān)固 接合。
圖9A表示從半導(dǎo)體襯底101剝離(分離)SOI層105的步驟。在將半導(dǎo)體襯底ioi和支撐襯底100重疊并貼緊而將接合層104接合 到支撐襯底100之后，通過進(jìn)行熱處理，可以以SOI層105殘留在支 撐襯底100上的方式分離半導(dǎo)體襯底101，并可以提高接合面的接合 強(qiáng)度。熱處理優(yōu)選在接合層104的成膜溫度以上的溫度下進(jìn)行，優(yōu)選 在400'C至60(TC (包括400。C，不包括60(TC)的溫度下進(jìn)行。通過 在所述溫度下進(jìn)行熱處理，引起形成在脆弱區(qū)域103中的微小空位的 體積變化，而可以沿脆弱區(qū)域103分離半導(dǎo)體層。由于接合層104與 支撐襯底100接合，所以其結(jié)晶性與半導(dǎo)體襯底101相同的SOI層 105接合在支撐襯底100上。
通過進(jìn)行上述熱處理，可以在支撐襯底100和接合層104a的接 合面中使氫鍵變成更堅(jiān)固的共價(jià)鍵。另外，優(yōu)選將能量束照射到SOI 層105以修復(fù)結(jié)晶缺陷。
圖IOC是接合有SOI層的支撐襯底的上表面的示意圖。沿圖10C 的A-B線的截面圖相當(dāng)于圖9A。由于不能將加速了的離子照射到設(shè) 置有夾具的半導(dǎo)體襯底的區(qū)域，所以具有半導(dǎo)體襯底在該區(qū)域中不能 被分離而殘留的問題。但是，根據(jù)本實(shí)施方式，通過去除設(shè)置有夾具 的半導(dǎo)體襯底的區(qū)域來形成槽，可以將預(yù)定厚度的SOI層接合在支撐 襯底上。
通過上述步驟，可以制造SOl襯底。
然后，通過選擇性地蝕刻SOI層105，如圖9B所示那樣形成半 導(dǎo)體層106a及106b。這里，覆蓋SOI層105的一部分地形成通過光 刻步驟而形成的抗蝕劑掩模，并選擇性地蝕刻SOI層105，以形成半 導(dǎo)體層106a及106b。另外，可以與SOI層105同樣地蝕刻氧化層llla、 阻擋層102a、以及接合層104a。
半導(dǎo)體層106a及106b設(shè)置在支撐襯底100上，其中間夾著氧化 層lllb及l(fā)llc、阻擋層102b及102c、接合層104b及104c。阻擋層 102b及102c也可以設(shè)置在支撐襯底100 —側(cè)。通過提供阻擋層102b 及102c，可以防止半導(dǎo)體層106a及106b的污染。
注意，在本實(shí)施方式中，雖然如圖8A所示那樣在形成脆弱區(qū)域103之后在半導(dǎo)體襯底101中形成槽113，但是還可以在將槽113形 成于被夾具112覆蓋的半導(dǎo)體襯底101的區(qū)域之后形成脆弱區(qū)域103。
另外，可以在實(shí)施方式1中適當(dāng)?shù)夭捎帽緦?shí)施方式。
如上所述，可以使用與支撐襯底100接合的半導(dǎo)體層106a及 106b制造場(chǎng)效應(yīng)晶體管。半導(dǎo)體層106a及106b是具有一定結(jié)晶取向 的半導(dǎo)體層，因此可以獲得均勻且高性能的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。就是說， 可以抑制晶體管特性的重要特性值如閾值電壓或遷移率等的不均勻 性，來實(shí)現(xiàn)高遷移率化等的高性能化。
根據(jù)本實(shí)施方式，即使使用耐熱溫度為700。C以下的支撐襯底 100如玻璃襯底等，也可以獲得接合部具有高接合強(qiáng)度的半導(dǎo)體層 106a及106b。作為支撐襯底IOO，可以使用諸如鋁硅酸鹽玻璃、鋁硼 硅酸鹽玻璃、鋇硼硅酸鹽玻璃之類的稱為無堿玻璃的各種電子工業(yè)用 玻璃襯底。換言之，可以在一邊長(zhǎng)超過l米的襯底上形成半導(dǎo)體層。 通過使用這種大面積襯底，不僅可以制造顯示裝置如液晶顯示器，而 且還可以制造半導(dǎo)體集成電路。至于半導(dǎo)體襯底，通過在制造步驟的 最初階段中利用包含囟素的氣氛進(jìn)行熱氧化，可以得到吸雜作用，對(duì) 再利用半導(dǎo)體村底的情況有效。
另外，在半導(dǎo)體層106a及106b的背溝道(back channel) —側(cè) (與柵電極122相反一側(cè))設(shè)置有包含卣素的氧化層lllb及l(fā)llc, 因此局部能級(jí)密度降低，而可以抑制閾值電壓的變動(dòng)。再者，除了包 含由素的氧化層lllb及l(fā)llc以外，阻擋層102b及102c還設(shè)置在支 撐襯底100和半導(dǎo)體層106a及106b之間，由此可以防止金屬雜質(zhì)如 鈉等從支撐襯底100 —側(cè)擴(kuò)散而污染半導(dǎo)體層106a及106b。
另外，在半導(dǎo)體襯底的凸部中形成有連續(xù)的脆弱層，因此可以將 預(yù)定厚度的SOI層接合到支撐襯底上。為此，可以通過使用該半導(dǎo)體
層高成品率地制造半導(dǎo)體裝置。
實(shí)施方式3
參照?qǐng)D21A至21C說明與上述實(shí)施方式不相同的半導(dǎo)體裝置的 制造方法。這里，說明可將半導(dǎo)體襯底高成品率地接合到支撐襯底的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
如圖21A所示，與實(shí)施方式2同樣地對(duì)半導(dǎo)體襯底101的表面 進(jìn)行脫脂清洗，并去除表面的氧化層，然后進(jìn)行熱氧化，以在半導(dǎo)體 襯底101的表面上形成氧化層111。這里，通過進(jìn)行將囟素引入到氧 化氣氛中的氧化，進(jìn)行利用鹵素的金屬雜質(zhì)吸雜，補(bǔ)償半導(dǎo)體村底101 和氧化層111的界面的缺陷并降低界面的局部能級(jí)密度。
接著，也可以與實(shí)施方式2同樣地在氧化層111上形成阻擋層
102。
然后，如圖21B所示，形成槽113。槽113可以與圖1A所示的 槽107同樣地形成。此時(shí)，凸部形成在半導(dǎo)體襯底101中。將其一部 分被蝕刻的阻擋層102表示為阻擋層102a，并將其一部分被蝕刻的氧 化層111表示為氧化層llla。
接下來，如圖21C所示，在半導(dǎo)體襯底101中形成脆弱區(qū)域103a 至103c。這里，在形成有槽113的區(qū)域中用夾具112固定半導(dǎo)體襯底 101，然后通過將加速了的離子照射到半導(dǎo)體襯底IOI，形成脆弱區(qū)域 103a至103c。在凸部中形成連續(xù)的脆弱區(qū)域103a。就是說，可以形 成橫穿整個(gè)凸部的脆弱區(qū)域103a。
然后，與實(shí)施方式2的圖8C同樣地在阻擋層102a及半導(dǎo)體襯 底的凸部上形成接合層104。接著，通過與實(shí)施方式2相同的步驟將 支撐襯底100和半導(dǎo)體村底101堅(jiān)固接合，然后在脆弱區(qū)域103中分 離半導(dǎo)體襯底101，來可以制造在支撐襯底100上設(shè)置有SOI層105 的SOI襯底。還可以與實(shí)施方式2同樣地使用該SOI層105制造場(chǎng) 效應(yīng)晶體管.
