專利名稱：半導體襯底的制造方法、以及半導體裝置的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及隔著緩沖層固定有單晶半導體層的半導體襯底的制造方法、以及半導 體裝置的制造方法。
背景技術：
使用在絕緣表面上設置有薄單晶半導體層的被稱為絕緣體上硅(以下也稱為 S0I)的半導體襯底而代替將單晶半導體的錠切成薄片來制造的硅片的集成電路被研究開 發(fā)。因為能夠減少晶體管的漏極和襯底之間的寄生電容以提高半導體集成電路的性能，所 以使用SOI襯底的集成電路引人注目。作為SOI襯底，已知SIMOX襯底和貼合襯底。例如，關于SIMOX襯底，將氧離子 注入到單晶硅襯底中，并在1300°C以上的溫度下進行熱處理來形成埋氧(BOX，即Buried Oxide)層，以在表面上形成單晶硅薄膜而得到SOI結構。作為制造SOI襯底的另一方法，已知氫離子注入剝離法(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，在離其表面有預定深度的區(qū)域中形成微 小氣泡層，并將該微小氣泡層用作劈開面，以將薄硅層接合在另一硅片上。再者，除了進行 剝離硅層的熱處理以外，還必須通過在氧化性氣氛中進行熱處理來在硅層上形成氧化膜， 然后去除該氧化膜，接著以1000°C至1300°C進行熱處理而提高接合強度。另外，已知在玻璃襯底上貼合有單晶硅層的SOI襯底的制造方法(例如專利文件 2)。在專利文件2中，作為不需要超過800°C的高溫熱處理的SOI襯底的制造方法，將激光 照射到絕緣襯底，以提高接合強度。再者，在專利文件2中，作為理想的實施方式，公開了在 照射激光之后對單晶硅層進行鏡面拋光的方法。另外，本申請人在專利文件3及4中公開了采用智能切割(SmartCut)(注冊商標) 并使用高耐熱性襯底作為支撐襯底制造半導體裝置的方法。再者，在專利文件5中公開了 采用智能切割(注冊商標)并使用透光襯底作為支撐襯底制造半導體裝置的方法。[專利文件1]日本專利申請公開2000-124092號公報[專利文件2]日本專利申請公開2005-252244號公報[專利文件3]日本專利申請公開H11-163363號公報[專利文件4]日本專利申請公開2000-012864號公報[專利文件5]日本專利申請公開2000-150905號公報關于玻璃襯底，其面積比硅片大，而且其價格低廉，因此通過使用玻璃襯底作為支 撐襯底，可以制造面積大且價格低廉的SOI襯底。但是，玻璃襯底的應變點為700°C以下，其 耐熱性低。因此，不能在超過玻璃襯底的耐熱溫度的溫度下進行加熱處理，從而其工藝溫度 局限于700°C以下。就是說，對剝離面上的結晶缺陷的去除、表面的平坦化處理具有工藝溫度的限制。通常，在1000°C以上的溫度下進行加熱處理，以去除被貼合在硅片上的半導體層 的結晶缺陷，但是為了去除被貼合在應變點為700°C以下的玻璃襯底上的半導體層的結晶 缺陷，不能進行上述高溫處理。就是說，在以往的方法中，不能使被貼合在應變點為700°C以 下的玻璃襯底上的單晶半導體層再結晶而使它恢復到其結晶性與加工之前的單晶半導體 襯底為相同程度的單晶半導體層。另外，與硅片相比，玻璃襯底容易彎曲，而且在其表面上存在著起伏。尤其是，難以 對一邊長超過30cm的大面積玻璃襯底進行機械拋光處理。因此，從加工精度和成品率等 的觀點來看，將對剝離面的機械拋光處理用作對被貼合在支撐襯底上的半導體層的平坦化 處理是不理想的。另一方面，為了制造高性能半導體元件，需要抑制剝離面上的表面凹凸。 這是因為如下緣故在使用SOI襯底制造晶體管的情況下，柵電極隔著柵極絕緣層形成在 半導體層上。因此，若半導體層的凹凸大，則難以制造其絕緣耐壓性高的柵極絕緣層。因而， 需要較厚的柵極絕緣層，以提高絕緣耐壓性。從而，若半導體層的表面凹凸大，則場效應遷 移率下降，而且閾值電壓值上升，等等，它們成為降低半導體元件的性能的原因。如上所述，明顯存在著如下問題若使用低耐熱性且容易彎曲的玻璃襯底等襯底 作為支撐襯底，則難以改善從硅片剝離而固定于支撐襯底上的半導體層的表面凹凸。

發(fā)明內容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種即使使用低耐熱性襯底作為支撐襯底 也能夠形成高性能半導體元件的半導體襯底及半導體裝置的制造方法。本發(fā)明的目的還在 于提供一種能夠形成高性能半導體元件的半導體襯底。本發(fā)明的半導體襯底的制造方法之一包括如下步驟準備單晶半導體襯底及支撐 襯底；通過使用離子摻雜裝置將加速了的離子照射到單晶半導體襯底，在離單晶半導體襯 底的表面有預定深度的區(qū)域中形成損傷區(qū)域；在支撐襯底及單晶半導體襯底中的至少一個 上形成緩沖層；隔著緩沖層密接支撐襯底和單晶半導體襯底，而接合緩沖層的表面和與緩 沖層表面密接的表面，以在支撐襯底上固定單晶半導體襯底；通過加熱單晶半導體襯底在 損傷區(qū)域中產生裂縫，而且從支撐襯底分離單晶半導體襯底，以形成固定有從單晶半導體 襯底分離了的單晶半導體層的支撐襯底；通過將激光束照射到單晶半導體層，使單晶半導 體層熔化，而使單晶半導體層再結晶；以及在400°C以上且不使其熔化的溫度下加熱再結 晶了的單晶半導體層。本發(fā)明的半導體裝置的制造方法之一包括如下步驟準備單晶半導體襯底及應變 點為700°C以下的支撐襯底；通過使用離子摻雜裝置將加速了的離子照射到單晶半導體襯 底，在離單晶半導體襯底的表面有預定深度的區(qū)域中形成損傷區(qū)域；在支撐襯底及單晶半 導體襯底中的至少一個上形成緩沖層；隔著緩沖層密接支撐襯底和單晶半導體襯底，而接 合緩沖層的表面和與緩沖層表面密接的表面，以在支撐襯底上固定單晶半導體襯底；通過 加熱單晶半導體襯底在損傷區(qū)域中產生裂縫，而且從支撐襯底分離單晶半導體襯底，以形 成固定有從單晶半導體襯底分離了的單晶半導體層的支撐襯底；通過將激光束照射到單晶 半導體層，使單晶半導體層熔化，而使單晶半導體層再結晶；在400°C以上且應變點以下的 溫度下，以不使單晶半導體層熔化的方式加熱再結晶了的單晶半導體層；通過對加熱了的
8單晶半導體層進行蝕刻，將單晶半導體層分割成多個第二單晶半導體層；在多個第二單晶 半導體層上形成柵極絕緣層；隔著柵極絕緣層在多個第二單晶半導體層上形成柵電極；以 及對多個第二單晶半導體層添加成為施主或受主的雜質。本發(fā)明的半導體襯底之一包括應變點為700°C以下的支撐襯底；緩沖層；以及隔 著緩沖層固定于支撐襯底上的單晶半導體層，其中單晶半導體層的氫濃度為5X IO18原子/ cm3以上5 XlO2tl原子/cm3以下。注意，單晶指的是在注目于某個結晶軸時該結晶軸的方向在樣品的哪個部分中都 一致的晶體，而且它是晶體和晶體之間不存在著晶界的晶體。在本說明書中，將雖然包含結 晶缺陷及懸空鍵但具有如上所述那樣結晶軸的方向一致且不存在著晶界的晶體看作單晶。另外，具有晶體結構的層的再結晶指的是經歷與其晶體結構不同的狀態(tài)(例如液 相狀態(tài))而再次成為具有晶體結構的層。另外，在本說明書中，將通過使單晶半導體再結晶 而形成單晶半導體稱為再單晶化。在本發(fā)明的半導體襯底及半導體裝置的制造方法中，通過照射激光束，使照射了 激光束的區(qū)域中的單晶半導體層表面在深度方向上部分地熔化。例如，使表面及其表面附 近熔化。或者，使照射了激光束的區(qū)域中的單晶半導體層在深度方向上全部地熔化。在本發(fā)明的半導體襯底及半導體裝置的制造方法中，優(yōu)選在惰性氣體氣氛下將激 光束照射到半導體層?；蛘?，優(yōu)選地是，邊照射激光束，邊對單晶半導體層的上表面中的激 光束照射區(qū)域噴射惰性氣體。作為惰性氣體，可以使用氮氣體或稀有氣體。惰性氣體指的是 在激光束照射步驟中不與單晶半導體層的表面起反應而形成氧化膜的分子或原子的氣體。 例如，惰性氣體有氮氣體(N2氣體)、氬、氙等稀有氣體等。在本發(fā)明中，優(yōu)選使用應變點為650°C以上700°C以下的襯底作為支撐襯底。作為 支撐襯底，可以使用玻璃襯底。例如，可以使用無堿玻璃襯底。在本發(fā)明中，緩沖層可以由一層或兩層以上的膜構成。緩沖層優(yōu)選包含能夠防止 鈉從支撐襯底一側擴散的阻擋層。另外，緩沖層優(yōu)選具有與單晶半導體層密接且包含氯或 氟等鹵素的絕緣膜。在本發(fā)明的半導體裝置的制造方法中，通過在工藝溫度為700°C以下的狀態(tài)下使 從單晶半導體襯底分離了的單晶半導體層熔化，可以使它再結晶，而使其結晶性得到恢復。 另外，可以在工藝溫度為700°C以下的狀態(tài)下使從單晶半導體襯底分離了的單晶半導體層 平坦化。另外，在照射激光束而使單晶半導體層熔化且再單晶化之后，通過進行不使它熔 化的加熱處理，可以使再單晶化了的單晶半導體層的壽命變長。因此，即使使用低耐熱性襯底作為支撐襯底，也可以使用根據本發(fā)明的半導體襯 底形成高性能半導體元件。例如，可以使用大面積的透光性玻璃襯底制造高性能顯示裝置。


圖1是示出半導體襯底的結構的一個例子的外觀圖；圖2是示出單晶半導體襯底的結構的一個例子的外觀圖；圖3是示出半導體襯底的制造方法的外觀圖；圖4A至4E是示出半導體襯底的制造方法的截面圖5A至5C是示出半導體襯底的制造方法的截面圖；圖6是示出半導體襯底的結構的一個例子的外觀圖；圖7是示出單晶半導體襯底的結構的一個例子的外觀圖；圖8是示出半導體襯底的制造方法的截面圖；圖9A至9E是示出半導體襯底的制造方法的截面圖；圖IOA至IOC是示出半導體襯底的制造方法的截面圖；圖IlA至IlE是示出半導體襯底的制造方法的截面圖及平面圖；圖12A至12D是示出半導體襯底的制造方法的截面圖及平面圖；圖13A和13B是示出半導體襯底的結構的一個例子的截面圖及平面圖；圖14A至14C是示出半導體襯底的制造方法的截面圖及平面圖；圖15A至15D是示出半導體襯底的制造方法的截面圖；圖16A和16B是示出半導體襯底的制造方法的截面圖；圖17A至17D是說明半導體裝置的制造方法的截面圖；圖18A至18C是說明半導體裝置的制造方法的截面圖；圖19是說明半導體裝置的制造方法的截面圖；圖20A至20E是說明半導體裝置的制造方法的截面圖；圖21A至21C是說明半導體裝置的制造方法的截面圖；圖22A和22B是說明半導體裝置的制造方法的截面圖；圖23A至23E是說明半導體裝置的制造方法的截面圖；圖24是示出微處理器的結構的一個例子的框圖；圖25是示出RFCPU的結構的一個例子的框圖；圖26是示出有源矩陣顯示裝置的結構例子的框圖；圖27是示出液晶顯示裝置的像素的結構例子的電路圖；圖28是示出電致發(fā)光裝置的像素的結構例子的電路圖；圖29是示出半導體襯底上的電路的布置例子的立體圖；圖30A和30B分別是液晶顯示裝置的像素的平面圖和沿圖30A的J-K線的截面 圖；圖31A和31B分別是電致發(fā)光顯示裝置的像素的平面圖和沿圖31A的J-K線的截 面圖；圖32A至32C分別是手機的外觀圖、數(shù)字播放器的外觀圖、以及電子書的外觀圖；圖33A至33C是手機的外觀圖；圖34是用于測量的半導體襯底的截面圖；圖35是示出單晶硅層的拉曼位移的峰波數(shù)的圖；圖36是示出單晶硅層的拉曼光譜的半峰全寬的圖；圖37是示出單晶硅層的壽命評價測量結果的圖；圖38是示波器的信號波形的圖像；圖39A至39C是通過^SP而得到的單晶硅層的IPF圖；圖40A至40D是利用AFM觀察單晶硅層而得到的AFM圖像；圖41A至41C是根據AFM圖像而計算出的單晶硅層的表面粗糙度的圖42是根據SIMS而得到的單晶硅層的氫濃度的深度方向的分布圖；圖43是根據SIMS而得到的單晶硅層的氫濃度的深度方向的分布圖；圖44是示出在離子摻雜裝置中從H2氣體中產生的離子種的質量分析結果的圖；圖45是示出在離子注入裝置中從PH3氣體中產生的離子種的質量分析結果的圖；圖46是氫分子、氫離子(H+、H2+、H3+)的能量圖解；圖47是示出加速電壓為SOkV時的氫元素的深度方向的分布圖(計算值以及實測 值)的曲線圖；圖48是示出加速電壓為SOkV時的氫元素的深度方向的分布圖(計算值、實測值 以及擬合函數(shù))的曲線圖；圖49是示出加速電壓為60kV時的氫元素的深度方向的分布圖(計算值、實測值 以及擬合函數(shù))的曲線圖；圖50是示出加速電壓為40kV時的氫元素的深度方向的分布圖(計算值、實測值 以及擬合函數(shù))的曲線圖；圖51是圖48至圖50所示的擬合函數(shù)的擬合參數(shù)(氫元素比以及氫離子種比) 的表；圖52A至52H是示出實施例6的半導體襯底的制造方法的截面圖；圖53是示出單晶硅層的壽命評價測量結果的圖。
具體實施例方式下面，說明本發(fā)明。本發(fā)明可以以多種不同的方式實施，所屬技術領域的技術人員 可以很容易地理解一個事實就是其方式和詳細內容可以不脫離本發(fā)明的宗旨及其范圍地 變換為各種各樣的形式。因此，本發(fā)明不應該被解釋為僅限定在實施方式及實施例所記載 的內容中。另外，在不同附圖之間共同使用同一附圖標記表示同一部分，而省略材料、形狀、 制造方法等的反復說明。實施方式1在本實施方式中，說明單晶半導體層隔著緩沖層固定于支撐襯底上的半導體襯底 及其制造方法。圖1是示出半導體襯底的結構例子的立體圖。半導體襯底10是單晶半導體層112 隔著緩沖層111固定于支撐襯底100上的襯底。單晶半導體層112是將單晶半導體襯底的 厚度減薄而形成的層。緩沖層111的表面和支撐襯底100的表面接合，使得單晶半導體層 112固定于支撐襯底100上。半導體襯底10是所謂的SOI結構的襯底，它是在絕緣層上形 成有單晶半導體層的襯底。緩沖層111可以具有單層結構或層疊了兩層以上的膜的多層結構。構成緩沖層 111的膜由對單晶半導體襯底的表面進行成膜處理而形成的膜構成。在本實施方式中，緩沖 層111具有三層結構，即從支撐襯底100 —側層疊了第二絕緣層114、第一絕緣層113b、以 及第一絕緣層113a。在圖1的半導體襯底10中，第二絕緣層114是用作接合層的膜。就是說，通過接 合第二絕緣層114的表面和支撐襯底100的表面，將單晶半導體層112固定于支撐襯底100 上。
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另外，第一絕緣層113a是用作阻擋層的絕緣膜。阻擋層是在制造半導體襯底時及 在使用該半導體襯底制造半導體裝置時防止堿金屬或堿土金屬等降低半導體裝置的可靠 性的雜質(典型為鈉)從支撐襯底100 —側侵入單晶半導體層112的膜。通過形成阻擋層， 可以防止半導體襯底及半導體裝置被雜質污染，因此可以提高可靠性。單晶半導體層112是將單晶半導體襯底的厚度減薄而形成的層。作為單晶半導體 襯底，可以使用在市場上銷售的半導體襯底。例如，可以使用單晶硅襯底、單晶鍺襯底、單晶 硅鍺襯底等由第14族元素構成的單晶半導體襯底。還可以使用砷化鎵、磷化銦等的化合物 半導體襯底。作為支撐襯底100，使用具有絕緣表面的襯底。具體地說，可以舉出鋁硅酸鹽玻璃、 鋁硼硅酸鹽玻璃、鋇硼硅酸鹽玻璃之類的用于電子工業(yè)的各種玻璃襯底、石英襯底、陶瓷襯 底、藍寶石襯底。優(yōu)選使用玻璃襯底作為支撐襯底100。作為玻璃襯底，優(yōu)選使用熱膨脹 系數(shù)為25X10—7°C以上且50X 10_7°c以下(優(yōu)選的是，30X 10_7°C以上且40X10—7°c以 下)，并且應變點為580°c以上700°C以下，優(yōu)選的是，6500C以上690°C以下的襯底。另夕卜， 優(yōu)選使用無堿玻璃襯底作為玻璃襯底，以抑制半導體裝置的污染。作為無堿玻璃襯底的材 料，例如，可以舉出鋁硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃、鋇硼硅酸鹽玻璃等的玻璃材料等。例 如，作為支撐襯底100，優(yōu)選使用無堿玻璃襯底(商品名為AN100)、無堿玻璃襯底(商品名 為EAGLE2000 (注冊商標))、或無堿玻璃襯底(商品名為EAGLEXG2000 (注冊商標))。無堿玻璃襯底(商品名為AN100)具有如下物理參數(shù)比重為2. 51g/cm3，泊松比為 0. 22，楊氏模量為77GPa，雙軸彈性系數(shù)為98. 7GPa，并且熱膨脹率為38X10_7°C。無堿玻璃襯底(商品名為EAGLE2000(注冊商標))具有如下物理參數(shù)比重為 2. 37g/cm3，泊松比為0. 23，楊氏模量為70. 9GPa，雙軸彈性系數(shù)為92. 07GPa，并且熱膨脹率 為 31. 8X1(T7,C。另外，作為支撐襯底100，除了玻璃襯底以外，還可以使用陶瓷襯底、石英襯底或藍 寶石襯底等由絕緣體構成的絕緣襯底、由導電體如金屬或不銹鋼等構成的導電襯底、由半 導體如硅或砷化鎵等構成的半導體襯底等。另外，作為支撐襯底，優(yōu)選使用玻璃襯底、石英 襯底等的透光襯底。通過使用透光襯底，可以制造適合制造顯示裝置的半導體襯底10。下面，參照圖3至圖5C說明圖1所示的半導體襯底10的制造方法。首先，準備單晶半導體襯底110。單晶半導體襯底110被加工為所希望的大小和形 狀。圖3是示出單晶半導體襯底110的結構的一個例子的外觀圖。考慮到被貼合在矩形支 撐襯底100上，并且曝光裝置如縮小投影型曝光裝置等的曝光區(qū)域為矩形等，則如圖3所示 那樣單晶半導體襯底110的形狀優(yōu)選為矩形。注意，在本說明書中，若沒有特別的說明，則 矩形包括正方形及長方形。當然，單晶半導體襯底110不局限于圖3所示的形狀，而可以使用各種形狀的單晶 半導體襯底。例如，可以使用圓形、五邊形、六邊形等的多邊形襯底。當然，可以使用在市場 上銷售的圓形單晶半導體片作為單晶半導體襯底110。圓形單晶半導體片有硅或鍺等的半導體片、砷化鎵或磷化銦等的化合物半導體片 等。單晶半導體片的典型例子為單晶硅片，直徑5英寸(125mm)、直徑6英寸(150mm)、直徑 8英寸(200mm)、直徑12英寸(300mm)、直徑400mm、直徑450mm的圓形硅片是公知的。矩形單晶半導體襯底110可以通過切割圓形單晶半導體片而形成。為了切割襯
12底，可以利用切割器或線鋸等切割裝置、激光切割、等離子體切割、電子束切割、以及其他 任意的切割方法。還可以使用如下方法制造矩形單晶半導體襯底110 將作為襯底被薄片 化之前的半導體襯底制造用錠加工成長方體，以使其截面為矩形，然后將該長方體錠薄片 化。另外，對單晶半導體襯底110的厚度沒有特別的限制，但是考慮到再利用單晶半 導體襯底110，則單晶半導體襯底110越厚，能夠從一個原料片中得到的單晶半導體層112 越多，因此單晶半導體襯底110厚度優(yōu)選厚。在市場上流通的單晶硅片的厚度及其尺寸 按照SEMI規(guī)格設定，例如直徑6英寸的硅片的厚度為625 μ m，直徑8英寸的硅片的厚度 為725 μ m，直徑12英寸的硅片的厚度為775 μ m。注意，SEMI規(guī)格的硅片的厚度包括公差 士25μπι。當然，作為原料的單晶半導體襯底110的厚度不局限于SEMI規(guī)格，而可以在將錠 切成薄片時適當?shù)卣{節(jié)其厚度。當然，在使用再利用的單晶半導體襯底110時，其厚度比 SEMI規(guī)格薄。另外，在使用其晶體結構為金剛石結構且由第14族元素構成的襯底如單晶硅襯 底作為單晶半導體襯底110的情況下，其主表面的晶面取向可以為(100)、(110)面、或 (111)。通過使用(100)的單晶半導體襯底110，可以降低單晶半導體層112和在其表面上 形成的絕緣層之間的界面態(tài)密度，而適合制造場效應型晶體管。通過使用主表面為(110)的單晶半導體襯底110，在第二絕緣層114和單晶半導體 層112的接合面上緊密地形成構成第二絕緣層114的元素和構成單晶半導體層112的第4 族元素(例如硅元素)的鍵，而可以提高第二絕緣層114和單晶半導體層112的結合力。通過使用主表面為(110)面的單晶半導體襯底110，其主表面上的原子排列比其 他晶面取向更緊密，而可以提高單晶半導體層112的平坦性。因此，使用主表面為(110)面 的單晶半導體層112而形成的晶體管具有小S值、高場效應遷移率等優(yōu)良的電特性。另外， 其主表面為(110)面的單晶半導體襯底具有如下優(yōu)點，即其楊氏模量比(100)面的單晶半 導體襯底大，并容易劈開。首先，清洗單晶半導體襯底110來使它干凈。然后，如圖4Α所示，在單晶半導體襯 底110上形成第一絕緣層113。第一絕緣層113可以具有單層結構或兩層以上的多層結構。 第一絕緣層113的厚度可以為5nm以上400nm以下。作為構成第一絕緣層113的膜，可以 使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化鍺膜、氮化鍺膜、氧氮化鍺膜、氮氧 化鍺膜等包含硅或鍺作為其組成的絕緣膜。此外，還可以使用由氧化鋁、氧化鉭、氧化鉿等 金屬的氧化物構成的絕緣膜；由氮化鋁等金屬的氮化物構成的絕緣膜；由氧氮化鋁膜等金 屬的氧氮化物構成的絕緣膜；由氮氧化鋁膜等金屬的氮氧化物構成的絕緣膜。構成第一絕緣層113的絕緣膜通過使用化學氣相沉積法(CVD法)、濺鍍法、原子層 外延法(ALE法)、使單晶半導體襯底110氧化或氮化等的方法而形成。CVD法有減壓CVD 法、熱CVD法、等離子體激發(fā)CVD法(以下稱為PECVD法)等。PECVD法是350°C以下的低 溫處理，其成膜速度比其他CVD法高，因此優(yōu)選采用PECVD法。注意，在本說明書中，氧氮化物是在組成方面氧原子個數(shù)比氮原子多的物質， 而氮氧化物是在組成方面氮原子個數(shù)比氧原子多的物質。例如，氧氮化硅指的是如 下物質在組成方面氧的含量比氮的含量多且當使用盧瑟福背散射光譜學法(RBS RutherfordBackscattering Spectrometry)以及氧前方散身寸法(HFS :HydrogenForwardScattering)測量時，作為組成范圍，其包含50原子％至70原子％的氧、0. 5原子％至15 原子％的氮、25原子％至35原子％的31、0. 1原子％至10原子％的氫。另外，氮氧化硅指 的是如下物質在組成方面氮的含量比氧的含量多且當使用RBS及HFS測量時，作為組成范 圍，其包含5原子％至30原子％的氧、20原子％至55原子％的氮、25原子％至35原子％ 的Si、10原子％至30原子％的氫。注意，當將構成氧氮化硅或氮氧化硅的原子的總和設為 100原子％時，氮、氧、Si及氫的含有比例在上述范圍內。第一絕緣層113優(yōu)選包含至少一層用作防止鈉侵入單晶半導體層112的阻擋層的 絕緣膜。阻擋層可以由一層或兩層以上構成。例如，在使用包含堿金屬或堿土金屬等降低 半導體裝置的可靠性的雜質的襯底(典型為玻璃襯底)作為支撐襯底100的情況下，當加 熱支撐襯底100時，有時會導致上述雜質從支撐襯底100擴散到單晶半導體層112。因此， 通過形成阻擋層，可以防止上述堿金屬或堿土金屬等降低半導體裝置的可靠性的雜質移動 到單晶半導體層112。作為用作阻擋層的膜，有氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜、或氮氧化 鋁膜等。通過包含這種膜，可以將第一絕緣層113用作阻擋層。例如，在第一絕緣層113具有單層結構的情況下，第一絕緣層113優(yōu)選由用作阻擋 層的膜構成。在此情況下，可以使用厚度為5nm以上200nm以下的氮化硅膜、氮氧化硅膜、 氮化鋁膜、或氮氧化鋁膜，來形成具有單層結構的第一絕緣層113。在第一絕緣層113具有包含一個阻擋層的兩層結構的情況下，上層由用來阻擋鈉 等雜質的阻擋層構成。上層可以由5nm至200nm厚的氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜、或 氮氧化鋁膜構成。這些用作阻擋層的膜雖然具有防止雜質擴散的高阻擋效果但是具有高內 部應力。因此，作為與單晶半導體襯底110接觸的下層絕緣膜，優(yōu)選選擇具有緩和上層絕緣 膜的應力的效果的膜。作為這種絕緣膜，可以舉出氧化硅膜、氧氮化硅膜、以及使單晶半導 體襯底110熱氧化而形成的熱氧化膜等。下層絕緣膜的厚度可以為5nm以上300nm以下。在本實施方式中，第一絕緣層113具有由第一絕緣層113a和第一絕緣層113b構 成的兩層結構。作為用來將第一絕緣層113用作阻擋膜的第一絕緣層113a和第一絕緣層 113b的組合，例如可以舉出氧化硅膜和氮化硅膜、氧氮化硅膜和氮化硅膜、氧化硅膜和氮氧 化硅膜、氧氮化硅膜和氮氧化硅膜等。