TWI508141B - 半導體基板的製造方法和半導體裝置的製造方法 - Google Patents

Description

半導體基板的製造方法和半導體裝置的製造方法

本發明係關於一種具有單晶半導體層的半導體基板的製造方法。另外，本發明係關於使用具有單晶半導體層的半導體基板製造半導體裝置的方法。

近年來，對利用SOI(Silicon On Insulator，即絕緣體上矽)基板而代替大塊狀矽片的積體電路進行研究開發。藉由有效地利用形成在絕緣層上的薄單晶矽層的特長，可以將積體電路中的電晶體的半導體層形成為彼此完全絕緣分離，並且使電晶體成為完全耗盡型。因此，可以實現高整合、高速驅動、低耗電量等附加價値高的半導體積體電路。

作為SOI基板的製造技術，已知SIMOX(Separation by Implanted Oxygen，即注入氧隔離法)技術和貼合技術。SIMOX技術如下：以高濃度方式將氧離子注入到單晶矽晶圓的預定深度區中，並在1300℃以上的溫度下進行熱處理，以形成由矽氧化物構成的埋氧化物(Buried Oxide)層(以下稱為BOX層)。在上述技術中，藉由在大塊狀單晶矽晶圓中形成BOX層，形成單晶矽層，但是有如下缺點：由於注入氧離子，單晶矽層的結晶結構的損傷變大。

貼合技術如下：隔著絕緣膜貼合兩個單晶矽晶圓，並分割一個單晶矽基板，以在另一個單晶矽晶圓上隔著絕緣膜形成薄單晶矽層(例如，參照專利文獻1)。

在專利文獻1中，為了劈開單晶矽晶圓，首先，藉由將H⁺ 離子(質子)注入到單晶矽晶圓中，在其內部形成微小氣泡層。接著，密接被氧化物覆蓋的矽片和形成有微小氣泡層的單晶矽晶圓，並進行熱處理或靜電處理，以使兩個單晶矽晶圓結合。然後，藉由進行加熱處理，在微小氣泡層中劈開單晶矽晶圓，以形成薄單晶矽層。在半導體基板內部形成注入有高濃度離子如氫離子等的微小氣泡層，而在該層中分割基板的技術被稱為智慧切割法(注冊商標)、氫離子注入法等。

已知如下方法：藉由使用上述氫離子注入法，在由種類不同的材料構成的基板如玻璃基板等上形成矽層，而製造具有SOI結構的半導體基板(參照專利文獻2至5)。在專利文獻2中，公開了藉由使用氫離子注入法在透光基板上形成從單晶矽晶圓分離了的單晶矽層，並且使用該單晶矽層製造半導體裝置的方法。

在專利文獻3中，公開了不需超過800℃的高溫熱處理的SOI基板的製造方法。在將半導體晶片貼合在玻璃基板上之後，在不超過600℃的溫度下進行加熱處理，而在微小氣泡層中劈開半導體晶片，從而從半導體晶片剝離半導體薄膜，以在玻璃基板上形成半導體薄膜層。在上述剝離步驟後，照射雷射，從而改善半導體薄膜層的結晶品質，並使半導體薄膜層和玻璃基板堅固地結合。

在專利文獻4中，有如下記載：貼合矽片和玻璃基板；藉由照射微波，分割注入有離子的矽片；為了防止在將矽片貼合在由種類不同的材料構成的基板上的情況下，因為與該基板的熱膨脹率不同，兩個基板的結合結構由於分割矽片時的溫度上升而被損壞，所以在照射微波時，將兩個基板冷卻到400℃以下。

在專利文獻5中，公開了將瓷磚形狀的多個單晶矽層結合在一個玻璃基板上的技術。在專利文獻5中，為了分割半導體基板(施體基板)，利用如氮氣流的機械方法使半導體基板分離及損壞，而不進行加熱處理(參照第12頁第40行至第44行)。

專利文獻1日本特開平H5-211128號公報

專利文獻2日本特開2000-150905號公報

專利文獻3日本特開2005-252244號公報

專利文獻4日本特開2001-244444號公報

專利文獻5日本PCT國際申請翻譯2005-539259號公報

玻璃基板的面積比矽片大，並且其價格比矽片低廉，因此如專利文獻5所述那樣，藉由在玻璃基板上設置多個單晶矽層，可以製造面積大且價格低廉的SOI基板。另外，玻璃基板是透光基板，因此藉由使用玻璃基板作為支承基板，可以製造適合於顯示裝置的製造的SOI基板。

但是，玻璃基板具有如下缺點：由於加熱而收縮；應變點為700℃以下；比矽片更容易彎曲；其表面上存在著起伏；等等。因為上述缺點，與使用半導體基板作為支承基板的SOI基板的製造方法相比，使用玻璃基板的SOI基板的製造方法的限制更多。

在上述氫離子注入法中的將半導體基板分割成薄膜形狀的處理中，使氫氣在半導體基板中膨脹，從而較佳的在400℃以上的溫度下加熱半導體基板，但是當由於該加熱處理而使玻璃基板的溫度與半導體基板一起上升時，會有玻璃基板收縮的問題。

作為將多個半導體層貼合在玻璃基板上的方法，有反復進行將半導體基板貼合在玻璃基板上的步驟和進行加熱處理來分割半導體基板的步驟的方法。但是，若每次進行加熱處理，玻璃基板都收縮，則在第二次以後的貼合步驟中不能控制半導體基板的貼合位置。

作為解決上述問題的一個方法，本申請人提出了在貼合半導體基板之前在加熱爐中對玻璃基板進行600℃至700℃左右的高溫下的加熱處理而使玻璃基板預先收縮的方法。藉由預先對玻璃基板進行600℃以上的高溫下的加熱處理，可以在製造SOI基板時抑制玻璃基板的收縮量。但是，為了進行上述高溫處理來使玻璃基板充分收縮，需要約16個小時的處理時間，因此在想要解決收縮問題時，上述高溫熱處理在生產性及成本方面有問題。

另外，藉由氫離子注入法，從半導體基板分離了的半導體層的分割面的平坦性低。但是，需要抑制分割面的表面上的凹凸來提高閘極絕緣層的絕緣耐壓，以製造高性能電晶體。作為被貼合在矽片上的半導體層的分割面的平坦化處理，進行機械拋光處理，但是因為玻璃基板比矽片更容易彎曲且其表面上存在著起伏，所以從加工精度和成品率等的觀點來看，較佳的不進行機械拋光處理，以進行被貼合在玻璃基板上的多個半導體層的平坦化處理。就是說，若使用玻璃基板等的基板作為支承基板，則難以改善固定於支承基板上的半導體層的表面凹凸的問題明顯化。

另外，在氫離子注入法中，半導體層的結晶結構因離子添加、半導體基板的分割等而被損壞。另一方面，為了製造高性能電晶體，需要恢復半導體層的結晶性。藉由在1000℃以上的溫度下進行加熱處理，可以去除被貼合在矽片上的半導體層的結晶缺陷，但是不能進行上述高溫步驟，以去除被貼合在應變點為700℃以下的玻璃基板上的半導體層的結晶缺陷。

鑒於上述問題，本發明的目的之一在於提供一種半導體基板的製造方法及半導體裝置的製造方法，其中即使使用容易收縮的玻璃基板作為支承基板，也能夠高精度地決定位置而將多個單晶半導體層固定於支承基板上。

另外，本發明的目的之一在於提供一種半導體基板的製造方法及半導體裝置的製造方法，其中能夠高生產率地製造在容易收縮的玻璃基板等支承基板上固定多個單晶半導體層的半導體基板。

另外，本發明的目的之一在於提供一種半導體基板及半導體裝置的製造方法，其中即使使用玻璃基板等耐熱性低且容易彎曲的基板作為支承基板，也可以提高固定於支承基板上的單晶半導體層的平坦性並恢復結晶性。

此外，本發明解決上述問題中的至少一個。

本發明的半導體基板的製造方法之一包括如下步驟：準備在其表面上形成有緩衝層且在離其表面有預定深度的區域中形成有損傷區域的多個單晶半導體基板及支承基板，該損傷區域藉由將離子加速並照射而形成；進行基板固定處理，其中接合緩衝層的表面和支承基板的表面，而將一個或多個單晶半導體基板固定於支承基板上；進行電磁波照射處理，其中對藉由基板固定處理固定於支承基板上的一個或多個單晶半導體基板照射頻率為300MHz以上且300GHz以下的電磁波，而在損傷區域中分割上述一個或多個單晶半導體基板；以及藉由進行兩次以上的基板固定處理及電磁波照射處理，形成在支承基板上固定多個單晶半導體層的半導體基板。再者，在本發明的製造方法中，較佳的對根據上述方法而形成的半導體基板進行雷射照射處理。該雷射照射處理是對多個單晶半導體層分別照射雷射而使多個單晶半導體層熔化的處理。

本發明的半導體基板的製造方法之一包括如下步驟：準備在其表面上形成有緩衝層且在離其表面有預定深度的區域中形成有損傷區域的多個單晶半導體基板及支承基板，該損傷區域藉由將氫離子加速並照射而形成；進行基板固定處理，其中接合緩衝層的表面和支承基板的表面，而將一個或多個單晶半導體基板固定於支承基板上；進行電磁波照射處理，其中對藉由基板固定處理固定於支承基板上的一個或多個單晶半導體基板照射頻率為300MHz以上且300GHz以下的電磁波，而在損傷區域中分割上述一個或多個單晶半導體基板；再者，藉由進行兩次以上的基板固定處理及電磁波照射處理，形成在支承基板上固定多個單晶半導體層的半導體基板；進行加熱處理，其中在410℃以上且不熔化的溫度下，加熱半導體基板的多個單晶半導體層；以及在進行加熱處理之後，進行雷射照射處理，其中對多個單晶半導體層分別照射雷射，而使多個單晶半導體層熔化。

進行雷射照射處理之前的加熱處理的溫度較佳的為500℃以上。另外，較佳的進行上述加熱處理，以使多個單晶半導體層的氫濃度成為1×10²¹ atoms/cm³ 以下。另外，單晶半導體層的氫濃度被定義為利用二次離子質譜分析技術(SIMS，即Secondary Ion Mass Spectrometry)分析了的氫濃度的最小値。

在本發明中，緩衝層不僅可以形成在單晶半導體基板的表面上，而且還可以形成在支承基板的表面上。另外，緩衝層可以只形成在支承基板的表面上。另外，緩衝層較佳的包括能夠防止鈉從支承基板一側擴散到單晶半導體層中的阻擋層。作為緩衝層，可以使用氮氧化矽膜、氮化矽膜。

此外，單晶指的是在注目某個晶軸的情況下該晶軸的方向在樣品的哪個部分中都朝著同一方向的結晶，而且它是沒有晶界的結晶。另外，在本發明說明中，即使包含結晶缺陷或懸空鍵，也將上述晶軸方向一致且沒有晶界的結晶看作單晶。

另外，使具有結晶結構的層再晶化，指的是經過與其結晶結構不同的狀態(例如液相狀態)而再次成為具有結晶結構的層。另外，在本發明說明中，將使單晶半導體基板再晶化而使它成為單晶半導體稱為再單晶化。

在本發明的半導體基板及半導體裝置的製造方法中，藉由照射雷射，從其雷射照射區域的表面使單晶半導體層的深度方向上的一部分熔化。例如，藉由照射雷射，使單晶半導體層的表面及其表面附近熔化。或者，藉由照射雷射，在深度方向上使單晶半導體層的雷射照射區域的整體熔化。

在本發明中，由於可以在700℃以下的處理溫度下進行基板固定處理、電磁波照射處理、以及雷射照射處理，所以可以使用應變溫度為700℃以下的玻璃基板作為支承基板。

另外，由於藉由照射頻率為300MHz以上且300GHz以下的電磁波進行用來分割單晶半導體基板的處理，所以可以將支承基板的溫度上升抑制為400℃以下。因此，即使使用玻璃基板作為支承基板並進行多次的單晶半導體基板的分割處理，支承基板也幾乎不收縮，因此可以進行多次的基板固定處理，來將多個單晶半導體層固定於玻璃基板上。再者，在基板固定處理中，可以高精度地決定單晶半導體基板的固定位置。

另外，在本發明中，藉由進行雷射照射處理，使多個單晶半導體層熔化，因此即使使用玻璃基板等耐熱性低且容易彎曲的基板作為支承基板，也可以提高固定於支承基板上的單晶半導體層的平坦性並恢復結晶性。

此外，本發明具有上述效果中的至少一個。

下面，說明本發明。本發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明的宗旨及其範圍地變換為各種各樣的形式。因此，本發明不應該被解釋為僅限定在實施例模式及實施例所記載的內容中。另外，在互不相同的附圖中也使用相同的附圖標記來表示相同的因素，而省略其材料、形狀、製造方法等的重複說明。

實施例模式1

在本實施例模式中，說明單晶半導體層隔著緩衝層固定於支承基板上的半導體基板及其製造方法。再者，在本實施例模式中，說明固定於支承基板上的單晶半導體層的平坦化處理及結晶性恢復處理。

在本實施例模式中，說明半導體基板的結構。圖1A至1C是示出半導體基板的結構示例的立體圖。圖1A至1C所示的半導體基板11至13，分別是多個單晶半導體層21隔著絕緣層貼合在一個支承基板20上的基板。單晶半導體層21是分割單晶半導體基板而形成的層。半導體基板11至13是所謂的SOI結構的基板，它是單晶半導體層形成在絕緣層上的基板。

如圖1A所示，半導體基板11是多個單晶半導體層21隔著緩衝層22固定於支承基板20上的基板。緩衝層22是形成在單晶半導體基板上的層。緩衝層22的表面和支承基板20的表面接合，從而單晶半導體層21固定於支承基板20上。

如圖1B所示，半導體基板12是對半導體基板11設置緩衝層23的半導體基板，其中多個單晶半導體層21隔著緩衝層22及23設置在支承基板20上。緩衝層23是形成在支承基板20上的層。緩衝層22和緩衝層23接合，從而單晶半導體層21固定於支承基板20上。

如圖1C所示，半導體基板13是多個單晶半導體層21隔著緩衝層23固定於支承基板20上的基板。緩衝層23和單晶半導體層21的表面接合，從而單晶半導體層21固定於支承基板20上。

作為支承基板20，可以使用具有絕緣表面的基板。另外，較佳的使用其熱膨脹係數與單晶半導體基板大致相同的支承基板。例如，支承基板20的熱膨脹係數較佳的為25×10^-7 /℃以上且50×10^-7 /℃以下。另外，支承基板20的應變點較佳的為580℃以上且700℃以下，更佳的為600℃以上700℃以下。

例如，作為支承基板20，可以使用玻璃基板。作為玻璃基板，較佳的使用諸如鋁矽酸鹽玻璃、鋁硼矽酸鹽玻璃、鋇硼矽酸鹽玻璃之類的無鹼玻璃基板。另外，支承基板20不局限於玻璃基板，也可以使用陶瓷基板、石英基板、以及藍寶石基板等由絕緣體構成的絕緣基板、由矽或砷化鎵等半導體構成的半導體基板等。

作為支承基板20，可以使用300mm×300mm以上的大面積基板。作為這種大面積基板，較佳的使用開發成用於製造液晶面板的母板玻璃(mother glass)基板。作為母板玻璃基板，已知如下尺寸的基板：例如，第三代(550mm×650mm)、第3.5代(600mm×720mm)、第四代(680mm×880mm或730mm×920mm)、第五代(1100mm×1300mm)、第六代(1500mm×1850mm)、第七代(1870mm×2200mm)、第八代(2200mm×2400mm)等等。藉由將大面積母板玻璃基板用於支承基板20來製造半導體基板11至13，可以實現半導體基板11至13的大面積化。

單晶半導體層21是藉由分割單晶半導體基板形成的層。在市場上銷售的半導體基板可被用作單晶半導體基板。例如，可使用由第14族元素製成的單晶半導體基板，諸如單晶矽基板、單晶鍺基板、或單晶矽鍺基板。或者，可使用砷化鎵、磷化銦等化合物半導體基板。