在本實(shí)施方式中，在半導(dǎo)體村底的凸部中形成有連續(xù)的脆弱層， 因此可以將預(yù)定厚度的SOI層接合到支撐襯底上。為此，可以通過使 用該半導(dǎo)體層高成品率地制造半導(dǎo)體裝置。
實(shí)施方式4
在本實(shí)施方式中，參照?qǐng)D11A至14B說明具有柔性的半導(dǎo)體裝 置的制造方法。如圖11A所示，與實(shí)施方式2同樣地在去除半導(dǎo)體襯底101的 表面的氧化層之后，進(jìn)行熱氧化來形成氧化層。這里，將HC1添加到 氧化氣氛中并以700。C以上的溫度進(jìn)行熱處理，來形成包含氯的氧化 層111。接著，在氧化層111上形成阻擋層102。然后，在半導(dǎo)體襯 底101中形成脆弱區(qū)域103。
接下來，如圖11B所示，去除半導(dǎo)體襯底101的一部分來形成 槽107。此時(shí)，凸部形成在半導(dǎo)體襯底101中。將其一部分被蝕刻的 阻擋層102表示為阻擋層102a及102b，并將其一部分被蝕刻的脆弱 區(qū)域103表示為脆弱區(qū)域103a及103b。然后，在阻擋層102a及102b 和半導(dǎo)體襯底的凸部上形成接合層104。注意，在將接合層形成在支 撐襯底表面上的情況下，不需要一定設(shè)置接合層104。
然后，如圖IIC所示，在支撐襯底141上形成基底層142，在基 底層142上形成剝離層143，在剝離層143上形成阻擋層144，并在 阻擋層144上形成接合層145。注意，在將接合層形成在半導(dǎo)體襯底 表面上的情況下，不需要一定設(shè)置接合層145。
這里，優(yōu)選使用能夠耐受在脆弱區(qū)域中產(chǎn)生裂縫的加熱處理溫度 (有代表性的為400'C至600'C )的耐熱性襯底作為支撐襯底141，典 型地可以使用玻璃襯底、石英襯底、陶瓷襯底、金屬村底、硅片等。
基底層142可以與阻擋層102同樣地形成。另外，在支撐襯底 141和剝離層143的貼緊性高的情況下，也可以不形成基底層142。
剝離層143是通過濺射法、等離子體CVD法、涂敷法、印刷法 等使用由如下材料構(gòu)成的單層或疊層來形成的選自鎢、鉬、鈦、鉭、 鈮、鎳、鈷、鋯、鋅、釕、銠、鈀、鋨、銥以及硅中的元素；以元素 為主要成分的合金材料；或以元素為主要成分的化合物材料。在形成 包含硅的層作為剝離層143的情況下，包含硅的層的結(jié)晶結(jié)構(gòu)可以為 非晶、微晶、多晶中的任何一種。在這里，涂敷法指的是將溶液噴出 在被處理物上來形成的方法，例如包括旋涂法及液滴噴射法。另外， 液滴噴射法指的是將包含微粒的組成物的液滴從微細(xì)的孔噴出而形 成具有預(yù)定形狀的圖案的方法。在剝離層143是單層結(jié)構(gòu)的情況下，優(yōu)選形成包含鵠的層、包含 鉬的層、或包含鴒和鉬的混合物的層?；蛘撸纬砂o的氧化物或 氧氮化物的層、包含鉬的氧化物或氧氮化物的層、包含鵠和鉬的混合 物的氧化物或氧氮化物的層。注意，鎢和鉬的混合物例如相當(dāng)于鴒和 鉬的合金。
在剝離層143是疊層結(jié)構(gòu)的情況下，優(yōu)選形成金屬層作為第一 層，形成金屬氧化物層作為第二層。典型地，形成包含鵠、鉬、或鴒 和鉬的混合物的層作為第一層，形成包含如下材料的層作為第二層 鎢、鉬、或鵠和鉬的混合物的氧化物；鎢、鉬、或鎢和鉬的混合物的 氮化物；鴒、鉬、或鵠和鉬的混合物的氧氮化物；或者鵠、鉬、或鵠 和鉬的混合物的氮氧化物。
在形成金屬層作為第一層，形成金屬氧化物層作為第二層來將它 們用作剝離層143時(shí)，可以應(yīng)用如下情況通過形成金屬層如包含鴒 的層，并在其上層形成由氧化物構(gòu)成的層間絕緣層132如氧化硅層，
層的界面。再者，也可以通過對(duì)金屬層的表面進(jìn)行熱氧化處理、氧等 離子體處理、采用氧化力強(qiáng)的溶液如臭氧水等的處理等，形成金屬氧 化物層。
再者，作為剝離層143，也可以形成金屬層作為第一層，形成金 屬氮化物層、金屬氧氮化物層作為第二層。典型地說，在形成包含鴒 的層作為第一層之后，形成氮化鎢層、氧氮化鎢層作為第二層。 阻擋層144可以與實(shí)施方式1所示的阻擋層102同樣地形成。 接合層145可以與實(shí)施方式1所示的接合層104同樣地形成。 然后，如圖11D所示，與實(shí)施方式1同樣地使接合層104的表 面及支撐襯底141的表面十分干凈，接著，進(jìn)行一種處理，即將多個(gè) 羥基附著在接合層104的表面及支撐襯底141的表面中的單方或雙方 上?；蛘?，通過將離子束照射到接合層104的表面及支撐襯底141的 表面中的單方或雙方，使其表面干凈并激活其表面。然后，將形成在 支撐村底141上的接合層145和形成在半導(dǎo)體襯底101上的接合層104貼緊來接合。
下面，參照?qǐng)D14A和14B說明半導(dǎo)體襯底表面的疊層結(jié)構(gòu)及支 撐村底的疊層結(jié)構(gòu)。
如圖14A所示，可以具有如下結(jié)構(gòu)在支撐村底141上形成有 基底層142、剝離層143及阻擋層144的三層結(jié)構(gòu)，并在半導(dǎo)體襯底 101的表面上層疊有氧化層111及接合層104。通過將具有這種結(jié)構(gòu) 的支撐襯底141和半導(dǎo)體襯底101密接，可以接合阻擋層144及接合 層104。
雖然未圖示，但也可以具有如下結(jié)構(gòu)在支撐襯底上形成有基底 層、剝離層、阻擋層及接合層的四層結(jié)構(gòu)，并在半導(dǎo)體襯底的表面上 形成有氧化層。通過將具有這種結(jié)構(gòu)的支撐襯底和半導(dǎo)體襯底密接， 可以將接合層及氧化層接合。
就是說，通過將阻擋層設(shè)置在支撐襯底141及半導(dǎo)體襯底101 中的一方上，可以防止來自外部的雜質(zhì)混入半導(dǎo)體層。另外，通過將 接合層設(shè)置在支撐襯底141及半導(dǎo)體襯底101中的一方上，可以接合 支撐襯底141及半導(dǎo)體襯底101。再者，可以減少支撐襯底141及半 導(dǎo)體襯底101的疊層數(shù)，而可以提高產(chǎn)率。
如圖14B所示，也可以不是對(duì)半導(dǎo)體襯底101進(jìn)行熱氧化來形 成氧化層，而是與半導(dǎo)體村底101接觸地形成接合層104。在此情況 下，在支撐襯底141上形成有基底層142、剝離層143及阻擋層144 的疊層結(jié)構(gòu)。
雖然未圖示，但也可以在支撐襯底上形成有基底層、剝離層、阻 擋層及接合層的四層結(jié)構(gòu)，并通過將支撐襯底和半導(dǎo)體襯底密接，可 以將接合層及氧化層接合。
就是說，即使不設(shè)置熱氧化層，也可通過將阻擋層設(shè)置在支撐村 底141上防止來自外部的雜質(zhì)混入半導(dǎo)體層。另外，通過將接合層設(shè) 置在支撐襯底141及半導(dǎo)體襯底101中的一方上，可以接合支撐襯底 141及半導(dǎo)體襯底101。再者，可以減少支撐襯底141及半導(dǎo)體襯底 101的疊層數(shù)，而可以提高產(chǎn)率。接下來，如圖12A所示，通過進(jìn)行加熱處理及加壓處理中的單 方或雙方，可以以脆弱區(qū)域103a及103b為劈開面(指的是單晶半導(dǎo) 體襯底分離的區(qū)域，也稱為分離區(qū)域)將半導(dǎo)體襯底101從支撐襯底 141剝離(分離)，并提高接合面的接合強(qiáng)度。加熱處理的溫度優(yōu)選 為支撐襯底141的耐熱溫度以下。例如，通過進(jìn)行400'C至600。C的 熱處理，引起形成在脆弱區(qū)域103a及103b中的微小空洞的體積變化， 而可以沿脆弱區(qū)域103a及103b分離。
此時(shí)，也可以從半導(dǎo)體襯底101照射激光束代替加熱處理，以引 起形成在脆弱區(qū)域103a及103b中的微小空洞的體積變化。作為激光 束，優(yōu)選采用透過半導(dǎo)體襯底且被包含在脆弱區(qū)域103a及103b中的 元素吸收的波長(zhǎng)，典型地可以采用紅外光。