例如，作為下層的第一絕緣層113a，可以使用SiH4及N2O作為工藝氣體通過PECVD 法形成氧氮化硅膜。另外，作為第一絕緣層113a，可以使用有機硅烷氣體及氧作為工藝氣體 通過PECVD法形成氧化硅膜。第一絕緣層113a還可以由使單晶半導體襯底110氧化而形成的氧化膜構成。有機硅烷指的是硅酸乙酯(四乙氧基硅烷，即TE0S，化學式為Si (OC2H5) 4)、四甲基 硅烷(TMS，化學式為Si (CH3) 4)、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)、三乙氧基硅烷(SiH(OC2H5)3)、三二甲氨基硅烷(SiH (N (CH3) 2)3)等的 化合物。上層的第一絕緣層113b可以由使用SiH4、N20、NH3及H2作為工藝氣體通過PECVD 法而形成的氮氧化硅膜、或使用SiH4、N2, NH3及H2作為工藝氣體通過PECVD法而形成的氮 化硅膜構成。例如，在使用PECVD法形成由氧氮化硅構成的第一絕緣層113a和由氮氧化硅構成 的第一絕緣層113b的情況下，將單晶半導體襯底110傳送到PECVD裝置的處理室中。然后，將SiH4及N2O作為用來形成第一絕緣層113a的工藝氣體引入到處理室中，來產生該工 藝氣體的等離子體，以在單晶半導體襯底110上形成氧氮化硅膜。接著，將引入到處理室內 的氣體換成用來形成第一絕緣層113b的工藝氣體。這里，使用SiH4、N20、NH3&H2。通過產 生這些混合氣體的等離子體，連續(xù)地在氧氮化硅膜上形成氮氧化硅膜。另外，在使用具有多 個處理室的PECVD裝置的情況下，可以在不相同的處理室中分別形成氧氮化硅膜和氮氧化 硅膜。當然，通過改變引入到處理室內的氣體，可以形成氧化硅膜作為下層，并形成氮化硅 膜作為上層。通過如上所述那樣形成第一絕緣層113a及113b，可以在多個單晶半導體襯底110 上高產率地形成第一絕緣層113。另外，因為能夠不接觸大氣地形成第一絕緣層113a及 113b，所以可以防止第一絕緣層113a與113b的界面被大氣污染。作為第一絕緣層113a，可以對單晶半導體襯底110進行熱氧化處理而形成氧化 膜。作為用來形成該氧化膜的熱氧化處理，可以采用干氧化，優(yōu)選在氧化氣氛中添加包含鹵 素的氣體。通過在包含鹵素的氣氛中使單晶半導體襯底110氧化，可以形成包含鹵素的 氧化膜作為第一絕緣層113a。作為包含鹵素的氣體，可以使用選自HCl、HF、NF3、HBr、Cl2、 C1F3、BC13、F2、Br2等中的一種或多種氣體。例如，在相對于氧包含0.5至10體積％ (優(yōu)選為3體積％)HC1的氣氛下以700°C 以上的溫度進行熱處理。優(yōu)選以950°c以上1100°C以下的加熱溫度進行熱氧化。處理時 間為0. 1至6小時，優(yōu)選為0. 5至1小時即可。所形成的氧化膜的厚度可以為IOnm至 IOOOnm (優(yōu)選為 50nm 至 200nm)，例如 IOOnm 厚。通過在上述溫度范圍內進行氧化處理，可以得到由鹵素產生的吸雜效果。作為吸 雜，尤其具有去除金屬雜質的效果。就是說，因為氯的作用，金屬等雜質成為揮發(fā)性氯化物 而脫離到氣相中，從而可以從單晶半導體襯底中去除該雜質。另外，由包含在氧化膜中的 鹵素元素終止單晶半導體襯底110表面的懸空鍵，因此可以降低氧化膜和單晶半導體襯底 110的界面的局域態(tài)密度。通過進行上述包含鹵素的氣氛下的熱氧化處理，可以使氧化膜包含鹵素。通過使 氧化膜以lX1017atomS/Cm3至5X102°atomS/Cm3的濃度包含鹵素元素，可以在半導體襯底 10中用作俘獲金屬等雜質以避免單晶半導體層112的污染的保護膜。另外，作為形成單晶半導體襯底110的氧化膜的方法，可以使用在700°C以上的溫 度下加熱的熱氧化處理的其他方法。例如，通過進行利用包含氧自由基(0自由基)或羥基 自由基(0H自由基)的等離子體的等離子體處理、或高密度等離子體處理、利用含臭氧水 (O3水)的氧化處理等，可以形成單晶半導體襯底110的氧化膜。另外，熱氧化處理是高溫處理，因此容易發(fā)生熱應力，而在單晶半導體襯底110中 容易產生結晶缺陷如滑移位錯等。因而，在對單晶半導體襯底110進行氧化處理以形成第 一絕緣層113的情況下，優(yōu)選進行700°C以下的低溫處理如CVD法、濺鍍法、或利用含臭氧水 的氧化處理等，而不進行熱氧化處理。接著，通過將具有動能的離子照射到單晶半導體襯底110，在單晶半導體襯底 110的預定深度的區(qū)域中形成損傷了其晶體結構的損傷區(qū)域115。圖4B是說明形成損傷區(qū) 域115的步驟的截面圖。如圖4B所示，通過將加速了的離子121隔著第一絕緣層113照射 到單晶半導體襯底110，在離單晶半導體襯底110的表面有預定深度的區(qū)域中添加離子，而
15可以形成損傷區(qū)域115。離子121是如下離子，即通過激發(fā)源氣體，產生源氣體的等離子體， 然后利用電場的作用從等離子體中抽出該等離子體所包含的離子來進行加速了的離子。形成損傷區(qū)域115的區(qū)域的深度可以根據離子121的加速能量和離子121的入射 角調節(jié)。加速能量可以根據加速電壓和劑量等調節(jié)。在與離子121的平均侵入深度大致相 同的深度區(qū)域中形成損傷區(qū)域115。因此，從單晶半導體襯底110分離的單晶半導體層117 的厚度取決于添加離子121的深度。調節(jié)形成損傷區(qū)域115的深度，使得上述單晶半導體 層的厚度為20nm以上200nm以下，優(yōu)選為50nm以上200nm以下。為了形成損傷區(qū)域115，可以進行離子摻雜處理?？梢允褂秒x子摻雜裝置進行離子 摻雜處理。離子摻雜裝置的典型為非質量分離型裝置，該裝置將對工藝氣體進行等離子體 激發(fā)而產生的所有離子種照射到被配置在處理室內的被處理體。因為不對等離子體中的離 子種進行質量分離地將所有離子種照射到被處理體，所以使用非質量分離型裝置。與此相 反，離子注入裝置是質量分離型裝置。離子注入裝置是對等離子體中的離子種進行質量分 離來將某一特定質量的離子種照射到被處理體的裝置。離子摻雜裝置的主要結構如下配置被處理物的處理室、產生所希望的離子的離 子源、以及用來將離子加速并照射的加速機構。離子源由提供用來產生所希望的離子種的 源氣體的氣體供給裝置、激發(fā)源氣體而產生等離子體的電極等構成。作為用來形成等離子 體的電極，使用絲型電極、電容耦合高頻放電用電極等。加速機構由電極如引出電極、加速 電極、減速電極或接地電極等、以及給這些電極提供電力的電源等構成。構成加速機構的電 極具備多個開口和槽縫，由離子源產生的離子經過被設置在電極中的開口和槽縫而加速。 注意，離子摻雜裝置的結構不局限于上述結構，而可以設置所需的結構。在本實施方式中，使用離子摻雜裝置對半導體片添加氫。作為等離子體源氣體，提 供包含氫的氣體。例如，提供H2。激發(fā)氫氣體來產生等離子體，然后不進行質量分離地將等 離子體所包含的離子加速而將加速了的離子照射到單晶半導體襯底110。在離子摻雜裝置中，相對于從氫氣體中產生的離子種(H+、H2+、H3+)的總量，將H3+的 比例設定為50%以上。更優(yōu)選地是，將該H3+的比例設定為80%以上。由于離子摻雜裝置 不進行質量分離，所以優(yōu)選將在等離子體中產生的多個離子種之一設定為50%以上，優(yōu)選 為80%以上。通過照射相同質量的離子，可以將離子集中地添加到單晶半導體襯底110的 相同深度的區(qū)域中。為了在較淺的區(qū)域中形成損傷區(qū)域115，需要降低離子121的加速電壓，但是通過 提高等離子體中的H3+離子的比例，可以將原子狀氫(H)高效地添加到單晶半導體襯底110。 由于H3+離子的質量是H+離子的質量的3倍，所以在將一個氫原子添加到相同深度的區(qū)域 中的情況下可以將H3+離子的加速電壓設定為H+離子的加速電壓的3倍。通過提高離子的 加速電壓，可以縮短離子照射步驟的節(jié)拍時間(tact time)，而可以提高生產性及產率。另外，還可以使用離子注入裝置將加速了的離子121照射到單晶半導體襯底101。 離子注入裝置是質量分離型裝置，該裝置對源氣體進行等離子體激發(fā)而產生多個離子種， 然后對該多個離子種進行質量分離來將特定的離子種照射到被配置在處理室內的被處理 體。因此，在使用離子注入裝置的情況下，通過對激發(fā)氫氣體而產生的H+離子及H2+離子進 行質量分離，將H+離子及H2+離子之一方加速并照射到單晶半導體襯底110。優(yōu)選在損傷區(qū)域115中包含5X102°atOmS/Cm3以上的氫(H)。通過在單晶半導體襯底110中局部地形成高濃度氫添加區(qū)域，失掉晶體結構而形成微小的空洞，因而損傷區(qū) 域115具有多孔結構。因此，通過進行比較低的溫度(600°C以下)的熱處理，引起形成在 損傷區(qū)域115中的微小空洞的體積變化，而可以沿損傷區(qū)域115劈開(分離)單晶半導體 襯底110。另外，包含在損傷區(qū)域115中的氫濃度根據離子121的劑量或加速電壓等控制。在使用氫氣體，并使用離子摻雜裝置對單晶半導體襯底110添加離子的情況下， 加速電壓為IOkV以上200kV以下，劑量為lX1016ions/cm2以上6 X 1016ions/cm2以下即可。 雖然也根據包含在離子121中的離子種及其比例而有所不同，但通過在這個條件下添加氫 離子，可以將損傷區(qū)域115形成在單晶半導體襯底110的深度50nm以上500nm以下的區(qū)域 中。例如，在單晶半導體襯底110為單晶硅襯底，第一絕緣層113a為50nm厚的氧氮化 硅膜，而且第一絕緣層113b為50nm厚的氮氧化硅膜的情況下，可以在如下條件下從單晶半 導體襯底110分離大約IOOnm厚的單晶半導體層源氣體為氫，加速電壓為40kV，而且劑量 為2. 2X1016ions/cm2。另外，通過在第一絕緣層113a為IOOnm厚的氧氮化硅膜(其他條件 與上述條件相同)的條件下?lián)诫s氫離子，可以從單晶半導體襯底110分離大約70nm厚的單 晶半導體層。另外，可以使用氦(He)作為離子121的源氣體。激發(fā)氦而產生的離子種大多是 He+，因而即使使用不進行質量分離的離子摻雜法，也可以將He+作為主要離子121照射到單 晶半導體襯底110。因此，可以使用離子摻雜法在損傷區(qū)域115中高效地形成微小空洞。在 使用氦通過離子摻雜法將離子照射到單晶半導體襯底110的情況下，加速電壓為IOkV以上 200kV 以下，劑量為 lX1016ions/cm2 以上 6X 1016ions/cm2 以下即可。作為源氣體，還可以使用氯氣體(Cl2氣體)、氟氣體(F2氣體)等的鹵素氣體。關于從源氣體中產生的氫離子種如H+、H2+、及H3+的比例，離子注入裝置和離子 摻雜裝置有大不同。圖44是示出使用離子摻雜裝置從100%氫氣體(離子源的壓力 4. 7X IO-2Pa)中產生的離子種的質量分析結果的圖。以橫軸為離子種的質量。質量1、2、3 的光譜分別對應于H+、^+、及氏+。以縱軸為對應于離子量的光譜的強度。在圖44中，將質 量3的離子個數(shù)設為100，通過與其相對比來示出具有其他質量的離子種的數(shù)量。從圖44 可知，在等離子體中產生的氫離子種的比例大約為H+ H2+ H3+= 1 1 8。另外，從通 過利用二次離子質譜分析使用離子摻雜裝置引入了氫離子的單晶硅片的氫濃度分布而得 到的結果可知，照射到單晶硅片的氫離子種中的H3+占有約80%。圖45是示出使用離子注入裝置從PH3(離子源的壓力大約為3X 10_3pa)中產生的 離子種的質量分析結果的圖。與圖44同樣，以橫軸為離子種的質量。質量1、2、3的光譜分 別對應于Η+、Η2+、&Η3+。以縱軸為對應于離子量的光譜的強度。從圖45可知，等離子體中 的氫離子種的比例為H+ H2+ H3+= 37 56 7。另外，注意，圖45示出源氣體為PH3 時的數(shù)據，但是在使用100% H2氣體作為源氣體時也得到相同的氫離子種的比例。就是說， 從氫氣體中產生的離子種的比例為H+ H2+ H3+= 37 56 7。由此可見，離子注入裝置相對于氫離子種Η+、!!/、及H3+只產生7%左右的H3+,而離 子摻雜裝置能夠產生50%以上，即80%左右的Η3+。下面，對離子摻雜裝置和離子注入裝置 的H3+產生比例有大不同的理由進行考察。[氫等離子體中的離子]
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在氫等離子體中，存在氫離子種如H+、H2+、H3+。在此，下面舉出表示每個氫離子種 的反應過程(生成過程(formation processes)、消散過程(destruction processes))的 反應式。圖46示出示意地表示上述反應的一部分的能量圖。要注意的是，圖46所示的能 量圖只不過是示意圖，不是嚴格地規(guī)定關于反應的能量的關系。e+H—e+H++e......(1)e+H2 — e+H2++e......(2)e+H2 — e+ (H2)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+— e+H++H+H......(7)e+H3+ —H2+H......(8)e+H3+ —H+H+H......(9)[H3+的生成過程]如上述那樣，H3+主要通過反應式(5)所示的反應過程而生成。另一方面，作為與 反應式(5)競爭的反應，有反應式(6)所示的反應過程。為了增加氏+，至少需要以比反應式 (6)的反應多的方式引起反應式(5)的反應(注意，因為作為減少H3+的反應，也存在有反 應式(7)、反應式(8)、反應式(9)，所以即使反應式(5)的反應多于反應式(6)的反應，H3+ 也不一定增加)。反過來，在反應式(5)的反應比反應式(6)的反應少的情況下，在等離子 體中的H3+的比例減少。在上述反應式的右邊(最右邊)的生成物的增加量依賴于反應式 的左邊(最左邊)所示的原料的濃度或關于其反應的速度系數(shù)等。在此，通過實驗已確認 到如下事實當H2+的動能小于大約IleV時，反應式(5)的反應成為主要反應(即，與關于 反應式(6)的速度系數(shù)相比，關于反應式(5)的速度系數(shù)充分大)；當H2+的動能大于大約 IleV時，反應式(6)的反應成為主要反應。荷電粒子通過從電場受到力量而獲得動能。該動能對應于電場的勢能(potential energy)的減少量。例如，某一個荷電粒子直到與其它粒子碰撞之前獲得的動能等于因荷電 粒子移動而失掉的勢能。也就是說，有如下趨勢當在電場中能夠不與其它粒子碰撞地長距 離移動時，與其它的情況相比，荷電粒子的動能(的平均)增高。在粒子的平均自由程長的 情況下，就是壓力低的情況下，會發(fā)生這種荷電粒子的動能增大的趨勢。另外，即使平均自 由程短，只要直到碰撞之前可以獲得大動能，荷電粒子的動能也會變大。就是，可以說，即使 平均自由程短，只要電位差大，荷電粒子所具有的動能也會變大。將上述情況適用于H2+。在如用于生成等離子體的處理室內那樣，以電場的存在為 前提的情況下，當在該處理室內的壓力低時H2+的動能變大，當在該處理室內的壓力高時H2+ 的動能變小。換言之，因為在處理室內的壓力低的情況下反應式(6)的反應成為主要反應， 所以H3+有減少的趨勢，并且因為在處理室內的壓力高的情況下反應式(5)的反應成為主要 反應，所以H3+有增大的趨勢。另外，在等離子體生成區(qū)域中的電場較強的情況下，即，在某 兩點之間的電位差大的情況下，H2+的動能變大。在與此相反的情況下，H2+的動能變小。換 言之，因為在電場較強的情況下反應式(6)的反應成為主要反應，所以H3+有減少的趨勢，并 且因為在電場較弱的情況下反應式(5)的反應成為主要反應，所以H3+有增加的趨勢。
例如，在使用得到圖45所示的數(shù)據的離子源的情況下，相對于H+、H2+、&H3+只產生 7%左右的H3+。與此相反，在使用得到圖44所示的數(shù)據的離子源的情況下，可以將H3+的比 例設定為50%以上(在圖44所示的數(shù)據中為80%左右)。如上所述，這個原因是處理室內 的壓力及電場。[H3+的照射機制]在生成如圖44那樣包含多個離子種的等離子體且對生成了的離子種不進行質量 分離就照射到半導體襯底的情況下，Η\Η2+、Η3+的每個離子被照射到半導體襯底的表面。為 了考察從照射離子到形成離子注入層的機制，舉出下列的五種模式(模式1至5)1.照射的離子種為Η+，照射之后也為H+(H)的情況；2.照射的離子種為H2+,照射之后也為H2+(H2)的情況；3.照射的離子種為H2+,照射之后分成兩個H(H+)的情況；4.照射的離子種為H3+,照射之后也為H3+(H3)的情況；5.照射的離子種為氏+，照射之后分成三個H(H+)的情況。[模擬結果和實測值的比較]根據上述模式1至5，進行將氫離子種照射到Si襯底時的模擬。作為用于模擬的軟 件，使用 SRIM (the Stopping and Range of Ions in Matter)。SR頂是利用蒙特卡羅(Monte Carlo)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，雖然SRIM是以非晶結構為對象的軟件，但是在以高能量、高劑量的條件將氫離 子種照射到硅襯底的情況下，可以利用SRIM。這是因為由于氫離子種和Si原子的碰撞，Si 襯底的晶體結構變成非單晶結構的緣故。下面，說明模擬結果。注意，在本實施方式的模擬中，在模式2中將H2+轉換為具有 兩倍質量的H+進行計算，另外，在模式3中將H2+轉換為具有1/2動能的H+進行計算，在模 式4中將H3+轉換為具有三倍質量的H+進行計算，并且在模式5中將H3+轉換為具有1/3動 能的H+進行計算。根據上述模式1至模式5，分別計算出以SOkV的加速電壓對Si襯底照射了氫離子 種的情況下(以H換算照射10萬個時)的硅襯底中的氫元素(H)的深度方向的分布。圖 47示出其計算結果。再者，圖47示出Si襯底中的氫元素(H)的深度方向的分布的實測值。 該實測值是使用SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy 二次離子質譜分析技術)測量 了的數(shù)據(以下稱為SIMS數(shù)據)。使用SIMS測量了的樣品是以SOkV的加速電壓照射了在 得到圖44所示的數(shù)據的條件下產生的氫離子種(H+、H2+、H3+)的Si襯底。在圖47中，在示出使用了模式1至模式5的計算值的曲線中，以以縱軸(右軸) 為氫原子的個數(shù)，而在示出SIMS數(shù)據的曲線中，以縱軸(左軸)為氫原子的濃度。對于計 算值和SIMS數(shù)據，其圖線的橫軸為離Si襯底表面的深度。在對實測值的SIMS數(shù)據和計算 值進行比較的情況下，模式2及模式4明顯地從SIMS數(shù)據的曲線偏離，并且在SIMS數(shù)據中 不能觀察到對應于模式3的峰值。由此可知，與模式1和模式5相比，模式2至模式4的影 響小?？紤]到雖然離子的動能為keV的數(shù)量級但H-H鍵能只不過大約為幾eV，模式2及模 式4的影響小的理由可以被認為是由于與Si的碰撞，大部分的H2+或H3+分成H+或H。根據 上述理由，下面不考慮模式2至模式4。下面，根據模式1及模式5，說明以80kV、60kV及 40kV的加速電壓對Si襯底照射氫離子種的情況下(以H換算照射10萬個時)的模擬結
19果。
圖48至圖50示出計算了 Si襯底中的氫(H)的深度方向的分布的結果。圖48、圖 49及圖50分別示出加速電壓為80kV、60kV及40kV時的計算結果。再者，圖48至圖50示 出作為實測值的SIMS數(shù)據、以及擬合于SIMS數(shù)據的曲線(下面稱為擬合函數(shù))。使用SIMS 測量了的樣品是以80kV、60kV、或40kV的加速電壓加速并照射了在得到圖44所示的數(shù)據的 條件下產生的氫離子種(H+、H2+、H3+)的Si襯底。注意，在示出使用了模式1及模式5的計 算值的曲線中，以縱軸(右軸)為氫原子的個數(shù)，而在示出SIMS數(shù)據及擬合函數(shù)的曲線中， 以縱軸(左軸)為氫原子的濃度。在上述各曲線中，以橫軸為離Si襯底表面的深度。通過考慮模式1及模式5使用下面的計算式(fl)算出擬合函數(shù)。在計算式(fl) 中，X、Y為關于擬合的參數(shù)，并且V為體積。[擬合函數(shù)]= X/VX [模式1的數(shù)據J+Y/VX [模式5的數(shù)據]……(fl)當考慮實際上照射的離子種的比例(大約為H+ H； ；H3+ = 1 1 8，參照圖44) 時，也應該顧及H2+的影響(即，模式3)，以決定擬合函數(shù)。但是因為下面所示的理由，在此排除H2+的影響。 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來考慮也沒有大的影響(在SIMS數(shù)據中，沒有出現(xiàn)對應于模式3的峰值。參照 圖 47)。 模式3的Si襯底中的氫元素的深度方向的分布圖的峰值位置與模式5的深度方 向的分布圖的峰值位置接近(參照圖47)，因此由于在模式5的照射過程中發(fā)生的溝道效應 (起因于晶體的晶格結構的原子移動)，模式3的影響不明顯的可能性高。就是，預計模式 3的擬合參數(shù)是很困難的。這是因為在本模擬中以非晶Si為前提，而不顧及起因于結晶性 的影響的緣故。圖51示出計算式(fl)的擬合參數(shù)。在上述所有的加速電壓下，引入到Si襯底中 的H的個數(shù)的比例大約為[模式1][模式5]=1 42至1 45(在模式1中的H的 個數(shù)為1的情況下，模式5中的H的個數(shù)大約為42以上且45以下)，并且照射的離子種的 個數(shù)的比例大約為[H+(模式1)] [H3+(模式5)] = 1 14至1 15(在模式1中的H+ 的個數(shù)為1的情況下，模式5中的H3+的個數(shù)大約為14以上且15以下)。通過考慮不顧及 模式3和假設用非晶Si而進行計算等的條件，圖51所示的比例可以說是與關于實際上的 照射的氫離子種的比例(大約為H+ H2+ H3+ = 1 1 8，參照圖44)接近的值。[使用H3+的效果]通過將如圖44所示那樣的提高H3+的比例的氫離子種照射到襯底，可以獲得起因 于H3+的多個優(yōu)點。例如，因為H3+分成H+或H等而引入到襯底內，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SOI襯底的生產性。另外，與此同樣，H3+ 分開之后的H+或H的動能有變小的趨勢，因此適合制造較薄的半導體層。這里，為了高效 地照射H3+,對利用能夠照射如圖44所示那樣的氫離子種的離子摻雜裝置的方法進行說明。 離子摻雜裝置的價格低廉且適合大面積處理，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體特性、實現(xiàn)SOI襯底的大面積化、低成本化、提高產率等。根據上述考察，為了將H3+更多地引入到單晶半導體襯底110，優(yōu)選使用離子摻雜裝置，而不使用離子注入裝置。另外，離子摻雜裝置不對產生的離子種進行質量分離，因此源氣體的利用效率高。 還可以將加速了的離子照射為面狀或線狀，因而容易縮短節(jié)拍時間。與此相反，離子注入裝 置的特征在于能夠對產生的離子進行質量分離來只將特定的離子種引入到襯底。然而，由 于進行質量分離，所以從源氣體中產生的離子的利用效率比離子摻雜裝置低。另外，離子注 入裝置用其束形狀為點狀的離子束進行掃描來引入離子，因而在處理大面積時有產率降低 的問題。因此，從源氣體的利用效率及大面積處理的觀點來看，優(yōu)選使用離子摻雜裝置照 射離子121而在單晶半導體襯底110中形成損傷區(qū)域115。在形成損傷區(qū)域115之后，如圖4C所示，在第一絕緣層113的上表面上形成第二 絕緣層114。在形成第二絕緣層114的步驟中，單晶半導體襯底110的加熱溫度為添加到損 傷區(qū)域115中的元素或分子不析出的溫度，該加熱溫度優(yōu)選為350°C以下。就是說，上述加 熱溫度為不從損傷區(qū)域115中脫氣的溫度。另外，可以在形成損傷區(qū)域115之前形成第二 絕緣層114。在此情況下，形成第二絕緣層114時的處理溫度可以為350°C以上。第二絕緣層114是用來在單晶半導體襯底110表面上形成平滑且具有親水性的接 合面的層。