緩衝層22及23由單層結構或疊層結構的絕緣層構成。作為構成緩衝層22及23的膜，可以使用氧化矽膜、氮化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜、氧化鍺、氮化鍺膜、氧氮化鍺膜、氮氧化鍺膜等在其組成中包含矽或鍺的絕緣膜。此外，還可以使用：由氧化鋁、氧化鉭、氧化鉿等金屬氧化物構成的絕緣膜；由氮化鋁等金屬氮化物構成的絕緣膜；氧氮化鋁膜等由金屬氧氮化物構成的絕緣膜；氮氧化鋁膜等由金屬氮氧化物構成的絕緣膜。

這些絕緣膜可以藉由化學氣相沉積(CVD法)、濺射法、原子層外延法(ALE法)、使單晶半導體基板氧化或氮化的方法等形成。CVD法包括減壓CVD法、熱CVD法、電漿激發CVD法(以下稱為PECVD法)等。PECVD法是350℃以下的低溫處理，並且其成膜速度比其他CVD法高，因此較佳的使用PECVD法。

此外，在本發明說明中，氧氮化物是指在其組成中氧原子的數量多於氮原子的物質，而氮氧化物是指在其組成中氮原子的數量多於氧原子的物質。氧氮化矽指的是如下物質：例如，氧含量多於氮含量，其中包含55原子%至65原子%的氧，包含1原子%至20原子%的氮，並且包含25原子%至35原子%的Si。氧氮化矽也可以包含其濃度為0.1原子%至10原子%的氫。另外，氮氧化矽指的是如下物質：例如，氮含量多於氧含量，其中包含15原子%至30原子%的氧，包含20原子%至35原子%的氮，並且包含25原子%至35原子%的Si。氮氧化矽膜也可以包含其濃度為15原子%至25原子%的氫。

緩衝層22及23較佳的包含至少一層用作阻擋層的絕緣膜。另外，在半導體基板12中，可以對緩衝層22及23中的至少一方設置阻擋層。

阻擋層是如下用途的膜：在製造半導體基板、使用半導體基板製造半導體裝置、以及使用半導體裝置等等的時候，防止鹼金屬或鹼土金屬等降低半導體裝置的可靠性的雜質(典型為鈉)從支承基板20侵入單晶半導體層21中。藉由形成阻擋層，可以防止半導體基板及半導體裝置被雜質污染，而可以提高其可靠性。

作為用作阻擋層的膜，有氮化矽膜、氮氧化矽膜、氮化鋁膜、或氮氧化鋁膜等。這些絕緣膜的厚度可以是5nm以上且200nm以下。

另外，在緩衝層22及23具有疊層結構的情況下，緩衝層22及23也可以包含由金屬、合金或金屬化合物等構成的導電層、由矽等構成的半導體層。但是，緩衝層22及23中的與單晶半導體層21接觸的層、形成接合面的層較佳的使用絕緣膜形成。

藉由使用本實施例模式的半導體基板11、12及13，可以製造半導體裝置。在半導體基板11、12及13中，藉由使用固定於支承基板20上的多個單晶半導體層21中的至少一個，製造電晶體、二極體、電容元件、電阻元件、儲存電晶體等各種半導體元件。另外，藉由搭配這些半導體元件，製造各種積體電路。

實施例模式2

在本實施例模式中，說明半導體基板的製造方法。圖2是本發明的半導體基板的製造方法的流程圖。藉由圖2所示的流程，可以製造圖1A、1B及1C所示的半導體基板11至13。

準備支承基板(步驟S1)，並且準備後面固定於支承基板上的多個單晶半導體基板(步驟S2)。在步驟S1中，根據需要在支承基板表面上形成緩衝層。例如，在製造圖1B所示的半導體基板12或圖1C所示的半導體基板13的情況下，在步驟S1中準備形成有緩衝層的支承基板。

在步驟S2中，為了分割單晶半導體基板，將離子(如氫離子)添加到單晶半導體基板，而在單晶半導體基板的預定深度的區域中形成損傷區域。另外，根據需要，在單晶半導體基板表面上形成緩衝層。在製造圖1A所示的半導體基板11或圖1B所示的半導體基板12的情況下，在步驟S2中，準備形成有緩衝層的單晶半導體基板。在步驟S2中，準備多個形成有損傷區域的單晶半導體基板、或多個形成有損傷區域及緩衝層雙方的單晶半導體基板。

接著，進行基板固定處理，從而貼合在步驟S1中準備的支承基板和在步驟S2中準備的單晶半導體基板(步驟S3)。在基板固定處理中，在一個支承基板上貼合一個或兩個以上的單晶半導體基板。

接著，對藉由基板固定處理貼合在支承基板上的一個或多個單晶半導體基板，照射頻率為300MHz以上且300GHz以下的電磁波，而在損傷區域中，分割上述單晶半導體基板(步驟S4)。藉由上述電磁波照射處理，在支承基板上固定一個或多個單晶半導體層。

反復進行步驟S3和步驟S4，直到在支承基板上固定預定數量的單晶半導體層為止(步驟S5)。在步驟S5結束後，完成本發明的半導體基板。

在本發明中，藉由照射頻率為300MHz以上且300GHz以下的電磁波，分割單晶半導體基板，因此可以將單晶半導體基板的溫度上升抑制到400℃以下，並且電磁波照射處理所需的時間短，即五分鐘以下。另外，玻璃基板幾乎不吸收上述頻帶的電磁波。因此，即使不有意地進行玻璃基板的溫度控制如冷卻等，也不會在電磁波照射處理中將玻璃基板加熱到發生收縮的溫度，因此可以抑制玻璃基板的收縮。因此，即使反復進行單晶半導體基板的貼合步驟(基板固定處理)及單晶半導體基板的分割步驟(電磁波照射處理)，也可以高精度地將多個單晶半導體層貼合在玻璃基板上。

用於電磁波照射處理的電磁波，是波長為1m以下且1mm以上，並且其頻帶為UHF(Ultra High Frequency，即特高頻)、SHF(Super High Frequency，即超高頻)、以及EHF(Extremely High Frequency，即極高頻)中的任何一種的電磁波。各頻帶的頻率如下：

‧UHF 300MHz至3GHz

‧SHF 3GHz至30GHz

‧EHF 30GHz至300GHz

藉由將預定數量的單晶半導體層固定於支承基板上，製造根據本發明的半導體基板。再者，在本實施例模式中，進行雷射照射處理，而對半導體基板的多個單晶半導體層照射雷射(步驟6)。為了恢復被貼合在支承基板上的單晶半導體層的結晶性，進行雷射照射處理。藉由照射雷射，使單晶半導體層熔化，而使單晶半導體層再晶化。另外，雷射照射處理也是使單晶半導體層熔化而使其表面平坦化的處理。

在本實施例模式中，作為單晶半導體層的平坦化處理，也可以進行機械拋光或化學機械拋光等的拋光處理。另外，作為單晶半導體層的結晶性恢復處理，也可以進行藉由輻射或熱傳導加熱單晶半導體層的加熱處理。在該加熱處理中，可以使用擴散爐、電阻加熱爐等加熱爐、RTA(快速熱退火，即Rapid Thermal Anneal)裝置等。

藉由步驟S1至步驟S6，可以製造結晶性及平坦性優良的多個單晶半導體層固定於支承基板上的半導體基板。以下，具體地說明圖2所示的各步驟。在本實施例模式中，說明其疊層結構與圖1A所示的半導體基板11相同的半導體基板的製造方法作為半導體基板的製造方法的一個例子。

圖3A是根據本實施例模式的方法製造的半導體基板51的剖視圖，而圖3B是其平面圖。圖3A是沿著圖3B所示的a1-a2的剖視圖。

與半導體基板11同樣，半導體基板51在支承基板100上隔著緩衝層102設置多個單晶半導體層101。在半導體基板51中，支承基板100和緩衝層102接合，而將各單晶半導體層101固定於支承基板100上。緩衝層102是由絕緣層111至113構成的三層結構的絕緣層。單晶半導體層101被配置為5行5列的行列形狀。

下面，參照圖4至圖11說明半導體基板51的製造方法。

準備被加工為所希望的大小和形狀的單晶半導體基板110。圖4是說明單晶半導體基板110的結構的一個例子的立體圖。考慮到將單晶半導體基板110貼合在矩形支承基板100上，並且曝光裝置如縮小投影型曝光裝置等的曝光區域為矩形等，則如圖4所示那樣，單晶半導體基板110的形狀較佳的為矩形。此外，在本發明說明中，若沒有特別的說明，則矩形包括正方形及長方形。另外，在本實施例模式中，矩形單晶半導體基板110的角部110a被倒角。這是因為儘量縮短相鄰的兩個單晶半導體層101的間隔來將它貼合在支承基板100上的緣故。

當然，單晶半導體基板110不局限於圖4所示的形狀，而可以使用各種形狀的單晶半導體基板110。例如，其形狀可以為四邊形、五邊形、六邊形等的多邊形、圓形、或無定形。當然，可以使用在市場上銷售的圓形單晶半導體晶片作為單晶半導體基板110。另外，圓形晶片包括形成有定向平面的晶片。

圓形單晶半導體晶片有矽或鍺等的半導體晶片、砷化鎵或磷化銦等的化合物半導體晶片等。單晶半導體晶片的典型例子為單晶矽晶圓，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的圓形晶片是公知的。

矩形單晶半導體基板110可以藉由切割圓形單晶半導體晶片而形成。為了切割晶片，可以利用切割器或線鋸等切割裝置。另外，藉由照射雷射、電漿、電子束等高能量射束，可以切割單晶半導體晶片。還可以使用如下方法製造矩形單晶半導體基板110：將作為基板被薄片化之前的半導體基板製造用晶錠加工成長方體，以使其截面為矩形，然後將該長方體晶錠薄片化。

另外，在基板固定處理中，貼合多個單晶半導體基板110，其晶面取向可以是相同或不相同。例如，在作為單晶半導體基板110使用其晶體結構為金剛石結構的單晶半導體基板如單晶矽基板的情況下，其主表面的晶面取向可以為(100)、(110)面或(111)。另外，被貼合在一個支承基板100上的多個單晶半導體基板110的導電型(n型、i型或p型)或電阻値等的電特性可以是相同或不相同。

下面，參照圖5A至5E說明在單晶半導體基板110上形成緩衝層102及損傷區域的方法。

首先，清洗單晶半導體基板110來使它乾淨。然後，在單晶半導體基板110上，形成絕緣層111及112的疊層膜(參照圖5A)。這裏，將絕緣層112用作阻擋層。作為絕緣層111和絕緣層112的搭配，有氧化矽膜和氮化矽膜、氧氮化矽膜和氮化矽膜、氧化矽膜和氮氧化矽膜、氧氮化矽膜和氮氧化矽膜等。

氧氮化矽膜可以使用SiH₄ 及N₂ O作為處理氣體藉由PECVD法形成。氧化矽膜可以使用有機矽烷氣體及氧作為處理氣體藉由PECVD法形成。另外，在單晶半導體基板110是單晶矽基板的情況下，可以使單晶半導體基板氧化而形成氧化矽膜。氮氧化矽膜可以使用SiH₄ 、N₂ O、NH₃ 及H₂ 作為處理氣體藉由PECVD法形成。另外，氮化矽膜可以使用SiH₄ 、N₂ 、NH₃ 及H₂ 作為處理氣體藉由PECVD法形成。

有機矽烷指的是四乙氧基矽烷(TEOS，化學式為Si(OC₂ H₅ )₄ )、四甲基矽烷(TMS，化學式為Si(CH₃ )₄ )、四甲基環四矽氧烷(TMCTS)、八甲基環四矽氧烷(OMCTS)、六甲基二矽氮烷(HMDS)、三乙氧基矽烷(SiH(OC₂ H₅ )₃ )、三二甲氨基矽烷(SiH(N(CH₃ )₂ )₃ )等的化合物。

例如，在使用PECVD法形成由氧氮化矽構成的絕緣層111和由氮氧化矽構成的絕緣層112的情況下，首先，將單晶半導體基板110傳送到PECVD裝置的處理室中。然後，將SiH₄ 及N₂ O作為用來形成絕緣層111的處理氣體引入到處理室中，來產生該處理氣體的電漿，以在單晶半導體基板110上形成氧氮化矽膜。接著，將引入到處理室內的氣體換成用來形成絕緣層112的處理氣體。這裏，使用SiH₄ 、N₂ O、NH₃ 及H₂ 。藉由產生這些混合氣體的電漿，連續地在氧氮化矽膜上形成氮氧化矽膜。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矽膜和氮氧化矽膜。當然，藉由改變引入到處理室內的氣體，可以形成氧化矽膜作為絕緣層111，並形成氮化矽膜作為絕緣層112。

藉由如上所述那樣連續形成絕緣層111及112，可以提高產率。另外，因為能夠不接觸大氣地形成絕緣層111及112，因此可以防止絕緣層111與112的介面被大氣污染。

另外，作為絕緣層111，可以對單晶半導體基板110進行氧化處理來形成氧化膜。作為上述氧化處理，可以舉出熱氧化處理、利用包含氧基(O基)或氫氧化基(OH基)的電漿的電漿處理、利用含臭氧水(O₃ 水)的氧化處理等。

作為熱氧化處理，可以採用乾氧化，較佳的在氧化氣氛中添加包含鹵素的氣體。藉由在包含鹵素的氣氛中使單晶半導體基板110氧化，可以形成包含鹵素的氧化膜作為絕緣層111。作為包含鹵素的氣體，可以使用選自HCl、HF、NF₃ 、HBr、Cl₂ 、ClF₃ 、BCl₃ 、F₂ 、Br₂ 等中的一種或多種氣體。例如，可以在相對於氧包含0.5至10體積%(如3體積%)HCl的氣氛下以900℃以上且1100℃以下的加熱溫度進行熱氧化處理。處理時間可以為0.1至6小時，較佳的為0.5至1小時。所形成的氧化膜的厚度，可以為10nm至1000nm(優選為50nm至200nm)，例如，可以藉由熱氧化處理形成100nm厚的氧化膜作為絕緣層111。

接著，將離子114照射到單晶半導體基板110，而在單晶半導體基板110的預定深度的區域中，形成損傷了其晶體結構的損傷區域115(參照圖5B)。

為了產生離子114，激發源氣體來使它電漿化。利用電場的作用，從源氣體的電漿中抽出電漿所包含的離子114，來將它加速而照射到單晶半導體基板110。作為源氣體，可以使用氫氣、鹵素氣體、氦氣等。

為了將離子引入單晶半導體基板110中，可以使用離子注入裝置或離子摻雜裝置。離子注入裝置具備質量分離裝置，以從電漿中抽出具有特定質量的離子，因此可以只將具有特定質量的離子114添加到單晶半導體基板110中。離子摻雜裝置既可具備質量分離裝置，又可不具備質量分離裝置。在不具備質量分離裝置的離子摻雜裝置中，將電漿中的所有離子種加速來將它照射到處理物上。

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並照射的加速機構。離子源如下：提供用來產生所希望的離子種的源氣體的氣體供給裝置、激發源氣體而使源氣體放電的電極等。作為使源氣體放電的電極，使用燈絲型電極、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加速機構的電極中的開口和槽縫而加速。此外，離子摻雜裝置的結構不局限於上述結構，而可以設置所需的機構。

在單晶半導體基板110中，形成損傷區域115的區域的深度，可以根據離子114的加速能量和離子114的入射角度調節。加速能量可以根據加速電壓和劑量等調節。在與離子114的平均侵入深度大致相同的深度區域中，形成損傷區域115。因此，藉由調節將離子114侵入單晶半導體基板100中的深度，可以控制從單晶半導體基板110分離的單晶半導體層117(參照圖6B)的厚度。

在本實施例模式中，使用離子摻雜裝置，將離子114添加到單晶半導體基板110中。另外，使用氫氣(H₂ 氣體)作為用來產生離子114的源氣體。在離子摻雜裝置中，激發氫氣來產生電漿，然後不進行質量分離地將電漿所包含的離子加速而將加速了的離子114照射到單晶半導體基板110。因此，作為離子114，照射H⁺ 、H₂ ⁺ 、及H₃ ⁺ 。

在離子摻雜裝置中，相對於從氫氣產生的離子種(H⁺ 、H₂ ⁺ 、H₃ ⁺ )的總量，將H₃ ⁺ 的比例設定為50%以上。更佳的是，將H₃ ⁺ 的比例設定為80%以上。在使用不具有質量分離功能的離子摻雜裝置的情況下，較佳的將在電漿中產生的多個離子種之一設定為50%以上，較佳的為80%以上。這是因為可以藉由照射相同質量的離子來將離子集中地添加到單晶半導體基板110的相同深度的區域中的緣故。