在剝離(分離)半導(dǎo)體襯底101之后，優(yōu)選平整SOI層105a及 105b的表面。典型地說，采用CMP或上述激光束照射。另外，也可 以為了將所獲得的SOI層薄層化而進(jìn)行CMP等。
接下來，通過選擇性地蝕刻SOI層105a及105b，如圖12B所 示那樣形成半導(dǎo)體層106a及106b。此時(shí)，也可以蝕刻氧化層lllb 及l(fā)llc和接合層104a及104b的一部分。這里，將其一部分被蝕刻 的氧化層表示為氧化層llld及l(fā)lle，并將被蝕刻的接合層表示為接 合層104c及104d。另外，也可以選擇性地蝕刻阻擋層102c及102d、 接合層104a及104b、接合層145。
然后，經(jīng)過圖3A至3C及圖4A和4B的步驟，如圖12C所示那 樣使用半導(dǎo)體層106a及106b形成包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管的元件層151。 接著，在元件層151上設(shè)置柔性襯底152。通過熱壓合柔性襯底152 及元件層151,可以將柔性襯底152固定于元件層151上。還可通過 使用粘合材料(未圖示)將柔性襯底152固定于元件層151上。作為 柔性襯底152,使用具有柔性且具有絕緣表面的襯底，典型地說，可 以舉出具有柔性的絕緣襯底、在其表面上形成有絕緣層的柔性金屬村 底等。作為具有柔性的絕緣襯底，可以舉出由PET(聚對(duì)苯二甲酸乙 二醇酯)、PEN (聚萘二甲酸乙二醇酯)、PES (聚醚砜)、聚丙烯、聚丙烯疏醚、聚碳酸酯、聚醚酰亞胺、聚苯硫醚、聚苯醚、聚砜、聚 鄰苯二甲酰胺等構(gòu)成的塑料襯底、或由纖維材料構(gòu)成的紙。
另外，通過使用預(yù)浸料(prepreg)作為具有柔性的絕緣襯底， 可以防止之后形成的SOI襯底或半導(dǎo)體裝置因點(diǎn)壓或線壓而損傷。預(yù) 浸料的代表例子如下將諸如聚乙烯醇纖維、聚酯纖維、聚酰胺纖維、 聚乙烯纖維、芳族聚酰胺纖維、聚對(duì)苯撐苯并雙噁唑纖維、玻璃纖維 或碳素纖維之類的纖維體浸在使用有機(jī)溶劑稀釋諸如環(huán)氧樹脂、不飽 和聚酯樹脂、聚酰亞胺樹脂或氟樹脂之類的基質(zhì)樹脂而得到的清漆 中，然后通過干燥使有機(jī)溶劑揮發(fā)以將基質(zhì)樹脂半固化。
作為在其表面上形成有絕緣層的柔性金屬襯底，可以舉出形成有 氧化硅層、氮化硅層、氧氮化硅層、氮化鋁層、氧化鋁層等的絕緣層 的金屬膜或金屬片等。絕緣層不局限于上述絕緣層，可以適當(dāng)?shù)剡x擇。
接著，如圖13A所示，以物理方法從支撐襯底141剝離包括柔 性襯底152及元件層151的疊層體?；蛘撸ㄟ^將液體滲透到剝離層 143和阻擋層144的界面，從支撐襯底141剝離包括柔性襯底152及 元件層151的疊層體。
物理方法指的是力學(xué)方法或機(jī)械方法，就是使某種力學(xué)能量(機(jī) 械能量)變化的方法。該方法典型地是施加機(jī)械性力量(例如，用人 的手或夾握工具剝下的處理，或者使?jié)L筒轉(zhuǎn)動(dòng)而進(jìn)行分離的處理)。 此時(shí)，若在支撐襯底141及柔性襯底152中的至少一方的表面上設(shè)置 可通過光或熱而剝離的粘結(jié)薄片，則更容易進(jìn)行剝離。
這里，剝離層143和阻擋層144的界面、剝離層143、以及支撐 村底141和剝離層143的界面中的任一處發(fā)生剝離，就可以從基底層 142剝離包括元件層151及柔性襯底152的疊層體。
在剝離層143處從支撐襯底141剝離包括柔性襯底152及元件層 151的疊層體之前，也可以進(jìn)行某種處理以容易進(jìn)行剝離。再者，當(dāng) 從支撐襯底141剝離包括柔性襯底152及元件層151的疊層體時(shí)，通 過在支撐襯底141及柔性襯底152中的至少一方的表面上設(shè)置可通過 光或熱而剝離的粘結(jié)薄片，固定支撐村底141及柔性襯底152中的一方并剝下其另一方，以更容易進(jìn)行剝離。
接下來，如圖13B所示，將柔性襯底153粘合到阻擋層144。作 為柔性襯底153,可以使用作為柔性襯底152舉出例子的上述材料。
然后，在元件層151包括多個(gè)半導(dǎo)體裝置的情況下，可以將元件 層151、柔性襯底152及153分割成多個(gè)半導(dǎo)體裝置。通過上述步驟， 可以制造薄且具有柔性的多個(gè)半導(dǎo)體裝置。
在本實(shí)施方式中，在通過使用被接合在支撐襯底上的SOI層形 成場(chǎng)效應(yīng)晶體管之后，從支撐襯底剝離具有場(chǎng)效應(yīng)晶體管的元件層， 以制造具有柔性且薄的半導(dǎo)體裝置。與柔性襯底相比，支撐襯底容易 使用，因此在制造步驟中容易進(jìn)行處理，可以提高成品率。
根據(jù)本實(shí)施方式的SOI層105a和105b是具有一定結(jié)晶取向的 半導(dǎo)體層，因此可以獲得均勻且高性能的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。就是說，可 以抑制晶體管特性的重要特性值如閾值電壓或遷移率等的不均勻性， 來實(shí)現(xiàn)高遷移率化等的高性能化。再者，在支撐襯底100和SOI層 105a、 105b之間設(shè)置有阻擋層102c和102d，因此可以防止來自支撐 襯底的雜質(zhì)侵入SOI層。由此，可以抑制形成在元件層中的晶體管的 特性不均勻。
實(shí)施方式5
在本實(shí)施方式中，參照?qǐng)D22A至22D說明與實(shí)施方式4不相同 的半導(dǎo)體裝置的制造方法。在本實(shí)施方式中，說明具有柔性的半導(dǎo)體 裝置的制造方法。
如圖22A所示，與實(shí)施方式2同樣地使用單晶半導(dǎo)體襯底作為 半導(dǎo)體襯底101，去除其表面的氧化層，然后進(jìn)行熱氧化來形成氧化 層lll。接著，在氧化層111上形成阻擋層102。
其次，如圖22B所示，與實(shí)施方式2同樣地去除半導(dǎo)體襯底IOI 的一部分來形成槽107。此時(shí)，凸部形成在半導(dǎo)體襯底101中。將其 一部分被蝕刻的阻擋層102表示為阻擋層102a及102b。
接著，如圖22C所示，與實(shí)施方式2同樣地在半導(dǎo)體襯底101 中形成脆弱區(qū)域103a至103c。然后，如圖22D所示，與實(shí)施方式2同樣地在阻擋層102a及102b 和半導(dǎo)體襯底的凸部上形成接合層104。注意，在將接合層形成在支 撐襯底表面上的情況下，不需要一定設(shè)置接合層104。
接著，如圖11C所示，與實(shí)施方式4同樣地在支撐襯底141上 依次形成基底層142、剝離層143、阻擋層144及接合層145。
然后，如圖IID所示，與實(shí)施方式4同樣地將形成在支撐襯底 141上的接合層145和形成在半導(dǎo)體襯底101上的接合層104貼緊來 接合。接著，如圖12A所示，以脆弱區(qū)域103a及103b為分離面從支 撐襯底141剝離(分離)半導(dǎo)體襯底101，來在支撐襯底上設(shè)置SOI 層105a及105b。然后，如圖12C所示，與實(shí)施方式l同樣地使用SOI 層105a及105b形成場(chǎng)效應(yīng)晶體管，并形成包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管的元件 層151。接著，在將柔性襯底152固定于元件層151之后，如圖13A 所示，通過物理方法從支撐襯底141剝離包括柔性襯底152及元件層 151的疊層體?；蛘撸ㄟ^將液體滲透到剝離層143和阻擋層144的 界面，從支撐襯底141剝離包括柔性襯底152及元件層151的疊層體。 然后，如圖13B所示，將柔性襯底153粘合到阻擋層144。通過上述 步驟，可以制造具有柔性的半導(dǎo)體裝置。