因此，第二絕緣層114的平均粗糙度Ra優(yōu)選為0. 7nm以下，更優(yōu)選為0. 4nm以 下。另外，第二絕緣層114的厚度可以為IOnm以上200nm以下。該厚度優(yōu)選為5nm以上 500nm以下，更優(yōu)選為IOnm以上200nm以下。第二絕緣層114優(yōu)選為利用化學氣相反應而形成的絕緣膜。例如，可以形成氧化 硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化硅膜等作為第二絕緣層114。在使用PECVD法形成氧 化硅膜作為第二絕緣層114的情況下，優(yōu)選使用有機硅烷氣體及氧(O2)氣體作為工藝氣 體。通過使用有機硅烷作為工藝氣體，可以在350°C以下的工藝溫度下形成具有平滑表面 的氧化硅膜。另外，可以使用熱CVD法在500°C以下200°C以上的加熱溫度下形成LT0(lOW temperature oxide，即低溫氧化物)。在形成LTO時，可以使用甲硅烷(SiH4)或乙硅烷 (Si2H6)等作為硅源氣體，并可以使用NO2等作為氧源氣體。例如，使用TEOS和O2作為源氣體形成由氧化硅膜構成的第二絕緣層114時的條 件如下將TEOS以流量15SCCm引入到處理室內，并將O2以流量750sCCm引入到處理室內； 成膜壓力為IOOPa ；成膜溫度300°C ；RF輸出為300W ；電源頻率為13. 56MHz。還可以將圖4B所示的步驟和圖4C所示的步驟的順序顛倒。就是說，可以在將第 一絕緣層113及第二絕緣層114形成在單晶半導體襯底110上之后形成損傷區(qū)域115。在 此情況下，若可以在相同的成膜裝置中形成第一絕緣層113及第二絕緣層114，則優(yōu)選連續(xù) 形成第一絕緣層113及第二絕緣層114。另外，可以在進行圖4B所示的步驟之后進行圖4A及圖4C所示的步驟。就是說，可 以在將離子121照射到單晶半導體襯底110而形成損傷區(qū)域115之后形成第一絕緣層113 及第二絕緣層114。在此情況下，若可以在相同的成膜裝置中形成第一絕緣層113及第二絕 緣層114，則優(yōu)選連續(xù)形成第一絕緣層113及第二絕緣層114。另外，在形成損傷區(qū)域115 之前，為了保護單晶半導體襯底110的表面，可以對單晶半導體襯底110進行氧化處理來在 其表面上形成氧化膜，然后隔著氧化膜將離子照射到單晶半導體襯底110。在形成損傷區(qū)域 115之后，去除上述氧化膜。另外，可以在殘留有氧化膜的狀態(tài)下形成第一絕緣層113。接著，清洗形成有第一絕緣層113、損傷區(qū)域115及第二絕緣層114的單晶半導體襯底110和支撐襯底100。可以采用純水中的超聲波清洗進行上述清洗步驟。超聲波清洗 優(yōu)選為兆赫超聲波清洗(兆頻超聲波清洗)。在進行超聲波清洗之后，優(yōu)選使用含臭氧水清 洗單晶半導體襯底110及支撐襯底100中的單方或雙方。通過使用含臭氧水清洗，可以去 除有機物，并可以進行用來提高第二絕緣層114表面及支撐襯底100的親水性的表面活化 處理。另外，除了含臭氧水以外，還可以使用含氧水、含氫水、或純水等進行清洗處理。通過 進行上述清洗處理，可以使接合面具有親水性，并可以增大接合面上的OH基。通過增大OH 基，可以使利用氫鍵的接合更牢固。另外，作為對第二絕緣層114的表面及支撐襯底100的活化處理，除了使用含臭氧 水的清洗之外，還可以進行原子束或離子束的照射處理、等離子體處理、或自由基處理。在 利用原子束或離子束的情況下，可以使用氬等惰性氣體中性原子束或惰性氣體離子束。通 過進行上述表面處理，即使在400°C以下的溫度下也可以容易接合不同種類的材料。圖4D是說明接合步驟的截面圖。隔著第二絕緣層114密接支撐襯底100和單晶 半導體襯底110。在本實施方式中，使支撐襯底100表面和第二絕緣層114表面密接，從而 密接的部分被接合。支撐襯底100表面和第二絕緣層114表面的接合的結合力在初步階段 中起因于范德華力的作用，通過將壓力施加到第二絕緣層114表面和支撐襯底100表面，在 密接部分中形成氫鍵，而可以使第二絕緣層114表面和支撐襯底100表面更牢固地結合。因此，將300至15000N/cm2左右的壓力施加到單晶半導體襯底110的端部中的一 個部分。上述壓力優(yōu)選為1000至5000N/cm2。第二絕緣層114和支撐襯底100從施加了壓 力的部分開始接合，然后接合部分擴展到第二絕緣層114的整個表面上。其結果是，單晶半 導體襯底110被固定于支撐襯底100上。上述接合步驟可以在常溫下進行，而不進行加熱 處理，因而可以使用玻璃襯底等耐熱溫度為700°C以下的低耐熱性襯底作為支撐襯底100。在接合支撐襯底100和單晶半導體襯底110之后，優(yōu)選進行加熱處理或加壓處理， 以增加支撐襯底100和第二絕緣層114的結合力。上述處理溫度為不在損傷區(qū)域115中產 生裂縫的溫度，而可以以室溫以上且低于400°C的溫度進行處理。另外，邊在上述溫度范圍 下加熱，邊將單晶半導體襯底110貼合在支撐襯底100上，而可以使支撐襯底100和第二絕 緣層114的接合界面上的結合力較強。另外，在加壓處理中，優(yōu)選沿垂直于接合面的方向 施加壓力。上述加熱處理可以使用加熱爐如擴散爐或電阻加熱爐等、RTA(Rapid Thermal Anneal，快速熱退火)裝置、微波加熱裝置等。接著，通過進行加熱處理，在損傷區(qū)域115中引起剝離而從單晶半導體襯底110分 離單晶半導體層117。圖4E是說明從單晶半導體襯底110分離單晶半導體層117的分離步 驟的圖。附圖標記118表示分離了單晶半導體層117的單晶半導體襯底110。通過進行加熱處理，因溫度上升而在形成在損傷區(qū)域115中的微小孔中析出通過 離子摻雜法添加了的元素，從而內部的壓力上升。由于壓力上升，在損傷區(qū)域115的微小 孔中引起體積變化，并在損傷區(qū)域115中產生裂縫，而沿損傷區(qū)域115劈開單晶半導體襯底 110。因為第二絕緣層114和支撐襯底100接合，從單晶半導體襯底110分離了的單晶半導 體層117被固定于支撐襯底100上。用來從單晶半導體襯底110分離單晶半導體層117的 加熱處理的溫度是不超過支撐襯底100的應變點的溫度。上述加熱處理可以使用加熱爐如擴散爐或電阻加熱爐等、RTA裝置、微波加熱裝置寸。
加熱爐是以被電阻發(fā)熱體等加熱了的爐的輻射為主加熱被處理物的裝置。RTA裝置是利用燈光的加熱裝置。作為RTA裝置，有LRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal，即燈快速熱退火)裝置、GRTA(GasRapid Thermal Anneal，即氣體快速熱退火)裝 置。LRTA裝置是利用從燈如鹵素燈、金鹵燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或高壓汞燈等發(fā)出 的光(電磁波)的輻射加熱被處理物的裝置。GRTA裝置是利用從上述燈發(fā)出的光的熱輻 射、以及利用燈所發(fā)出的光加熱氣體而得到的來自被加熱了的氣體的熱傳導加熱被處理物 的裝置。作為氣體，使用氮、氬等稀有氣體等的不通過加熱處理與被處理物起反應的惰性氣 體。另外，除了燈以外，LRTA裝置和GRTA裝置還可以具備利用來自電阻發(fā)熱體等發(fā)熱體的 熱傳導或熱輻射加熱被處理物的裝置。微波加熱裝置是由微波的輻射加熱被處理物的裝置。微波加熱裝置還可以具備利 用來自電阻發(fā)熱體等發(fā)熱體的熱傳導或熱輻射加熱被處理物的裝置。通過使用RTA裝置等加熱裝置，將被貼合在支撐襯底100上的單晶半導體襯底110 的溫度上升到400°C以上且支撐襯底的應變點以下的范圍。例如，加熱溫度的上限可以為 650 "C。在使用GRTA裝置的情況下，例如加熱溫度為550°C以上650°C以下，處理時間為 0. 5分鐘以上60分鐘以下。在使用電阻加熱裝置的情況下，加熱溫度為550°C以上650°C 以下，處理時間為2小時以上4小時以下。在使用微波加熱裝置的情況下，例如照射頻率 2. 45GHz的微波10分鐘以上20分鐘以下。下面，對使用具有電阻發(fā)熱體的縱型爐的加熱處理的具體處理方法進行說明。將 貼合有單晶半導體襯底110的支撐襯底100安裝在縱型爐的舟上。將舟搬入縱型爐的處理 室內。為了抑制單晶半導體襯底110的氧化，首先對處理室內進行排氣而得到真空狀態(tài)。真 空度為5X10_3Pa左右。在得到真空狀態(tài)之后，將氮提供給處理室內，而將處理室內的氣氛 設定為大氣壓的氮氣氛。在其期間中，將溫度上升到200°C。在處理室內的氣氛成為大氣壓的氮氣氛之后，以200°C加熱2小時。然后，將溫度 以1小時上升到400°C。加熱溫度400°C的狀態(tài)得到穩(wěn)定后，將溫度以1小時上升到600°C。 加熱溫度600°C的狀態(tài)得到穩(wěn)定后，以600°C進行2小時的加熱處理。然后，將加熱溫度以 1小時下降到400°C，過了 10分鐘至30分鐘后，從處理室內搬出舟。在大氣氣氛中，冷卻舟 上的單晶半導體襯底118、以及貼合有單晶半導體層117的支撐襯底100。在上述使用電阻加熱爐的加熱處理中，連續(xù)進行用來提高第二絕緣層114和支撐 襯底100的結合力的加熱處理、以及在損傷區(qū)域115中引起分離的加熱處理。在使用不同 的裝置分別進行上述兩個處理的情況下，例如，在電阻加熱爐中進行處理溫度為200°C且處 理時間為2小時的加熱處理，然后從爐中搬出被貼合了的支撐襯底100和單晶半導體襯底 110。接著，使用RTA裝置進行處理溫度為600°C以上700°C以下且處理時間為1分鐘以上 30分鐘以下的加熱處理，以在損傷區(qū)域115中分割單晶半導體襯底110。為了進行700°C以下的低溫處理牢固地接合第二絕緣層114和支撐襯底100，優(yōu)選 在第二絕緣層114的表面及支撐襯底的表面上存在著OH基、水分子(H2O)。這是因為第二 絕緣層114和支撐襯底100的接合由于OH基和水分子形成共價鍵(氧分子和氫分子的共 價鍵)或氫鍵而開始的緣故。因此，優(yōu)選使第二絕緣層114和支撐襯底100的表面活化而得到親水性。另外，優(yōu)選以包含氧或氫的方法形成第二絕緣層114。例如，通過使用處理溫度為400°C以下的 PECVD法形成氧化硅膜、氧氮化硅膜、或氮氧化硅膜、氮化硅膜等，可以使膜包含氫。為了 形成氧化硅膜或氧氮化硅膜，例如使用SiH4及N2O作為工藝氣體即可。為了形成氮氧化硅 膜，例如使用SiH4、NH3及N2O作為工藝氣體即可。為了形成氮化硅膜，例如使用SiH4及NH3 作為工藝氣體即可。另外，作為使用PECVD法來形成時的原料，優(yōu)選使用TEOS(化學式為 Si(OC2H5)4)等的具有OH基的化合物。注意，將工藝溫度700°C以下稱為低溫處理是因為工藝溫度為玻璃襯底的應變點 以下。與此相反，在使用智能切割法(注冊商標)而形成的SOI襯底中，進行800°C以上的 加熱處理以貼合單晶硅層和單晶硅片，即需要在超過玻璃襯底的應變點的溫度下進行加熱處理。另外，如圖4E所示，在很多情況下，單晶半導體襯底110的周邊部不與支撐襯底 100接合。這是因為如下緣故單晶半導體襯底110的周邊部被倒角；在移動單晶半導體襯 底110時，第二絕緣層114的周邊部被損傷或污染；在支撐襯底100和第二絕緣層114不 密接的單晶半導體襯底110的周邊部中，難以在損傷區(qū)域115中引起分離；等等。因此，有 時會有如下情況在支撐襯底100上貼合有比單晶半導體襯底110小的單晶半導體層117， 并且在單晶半導體襯底118的周圍形成有凸部，而在該凸部上殘留著沒被貼合到支撐襯底 100上的第一絕緣層113b、第一絕緣層113a及第二絕緣層114。密接在支撐襯底100上的單晶半導體層117因損傷區(qū)域115的形成及損傷區(qū)域 115中的劈開等而損傷了其結晶性。就是說，在單晶半導體層117中形成有加工之前的單晶 半導體襯底110沒有的位錯等結晶缺陷、懸空鍵等微小結晶缺陷。另外，單晶半導體層117 的表面是從單晶半導體襯底110分離了的表面，其平坦性低。為了恢復單晶半導體層117 的結晶性，照射激光束，以使單晶半導體層117熔化而使它再結晶。另外，為了使單晶半導 體層117的表面平坦化，照射激光束而使單晶半導體層117熔化。圖5A是用來說明激光 照射處理步驟的圖。如圖5A所示，邊用激光束對單晶半導體層117進行掃描，邊將激光束122照射到 單晶半導體層117的分離面的整個表面上。作為激光束122的掃描，例如移動固定有單晶 半導體層117的支撐襯底100，而不移動激光束122。箭頭123表示支撐襯底100的移動方向。通過照射激光束122，單晶半導體層117吸收激光束122，使得照射了激光束122 的部分的溫度上升。當該部分的溫度成為單晶半導體襯底110的熔點以上時，單晶半導體 層117熔化。當不再照射激光束122時，單晶半導體層117的熔化部分的溫度下降，過了一 段時間后，熔化部分凝固而得到再結晶。通過用激光束122掃描，將激光束122照射到單晶 半導體層117的整個表面上?；蛘?，也可以只對要使單晶半導體層117再結晶的區(qū)域選擇 性地照射激光束122。圖5B是示出激光照射步驟結束之后的半導體襯底的結構的截面圖，其中單晶半 導體層119是被再結晶了的單晶半導體層117。另外，圖5B的外觀圖為圖1。被進行了激光照射處理的單晶半導體層119的結晶性比單晶半導體層117高?；?者，通過進行激光照射處理，可以提高平坦性。這是因為可以通過使單晶半導體層117熔 化而修復單晶半導體層中的懸空鍵、單晶半導體層和緩沖層的界面具有的缺陷等的微小
24缺陷的緣故。另外，可以通過如下方法評價單晶半導體層的結晶性背散射電子衍射圖像 (EBSP,Electron Back Scatter Diffraction Pattern)的測量、X射線衍射圖像的測量、利 用光學顯微鏡及電子顯微鏡的觀察、拉曼光譜的測量、等等。另外，可以通過利用原子力顯 微鏡的觀察等評價單晶半導體層表面的平坦性。通過照射激光束122，使單晶半導體層117中的照射了激光束122的區(qū)域部分地熔 化或完全熔化。注意，單晶半導體層117處于完全熔化狀態(tài)指的是從膜表面到下表面的整 個層熔化。在圖5A所示的疊層結構中，完全熔化狀態(tài)指的是從單晶半導體層117的上表面 到與第一絕緣層113的界面熔化而成為液體狀態(tài)。另一方面，使單晶半導體層117部分地 熔化指的是以熔化的深度比與第一絕緣層113的界面(單晶半導體層117的厚度)淺的方 式使單晶半導體層117熔化。就是說，單晶半導體層117處于部分熔化狀態(tài)指的是上層熔 化而變成液相，且其下層不熔化而保持固相的單晶半導體的狀態(tài)。若通過照射激光束122使單晶半導體層117部分地熔化，則因變成液相的半導體 的表面張力而促進平坦化。與此同時，由于向支撐襯底100的熱擴散而促進單晶半導體層 117的冷卻，因此在單晶半導體層117中沿深度方向產生溫度梯度，固液界面從支撐襯底 100—側向單晶半導體層117的表面移動，而實現(xiàn)再結晶。即，發(fā)生所謂的縱生長。另外，在 上述結晶中，以下層的不熔化區(qū)域為晶種促進再結晶。下層中的固相部分為單晶，晶體取向一致，因此不形成晶界，從而進行激光照射處 理之后的單晶半導體層119可以成為沒有晶界的單晶半導體層。另外，熔化的上層凝固而 得到再結晶，而形成其晶體取向與下層的固相單晶半導體一致的單晶半導體。因此，在使用 主表面的晶面取向為(100)的單晶硅片作為單晶半導體襯底110的情況下，單晶半導體層 117的主表面的晶面取向為(100)，并且由于進行激光照射處理而部分熔化并再結晶了的 單晶半導體層112的主表面的晶面取向為(100)。另外，通過照射激光束122使單晶半導體層117完全熔化，因變成液相的半導體的 表面張力而促進平坦化。另外，完全熔化的區(qū)域在凝固的過程中從與熔化區(qū)域相鄰的單晶 半導體進行結晶生長，而發(fā)生橫向生長。未熔化的部分是單晶，晶體取向一致，因此不形成 晶界，從而照射激光束之后的單晶半導體層119可以成為沒有晶界的單晶半導體層。就是 說，完全熔化了的區(qū)域通過凝固而再結晶，從而形成其晶體取向與相鄰的未熔化部分的單 晶半導體一致的單晶半導體。因此，當使用主表面的晶面取向為(100)的單晶硅片作為單 晶半導體襯底110時，單晶半導體層117的主表面的晶面取向為(100)，并且由于進行激光 照射處理而完全熔化并再結晶了的單晶半導體層119的主表面的晶面取向為(100)。通過照射激光束122使單晶半導體層117部分地熔化或完全熔化，可以形成其表 面平坦的單晶半導體層119。這是因為如下緣故由于單晶半導體層117熔化的部分是液 體，它因表面張力的作用而以使其表面面積最小的方式變形。就是說，液體部分以去除凹部 及凸部的方式變形，然后該液體部分凝固而再結晶，由此可以形成其表面被平坦化了的單 晶半導體層119。通過使單晶半導體層119的表面平坦化，可以將形成在單晶半導體層119上的柵 極絕緣膜的厚度減薄到5nm至50nm左右。因此，可以形成抑制了柵電壓且導通電流高的晶體管。在現(xiàn)有的SOI襯底的制造技術中，需要進行機械拋光以使單晶半導體層平坦化。
25與此相反，本實施方式的激光照射處理實現(xiàn)了單晶半導體層的平坦化、以及具有優(yōu)良結晶 性的單晶半導體層的形成這兩個重要處理，這是與現(xiàn)有的SOI襯底的制造技術根本不相同 的新技術。照射激光束122時的單晶半導體層117的溫度可以為室溫或支撐襯底的應變點以 下的溫度，并可以加熱被固定于支撐襯底100上的單晶半導體層117來使單晶半導體層117 的溫度比室溫高。加熱溫度為支撐襯底100的應變點以下，可以為200°C以上650°C以下。通過在照射激光束時加熱固定有單晶半導體層的支撐襯底，可以降低單晶半導體 層熔化所需的激光束能量。因此，可以增大激光束的束形狀的寬度(掃描方向的長度)，或 者可以減小激光束的重疊率，而可以提高掃描速度。由此，可以縮短處理一個襯底的節(jié)拍時 間，而可以提高激光照射處理的產率?？梢越档图す馐芰康脑蚴峭ㄟ^一次脈沖照射使 單晶半導體層117熔化的時間由于加熱而變長的緣故。激光振蕩器可以根據其振蕩方法被區(qū)分為脈沖振蕩、連續(xù)振蕩激光器、以及準連 續(xù)振蕩激光脈沖。為了使單晶半導體層117的熔化部分再單晶化，優(yōu)選使用脈沖振蕩激光 器。在使用脈沖振蕩激光器的情況下，通過照射一脈沖(一次)激光束，照射了脈沖的區(qū)域 在照射下一脈沖之前熔化并凝固而再結晶。就是說，當照射下一脈沖時，照射一個脈沖而 熔化了的區(qū)域已再結晶并回到固相狀態(tài)。因此，在照射從脈沖激光器中振蕩的激光束而熔 化了的區(qū)域凝固時，從沒熔化的單晶開始進行晶體生長而變成單晶結構的狀態(tài)是最穩(wěn)定的 狀態(tài)。另一方面，在采用連續(xù)振蕩激光器的情況下，連續(xù)地照射激光束，而不是間斷地照 射激光束，因而通過用激光進行掃描，使熔化區(qū)域(液相區(qū)域)和固相區(qū)域的界面在其方向 上移動。因此，在熔化部分凝固時，不容易使晶體生長均勻，結晶軸的方向不一致，而容易產 生晶界。這種情況與準連續(xù)振蕩激光器相同。如上所述，在激光照射步驟中，通過使用脈沖振蕩激光器，可以再現(xiàn)性更高地使單 晶半導體層117再單晶化。作為脈沖振蕩激光器，可以使用重復頻率為低于10MHz，優(yōu)選為 IOkHz以下的激光器。因為將重復頻率設定為低于10MHz，每次照射激光束，可以在照射下 一激光束之前使照射區(qū)域熔化并凝固。另外，從脈沖振蕩激光器照射的激光束的脈沖寬度 可以為IOn秒以上500η秒以下。作為用于圖5Α的激光照射步驟的脈沖振蕩激光器，例如有XeCl激光器、KrF激光 器等受激準分子激光器、Ar激光器、Kr激光器等氣體激光器。還可以使用固體激光器，例如 有YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、GdVO4激光器、KGW激光器、KYW激光 器、Y2O3激光器。作為激光束，可以使用上述激光振蕩器的基波、高次諧波(二次諧波、三次 諧波、四次諧波等)。在上述固體激光器中，有即使使用同一激光媒質，其振蕩方法也成為連 續(xù)振蕩或準連續(xù)振蕩的振蕩器。另外，作為振蕩激光束122的激光振蕩器，選擇其振蕩波長在于紫外光區(qū)域至可 見光區(qū)域的激光振蕩器。激光束122的波長是被單晶半導體層117吸收的波長?？梢钥紤] 到激光的趨膚深度(skin depth)等而決定該波長。例如，波長可以為250nm以上且700nm 以下。根據激光束122的波長、激光束122的趨膚深度、單晶半導體層117的厚度等，可 以決定激光束122的能量。在使用脈沖振蕩激光器的情況下，例如，激光束122的能量密度可以為300mJ/cm2以上700mJ/cm2以下。照射激光束122時的氣氛，可以是沒控制氣氛的大氣氣氛及惰性氣體氣氛中的任 何一種。大氣氣氛及惰性氣體氣氛的雙方都具有恢復單晶半導體層117的結晶性及平坦 化的效果。另外，與大氣氣氛相比，惰性氣體氣氛是更優(yōu)選的。與大氣氣氛相比，氮等惰性 氣體氣氛具有更高地提高單晶半導體層117的平坦性的效果。此外，與大氣氣氛相比，惰性 氣體氣氛更好地抑制裂縫等變形的發(fā)生，從而用來實現(xiàn)結晶缺陷的減少及平坦化的激光束 122的可用能量范圍變廣。當在惰性氣體氣氛中照射激光束122時，在具有氣密性的處理室內照射激光束 122即可。通過將惰性氣體提供給上述處理室內，可以在惰性氣體氣氛中照射激光束122。 當不使用處理室時，邊對單晶半導體層117中的激光束122的被照射面噴射惰性氣體，邊對 該被照射面照射激光束，來可以實現(xiàn)惰性氣體氣氛下的激光束122的照射。惰性氣體指的是在激光束照射步驟中不與單晶半導體層的表面起反應而形成氧 化膜的分子或原子的氣體。例如，惰性氣體有氮氣體(N2氣體)、氬、氙等稀有氣體等。另外， 惰性氣體的氧濃度優(yōu)選為30ppm以下，更優(yōu)選為IOppm以下。另外，當在具有氣密性的處理室內進行激光照射處理時，通過對處理室內進行減 壓而使它成為真空狀態(tài)，可以得到與在惰性氣體氣氛中進行激光照射處理相同的效果。優(yōu) 選地是，處理室內的壓力為12Pa以下，或者氧分壓為30ppm以下。更優(yōu)選地是，處理室內的 壓力為4Pa以下，或者氧分壓為IOppm以下。另外，通過使激光束122經過光學系統(tǒng)，以使在被照射面上的激光束122的束形狀 為線形或矩形。由此，可以高產率地照射激光束122。對單晶半導體層117照射激光束122前，對形成在單晶半導體層117表面上的自 然氧化膜等的氧化膜進行去除處理。去除氧化膜其原因為，在單晶半導體層117表面殘存 有氧化膜的狀態(tài)下即使對其照射激光束122，也不能得到很好的平坦化的效果?？梢酝ㄟ^使 用氫氟酸處理單晶半導體層117來進行氧化膜的去除處理。優(yōu)選對其進行氫氟酸處理直 到單晶半導體層117的表面呈現(xiàn)斥水性為止。由于其呈現(xiàn)斥水性，可以確認已經從單晶半 導體層117去除掉氧化膜。圖5A的激光束122的照射工序可以如下進行。首先，使用被稀釋為1/100的氫氟 酸對單晶半導體層117進行110秒的處理，以去除其表面的氧化膜。接著，將貼合有單晶 半導體層117的支撐襯底100配置在激光照射裝置的載物臺上。在加熱單晶半導體層117 時，通過利用設置在載物臺上的電阻加熱器等加熱機構，將單晶半導體層117加熱到200°C 以上650°C以下。例如，加熱溫度為500°C。使用XeCl受激準分子激光器(波長308nm、脈沖寬度25η秒、重復頻率60Hz)作 為激光束122的激光振蕩器。利用光學系統(tǒng)將激光束122的截面形成為300mmX0. 34mm的 線狀。邊用激光束122對單晶半導體層117進行掃描，邊將激光束122照射到單晶半導體 層117。激光束122的掃描可以通過移動激光照射裝置的載物臺而進行，載物臺的移動速度 與激光束的掃描速度相對應。通過調整激光束122的掃描速度，對單晶半導體層117的同 一區(qū)域照射1至20次的激光束122。激光束122的照射次數(shù)優(yōu)選為1以上11以下。通過 照射1次的激光束122使單晶半導體層117熔化，而可以實現(xiàn)再單晶化及其表面的平坦化。 照射次數(shù)越少，激光照射處理的節(jié)拍時間越短。