為了在較淺的區域中形成損傷區域115，需要降低離子114的加速電壓，但是藉由提高電漿中的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基板110的較淺的區域中。由於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。藉由提高離子的加速電壓，可以縮短離子照射處理的節拍時間(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，將離子114添加到單晶半導體基板110中。在使用離子注入裝置的情況下，藉由對激發氫氣而產生的H⁺ 離子及H₂ ⁺ 離子進行質量分離，將H⁺ 離子及H₂ ⁺ 離子之一方加速並照射到單晶半導體基板110。

在添加氫離子的情況下，較佳的在損傷區域115中包含多於1_× 10²¹ _a t_o m_S /cm³ 的氫(H)。這是因為藉由在單晶半導體基板110中局部地添加高濃度氫，破壞晶格而使損傷區域115具有脆弱的多孔結構的緣故。損傷區域115的氫濃度根據離子114的劑量或加速電壓等控制。

在形成損傷區域115之後，如圖5C所示，在絕緣層112的上表面上，形成絕緣層113。藉由上述步驟，形成由絕緣層111、112及113構成的三層結構的緩衝層102。這裏，將形成有緩衝層102及損傷區域115的單晶半導體基板110稱為施體基板150。

絕緣層113是與支承基板100接合的接合層。藉由形成絕緣層113，在單晶半導體基板110的表面形成平滑且具有親水性的接合面，因此絕緣層113的平均粗糙度Ra較佳的為0.7nm以下，更佳的為0.4nm以下。另外，絕緣層113的厚度可以為10nm以上200nm以下。該厚度較佳的為5nm以上500nm以下，更佳的為10nm以上200nm以下。

例如，可形成氧化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜、氮化矽膜等作為絕緣層113。藉由CVD法形成的這些絕緣膜，可以與構成絕緣層111及112的絕緣膜同樣地形成。另外，在形成絕緣層113的步驟中，單晶半導體基板110的加熱溫度為350℃以下。這是因為防止為形成損傷區域115添加了的離子成為氣體而脫離損傷區域115的緣故。

例如，為了使用TEOS和O₂ 作為源氣體藉由PECVD法形成由氧化矽膜構成的絕緣層113，將TEOS以流量15sccm引入到處理室內，並將O₂ 以流量750sccm引入到處理室內。並且，藉由在成膜壓力為100Pa、成膜溫度300℃、RF輸出為300W、電源頻率為13.56MHz的條件下使處理氣體放電，形成氧化矽膜。

接著，部分地去除施體基板150的周邊部，而形成槽口部116。將形成有槽口部116的施體基板150稱為施體基板151。圖5D是施體基板151的剖視圖，而圖5E是其平面圖。圖5D是沿著圖5E所示的b1-b2線的剖視圖。

形成槽口部116，以在半導體基板51中儘量縮短相鄰的單晶半導體層101的間隔。例如，槽口部116的寬度W₁₁₆ 可以為1mm以上且30mm以下。另外，為了在損傷區域115中分割單晶半導體基板110，使得從單晶半導體基板110分離了的層殘留在支承基板100上，槽口部116形成為其深度比損傷區域115深。藉由蝕刻處理、以及照射雷射而使被處理物昇華的雷射加工處理等，可以形成槽口部116。

下面，參照圖6A至6E、圖8至圖11說明基板固定處理及電磁波照射處理步驟。在本實施例模式中，藉由分別進行兩次的基板固定處理及電磁波照射步驟，在支承基板100上將25個單晶半導體層固定為5行5列的行列形狀。

圖6A是說明第一次基板固定處理的剖視圖。圖8是其平面圖。圖6A是沿著圖8所示的a1-a2線的剖視圖。此外，為了方便起見，附圖標記151-1表示藉由第一次基板固定處理固定於支承基板100上的施體基板151，附圖標記151-2表示藉由第二次基板固定處理固定於支承基板100上的施體基板151。

如圖6A所示，密接施體基板151-1表面(緩衝層102表面)和支承基板100表面。在實現接合的初步階段中，范德華力(van der Waals force)作用於支承基板100表面和緩衝層102表面的接合的結合力，並且藉由對緩衝層102表面和支承基板100表面施加壓力，在這些表面的密接部分中形成共價鍵，而實現其結合力更高的接合。

例如，藉由從單晶半導體基板110一側對施體基板151-1的一部分施加壓力，從施加了壓力的部分開始使緩衝層102和支承基板100接合，並且接合部分擴展到緩衝層102的整個表面上。其結果是，施體基板151-1固定於支承基板100上。該基板固定處理步驟可在常溫(室溫)下進行，而不進行加熱處理，因此像玻璃基板之類的耐熱性低到耐熱溫度為700℃以下的基板可被用作支承基板100。

在第一次基板固定處理中，如圖8所示，將13個施體基板151-1配置為不在同一行及同一列中相鄰。這是因為在施體基板151-1的隔壁確保能夠藉由第二次以後的基板固定處理固定施體基板151-2的空間的緣故。虛線所示的區域121是藉由第二次基板固定處理固定施體基板151-2的區域。在本實施例模式中，藉由兩次的基板固定處理及電磁波照射處理，將25個單晶半導體層固定於支承基板100上，因此如圖8所示，施體基板151-1排列為按照每一行交錯的方式。

因為單晶半導體基板110的角部被倒角(參照圖4)，可以在兩個施體基板151-1的角部相鄰的部分122(由虛線圍繞的部分122)中使兩個施體基板151-1的角部鄰近。像這樣，可以在半導體基板51中縮短相鄰的單晶半導體層101的間隔。

接著，進行第一次電磁波照射處理。該處理是用來在損傷區域115中分割施體基板151-1的處理。圖6B是說明第一次電磁波照射處理的剖視圖，而圖9是其平面圖。圖6B是沿著圖9所示的b1-b2線的剖視圖。

如圖6B所示，藉由將頻率為300MHz以上且300GHz以下的電磁波123照射到施體基板151-1，半導體基板110因電磁波123的電場的作用而發熱。由於半導體基板110的溫度上升，所以在形成損傷區域115時添加了的元素或分子在形成在損傷區域115中的微小孔中凝集，從而內部的壓力上升。由於壓力上升，損傷區域115的微小孔的體積改變，且在損傷區域115中產生裂縫，因此單晶半導體基板110沿損傷區域115劈開。因為緩衝層102與支承基板100接合，所以從施體基板151-1(單晶半導體基板110)分離了的單晶半導體層117被固定在支承基板100之上。此外，單晶半導體基板124相當於分離了單晶半導體層117的單晶半導體基板110。

在上述電磁波照射處理中，可以使用微波加熱裝置及毫米波加熱裝置。微波加熱裝置是由於微波輻射而加熱處理物的裝置，而毫米波加熱裝置是由於毫米波輻射而加熱處理物的裝置。另外，電磁波123的照射時間為5分鐘以下的短時間，而可以為1分鐘以上且3分鐘以下。

在第一次電磁波照射處理結束後，進行第二次基板固定處理。圖6C是說明第二次基板固定處理的剖視圖。圖10是其平面圖。圖6C是沿著圖10所示的c1-c2線的剖視圖。在第二次基板固定處理中，將施體基板151-2固定於支承基板100的區域121上。第二次基板固定處理與第一次基板固定處理同樣地進行，而接合施體基板151-2的表面(緩衝層102的表面)和支承基板100的表面。

如由鏈條線圍繞的部分125所示，因為在施體基板151-2中形成有槽口部116，所以可以以其周圍與單晶半導體層117重疊的方式，將施體基板151-2固定於支承基板100上。其結果是，可以使從施體基板151-2分離了的單晶半導體層117接近從施體基板151-1分離了的單晶半導體層117。

此外，作為用於最初的基板固定處理的施體基板151-1，可以使用不形成有槽口部116的施體基板150。在第二次以後的基板固定處理中，較佳的使用形成有槽口部116的施體基板151。這是因為如下緣故：在第二次以後的基板固定處理中，有時以與單晶半導體層117相鄰的方式固定施體基板151，因此藉由使用形成有槽口部116的施體基板151，可以進一步縮短兩個單晶半導體層117的間隔。

在第二次基板固定處理結束後，進行第二次電磁波照射處理。圖6D是說明第二次電磁波照射處理的剖視圖。第二次電磁波照射處理也與第一次電磁波照射處理同樣地進行，將電磁波123照射到施體基板151-2，而在損傷區域115中分割單晶半導體基板110。

藉由反復進行兩次的基板固定處理和電磁波照射處理，如圖6E及圖11所示，形成5行5列的行列形狀的25個單晶半導體層117固定於支承基板100上的半導體基板153。圖11是半導體基板153的平面圖。圖6E是沿著圖11所示的e1-e2線的剖視圖。

然後，在本實施例模式中，進行對半導體基板153的單晶半導體層117照射雷射的雷射照射處理。圖7是說明雷射照射處理的剖視圖。

因為損傷區域115的形成及施體基板151的分割等的處理，單晶半導體層117的結晶性比單晶半導體基板110低。例如，在單晶半導體層117中形成有加工之前的單晶半導體基板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基板110分離了的表面，其平坦性低。因此，在本實施例模式中，為了恢復單晶半導體層117的結晶性，使單晶半導體層117熔化而使它再晶化。為該再晶化而將雷射照射到單晶半導體層117。另外，為了使單晶半導體層117的表面平坦化，照射雷射而使單晶半導體層117熔化。

如圖7所示，邊用雷射119對單晶半導體層117進行掃描，邊將雷射119照射到單晶半導體層117的分離面的整個表面上。作為雷射119的掃描，例如移動固定單晶半導體層117的支承基板100，而不移動雷射119。箭頭126表示支承基板100的移動方向。

藉由照射雷射119，單晶半導體層117吸收雷射119，使得照射了雷射119的部分的溫度上升。當該部分的溫度成為熔點以上時，單晶半導體層117熔化。當不再照射雷射119時，單晶半導體層117的熔化部分的溫度下降，過了一段時間後，熔化部分凝固而得到再晶化。藉由用雷射119掃描，將雷射119照射到單晶半導體層117的整個表面上，而形成再單晶化了的單晶半導體層101。

藉由照射雷射119，單晶半導體層101的結晶性比單晶半導體層117高。這是因為可以藉由使單晶半導體層117熔化而修復單晶半導體層中的懸空鍵、單晶半導體層和緩衝層的介面具有的缺陷等的微小缺陷等的緣故。另外，可以藉由如下方法評價單晶半導體層101及117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。

藉由照射雷射119，使單晶半導體層117中的照射了雷射119的區域部分地熔化或完全熔化。此外，單晶半導體層117處於完全熔化狀態指的是從表面到下表面的整個層熔化。在半導體基板153中，完全熔化狀態，指的是從單晶半導體層117的上表面到與緩衝層102的介面熔化而成為液體狀態。另一方面，使單晶半導體層117部分地熔化這一狀態，指的是以熔化的深度比與緩衝層102的介面(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處於部分熔化狀態，指的是上層熔化而變成液相，且下層不熔化而保持固相單晶半導體的狀態。

在單晶半導體層117中，藉由照射雷射119熔化了的部分凝固而再晶化，在該部分中形成其晶體取向與固相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)的單晶矽晶圓作為單晶半導體基板110時，單晶半導體層117的主表面的晶面取向為(100)，並且由於進行雷射照射處理而熔化並再晶化了的單晶半導體層101的主表面的晶面取向為(100)。

藉由照射雷射119，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101。這是因為如下緣故：由於單晶半導體層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，然後該液體部分凝固而再晶化，由此可以形成其表面被平坦化了的單晶半導體層101。藉由使單晶半導體層101的表面平坦化，可以將形成在單晶半導體層101上的閘極絕緣膜的厚度減薄到5nm至50nm左右。因此，可以形成抑制了閘極電壓且導通電流高的電晶體。

當照射雷射119時，既可不加熱單晶半導體層117而使其溫度為室溫，又可加熱單晶半導體層117。加熱溫度為支承基板100的應變點以下的溫度，可以為200℃以上且650℃以下。藉由在照射雷射119時加熱單晶半導體層117，可以降低單晶半導體層117熔化所需的雷射119的能量。藉由降低能量，可以增大雷射119的光束形狀的寬度(掃描方向的長度)，而可以提高掃描速度。由此，可以縮短處理一個半導體基板153的節拍時間。

雷射振盪器可以根據其振盪方法被區分為脈衝振盪、連續振盪雷射器、以及準連續振盪雷射脈衝。為了使單晶半導體層117熔化並再單晶化，較佳的使用脈衝振盪雷射器。在使用脈衝振盪雷射器的情況下，藉由照射一脈衝(一次)雷射，照射了脈衝的區域在照射下一脈衝之前熔化並凝固而再晶化。就是說，當照射下一脈衝時，照射一個脈衝而熔化了的區域已再晶化並回到固相狀態。因此，在照射從脈衝振盪雷射器振盪的雷射而熔化了的區域凝固時，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是最穩定的狀態。

另一方面，連續振盪雷射器連續地照射雷射，因此藉由用雷射進行掃描，使熔化區域(液相區域)和固相區域的介面在其方向上移動。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。這種情況與準連續振盪雷射器相同。

作為脈衝振盪雷射器，可以使用重複頻率為低於10MHz，較佳的為10kHz以下的雷射器。因為將重複頻率設定為低於10MHz，每次照射雷射，可以在照射下一雷射之前使照射區域熔化並凝固。另外，從脈衝振盪雷射器照射的雷射的脈衝寬度可以為10n秒以上且500n秒以下。

作為用於雷射照射步驟的脈衝振盪雷射器，例如有XeCl雷射器、KrF雷射器等受激準分子雷射器、Ar雷射器、Kr雷射器等氣體雷射器。還可以使用固體雷射器，例如有YAG雷射器、YVO₄ 雷射器、YLF雷射器、YAlO₃ 雷射器、GdVO₄ 雷射器、KGW雷射器、KYW雷射器、Y₂ O₃ 雷射器等。作為雷射，可以使用上述雷射振盪器的基波、高次諧波(二次諧波、三次諧波、四次諧波等)。在上述固體雷射器中，還有如下振盪器：即使使用同一雷射媒質，其振盪方法也成為連續振盪或準連續振盪。

另外，作為振盪雷射119的雷射振盪器，選擇其振盪波長在於紫外光區域至可見光區域的雷射振盪器。雷射119的波長是被單晶半導體層117吸收的波長。可以考慮到雷射119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1μm以下，較佳的為300nm以上且700nm以下。

根據雷射119的波長、雷射119的趨膚深度、單晶半導體層117的厚度等，可以決定雷射119的能量。例如，在使用波長300nm以上且400nm以下的脈衝振盪雷射器的情況下，雷射119的能量密度可以為300mJ/cm² 以上且800mJ/cm² 以下。

照射雷射119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選的。這是因為與大氣氣氛相比，氮等惰性氣體氣氛具有更高地提高單晶半導體層117的平坦性的效果的緣故。此外，還有如下優點：與大氣氣氛相比，惰性氣體氣氛更好地抑制裂縫等變形或層的變質的發生，從而用來實現結晶缺陷的減少及平坦化的雷射119的可用能量範圍變廣。

為了在惰性氣體氣氛中照射雷射119時，可以在具有氣密性的處理室內照射雷射119。藉由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雷射119。當不使用處理室時，邊對單晶半導體層117中的雷射119的照射面噴射惰性氣體，邊對該照射面照射雷射119，來可以實現惰性氣體氣氛下的雷射119的照射。

惰性氣體指的是在雷射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(N₂ 氣體)、氬或氙等稀有氣體等。另外，惰性氣體的氧濃度優選為30ppm以下，更佳的為10ppm以下。

另外，當在具有氣密性的處理室內進行雷射照射處理時，藉由對處理室內進行減壓而使它成為真空狀態，可以得到與在惰性氣體氣氛中進行雷射照射處理相同的效果。較佳的是，處理室內的壓力為12Pa以下，更佳的是，處理室內的壓力為4Pa以下。

另外，使雷射119經過光學系統，以將照射面上的雷射119的光束形狀設定為線形或矩形。由此，可以高產率地照射雷射119。

對單晶半導體層117照射雷射119前，可以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下，即使對其照射雷射119，有時也不能得到很好的平坦化的效果。可以藉由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。較佳的對其進行氫氟酸處理，直到單晶半導體層117的表面呈現斥水性為止。由於其呈現斥水性，可以確認已經從單晶半導體層117去除掉氧化膜。