然后，在元件層151包括多個(gè)半導(dǎo)體裝置的情況下，可以將元件 層151、柔性襯底152及153分割成多個(gè)半導(dǎo)體裝置。通過上述步驟， 可以制造薄且具有柔性的多個(gè)半導(dǎo)體裝置。
在本實(shí)施方式中，在通過使用被接合在支撐襯底上的SOI層形 成場(chǎng)效應(yīng)晶體管之后，從支撐村底剝離具有場(chǎng)效應(yīng)晶體管的元件層， 以制造具有柔性且薄的半導(dǎo)體裝置。與柔性襯底相比，支撐襯底容易 使用，因此在制造步驟中容易進(jìn)行處理，可以提高成品率。
根據(jù)本實(shí)施方式的SOI層105a和105b是具有一定結(jié)晶取向的 半導(dǎo)體層，因此可以獲得均勻且高性能的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。就是說，可 以抑制晶體管特性的重要特性值如閾值電壓或遷移率等的不均勻性， 來實(shí)現(xiàn)高遷移率化等的高性能化。再者，在支撐襯底100和SOI層 105a、 105b之間設(shè)置有阻擋層102a和102b，因此可以防止來自支撐襯底的雜質(zhì)侵入SOI層。由此，可以抑制形成在元件層中的晶體管的
特性不均勻。
實(shí)施方式6
在本實(shí)施方式中，參照?qǐng)D15說明半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式。圖15 表示通過使用SOI襯底而形成的微處理器200的結(jié)構(gòu)，作為半導(dǎo)體裝 置的一個(gè)例子。微處理器200如上所述那樣通過使用根據(jù)本發(fā)明的半 導(dǎo)體襯底而形成。微處理器200包括算術(shù)邏輯單元201 (Arithmetic logic unit,也稱為ALU) 、 ALU控制器202 ( ALU Controller )、指 令解碼器203 (Instruction Decoder)、中斷控制器204 (interrupt controller)、時(shí)序控制器205 (Timing Controller)、寄存器206 (Register)、寄存器控制器207 (Register Controller)、總線接口 208(BusI/F)、只讀存儲(chǔ)器209(ROM)、以及ROM接口 210(ROM I/F)。
通過總線接口 208輸入到微處理器200的指令在輸入到指令解碼 器203并被解碼之后輸入到ALU控制器202、中斷控制器204、寄存 器控制器207、以及時(shí)序控制器205。 ALU控制器202、中斷控制器 204、寄存器控制器207、以及時(shí)序控制器205根據(jù)被解碼了的指令而 進(jìn)行各種控制。具體地說，ALU控制器202產(chǎn)生用來控制算術(shù)邏輯單 元201的工作的信號(hào)。中斷控制器204當(dāng)在執(zhí)行微處理器200的程序 時(shí)對(duì)來自外部輸入輸出裝置或外圍電路的中斷要求根據(jù)其優(yōu)先級(jí)或 掩模狀態(tài)而進(jìn)行判斷來處理。寄存器控制器207產(chǎn)生寄存器206的地 址，并根據(jù)微處理器200的狀態(tài)進(jìn)行寄存器206的讀出或?qū)懭?。時(shí)序 控制器205產(chǎn)生控制算術(shù)邏輯單元201、 ALU控制器202、指令解碼 器203、中斷控制器204及寄存器控制器207的工作時(shí)序的信號(hào)。例 如，時(shí)序控制器205包括根據(jù)基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)CLK1產(chǎn)生內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào) CLK2的內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生部，并將時(shí)鐘信號(hào)CLK2提供給上述各種電路。 注意，圖15所示的微處理器200只是將其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了的一個(gè)例子， 在實(shí)際上，可以根據(jù)其用途具有各種各樣的結(jié)構(gòu)。
在上述微處理器200中，通過使用接合在具有絕緣表面的支撐襯底上的具有一定結(jié)晶取向的半導(dǎo)體層(單晶半導(dǎo)體層)形成集成電路, 因此不僅可以實(shí)現(xiàn)處理速度的高速化，而且還可以實(shí)現(xiàn)低耗電量化。 另外，阻擋層設(shè)置在支撐襯底和半導(dǎo)體層之間，由此可以防止金屬雜
質(zhì)如鈉等從支撐襯底一側(cè)擴(kuò)散而污染半導(dǎo)體層。
實(shí)施方式7
在本實(shí)施方式中，參照?qǐng)D16說明說明能夠非接觸地進(jìn)行數(shù)據(jù)收 發(fā)且具有計(jì)算功能的半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式。這里，參照?qǐng)D16說明 通過使用SOI襯底而得到的RFCPU的結(jié)構(gòu)。圖16表示以無線通信 與外部裝置進(jìn)行信號(hào)收發(fā)來工作的計(jì)算機(jī)(以下稱為RFCPU)的一 個(gè)例子。RFCPU211包括模擬電路部212和數(shù)字電路部213。模擬電 路部212包括具有諧振電容的諧振電路214、整流電路215、恒壓電 路216、復(fù)位電路217、振蕩電路218、解調(diào)電路219、調(diào)制電路220、 以及電源管理電路230。數(shù)字電路部213包括RF接口 221、控制寄存 器222、時(shí)鐘控制器223、接口 224(CPU接口 )、中央處理單元(CPU) 225、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 226、以及只讀存儲(chǔ)器(ROM) 227。
具有這種結(jié)構(gòu)的RFCPU211的工作概要如下基于天線228所 接收的信號(hào)，諧振電路214產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)經(jīng)過整流電 路215而存儲(chǔ)到電容部229。該電容部229優(yōu)選由電容器如陶乾電容 器或雙電層電容器等構(gòu)成。電容部229不需要與RFCPU211 —體形成， 而可以作為另一部件安裝在構(gòu)成RFCPU211的具有絕緣表面的襯底 上。
復(fù)位電路217產(chǎn)生將數(shù)字電路部213復(fù)位并初始化的信號(hào)。例如， 產(chǎn)生在電源電壓升高之后延遲升高的信號(hào)作為復(fù)位信號(hào)。振蕩電路 218根據(jù)由恒壓電路216產(chǎn)生的控制信號(hào)改變時(shí)鐘信號(hào)的頻率和占空 比。由低通濾波器構(gòu)成的解調(diào)電路219例如將調(diào)幅(ASK)方式的接 收信號(hào)的振幅的變動(dòng)二值化。調(diào)制電路220使調(diào)幅(ASK)方式的發(fā) 送信號(hào)的振幅變動(dòng)來發(fā)送。調(diào)制電路220通過使諧振電路214的諧振 點(diǎn)變化來改變通信信號(hào)的振幅。時(shí)鐘控制器223根據(jù)電源電壓或中央 處理單元225的消耗電流，產(chǎn)生用來改變時(shí)鐘信號(hào)的頻率和占空比的控制信號(hào)。并且，由電源管理電路230監(jiān)視電源電壓。