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通過進行照射激光束122而熔化的加熱處理、以及之后不使其熔化的加熱處理， 可以獲得更完全的單晶半導體層。通過使用固定了上述具有優(yōu)良結晶性的單晶半導體層 112的半導體襯底10，可以形成具有高導通電流及高場效應遷移率的晶體管。在對單晶半導體層117照射激光束122之前，可以蝕刻單晶半導體層117。通過進 行該蝕刻，可以去除在單晶半導體層117的分離面上殘留的損傷區(qū)域115。通過去除損傷區(qū) 域115，可以提高利用激光束122照射的表面平坦化效果及結晶性的恢復效果。作為上述蝕刻，可以使用干蝕刻法或濕蝕刻法。在干蝕刻法中，作為蝕刻氣體， 可以使用氯化硼、氯化硅或四氯化碳等的氯化物氣體、氯氣體、氟化硫或氟化氮等的氟化 物氣體、氧氣體等。在濕蝕刻法中，作為蝕刻液，可以使用四甲基氫氧化銨(tetramethyl ammoniumhydroxide,簡稱 TMAH)溶液。優(yōu)選地是，在進行上述蝕刻的情況下，對單晶半導體層117照射激光束122前，對 形成在被進行了蝕刻處理的單晶半導體層117表面上的自然氧化膜等的氧化膜進行去除 處理?？梢酝ㄟ^使用氫氟酸處理單晶半導體層117來進行氧化膜的去除處理。在照射激光束122之后，進行以不使單晶半導體層119熔化的溫度加熱的加熱處 理。圖5B是說明該加熱處理步驟的截面圖。圖5B示出利用電磁波124的輻射加熱單晶半 導體層119。單晶半導體層119的加熱不局限于電磁波124的輻射，而可以利用熱傳導加熱 單晶半導體層119。當然，可以組合輻射和熱傳導加熱單晶半導體層119。圖5C是示出加熱處理后的半導體襯底的結構的截面圖。單晶半導體層112相當 于在不使單晶半導體層熔化的溫度下加熱了的單晶半導體層119。另外，圖5C的外觀圖為 圖1。圖5B所示的加熱處理可以使用加熱爐如擴散爐或電阻加熱爐等、RTA裝置、微波 加熱裝置等。為了修復單晶半導體層119的缺陷等，單晶半導體層119的溫度為400°C以上。另 外，該加熱溫度是不使單晶半導體層119熔化的溫度，并是支撐襯底100的應變點以下的溫 度。該加熱溫度優(yōu)選為500°C以上，例如可以為500°C以上650°C以下，更優(yōu)選將單晶半導體 層119加熱到550°C以上。加熱處理的氣氛可以為惰性氣體氣氛。惰性氣體指的是在該加熱處理中不與單晶 半導體層的表面起反應而形成氧化膜的分子或原子的氣體。例如，惰性氣體有氮氣體(N2 氣體)、氬、氙等稀有氣體等。另外，惰性氣體氣氛中的氧濃度優(yōu)選為30ppm以下，更優(yōu)選為 IOppm以下。另外，通過將加熱處理的氣氛設定為減壓狀態(tài)(真空狀態(tài))，可以防止單晶半 導體層表面的氧化。壓力優(yōu)選為1X10_3至5X10_3pa。通過進行加熱處理，可以使單晶半導體層112的壽命比沒進行加熱處理的單晶 半導體層119高。其理由不明確，但是可以認為通過進行不使單晶半導體層119熔化的加 熱處理，修復了在激光照射步驟中沒有修復的單晶半導體層119內部的微小缺陷，并修復 了緩沖層111和單晶半導體層119的界面上的懸空鍵。為了得到提高壽命的效果，加熱溫 度為400°C以上，優(yōu)選為500°C以上，更優(yōu)選為550°C以上。在光照射到半導體(硅)上時，在半導體中產生電子及空穴(載流子)，過了一段 時間后，電子和空穴復合而消滅。上述從載流子產生開始直到載流子復合而消滅的平均壽 命被稱為壽命(life time)。壽命還被稱為復合壽命及載流子壽命。壽命越長，半導體中的缺陷和雜質越少。因此，通過使用壽命長的單晶半導體層，可以制造電特性優(yōu)良且可靠性高 的晶體管。如上所述，在本實施方式中，通過進行照射激光束122而熔化的加熱處理、以及之 后不使其熔化的加熱處理，可以獲得更完全的單晶半導體層112。通過使用固定了上述具有 優(yōu)良結晶性的單晶半導體層112的半導體襯底10，可以形成具有高導通電流及高場效應遷 移率的晶體管。另外，在當圖4B所示的損傷區(qū)域115的形成時通過離子摻雜法使用氫氣體作為源 氣體將氫離子添加在單晶半導體襯底110中的情況下，從單晶半導體襯底110分離了的單 晶半導體層117也包含高濃度的氫。被進行了圖5A所示的激光照射步驟及圖5B所示的 加熱處理的單晶半導體層112的氫濃度比單晶半導體層117低。通過將工藝溫度設定為 7000C以下，可以使氫濃度為5 X IO18原子/cm3以上5X 102°原子/cm3以下。其氫濃度優(yōu)選 為1 X IO19原子/cm3以上1 X IO20原子/cm3以下。若氫濃度變高，則單晶半導體層112的氫 濃度容易變動，這成為降低半導體裝置的可靠性的原因。例如，在使用電阻加熱爐進行圖5B所示的加熱處理的情況下，以處理溫度500°C 對單晶半導體層119加熱1小時，然后，將加熱溫度上升到550°C以上650°C以下，在該溫度 下加熱4小時?；蛘?，以處理溫度500°C對單晶半導體層119加熱1小時，然后，將加熱溫度 上升到600°C，在600°C的溫度下加熱4小時。在使用RTA裝置的情況下，進行處理溫度為 600°C以上700°C以下且處理時間為0. 5分鐘以上30分鐘以下的加熱處理。也可以在對單晶半導體層117照射激光束122之后，將單晶半導體層119蝕刻而 薄膜化。可以根據從單晶半導體層112形成的元件的特性決定單晶半導體層119的厚度。 為了在被貼合在支撐襯底100上的單晶半導體層112的表面上以臺階覆蓋性高的方式形成 薄柵極絕緣層，單晶半導體層119的厚度優(yōu)選為50nm以下，其厚度為50nm以下5nm以上即 可。上述薄膜化步驟優(yōu)選在圖5B所示的加熱處理前進行。這是因為可以通過進行圖5B所 示的加熱處理修復由薄膜化步驟中的蝕刻導致的單晶半導體層119的損傷的緣故。作為用來使單晶半導體層119薄膜化的蝕刻，可以使用干蝕刻法或濕蝕刻法。在 干蝕刻法中，作為蝕刻氣體，可以使用氯化硼、氯化硅或四氯化碳等的氯化物氣體、氯氣體、 氟化硫或氟化氮等的氟化物氣體、氧氣體等。在濕蝕刻法中，作為蝕刻液，可以使用TMAH溶 液。由于可以在700°C以下的溫度下進行圖4A至圖5C的步驟，所以可以使用應變溫度 為700°C以下的玻璃襯底作為支撐襯底100。因此，可以使用廉價的玻璃襯底，而可以降低 半導體襯底10的材料成本。另外，根據本實施方式的方法，可以在一個支撐襯底100上貼合多個單晶半導體 層112。通過對單晶半導體襯底110進行圖4A至圖4C所示的步驟，形成多個具有圖4C所 示的結構的單晶半導體襯底110。然后，通過反復進行多次的圖4D所示的步驟，在一個支撐 襯底100上貼合多個單晶半導體襯底110。然后，通過進行圖4E至圖5C所示的步驟，可以 制造圖2所示的半導體襯底20，該半導體襯底20由貼合有多個單晶半導體層112的支撐襯 底100構成。為了制造半導體襯底20，優(yōu)選使用300mmX300mm以上的玻璃襯底作為支撐襯底 100。作為大面積玻璃襯底，用來制造液晶面板的母體玻璃襯底是優(yōu)選的。作為母體玻璃襯底，已知第 3 代(550mmX650mm)、第 3. 5 代(600mmX 720mm)、第 4 代(680mmX880mm、 或 730mmX920mm)、第 5 代(IlOOmmX 1300mm)、第 6 代(1500mm X 1850mm)、第 7 代 (1870mmX2200mm)、第 8 代(2200mmX2400mm)等的尺寸的襯底。通過使用母體玻璃襯底等大面積襯底作為支撐襯底100，可以實現(xiàn)SOI襯底的大 面積化。若能夠實現(xiàn)SOI襯底的大面積化，則可以從一個SOI襯底制造多個IC、LSI等芯 片，而可以增加能夠使用一個襯底制造的芯片個數(shù)，而可以顯著提高生產性。如圖2的半導體襯底20所示，在使用玻璃襯底等容易彎曲且脆弱的支撐襯底作為 支撐襯底100的情況下，難以對貼合在一個支撐襯底上的多個單晶半導體層112進行拋光 處理以實現(xiàn)平坦化。在本實施方式中，通過激光束122的照射處理，進行上述平坦化處理， 因此可以使貼合在一個支撐襯底100上的多個單晶半導體層117平坦化，而不施加損壞支 撐襯底100的力量，并不在超過應變點的溫度下加熱支撐襯底100。就是說，激光束照射處 理是在圖2所示的固定有多個單晶半導體層112的半導體襯底20的制造步驟中非常重要 的處理。就是說，本實施方式中的激光束照射處理是與現(xiàn)有的SOI襯底的制造技術根本不 相同的新技術，完全不可能從現(xiàn)有技術中想到。如本實施方式所示，本發(fā)明關于如下方法提供與現(xiàn)有技術不同的新技術進行通 過激光照射處理使單晶半導體層熔化而使它再結晶及平坦化的激光處理步驟，然后進行不 使單晶半導體層熔化的加熱處理，以在玻璃襯底上形成包含其濃度為5X IO18原子/cm3以 上的氫且提高了壽命的單晶半導體層的方法。另外，本實施方式提供一種用來在玻璃襯底 上固定包含其濃度為5X IO18原子/cm3以上的氫的單晶半導體層的技術。通過使用本實 施方式的半導體襯底形成包括晶體管的半導體裝置，可以制造高性能及多功能的半導體裝 置。本實施方式的半導體襯底的制造方法可以與其他實施方式的半導體襯底的制造 方法、以及其他實施方式的半導體裝置的制造方法組合。實施方式2在本實施方式中，說明單晶半導體層隔著緩沖層固定于支撐襯底上的半導體襯底 及其制造方法。在本實施方式中，說明在支撐襯底上形成緩沖層來制造半導體襯底的方法。圖6是示出半導體襯底的結構例子的立體圖。半導體襯底30是在支撐襯底100 上貼合有單晶半導體層112。單晶半導體層112是將單晶半導體襯底的厚度減薄而形成的 層，它隔著緩沖層111及緩沖層101固定在支撐襯底100上。半導體襯底30是所謂的SOI 結構的襯底，它是在絕緣層上形成有單晶半導體層的襯底。形成在支撐襯底100上的緩沖 層101的表面和形成在單晶半導體層112上的緩沖層111的表面接合，而使單晶半導體層 112固定于支撐襯底100上。緩沖層101是具有單層結構的膜、或具有層疊了兩層以上的膜的多層結構的膜。 構成緩沖層101的膜由對支撐襯底100的表面進行成膜處理而形成的膜構成。在本實施方 式中，緩沖層101具有兩層結構，即從支撐襯底100 —側層疊了絕緣層103及104。在本實 施方式中，與支撐襯底100密接而形成的絕緣層103用作阻擋層。另外，緩沖層111是具有 單層結構的膜、或具有層疊了兩層以上的膜的多層結構的膜。構成緩沖層111的膜由對單 晶半導體襯底的表面進行成膜處理而形成的膜構成。在本實施方式中，緩沖層111具有單 層結構，即由絕緣層131構成。
下面，參照圖8至圖IOC說明圖6所示的半導體襯底30的制造方法。首先，說明在支撐襯底100上形成緩沖層101的步驟。圖8是說明形成緩沖層101 的步驟的截面圖。構成緩沖層101的膜，可以使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化 硅膜、氧化鍺膜、氮化鍺膜、氧氮化鍺膜、氮氧化鍺膜等包含硅或鍺作為其組成的絕緣膜。此 外，還可以使用由氧化鋁、氧化鉭、氧化鉿等金屬的氧化物構成的絕緣膜；由氮化鋁等金 屬的氮化物構成的絕緣膜；由氧氮化鋁膜等金屬的氧氮化物構成的絕緣膜；由氮氧化鋁 膜等金屬的氮氧化物構成的絕緣膜。構成緩沖層101的絕緣膜通過使用CVD法、濺鍍法等 的方法而形成。緩沖層101優(yōu)選包含用來防止鈉侵入單晶半導體層112的阻擋層。阻擋層可以由 一層或兩層以上構成。例如，在使用包含堿金屬或堿土金屬等降低半導體裝置的可靠性的 雜質的襯底作為支撐襯底100的情況下，當加熱支撐襯底100時，有時會導致上述雜質從支 撐襯底100擴散到單晶半導體層112。因此，通過在緩沖層101上形成阻擋層，可以防止上 述堿金屬或堿土金屬等降低半導體裝置的可靠性的雜質移動到單晶半導體層112。作為用 作阻擋層的膜，有氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜、或氮氧化鋁膜等。通過包含這種膜，可 以將緩沖層101用作阻擋層。例如，在緩沖層101具有單層結構的情況下，緩沖層101優(yōu)選由用作阻擋層的膜構 成。在此情況下，可以使用厚度為5nm以上200nm以下的氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜、 或氮氧化鋁膜，來形成具有單層結構的緩沖層101。在緩沖層101具有包含一個阻擋層的兩層結構的情況下，與支撐襯底100密接而 形成的膜由用來阻擋鈉等雜質的阻擋層構成。在本實施方式中，絕緣層103由用作阻擋層 的絕緣膜構成。絕緣層103可以由5nm至200nm厚的氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜、或 氮氧化鋁膜構成。這些用作阻擋層的膜雖然具有防止雜質擴散的高阻擋效果，但是具有高內部應 力。因此，作為與絕緣層103密接而形成的絕緣層104，優(yōu)選形成具有緩和緩沖層101的應 力的效果的膜。作為這種絕緣膜，可以舉出氧化硅膜及氧氮化硅膜等。絕緣層104的厚度 可以為5nm以上300nm以下。因為絕緣層104的上表面成為接合面，其平均粗糙度Ra優(yōu)選 為0. 7nm以下，更優(yōu)選為0. 4nm以下。另外，絕緣層104的厚度可以為IOnm以上200nm以 下。該厚度優(yōu)選為5nm以上500nm以下，更優(yōu)選為IOnm以上200nm以下。例如，作為絕緣層103，可以使用SiH4及N2O作為工藝氣體通過PECVD法形成氧氮 化硅膜。另外，作為絕緣層104，可以使用有機硅烷氣體及氧作為工藝氣體通過PECVD法形 成氧化硅膜。例如，在使用PECVD法形成由氮氧化硅構成的絕緣層103和由氧氮化硅構成的絕 緣層104的情況下，將支撐襯底100傳送到PECVD裝置的處理室中。然后，將SiH4、N20、NH3、 H2及N2O作為用來形成絕緣層103的工藝氣體引入到處理室中，來產生該工藝氣體的等離 子體，以在支撐襯底100上形成氮氧化硅膜。接著，將引入到處理室內的氣體換成用來形成 絕緣層104的工藝氣體。這里，使用SiH4及隊0。通過產生這些混合氣體的等離子體，連續(xù) 地在氮氧化硅膜上形成氧氮化硅膜。另外，在使用具有多個處理室的PECVD裝置的情況下， 可以在不相同的處理室中分別形成氧氮化硅膜和氮氧化硅膜。當然，通過改變引入到處理 室內的氣體，可以形成氧化硅膜作為下層，且可以形成氮化硅膜作為上層。
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通過如上所述那樣連續(xù)地形成絕緣層103及104，可以在多個支撐襯底100上高產 率地形成緩沖層101。另外，因為能夠不接觸大氣地形成絕緣層103及104，可以防止絕緣 層103及104的界面被大氣污染。接著，參照圖9A至9E說明處理單晶半導體襯底110的方法。首先，與實施方式1 同樣地清洗單晶半導體襯底110來使它干凈。然后，如圖9A所示，在單晶半導體襯底110 的表面上形成保護膜132。形成保護膜132的目的如下在離子照射步驟中，防止單晶半導 體襯底110被金屬等雜質污染；并防止單晶半導體襯底110的表面因照射離子的沖擊而損 傷；等等。上述保護膜132可以通過CVD法等堆積氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧氮化硅等 的絕緣材料而形成。另外，可以使單晶半導體襯底110氧化或氮化，以形成保護膜132。例 如，為了使單晶半導體襯底110氧化以形成由氧化膜構成的保護膜132，可以進行熱氧化處 理(干氧化處理、水蒸氣氧化處理)、利用含臭氧水的氧化處理。在進行干氧化處理的情況 下，優(yōu)選在氧化氣氛中添加包含鹵素的氣體。作為包含鹵素的氣體，可以使用選自HC1、HF、 NF3> HBr, Cl2, C1F3、BC13、F2, Br2 等中的一種或多種氣體。接著，如圖9B所示，將由被電場加速了的離子構成的離子121隔著保護膜132照 射到單晶半導體襯底110，以在離單晶半導體襯底110表面有預定深度的區(qū)域中形成損傷 區(qū)域115。可以使用與實施方式1的損傷區(qū)域115的形成方法相同的方法進行上述步驟。在形成損傷區(qū)域115之后，去除保護膜132。然后，如圖9C所示，在單晶半導體襯 底110的上表面上形成構成緩沖層111的絕緣層131。絕緣層131可以與圖4A所示的第 一絕緣層113a同樣地形成。另外，可以對單晶半導體襯底110進行氧化處理而形成絕緣層 131。另外，氧化處理的工藝溫度為添加到損傷區(qū)域115中的元素或分子不析出的溫度，該 加熱溫度優(yōu)選為350°C以下。作為這種低溫氧化處理，可以進行利用含臭氧水的氧化處理、 利用等離子體處理或高密度等離子體處理的氧化處理等。絕緣層131是用來在單晶半導體襯底110表面上形成平滑且具有親水性的接合面 的層。因此，絕緣層131的平均粗糙度Ra優(yōu)選為0.7nm以下，更優(yōu)選為0.4nm以下。另夕卜， 絕緣層131的厚度可以為IOnm以上200nm以下。該厚度優(yōu)選為5nm以上500nm以下，更優(yōu) 選為IOnm以上200nm以下。絕緣層131可以由利用化學氣相反應而形成的絕緣膜構成。例如，可以形成氧化 硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化硅膜等作為絕緣層131。在使用PECVD法形成氧化硅 膜作為絕緣層131的情況下，優(yōu)選使用有機硅烷氣體及氧(O2)氣體作為源氣體。通過使用 有機硅烷作為源氣體，可以在350°C以下的工藝溫度下形成具有平滑表面的氧化硅膜。另 外，可以使用熱CVD法在500°C以下200°C以上的加熱溫度下形成LTO(low temperature oxide，即低溫氧化物)。在形成LTO時，可以使用甲硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)等作為硅 源氣體，并可以使用一氧化二氮(NO2)等作為氧源氣體。例如，使用TEOS和O2作為源氣體形成由氧化硅膜構成的絕緣層131時的條件如 下將TEOS以流量15sCCm引入到處理室內，并將O2以流量750sCCm引入到處理室內；成膜 壓力為IOOPa ；成膜溫度300°C ；RF輸出為300W ；電源頻率為13. 56MHz。接著，清洗形成有損傷區(qū)域115及緩沖層111的單晶半導體襯底110和形成有緩 沖層101的支撐襯底100?？梢圆捎美眉兯某暡ㄇ逑催M行上述清洗步驟。超聲波清 洗優(yōu)選為兆赫超聲波清洗(兆頻超聲波清洗)。在進行超聲波清洗之后，優(yōu)選使用含臭氧水清洗單晶半導體襯底110及支撐襯底100中的單方或雙方。通過使用含臭氧水清洗，可以 去除有機物，并可以進行用來提高緩沖層101及緩沖層111的親水性的表面活化處理。另外，作為對緩沖層101及緩沖層111的表面活化處理，除了使用含臭氧水的清洗 之外，還可以進行原子束或離子束的照射處理、等離子體處理、或自由基處理。在進行原子 束或離子束照射處理的情況下，通過激發(fā)氬等稀有氣體，產生中性原子束或離子束。圖9D是說明接合步驟的截面圖。該接合步驟可以與圖4D的接合步驟同樣地實施。 通過隔著緩沖層101及緩沖層111密接支撐襯底100和單晶半導體襯底110，接合緩沖層 101表面和緩沖層111表面，以在支撐襯底100上固定單晶半導體襯底110。在貼合支撐襯底100和單晶半導體襯底110之后，優(yōu)選進行加熱處理，以增加緩沖 層101和緩沖層111的接合界面的結合力。上述處理溫度為不在損傷區(qū)域115中產生裂縫 的溫度，而可以以200°C以上450°C以下的溫度進行處理。接著，通過進行加熱處理，在損傷區(qū)域115中引起剝離而從單晶半導體襯底110分 離單晶半導體層117。圖9E是說明從單晶半導體襯底110分離單晶半導體層117的分離步 驟的圖。這個步驟可以與圖4E的分離步驟相同。通過進行加熱處理，在損傷區(qū)域115的微小孔中引起體積變化，并在損傷區(qū)域115 中產生裂縫，而沿損傷區(qū)域115分離單晶半導體襯底110。因此，如圖9E所示，從單晶半導 體襯底110分離了的單晶半導體層117被固定于支撐襯底100上。接著，如圖IOA所示，對密接在支撐襯底100上的單晶半導體層117照射激光束 122。這個激光照射步驟可以與實施方式1(參照圖5A)的激光照射步驟同樣地進行。邊用 激光束122對單晶半導體層117進行掃描，邊將激光束122照射到單晶半導體層117的分 離面，而使單晶半導體層117熔化，以形成再單晶化了且其表面被平坦化了的單晶半導體 層 119。在照射激光束122時，加熱固定在支撐襯底上100的單晶半導體層117，使得單晶 半導體層117的溫度上升。加熱溫度可以為200°C以上且支撐襯底100的應變點以下。加熱 溫度優(yōu)選為400°C以上，更優(yōu)選為450°C以上。具體地說，加熱溫度優(yōu)選為400°C以上670°C 以下，更優(yōu)選為450°C以上650°C以下。通過加熱單晶半導體層，可以去除單晶半導體層中的懸空鍵、單晶半導體層與基 底膜的界面具有的缺陷等的微小缺陷，而可以獲得更完全的單晶半導體層。通過使用固定 了位錯等結晶缺陷或懸空鍵等微小結晶缺陷少的單晶半導體層112的半導體襯底30，可以 形成具有高導通電流及高場效應遷移率的晶體管。在對單晶半導體層117照射激光束122之前，可以蝕刻單晶半導體層117。優(yōu)選地 是，通過進行該蝕刻，去除在單晶半導體層117的分離面上殘留的損傷區(qū)域115。通過去除 損傷區(qū)域115，可以提高利用激光束122照射的表面平坦化效果及結晶性的恢復效果。作為上述蝕刻，可以使用干蝕刻法或濕蝕刻法。在干蝕刻法中，作為蝕刻氣體， 可以使用氯化硼、氯化硅或四氯化碳等的氯化物氣體、氯氣體、氟化硫或氟化氮等的氟化 物氣體、氧氣體等。在濕蝕刻法中，作為蝕刻液，可以使用四甲基氫氧化銨(tetramethyl ammoniumhydroxide,簡稱 TMAH)溶液。也可以在對單晶半導體層117照射激光束122之后，將單晶半導體層112蝕刻而 薄膜化?？梢愿鶕膯尉О雽w層112形成的元件的特性決定單晶半導體層112的厚度。為了在被貼合在支撐襯底100上的單晶半導體層112的表面上以臺階覆蓋性高的方式形 成薄柵極絕緣層，單晶半導體層112的厚度優(yōu)選為50nm以下，可以為50nm以下5nm以上。作為用來使單晶半導體層112薄膜化的蝕刻，可以使用干蝕刻法或濕蝕刻法。在 干蝕刻法中，作為蝕刻氣體，可以使用氯化硼、氯化硅或四氯化碳等的氯化物氣體、氯氣體、 氟化硫或氟化氮等的氟化物氣體、氧氣體等。在濕蝕刻法中，作為蝕刻液，可以使用TMAH溶 液。接著，為了修復單晶半導體層119的缺陷等，以不使單晶半導體層119熔化的溫度 進行加熱處理。圖IOB是示出利用電磁波124的輻射加熱單晶半導體層119的截面圖。上 述加熱處理可以與實施方式1的加熱處理(參照圖5B)同樣地進行。通過進行400°C以上 的加熱處理，可以提高單晶半導體層112的壽命。通過上述步驟，可以制造單晶半導體層112隔著緩沖層101及緩沖層111固定于 支撐襯底100上的半導體襯底30 (參照圖10C，參照圖6)。另外，在當圖9B所示的損傷區(qū)域115的形成時通過離子摻雜法使用氫氣體作為源 氣體將氫離子添加在單晶半導體襯底110中的情況下，從單晶半導體襯底110分離了的單 晶半導體層117也包含高濃度的氫。被進行了圖IOB所示的加熱處理后的單晶半導體層 112的氫濃度比單晶半導體層117低。通過將工藝溫度設定為700°C以下，可以使氫濃度為 5X IO18原子/cm3至5X 102°原子/cm3。單晶半導體層112的氫濃度優(yōu)選為1 X IO19原子/ cm3以上IXlO2tl原子/cm3以下。若氫濃度變高，則單晶半導體層112的氫濃度容易變動， 這成為降低半導體裝置的可靠性的原因。由于可以在700°C以下的溫度下進行圖9A至圖IOB的步驟，所以可以使用耐熱溫 度為700°C以下的玻璃襯底作為支撐襯底100。因此，可以使用廉價的玻璃襯底，而可以降 低半導體襯底30的材料成本。與實施方式1的半導體襯底10(參照圖1)不同，本實施方式的半導體襯底30中 的支撐襯底100表面被緩沖層101覆蓋。因此，通過設置阻擋層作為半導體襯底30的緩沖 層101，可以使防止單晶半導體層112污染的效果比實施方式1的半導體襯底10高。另外，根據本實施方式的方法，可以在一個支撐襯底100上貼合多個單晶半導體 層112。如圖8所示，準備形成有緩沖層101的支撐襯底100。緩沖層101優(yōu)選包含用作阻 擋層的層。通過反復進行圖9A至圖9C所示的步驟，形成多個形成有緩沖層111及損傷區(qū) 域115的單晶半導體襯底110。然后，在形成有緩沖層101的支撐襯底100上貼合多個具有 圖9C所示的結構的單晶半導體襯底110。接著，通過進行圖9E至圖IOB所示的步驟，可以 制造圖7所示的在一個支撐襯底100上貼合有多個半導體層112的半導體襯底40。為了制造半導體襯底40，可以使用300mmX300mm以上的玻璃襯底作為支撐襯 底100。作為大面積玻璃襯底，用來制造液晶面板的母體玻璃襯底是優(yōu)選的。作為母體玻 璃襯底，已知第 3 代(550mmX650mm)、第 3. 5 代(600mmX 720mm)、第 4 代(680mmX880mm、 或 730mmX920mm)、第 5 代(IlOOmmX 1300mm)、第 6 代(1500mm X 1850mm)、第 7 代 (1870mmX2200mm)、第 8 代(2200mmX2400mm)等的尺寸的襯底。通過使用母體玻璃襯底等大面積襯底作為支撐襯底100，可以實現(xiàn)SOI襯底的大 面積化。若能夠實現(xiàn)SOI襯底的大面積化，則可以從一個SOI襯底制造多個IC、LSI等芯 片，而可以增加能夠使用一個襯底制造的芯片個數(shù)，而可以顯著提高生產性。