圖7的雷射119的照射處理可以如下進行。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的支承基板100(半導體基板153)，配置在雷射照射裝置的載物臺上。在加熱單晶半導體層117時，藉由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℃以上且650℃以下。例如，加熱溫度為500℃。

使用XeCl受激準分子雷射器(波長：308nm、脈衝寬度：25n秒、重複頻率60Hz)作為雷射119的雷射振盪器。利用光學系統，將雷射119的截面形成為線形。邊用雷射119對單晶半導體層117進行掃描，邊將雷射119照射到單晶半導體層117。雷射119的掃描可以藉由移動雷射照射裝置的載物台而進行，載物台的移動速度與雷射的掃描速度相對應。藉由調整雷射119的掃描速度，對單晶半導體層117的同一區域照射1次以上且20次以下的雷射119。雷射119的照射次數較佳的為1以上且11以下。照射次數越少，雷射照射處理的節拍時間越短。

在對單晶半導體層117照射雷射119之前，可以蝕刻單晶半導體層117。藉由進行該蝕刻，可以去除在單晶半導體層117的分離面上殘留的損傷區域115。藉由去除損傷區域115，可以提高藉由照射雷射119平整表面並恢復結晶性的效果。

作為上述蝕刻，可以使用乾蝕刻法或濕蝕刻法。在乾蝕刻法中，作為蝕刻氣體，可以使用氯化硼、氯化矽及四氯化碳等的氯化物氣體、氯氣、氟化硫及氟化氮等的氟化物氣體、氧氣等。在濕蝕刻法中，作為蝕刻液，可以使用四甲基氫氧化銨(tetramethyl ammonium hydroxide，簡稱TMAH)溶液。

較佳的是，在進行上述蝕刻的情況下，也在對單晶半導體層117照射雷射119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。可以藉由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。

藉由對半導體基板153進行雷射照射處理，完成半導體基板51(參照圖3A及圖3B)。

在照射雷射119之後，可以進行以不使單晶半導體層101熔化的溫度加熱的加熱處理。該加熱處理可以使用加熱爐如擴散爐或電阻加熱爐等、RTA裝置等。為了修復單晶半導體層101的缺陷，單晶半導體層101的加熱溫度為400℃以上，但是該加熱溫度是不使單晶半導體層101熔化的溫度，並是支承基板100的應變點以下的溫度。該加熱溫度較佳的為500℃以上，例如可以為500℃以上且700℃以下，更佳的將單晶半導體層101加熱到550℃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(N₂ 氣體)、氬或氙等稀有氣體等。另外，惰性氣體氣氛中的氧濃度較佳的為30ppm以下，更佳的為10ppm以下。另外，藉由將加熱處理的氣氛設定為減壓狀態(真空狀態)，可以防止單晶半導體層表面的氧化。壓力較佳的為1×10^-3 以上且5×10^-3 Pa以下。

例如，在使用加熱爐進行上述加熱處理的情況下，例如採用氮氣氣氛。並且，以處理溫度500℃對單晶半導體層101加熱1小時，然後，將加熱溫度上升到550℃以上且650℃以下，在該溫度下加熱4小時。或者，以處理溫度500℃對單晶半導體層101加熱1小時，然後，將加熱溫度上升到600℃，在600℃的溫度下加熱4小時。在使用RTA裝置的情況下，採用氮氣氣氛，進行處理溫度為600℃以上且700℃以下並且處理時間為0.5分鐘以上且30分鐘以下的加熱處理。

雷射照射處理後的加熱處理的效果之一是單晶半導體層101的壽命的提高。壽命越長，半導體中的缺陷和雜質越少。因此，藉由使用壽命長的單晶半導體層101，可以製造電特性優良且可靠性高的電晶體。

也可以在照射雷射119之後，將單晶半導體層101蝕刻而薄膜化。可以根據從單晶半導體層101形成的元件的特性決定單晶半導體層101的厚度，例如其厚度可以為70nm以下且5nm以上。上述薄膜化步驟較佳的在加熱處理前進行。這是因為可以藉由進行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101的損傷的緣故。

作為用來使單晶半導體層101薄膜化的蝕刻，可以使用乾蝕刻法或濕蝕刻法。在乾蝕刻法中，作為蝕刻氣體，可以使用氯化硼、氯化矽及四氯化碳等的氯化物氣體、氯氣、氟化硫及氟化氮等的氟化物氣體、氧氣等。在濕蝕刻法中，作為蝕刻液，可以使用TMAH溶液。

在本發明的製造方法中，由於可以在700℃以下的處理溫度下進行基板固定處理、電磁波照射處理、以及雷射照射處理(參照圖6A至6E及圖7)，所以可以使用應變溫度為700℃以下的玻璃基板作為支承基板100。

另外，由於藉由照射頻率為300MHz以上且300GHz以下的電磁波123進行用來分割單晶半導體基板110的處理，因此可以將支承基板100的溫度上升抑制為400℃以下。因此，在分割單晶半導體基板110的處理中，可以抑制玻璃基板的收縮。由此，藉由進行多次的單晶半導體基板固定處理及分割處理，可以將多個單晶半導體層101固定於玻璃基板等容易收縮的支承基板100上。再者，可以在容易收縮的基板上高位置精度地固定多個單晶半導體層。

另外，在本發明中，當進行電磁波照射處理時，可以將支承基板100及單晶半導體基板110的溫度上升抑制為400℃以下，因此可以防止單晶半導體基板110在分割處理中因其與支承基板100的熱膨脹的差異而破壞。從而，可以使用其熱膨脹係數與單晶半導體基板110(具體地說，單晶矽基板)大不相同(5倍以上的差異)的異種材料的基板如石英基板作為支承基板100。

此外，本實施例模式的半導體基板的製造方法，可以與其他實施例模式的半導體基板的製造方法、以及其他實施例模式的半導體裝置的製造方法搭配。

實施例模式3

在本實施例模式中，說明半導體基板的製造方法。圖12是本實施例模式的半導體基板的製造方法的流程圖。藉由圖12所示的流程，可以製造圖1A、1B及1C所示的半導體基板11至13。

在圖12中，步驟S11至步驟S15與圖2所示的步驟S1至步驟S5相同。準備支承基板(步驟S11)，並且準備後面固定於支承基板上的多個單晶半導體基板(步驟S12)。在本實施例模式的步驟S12中，將氫離子添加到單晶半導體基板而形成損傷區域。接著，進行基板固定處理，而貼合在步驟S11中準備的支承基板和在步驟S12中準備的一個或兩個以上的單晶半導體基板(步驟S13)。

接著，對藉由基板固定處理，貼合在支承基板上的一個或多個單晶半導體基板照射頻率為300MHz以上且300GHz以下的電磁波，而在損傷區域中，分割上述單晶半導體基板(步驟S14)。藉由上述電磁波照射處理，在支承基板上固定一個或多個單晶半導體層。反復進行步驟S13和步驟S44，直到在支承基板上固定預定數量的單晶半導體層為止(步驟S15)。

在將需要數量的單晶半導體層固定於支承基板上之後，在進行雷射照射處理之前進行加熱處理(步驟S16)。在該加熱處理中，在410℃以上且不熔化的溫度下，加熱單晶半導體層。

在步驟S12中，為形成損傷區域而將氫添加到單晶半導體基板中，因此固定於支承基板上的多個單晶半導體層包含氫。步驟S16的目的之一在於藉由在410℃以上的溫度下進行加熱處理從單晶半導體層釋放氫氣而降低氫濃度。另外，藉由進行上述加熱處理，可以增高藉由基板固定處理形成的接合部的結合力。加熱處理的溫度較佳的為500℃以上，更佳的為550℃以上。

接著，對被貼合在支承基板上的多個單晶半導體層照射雷射(步驟S17)。該雷射照射處理是用來恢復被貼合在支承基板上的單晶半導體層的結晶性，並用來使其表面平坦化的處理。

在將氫添加在單晶半導體基板中來形成損傷區域的情況下，從單晶半導體基板分離了的單晶半導體層也包含多量的氫。若對單晶半導體層的雷射照射導致從單晶半導體層噴出氫，則不能實現結晶性的恢復及平坦化。在氫濃度高於1×10²¹ atomic/cm³ 時，難以控制雷射的能量密度以實現結晶性的恢復及平坦化。

鑒於上述問題，可以在雷射照射處理之前進行410℃以上的加熱處理來降低單晶半導體層的氫濃度，以防止雷射照射導致從單晶半導體層噴出氫。因此，容易控制結晶性恢復及平坦化所需的雷射的照射能量。就是說，藉由預先進行加熱處理，雷射照射處理的可用照射能量範圍變廣，可以藉由雷射照射而高再現性地實現結晶性的恢復及平坦化。為了確保雷射照射處理的效果的再現性，較佳的藉由步驟S16的加熱處理將單晶半導體層的氫濃度設定為1×10²¹ atomic/cm³ 以下，更佳的為7×10²⁰ atomic/cm³ 以下。

藉由進行步驟S11至步驟S17，可以製造結晶性及平坦性優良的多個單晶半導體層固定於支承基板上的半導體基板。

下面，參照圖13A至13C具體地說明圖12所示的各處理。在本實施例模式中，作為半導體基板的製造方法的一個例子，說明圖3A及圖3B所示的半導體基板51的製造方法。

首先，根據實施例模式2所說明的半導體基板51的製造方法，進行步驟S11至步驟S15，以形成半導體基板153(參照圖5A至6E、以及圖8至圖11)。圖13A示出半導體基板153的剖視圖。

接著，進行加熱處理，來降低單晶半導體層117的氫濃度。圖13B是說明加熱處理的剖視圖。在圖13B中，箭頭示意性地表示氫氣128從單晶半導體層117釋放到氣相中。藉由加熱處理降低了氫濃度的單晶半導體層117被稱為單晶半導體層118，而加熱處理後的半導體基板153被稱為半導體基板154。

在上述加熱處理中，可以使用擴散爐和電阻加熱爐等加熱爐、RTA裝置等。將單晶半導體層117加熱到410℃以上。加熱處理的溫度較佳的為500℃以上，更佳的為550℃以上。另外，較佳的將加熱處理後的單晶半導體層118的氫濃度設定為1×10²¹ atomic/cm³ 以下。在使用加熱爐進行上述加熱處理的情況下，例如以處理溫度500℃對半導體基板153加熱1小時，然後，將加熱溫度上升到550℃，在該溫度下加熱4小時。另外，上述加熱處理的目的也可以是提高藉由基板固定處理形成的接合部分的結合力，而不是降低單晶半導體層117的氫濃度。

接著，對半導體基板154的單晶半導體層118照射雷射119。圖13C是說明雷射照射處理的剖視圖。本實施例模式的雷射照射處理可以與圖7所示的雷射照射處理同樣地進行。藉由對單晶半導體層118照射雷射119而使它熔化，可以形成再單晶化了的單晶半導體層101。藉由上述步驟，完成半導體基板51(參照圖3A及圖3B)。

此外，本實施例模式的半導體基板的製造方法，可以與其他實施例模式的半導體基板的製造方法、以及其他實施例模式的半導體裝置的製造方法搭配。

實施例模式4

在本實施例模式中，說明其疊層結構與圖1B所示的半導體基板12相同的半導體基板的製造方法作為半導體基板的製造方法的一個例子。

圖14A是根據本實施例模式的方法製造的半導體基板52的剖視圖，而圖14B是其平面圖。圖14A是沿著圖14B所示的a1-a2的剖視圖。

與半導體基板12同樣，半導體基板52在支承基板100上隔著緩衝層102及緩衝層103設置多個單晶半導體層101。25個單晶半導體層101被配置為5行5列的行列形狀。在半導體基板52中，緩衝層102和緩衝層103接合，而將各單晶半導體層101固定於支承基板100上。緩衝層102是形成在單晶半導體基板(單晶半導體層101)上的層。在本實施例模式中，緩衝層102具有由絕緣層131構成的單層結構。另一方面，緩衝層103是形成在支承基板100表面上的層。在本實施例模式中，緩衝層103具有由絕緣層132及絕緣層133構成的兩層結構。

下面，參照圖15及圖16A至16E說明半導體基板52的製造方法。

首先，準備在其表面上形成有緩衝層103的支承基板100。圖15是形成有緩衝層103的支承基板100的剖視圖。在本實施例模式中，形成由絕緣層132及絕緣層133構成的疊層膜，來將它用作緩衝層103。作為絕緣層132和絕緣層133的搭配，有氮化矽膜和氧化矽膜、氮化矽膜和氧氮化矽膜、氮氧化矽膜和氧化矽膜、氮氧化矽膜和氧氮化矽膜等。這些膜可以與實施例模式2的緩衝層102同樣地形成。

例如，在使用PECVD法形成由氮氧化矽構成的絕緣層132和由氧氮化矽構成的絕緣層133的情況下，將支承基板100傳送到PECVD裝置的處理室中。然後，將SiH₄ 、N₂ O、NH₃ 及H₂ 作為用來形成絕緣層132的處理氣體引入到處理室中，來產生該處理氣體的電漿，以在支承基板100上形成氮氧化矽膜。接著，將引入到處理室內的氣體換成用來形成絕緣層133的處理氣體。這裏，使用SiH₄ 及N₂ O。藉由產生這些混合氣體的電漿，連續地在氮氧化矽膜上形成氧氮化矽膜。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氮氧化矽膜和氧氮化矽膜。當然，藉由改變引入到處理室內的氣體，可以形成氮化矽膜作為絕緣層132，並形成氧化矽膜作為絕緣層133。

藉由如上所述那樣連續形成絕緣層132及133，可以高產率地形成支承基板100表面上的緩衝層103。另外，因為能夠不接觸大氣地形成絕緣層132及133，因此可以防止絕緣層132與133的介面被大氣污染。

下面，參照圖16A至16E說明準備形成有緩衝層102及損傷區域115的單晶半導體基板110的方法。

首先，清洗單晶半導體基板110來使它乾淨。然後，如圖16A所示，在單晶半導體基板110表面上，形成保護膜135。為了防止在進行離子照射處理時單晶半導體基板110被金屬等雜質污染，並防止單晶半導體基板110的表面因照射離子的衝擊而被損傷等，形成保護膜135。該保護膜135可以藉由CVD法等堆積氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、氧氮化矽等絕緣材料而形成。保護膜135還可以藉由使單晶半導體基板110氧化或氮化而形成。例如，當使單晶半導體基板110氧化而形成由氧化膜構成的保護膜135時，可以採用熱氧化處理(乾氧化處理、水蒸氣氧化處理)、利用含臭氧水的氧化處理。在進行乾氧化處理的情況下，較佳的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HCl、HF、NF₃ 、HBr、Cl₂ 、ClF₃ 、BCl₃ 、F₂ 、Br₂ 等中的一種或多種氣體。

接著，如圖16B所示，將離子114隔著保護膜135照射到單晶半導體基板110，以在離單晶半導體基板110的表面有預定深度的區域中形成損傷區域115。上述步驟可以與實施例模式2的損傷區域115的形成步驟(參照圖5B)同樣地進行。

在形成損傷區域115之後，去除保護膜135。接著，如圖16C所示，在單晶半導體基板110的上表面上，形成構成緩衝層102的絕緣層131。將形成有緩衝層102及損傷區域115的單晶半導體基板110稱為施體基板160。

絕緣層131可以與實施例模式2的絕緣層113同樣地形成。另外，絕緣層131可以與實施例模式2的絕緣層111同樣地對單晶半導體基板110進行氧化處理而形成。另外，氧化處理的處理溫度是為形成損傷區域115添加了的元素或分子不從單晶半導體基板110脫離的溫度，其加熱溫度較佳的為350℃以下。作為這種低溫氧化處理，可以採用利用含臭氧水的氧化處理、採用電漿處理或高密度電漿處理的氧化處理等。

接著，部分地去除施體基板160的周邊部，而形成槽口部116。將形成有槽口部116的施體基板160稱為施體基板161。槽口部116可以與實施例模式2同樣地形成。圖16D是施體基板161的剖視圖，而圖16E是其平面圖。圖16D是沿著圖16E所示的b1-b2線的剖視圖。