從天線228輸入到RFCPU211的信號(hào)被解調(diào)電路219解調(diào)后， 在RF接口 221中被分解為控制指令、數(shù)據(jù)等?？刂浦噶畲鎯?chǔ)在控制 寄存器222中?？刂浦噶畎ù鎯?chǔ)在只讀存儲(chǔ)器227中的數(shù)據(jù)的讀出、 向隨機(jī)存取存儲(chǔ)器226的數(shù)據(jù)寫入、向中央處理單元225的計(jì)算指令 等。中央處理單元225通過接口 224對(duì)只讀存儲(chǔ)器227、隨機(jī)存取存 儲(chǔ)器226及控制寄存器222進(jìn)行存取。接口 224具有如下功能根據(jù) 中央處理單元225所要求的地址，產(chǎn)生對(duì)只讀存儲(chǔ)器227、隨機(jī)存取 存儲(chǔ)器226及控制寄存器222中的任何一個(gè)的存取信號(hào)。
作為中央處理單元225的計(jì)算方式，可以采用將OS (操作系統(tǒng)) 存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器227中并在啟動(dòng)的同時(shí)讀出并執(zhí)行程序的方式。另 外，也可以采用由專用電路構(gòu)成計(jì)算電路并以硬件方式對(duì)計(jì)算處理進(jìn) 行處理的方式。作為并用硬件和軟件這雙方的方式，可以采用如下方 式由專用計(jì)算電路進(jìn)行一部分的處理，使用程序由中央處理單元225 進(jìn)行另一部分的計(jì)算。
在上述RFCPU211中，通過使用接合在具有絕緣表面的襯底上 或絕緣襯底上的具有一定結(jié)晶取向的半導(dǎo)體層(單晶半導(dǎo)體層)形成 集成電路，因此不僅可以實(shí)現(xiàn)處理速度的高速化，而且還可以實(shí)現(xiàn)低 耗電量化。由此，即使將提供電力的電容部229小型化，也可以保證 長(zhǎng)時(shí)間工作，圖16雖然表示RFCPU的方式，但是只要具有通信功能、 計(jì)算處理功能、存儲(chǔ)功能，就可以釆用IC標(biāo)簽。
實(shí)施方式8
上述實(shí)施方式所示的SOI層可以接合在制造顯示面板的稱為母 玻璃的大型玻璃襯底上。圖17表示將SOI層105接合在作為支撐襯 底100的母玻璃上的情況。母玻璃被分割成多個(gè)顯示面板，優(yōu)選根據(jù) 顯示面板162的形成區(qū)域接合SOI層105。母玻璃襯底的面積比半導(dǎo) 體襯底大，因此，如圖17所示，優(yōu)選在顯示面板162的形成區(qū)域的 內(nèi)側(cè)配置多個(gè)SOI層105。由此，當(dāng)將多個(gè)SOI層105排列并配置在 支撐襯底100上時(shí)，可以使相鄰間隔十分寬。顯示面板162具有掃描線驅(qū)動(dòng)電路區(qū)域163、信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路區(qū)域164及像素形成區(qū)域165， 以包括這些區(qū)域的方式將SOI層105接合到支撐襯底100。
圖18A和18B表示液晶顯示裝置的像素的一個(gè)例子，其中像素 晶體管由接合在大型玻璃襯底上的半導(dǎo)體層構(gòu)成。圖18A是像素的平 面圖，在該像素中，半導(dǎo)體層與掃描線166交叉，并與信號(hào)線167和 像素電極168連接。圖18B是沿圖18A所示的J-K截?cái)嗑€的截面圖。
在圖18B中，存在著具有在支撐襯底100上層疊有接合層104c、 阻擋層102c及半導(dǎo)體層106的結(jié)構(gòu)的部分，該區(qū)域包括在像素晶體 管中。在層間絕緣層128上設(shè)置有像素電極168。在連接半導(dǎo)體層106 和信號(hào)線167的接觸孔中，由于蝕刻層間絕緣層128而產(chǎn)生凹臺(tái)階， 因此嵌入該凹部地設(shè)置柱狀間隔物171。在相對(duì)襯底169上形成有相 對(duì)電極170，并在柱狀間隔物171的間隙形成有液晶層172。
圖19A表示電致發(fā)光顯示裝置的一個(gè)例子，其中像素部的晶體 管由接合在大型玻璃襯底上的半導(dǎo)體層構(gòu)成。圖19A是像素的平面 圖，包括連接到信號(hào)線167的選擇晶體管173、以及連接到電源線175 的顯示控制晶體管174。上述顯示裝置的結(jié)構(gòu)如下在各像素中設(shè)置 有其電極之間夾有包含電致發(fā)光材料的層(EL層)的發(fā)光元件。像 素電極168連接到顯示控制晶體管174。圖19B是表示上述像素的主 要部分的截面圖。
在圖19B中，使用大型玻璃襯底作為支撐襯底IOO，存在著具有 在該支撐襯底100上層疊有接合層104c、阻擋層102c及半導(dǎo)體層106 的結(jié)構(gòu)的部分，該區(qū)域包括在顯示控制晶體管中。接合層104c、阻擋 層102c、半導(dǎo)體層106及層間絕緣層128等的結(jié)構(gòu)與圖18B同樣。第 一電極168的周邊部被具有絕緣性的隔離壁層176包圍。在第一電極 168上形成有EL層177。在EL層177上形成有第二電極170。使用 密封樹脂178填充像素部，并設(shè)置有襯底169作為補(bǔ)強(qiáng)板。
本實(shí)施方式的電致發(fā)光顯示裝置將上述像素排列為矩陣狀來構(gòu) 成顯示屏。在此情況下，像素的晶體管的溝道部由接合在支撐襯底100 上的半導(dǎo)體層106構(gòu)成，因此在半導(dǎo)體層106由單晶半導(dǎo)體層構(gòu)成的情況下，具有各晶體管之間沒有特性不均勻性、每個(gè)像素的發(fā)光亮度 均勻的優(yōu)點(diǎn)。因此，容易使用電流控制發(fā)光元件的亮度來驅(qū)動(dòng)，并且 不需要用來校正晶體管特性的不均勻的校正電路，而可以減輕驅(qū)動(dòng)電
路的負(fù)擔(dān)。再者，可以選擇透光襯底作為支撐襯底100，因此可以構(gòu) 成從支撐襯底100 —側(cè)發(fā)射光的底部發(fā)光型電致發(fā)光顯示裝置。
如上所述，還可以在制造顯示裝置的母玻璃上形成晶體管，該晶 體管由使用被接合的半導(dǎo)體襯底的一部分而形成的半導(dǎo)體層構(gòu)成。關(guān) 于由該半導(dǎo)體層構(gòu)成的晶體管，電流驅(qū)動(dòng)能力等的所有工作特性都比 非晶硅晶體管優(yōu)良，因此可以減少晶體管的尺寸。由此，可以提高顯
示面板中的像素部的開口率。還可以形成圖15及16所示的微處理器， 因此可以在顯示裝置內(nèi)提供計(jì)算機(jī)的功能。還可以制造能夠非接觸地 進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)的顯示器。 實(shí)施方式9
根據(jù)本發(fā)明，可以構(gòu)成各種各樣的電器。作為電器，可以舉出攝 像機(jī)、數(shù)字照相機(jī)等、導(dǎo)航系統(tǒng)、音頻再現(xiàn)裝置(汽車音響、音響組件 等)、計(jì)算機(jī)、游戲機(jī)、便攜式信息終端(移動(dòng)計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、便 攜式游戲機(jī)或電子書等)、具有記錄媒質(zhì)的圖像再現(xiàn)裝置(具體地說， 能夠再現(xiàn)記錄媒質(zhì)例如數(shù)字通用盤(DVD)等并且具有能夠顯示其圖像 的顯示器的裝置)等。
圖20A示出移動(dòng)電話301的一個(gè)例子。該移動(dòng)電話301包括顯 示部302、操作部303等。在顯示部302中，可以^使用圖18A和18B 所示的液晶顯示裝置或圖19A和19B所示的電致發(fā)光顯示裝置。通過 使用根據(jù)實(shí)施方式8的顯示裝置，可以構(gòu)成顯示不均勻性低且圖像質(zhì) 量高的顯示部。還可將實(shí)施方式6及7的半導(dǎo)體裝置適用于包括在移 動(dòng)電話301中的微處理器或存儲(chǔ)器.