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如圖7的半導體襯底40所示，在使用玻璃襯底等容易彎曲且脆弱的支撐襯底的情 況下，對貼合在一個支撐襯底上的多個單晶半導體層進行拋光處理以實現(xiàn)平坦化是極為困 難的。在本實施方式中，通過激光束122的照射處理，進行上述平坦化處理，因此可以使固 定在一個支撐襯底100上的單晶半導體層117平坦化，而無需施加損壞支撐襯底100的力 量，且無需在超過應變點的溫度下加熱支撐襯底100。就是說，激光束照射處理是在圖7所 示的固定有多個單晶半導體層的半導體襯底40的制造步驟中非常重要的處理。如本實施方式所示，本發(fā)明關于如下方法提供與現(xiàn)有技術不同的新技術進行通 過激光照射處理使單晶半導體層熔化而使它再結晶及平坦化的激光處理步驟，然后進行不 使單晶半導體層熔化的加熱處理，以在玻璃襯底上形成包含其濃度為5X IO18原子/cm3以 上的氫且提高了壽命的單晶半導體層的方法。另外，本實施方式提供一種用來在玻璃襯底 上固定包含其濃度為5X IO18原子/cm3以上的氫的單晶半導體層的技術。通過使用本實 施方式的半導體襯底形成包括晶體管的半導體裝置，可以制造高性能及多功能的半導體裝 置。本實施方式的半導體襯底的制造方法可以與其他實施方式的半導體襯底的制造 方法、以及其他實施方式的半導體裝置的制造方法組合。實施方式3在本實施方式中，說明單晶半導體層隔著緩沖層固定于支撐襯底上的半導體襯底 及其制造方法。在本實施方式中，說明使用一個半導體襯底將多個單晶半導體層固定于支 撐襯底上的方法。首先，對單晶半導體襯底110進行實施方式1的圖4A至圖4D的步驟。將被加工 了的單晶半導體襯底110的截面圖示出于圖11A。接著，為了將通過沿損傷區(qū)域115進行分割而分割成多個的單晶半導體層固定于 支撐襯底上，蝕刻緩沖層111及單晶半導體襯底110，以形成槽145。圖IlB是形成有槽145 的單晶半導體襯底110的截面圖，而圖IlE是平面圖。圖IlB是沿圖IlE的χ-χ線的截面 圖。單晶半導體襯底140對應于形成有槽145的單晶半導體襯底110。單晶半導體襯 底140具有多個凸部。使槽145的底面比損傷區(qū)域115深，以使凸部包含損傷區(qū)域115。由 此，可以將被分割了的單晶半導體層固定于支撐襯底上。注意，將設置有緩沖層111的單晶 半導體襯底140稱為單晶半導體襯底141。接著，在清洗單晶半導體襯底141和支撐襯底100之后，如圖IlC所示那樣接合單 晶半導體襯底141和支撐襯底。這個步驟可以與實施方式1同樣地進行。接著，通過進行加熱處理，如圖IlD所示那樣在單晶半導體襯底140的損傷區(qū)域 115中引起分離。由于在單晶半導體襯底141中形成有槽145，所以多個單晶半導體層147 隔著緩沖層111固定于支撐襯底100上。單晶半導體襯底148是分離了單晶半導體層147 后的單晶半導體襯底140。用來分割單晶半導體襯底140的加熱處理可以與實施方式1同 樣地進行。接著，如圖12Α所示，對密接在支撐襯底100上的單晶半導體層147照射激光束 122。這個激光照射步驟可以與實施方式1(參照圖5Α)的激光照射步驟同樣地進行。邊用 激光束122對單晶半導體層147進行掃描，邊將激光束122照射到單晶半導體層147的分
35離面。通過照射激光束122使單晶半導體層147熔化，以形成再單晶化了且平坦化了的單 晶半導體層149。另外，也可以與實施方式1同樣地在進行激光束照射步驟之前對單晶半導 體層147進行蝕刻處理。接著，為了修復單晶半導體層149的缺陷等，以不使單晶半導體層149熔化的溫度 進行加熱處理。圖12B是示出利用電磁波124的輻射加熱單晶半導體層149的截面圖。注 意，單晶半導體層149的加熱不局限于電磁波124的輻射。上述加熱處理可以與實施方式 1的加熱處理(參照圖5B)同樣地進行。通過進行400°C以上的加熱處理，可以提高單晶半 導體層142的壽命。另外，可以與實施方式1同樣地在進行加熱處理步驟之前對單晶半導 體層149進行蝕刻處理。通過上述步驟，可以制造多個單晶半導體層142隔著緩沖層111固定于支撐襯底 100上的半導體襯底50 (參照圖12C)。圖12D是半導體襯底50的平面圖，而圖12C是沿圖 12D的x-x線的截面圖。另外，在本實施方式中，在當形成損傷區(qū)域115時通過離子摻雜法使用氫氣體作 為源氣體將氫離子添加在單晶半導體襯底110中的情況下，從單晶半導體襯底110分離了 的單晶半導體層147也包含高濃度的氫。圖12C所示的被進行了加熱處理后的單晶半導體 層142的氫濃度比單晶半導體層147低。通過將工藝溫度設定為700°C以下，可以使單晶 半導體層142包含5X IO18原子/cm3以上5X 102°原子/cm3以下的氫。單晶半導體層142 的氫濃度優(yōu)選為IX IO19原子/cm3以上IXlO2tl原子/cm3以下。若氫濃度變高，則單晶半導 體層142的氫濃度容易變動，這成為降低半導體裝置的可靠性的原因。如本實施方式所示，本發(fā)明關于如下方法提供與現(xiàn)有技術不同的新技術進行通 過激光照射處理使單晶半導體層熔化而使它再結晶及平坦化的激光處理步驟，然后進行不 使單晶半導體層熔化的加熱處理，以在玻璃襯底上形成提高了壽命的單晶半導體層的方 法。另外，本實施方式提供一種用來在玻璃襯底上固定包含其濃度為5X IO18原子/cm3以 上的氫的單晶半導體層的技術。通過使用本實施方式的半導體襯底形成包括晶體管的半導 體裝置，可以制造高性能及多功能的半導體裝置。本實施方式的半導體襯底的制造方法可以與其他實施方式的半導體襯底的制造 方法、以及半導體裝置的制造方法組合。例如，在本實施方式中，可以如實施方式2所示那 樣在支撐襯底100上形成緩沖層101。實施方式4在本實施方式中，說明單晶半導體層隔著緩沖層固定于支撐襯底上的半導體襯底 及其制造方法。在本實施方式中，說明將多個單晶半導體襯底貼合在支撐襯底上來將多個 單晶半導體層固定于支撐襯底上的方法。圖13A是示出半導體襯底的結構例子的截面圖。而圖13B是平面圖。圖13A是沿 圖13B的x-x線的截面圖。在本實施方式中，在一個支撐襯底100上隔著緩沖層111固定 有25個單晶半導體層152。單晶半導體層152是從單晶半導體襯底110分離了的層。其他 結構與實施方式1的半導體襯底10相同。下面，參照圖14A至16B說明本實施方式的半導 體襯底的制造方法。首先，對單晶半導體襯底110進行實施方式1的圖4A至圖4D的步驟。將被加工 了的單晶半導體襯底110的截面圖示出于圖14A。
接著，如圖14B所示，通過蝕刻緩沖層111及單晶半導體襯底110的周圍，在周圍 中形成臺階155。為了通過在損傷區(qū)域115中分離而將多個被分離了的單晶半導體層152 固定于支撐襯底100上，形成臺階155。圖14B是形成有臺階155的單晶半導體襯底110的 截面圖，而圖14C是平面圖。圖14B是沿圖14C的X-X線的截面圖。單晶半導體襯底150對應于形成有臺階155的單晶半導體襯底110。單晶半導體 襯底150具有包含損傷區(qū)域115的凸部。就是說，蝕刻單晶半導體襯底110，以使臺階155 的底部比損傷區(qū)域115深。由此，可以容易減小半導體襯底60中的相鄰單晶半導體層152 的間隔。注意，將設置有緩沖層111的單晶半導體襯底150稱為單晶半導體襯底151。接著，在清洗單晶半導體襯底151和支撐襯底100之后，如圖15A所示那樣接合多 個單晶半導體襯底151和支撐襯底100。這個步驟可以與實施方式1同樣地進行，但是接合 多個單晶半導體襯底151這一點與實施方式1不相同。多個單晶半導體襯底151不是鄰接 的，而是隔開一個地接合的。接著，通過進行加熱處理，如圖15B所示那樣在單晶半導體襯底151的損傷區(qū)域 115中引起分離。上述加熱處理可以與實施方式1同樣地進行。單晶半導體襯底158是分 離了單晶半導體層157后的單晶半導體襯底150。再者，如圖15C所示，在支撐襯底100上的單晶半導體層157之間接合多個單晶半 導體襯底151。接著，通過進行加熱處理，如圖15D所示那樣在單晶半導體襯底151的損傷 區(qū)域115中引起分離。上述加熱處理可以與實施方式1同樣地進行。通過反復進行圖15A 至15D的步驟，可以在一個支撐襯底100上將多個單晶半導體層157接地固定。由于在單 晶半導體襯底151的周圍形成臺階155，所以如圖15C所示，可以不接觸單晶半導體層157 而容易地接合單晶半導體襯底151。在本實施方式中，不必須在所有單晶半導體襯底151中 形成臺階155。例如，在圖15A中，可以貼合不形成有臺階155，即具有圖14A的結構的單 晶半導體襯底110。通過形成臺階155，可以容易地減小相鄰的兩個單晶半導體層157的間 隔。接著，如圖16A所示，對密接在支撐襯底100上的多個單晶半導體層157照射激光 束122。這個激光照射步驟可以與實施方式1(參照圖5A)的激光照射步驟同樣地進行。邊 用激光束122對單晶半導體層157進行掃描，邊將激光束122照射到單晶半導體層157的 分離面。通過照射激光束122，使單晶半導體層157熔化并再結晶，以形成提高了結晶性且 其表面被平坦化了的單晶半導體層159。另外，可以與實施方式1同樣地在進行激光照射處 理步驟之前對單晶半導體層157進行蝕刻處理。接著，為了修復單晶半導體層159的缺陷等，以不使單晶半導體層159熔化的溫 度進行加熱處理。圖16B是示出利用電磁波124的輻射加熱單晶半導體層159的截面圖。 注意，加熱處理不局限于電磁波124的輻射。上述加熱處理可以與實施方式1的加熱處理 (參照圖5B)同樣地進行。通過進行400°C以上的加熱處理，可以提高單晶半導體層159的 壽命，而可以獲得單晶半導體層152。另外，可以與實施方式1同樣地在進行加熱處理步驟 之前對單晶半導體層159進行蝕刻處理。通過上述步驟，可以制造多個單晶半導體層152隔著緩沖層111固定于支撐襯底 100上的半導體襯底60 (參照圖13A和圖13B)另外，在本實施方式中，在當形成損傷區(qū)域115時通過離子摻雜法使用氫氣體作為源氣體將氫離子添加在單晶半導體襯底110中的情況下，從單晶半導體襯底110分離了 的單晶半導體層157也包含高濃度的氫。被進行了圖16B所示的加熱處理的單晶半導體層 152的氫濃度比單晶半導體層157低。通過將工藝溫度設定為700°C以下，可以使單晶半導 體層152包含5X IO18原子/cm3以上5X 102°原子/cm3以下的氧。單晶半導體層152的氫 濃度優(yōu)選為IX IO19原子/cm3以上IXlO2tl原子/cm3以下。若氫濃度變高，則單晶半導體層 152的氫濃度容易變動，這成為降低半導體裝置的可靠性的原因。如本實施方式所示，本發(fā)明關于如下方法提供與現(xiàn)有技術不同的新技術進行通 過激光照射處理使單晶半導體層熔化而使它再結晶及平坦化的激光處理步驟，然后進行不 使單晶半導體層熔化的加熱處理，以在玻璃襯底上形成包含其濃度為5X IO18原子/cm3以 上的氫且提高了壽命的單晶半導體層的方法。另外，本實施方式提供一種用來在玻璃襯底 上固定包含其濃度為5X IO18原子/cm3以上的氫的單晶半導體層的技術。通過使用本實 施方式的半導體襯底形成包括晶體管的半導體裝置，可以制造高性能及多功能的半導體裝 置。本實施方式的半導體襯底的制造方法可以與其他實施方式的半導體襯底的制造 方法、以及其他實施方式的半導體裝置的制造方法組合。例如，在本實施方式中，可以如實 施方式2所示那樣在支撐襯底100上形成緩沖層101?；蛘撸梢匀鐚嵤┓绞?所示那樣在 單晶半導體襯底110上形成具有三層結構的緩沖層111。另外，可以在支撐襯底100上貼合 實施方式3的單晶半導體襯底141 (參照圖11B)代替單晶半導體襯底151。實施方式5通過對分離了單晶半導體層的單晶半導體襯底進行再生處理，可以再利用該單晶 半導體襯底作為單晶半導體襯底110。在本實施方式中，說明再生處理方法。在本實施方式 中，說明實施方式1所使用的單晶半導體襯底118的再生處理方法。如圖4E所示，在單晶半導體襯底118的周圍殘留沒被貼合在支撐襯底100上的部 分。在該部分上殘留著沒被貼合到支撐襯底100上的第一絕緣層113b、第一絕緣層113a及 第二絕緣層114。首先，進行去除第一絕緣層113b、第一絕緣層113a及第二絕緣層114的蝕刻處理。 例如，在這些膜由氧化硅、氧氮化硅或氮氧化硅等構成的情況下，可以進行利用氫氟酸的濕 蝕刻處理來去除第一絕緣層113b、第一絕緣層113a及第二絕緣層114。接著，通過對單晶半導體襯底118進行蝕刻處理，去除其周圍的凸部及單晶半導 體層117的分離面。單晶半導體襯底118的蝕刻處理優(yōu)選是濕蝕刻處理，而可以使用四甲 基氫氧化銨(tetramethylammonium hydroxide，簡稱TMAH)溶液作為蝕刻液。在對單晶半導體襯底118進行蝕刻處理之后，拋光其表面而使其表面平坦化。拋 光處理可以使用機械拋光或化學機械拋光(ChemicalMechanical Polishing,簡稱CMP) 等。為了使單晶半導體襯底的表面平滑，優(yōu)選拋光Iym至IOym左右。在拋光之后，在單 晶半導體襯底表面上殘留拋光粒子等，因此進行氫氟酸清洗、RCA清洗。通過上述步驟，可以再利用單晶半導體襯底118作為實施方式1至4的單晶半導 體襯底110。通過再利用單晶半導體襯底118，可以降低半導體襯底10的材料成本。根據本實施方式的方法， 還可以對在實施方式2至4所示的半導體襯底的制造方 法中使用的單晶半導體襯底進行再生處理。
實施方式6在本實施方式中，說明使用根據本發(fā)明的半導體襯底的半導體裝置及其制造方 法。在本實施方式中，作為使用根據本發(fā)明的半導體襯底的半導體裝置一個例子，對晶體管 進行說明。通過組合多個晶體管，形成各種半導體裝置。下面，參照圖17A至19的截面圖 說明晶體管的制造方法。注意，在本實施方式中，說明同時制造η溝道型晶體管和P溝道型 晶體管的方法。首先，準備半導體襯底。在本實施方式中，使用圖1所示的半導體襯底10。就是 說，使用在具有絕緣表面的支撐襯底100上隔著緩沖層111固定有單晶半導體層112的半 導體襯底。注意，用來制造晶體管的半導體襯底不局限于圖1所示的結構，而可以使用根據 本發(fā)明的半導體襯底。如圖17Α所示，蝕刻支撐襯底100上的單晶半導體層112而將它加工(構圖)為 所希望的形狀，以形成單晶半導體層603和單晶半導體層604。使用單晶半導體層603形 成P型晶體管，并使用單晶半導體層604形成η型晶體管。注意，在使用實施方式3的半導 體襯底50(參照圖12C和12D)的情況下，蝕刻單晶半導體層142來形成單晶半導體層603 和單晶半導體層604。可以對單晶半導體層603和單晶半導體層604添加成為施主或受主的元素，以 控制閾值電壓。成為受主的元素為P型雜質元素，有硼、鋁、鎵等。另外，成為施主的元素 為η型雜質元素，有磷、砷等。例如，在添加硼作為受主元素的情況下，以5 X IO16CnT3以上 1 X IO17Cm-3以下的濃度添加即可。用來控制閾值電壓的雜質添加，既可對單晶半導體層112 進行，又可對單晶半導體層603和單晶半導體層604進行。另外，用來控制閾值電壓的雜質 添加可以對單晶半導體襯底110進行?；蛘?，在對單晶半導體襯底110添加雜質之后，可以 再一次對單晶半導體層112添加雜質，以進行閾值電壓的微調整?；蛘?，可以在從單晶半導 體層112形成單晶半導體層603和單晶半導體層604之后，對單晶半導體層603和單晶半 導體層604添加雜質元素。下面，以使用弱ρ型單晶硅襯底作為單晶半導體襯底110的情況為例子說明上述 雜質元素的添加方法的一個例子。首先，在對單晶半導體層112蝕刻之前，對單晶半導體層 112的整體添加硼。該硼添加的目的在于調整ρ型晶體管的閾值電壓。使用B2H6作為摻雜 劑氣體，以IX IO16至IX IO1Vcm3的濃度添加硼。硼的濃度根據活化率等而決定。例如，硼 的濃度可以為6X1016/cm3。接著，蝕刻單晶半導體層112來形成單晶半導體層603及604。 然后，只對單晶半導體層604添加硼。上述第二次的硼添加的目的在于調整η型晶體管的 閾值電壓。使用B2H6作為摻雜劑氣體，以IX IO16至IX IO1Vcm3的濃度添加硼。例如，硼的 濃度可以為6 X IO16/cm3。在可以使用具有適合于ρ型晶體管及η型晶體管之一方的閾值電壓的導電型及 電阻的襯底作為單晶半導體襯底110的情況下，用于閾值控制的雜質添加步驟可以進行一 次，而對單晶半導體層603及單晶半導體層604之一方添加用來控制閾值電壓的雜質元素 即可。如圖17Β所示，覆蓋單晶半導體層603和單晶半導體層604地形成柵極絕緣膜 606。作為柵極絕緣膜606，可以在350°C以下的工藝溫度下通過PECVD法形成氧化硅膜、 氧氮化硅膜、氮氧化硅膜或氮化硅膜等中的一層或兩層以上的疊層。另外，可以使用如下膜
39作為柵極絕緣膜606 通過進行高密度等離子體處理使單晶半導體層603和單晶半導體層 604的表面氧化或氮化而形成的氧化物膜或氮化物膜。高密度等離子體處理例如使用He、 Ar.Kr.Xe等的稀有氣體與氧、氧化氮、氨、氮、氫等的混合氣體來進行。在此情況下，可以通 過使用微波激發(fā)等離子體，產生低電子溫度且高密度的等離子體。通過使用由這種高密度 的等離子體產生的氧自由基(也有包括OH自由基的情況)或氮自由基(也有包括NH自由 基的情況)使單晶半導體層的表面氧化或氮化，與單晶半導體層接觸地形成Inm至20nm，優(yōu) 選為5nm至IOnm的絕緣膜?？梢詫?nm至IOnm厚的絕緣膜用作柵極絕緣膜606。接著，如圖17C所示，通過在柵極絕緣膜606上形成導電膜，然后將該導電膜加工 (構圖)為預定的形狀，來在單晶半導體層603、604的上方形成電極607。可以使用CVD法、 濺鍍法等來形成導電膜。作為導電膜的材料，可以使用鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鋁 (Al)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鈮(Nb)等。另外，既可以使用以上述金屬為主要成分的合金，又可 以使用包括上述金屬的化合物。或者，作為導電膜，可以使用對半導體膜摻雜了賦予導電性 的雜質元素如磷等而成的多晶硅等半導體。在本實施方式中，電極607由單層的導電膜構成。但是，本實施方式不局限于該 結構。電極607可以由層疊的多個導電膜構成。在電極607具有兩層結構的情況下，作為 兩個導電膜的材料的搭配，可以使用氮化鉭或鉭(Ta)作為第一層，并且使用鎢(W)作為第 二層。除了上述實例以外，還可以舉出氮化鎢和鎢、氮化鉬和鉬、鋁和鉭、以及鋁和鈦等。由 于鎢、氮化鉭具有高耐熱性，所以在形成兩層導電膜之后的工序中可以進行以熱活化為目 的的加熱處理。另外，作為兩層導電膜的搭配，例如可以使用摻雜有賦予η型的雜質的硅和 NiSi (鎳硅化物)、摻雜有賦予η型的雜質的Si和WSix等。在采用層疊三個以上的導電膜而成的三層結構的情況下，優(yōu)選采用鉬膜、鋁膜和 鉬膜的疊層結構。當蝕刻導電膜而形成電極607時，作為蝕刻用掩模，可以使用氧化硅膜、氮氧化硅 膜等代替抗蝕劑。在此情況下，雖然增加蝕刻氧化硅膜、氮氧化硅膜等的工序，但是由于當 蝕刻時的掩模的厚度的減少比使用抗蝕劑的情況少，所以可以形成具有所希望的寬度的電 極607。另外，也可以使用液滴噴射法選擇性地形成電極607，而不使用掩模。注意，液滴噴射法是指從細孔噴射或噴出包含預定組合物的液滴來形成預定圖案 的方法，并且噴墨法等包括在其范疇內。另外，作為蝕刻導電膜的方法，可以在形成導電膜之后使用ICP(Inductively Coupled Plasma，即感應耦合等離子體)蝕刻法。通過適當?shù)卣{節(jié)蝕刻條件(施加到線圈 型電極層的電力量、施加到襯底一側的電極層的電力量、襯底一側的電極溫度等)，可以將 導電膜蝕刻為具有所希望的錐形。另外，還可以根據掩模形狀來控制錐形的角度等。另外， 作為蝕刻用氣體，可以適當?shù)厥褂煤阮悮怏w如氯、氯化硼、氯化硅及四氯化碳等；含氟類 氣體如四氟化碳、氟化硫及氟化氮等；或者氧。接著，如圖17D所示，以電極607為掩模對單晶半導體層603、604添加賦予一種導 電類型的雜質元素。在本實施方式中，對單晶半導體層603添加賦予ρ型的雜質元素(例 如硼)，而對單晶半導體層604添加賦予η型的雜質元素(例如磷或砷)。上述步驟用來在 單晶半導體層603中形成用作源區(qū)或漏區(qū)的雜質區(qū)域，并在單晶半導體層604中形成用作 高電阻區(qū)域的雜質區(qū)域。
另外，當將賦予ρ型的雜質元素添加到單晶半導體層603時，使用掩模等覆蓋單晶 半導體層604，以不使賦予ρ型的雜質元素添加到單晶半導體層604。另外，當將賦予η型 的雜質元素添加到單晶半導體層604時，使用掩模等覆蓋單晶半導體層603，以不使賦予η 型的雜質元素添加到單晶半導體層603?；蛘撸€可以首先對單晶半導體層603及單晶半導 體層604添加賦予ρ型或η型的雜質元素之一方，然后僅對一個半導體膜以更高濃度選擇 性地添加賦予P型或η型的雜質元素之另一方。借助于上述雜質添加步驟，在單晶半導體 層603中形成ρ型高濃度雜質區(qū)域608，而在單晶半導體層604中形成η型低濃度雜質區(qū)域 609。另外，在單晶半導體層603及604中，與電極607重疊的區(qū)域分別成為溝道形成區(qū)域 610 及 611。接著，如圖18Α所示，在電極607的側面形成側壁612。例如，可以通過以覆蓋柵極 絕緣膜606及電極607的方式另外形成絕緣膜，并且進行以垂直方向為主體的各向異性蝕 刻而部分地蝕刻上述另外形成的絕緣膜，來形成側壁612。通過上述各向異性蝕刻，部分地 蝕刻上述另外形成的絕緣膜，而在電極607的側面形成側壁612。另外，也可以借助于上述 各向異性蝕刻，部分地蝕刻柵極絕緣膜606?？梢酝ㄟ^PECVD法或濺鍍法等使用氧化硅膜、 氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、或包含有機樹脂等的有機材料的膜的單層或兩層以上的疊層，來 形成用來形成側壁612的絕緣膜。在本實施方式中，通過PECVD法形成厚度為IOOnm的氧 化硅膜。作為氧化硅膜的蝕刻氣體，可以使用CHF3和氦的混合氣體。另外，形成側壁612的 工序不局限于這些。接著，如圖18Β所示，以電極607及側壁612為掩模對單晶半導體層604添加賦予 η型的雜質元素。這個步驟是為了在單晶半導體層604中形成用作源區(qū)或漏區(qū)的雜質區(qū)域 的步驟。在上述步驟中，使用掩模等覆蓋單晶半導體層603，然后對單晶半導體層604添加 賦予η型的雜質元素。通過上述雜質元素的添加，以電極607和側壁612為掩模在單晶半導體層604中 以自對準方式形成一對η型高濃度雜質區(qū)域614。接著，在去除覆蓋單晶半導體層603的 掩模之后，進行加熱處理而使添加到單晶半導體層603中的賦予ρ型的雜質元素、以及添加 到單晶半導體層604中的賦予η型的雜質元素活化。通過圖17Α至圖18Β所示的一系列步 驟，形成P溝道型晶體管617及η溝道型晶體管618。另外，為了降低源區(qū)及漏區(qū)的電阻，可以使單晶半導體層603的高濃度雜質區(qū)域 608、單晶半導體層604的高濃度雜質區(qū)域614形成硅化物而形成硅化層。通過將金屬接 觸于單晶半導體層603及604，并進行加熱處理而使半導體層中的硅和金屬起反應，以產生 硅化物，由此可以實現(xiàn)硅化物的形成。上述金屬優(yōu)選為鈷或鎳，可以使用鈦(Ti)、鎢(W)、鉬 (Mo)、鋯(&)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、釩(V)、釹(Nd)、鉻(Cr)、鉬(Pt)、鈀(Pd)等。在單晶半導 體層603和單晶半導體層604的厚度薄的情況下，可以使硅化反應促進到其區(qū)域的單晶半 導體層603和單晶半導體層604的底部。作為用來硅化的加熱處理，可以使用電阻加熱爐、 RTA裝置、微波加熱裝置、或激光照射裝置。接著，如圖18C所示，覆蓋ρ溝道型晶體管617和η溝道型晶體管618地形成絕緣 膜619。作為絕緣膜619，形成包含氫的絕緣膜。在本實施方式中，使用包含甲硅烷、氨、N2O 的源氣體通過PECVD法形成約600nm厚的氮氧化硅膜。這是因為使絕緣膜619包含氫而從 絕緣膜619擴散氫來可以終止單晶半導體層603和單晶半導體層604的懸空鍵的緣故。另外，通過形成絕緣膜619，可以防止堿金屬或堿土金屬等雜質進入到ρ溝道型晶體管617和 η溝道型晶體管618中。具體地，作為絕緣膜619，優(yōu)選使用氮化硅、氮氧化硅、氮化鋁、氧化