藉由上述步驟，準備形成有緩衝層103的支承基板100及施體基板161。後面的步驟與實施例模式2或實施例模式3同樣地進行，而完成半導體基板52(參照圖14A及圖14B)。

此外，本實施例模式的半導體基板的製造方法，可以與其他實施例模式的半導體基板的製造方法及半導體裝置的製造方法搭配。例如，可以使用施體基板161代替實施例模式2的施體基板151，以製造具有單層結構的緩衝層102的半導體基板51。與此相反，在本實施例模式中，可以使用施體基板151代替施體基板161，以製造具有三層結構的緩衝層102的半導體基板52。

實施例模式5

在本實施例模式中，說明其疊層結構與圖1C所示的半導體基板13相同的半導體基板的製造方法作為半導體基板的製造方法的一個例子。

圖17A是根據本實施例模式的方法製造的半導體基板53的剖視圖，而圖17B是其平面圖。圖17A是沿著圖17B所示的a1-a2的剖視圖。與半導體基板13同樣，半導體基板53在支承基板100上隔著緩衝層103設置多個單晶半導體層101。在半導體基板53中，單晶半導體層101和緩衝層103接合，而將各單晶半導體層101固定於支承基板100上。緩衝層103是形成在支承基板100上的層。在本實施例模式中，緩衝層103具有由絕緣層132及絕緣層133構成的兩層結構。25個單晶半導體層101被配置為5行5列的行列形狀。下面，說明半導體基板53的製造方法。

首先，準備形成有緩衝層103的支承基板100、以及形成有損傷區域115的多個單晶半導體基板110。與實施例模式3同樣，在支承基板100上形成緩衝層103，來準備形成有緩衝層103的支承基板100(參照圖15)。

下面，參照圖18A至18E說明準備形成有損傷區域115的單晶半導體基板110的方法。根據實施例模式4的施體基板161的製造步驟，進行這個準備步驟。首先，清洗單晶半導體基板110來使它乾淨。然後，如圖18A所示，在單晶半導體基板110表面上形成保護膜135。

接著，如圖18B所示，將離子114隔著保護膜135照射到單晶半導體基板110，以在離單晶半導體基板110的表面有預定深度的區域中形成損傷區域115。

在形成損傷區域115之後，去除保護膜135(參照圖18C)。將形成有損傷區域115的半導體基板110稱為施體基板170。

接著，部分地去除施體基板170的周邊部，而形成槽口部116。將形成有槽口部116的施體基板170稱為施體基板171。圖18D是施體基板171的剖視圖，而圖18E是其平面圖。圖18D是沿著圖18E所示的b1-b2線的剖視圖。

藉由上述步驟，準備形成有緩衝層103的支承基板100及施體基板171。後面的步驟與實施例模式2或實施例模式3同樣地進行，而完成半導體基板53(參照圖17A及圖17B)。

此外，本實施例模式的半導體基板的製造方法，可以與其他實施例模式的半導體基板的製造方法及半導體裝置的製造方法搭配。

實施例模式6

在實施例模式2至5中，說明了從一個施體基板分離一個單晶半導體層來將它固定於支承基板上而製造半導體基板的方法。在本實施例模式中，說明從一個施體基板分離多個單晶半導體層來將它固定於支承基板上而製造半導體基板的方法。

圖19A是根據本實施例模式的方法製造的半導體基板54的剖視圖，而圖19B是其平面圖。圖19A是沿著圖19B所示的a1-a2的剖視圖。與半導體基板11同樣，半導體基板54在支承基板100上隔著緩衝層102設置多個單晶半導體層105。在半導體基板54中，支承基板100和緩衝層102接合，而將各單晶半導體層105固定於支承基板100上。緩衝層102具有由絕緣層141及142構成的兩層結構。在由圖19B中的鏈條線圍繞的區域144內配置為3行3列的行列形狀的9個單晶半導體層105，是從一個單晶半導體基板110分離了的層。

下面，參照圖20A至20E說明準備形成有損傷區域115的單晶半導體基板110的方法。在本實施例模式中，根據實施例模式2的施體基板151的製造步驟進行這個準備步驟。

首先，清洗單晶半導體基板110，並在單晶半導體基板110的表面上形成絕緣層141(參照圖20A)。絕緣層141可以與絕緣層111同樣地形成。作為絕緣層141，較佳的使用氧化矽膜、氧氮化矽膜。

接著，將離子114隔著絕緣層141照射到單晶半導體基板110，以在離單晶半導體基板110的表面有預定深度的區域中形成損傷區域115。

接著，在絕緣層141上，形成絕緣層142(參照圖20C)。絕緣層142被用作與支承基板100貼合的層(接合層)。

絕緣層142可以與絕緣層113同樣地形成。例如，可以藉由CVD法形成氮化矽膜、氮氧化矽膜、氧化矽膜或氧氮化矽膜。藉由使用氮化矽膜或氮氧化矽膜形成絕緣層142，可以將絕緣層142用作阻擋層，因此是較佳的。可以藉由PECVD法使用至少包含矽烷氣體、氨氣及氫氣的原料氣體形成氮化矽膜或氮氧化矽膜。在形成氮氧化矽膜的情況下，可以對原料氣體添加氮氧化物氣體。

藉由上述步驟，準備形成有兩層結構的緩衝層102及損傷區域115的單晶半導體基板110。該單晶半導體基板110被稱為施體基板180。

接著，部分地去除施體基板180，而形成槽口部146。將形成有槽口部146的施體基板180稱為施體基板181。圖20D是形成有槽口部146的施體基板181的剖視圖，而圖20E是其平面圖。圖20D是沿著圖20E所示的b1-b2線的剖視圖。藉由形成槽口部146，在施體基板181的上部形成多個凸部181a(在本實施例模式中，9個凸部181a)。

槽口部146的形成方法如下：去除施體基板180的周圍，以在半導體基板54中儘量縮短相鄰的單晶半導體層105的間隔。再者，部分地去除施體基板180而在施體基板180中形成槽，以將施體基板180的上部分割成多個區域。在本實施例模式中，在施體基板181中形成格子形槽。就是說，如圖20D及20E所示，由於槽口部146而將施體基板181的上層分割成3行3列的行列形狀。如上所述，藉由形成槽口部146，可以使用一個施體基板181將被配置為行列形狀的9個單晶半導體層105固定於支承基板100上。

另外，將槽口部146形成為其深度比損傷區域115深，以當在損傷區域115中分割施體基板181時，使損傷區域115上面的部分殘留在支承基板100上。由此，藉由分割施體基板181，可以將多個凸部181a固定於支承基板100上。

槽口部146可以藉由蝕刻處理、雷射加工處理等而形成。當然，用來分割施體基板180的上部的槽口部146的形狀，不局限於本實施例模式所示的形狀。只要以固定於支承基板100上的單晶半導體層105的面積等於或大於形成半導體元件所需的半導體層的方式在施體基板180中形成槽口部146，即可。

後面的步驟可以與實施例模式2或實施例模式3同樣地進行，而完成半導體基板54(參照圖19A及19B)。此外，在本實施例模式中，只使用形成有槽口部146的施體基板181以製造半導體基板54，但是也可以在一部分的施體基板181中形成圖5D所示的槽口部116，而從一個施體基板181形成一個單晶半導體層105。

本實施例模式的半導體基板的製造方法，可以與其他實施例模式的半導體基板的製造方法及半導體裝置的製造方法搭配。例如，可以在實施例模式4所示的形成有緩衝層103的支承基板100上固定施體基板181，以製造半導體基板。另外，如實施例模式5所示，可以製造單晶半導體層105只隔著緩衝層103固定於支承基板100上的半導體基板。另外，可以使用本實施例模式所示的施體基板181製造半導體基板51及半導體基板52。

實施例模式7

在本實施例模式中，說明使用根據本發明的半導體基板的半導體裝置及其製造方法。在本實施例模式中，作為使用根據本發明的半導體基板的半導體裝置的一個例子，對電晶體進行說明。藉由搭配多個電晶體，形成各種半導體裝置。下面，參照圖21A至21E、圖22A至22C、以及圖23的剖視圖說明電晶體的製造方法。此外，在本實施例模式中，說明同時製造n通道型電晶體和p通道型電晶體的方法。

準備貼合有單晶半導體層的半導體基板。在本實施例模式中，使用其疊層結構與圖3A和3B所示的半導體基板51相同的半導體基板製造電晶體。圖21A是半導體基板的一部分的剖視圖，其中在支承基板600上隔著三層的絕緣層602-1、602-2及602-3固定單晶半導體層601。絕緣層602-1、602-2及602-3是構成緩衝層的層。雖然在圖21A中只有一個單晶半導體層601，但是在支承基板600上與絕緣層602-3接合地設置多個單晶半導體層601。用來製造電晶體的半導體基板，不局限於半導體基板51，可以使用根據本發明的半導體基板。

接著，如圖21B所示，蝕刻支承基板600上的單晶半導體層601而將它加工(構圖)為所希望的形狀，以形成單晶半導體層604和單晶半導體層605。使用單晶半導體層604形成p通道型電晶體，並使用單晶半導體層605形成n通道型電晶體。此外，為了製造電晶體，也可以不使用支承基板600上的所有單晶半導體層601，而可以使用至少一個單晶半導體層601。另外，使用一個單晶半導體層601形成至少一個電晶體。

可以對單晶半導體層604和單晶半導體層605添加成為施體或受體的雜質元素，以控制臨界値電壓。成為受體的雜質元素為p型雜質元素，有硼、鋁、鎵等。另外，成為施體的雜質元素為n型雜質元素，有磷、砷等。例如，在作為受體元素添加硼的情況下，以5×10¹⁶ cm^-3 以上且1×10¹⁷ cm^-3 以下的濃度添加即可。用來控制臨界値電壓的雜質元素添加，既可對被進行蝕刻加工之前的單晶半導體層601進行，又可對單晶半導體層604和單晶半導體層605進行。

下面，以使用弱p型單晶矽基板形成單晶半導體層601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601蝕刻之前，對單晶半導體層601的整體添加硼。該硼添加的目的在於調整p型電晶體的臨界値電壓。使用B₂ H₆ 作為摻雜劑氣體，以1×10¹⁶ 至1×10¹⁷ /cm³ 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6×10¹⁶ /cm³ 。接著，蝕刻半導體基板的單晶半導體層601，來形成單晶半導體層604及605。然後，只對單晶半導體層605添加硼。上述第二次的硼添加的目的在於調整n型電晶體的臨界値電壓。使用B₂ H₆ 作為摻雜劑氣體，以1×10¹⁶ 至1×10¹⁷ /cm³ 的濃度對單晶半導體層605添加硼。例如，硼的濃度可以為6×10¹⁶ /cm³ 。

接著，如圖21C所示，覆蓋單晶半導體層604和單晶半導體層605地形成絕緣層606。作為絕緣層606，可以在350℃以下的處理溫度下，藉由PECVD法層疊一層或兩層以上的氧化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜或氮化矽膜等而形成。另外，作為構成絕緣層606的膜，藉由進行高密度電漿處理，使單晶半導體層604和單晶半導體層605的表面氧化或氮化而形成。高密度電漿處理，例如使用He、Ar、Kr、xe等的稀有氣體與選自氧、氧化氮、氨、氮等中的氣體的混合氣體來進行。也可以將氫添加到該混合氣體。藉由使用微波激發電漿，可以產生低電子溫度且高密度的電漿。藉由使用由這種高密度的電漿產生的氧基(也有包括OH基的情況)或氮基(也有包括NH基的情況)，使單晶半導體層604及605的表面氧化或氮化，在單晶半導體層604及605的表面上，形成厚度為1nm至20nm，較佳的為5nm至10nm的絕緣膜。

接著，如圖21D所示，在絕緣層606上，形成具有單層結構或疊層結構的導電膜。藉由將該導電膜加工(構圖)為預定的形狀，在單晶半導體層604、605上，隔著絕緣層606形成電極607。可以使用CVD法、濺射法等形成導電膜。作為構成導電膜的膜，可以使用由鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鋁(Al)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鈮(Nb)等構成的金屬膜、以上述金屬為主要成分的合金膜、以及上述金屬的化合物膜。還可以使用摻雜了賦予導電性的雜質元素如磷等而成的矽等半導體膜。

在使用兩層結構的導電膜形成電極607的情況下，作為兩層結構的導電膜的搭配，可以使用氮化鉭膜和鎢膜、鉭膜和鎢膜、氮化鎢膜和鎢膜、氮化鉬膜和鉬膜、鋁膜和鉭膜、以及鋁膜和鈦膜等。此外，前面記載的膜是第一層導電膜。鎢膜和氮化鉭膜的耐熱性高，因此較佳的用作第一層導電膜。另外，在採用三層結構的導電膜形成電極607的情況下，可以形成鉬膜、鋁膜和鉬膜的疊層膜。

另外，作為構成電極607的導電膜的蝕刻處理，可以使用ICP(Inductively Coupled Plasma，即感應耦合電漿)蝕刻法。作為蝕刻用氣體，可以適當地使用氯類氣體如氯、氯化硼、氯化矽或四氯化碳等；氟類氣體如四氟化碳、氟化硫或氟化氮等；或者氧。藉由適當地調節蝕刻條件(施加到線圈型電極的電力量、施加到基板一側的電極的電力量、基板一側的電極溫度等)，或者調整用於蝕刻處理的掩模形狀，可以形成其端部為錐形的電極607。

接著，如圖21E所示，以電極607為掩模，對單晶半導體層604、605添加賦予一導電型的雜質元素。在本實施例模式中，對單晶半導體層604添加成為受體的雜質元素(例如硼)，而對單晶半導體層605添加成為施體的雜質元素(例如磷或砷)。上述步驟用來在單晶半導體層604中形成用作源區或汲區的雜質區域，並在單晶半導體層605中形成用作高電阻區域的雜質區域。在單晶半導體層604中形成p型高濃度雜質區域608，而在單晶半導體層605中形成n型低濃度雜質區域609。n型低濃度雜質區域609被用作n型高電阻雜質區域。另外，在單晶半導體層604及605中，與電極607重疊的區域分別成為通道形成區域610及611。

當將賦予p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605，以不使賦予p型的雜質元素添加到單晶半導體層605。另外，當將賦予n型的雜質元素添加到單晶半導體層605時，使用掩模等覆蓋單晶半導體層604，以不使賦予n型的雜質元素添加到單晶半導體層604。或者，還可以首先對單晶半導體層604及單晶半導體層605添加賦予p型及n型之任何一方的雜質元素，然後僅對一個單晶半導體層添加賦予所希望的導電型的雜質元素。例如，可以在對單晶半導體層604及單晶半導體層605雙方添加n型雜質元素之後，僅對單晶半導體層604添加P型雜質元素。

接著，如圖22A所示，在電極607的側面形成側壁612。藉由以覆蓋絕緣層606及電極607的方式形成絕緣膜，並進行以垂直方向為主體的各向異性蝕刻而部分地去除上述絕緣膜，可以形成側壁612。另外，藉由用來形成側壁612的各向異性蝕刻，還蝕刻絕緣層606，從而與電極607及側壁612重疊的部分殘留在支承基板600上。作為構成側壁612的絕緣膜，可以藉由PECVD法或濺射法等層疊一層或兩層以上的氧化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜等由無機材料構成的膜、包含有機樹脂等的有機材料的膜而形成。在本實施例模式中，藉由PECVD法形成厚度為100nm的氧化矽膜。作為用來對氧化矽膜進行各向異性蝕刻的蝕刻氣體，可以使用CHF₃ 和氦的混合氣體。

接著，如圖22B所示，以電極607及側壁612為掩模，對單晶半導體層605添加賦予n導電型的雜質元素。這個步驟是為了在單晶半導體層605中形成用作源區或汲區的雜質區域的步驟。在上述步驟中，使用掩模等覆蓋單晶半導體層604，然後僅對單晶半導體層605添加賦予n型的雜質元素。以電極607和側壁612為掩模，在單晶半導體層605中以自對準方式形成一對n型高濃度雜質區域614。

接著，在去除覆蓋單晶半導體層604的掩模之後，進行加熱處理，使添加到單晶半導體層604中的賦予p型的雜質元素、以及添加到單晶半導體層605中的賦予n型的雜質元素活化。藉由圖21A至圖22B所示的一系列步驟，在支承基板600上，形成p通道型電晶體617及n通道型電晶體618。