圖20B示出數(shù)字播放器304作為音響裝置的一個(gè)典型實(shí)例。圖 20B所示的數(shù)字播放器304包括顯示部302、操作部303、以及耳機(jī) 305等。還可以使用頭戴式耳機(jī)或無線耳機(jī)代替耳機(jī)305。在數(shù)字播 放器304中，可以將本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置適用于存儲(chǔ)音樂數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)部或使數(shù)字播放器304工作的微處理器。具有上述結(jié)構(gòu)的數(shù)字播放器 304可以實(shí)現(xiàn)小型輕量化。通過將圖18A和18B所示的液晶顯示裝置 或圖19A和19B所示的電致發(fā)光顯示裝置適用于顯示部302，即使屏 幕尺寸為0.3英寸至2英寸左右也能夠顯示高清晰圖像或文字信息。
圖20C示出電子書306。該電子書306包括顯示部302及操作部 303。另外，可以在其內(nèi)部裝有調(diào)制解調(diào)器，又可以具有以無線方式 輸出/輸入信息的結(jié)構(gòu)。在電子書306中，可以將實(shí)施方式6及7的半 導(dǎo)體裝置適用于存儲(chǔ)信息的存儲(chǔ)部或使電子書306工作的微處理器。 在存儲(chǔ)部中，使用存儲(chǔ)容量為20至200千兆字節(jié)(GB)的NOR型非易 失性存儲(chǔ)器，來可以存儲(chǔ)并再現(xiàn)圖像或音頻(音樂)。通過將圖18A和 18B所示的液晶顯示裝置或圖19A和19B所示的電致發(fā)光顯示裝置適 用于顯示部302，可以進(jìn)行高圖像質(zhì)量的顯示。
實(shí)施方式10
下面對(duì)作為本發(fā)明的特征之一的離子照射方法進(jìn)行考察。 在本發(fā)明中將來源于氫(H)的離子(以下稱為氫離子種類)照 射到單晶半導(dǎo)體襯底。更具體而言，以氫氣體或在其組成中含有氫的
氣體為原料而使用，來產(chǎn)生氫等離子體，并且將該氯等離子體中的氫 離子種類照射到單晶半導(dǎo)體襯底。 (氫等離子體中的離子)
在上迷氫等離子體中，存在氫離子種類如H+、 H2+、 H3+。在此， 對(duì)每個(gè)氫離子種類的反應(yīng)過程(生成過程(formation processes)、消散 過程(destruction processes))， 下面舉出反應(yīng)式。
e + H — e + H十+ e ……(1)
e + H2 ~ e + H2+ + e ……(2)
e + H2 ~> e + (H2)*卄e + H + H ……(3)
e + H2+ — e + (H2+)* — e + H+ + H……(4)
H2+ + H2 — H3+ + H ……(5)
H2+ + H2 — H+ + H + H2 ……(6)
e + H3+卄e + H+ + H + H ……(7)<formula>formula see original document page 41</formula>
圖23示出示意地表示上述反應(yīng)的一部分的能量圖。要注意的是，
圖23所示的能量圖只不過是示意圖，不是嚴(yán)格地規(guī)定關(guān)于反應(yīng)的能
量的關(guān)系。
(H/的生成過程)
如上述那樣，H/主要通過反應(yīng)式(5)所示的反應(yīng)過程而生成。 另一方面，作為與反應(yīng)式(5)竟?fàn)幍姆磻?yīng)，有反應(yīng)式(6)所示的反 應(yīng)過程。為了增加H/，至少需要以比反應(yīng)式(6)的反應(yīng)多的方式引 起反應(yīng)式(5)的反應(yīng)(注意，因?yàn)樽鳛闇p少H/的反應(yīng)，也存在有反 應(yīng)式(7)、反應(yīng)式(8)、反應(yīng)式(9),所以即使反應(yīng)式(5)的反 應(yīng)多于反應(yīng)式(6)的反應(yīng)，H/也不一定增加)。反過來，在反應(yīng)式 (5)的反應(yīng)比反應(yīng)式(6)的反應(yīng)少的情況下，在等離子體中的H3+ 的比率減少。
在上述反應(yīng)式的右邊(最右邊)的生成物的增加量依賴于反應(yīng)式 的左邊(最左邊)所示的原料的密度或關(guān)于其反應(yīng)的速度系數(shù)等。在 此，通過試驗(yàn)已確認(rèn)到如下事實(shí)當(dāng)H/的動(dòng)能小于大約lleV時(shí)，反 應(yīng)式(5)的反應(yīng)成為主要反應(yīng)(即，與關(guān)于反應(yīng)式(6)的速度系數(shù) 相比，關(guān)于反應(yīng)式(5)的速度系數(shù)充分大)；當(dāng)H2+的動(dòng)能大于大約 lleV時(shí)，反應(yīng)式(6)的反應(yīng)成為主要反應(yīng)。
荷電粒子通過從電場(chǎng)受到力而獲得動(dòng)能。該動(dòng)能對(duì)應(yīng)于電場(chǎng)的勢(shì) 能(potential energy)的減少量。例如，某一個(gè)荷電粒子直到與其它 粒子碰撞之前獲得的動(dòng)能等于在其期間中經(jīng)過的電位差的勢(shì)能。也就 是說，有如下趨勢(shì)當(dāng)在電場(chǎng)中能夠不與其它粒子碰撞地長(zhǎng)距離移動(dòng) 時(shí)，與不能不與其它粒子碰撞地長(zhǎng)距離移動(dòng)的情況相比，荷電粒子的 動(dòng)能(的平均)增高。在粒子的平均自由程長(zhǎng)的情況下，就是壓力低 的情況下會(huì)發(fā)生這種荷電粒子的動(dòng)能增大的趨勢(shì)。
另外，即使平均自由程短，也在該平均自由程中可以獲得大動(dòng)能 時(shí)，荷電粒子的動(dòng)能會(huì)變大。就是，可以說，即使平均自由程短，也在電位差大時(shí)，荷電粒子所具有的動(dòng)能變大。
將上述情況適用于H2+。在如用于生成等離子體的處理室內(nèi)那樣， 以電場(chǎng)的存在為前提的情況下，當(dāng)在該處理室內(nèi)的壓力低時(shí)H2+的動(dòng) 能變大，當(dāng)在該處理室內(nèi)的壓力高時(shí)H2+的動(dòng)能變小。換言之，因?yàn)?br> 在處理室內(nèi)的壓力低的情況下反應(yīng)式(6)的反應(yīng)成為主要反應(yīng)，所
以H3+有減少的趨勢(shì)，并且因?yàn)樵谔幚硎覂?nèi)的壓力高的情況下反應(yīng)式
(5)的反應(yīng)成為主要反應(yīng)，所以H3+有增大的趨勢(shì)。另外，在等離子 體生成區(qū)域中的電場(chǎng)較強(qiáng)的情況下，即，在某兩點(diǎn)之間的電位差大的 情況下，H/的動(dòng)能變大。在與此相反的情況下，H/的動(dòng)能變小。 換言之，因?yàn)樵陔妶?chǎng)較強(qiáng)的情況下反應(yīng)式(6)的反應(yīng)成為主要反應(yīng)， 所以H3+有減少的趨勢(shì)，并且因?yàn)樵陔妶?chǎng)較弱的情況下反應(yīng)式(5)的 反應(yīng)成為主要反應(yīng)，所以H/有增加的趨勢(shì)。 (取決于離子源的差異) 在此示出離子種類的比率(尤其是H/的比率)不同的一例。圖 24是表示由100%的氫氣體(離子源的壓力為4.7xl(T2Pa)生成的離 子的質(zhì)量分析結(jié)果的圖表。注意，上述質(zhì)量分析通過測(cè)量從離子源引 出的離子而進(jìn)行。橫軸為離子的質(zhì)量。在光譜中，質(zhì)量l的峰值對(duì)應(yīng) 于H+、質(zhì)量2的峰值對(duì)應(yīng)于H/、質(zhì)量3的峰值對(duì)應(yīng)于H3+?？v軸為 光鐠的強(qiáng)度，其對(duì)應(yīng)于離子的數(shù)量。在圖24中，以質(zhì)量3的離子為 100的情形中的相對(duì)比來表示質(zhì)量不同的離子的數(shù)量。根據(jù)圖24可知
由上述離子源生成的離子的比率大約為H+: h2+: h3+=i : i: 8。注
意，也可以由離子摻雜裝置獲得這種比率的離子，該離子摻雜裝置由 生成等離子體的等離子體源部(離子源)和用于從該等離子體引出離 子束的引出電極等構(gòu)成。
圖25是示出在使用與圖24不同的離子源的情況下，當(dāng)離子源的 壓力大約為3xl0-汴a時(shí)，由PH3生成的離子的質(zhì)量分析結(jié)果的圖表， 上述質(zhì)量分析結(jié)果是注目于氫離子種類的。此外，質(zhì)量分析通過測(cè)量 從離子源引出的離子而進(jìn)行。與圖24相同，橫軸表示離子的質(zhì)量， 質(zhì)量1的峰值對(duì)應(yīng)于H+、質(zhì)量2的峰值對(duì)應(yīng)于H2+、質(zhì)量3的峰值對(duì)應(yīng)于h/?？v軸為對(duì)應(yīng)于離子的數(shù)量的光鐠的強(qiáng)度。根據(jù)圖25可知在
等離子體中的離子的比率大約為h+ : h2+ : h3+=37 : 56 : 7。注意，雖
然圖25是當(dāng)源氣體為PH3時(shí)的數(shù)據(jù)，但是當(dāng)將100%的氫氣體用作源 氣體時(shí)，氫離子種類的比率也成為相同程度。
在采用獲得圖25所示的數(shù)據(jù)的離子源的情況下，在h+、 h2+、 以及H3+中，Hs+的生成僅在7%左右。另一方面，在采用獲得圖24所 示的數(shù)據(jù)的離子源的情況下，可以將h/的比率成為50%以上(在上 述條件下大約為80%)?？梢怨烙?jì)這是起因于在上述考察中獲知的處 理室內(nèi)的壓力及電場(chǎng)。
(h/的照射機(jī)制)
在生成如圖24那樣包含多個(gè)離子種類的等離子體且對(duì)生成了的 離子種類不進(jìn)行質(zhì)量分離而照射到單晶半導(dǎo)體襯底的情況下，h+、 h2+、 h/的每個(gè)離子被照射到單晶半導(dǎo)體襯底的表面。為了再現(xiàn)從照 射離子到形成離子引入?yún)^(qū)域的機(jī)制，舉出下列的五種模式
1. 照射的離子種類為h+，照射之后也為h+ (h)的情況；
2. 照射的離子種類為112+，照射之后也為h2+ (h2)的情況；