鋁、氧化硅等。接著，覆蓋ρ溝道型晶體管617和η溝道型晶體管618地在絕緣膜619上形成絕 緣膜620。作為絕緣膜620可以使用具有耐熱性的有機材料諸如聚酰亞胺、丙烯酸、苯并環(huán) 丁烯、聚酰胺、環(huán)氧樹脂等。另外，除了上述有機材料之外，還可以使用低介電常數(shù)材料(低 k材料)、硅氧烷類樹脂、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、PSG (磷硅玻璃)、BPSG (硼磷硅玻璃)、 礬土等。硅氧烷類樹脂除了氫之外也可以具有氟、烷基、或芳基中的至少一種作為取代基。 另外，也可以通過層疊多個由這些材料形成的絕緣膜，來形成絕緣膜620。也可以通過CMP 法等使絕緣膜620的表面平坦化。另外，硅氧烷類樹脂相當于以硅氧烷類材料為起始材料而形成的包括Si-O-Si鍵 的樹脂。硅氧烷類樹脂除了氫之外也可以具有氟、烷基、或芳香烴中的至少一種作為取代基。絕緣膜620可以根據其材料通過CVD法、濺鍍法、SOG法、旋轉涂敷、浸漬涂布、噴 涂、液滴噴射法(噴墨法、絲網印刷、膠版印刷等)、刮刀、輥式涂布、幕涂、刮刀涂布等來形 成。接著，在氮氣氛中進行400°C至450°C左右(例如410°C )的加熱處理1小時左右， 以從絕緣膜619擴散氫，來用氫終止單晶半導體層603和單晶半導體層604的懸空鍵。與 使非晶硅膜結晶而形成的多晶硅膜相比，單晶半導體層112的缺陷密度非常小，因此可以 以短時間進行上述利用氫的終止處理。然后，如圖19所示，以暴露單晶半導體層603和單晶半導體層604的一部分的方 式在絕緣膜619及620中形成接觸孔?？梢酝ㄟ^利用CHF3和He的混合氣體的干蝕刻法形 成接觸孔，但是不局限于此。接著，形成經由該接觸孔接觸單晶半導體層603和單晶半導體 層604的導電膜621及622。導電膜621與ρ溝道型晶體管617的高濃度雜質區(qū)域608連 接，而導電膜622與η溝道型晶體管618的高濃度雜質區(qū)域614連接。導電膜621、622可以通過CVD法或濺鍍法等來形成。具體地，作為導電膜621、622， 可以使用鋁(Al)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鉬(Mo)、鎳(Ni)、鉬(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀 (Ag)、錳(Mn)、釹(Nd)、碳(C)、硅(Si)等。另外，既可以使用以上述金屬為主要成分的合 金，又可以使用包含上述金屬的化合物。導電膜621、622可以由使用上述金屬的膜的單層 或疊層構成。作為以鋁為主要成分的合金的實例，可以舉出以鋁為主要成分且包括鎳的合金。 另外，也可以舉出以鋁為主要成分且包括鎳以及碳和硅中的一方或雙方的合金作為實例。 由于鋁、鋁硅的電阻值很低且其價格低廉，所以作為形成導電膜621、622的材料最合適。尤 其是在對鋁硅(Al-Si)膜的形狀進行蝕刻加工的情況下，與鋁膜相比，可以進一步防止在 形成蝕刻用掩模時的抗蝕劑焙燒步驟中產生小丘。另外，也可以在鋁膜中混入0.5%左右的 Cu代替硅(Si)。導電膜621、622例如優(yōu)選采用阻擋膜、鋁硅(Al-Si)膜和阻擋膜的疊層結構；阻 擋膜、鋁硅(Al-Si)膜、氮化鈦膜和阻擋膜的疊層結構。另外，阻擋膜就是使用鈦、鈦的氮化 物、鉬、或鉬的氮化物來形成的膜。當以中間夾著鋁硅(Al-Si)膜的方式形成阻擋膜時，可以進一步防止鋁或鋁硅的小丘的產生。另外，當通過使用具有高還原性的元素的鈦來形成 阻擋膜時，即使在單晶半導體層603、604上形成有薄的氧化膜，包括在阻擋膜中的鈦也還 原該氧化膜，而導電膜621、622和單晶半導體層603、604可以分別良好地接觸。另外，也可 以層疊多個阻擋膜來使用。在此情況下，例如，可以使導電膜621、622具有從下往上按順序 層疊了 Ti、氮化鈦、Al-Si、Ti、氮化鈦的五層結構。另外，作為導電膜621和622，可以使用WF6氣體和SiH4氣體通過化學氣相沉積法 而形成的鎢硅化物。還可以使用對WF6進行氫還原而形成的鎢作為導電膜621和622。圖19示出ρ溝道型晶體管617和η溝道型晶體管618的俯視圖、以及沿該俯視圖 的A-A'線的截面圖。注意，在圖19所示的俯視圖中，省略導電膜621及622、絕緣膜619、 絕緣膜620。在本實施方式中，示出ρ溝道型晶體管617和η溝道型晶體管618分別具有一個 用作柵極的電極607的例子，但是本發(fā)明不局限于該結構。根據本發(fā)明制造的晶體管可以 為具有多柵極結構的晶體管，該晶體管具有多個用作柵極的電極且該多個電極電連接。另 外，上述晶體管可以為具有柵極平面結構的晶體管。另外，本發(fā)明的半導體襯底具有的半導體層是將單晶半導體襯底薄片化了的層， 從而沒有晶體取向的不均勻性。因此，可以降低使用本發(fā)明的半導體襯底而制造的多個晶 體管的閾值電壓或遷移率等電特性的不均勻性。另外，幾乎沒有晶界，而可以抑制起因于晶 界的晶體管的漏電流，并可以實現(xiàn)半導體裝置的低耗電量化。因此，可以制造高可靠性半導 體裝置。在使用通過激光晶化而獲得的多晶半導體膜制造晶體管的情況下，為了得到高 遷移率，需要考慮激光的掃描方向來決定晶體管的半導體膜的布置，但是本發(fā)明的半導體 襯底不需要上述步驟，而對半導體裝置的設計的限制少。實施方式7在本實施方式中，說明使用根據本發(fā)明的半導體襯底的半導體裝置及其制造方 法。在本實施方式中，作為使用根據本發(fā)明的半導體襯底的半導體裝置一個例子，說明晶體 管。通過組合多個晶體管，形成各種半導體裝置。下面，參照圖20Α至22Β的截面圖說明晶 體管的制造方法。注意，在本實施方式中，說明同時制造η溝道型晶體管和P溝道型晶體管 的方法。首先，如圖20Α所示，準備半導體襯底。在本實施方式中，使用圖1所示的半導體 襯底10，即在具有絕緣表面的支撐襯底100上隔著緩沖層111固定有單晶半導體層112的 半導體襯底。注意，用來制造晶體管的半導體襯底不局限于圖1所示的結構，而可以使用根 據本發(fā)明的半導體襯底。優(yōu)選地是，根據η溝道型場效應晶體管及ρ溝道型場效應晶體管的形成區(qū)域，對單 晶半導體層112添加硼、鋁、鎵等的ρ型雜質元素(成為受主的雜質元素)、或磷、砷等的η 型雜質元素(成為施主的雜質元素)。就是說，通過對應于η溝道型場效應晶體管的形成區(qū) 域添加P型雜質元素并對應于P溝道型場效應晶體管的形成區(qū)域添加η型雜質元素，形成 所謂的阱區(qū)。雜質離子的劑量優(yōu)選為lX1012ions/cm2至lX1014ions/cm2。再者，在控制場 效應晶體管的閾值電壓的情況下，對這些阱區(qū)添加P型或η型雜質元素即可。接下來，如圖20Β所示，通過蝕刻單晶半導體層112，形成按照半導體元件的配置分離為島狀的單晶半導體層651和單晶半導體層652。在本實施方式中，使用單晶半導體層 651形成η溝道型晶體管，并使用單晶半導體層652形成ρ溝道型晶體管。另外，在使用實 施方式3的半導體襯底50 (參照圖12Β和12C)的情況下，通過蝕刻單晶半導體層142，形成 單晶半導體層651和單晶半導體層652。接著，如圖20C所示，在單晶半導體層651和單晶半導體層652上依次形成柵極絕 緣層653、形成柵電極的導電層654及導電層655。柵極絕緣層653通過CVD法、濺鍍法、或ALE法等使用氧化硅層、氧氮化硅層、氮化 硅層、或氮氧化硅層等的絕緣層以單層結構或疊層結構而形成。另外，柵極絕緣層653可以通過對單晶半導體層651和單晶半導體層652進行 等離子體處理來使其表面氧化或氮化而形成。在此情況下，等離子體處理包括利用通過 微波(典型頻率為2. 45GHz)激發(fā)了的等離子體的等離子體處理。例如，包括利用如下等 離子體的等離子體處理，該等離子體通過使用微波而激發(fā)，其電子密度為IXlO1Vcm3以上 IXlO1Vcm3以下，而且其電子溫度為0. 5eV以上1. 5eV以下。通過進行上述等離子體處理 對單晶半導體層表面進行氧化處理或氮化處理，可以形成薄且致密的膜。另外，由于對單晶 半導體層表面直接進行氧化，所以可以獲得界面特性良好的膜。柵極絕緣層653也可以通 過對使用CVD法、濺鍍法、或ALE法而形成的膜進行利用微波的等離子體處理來形成。柵極絕緣層653與單晶半導體層651、單晶半導體層652形成界面，因此優(yōu)選使用 氧化硅層或氧氮化硅層形成柵極絕緣層653中的與單晶半導體層651及單晶半導體層652 接觸的層。這是因為如下緣故若形成氮含量多于氧含量的膜如氮化硅層或氮氧化硅層，則 可能會形成陷阱能級，這導致界面特性出現(xiàn)問題。形成柵電極的導電層是使用由如下材料構成的膜通過CVD法或濺鍍法以單層膜 或疊層膜而形成的選自鉭、氮化鉭、鎢、鈦、鉬、鋁、銅、鉻、或鈮等中的元素、以這些元素為 主要成分的合金材料或化合物材料、以摻雜有磷等的雜質元素的多晶硅為代表的半導體材 料。在采用疊層膜的情況下，既可使用不相同的導電材料來形成，又可使用相同的導電材料 來形成。在本實施方式中，示出形成柵電極的導電層具有導電層654及導電層655的兩層 結構的例子。在形成柵電極的導電層具有導電層654及導電層655的兩層的疊層結構的情況 下，例如可以形成氮化鉭層和鎢層、氮化鎢層和鎢層、氮化鉬層和鉬層的疊層膜。當采用氮 化鉭層和鎢層的疊層膜時，容易得到兩者的蝕刻選擇比，因此是優(yōu)選的。在上述兩層的疊層 膜中，前者的膜優(yōu)選是形成在柵極絕緣層653上的膜。這里，導電層654的厚度為20nm至 lOOnm，而導電層655的厚度為IOOnm至400nm。另外，柵電極可以具有三層以上的疊層結 構，在此情況下，優(yōu)選采用鉬層、鋁層、鉬層的疊層結構。接下來，在導電層655上選擇性地形成抗蝕劑掩模656和抗蝕劑掩模657。然后， 使用抗蝕劑掩模656和抗蝕劑掩模657進行第一蝕刻處理及第二蝕刻處理。首先，進行利用抗蝕劑掩模656和抗蝕劑掩模657的第一蝕刻處理來選擇性地蝕 刻導電層654及導電層655，以在單晶半導體層651上形成導電層658及導電層659，并在 單晶半導體層652上形成導電層660及導電層661 (參照圖20D)。然后，進行利用抗蝕劑掩模656和抗蝕劑掩模657的第二蝕刻處理來蝕刻導電層 659及導電層661的端部，以形成導電層662及導電層663 (參照圖20E)。導電層662及導
44電層663形成為其寬度(平行于載流子流過溝道形成區(qū)域的方向(連接源區(qū)和漏區(qū)的方 向)的方向的長度)小于導電層658及導電層660的寬度。由此，可以獲得由導電層658 和導電層662構成的具有兩層結構的柵電極665、以及由導電層660和導電層663構成的具 有兩層結構的柵電極666。適用于第一蝕刻處理及第二蝕刻處理的蝕刻法可以適當?shù)剡x擇。為了提高蝕 刻速度，可以使用利用ECR(Electron CyclotronResonance，即電子回旋共振)方式或 ICP (Inductively CoupledPlasma，即感應耦合等離子體)方式等的高密度等離子體源的干 法蝕刻裝置。通過適當?shù)卣{整第一蝕刻處理及第二蝕刻處理的蝕刻條件，可以將導電層658 及660、導電層662及663的側面形成為所希望的錐形。在形成所希望的柵電極665和柵電 極666之后去除抗蝕劑掩模656和抗蝕劑掩模657即可。接下來，以柵電極665和柵電極666為掩模，對單晶半導體層651及652添加成為 受主或施主的雜質元素668。在單晶半導體層651中，以導電層658及導電層662為掩模來 以自對準方式形成一對雜質區(qū)域669。另外，在單晶半導體層652中，以導電層660及導電 層663為掩模來以自對準方式形成一對區(qū)域670 (參照圖2IA)。作為雜質元素668，添加硼、鋁、鎵等的ρ型雜質元素、或磷、砷等的η型雜質元素。 這里，為了形成η溝道型晶體管的高電阻區(qū)域，作為雜質元素668添加作為η型雜質元素的 磷。另外，添加磷，來使雜質區(qū)域669包含其濃度為1 X 1017atoms/cm3至5 X 1018atoms/cm3 左右的磷。接下來，為了形成用作η溝道型晶體管的源區(qū)及漏區(qū)的雜質區(qū)域，覆蓋單晶半導 體層651的一部分地形成抗蝕劑掩模671，并以覆蓋單晶半導體層652的方式選擇性地形成 抗蝕劑掩模672。然后，以抗蝕劑掩模671為掩模來對單晶半導體層651添加成為受主或施 主的雜質元素673，以在單晶半導體層651中形成一對雜質區(qū)域675 (參照圖21Β)。作為雜質元素673，對單晶半導體層651添加作為η型雜質元素的磷，并且所添加 的磷的濃度為5Χ 1019atoms/cm3至5X 102°atoms/cm3。雜質區(qū)域675用作源區(qū)或漏區(qū)。雜 質區(qū)域675形成在不與導電層658及導電層662重疊的區(qū)域。在單晶半導體層651中，雜質區(qū)域676是在雜質區(qū)域669中沒有添加雜質元素673 的區(qū)域。雜質區(qū)域676的雜質濃度比雜質區(qū)域675低，而將它用作高電阻區(qū)域或LDD區(qū)域。 在單晶半導體層651中，溝道形成區(qū)域677形成在與導電層658及導電層662重疊的區(qū)域中。LDD區(qū)域指的是以低濃度添加有雜質元素的區(qū)域，該LDD區(qū)域形成在溝道形成區(qū) 域和通過以高濃度添加雜質元素而形成的源區(qū)或漏區(qū)之間。通過設置LDD區(qū)域，可以緩和 漏區(qū)附近的電場并防止由熱載流子注入導致的退化。另外，為了防止由熱載流子導致的導 通電流值的降低，可以采用LDD區(qū)域隔著柵極絕緣層與柵電極重疊地配置的結構(也稱為 GOLD (Gate-drain Overlapped LDD，即柵極漏極重疊 LDD)結構)。接著，去除抗蝕劑掩模671及抗蝕劑掩模672，然后覆蓋單晶半導體層651地形成 抗蝕劑掩模679，以形成ρ溝道型晶體管的源區(qū)及漏區(qū)。然后，以抗蝕劑掩模679、導電層 660及導電層663為掩模來添加雜質元素680，以在單晶半導體層652中形成一對雜質區(qū)域 681、一對雜質區(qū)域682、溝道形成區(qū)域683 (參照圖21C)。作為雜質元素680，添加硼、鋁、鎵等的ρ型雜質元素。這里，通過進行添加，來使
45單晶半導體層652包含1 X 102°atomS/Cm3至5 X 1021atomS/Cm3左右的作為ρ型雜質元素的 硼。在單晶半導體層652中，雜質區(qū)域681形成在不與導電層660及導電層663重疊 的區(qū)域中，并用作源區(qū)或漏區(qū)。使雜質區(qū)域681包含1 X 1020atoms/cm3至5 X 1021atoms/cm3 左右的作為P型雜質元素的硼。雜質區(qū)域682形成在與導電層660重疊且不與導電層663重疊的區(qū)域中，是雜質 元素680貫穿導電層660而被添加到單晶半導體層652中的區(qū)域。由于雜質區(qū)域670呈現(xiàn) η型導電性，所以添加雜質元素680，以使雜質區(qū)域682具有ρ型導電性。通過調整包含在 雜質區(qū)域682中的雜質元素680的濃度，可以將雜質區(qū)域682用作源區(qū)或漏區(qū)，或者，還可 以將它用作LDD區(qū)域。在單晶半導體層652中，溝道形成區(qū)域683形成在與導電層660及導電層663重 疊的區(qū)域中。接著，形成層間絕緣層。層間絕緣層可以由單層結構或疊層結構構成。這里，層間 絕緣層具有絕緣層684及絕緣層685的兩層的疊層結構(參照圖22Α)。作為層間絕緣層，可以通過CVD法或濺鍍法形成氧化硅層、氧氮化硅層、氮化硅 層、或氮氧化硅層等。也可以使用聚酰亞胺、聚酰胺、聚乙烯苯酚、苯并環(huán)丁烯、丙烯酸、或 環(huán)氧樹脂等的有機材料、硅氧烷樹脂等的硅氧烷材料、或惡唑樹脂等通過旋涂法等的涂敷 法來形成。注意，硅氧烷材料相當于具有Si-O-Si鍵的材料。硅氧烷是一種具有硅(Si) 和氧(0)的鍵的骨架結構的材料。作為取代基，可以使用至少含有氫的有機基(例如烷 基、芳烴)。有機基也可以包含氟基。惡唑樹脂例如是感光聚苯并惡唑等。感光聚苯并惡 唑具有低的介電常數(shù)(在常溫IMHz下介電常數(shù)為2. 9)、高的耐熱性(在5°C /分鐘的升 溫下，熱分解溫度為550°C，這是通過熱重量檢測-差熱分析儀測量(TG-DTA，即Thermo Gravimetry-Differential Thermal Analysis)測定的)以及低的吸濕率(常溫時 24 小 時0. 3wt% )。與聚酰亞胺等的相對介電常數(shù)(約3. 2至3. 4)相比，惡唑樹脂具有較低的 相對介電常數(shù)(約2. 9)，因此，可以抑制寄生電容的產生并可以使半導體裝置高速工作。例如，形成IOOnm厚的氮氧化硅層作為絕緣層684，并形成900nm厚的氧氮化硅層 作為絕緣層685。另外，通過使用等離子體CVD法連續(xù)形成絕緣層684及絕緣層685。層間 絕緣層也可以具有三層以上的疊層結構。另外，可以采用氧化硅層、氧氮化硅層、或氮化硅 層、與使用聚酰亞胺、聚酰胺、聚乙烯苯酚、苯并環(huán)丁烯、丙烯酸、或環(huán)氧等的有機材料、硅氧 烷樹脂等的硅氧烷材料、或惡唑樹脂而形成的絕緣層的疊層結構。接著，在層間絕緣層(在本實施方式中，絕緣層684及685)中形成接觸孔，在該接 觸孔中形成用作源電極或漏電極的導電層686(參照圖22B)。接觸孔以到達形成在單晶半導體層651中的雜質區(qū)域675、及形成在單晶半導體 層652中的雜質區(qū)域681的方式選擇性地形成在絕緣層684及絕緣層685中。導電層686可以使用由選自鋁、鎢、鈦、鉭、鉬、鎳及釹中的一種元素或包含這些元 素中的多種的合金構成的單層膜或疊層膜。例如，可以形成包含鈦的鋁合金、包含釹的鋁合 金等作為由包含這些元素的中的多種的合金構成的導電層。在采用疊層膜的情況下，例如 可以采用由鈦層夾著鋁層或上述鋁合金層的結構。如圖22B所示，可以使用半導體襯底10制造η溝道型晶體管及ρ溝道型晶體管。
實施方式8在本實施方式中，說明使用根據本發(fā)明的半導體襯底的半導體裝置及其制造方 法。通過組合多個晶體管，形成各種半導體裝置。在本實施方式中，參照圖23A至23E說明 制造晶體管的方法作為使用半導體襯底10的半導體裝置的制造方法的一個例子。注意，在 本實施方式中，說明同時制造η溝道型晶體管和ρ溝道型晶體管的方法。如圖23Α所示，準備在支撐襯底100上形成有緩沖層111及單晶半導體層112的 半導體襯底。緩沖層111具有三層結構，并包含用作阻擋層的第一絕緣層。雖然示出應用 圖1所示的半導體襯底10的例子，但是可以應用本說明書所示的其他結構的半導體襯底。單晶半導體層112與η溝道型場效應晶體管及ρ溝道型場效應晶體管的形成區(qū)域 對應地具有添加有硼、鋁、鎵等的P型雜質元素、或具有添加有磷、砷等的η型雜質元素的雜 質區(qū)域(溝道摻雜區(qū)域)。通過以保護層804為掩模進行蝕刻，去除暴露了的單晶半導體層112及其下方的 緩沖層111的一部分。接著，使用有機硅烷作為源氣體通過PECVD法堆積氧化硅膜。該氧 化硅膜堆積為得較厚，以使它高于單晶半導體層112的表面。接著，通過拋光去除重疊在單 晶半導體層112上的氧化硅膜，然后去除保護層804，使得元件分離絕緣層803殘留。單晶 半導體層112被元件分離絕緣層803分離為元件區(qū)域805及元件區(qū)域806 (參照圖23Β)。接著，在單晶半導體層112上形成第一絕緣膜，在第一絕緣膜上形成柵電極層 808a及808b，而且以柵電極層808a及808b為掩模蝕刻第一絕緣膜，以形成柵極絕緣層 807a 及 807b。柵極絕緣層807a及807b可以由氧化硅膜、或氧化硅膜和氮化硅膜的疊層結構構 成。作為柵極絕緣層，還可以使用氧氮化硅膜、氮氧化硅膜等。柵極絕緣層807a及807b可 以使用等離子體CVD法或減壓CVD法堆積絕緣膜而形成，優(yōu)選進行利用等離子體處理的固 相氧化或固相氮化而形成。這是因為進行利用等離子體處理氧化或氮化半導體層而形成 的柵極絕緣層致密，其絕緣耐壓高且可靠性高的緣故。例如，使用Ar將一氧化二氮(N2O)稀 釋為1至3倍(流量比)，在10至30Pa的壓力下施加3至5kW的微波(2. 45GHz)電力，來 使單晶半導體層112(元件區(qū)域805、806)的表面氧化或氮化。通過上述處理，形成Inm至 10nm(優(yōu)選為2nm至6歷)的絕緣膜。再者，引入一氧化二氮(N2O)和硅烷(SiH4),在10至 30Pa的壓力下施加3至5kW的微波(2. 45GHz)電力通過PECVD法形成氧氮化硅膜，以形成 柵極絕緣層。通過組合固相反應和利用氣相沉積法的反應，可以形成界面態(tài)密度低且絕緣 耐壓高的柵極絕緣層。另外，作為柵極絕緣層807a及807b，可以使用二氧化鋯、氧化鉿、二氧化鈦、五氧 化鉭等高介電常數(shù)材料。通過將高介電常數(shù)材料用于柵極絕緣層807a及807b，可以降低柵 漏電流。柵電極層808a及808b可以通過濺鍍法、蒸鍍法、CVD法等而形成。柵電極層808a 及808b可以使用選自鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鋁(Al)、銅(Cu)、鉻(Cr) M (Nd) 中的元素、以上述元素為主要成分的合金材料或化合物材料而形成。另外，作為柵電極層 808a及808b，可以使用以摻雜有磷等的雜質元素的多晶硅膜為代表的半導體膜、AgPdCu合