另外，為了降低源區及汲區的電阻，可以使單晶半導體層604的p型高濃度雜質區域608、單晶半導體層605的n型高濃度雜質區域614矽化物化而形成矽化物層。為了實現矽化物化，將金屬接觸於單晶半導體層604及605，並藉由加熱處理使半導體層中的矽和金屬起反應，來產生矽化物化合物。上述金屬較佳的為鈷或鎳，可以使用鈦(Ti)、鎢(W)、鉬(Mo)、鋯(Zr)、Hf(鉿)、鉭(Ta)、釩(V)、釹(Nd)、鉻(Cr)、鉑(Pt)、鈀(Pd)等。在單晶半導體層604和單晶半導體層605的厚度薄的情況下，可以使矽化物化促進到其區域的單晶半導體層604和單晶半導體層605的底部。作為用來矽化物化的加熱處理，可以使用加熱爐、RTA裝置及雷射照射裝置。

接著，如圖22C所示，覆蓋p通道型電晶體617和n通道型電晶體618地形成絕緣膜619。作為絕緣膜619，形成包含氫的絕緣膜。在本實施例模式中，使用包含甲矽烷、氨、N₂ O的源氣體藉由PECVD法，形成約600nm厚的包含氫的氮氧化矽膜。使絕緣膜619包含氫是因為可以擴散來自絕緣膜619的氫而終止單晶半導體層604和單晶半導體層605的懸空鍵的緣故。另外，藉由形成由氮氧化矽構成的絕緣膜619，可以形成防止鹼金屬或鹼土金屬等雜質(典型為鈉)進入p通道型電晶體617和n通道型電晶體618中的阻擋層。

接著，覆蓋p通道型電晶體617和n通道型電晶體618地在絕緣膜619上形成具有單層結構或疊層結構的絕緣膜620。作為構成絕緣膜620的膜，可以使用由聚醯亞胺、丙烯酸、苯並環丁烯、聚醯胺、環氧等具有耐熱性的有機材料構成的膜。除了上述有機材料膜之外，還可以使用由低介電常數材料(低k材料)、矽氧烷類樹脂、氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、PSG(磷矽玻璃)、BPSG(硼磷矽玻璃)、礬土等構成的膜。矽氧烷類樹脂相當於以矽氧烷類材料為起始材料而形成的包含Si-O-Si鍵的樹脂。矽氧烷類樹脂除了氫之外也可以具有氟、烷基及芳基中的至少一種作為取代基。另外，作為絕緣膜620的形成方法，可以根據其材料使用CVD法、濺射法、SOG法、旋轉塗敷、浸漬塗佈、噴塗、液滴噴射法(噴墨法、絲網印刷、膠版印刷等)、刮刀、輥式塗佈、幕塗、刮刀塗佈等。

接著，藉由在氮氣氛中在400℃至450℃左右(例如410℃)的溫度下進行1小時左右的加熱處理，擴散來自絕緣膜619的氫，以用氫終止單晶半導體層604和單晶半導體層605的懸空鍵。

然後，以暴露p型高濃度雜質區域608及n型高濃度雜質區域614的方式，在絕緣膜619及620中形成接觸孔。可以藉由利用CHF₃ 和He的混合氣體的乾蝕刻法形成接觸孔，但是不局限於此。接著，在絕緣膜620上，形成單層結構或疊層結構的導電膜。藉由對該導電膜進行蝕刻處理，如圖23所示那樣，形成藉由上述接觸孔連接於p型高濃度雜質區域608的導電膜621及連接於n型高濃度雜質區域614的導電膜622。

在圖23中，示出p通道型電晶體617及n通道型電晶體618的平面圖，同時示出沿該平面圖中的D1-D2線的剖視圖。在圖23所示的平面圖中，省略導電膜621及622、絕緣膜619、絕緣膜620。

構成導電膜621、622的導電膜，可以藉由CVD法或濺射法等形成。作為上述導電膜，可以使用由鋁(Al)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鉬(Mo)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、錳(Mn)、釹(Nd)等構成的金屬膜、以上述金屬為主要成分的合金膜、上述金屬的化合物膜。由於以鋁為主要成分的膜的電阻値低，因此較佳的用作構成導電膜621及622的導電膜。另外，作為低電阻的膜，較佳的使用添加有碳、矽、鎳、銅等的鋁膜，這是因為與純鋁膜相比不容易產生小丘的緣故。

在將以鋁為主要成分的膜用作導電膜621及622的情況下，藉由使用由導電材料構成的阻擋膜夾住以鋁為主要成分的膜，可以防止鋁的小丘的產生。作為構成阻擋膜的導電膜，可以使用鈦膜、氮化鈦膜、鉬膜及氮化鉬膜等。例如，在導電膜621及622具有疊層結構的情況下，可以採用層疊了鈦膜、氮化鈦膜、鋁矽(Al-Si)膜、鈦膜及氮化鈦膜的五層結構。在採用上述結構情況下，可以使用純鋁膜代替鋁矽膜。

在本實施例模式中，示出p通道型電晶體617和n通道型電晶體618分別具有一個用作閘極的電極607的例子，但是本發明不局限於該結構。根據本發明製造的電晶體，可以為具有多閘極結構的電晶體，該電晶體具有多個用作閘極的電極且該多個電極電連接。

本發明的半導體基板具有的單晶半導體層是將單晶半導體基板薄片化了的層，從而沒有取向的不均勻性。因此，根據本發明，可以降低形成在同一半導體基板上的多個電晶體的臨界値電壓或遷移率等的電特性的不均勻性。另外，單晶半導體層沒有晶界，而可以抑制起因於晶界的漏電流，並可以實現半導體裝置的低耗電量化。因此，可以製造高可靠性半導體裝置。

在使用藉由雷射晶化獲得的多晶半導體膜形成電晶體的情況下，為了得到高遷移率，需要考慮雷射的掃描方向來決定電晶體的半導體層的佈置，但是本發明的半導體基板不需要上述步驟，而對半導體裝置的設計的限制少。

藉由使用根據本發明的半導體基板搭配多個電晶體，可以形成各種半導體裝置。例如，藉由互補組合n通道型電晶體和p通道型電晶體，可以構成CMOS結構的電路。

藉由搭配CMOS結構的電路、佈線、其他半導體元件等，可以製造微處理器等的半導體裝置。

藉由在微處理器中形成包含CMOS結構的積體電路，不僅可以實現微處理器的處理速度的高速化，而且還可以實現低耗電量化。

下面，參照圖24說明微處理器。圖24是示出微處理器2000的結構例子的方塊圖。

該微處理器2000包括算術邏輯單元(也稱為ALU)2001、ALU控制器2002、指令解碼器2003、中斷控制器2004、時序控制器2005、暫存器2006、暫存器控制器2007、匯流排界面2008、ROM2009，以及記憶體介面2010。

藉由匯流排界面2008輸入到微處理器2000的指令在輸入到指令解碼器2003並被解碼之後，輸入到ALU控制器2002、中斷控制器2004、暫存器控制器2007、以及時序控制器2005。ALU控制器2002、中斷控制器2004、暫存器控制器2007、以及時序控制器2005，根據被解碼了的指令進行各種控制。

ALU控制器2002產生用來控制算術邏輯單元2001的工作的信號。此外，中斷控制器2004是當在執行微處理器2000的程式時處理來自外部輸入輸出裝置或週邊電路的中斷請求的電路，中斷控制器2004判斷中斷請求的優先度或遮罩狀態，以處理中斷請求。暫存器控制器2007產生暫存器2006的位址，並且根據微處理器2000的狀態，進行暫存器2006的讀出或寫入。時序控制器2005產生控制算術邏輯單元2001、ALU控制器2002、指令解碼器2003、中斷控制器2004及暫存器控制器2007的工作時序的信號。例如，時序控制器2005具有根據基準時鐘信號CLK1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。

另外，藉由使用根據本發明的半導體基板，可以製造具有以非接觸的方式進行資料收發的功能及運算處理功能的半導體裝置。圖25是示出該半導體裝置的結構例子的方塊圖。圖25所示的半導體裝置2020被用作以無線通信與外部裝置進行信號的收發而工作的運算處理裝置。

如圖25所示，半導體裝置2020包括類比電路部2021、數位電路部2022、天線2023、以及電容部2024。類比電路部2021包括具有諧振電容器的諧振電路2031、恒壓電路2032、整流電路2033、解調電路2034、調制電路2035、重置電路2036、振盪電路2037、以及電源管理電路2038。數位電路部2022包括RF介面2041、控制暫存器2042、時鐘控制器2043、中央處理單元2044(CPU2044)、CPU介面2045、RAM2046、以及ROM2047。

半導體裝置2020的工作概要如下：由天線2023接收了的信號由於諧振電路2031而產生感應電動勢。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較佳的由電容器如陶瓷電容器或雙電層電容器等構成。電容部2024不必須整合在構成半導體裝置2020的基板上，而可以作為另外的部件組裝在半導體裝置2020上。

重置電路2036產生對數位電路部2022進行重置和初始化的信號。例如，產生在電源電壓上升之後延遲升高的信號作為重置信號。振盪電路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是調制發送資料的電路。

例如，解調電路2034由低通濾波器構成，並將作為振幅調制方式之一種的ASK(Amplitude Shift Keying，即振幅偏移鍵控法)方式的接收信號根據其振幅的變動二値化。另外，為了根據ASK方式使發送資料的振幅變動來發送，調制電路2035藉由改變諧振電路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CPU2044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監視電源電壓。

從天線2023輸入到半導體裝置2020的信號在被解調電路2034解調後，被RF介面2041分解為控制指令、資料等。控制指令儲存在控制暫存器2042中。控制指令包括儲存在ROM2047中的資料的讀出指令、向RAM2046的資料的寫入指令、向CPU2044的計算指令等。

CPU2044藉由CPU介面2045對ROM2047、RAM2046、以及控制暫存器2042進行存取。CPU介面2045具有如下功能：根據CPU2044所要求的位址，產生對ROM2047、RAM2046以及控制暫存器2042中的任一個的存取信號。

作為CPU2044的運算方式，可以採用將OS(作業系統)預先儲存在ROM2047中且在啟動的同時讀出並執行程式的方式。另外，也可以採用由專用電路構成運算電路且以硬體方式對運算處理進行處理的方式。作為使用硬體和軟體雙方的方式，可以採用如下方式：利用專用運算電路進行一部分的運算處理，並且使用程式以CPU2044處理剩餘部分的計算。

下面，說明本實施例模式的半導體裝置2020的用途。圖25所示的半導體裝置2020具有以非接觸方式進行無線通信的功能，而可以用作無線IC晶片。無線IC晶片藉由固定於各種物品上而使用。

參照圖26A至26F說明固定半導體裝置2020的物品。半導體裝置2020被安裝在印刷電路板上、被貼合在物品的表面上或被埋入而固定於物品上。另外，藉由將半導體裝置2020嵌入紙張中並使用該紙張製造紙幣、有價證券類、無記名債券類、證書等，可以對這些紙張賦予識別功能，而可以防止偽造。另外，上述半導體裝置2020可以不變形地嵌入紙張中，或者被夾在兩個塑膠基板之間而製造IC卡。

另外，半導體裝置2020可以被設置在包裝用容器(包裝紙、瓶子等，參照圖26C)、記錄媒體(DVD軟體、錄影帶等，參照圖26B)、交通工具(自行車等，參照圖26D)、個人物品(包、眼鏡等)、食物、植物、動物、人體、衣服、生活器具、電子器具等商品、貨物運輸標籤(參照圖26E和26F)等物品中而使用。藉由將半導體裝置2020設置在包裝用容器、記錄媒體、個人物品、食物、衣服、生活器具以及電子器具等中，可以提高檢查系統、租賃商店中的管理系統等的效率。

另外，可以將半導體裝置2020用於動物、魚類、人體等活體中。如上所述，半導體裝置2020的用途很多，而可以用於各種各樣的物品中。

例如，藉由將半導體裝置2020應用於物品的管理或流通系統，可以實現系統的高功能化。例如，藉由將半導體裝置2020設置在貨物運輸標籤上，並由被設置在傳送帶旁邊的讀寫器讀出儲存在上述半導體裝置2020中的資訊，讀出製造過程、流通過程及交貨等的資訊，而可以高效地檢查商品或分配貨物。另外，藉由與顯示裝置一體地設置半導體裝置2020，可以使顯示裝置顯示被儲存在半導體裝置2020中的資訊或所接收的資訊等。藉由採用這種結構，使用者以視覺確認半導體裝置2020的通信結果。

本實施例模式的半導體裝置及其製造方法，可以與其他實施例模式適當地搭配。

實施例模式8

在本實施例模式中，說明使用與實施例模式7不相同的方法製造電晶體的方法。再者，在本實施例模式中，作為半導體裝置的結構例子，說明主動矩陣型顯示裝置。首先，參照圖27A至27C說明本實施例模式的顯示裝置的結構。在本實施例模式中，作為顯示裝置，說明主動矩陣型顯示裝置。

圖27A是示出本實施例模式的主動矩陣型顯示裝置的結構例的方塊圖。本發明的主動矩陣型顯示裝置包括顯示部400、信號線驅動電路401、掃描線驅動電路402、連接於信號線驅動電路401的多條信號線403、以及連接於掃描線驅動電路402的多條掃描線404。

多條信號線403沿行方向排列，多條掃描線404與信號線403交叉並沿列方向排列。在顯示部400中，多個像素405對應於信號線403及掃描線404所構成的行列呈行列狀排列。像素405連接於掃描線404及信號線403。像素405包括開關元件以及顯示元件。開關元件根據輸入到掃描線404的信號控制像素是否選擇。顯示元件根據從信號線403輸入的視頻信號控制灰度。

參照圖27B和圖27C，對像素405的結構例進行說明。圖27B示出將本發明應用於主動矩陣型液晶顯示裝置時的像素405的結構例。像素405具有作為開關元件的開關電晶體411、以及作為顯示元件的液晶元件412。開關電晶體411的閘極連接於掃描線404，源極及汲極的一方連接於信號線403，另一方連接於液晶元件412。

液晶元件412包括像素電極、相對電極、以及液晶，液晶的取向藉由由像素電極和相對電極形成的電場控制。液晶被封入在兩個基板之間。保持電容器413是用來保持液晶元件412的像素電極的電位的元件，它連接於液晶元件412的像素電極。

圖27C示出將本發明應用於主動矩陣型電致發光顯示裝置(以下稱為EL顯示裝置)時的像素405的結構例。像素405具有作為開關元件的選擇用電晶體421、以及作為顯示元件的發光元件423。另外，像素405還具有閘極連接於選擇用電晶體421的顯示控制用電晶體422。發光元件423具有一對電極和被一對電極夾住的發光材料。

下面，說明使用本發明的具有單晶半導體層的半導體基板製造具有圖27B所示的像素電路的主動矩陣型液晶顯示裝置的方法。在本實施例模式中，在同一半導體基板上形成顯示部400、驅動顯示部400的信號線驅動電路401、以及掃描線驅動電路402。圖28是示出本實施例模式的主動矩陣型液晶顯示裝置的結構例的剖視圖。圖28示出主動矩陣型顯示裝置的主要部分，其中示出開關電晶體411、液晶元件412、以及保持電容器413作為顯示部400。再者，作為信號線驅動電路401及掃描線驅動電路402(這裏，將這些電路總稱為驅動電路406)，示出由n通道型電晶體431(以下稱為n型電晶體)及p通道型電晶體(以下稱為p型電晶體)432構成的反相器電路。

下面，參照圖29A至31C說明液晶顯示裝置的製造方法。圖29A至31C是用來說明液晶顯示裝置的製造方法的剖視圖，其圖示方法與圖28相同。

首先，準備半導體基板。圖29A是半導體基板的一部分的剖視圖。如圖29A所示，在本實施例模式中，使用其疊層結構與圖14A和14B所示的半導體基板52相同的半導體基板。另外，使用玻璃基板作為支承基板，並且使用單晶矽晶圓形成單晶半導體層。就是說，玻璃基板500相當於支承基板100，絕緣層501相當於用作阻擋層的絕緣層132，而且絕緣層502相當於絕緣層133。單晶矽層503相當於單晶半導體層101。在玻璃基板500上形成有多個單晶矽層503，但是圖29A僅示出一個單晶矽層503。可以使用一個單晶矽層503製造一個或多個顯示裝置。另外，可以使用多個單晶矽層503製造一個顯示裝置。