3. 照射的離子種類為H2+，照射之后分成兩個(gè)h (h+)的情況；
4. 照射的離子種類為H3+，照射之后也為h3+ ( h3)的情況；
5. 照射的離子種類為H3+，照射之后分成三個(gè)h (h+)的情況. (模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)值的比較)
根據(jù)上述模式，進(jìn)行當(dāng)將氫離子種類照射到Si襯底時(shí)的模擬。 作為用于模擬的軟件，使用SRIM (the Stopping and Range of Ions in Matter:通過蒙特卡羅(MonteCarlo)法的離子引入過程的模擬軟件， 是TRIM (the Transport of Ions in Matter)的改良版)。注意，為 了計(jì)算上的方便，在模式2中將H2+轉(zhuǎn)換為具有兩倍質(zhì)量的h+進(jìn)行計(jì) 算，另外，在模式4中將H3+轉(zhuǎn)換為具有三倍質(zhì)量的h+進(jìn)行計(jì)算。再 者，在模式3中將H2+轉(zhuǎn)換為具有1/2動(dòng)能的h+進(jìn)行計(jì)算，并且在模 式5中將h/轉(zhuǎn)換為具有1/3動(dòng)能的h+進(jìn)行計(jì)算。
注意，雖然SRIM是以非晶結(jié)構(gòu)為對(duì)象的軟件，但是在以高能量、高劑量的條件照射氫離子種類的情況下，可以利用SRIM。這是因?yàn)?由于氫離子種類和Si原子的碰撞，Si襯底的晶體結(jié)構(gòu)變成非單晶結(jié) 構(gòu)的緣故。
在圖26中示出使用模式1至模式5照射氫離子種類的情況(以 H換算照射10萬個(gè))的計(jì)算結(jié)果。另外， 一起示出照射圖24所示的 氫離子種類的Si襯底中的氫濃度(SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy: 二次離子質(zhì)鐠)的數(shù)據(jù))。對(duì)于使用模式1至模式5 進(jìn)行的計(jì)算的結(jié)果，以氫原子的個(gè)數(shù)表示縱軸(右軸)，對(duì)于SIMS 數(shù)據(jù)，以氫原子的濃度表示縱軸(左軸)。橫軸為離Si襯底的表面的 深度。在對(duì)實(shí)測(cè)值的SIMS數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較的情況下，模式 2及模式4明顯地從SIMS數(shù)據(jù)的峰值偏離，并且在SIMS數(shù)據(jù)中不 能觀察到對(duì)應(yīng)于模式3的峰值。由此，可知模式2至模式4的影響相 對(duì)較小。通過考慮雖然離子的動(dòng)能為keV的數(shù)量級(jí)，但H-H鍵能只 不過大約為幾eV，可以估計(jì)模式2及模式4的影響小是由于與Si的 碰撞，大部分的Hz+或113+分成H+或H的緣故。
根據(jù)上述理由，下面不考慮模式2至模式4。在圖27至圖29中 示出當(dāng)使用模式1及模式5照射氫離子種類時(shí)(以H換算照射10萬 個(gè))的計(jì)算結(jié)果。另外， 一起示出照射圖24所示的氫離子種類的Si 襯底中的氫濃度(SIMS數(shù)據(jù))及將上述模擬結(jié)果擬合于SIMS數(shù)據(jù) 的數(shù)據(jù)(下面稱為擬合函數(shù))。在此，圖27示出將加速電壓設(shè)定為 80kV的情況，圖28示出將加速電壓設(shè)定為60kV的情況，并且圖29 示出將加速電壓設(shè)定為40kV的情況。注意，對(duì)于使用模式l及模式 5進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果，以氫原子的個(gè)數(shù)表示縱軸(右軸)，對(duì)于SIMS 數(shù)據(jù)以及擬合函數(shù)，以氫原子的濃度表示縱軸(左軸)。橫軸為離Si 襯底的表面的深度。
通過考慮模式1及模式5使用下面的計(jì)算式算出擬合函數(shù)。注意， 在計(jì)算式中，X、 Y為關(guān)于擬合的參數(shù)，并且V為體積。
[擬合函數(shù)I-X/Vx模式1的數(shù)據(jù)+Y/Vx模式5的數(shù)據(jù)
當(dāng)考慮實(shí)際上照射的離子種類的比率(大約為h+ : h2+ : h3+=i : i: 8)時(shí)，也應(yīng)該顧及H2+的影響(即，模式3),但 是因?yàn)橄旅嫠镜睦碛?，在此排除模?。
.由于通過模式3所示的照射過程而引入的氫與模式5的照射過 程相比極少，因此排除模式3來顧及也沒有大的影響(SIMS數(shù)據(jù)中 也沒有出現(xiàn)峰值)。
-由于在模式5中發(fā)生的溝道效應(yīng)(起因于結(jié)晶的晶格結(jié)構(gòu)的元 素移動(dòng))，其峰值位置與模式5接近的模式3不明顯的可能性高。就 是，預(yù)計(jì)模式3的擬合參數(shù)是很困難的。這是因?yàn)樵诒灸M中以非晶 Si為前提，因此不顧及起因于結(jié)晶度的影響的緣故。
在圖30中總結(jié)上述的擬合參數(shù)。在上述所有的加速電壓下，引
入的H的數(shù)量的比率大約為模式ii:[模式5i-i :42至i :45(當(dāng)在
模式1中的H的個(gè)數(shù)為1的情況下，在模式5中的H的個(gè)數(shù)大約為 42以上且45以下)，并且照射的離子種類的個(gè)數(shù)的比率大約為IT
(模式i) i:h3+ (模式5)-i: 14至i: 15 (當(dāng)在模式i中的h+
的個(gè)數(shù)為1的情況下，在模式5中的H3+的個(gè)數(shù)大約為14以上且15 以下)。通過考慮不顧及模式3和假設(shè)用非晶Si而進(jìn)行計(jì)算等的條件， 可以認(rèn)為獲得了與關(guān)于實(shí)際上的照射的離子種類的比率(大約為
H+: h2+ : h3+=i :i:8)接近的值。
(使用H3+的效果)
通過將如圖24所示那樣的提高113+的比率的氫離子種類照射到 襯底，可以獲得起因于H/的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如，因?yàn)镠/分成H+或H 等而引入到襯底內(nèi)，與主要照射H+或H2+的情況相比，可以提高離子 的引入效率。因此，可以提高半導(dǎo)體襯底的產(chǎn)率。另外，H/分開之 后的H+或H的動(dòng)能有變小的趨勢(shì)，因此適合于較薄的半導(dǎo)體層的制 造。
注意，在本說明書中，為了高效地照射H3+，對(duì)利用能夠照射如 圖24所示那樣的氫離子種類的離子摻雜裝置的方法進(jìn)行說明。離子 摻雜裝置的價(jià)格低廉且適合于大面積處理，因而通過利用這種離子摻 雜裝置照射H3+，可以獲得明顯的效果如提高半導(dǎo)體特性、實(shí)現(xiàn)大面積化、低成本化、提高產(chǎn)率等。另一方面，當(dāng)以H/的照射考慮為首 要時(shí)，不需要被解釋為限于利用離子摻雜裝置的方式。
本說明書根據(jù)2007年5月11日在日本專利局受理的日本專利申 請(qǐng)編號(hào)2007-127270而制作，所述申請(qǐng)內(nèi)容包括在本說明書中。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟在半導(dǎo)體襯底的一部分中形成槽；通過對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面照射一種原子或多種原子的其質(zhì)量不相同的離子，在離所述半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面的深度接近于所述離子的平均進(jìn)入深度的區(qū)域形成具有多孔結(jié)構(gòu)的脆弱區(qū)域；在所述半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面上形成氧化硅層；中間夾著所述氧化硅層將所述半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面和具有絕緣表面的襯底重疊，并且接合所述氧化硅層和所述具有絕緣表面的襯底，然后通過進(jìn)行加熱處理，在所述脆弱區(qū)域中產(chǎn)生裂縫，在所述脆弱區(qū)域中分離所述半導(dǎo)體襯底，并且在所述具有絕緣表面的襯底上形成半導(dǎo)體層；以及通過使用所述半導(dǎo)體層形成半導(dǎo)體元件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述半導(dǎo) 體襯底是單晶襯底。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述一種 原子或多種原子的其質(zhì)量不相同的離子是其質(zhì)量不相同的氫離子。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述其質(zhì) 量不相同的氬離子包含H+、 H2+、 H/離子。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述氫離子中的H3+離子的比例比其他離子種類的比例高。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述具有 絕緣表面的襯底選自鋁硅酸鹽玻璃襯底、鋁硼硅酸鹽玻璃襯底及鋇硼 硅酸鹽玻璃襯底。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述半 導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面上形成阻擋層，并在所述阻擋層上形成所述氧化 硅層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述阻擋層選自氮化硅層、氮氧化硅層、氮化鋁層及氮氧化鋁層。