^^ ο接著，形成覆蓋柵電極層808a及808b的第二絕緣膜810，而且形成具有側壁結構的側壁絕緣層816a、816b、817a、817b。使成為ρ溝道型場效應晶體管(pFET)的區(qū)域的側壁 絕緣層816a、816b的寬度比成為η溝道型場效應晶體管(nFET)的區(qū)域的側壁絕緣層817a、 817b大。接著，對成為η溝道型場效應晶體管的區(qū)域添加砷(As)等而形成接合深度淺的第 一雜質區(qū)域880a及880b，而且對成為ρ溝道型場效應晶體管的區(qū)域添加硼(B)等而形成接 合深度淺的第二雜質區(qū)域815a及815b (參照圖23C)。然后，通過部分地蝕刻第二絕緣膜810，暴露柵電極層808a及808b的上表面、第一 雜質區(qū)域880a及880b、第二雜質區(qū)域815a及815b。接著，對成為η溝道型場效應晶體管 的區(qū)域摻雜As等而形成接合深度深的第三雜質區(qū)域819a及819b，而且對成為ρ溝道型場 效應晶體管的區(qū)域摻雜B等而形成接合深度深的第四雜質區(qū)域824a及824b。然后，進行 用來活化的熱處理。接著，形成鈷膜作為用來形成硅化物的金屬膜。然后，通過進行RTA等 的熱處理(500°C、1分鐘)，使接觸鈷膜的部分的硅形成硅化物，而形成硅化物822a、822b、 823a及823b。另外，在柵電極層808a及808b上，使構成這些層的多晶硅膜和鈷膜起反應 而形成硅化物818a、818b。然后，選擇性地去除鈷膜。接著，在比形成硅化物的熱處理高的 溫度下進行熱處理，以實現(xiàn)硅化物部分的低電阻化(參照圖23D)。溝道形成區(qū)域826形成 在元件區(qū)域806中，而溝道形成區(qū)域821形成在元件區(qū)域805中。然后，形成層間絕緣層827，并使用由抗蝕劑構成的掩模在層間絕緣層827中形成 分別到達接合深度深的第三雜質區(qū)域819a及819b、接合深度深的第四雜質區(qū)域824a及 824b的接觸孔(開口)?？梢愿鶕褂玫牟牧系奈g刻選擇比進行一次或多次的蝕刻。蝕刻方法及蝕刻條件可以根據要形成接觸孔的層間絕緣層827的材料而適當?shù)?決定?？梢圆捎脻裎g刻及干蝕刻中的一方或雙方。在本實施方式中，使用干蝕刻。作為蝕 刻用氣體，可以適當使用以ci2、BC13、SiCl4或CCl4等為代表的氯類氣體、以CF4、SF6或NF3 等為代表的氟類氣體、或者02。此外，也可以將稀有氣體添加到所使用的蝕刻用氣體。作為 所添加的稀有氣體元素，可以使用選自He、Ne、Ar、Kr、Xe中的一種或多種元素。作為濕蝕 刻的蝕刻劑，優(yōu)選使用諸如包含氟化氫銨和氟化銨的混合溶液之類的氫氟酸類溶液。以覆蓋接觸孔的方式形成導電膜，并且蝕刻該導電膜來形成用作與各源區(qū)或漏區(qū) 的一部分分別電連接的源電極層或漏電極層的布線層840a、840b、840c及840d。布線層可 以通過PVD法、CVD法、蒸鍍法等形成導電膜，然后將它蝕刻為所希望的形狀來形成。另外， 可以通過使用液滴噴射法、印刷法、電鍍法等在預定的部分上選擇性地形成導電層。另外， 還可以采用回流方法或鑲嵌方法。布線層由諸如Ag、Au、Cu、Ni、Pt、Pd、Ir、Rh、W、Al、Ta、 Mo、Cd、Zn、Fe、Ti、Zr、Ba之類的金屬、Si、Ge、或其合金或其氮化物構成。此外，也可以采用 它們的疊層結構。在本實施方式中，以嵌入形成在層間絕緣層827中的接觸孔的方式形成布線層 840a、840b、840c、840d作為嵌入布線層。為了形成嵌入型布線層840a、840b、840c、840d，形 成其厚度足以嵌入接觸孔的導電膜，只在接觸孔部中殘留導電膜，而去除多余的導電膜部 分。在嵌入型布線層840a、840b、840c、840d上形成絕緣層828、以及作為引繞布線層 的布線層 841a、841b、841c。通過上述步驟，可以使用接合在支撐襯底100上的單晶半導體層112的元件區(qū) 域805形成η溝道型場效應晶體管832，并使用元件區(qū)域806形成ρ溝道型場效應晶體管
48831 (參照圖23E)。在本實施方式中，η溝道型場效應晶體管832及ρ溝道型場效應晶體管 831通過布線層841b電連接。在實施方式6至8中，示出ρ溝道型晶體管和η溝道型晶體管分別具有一個用作 柵極的電極的例子，但是本發(fā)明不局限于該結構。根據本發(fā)明制造的晶體管可以為具有多 柵極結構的晶體管，該晶體管具有多個用作柵極的電極且該多個電極電連接。另外，上述晶 體管可以為具有柵極平面結構的晶體管。另外，本發(fā)明的半導體襯底具有的單晶半導體層是將單晶半導體襯底薄片化了的 層，從而沒有晶體取向的不均勻性。因此，如實施方式6至8所示，可以降低使用半導體襯 底而制造的多個晶體管的閾值電壓或遷移率等電特性的不均勻性。另外，本發(fā)明的半導體 襯底具有的單晶半導體層幾乎沒有晶界，而可以抑制起因于晶界的漏電流，并可以實現(xiàn)半 導體裝置的低耗電量化。因此，可以制造高可靠性半導體裝置。在使用通過激光晶化而獲得的多晶半導體膜制造晶體管的情況下，為了得到高遷 移率，需要考慮激光的掃描方向來決定晶體管的半導體膜的布置，但是本發(fā)明的半導體襯 底不需要上述步驟，而對半導體裝置的設計的限制少。如實施方式6至8所示，由于能夠在半導體襯底上同時形成η溝道型晶體管和P 溝道型晶體管，所以可以使用這些晶體管形成各種電路。例如，通過互補組合η溝道型晶體 管和P溝道型晶體管，可以構成CMOS結構。通過在上述CMOS結構上層疊布線或元件等，可以制造微處理器等的半導體裝置。 微處理器包括運算電路(運算邏輯單元；Arithmetic logic unit,也稱為ALU)、運算電路 控制部(ALUController)、指令譯碼部(Instruction Decoder)、中斷控制部(Interrupt Controller)、時序控制部(Timing Controller)、寄存器(Register)、寄存器控制部 (Register Controller)、總線接口(Busl/F)、只讀存儲器、以及存儲器接口 (ROM I/F)。通過使用包含CMOS結構的集成電路形成微處理器，不僅可以實現(xiàn)處理速度的高 速化，而且還可以實現(xiàn)低耗電量化。晶體管的結構不局限于實施方式6至8，其結構可以為形成有一個溝道形成區(qū)域 的單柵結構、形成有兩個溝道形成區(qū)域的雙柵結構、或形成有三個溝道形成區(qū)域的三柵結 構。通過使用根據本發(fā)明的半導體襯底組合多個晶體管，形成各種半導體裝置。下面， 在實施方式9至11中，說明具有包含晶體管、電容元件等的電路的半導體裝置。實施方式9在本實施方式中，作為半導體裝置的一個例子，說明微處理器。圖24是示出微處 理器2000的結構例子的框圖。該微處理器2000包括運算電路(運算邏輯單元；Arithmetic logicunit,也 稱為ALU) 2001、運算電路控制部(ALU Controller) 2002、指令譯碼部(Instruction Decoder)2003、中斷控制部(InterruptController)2004、時序控制部(Timing Controller) 2005、寄存器(Register) 2006、寄存器控制部(Register Controller) 2007、總 線接口 (Bus I/F) 2008、只讀存儲器 2009、以及 ROM 接口 (ROM I/F) 2010。通過總線接口 2008輸入到微處理器2000的指令在輸入到指令譯碼部2003并被 解碼之后輸入到運算電路控制部2002、中斷控制部2004、寄存器控制部2007、以及時序控制部2005。運算電路控制部2002、中斷控制部2004、寄存器控制部2007、以及時序控制部 2005根據被解碼了的指令而進行各種控制。運算電路控制部2002產生用來控制運算電路2001的工作的信號。此外，中斷控制 部2004是當在執(zhí)行微處理器2000的程序時處理來自外部輸入輸出裝置或外圍電路的中斷 要求的電路，中斷控制部2004判斷中斷要求的優(yōu)先度或掩模狀態(tài)以處理中斷要求。寄存器 控制部2007產生寄存器2006的地址，并且根據微處理器2000的狀態(tài)進行寄存器2006的 讀出或寫入。時序控制部2005產生控制運算電路2001、運算電路控制部2002、指令譯碼部 2003、中斷控制部2004及寄存器控制部2007的工作時序的信號。例如，時序控制部2005 包括根據基準時鐘信號CLKI產生內部時鐘信號CLK2的內部時鐘產生部。如圖24所示，將 內部時鐘信號CLK2輸入到其他電路。實施方式10在本實施方式中，說明具有以非接觸的方式進行數(shù)據收發(fā)的功能及運算功能的半 導體裝置的一個例子。圖25是示出該半導體裝置的結構例子的框圖。圖25所示的半導體 裝置2020用作以無線通信與外部裝置進行信號的收發(fā)而工作的運算處理裝置。如圖25所示，半導體裝置2020包括模擬電路部2021、數(shù)字電路部2022、天線 2023、以及電容部2024。模擬電路部2021包括具有諧振電容的諧振電路2031、恒壓電路 2032、整流電路2033、解調電路2034、調制電路2035、復位電路2036、振蕩電路2037、電源 管理電路2038。數(shù)字電路部2022包括RF接口 2041、控制寄存器2042、時鐘控制器2043、 CPU接口 2044、中央處理單元2045(CPU2045)、隨機存取存儲器2046 (RAM2046)、以及只讀存 儲器 2047 (R0M2047)。半導體裝置2020的工作概要如下通過利用天線2023所接收的信號，諧振電路 2031產生感應電動勢。感應電動勢經過整流電路2033而充電到電容部2024。該電容部 2024優(yōu)選由電容器如陶瓷電容器或雙電層電容器等構成。電容部2024不必須集成在構成 半導體裝置2020的襯底上，而可以作為另外的部件安裝在半導體裝置2020上。復位電路2036產生對數(shù)字電路部2022進行復位和初始化的信號。例如，產生在 電源電壓上升之后延遲升高的信號作為復位信號。振蕩電路2037根據由恒壓電路2032產 生的控制信號改變時鐘信號的頻率和占空比。解調電路2034是解調接收信號的電路，而調 制電路2035是調制發(fā)送數(shù)據的電路。例如，解調電路2034由低通濾波器構成，并將振幅調制(ASK)方式的接收信號根 據其振幅的變動二值化。另外，由于將振幅調制(ASK)方式的發(fā)送信號的振幅變動來發(fā)送 數(shù)據，所以調制電路2035通過改變諧振電路2031的諧振點來改變通信信號的振幅。時鐘控制器2043根據電源電壓或中央處理單元2045中的耗電流，產生用來改變 時鐘信號的頻率和占空比的控制信號。電源管理電路2038監(jiān)視電源電壓。從天線2023輸入到半導體裝置2020的信號被解調電路2034解調后，在RF接口 2041被分解為控制指令、數(shù)據等?？刂浦噶畲鎯υ诳刂萍拇嫫?042中?？刂浦噶畎ù鎯?在只讀存儲器2047中的數(shù)據的讀出指令、向隨機存取存儲器2046的數(shù)據的寫入指令、向中 央處理單元2045的計算指令等。中央處理單元2045通過CPU接口 2044對只讀存儲器2047、隨機存取存儲器2046、 以及控制寄存器2042進行存取。CPU接2044具有如下功能根據中央處理單元2045所要求的地址，產生對只讀存儲器2047、隨機存取存儲器2046、以及控制寄存器2042中的任一 個的存取信號。作為中央處理單元2045的運算方式，可以采用將OS (操作系統(tǒng))預先存儲在只讀 存儲器2047中且在啟動的同時讀出并執(zhí)行程序的方式。另外，也可以采用由專用電路構 成運算電路且以硬件方式對運算處理進行處理的方式。作為使用硬件和軟件雙方的方式， 可以采用如下方式利用專用運算電路進行一部分的運算處理，并且使用程序以中央處理 單元2045進行剩余部分的計算。實施方式11在本實施方式中，作為半導體裝置的結構例子，對顯示裝置進行說明。首先，參照圖26至28說明本實施方式的顯示裝置的結構。在本實施方式中，作為 顯示裝置，對有源矩陣型顯示裝置進行說明。圖26是示出本實施方式的有源矩陣型顯示裝置的結構例的框圖。本實施方式的 有源矩陣型顯示裝置包括像素部2100、信號線驅動電路2101、掃描線驅動電路2102、連接 于信號線驅動電路2101的多條信號線2103以及連接于掃描線驅動電路2102的多條掃描 線 2104。多條信號線2103沿列方向排列，多條掃描線2104與信號線2103交叉并沿行方向 排列。在像素部2100中，多個像素2105對應于信號線2103及掃描線2104所構成的行列 呈行列狀排列。像素2105連接于掃描線2104及信號線2103。像素2105包括開關元件以 及顯示元件。開關元件根據輸入到掃描線2104的信號控制像素是否選擇。顯示元件根據 從信號線2103輸入的視頻信號控制灰度。參照圖27和圖28對像素2105的結構例進行說明。圖27示出將本發(fā)明應用于有 源矩陣型液晶顯示裝置時的像素2105的結構例。像素2105具有作為開關元件的開關晶體 管2111以及作為顯示元件的液晶元件2112。開關晶體管2111的柵極連接于掃描線2104， 源極及漏極的一方連接于信號線2103，另一方連接于液晶元件2112。液晶元件2112包括像素電極、對置電極及液晶，液晶的取向通過由像素電極和對 置電極形成的電場控制。液晶被封入在兩個襯底之間。保持電容器2113是用來保持液晶 元件2112的像素電極的電位的元件，連接于液晶元件2112的像素電極。圖28示出將本發(fā)明應用于有源矩陣型電致發(fā)光顯示裝置時的像素2105的結構 例。像素2105具有作為開關元件的選擇用晶體管2121以及作為顯示元件的發(fā)光元件2122。 另外，像素2105還具有柵極連接于選擇用晶體管2121的顯示控制用晶體管2123。發(fā)光元 件2122具有一對電極和被一對電極夾住的發(fā)光材料。下面，說明用來使用根據本發(fā)明的半導體襯底制造顯示裝置的電路配置。圖29示 出根據實施方式1的制造方法而制造的半導體襯底20的主要部分(參照圖2)。通過使用 一個半導體襯底20，可以制造構成顯示裝置的多個襯底。圖29示出用來使用一個單晶半 導體層112制造一個顯示裝置的電路配置例子。在各單晶半導體層112中，形成一個顯示 面板形成區(qū)域2129。顯示裝置具有像素部2100、信號線驅動電路2101、以及掃描線驅動電 路2102。因此，各顯示面板形成區(qū)域具有形成它們的區(qū)域(像素形成區(qū)域2130、信號線驅 動電路形成區(qū)域2131、掃描線驅動電路形成區(qū)域2132)。另外，可以在一個單晶半導體層112上設置多個顯示面板形成區(qū)域。另外，用來制
51造顯示裝置的半導體襯底不局限于半導體襯底20，而可以使用根據本發(fā)明的其他半導體襯底。圖30A和30B是示出液晶顯示裝置的結構例子的圖。圖30A是液晶顯示裝置的像 素的平面圖，而圖30B是沿J-K線的圖30A的截面圖。如圖30A所示，像素具有半導體層 2201、與半導體層2201交叉的掃描線2202、與掃描線2202交叉的信號線2203、像素電極 2204、以及使像素電極2204和半導體層2201電連接的電極2205。半導體層2201是由貼合 在SOI襯底上的半導體層2201構成的層，它構成像素的晶體管2206。如圖30B所示，在襯底2200上層疊有第二絕緣層114、由第一絕緣層113b和第一 絕緣層113a構成的第一絕緣層113、半導體層2201。襯底2200是分割了的支撐襯底100。半導體層2201是通過對單晶半導體層112 進行蝕刻來實現(xiàn)元件分離而形成的層。在半導體層2201中形成有溝道形成區(qū)域2210及η 型高濃度雜質區(qū)域2211。晶體管2206的柵電極2212包括在掃描線2202中，其成為源電 極和漏電極的兩個電極中的一方包括在信號線2203中，而另一方由電極2205構成。在半 導體層2201和柵電極2212之間形成有柵極絕緣層2213。覆蓋半導體層2201、柵極絕緣層2213及掃描線2202地形成有層間絕緣膜2214。 在層間絕緣膜2214上設置有信號線2203、像素電極2204、以及電極2205。再者，在層間絕 緣膜2214上形成有柱狀間隔物2215。以覆蓋信號線2203、像素電極2204、電極2205、以及 柱狀間隔物2215的方式形成有取向膜2216。在對置襯底2220上形成有對置電極2221和 覆蓋對置電極2221的取向膜2222。形成柱狀間隔物2215，以便維持襯底2200和對置襯底 2220之間的空間。在由柱狀間隔物2215形成的空隙形成有液晶層2223。在信號線2203及 電極2205與高濃度雜質區(qū)域2211連接的部分上，因為接觸孔的形成而在層間絕緣膜2214 中產生臺階。因此，在該連接部分中容易發(fā)生液晶層2223的液晶的取向錯亂。因此，通過 在該連接部分中形成柱狀間隔物2215，可以防止液晶的取向的錯亂。下面，說明電致發(fā)光顯示裝置(以下，稱為EL顯示裝置)。圖31Α和31Β是用來 說明根據實施方式3的方法制造的EL顯示裝置的圖。圖31Α是EL顯示裝置的像素的平面 圖，而圖31Β是像素的截面圖。如圖31Α所示，像素包括選擇用晶體管2401、顯示控制用晶 體管2402、掃描線2403、信號線2404、電流供應線2405、以及像素電極2406，它們形成在襯 底2200上。具有如下結構的發(fā)光元件設置在各像素中在一對電極之間夾有包含電致發(fā)光 材料而形成的層(以下稱為EL層)。發(fā)光元件的一個電極是像素電極2406。選擇用晶體管2401具有由單晶半導體層112構成的半導體層2408。在選擇用晶 體管2401中，柵電極包括在掃描線2403中，成為源電極和漏電極的兩個電極中的一方包括 在信號線2404中，而另一方被形成為電極2409。在顯示控制用晶體管2402中，柵電極2410 和電極2409電連接，成為源電極和漏電極的兩個電極中的一方被形成為電連接到像素電 極2406的電極2411，而另一方包括在電流供應線2405中。顯示控制用晶體管2402是ρ溝道型晶體管，具有由單晶半導體層112構成的半導 體層2412。如圖31Β所示，在半導體層2412中形成有溝道形成區(qū)域2413、ρ型高濃度雜質 區(qū)域2414。半導體層2412和柵電極2410之間的絕緣層2415構成選擇用晶體管2401、顯 示控制用晶體管2402的柵極絕緣層。以覆蓋半導體層2408及2412、掃描線2403、以及顯示控制用晶體管2402的柵電
52極2410的方式形成有層間絕緣膜2417。在層間絕緣膜2417上形成有信號線2404、電流供 應線2405、電極2409和2411等。此外，在層間絕緣膜2417上形成有電連接到電極2411 的像素電極2406。像素電極2406的周邊部分由絕緣隔斷層2418圍繞。在像素電極2406 上形成有EL層2419，在EL層2419上形成有對置電極2420。作為加強板設置有對置襯底 2421，該對置襯底2421利用樹脂層2422固定在襯底2200上。襯底2200對應于支撐襯底 100。像素電極2406、EL層2419及對置電極2420構成發(fā)光元件2122 (參照圖28)。像 素電極2406及對置電極2420中的一個電極用作陽極，而另一個用作陰極。另外，EL顯示 裝置根據發(fā)光元件的發(fā)光的取出方式而分為如下三種結構一是使光經過襯底2200而取 出的結構(也稱為底面發(fā)射結構)；二是從與襯底2200相反一側的面發(fā)射光的結構(也稱 為頂面發(fā)射結構)；三是使光經過襯底2200且從與襯底2200相反一側的面發(fā)射光的結構 (也稱為兩面發(fā)射結構)。本實施方式的EL顯示裝置可以具有這些三種結構。在采用底部發(fā)射的情況下，優(yōu)選地是，像素電極2406為透光電極，而對置電極 2420為反射電極。在采用頂面發(fā)射的情況下，優(yōu)選地是，像素電極2406為反射電極，而對置 電極2420為透光電極。在采用兩面發(fā)射結構的情況下，優(yōu)選地是，像素電極2406及對置電 極2420雙方均為透光電極。在將像素電極2406或對置電極2420做成反射電極的情況下，可以使用鉭、鎢、鈦、 鉬、鋁、鉻、銀等的金屬元素、包含該金屬元素的合金材料或化合物材料等的具有反射性的 導電材料。在將像素電極2406或對置電極2420做成透光電極的情況下，可以使用氧化銦錫 (ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦鋅(IZO)、或添加有鎵的氧化鋅(GZO)等的具有透光性的導電 材料。另外，通過形成幾nm至幾十nm厚的由具有反射性的導電材料構成的膜，可以透射可 見光，由此通過采用薄的膜厚度，可以將上述由具有反射性的導電材料構成的膜用作透光 電極。另外，可以使用包含導電高分子(也稱為導電聚合物)的導電組合物形成透 光電極。優(yōu)選地是，通過使用導電組合物而形成的電極的薄膜中的薄層電阻(sheet resistance)為10000 Ω / □以下，波長550nm處的透光率為70%以上。另外，優(yōu)選地是，包 含在導電組合物中的導電高分子的電阻率優(yōu)選為0. 1Ω · cm以下。作為導電高分子，可以使用所謂的7 π電子共軛類導電高分子。例如，可以舉出聚 苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或這些的兩種以上的共聚物等。作為共軛導電高分子的具體例子，可以舉出聚吡咯、聚(3-甲基吡咯)、聚(3-丁 基吡咯)、聚(3-辛基吡咯)、聚(3-癸基吡咯)、聚(3，4-二甲基吡咯)、聚(3，4-二丁基吡 咯)、聚(3-羥基吡咯)、聚(3-甲基-4-羥基吡咯)、聚(3-甲氧基吡咯)、聚(3-乙氧基 吡咯)、聚(3-辛氧基吡咯)、聚(3-羧基吡咯)、聚(3-甲基-4-羧基吡咯)、聚N-甲基吡 咯、聚噻吩、聚(3-甲基噻吩)、聚(3-丁基噻吩)、聚(3-辛基噻吩)、聚(3-癸基噻吩)、 聚(3-十二烷基噻吩)、聚(3-甲氧基噻吩)、聚(3-乙氧基噻吩)、聚(3-辛氧基噻吩)、 聚(3-羧基噻吩)、聚(3-甲基-4-羧基噻吩)、聚(3，4-乙烯基二氧基噻吩)、聚苯胺、聚 (2-甲基苯胺)、聚(2-辛基苯胺)、聚(2-異丁基苯胺)、聚(3-異丁基苯胺)、聚(2-苯胺 磺酸)、聚(3-苯胺磺酸)、等等。