較佳的是，根據構成液晶顯示裝置的n型電晶體及p型電晶體的形成區域，將硼、鋁、鎵等p型雜質元素(成為受體的雜質元素)或磷、砷等n型雜質元素(成為施體的雜質元素)，添加到單晶矽層503。

接著，如圖29B所示，藉由蝕刻單晶矽層503，形成按照半導體元件的配置分離為島狀的單晶半導體層505至507。

然後，如圖29C所示，覆蓋單晶半導體層505至507地形成絕緣層510。絕緣層510構成電晶體的閘極絕緣膜和電容器的電介質。接著，在絕緣層510上形成構成電極及佈線的導電膜。在本實施例模式中，形成由導電膜511及導電膜512構成的兩層結構的導電膜。

作為絕緣層510，藉由CVD法、濺射法或ALE法等使用氧化矽層、氧氮化矽層、氮化矽層及氮氧化矽層等絕緣層，形成單層結構或疊層結構的膜。

此外，絕緣層510與單晶半導體層505至507形成介面，因此絕緣層510中的與這些單晶半導體層505至507接觸的層，較佳的由氧化矽層或氧氮化矽層構成。這是因為如下緣故：若形成氮含量多於氧含量的膜如氮化矽層及氮氧化矽層，則會形成陷阱能級，這導致介面特性的問題。

形成電極和佈線的導電膜511及512，可以由金屬膜、合金膜或金屬化合物膜構成。例如，可以舉出由鉭、氮化鉭、鎢、鈦、鉬、鋁、銅、鉻或鈮等構成的金屬膜、由上述金屬元素的合金構成的膜或金屬化合物膜等。這些膜藉由CVD法或濺射法形成。

作為導電膜511及512的搭配，例如有氮化鉭膜和鎢膜、氮化鎢膜和鎢膜、氮化鉬膜和鉬膜等。尤其是，由氮化鉭膜和鎢膜構成的疊層膜的兩者的蝕刻選擇比高，因此是較佳的。這裏，形成20nm至100nm厚的氮化鉭膜作為導電膜511，並形成100nm至400nm厚的鎢膜作為導電膜512。構成電極和佈線等的導電膜可以為一層或三層以上的疊層膜。在採用三層結構的情況下，較佳的採用鉬層、鋁層、鉬層的疊層結構。

接著，在導電膜512上選擇性地形成抗蝕劑掩模。然後，藉由兩次的蝕刻處理形成具有兩層結構的導電膜515至517(參照圖29D)。導電膜515構成電容線，導電膜156構成掃描線404，而且導電膜517構成CMOS反相器電路的輸出佈線。

藉由第一次蝕刻處理，蝕刻導電膜511及導電膜512，以在單晶半導體層505至507上形成其截面為錐形並且由導電膜511及導電膜512構成的疊層膜。藉由上述蝕刻，形成導電膜515a至517a作為導電膜515至517的下層。接著，在導電膜512上殘留著抗蝕劑掩模的狀態下進行第二次蝕刻處理。藉由該蝕刻處理，只蝕刻導電膜512，使得其寬度比導電膜511小，以形成導電膜515b至517b。在形成導電膜515至517的上層之後，去除抗蝕劑掩模。

用來形成導電膜515至517的蝕刻處理，可以適當地選擇。為了提高蝕刻速度，可以使用利用ECR(Electron Cyclotron Resonance，即電子迴旋共振)方式或ICP(1nductively Coupled Plasma，即感應耦合電漿)方式等的高密度電漿源的乾蝕刻裝置。

接著，為了在單晶半導體層505及506中形成n型低濃度雜質區域521，藉由離子摻雜法或離子注入法添加磷、砷等施體雜質元素(參照圖30A)。此時，形成抗蝕劑掩模520，以不將施體雜質元素添加到單晶半導體層507。n型低濃度雜質區域521被用作高電阻雜質區域。

上述施體雜質元素的添加是以導電膜515至517的上層導電膜515b至517b為掩模而進行的。就是說，以使施體雜質元素經過下層導電膜515a至517a的方式添加施體雜質元素。在各單晶半導體層505及506中以自對準方式形成n型低濃度雜質區域521。例如，在添加磷的情況下，為了形成n型電晶體(411及431)的高電阻區域，使上述n型低濃度雜質區域521包含其濃度約為1×10¹⁷ atoms/cm³ 至5×10¹⁸ atoms/cm³ 的磷。在施體雜質元素的添加步驟結束後，去除抗蝕劑掩模520。

接著，形成n型電晶體(411及431)的源區及汲區(參照圖30B)。因此，形成覆蓋單晶半導體層505及506的一部分及單晶半導體層507的抗蝕劑掩模522。然後，以抗蝕劑掩模522為掩模藉由離子摻雜法或離子注入法，將施體雜質元素添加到單晶半導體層505及506中，形成n型高濃度雜質區域523。這裏，對單晶半導體層505及506添加磷，使得n型高濃度雜質區域523包含其濃度為5×10¹⁹ atoms/cm³ 至5×10²⁰ atoms/cm³ 的磷。將n型高濃度雜質區域523用作n型電晶體(411及431)的源區或汲區。

另外，在單晶半導體層505及506中，沒添加有施體雜質元素的區域，分別成為通道形成區域524至526。兩個通道形成區域524是開關電晶體411的通道形成區域，而通道形成區域526是n型電晶體431的通道形成區域。在保持電容器413中，絕緣層510是電介質，而且導電膜515及通道形成區域525構成一對電極。再者，開關電晶體411和保持電容器413由形成在單晶半導體層505中的n型高濃度雜質區域523之一電連接。

接著，去除抗蝕劑掩模522之後，形成P型電晶體432的源區及汲區(參照圖30C)。因此，形成覆蓋單晶半導體層507的一部分及單晶半導體層505及506的抗蝕劑掩模530。然後，以抗蝕劑掩模530為掩模藉由離子摻雜法或離子注入法將受體雜質元素添加到單晶半導體層507中，而形成p型高濃度雜質區域531。作為受體雜質元素，使用硼、鋁、鎵等。這裏，添加硼，使得p型高濃度雜質區域531的硼濃度約為1×10²⁰ atoms/cm³ 至5×10²¹ atoms/cm³ 。在單晶半導體層507中，沒添加有施體雜質元素及受體雜質元素的區域成為通道形成區域532。

在去除抗蝕劑掩模530之後，進行500℃以上且基板500的應變點以下的熱處理，使得被添加到單晶半導體層505至507中的施體雜質元素及受體雜質元素活化。

接著，在基板500的整個表面上，形成絕緣膜535(參照圖31A)。絕緣膜535既可是由無機材料或有機材料構成的單層結構的膜，又可是疊層結構的膜。例如，作為構成絕緣膜535的膜，可以藉由CVD法或濺射法形成氧化矽膜、氧氮化矽膜、氮化矽膜或氮氧化矽膜等。還可以藉由旋塗法等的塗敷法形成聚醯亞胺膜、聚醯胺膜、聚乙烯基苯酚膜、苯並環丁烯膜、丙烯酸膜、環氧膜、由矽氧烷樹脂等矽氧烷材料構成的膜、噁唑樹脂膜等。例如，在絕緣膜535具有兩層結構的情況下，作為第一層形成100nm厚的氮氧化矽膜，並作為第二層形成900nm厚的氧氮化矽膜。

在絕緣膜535中形成接觸孔之後，形成具有單層結構或疊層結構的導電膜。作為構成該導電膜的膜，可以使用鋁、鎢、鈦、鉭、鉬、鎳、釹等的金屬膜、包含這些金屬元素的合金膜、金屬化合物膜。例如，可以舉出包含鈦的鋁合金膜、包含釹的鋁合金膜等。在導電膜具有三層結構的情況下，例如可以形成由鈦膜夾著鋁膜或上述鋁合金膜的疊層膜。

藉由對所形成的導電膜進行蝕刻處理，形成導電膜536至540(參照圖31A)。導電膜536為信號線403，導電膜537是用來將開關電晶體411及保持電容器413電連接於液晶元件412的電極。導電膜538是n型電晶體431的源極電極，導電膜539是p型電晶體432的源極電極，而且導電膜540是CMOS反相器的輸出佈線。

接著，在玻璃基板500的整個表面上，形成鈍化膜542及絕緣膜543。這裏，藉由PECVD法作為鈍化膜542形成50nm至100nm厚的氮化矽膜。絕緣膜543可以與絕緣膜535同樣地形成(參照圖31B)。

接著，在鈍化膜542及絕緣膜543中，形成到達導電膜537的接觸孔，然後在絕緣膜543上形成透光導電膜。藉由蝕刻該導電膜，形成像素電極544(參照圖31B)。

像素電極544是透射來自背光燈裝置的光的透光電極。因此，作為構成像素電極544的導電膜，可以使用將氧化錫混合在氧化銦中的氧化銦錫膜、將氧化矽混合在氧化銦錫中的氧化銦錫矽膜、將氧化鋅混合在氧化銦中的氧化銦鋅膜、氧化鋅膜或氧化錫膜等。

然後，在顯示部400內，形成柱狀間隔物545。接著，在玻璃基板500的整個表面上形成取向膜546。可以使用感光樹脂膜形成間隔物545。根據需要形成取向膜546。另外，根據需要對取向膜546進行摩擦處理。

接著，參照圖31C說明相對基板的製造方法。在玻璃基板560上，形成彩色濾光片561及BM(黑矩陣)562。在顯示部400中，利用BM562對開關電晶體411及保持電容器413進行遮光。另外，利用BM562對驅動電路406進行遮光。

在彩色濾光片561及BM562上，形成由透光導電膜構成的相對電極563。構成相對電極563的導電膜，可以與像素電極544同樣地形成。接著，在玻璃基板560的整個表面上，形成取向膜564。根據需要形成取向膜564。另外，根據需要對取向膜564進行摩擦處理。

接著，藉由在圖31B所示的玻璃基板500和圖31C所示的玻璃基板560之間形成液晶層566，完成液晶顯示裝置(液晶模組)(參照圖28)。液晶元件412由像素電極544、相對電極563、以及液晶層566構成。

形成液晶層566的方法概分為兩種：一是在玻璃基板500及玻璃基板560之一方的表面上，以殘留注入口的方式形成未固化的密封材料，然後貼合兩個玻璃基板500和玻璃基板560，並使密封材料固化，接著在從注入口注入液晶材料後密封注入口的方法；另一是在玻璃基板500及玻璃基板560之一方的表面上，形成未固化的密封材料，接著在形成有密封材料的基板表面上滴下液晶材料後，與另一基板貼合，來使密封材料固化的方法。藉由上述步驟，可以製造主動矩陣型液晶顯示裝置。在本實施例模式中，在玻璃基板500上，只有驅動電路部406與顯示部400一體地形成，但是可以使用單晶矽層503形成驅動電路406以外的電路。由於可以使用單晶矽層503形成元件，所以可以在玻璃基板500上形成構成運算電路的CPU、構成顯示器控制電路的圖像處理電路等。

下面，說明具備圖27C所示的像素電路的主動矩陣型EL顯示裝置的製造方法。圖32是示出本實施例模式的主動矩陣型EL顯示裝置的結構例的剖視圖。圖32示出主動矩陣型EL顯示裝置的主要部分，其中示出顯示控制用電晶體422及發光元件423作為顯示部400。再者，作為驅動電路406，示出由n型電晶體431及p型電晶體432構成的反相器電路。

下面，參照圖33A和33B說明EL顯示裝置的製造方法。圖33A和33B是用來說明EL顯示裝置的製造方法的剖視圖，其圖示方法與圖32相同。

首先，按照圖29A至31A所示的步驟，製造顯示部400的電晶體、電容元件、驅動電路406的電晶體、電容元件等。其狀態示出於圖33A。另外，在顯示控制用電晶體422中，形成在絕緣膜535上的導電膜571是發光元件用電源線，而導電膜572是構成發光元件423的像素電極，它被用作反射電極。

接著，在鈍化膜542中形成暴露導電膜572的表面的開口部。在鈍化膜542上形成覆蓋導電膜572的端部的絕緣膜573(參照圖33B)。

絕緣膜573較佳的由感光樹脂構成。作為感光樹脂，有聚醯亞胺、聚醯胺、聚乙烯基苯酚、苯並環丁烯、丙烯酸、環氧等的有機材料等。將絕緣膜573用作根據每個元件分割發光元件423的EL層的隔離壁膜。接著，在導電膜572上形成EL層574及相對電極575。作為EL層574，至少形成發光層。除了該發光層以外，還可以適當地形成電洞注入層、電洞傳輸層、電子傳輸層或電子注入層。EL層574可以藉由噴墨法等的塗敷法或蒸鍍法形成。

相對電極575是透光電極。作為構成相對電極575的導電膜，可以使用將氧化錫混合在氧化銦中的氧化銦錫膜、將氧化矽混合在氧化銦錫中的氧化銦錫矽膜、將氧化鋅混合在氧化銦中的氧化銦鋅膜、氧化鋅膜或氧化錫膜等。

藉由上述步驟，可以形成在導電膜572和相對電極575之間夾著至少具有發光層的EL層574的發光元件423(參照圖33B)。

接著，在玻璃基板500的上表面上，固定玻璃基板581(參照圖32)。在本實施例模式中，在玻璃基板500和玻璃基板581之間，設置固體樹脂582。也可以使用密封材料將惰性氣體封入玻璃基板500和玻璃基板581之間，而不使用樹脂582。另外，也可以覆蓋對置電極575地形成由氮化矽膜等構成的保護膜。

藉由上述步驟，可以製造EL顯示裝置。在本實施例模式中，發光元件423的光被導電膜572反射，並經過相對電極575，而從玻璃基板581向外部照射。但是，抽出光的方向也可以是玻璃基板500一側。在此情況下，只要導電膜572由透光導電膜構成，並將相對電極575用作反射電極，即可。

可以使用本實施例模式的顯示裝置製造各種電子設備。作為該電子設備，包括：影像拍攝裝置如攝像機及數位相機等、導航系統、音頻再現裝置(汽車音響、音響元件等)、電腦、遊戲機、可擕式資訊終端(移動電腦、行動電話、可擕式遊戲機或電子書等)、具備記錄媒體的圖像再現裝置(具體地說，具備對儲存在數位通用光碟(DVD)等或硬碟等記錄媒體中的圖像資料進行顯示的顯示裝置的裝置)等。下面，參照圖34A至34H及圖35A至35C說明電子設備的具體方式。

圖34A是電視接收機1900的外觀圖。電視接收機1900具備外殼1901和支承台1902。在外殼1901中設置顯示部1903、揚聲器部1904、視頻輸入端子1905等。將本發明的半導體裝置用於顯示部1903。根據本發明，可以提供能夠顯示高清晰圖像的電視接收機1900。

圖34B是數位相機1910的外觀圖。在主體1911的正面部分中有圖像接收部1913，並在主體1911的上表面部分中設置快門按鈕1916。另外，在主體1911的背面部分中設置顯示部1912、操作按鈕1914及外部連接埠1915。將本發明的半導體裝置用於顯示部1912。根據本發明，可以提供其顯示部能夠顯示高清晰圖像的數位相機。

圖34C是筆記本個人電腦1920的外觀圖。個人電腦1920具有外殼1921及外殼1922。在外殼1921中設置鍵盤1924、外部連接埠1925及定位裝置1926。另外，在外殼1922中設置顯示部1923。將本發明的半導體裝置用於顯示部1923。根據本發明，可以提供廉價的高性能筆記本個人電腦。

圖34D是可擕式資訊終端1930的外觀圖。在外殼1931中設置顯示部1932、開關1933、操作按鈕1934及紅外線埠1935等。將本發明的半導體裝置用於顯示部1932。根據本發明，可以提供具備高清晰顯示部的可擕式資訊終端。

圖34E是作為圖像再現裝置的一個例子的DVD再現裝置1940的外觀圖。DVD再現裝置1940具備外殼1941及外殼1942。在外殼1941中設置顯示部1944、記錄媒體讀出部1945及操作按鈕1946等。另外，在外殼1942中設置揚聲器部1947及顯示部1943等。顯示部1943及顯示部1944分別使用本發明的半導體裝置。根據本發明，可以提供具備高清晰顯示部的DVD再現裝置。