9. 一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟 通過在包含卣素的氧化氣氛中進(jìn)行熱處理，在半導(dǎo)體襯底的表面上形成氧化層；在所述半導(dǎo)體襯底的一部分中形成槽；通過對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面照射一種原子或多種原子的 其質(zhì)量不相同的離子，在離所述半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面的深度接近于 所述離子的平均進(jìn)入深度的區(qū)域形成具有多孔結(jié)構(gòu)的脆弱區(qū)域； 在所述半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面上形成氧化硅層； 中間夾著所述氧化硅層將所述半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面和具有絕 緣表面的襯底重疊，并且接合所述氧化硅層和所述具有絕緣表面的襯 底，然后通過進(jìn)行加熱處理，在所述脆弱區(qū)域中產(chǎn)生裂縫，在所述脆 弱區(qū)域中分離所述半導(dǎo)體襯底，并且在所述具有絕緣表面的襯底上形 成半導(dǎo)體層；以及通過使用所述半導(dǎo)體層形成半導(dǎo)體元件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述離 素從選自HF、 NF3、 HBr、 Cl2、 C1F3、 BC13、 F2及Br2中的一種或多 種氣體獲得。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述半 導(dǎo)體襯底是單晶襯底，
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述一 種原子或多種原子的其質(zhì)量不相同的離子是其質(zhì)量不相同的氫離子。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述其 質(zhì)量不相同的氫離子包含H+、 H2+、 H/離子。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述氫離子中的H3+離子的比例比其他離子種類的比例高。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述具 有絕緣表面的襯底選自鋁硅酸鹽玻璃襯底、鋁硼硅酸鹽玻璃襯底及鋇 硼硅酸鹽玻璃襯底。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述 半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面上形成阻擋層，并在所述阻擋層上形成所述氧 化硅層。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述阻 擋層選自氮化硅層、氣氧化硅層、氮化鋁層及氮氧化鋁層。
18. —種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟笫一步驟在半導(dǎo)體襯底的一部分中形成槽；通過對(duì)所述半導(dǎo)體 襯底的一個(gè)表面照射一種原子或多種原子的其質(zhì)量不相同的離子，在 離所述半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面的深度接近于所述離子的平均進(jìn)入深 度的區(qū)域形成具有多孔結(jié)構(gòu)的脆弱區(qū)域；以及在所述半導(dǎo)體襯底的一 個(gè)表面上形成氧化硅層；笫二步驟在支撐襯底上形成剝離層，并在所述剝離層上形成絕緣層；所述第一步驟及所述第二步驟之后的第三步驟中間夾著所述氧 化硅層將所述半導(dǎo)體村底的一個(gè)表面和形成在所迷支撐襯底上的所 迷絕緣層重疊，并且接合所述氧化硅層和所述絕緣層，然后通過進(jìn)行 加熱處理，在所述脆弱區(qū)域中產(chǎn)生裂縫，在所述脆弱區(qū)域中分離所述 半導(dǎo)體襯底，并且在所迷支撐襯底上形成半導(dǎo)體層；所述第三步猓之后的第四步驟通過使用所述半導(dǎo)體層形成具有半導(dǎo)體元件的元件層；第五步驟在所述元件層上設(shè)置具有絕緣表面的柔性村底；以及 所述第五步驟之后的第六步槺在所述剝離層中從所述元件層分離所述支撐村底。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所迷的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述半 導(dǎo)體襯底是單晶村底。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所迷的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述一種原子或多種原子的其質(zhì)量不相同的離子是其質(zhì)量不相同的氫離子。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述其 質(zhì)量不相同的氫離子包含H+、 H2+、 H3+離子。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述氫離子中的H3+離子的比例比其他離子種類的比例高。
23. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述支 撐襯底選自鋁硅酸鹽玻璃襯底、鋁硼硅酸鹽玻璃襯底及鋇硼硅酸鹽玻 璃襯底。
24. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述 半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面上形成阻擋層，并在所述阻擋層上形成所述氧 化硅層。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述阻 擋層選自氮化硅層、氮氧化硅層、氮化鋁層及氮氧化鋁層。
26. —種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟 通過在包含卣素的氧化氣氛中進(jìn)行熱處理，在半導(dǎo)體襯底的表面上形成氧化層；在所述半導(dǎo)體襯底的端部的一部分中形成槽； 使用夾具固定所述半導(dǎo)體襯底的端部的一部分； 通過對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面照射一種原子或多種原子的 其質(zhì)量不相同的離子，在離所述半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面的深度接近于 所述離子的平均進(jìn)入深度的區(qū)域形成具有多孔結(jié)構(gòu)的脆弱區(qū)域； 在所述半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面上形成氣化硅層； 中間夾著所述氧化硅層將所述半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面和具有絕 緣表面的襯底重疊，并且接合所述氧化硅層和所述具有絕緣表面的襯 底，然后通過進(jìn)行加熱處理，在所述脆弱區(qū)域產(chǎn)生裂縫，在所述脆弱 區(qū)域中分離所述半導(dǎo)體襯底，并且在所述具有絕緣表面的襯底上形成 半導(dǎo)體層；以及通過使用所迷半導(dǎo)體層形成半導(dǎo)體元件。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所迷鹵 素從選自HF、 NF3、 HBr、 Cl2、 C1F3、 BC13、 F2及Br2中的一種或多 種氣體獲得。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述半導(dǎo)體襯底是單晶襯底。
29. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述一 種原子或多種原子的其質(zhì)量不相同的離子是其質(zhì)量不相同的氫離子。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述其 質(zhì)量不相同的氫離子包含H+、 H2+、 H/離子。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述氫離子中的H3+離子的比例比其他離子種類的比例高。
32. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述具 有絕緣表面的襯底選自鋁硅酸鹽玻璃襯底、鋁硼硅酸鹽玻璃襯底及鋇 硼珪酸鹽玻璃襯底。
33. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述 半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面上形成阻擋層，并在所述阻擋層上形成所述氧 化硅層。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述阻 擋層選自氮化硅層、氮氧化硅層、氮化鋁層及氮氧化鋁層。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，即使使用耐熱溫度低的襯底也高成品率地制造具有結(jié)晶半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體裝置。通過在半導(dǎo)體襯底的一部分中形成槽，形成具有凸部的半導(dǎo)體襯底，而且覆蓋該凸部地形成接合層。另外，在形成接合層之前，通過對(duì)成為凸部的半導(dǎo)體襯底照射加速了的離子，形成脆弱層。將接合層和支撐襯底接合，然后進(jìn)行分離半導(dǎo)體襯底的熱處理，以在支撐襯底上提供半導(dǎo)體層。通過選擇性地蝕刻該半導(dǎo)體層，形成半導(dǎo)體元件，以制造半導(dǎo)體裝置。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101303967SQ200810090719
公開日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2008年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日
發(fā)明者大沼英人, 山崎舜平 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所