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可以單獨地使用上述導電高分子作為導電組合物來形成透光電極。也可以將有機 樹脂添加到導電高分子，以調整由導電組合物構成的透光電極的膜性質、膜強度等的膜特 性。作為有機樹脂，可以使用能夠與導電高分子相溶或混合分散的熱固化樹脂、熱塑 性樹脂、或光固化樹脂等。例如，可以舉出聚酯類樹脂如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二 甲酸丁二醇酯、或聚萘二甲酸乙二醇酯等；聚酰亞胺類樹脂如聚酰亞胺或聚酰胺-酰亞胺、 聚酰胺樹脂如聚酰胺6、聚酰胺6，6、聚酰胺12、或聚酰胺11等；氟樹脂如聚偏二氟乙烯、聚 氟乙烯、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、或聚氯三氟乙烯等；乙烯樹脂如聚乙烯醇、聚 乙烯基乙醚、聚乙烯醇縮丁醛、聚醋酸乙烯酯、或聚氯乙烯等；環(huán)氧樹脂、二甲苯樹脂、芳香 族聚酰胺樹脂、聚氨酯類樹脂、聚脲類樹脂、蜜胺樹脂、酚醛類樹脂、聚醚、丙烯酸類樹脂、或 這些樹脂的共聚物等。再者，也可以通過將具有受主性或施主性的摻雜物摻雜到導電組合物中來改變共 軛導電高分子的共軛電子的氧化還原電位，以調整導電組合物的導電度。作為受主性摻雜物，可以使用鹵素化合物、路易斯酸、質子酸、有機氰化合物、有 機金屬化合物等。作為鹵素化合物，可以舉出氯、溴、碘、氯化碘、溴化碘、氟化碘等。作 為路易斯酸，可以舉出五氟化磷、五氟化砷、五氟化銻、三氟化硼、三氯化硼、三溴化硼等。 作為質子酸，可以舉出鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸、氟硼酸、氫氟酸、高氯酸等的無機酸、有機 羧酸、有機磺酸等的有機酸。作為有機羧酸及有機磺酸，可以使用上述羧酸化合物及磺 酸化合物。作為有機氰化合物，可以使用共軛鍵中包含兩個以上的氰基的化合物。例 如，可以舉出四氰基乙烯、四氰基乙烯氧化物、四氰基苯、四氰基醌二甲烷、四氰基氮雜萘 (tetracyanoazanaphthalene)等。作為施主性摻雜物，可以舉出堿金屬、堿土金屬、或季胺化合物等。另外，可以將導電組合物溶解在水或有機溶劑(醇類溶劑、酮類溶劑、酯類溶劑、 烴類溶劑、或芳香類溶劑等)中通過濕法形成作為透光電極的薄膜。對溶解導電組合物的溶劑沒有特別的限制，可以使用溶解上述導電高分子及有 機樹脂等的高分子樹脂化合物的溶劑。例如，可以溶解在水、甲醇、乙醇、碳酸丙烯酯、N-甲 基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、環(huán)己酮、丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基甲酮、或 甲苯等的單獨或混合溶劑中。在如上所述那樣將導電組合物溶解在溶劑中之后，通過使用涂敷法、涂覆法、液滴 噴射法(也稱為噴墨法)、印刷法等的濕法，可以在層間絕緣膜2417上形成像素電極2406。 溶劑的干燥既可通過加熱處理而進行，又可通過減壓而進行。在采用熱固化有機樹脂的情 況下，可以進行加熱處理，而在采用光固化有機樹脂的情況下，可以進行光照射處理。隔斷層2418可以通過在使用CVD法、濺鍍法、涂敷法等在襯底的整個面上形成絕 緣層之后選擇性地蝕刻而形成。也可以通過液滴噴射法或印刷法等選擇性地形成。另外， 也可以在使用正型光敏樹脂在整個面上形成絕緣層之后對該絕緣層進行曝光及顯影，以得 到所希望的形狀。作為EL層2419，至少形成發(fā)光層。除該發(fā)光層外，還可以適當?shù)匦纬煽昭ㄗ⑷雽印?空穴傳輸層、電子傳輸層或電子注入層。EL層可以通過噴墨法等的涂敷法或蒸鍍法而形成。接著，以與襯底2200相對置的方式設置對置襯底2421 (參照圖31B)。在對置襯底2421和對置電極2420之間，既可設置樹脂層2422，又可使用惰性氣體來填充。另外，可以 覆蓋對置電極2420地形成保護層。在本實施方式的EL顯示裝置中，晶體管的溝道形成區(qū)域由單晶半導體層構成。因 此，與將多晶半導體用作溝道形成區(qū)域的顯示裝置相比，本實施方式的EL顯示裝置可以降 低每個像素的晶體管特性的不均勻性。從而，可以抑制每個像素的顯示不均勻。對構成本實施方式的顯示裝置的晶體管的結構沒有特別的限制。例如，可以應用 具有上述實施方式6至8所示的結構的場效應晶體管。本實施方式可以與本說明書所示的其他實施方式適當?shù)亟M合。實施方式12通過使用半導體襯底10，可以制造各種各樣的電器。作為電器，可以舉出攝像機或 數(shù)字照相機等影像拍攝裝置、導航系統(tǒng)、音頻再現(xiàn)裝置(汽車音響、音響組件等)、計算機、 游戲機、便攜式信息終端(移動計算機、移動電話、便攜式游戲機或電子書等)、具有記錄介 質的圖像再現(xiàn)裝置(具體地說，它是具有顯示數(shù)字通用光盤(DVD)等的圖像數(shù)據的顯示裝 置的裝置)等。參照圖32A至32C及圖33A至33C說明本實施方式中的電器的具體方式。圖32A 是表示移動電話機1901的一個例子的外觀圖。該移動電話機1901包括顯示部1902、操作 開關1903等。通過將圖30A和30B所示的液晶顯示裝置或圖31A和31B所示的EL顯示裝 置適用于顯示部1902，可以獲得顯示不均勻性低且圖像質量好的顯示部1902。此外，圖32B是表示數(shù)字播放器1911的結構例子的外觀圖。數(shù)字播放器1911包 括顯示部1912、操作部1913、耳機1914等。還可以適用頭戴式耳機或無線式耳機代替耳機 1914。通過將圖30A和30B所示的液晶顯示裝置或圖31A和31B所示的EL顯示裝置適用 于顯示部1912，即使畫面尺寸為0. 3英寸至2英寸左右，也可以顯示高清晰圖像以及大量文 子fe息。此外，圖32C是電子書1921的外觀圖。該電子書1921包括顯示部1922、操作開 關1923。既可在電子書1921中內置調制解調器，又可內置圖25所示的半導體裝置2020， 以獲得能夠以無線方式收發(fā)信息的結構?？梢酝ㄟ^將圖30A和30B所示的液晶顯示裝置或 者圖31A和31B所示的EL顯示裝置適用于顯示部1922，進行高圖像質量的顯示。圖33A至33C示出應用本發(fā)明的移動電話機1800的結構的一個例子，圖33A是正 面圖，圖33B是背面圖，而且圖33C是展開圖。移動電話機1800具有電話和便攜式信息終 端之雙方的功能，并內置有計算機，除了音頻通話以外還能夠進行各種數(shù)據處理，即所謂的 智能手機。移動電話機1800內置有影像拍攝裝置，而能夠拍攝靜態(tài)圖像及動態(tài)圖像。移動電話機1800由框體1801和框體1802這兩個框體構成。在框體1801上設 置有顯示部1805、揚聲器1806、麥克風1807、操作鍵1808、定位裝置1809、影像拍攝用透鏡 1810、外部連接端子1811、耳機端子1812等?？梢酝ㄟ^將圖30A和30B所示的液晶顯示裝 置或者圖31A和31B所示的EL顯示裝置適用于顯示部1805，進行高圖像質量的顯示。在框體1802上設置有鍵盤1815、外部存儲器插槽1816、影像拍攝用透鏡1817、燈 1818等。另外，將天線內置于框體1801內部。另外，除了上述結構以外，還可以內置有非接觸IC芯片和小型記錄裝置等。顯示部1805根據使用方式適當?shù)馗淖冿@示的方向。由于在與顯示部1805同一面上設置有影像拍攝用透鏡1810，所以可以實現(xiàn)電視電話。另外，能夠以顯示部1805為取 景器使用影像拍攝用透鏡1817及燈1818拍攝靜態(tài)圖像及動態(tài)圖像。揚聲器1806及麥克 風1807能夠進行電視電話、錄音、重放等，而不局限于音頻通話。通過使用操作鍵1808，能 夠打電話或接電話，并能夠進行電子郵件等的簡單信息輸入、畫面滾動、或指針移動等。再 者，圖33A所示的彼此重疊的框體1801和框體1802通過滑動而以圖33C所示的形狀展開。 在展開狀態(tài)下，它可以用作便攜式信息終端。在此情況下，可以使用鍵盤1815和定位裝置 1809順利操作。外部連接端子1811可以連接到AC適配器及USB電線等的各種電線，而能 夠進行充電及與個人計算機等之間的數(shù)據通信。另外，也可以通過將記錄介質插入外部存 儲器插槽1816來對應于大量數(shù)據的存儲及移動。除了上述功能以外，還可以具有紅外線通信功能、電視接收功能等。實施例1在本實施例中，說明通過激光照射處理提高單晶半導體層的結晶性、以及通過激 光照射處理后的加熱處理提高單晶半導體層的壽命。制造如下三種半導體襯底，以評價結 晶性及壽命一是根據本發(fā)明的半導體襯底，它是對從單晶半導體襯底分離了的單晶半導 體層進行了激光照射處理及加熱處理而獲得的半導體襯底；二是被進行了激光照射處理而 沒被進行加熱處理的半導體襯底；三是沒被進行激光照射處理及加熱處理的半導體襯底。下面，說明半導體襯底的制造方法。圖34是示出用于實驗的半導體襯底的疊層結 構的截面圖。根據實施方式1的制造方法(參照圖4A至圖5C)制造半導體襯底。單晶硅 層201隔著由氧氮化硅膜202、氮氧化硅膜203、以及氧化硅膜204構成的緩沖層111固定 于玻璃襯底200上。本實施例的半導體襯底的緩沖層所包含的膜的厚度如下·氧氮化硅膜202 50nm·氮氧化硅膜203 50nm·氧化硅膜 20450nm為了制造半導體襯底，使用單晶硅片作為單晶半導體襯底110。單晶硅片是邊長 為5英寸的方形襯底。其導電型為P型，電阻率為10Ω · cm左右。關于晶體取向，主表面 為(100)，而側面為<110>。作為支撐襯底100的玻璃襯底200為0. 7mm厚的無堿玻璃襯底 (商品名AN100)。作為第一絕緣層113，通過PECVD法形成由50nm厚的氧氮化硅膜202和50nm厚 的氮氧化硅膜203構成的兩層結構的絕緣膜(參照圖4A)。氧氮化硅膜202的工藝氣體為 SiH4及N2O,流量比為SiH4\N20 = 4\800。成膜步驟的襯底溫度是400°C。氮氧化硅膜203 的工藝氣體為SiH4、NH3> N2O及H2,流量比為SiH4\NH3\N20\H2 = 10\100\20\400。成膜步驟 的溫度是350°C。為了在單晶硅片中形成損傷區(qū)域，使用離子摻雜裝置將氫離子添加到單晶硅片。 以100%氫氣為源氣體，激發(fā)氫氣而產生等離子體后，不對等離子體中的離子進行質量分離 就利用電場加速并照射到單晶硅片，從而形成損傷區(qū)域115 (參照圖4B)。在離子摻雜裝置 中，通過激發(fā)氫氣，產生H+、H2+、H3+三種離子種。將所產生的所有離子種加速并照射到單晶 硅片。從氫氣產生的氫離子種的約80%為氏+。例如，氫離子摻雜的條件如下電源輸出為100W，加速電壓為40kV，劑量為2. 2X1016ions/cm3。作為第二絕緣層114，通過PECVD法形成50nm厚的氧化硅膜204 (參照圖4C)。氧 化硅膜204的成膜用工藝氣體為TEOS及O2，流量比為TE0S\02 = 15\750。成膜步驟的溫度 是 300"C。在純水中，對玻璃襯底200及形成有膜202至204的單晶硅片進行超聲波清洗，然 后利用包含臭氧的純水清洗，接著，將玻璃襯底200表面和形成在單晶硅片表面上的氧化 硅膜204密接，來接合在一起(參照圖4D)。然后，為了在損傷區(qū)域115中引起劈開，在加熱 爐中以200°C進行2小時的加熱處理以提高玻璃襯底200和氧化硅膜204的結合強度，接 著，通過在加熱爐中以600°C進行4小時的加熱處理，劈開單晶硅片，而從單晶硅片分離單 晶硅層201。注意，將通過圖4A至圖4D的步驟(緩沖層的形成、損傷區(qū)域的形成、接合步驟、單 晶硅片的分離步驟)形成的半導體襯底稱為“半導體襯底X”。接著，使用純水清洗半導體襯底χ后，使用被稀釋為1/100的氫氟酸對單晶硅層 201進行處理，以去除形成在其表面上的自然氧化膜。接著，通過對單晶硅層201照射激光 束，使它熔化而再結晶。作為激光振蕩器，使用使波長308nm的光束振蕩的XeCl受激準分 子激光器。激光束的脈沖寬度為25nSec，重復頻率為30Hz。通過光學系統(tǒng)聚光成被照射面上的激光束形狀為線形，沿寬度方向(光束形狀的 短軸方向)進行激光束掃描。另外，在照射激光時，半導體襯底X不被加熱，而處于室溫。將 上述被進行了激光照射處理步驟的半導體襯底稱為“半導體襯底y”。在照射激光束之后，在縱型電阻加熱爐中，在氮氣氛中對半導體襯底y進行加熱 處理。在本實施例中，制造其處理條件不相同的如下兩種半導體襯底一是在500°C下進 行1小時的加熱處理，然后在550°C下進行4小時的加熱處理而形成的半導體襯底，它被稱 為“半導體襯底A” ；二是在500°C下進行1小時的加熱處理，然后在600°C下進行4小時的 加熱處理而形成的半導體襯底，它被稱為“半導體襯底B”。另外，確認到在進行激光照射處理后，在500°C下進行1小時的加熱處理，然后在 550°C下進行4小時的加熱處理而形成的半導體襯底A中的玻璃襯底200收縮20ppm左右。 發(fā)生收縮的步驟，是需要微細的位置對準的步驟(例如，利用縮小曝光裝置的曝光步驟等) 前發(fā)生的收縮，因此不影響到使用本發(fā)明的半導體襯底的半導體裝置的制造步驟。表1示出半導體襯底x、y、A、B和激光束照射步驟及加熱處理步驟的對應。[表1]
權利要求
一種半導體襯底的制造方法，包括如下步驟用離子照射單晶半導體襯底，以在所述單晶半導體襯底中形成損傷區(qū)域；在所述單晶半導體襯底上形成緩沖層；蝕刻所述緩沖層的一部分、所述損傷區(qū)域的一部分以及所述單晶半導體襯底的一部分，以在所述單晶半導體襯底上形成槽；將支撐襯底與所述單晶半導體襯底隔著所述緩沖層而彼此接觸地配置，以將所述單晶半導體襯底固定于所述支撐襯底；在所述損傷區(qū)域處從所述支撐襯底分離所述單晶半導體襯底，以在所述支撐襯底上形成多個單晶半導體層；用激光束照射所述多個單晶半導體層，以使所述多個單晶半導體層的每一層部分地熔化且再結晶化；以及在400℃以上且所述多個再結晶了的單晶半導體層不熔化的溫度下加熱再結晶了的所述多個單晶半導體層。
2.根據權利要求1所述的半導體襯底的制造方法，其中所述多個再結晶了的單晶半導 體層的加熱溫度為所述支撐襯底的應變點以下。
3.根據權利要求1所述的半導體襯底的制造方法，其中所述多個再結晶了的單晶半導 體層的加熱溫度為500°C以上。
4.根據權利要求1所述的半導體襯底的制造方法，其中所述支撐襯底的應變點為 650°C以上700°C以下。
5.根據權利要求1所述的半導體襯底的制造方法，其中所述支撐襯底是其應變點為 6500C以上700°C以下的玻璃襯底。
6.根據權利要求1所述的半導體襯底的制造方法，其中所述多個單晶半導體層的激光 束照射時的熔化區(qū)域薄于所述多個單晶半導體層的厚度。
7.根據權利要求1所述的半導體襯底的制造方法，其中所述多個單晶半導體層的激光 束照射是在惰性氣體氣氛中進行的。
8.根據權利要求7所述的半導體襯底的制造方法，其中所述惰性氣體是氮氣或稀有氣體。
9.根據權利要求7所述的半導體襯底的制造方法，其中所述惰性氣體氣氛中的氧濃度 為30ppm以下。
10.根據權利要求1所述的半導體襯底的制造方法，其中所述離子是從通過激發(fā)氫氣 產生的等離子體抽出的離子。
11.根據權利要求1所述的半導體襯底的制造方法，其中所述緩沖層包括用來防止雜 質侵入所述多個再結晶了的單晶半導體層的層。
12.根據權利要求1所述的半導體襯底的制造方法，其中所述緩沖層包括氮化硅膜或 氮氧化硅膜。
13.根據權利要求1所述的半導體襯底的制造方法，其中所述緩沖層包括使所述單晶 半導體襯底氧化而形成的氧化膜。
14.根據權利要求1所述的半導體襯底的制造方法，其中所述緩沖層包括氧化硅膜或 氧氮化硅膜，以及所述緩沖層與所述單晶半導體襯底接觸地被形成。2
15.一種半導體襯底的制造方法，包括如下步驟用離子照射第一單晶半導體襯底，以在所述第一單晶半導體襯底中形成損傷區(qū)域； 用離子照射第二單晶半導體襯底，以在所述第二單晶半導體襯底中形成損傷區(qū)域； 用離子照射第三單晶半導體襯底，以在所述第三單晶半導體襯底中形成損傷區(qū)域； 將支撐襯底和所述第一單晶半導體襯底隔著第一緩沖層而彼此接觸地配置，以將所述 第一單晶半導體襯底固定于所述支撐襯底；將所述支撐襯底和所述第二單晶半導體襯底隔著第二緩沖層而彼此接觸地配置，以將 所述第二單晶半導體襯底固定于所述支撐襯底；在所述第一、第二單晶半導體襯底各自的損傷區(qū)域處從所述支撐襯底分離所述第一、 第二單晶半導體襯底，以在所述支撐襯底上形成第一、第二單晶半導體層；在將所述第一、第二單晶半導體襯底分離之后，將所述支撐襯底與所述第三單晶半導 體襯底隔著第三緩沖層而彼此接觸地配置，以將所述第三單晶半導體襯底固定于所述支撐 襯底，其中所述第三單晶半導體襯底位于所述第一單晶半導體層和所述第二單晶半導體層 之間；在所述損傷區(qū)域處從所述支撐襯底分離所述第三單晶半導體襯底，以在所述支撐襯底 上形成第三單晶半導體層；用激光束照射所述第一、第二、第三單晶半導體層，以使所述第一、第二、第三單晶半導 體層部分地熔化且再結晶化；以及在400°C以上且再結晶了的單晶半導體層不熔化的溫度下加熱所述第一、第二、第三再 結晶了的單晶半導體層。
16.根據權利要求15所述的半導體襯底的制造方法，其中所述第一、第二、第三再結晶 了的單晶半導體層的加熱溫度為所述支撐襯底的應變點以下。
17.根據權利要求15所述的半導體襯底的制造方法，其中所述第一、第二、第三再結晶 了的單晶半導體層的加熱溫度為500°C以上。
18.根據權利要求15所述的半導體襯底的制造方法，其中所述支撐襯底的應變點為 650°C以上700°C以下。
19.根據權利要求15所述的半導體襯底的制造方法，其中所述支撐襯底是其應變點為 6500C以上700°C以下的玻璃襯底。
20.根據權利要求15所述的半導體襯底的制造方法，其中所述第一、第二、第三單晶半 導體層的激光束照射時的熔化區(qū)域薄于所述第一、第二、第三單晶半導體層的厚度。
21.根據權利要求15所述的半導體襯底的制造方法，其中所述第一、第二、第三單晶半 導體層的激光束照射是在惰性氣體氣氛中進行的。
22.根據權利要求21所述的半導體襯底的制造方法，其中所述惰性氣體是氮氣或稀有 氣體。
23.根據權利要求21所述的半導體襯底的制造方法，其中所述惰性氣體氣氛中的氧濃 度為30ppm以下。
24.根據權利要求15所述的半導體襯底的制造方法，其中所述離子是從通過激發(fā)氫氣 產生的等離子體抽出的離子。
25.根據權利要求15所述的半導體襯底的制造方法，其中所述第一、第二、第三緩沖層包括用來防止雜質侵入所述第一、第二、第三再結晶了的單晶半導體層的阻擋層。
26.根據權利要求15所述的半導體襯底的制造方法，其中所述第一、第二、第三緩沖層 包括氮化硅膜或氮氧化硅膜。
27.根據權利要求15所述的半導體襯底的制造方法，其中所述第一、第二、第三緩沖層 包括使所述第一、第二、第三單晶半導體襯底氧化而形成的氧化膜。
28.根據權利要求15所述的半導體襯底的制造方法，其中所述第一、第二、第三緩沖層 包括氧化硅膜或氧氮化硅膜，以及所述第一、第二、第三緩沖層分別與所述第一、第二、第三 單晶半導體襯底接觸地被形成。
29.一種半導體裝置的制造方法，包括如下步驟用離子照射單晶半導體襯底，以在所述單晶半導體襯底中形成損傷區(qū)域；在所述單晶半導體襯底上形成緩沖層；蝕刻所述緩沖層的一部分、所述損傷區(qū)域的一部分以及所述單晶半導體襯底的一部 分，以在所述單晶半導體襯底上形成槽；將支撐襯底與所述單晶半導體襯底隔著所述緩沖層而彼此接觸地配置，以將所述單晶 半導體襯底固定于所述支撐襯底；在所述損傷區(qū)域處從所述支撐襯底分離所述單晶半導體襯底，以在所述支撐襯底上形 成多個單晶半導體層；用激光束照射所述多個單晶半導體層，以使所述多個單晶半導體層的每一層部分地熔 化且再結晶化；在400°C以上且所述多個再結晶了的單晶半導體層不熔化的溫度下加熱再結晶了的所 述多個單晶半導體層；以及在所述多個再結晶了的單晶半導體層上形成柵極絕緣層。
30.根據權利要求29所述的半導體裝置的制造方法，其中所述多個再結晶了的單晶半 導體層的加熱溫度為所述支撐襯底的應變點以下。
31.根據權利要求29所述的半導體裝置的制造方法，其中所述多個再結晶了的單晶半 導體層的加熱溫度為500°C以上。
32.根據權利要求29所述的半導體裝置的制造方法，其中所述支撐襯底的應變點為 650°C以上700°C以下。
33.根據權利要求29所述的半導體裝置的制造方法，其中所述支撐襯底是其應變點為 6500C以上700°C以下的玻璃襯底。
34.根據權利要求29所述的半導體裝置的制造方法，其中所述多個單晶半導體層的激 光束照射時的熔化區(qū)域薄于所述多個單晶半導體層的厚度。
35.根據權利要求29所述的半導體裝置的制造方法，其中所述多個單晶半導體層的激 光束照射是在惰性氣體氣氛中進行的。
36.根據權利要求35所述的半導體裝置的制造方法，其中所述惰性氣體是氮氣或稀有 氣體。
37.根據權利要求35所述的半導體裝置的制造方法，其中所述惰性氣體氣氛中的氧濃 度為30ppm以下。
38.根據權利要求29所述的半導體裝置的制造方法，其中所述離子是從通過激發(fā)氫氣產生的等離子體抽出的離子。
39.根據權利要求29所述的半導體裝置的制造方法，其中所述緩沖層包括用來防止雜 質侵入所述多個再結晶了的單晶半導體層的阻擋層。
40.根據權利要求29所述的半導體裝置的制造方法，其中所述緩沖層包括氮化硅膜或氮氧化硅膜。
41.根據權利要求29所述的半導體裝置的制造方法，其中所述緩沖層包括使所述單晶 半導體襯底氧化而形成的氧化膜。
42.根據權利要求29所述的半導體裝置的制造方法，其中所述緩沖層包括氧化硅膜或 氧氮化硅膜，以及所述緩沖層與所述單晶半導體襯底接觸地被形成。
43.一種半導體裝置的制造方法，包括如下步驟用離子照射第一單晶半導體襯底，以在所述第一單晶半導體襯底中形成損傷區(qū)域； 用離子照射第二單晶半導體襯底，以在所述第二單晶半導體襯底中形成損傷區(qū)域； 用離子照射第三單晶半導體襯底，以在所述第三單晶半導體襯底中形成損傷區(qū)域； 將支撐襯底和所述第一單晶半導體襯底隔著第一緩沖層而彼此接觸地配置，以將所述 第一單晶半導體襯底固定于所述支撐襯底；將所述支撐襯底和所述第二單晶半導體襯底隔著第二緩沖層而彼此接觸地配置，以將 所述第二單晶半導體襯底固定于所述支撐襯底；在所述第一、第二單晶半導體襯底各自的損傷區(qū)域處從所述支撐襯底分離所述第一、 第二單晶半導體襯底，以在所述支撐襯底上形成第一、第二單晶半導體層；在將所述第一、第二單晶半導體襯底分離之后，將所述支撐襯底和所述第三單晶半導 體襯底隔著第三緩沖層而彼此接觸地配置，以將所述第三單晶半導體襯底固定于所述支撐 襯底，其中所述第三單晶半導體襯底位于所述第一單晶半導體層和所述第二單晶半導體層 之間；在所述損傷區(qū)域處從所述支撐襯底分離所述第三單晶半導體襯底，以在所述支撐襯底 上形成第三單晶半導體層；將激光束照射到所述第一、第二、第三單晶半導體層，以使所述第一、第二、第三單晶半 導體層部分地熔化且再結晶化；以及在400°C以上且第一、第二、第三再結晶了的單晶半導體層不熔化的溫度下加熱所述第 一、第二、第三再結晶了的單晶半導體層；以及在所述第一、第二、第三再結晶了的單晶半導體層之上形成柵極絕緣層。
44.根據權利要求43所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一、第二、第三再結晶 了的單晶半導體層的加熱溫度為所述支撐襯底的應變點以下。
45.根據權利要求43所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一、第二、第三再結晶 了的單晶半導體層的加熱溫度為500°C以上。
46.根據權利要求43所述的半導體裝置的制造方法，其中所述支撐襯底的應變點為 650°C以上700°C以下。
47.根據權利要求43所述的半導體裝置的制造方法，其中所述支撐襯底是其應變點為 6500C以上700°C以下的玻璃襯底。
48.根據權利要求43所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一、第二、第三單晶半導體層的激光束照射時的熔化區(qū)域薄于所述第一、第二、第三單晶半導體層的厚度。
49.根據權利要求43所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一、第二、第三單晶半 導體層的激光束照射是在惰性氣體氣氛中進行的。
50.根據權利要求49所述的半導體裝置的制造方法，其中所述惰性氣體是氮氣或稀有 氣體。
51.根據權利要求49所述的半導體裝置的制造方法，其中所述惰性氣體氣氛中的氧濃 度為30ppm以下。
52.根據權利要求43所述的半導體裝置的制造方法，其中所述離子是從通過激發(fā)氫氣 產生的等離子體抽出的離子。
53.根據權利要求43所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一、第二、第三緩沖層 包括用來防止雜質侵入所述第一、第二、第三再結晶了的單晶半導體層的阻擋層。
54.根據權利要求43所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一、第二、第三緩沖層 包括氮化硅膜或氮氧化硅膜。
55.根據權利要求43所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一、第二、第三緩沖層 包括使所述第一、第二、第三單晶半導體襯底氧化而形成的氧化膜。
56.根據權利要求43所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一、第二、第三緩沖層 包括氧化硅膜或氧氮化硅膜，以及所述第一、第二、第三緩沖層分別與所述第一、第二、第三 單晶半導體襯底接觸地被形成。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種半導體襯底的制造方法、以及半導體裝置的制造方法，該半導體襯底是在玻璃襯底等低耐熱性支撐襯底上隔著緩沖層固定有單晶半導體層的半導體襯底。該半導體襯底的制造方法包括將加速了的氫離子照射到半導體襯底，以形成包含大量的氫的損傷區(qū)域；在接合單晶半導體襯底和支撐襯底之后，加熱半導體襯底而在損傷區(qū)域中分離單晶半導體襯底；接著，對從單晶半導體襯底分離了的單晶半導體層照射激光束；通過照射激光束，使單晶半導體層熔化而再結晶，以恢復其結晶性并使單晶半導體層的表面平坦化；以及在照射激光束之后，在不使其熔化的溫度下加熱單晶半導體層，以提高其壽命。
文檔編號H01L27/12GK101937861SQ20101025464
公開日2011年1月5日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權日2007年11月1日
發(fā)明者下村明久, 井坂史人, 古山將樹, 桃純平 申請人:株式會社半導體能源研究所