圖34F是電子書1950的外觀圖。在外殼1951中設置操作按鈕1953及多個顯示部1952。將本發明的半導體裝置用於顯示部1952。根據本發明，可以提供具備高清晰顯示部的電子書。

圖34G是攝像機1960的外觀圖。在外殼1961中設置外部連接埠1964、遙控接收部1965、圖像接收部1966、電池1967、音頻輸入部1968及操作鍵1969等。另外，在外殼1961上安裝具有顯示部1962的外殼1963。將本發明的半導體裝置用於顯示部1962。根據本發明，可以提供廉價的高性能攝像機。

圖34H是行動電話1970的外觀圖。在外殼1972中設置顯示部1973、音頻輸入部1974、音頻輸出部1975、操作按鈕1976、以及外部連接埠1977等。將天線等內置於外殼1972中。將本發明的半導體裝置用於顯示部1973。根據本發明，可以提供廉價的具備高清晰顯示部的行動電話。因此，藉由將高視覺電視接收機內置於行動電話1970中，可以用行動電話收看其高清晰圖像。

圖35A至35C示出應用本發明的行動電話1800的結構的一個例子，圖35A是主視圖，圖35B是背視圖，而且圖35C是展開圖。行動電話1800具有電話和可擕式資訊終端雙方的功能，並內置有電腦，除了音頻通話以外還能夠進行各種資料處理，即所謂的智慧手機。行動電話1800內置有影像拍攝裝置，而能夠拍攝靜態圖像及動態圖像。

行動電話1800由外殼1801和外殼1802這兩個外殼構成。在外殼1801上設置顯示部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、以及耳機端子1812等。在顯示部1805中使用本發明的半導體裝置，而能夠進行高圖像品質的顯示。在外殼1802上設置鍵盤1815、外部記憶體插槽1816、影像拍攝用透鏡1817、燈1818等。另外，將天線內置於外殼1801內部。另外，除了上述結構以外，還可以內置有非接觸IC晶片和小型記錄裝置等。另外，除了上述功能以外，行動電話1800還可以具有紅外線通信功能、電視接收功能等。

顯示部1805根據使用方式適當地改變顯示的方向。由於在與顯示部1805同一面上設置影像拍攝用透鏡1810，所以可以實現電視電話。另外，能夠以顯示部1805為取景器使用影像拍攝用透鏡1817和燈1818拍攝靜態圖像及動態圖像。揚聲器1806及麥克風1807的功能不局限於音頻通話，而被應用於電視電話、錄音、重放等工作。藉由使用操作鍵1808，能夠打電話或接電話，並能夠進行電子郵件等的簡單資訊輸入、畫面滾動、或指標移動等。另外，彼此重疊的外殼1801和外殼1802藉由滑動而以圖35C所示的形狀展開。在展開狀態下，可以將行動電話1800用作可擕式資訊終端。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電腦等之間的資料通信。另外，也可以藉由將記錄媒體插入外部記憶體插槽1816來對應於更大量的資料儲存及移動。

實施例1

下面，說明如下效果：藉由進行電磁波照射處理以分割單晶矽晶圓，可以抑制玻璃基板的收縮；藉由進行雷射照射處理，實現單晶矽層的結晶性的提高及平坦化；以及藉由在雷射照射處理前進行加熱處理以降低單晶矽層的氫濃度，可以提高雷射照射處理的再現性。

為了說明上述情況，在本實施例中，說明貼合玻璃基板及單晶矽晶圓來製造單晶矽層固定於玻璃基板上的半導體基板的方法。另外，在本實施例中，藉由進行一次的基板固定處理和電磁波照射處理，將一個單晶矽晶圓固定於一個玻璃基板上。下面，參照圖36A至36I說明本實施例的半導體基板的製造方法。

首先，準備支承基板及單晶半導體基板。圖36A是說明支承基板的準備步驟的剖視圖。作為支承基板，使用玻璃基板200。玻璃基板200為0.7mm厚的無鹼玻璃基板(商品名AN100)。

圖36B-1、36B-2及36B-3是說明單晶半導體基板的準備步驟的剖視圖。作為單晶半導體基板，使用單晶矽晶圓210。單晶矽晶圓210是邊長為5英寸的方形基板。其導電型為p型，電阻率為10Ω‧cm左右。關於晶體取向，主表面為(100)，而側面為<110>。

在實施例中，形成在單晶矽晶圓210上的緩衝層由三層絕緣膜構成。作為緩衝層，在單晶矽晶圓210的表面上形成氧氮化矽膜201、氮氧化矽膜202及氧化矽膜203。每個膜的厚度如下：

‧氧氮化矽膜201：100nm

‧氮氧化矽膜202：50nm

‧氧化矽膜203：50nm

清洗單晶矽晶圓210，然後在其表面上藉由PECVD法，形成100nm厚的氧氮化矽膜201和50nm厚的氮氧化矽膜202(參照圖36B-1)。氧氮化矽膜201的成膜條件如下：處理氣體為SiH₄ 及N₂ O，其流量比為SiH₄ \N₂ O=4\800，並且成膜步驟的基板溫度是400℃。氮氧化矽膜202的成膜條件如下：處理氣體為SiH₄ 、NH₃ 、N₂ O及H₂ ，其流量比為SiH₄ \NH₃ \N₂ O\H₂ =10\100\20\400，並且成膜步驟的基板溫度是300℃。

接著，藉由將氫離子204照射到單晶矽晶圓210，形成損傷區域(參照圖36B-2)。在這個步驟中，使用離子摻雜裝置，並使用100%氫氣(H₂ 氣體)作為氫離子204的源氣體。不對激發氫氣而產生的電漿中的離子進行質量分離就利用電場加速並照射到單晶矽晶圓210，從而形成損傷區域205。在離子摻雜裝置中，藉由激發氫氣，產生H⁺ 、H₂ ⁺ 、H₃ ⁺ 三種離子種。將這些離子種照射到單晶矽晶圓210。

接著，在氮氧化矽膜202上，藉由PECVD法形成50nm厚的氧化矽膜203(參照圖36B-3)。氧化矽膜203的成膜用處理氣體為TEOS及O₂ ，並且成膜步驟的溫度是300℃。這裏，將形成有膜201至203及損傷區域205的單晶矽晶圓210稱為施體基板211。

圖36C是說明基板固定處理的剖視圖。在純水中，對玻璃基板200及形成有膜201至203的單晶矽晶圓210進行超聲波清洗，並且利用包含臭氧的純水清洗，接著，將玻璃基板200表面和形成在單晶矽晶圓210表面上的氧化矽膜203密接，來接合在一起(參照圖36C)。

然後，為了在損傷區域205中劈開單晶矽晶圓210(施體基板211)，將電磁波206照射到單晶矽晶圓210(施體基板211)。圖36D是說明電磁波照射處理的剖視圖。圖36D中的附圖標記207表示從單晶矽晶圓210分離了的單晶矽層207。這裏，將步驟進行直到電磁波照射處理結束而形成的半導體基板稱為“半導體基板x”。

在本實施例中，照射了如下兩種電磁波206：一是頻率為2.45GHz(波長約為12cm)的電磁波；二是頻率為28GHz(波長約為1mm)的電磁波。在照射電磁波206時，單晶矽晶圓210的溫度上升到300℃以上且350℃以下，由此在損傷區域205中引起單晶矽晶圓210的劈開。另外，在照射電磁波206時，不有意地進行對玻璃基板200及施體基板211加熱或冷卻等的溫度控制。

下面，在不特別說明的情況下，對於在進行電磁波照射處理時照射的電磁波206，頻率為2.45GHz的電磁波被稱為“微波”，而頻率為28GHz的電磁波被稱為“毫米波”。

接著，對半導體基板x進行雷射照射處理。或者，對半導體基板x進行加熱處理來降低包含在單晶矽層207中的氫，然後進行雷射照射處理。

圖36E是說明半導體基板x的加熱處理的剖視圖。使用加熱爐進行加熱處理。首先，使用加熱爐對半導體基板x以500℃進行1小時的加熱處理，然後繼續以550℃進行4小時的加熱處理。圖36E示出由於加熱單晶矽層207而使氫氣209從單晶矽層207釋放到氣相中。這裏，加熱處理後的半導體基板x被稱為“半導體基板y”，而加熱處理後的單晶矽層207被稱為單晶矽層208。

對半導體基板x及半導體基板y的雷射照射處理同樣地進行。圖36F及36G分別是說明對半導體基板x及半導體基板y的雷射照射處理步驟的剖視圖。

藉由對單晶矽層207或單晶矽層208照射雷射212，使它熔化而再晶化。作為雷射振盪器，使用使波長308nm的光束振盪的XeCl受激準分子雷射器。雷射212的脈衝寬度為25nsec，重複頻率為30Hz。利用光學系統將雷射212聚集成照射面上的光束形狀為線形，並且沿寬度方向(光束形狀的短軸方向)進行雷射212的掃描。另外，在照射雷射時，半導體基板x及半導體基板y不被加熱，而處於室溫。就是說，不有意地進行對半導體基板x及半導體基板y的溫度控制。

另外，在進行雷射照射處理之前，使用純水清洗半導體基板x及半導體基板y，並使用被稀釋為1/100的氫氟酸對單晶矽層207及208進行處理，以去除形成在其表面上的自然氧化膜。

這裏，雷射照射處理後的半導體基板x被稱為“半導體基板A”(參照圖36H)，而雷射照射處理後的半導體基板y被稱為“半導體基板B”(參照圖36I)。另外，雷射照射處理後的單晶矽層207被稱為“單晶矽層215”，而雷射照射處理後的單晶矽層208被稱為“單晶矽層216”。

對根據本實施例的方法製造的半導體基板的單晶矽層，進行拉曼光譜測量、利用光學顯微鏡的觀察及氫濃度測量。在如下所述的實施例中，說明測量結果。

實施例2

在本實施例中，說明一種效果，即藉由進行電磁波照射處理以分割單晶矽晶圓，可以抑制玻璃基板的收縮。在本實施例中，測量電磁波照射處理後的半導體基板x-1的玻璃基板200的收縮量。

此外，在實施例2至5的說明中，為了區別在同一條件下製造出的半導體基板(x、y、A及B)，在對各半導體基板分類的字母後邊附加“-1”等而稱為“半導體基板x-1”等。

在與玻璃基板200接合之前，在施體基板211上形成對準標記，以測量基板固定處理引起的收縮量。將形成有對準標記的施體基板211貼合在玻璃基板200上，然後進行電磁波照射處理，以製造半導體基板x-1。根據該半導體基板x-1的對準標記的偏差，計算出收縮量。另外，作為比較例，製造藉由利用加熱爐進行600℃的熱處理分割了單晶矽晶圓210的半導體基板z-1，以計算出半導體基板z-1的玻璃基板200的收縮量。

圖37A示出半導體基板x-1的光學顯微鏡觀察照片，而圖37B示出作為比較例的半導體基板z-1的光學顯微鏡觀察照片。另外，圖38A是形成在半導體基板x-1及z-1上的對準標記230的平面圖，而圖38B是說明對準標記230的形成位置的平面圖。

形成半導體基板x-1的損傷區域205的氫離子摻雜條件如下：加速電壓為50kV，劑量為3.5×10¹⁶ ions/cm³ 。作為離子摻雜裝置，使用將燈絲用於電漿放電用電極的裝置。在電磁波照射處理中，照射頻率為2.45GHz的微波3分鐘。微波的功率為900W。半導體基板x-1的單晶矽層207的厚度約為100nm。

在作為比較例的半導體基板z-1的製造步驟中，在與半導體基板x-1相同的條件下製造施體基板211並將它固定於玻璃基板200上，但是利用減壓CVD裝置(以下稱為LPCVD裝置)進行600℃的加熱處理代替電磁波照射處理。將LPCVD裝置的處理室的氣氛設定為氮氣氛，並在處理室內設置與施體基板211接合了的玻璃基板200。首先，將溫度上升到200℃，並在200℃的溫度下對施體基板211加熱2小時。然後，將加熱溫度上升到600℃，並在600℃的溫度下對施體基板211加熱2小時。然後，降低加熱溫度，在其溫度下降到400℃時，從處理室取出被分割了的單晶矽晶圓210和固定單晶矽層的玻璃基板200(即，半導體基板z-1)。

對於半導體基板x-1及半導體基板z-1，在分割單晶矽晶圓210之前形成對準標記230。對準標記230由形成在玻璃基板200的上表面上的標記231至237構成(參照圖38A)。標記231、232及233使用抗蝕劑而形成，標記234、235、236及237使用由氧氮化矽膜201、氮氧化矽膜202及氧化矽膜203構成的疊層膜而形成。另外，如圖38B所示，在玻璃基板200的一側形成三個對準標記230，並在玻璃基板200的另一側形成三個對準標記230。圖38B中的區域240-1至240-6表示形成對準標記230的區域。

對準標記230的形成方法如下：在形成施體基板211之後，蝕刻單晶矽晶圓210，而從形成對準標記230的區域中去除單晶矽晶圓210。然後，使部分地去掉單晶矽晶圓210的施體基板211和玻璃基板200接合(參照圖36C)。在此狀態下，在玻璃基板200的區域240-1至240-6中不存在著單晶矽晶圓210，而存在著由氧氮化矽膜201、氮氧化矽膜202及氧化矽膜203構成的疊層膜。藉由蝕刻該疊層膜，在區域240-1至240-6中分別形成圖38A所示的標記234、235、236及237。再者，藉由光微影步驟，在區域240-1至240-6中分別形成由抗蝕劑構成的標記231、232及233。藉由上述步驟，在區域240-1至240-6中分別形成對準標記230。

從圖37A和圖37B的對比清楚地看到：在藉由電磁波照射處理分割了單晶矽晶圓210的半導體基板x-1中，幾乎沒有對準標記230的偏差。另一方面，在被進行了600℃的加熱處理的半導體基板z-1中，對準標記230沿直向或橫向偏離。此外，對於半導體基板x-1及z-1中的玻璃基板200，不進行預先藉由600℃以上的高溫熱處理使基板收縮的處理。

根據對準標記230的兩個標記之間的距離(d-1、d-2、d-3及d-4)，計算出玻璃基板200的收縮量(參照圖38A)。在本實施例中，對於形成在玻璃基板200的四個角落(區域240-1、240-3、240-4及240-6)的對準標記230，根據距離d-1及距離d-2計算出橫向的收縮量，並根據距離d-3及距離d-4計算出直向的收縮量。

在半導體基板x-1中，直向及橫向收縮量都是160ppm左右。另一方面，在半導體基板z-1中，直向及橫向收縮量都是160ppm以上。就是說，藉由進行電磁波照射處理分割單晶矽晶圓210而代替600℃以上的加熱處理，可以大幅度降低玻璃基板200的收縮量，即1/10以下。

因而，即使反復進行基板固定處理及電磁波照射處理，也在電磁波照射處理中玻璃基板幾乎不收縮，因此根據本發明的半導體基板的製造方法，可以在第二次以後的基板固定處理中高精度地決定位置，而將單晶矽晶圓固定於玻璃基板上。

能夠藉由電磁波照射處理抑制玻璃基板200的收縮的理由，是因為玻璃基板200不被加熱到400℃以上。圖39A是示出照射頻率為2.45GHz的微波時的單晶矽晶圓的溫度變化的圖，而圖39B是示出照射頻率為28GHz的毫米波時的施體基板211的溫度變化的圖。

圖39A的溫度測量方法如下：使用微波照射裝置對單晶矽晶圓照射微波3分鐘至10分鐘。在照射微波之後，立即開啟裝置的門，並使用放射溫度計測量被設置在裝置內的單晶矽晶圓的溫度。微波的照射時間為180秒(3分鐘)、300秒(5分鐘)、600秒(10分鐘)及900秒(15分鐘)。另外，微波的功率為300W、450W及900W。

根據圖39A可知，即使將微波照射到單晶矽晶圓10分鐘以上，單晶矽晶圓的溫度不上升到350℃以上。另外，由於玻璃基板200幾乎不吸收微波，所以在電磁波照射處理中，與施體基板211(單晶矽晶圓)接合的玻璃基板200的溫度也不會因微波照射而超過350℃。

圖39B的溫度測量方法如下：使用毫米波加熱裝置(日本富士電波工業株式會社製造，型號FMW-10-28)對與施體基板211接合了的玻璃基板200照射頻率為28GHz(波長約為1mm)的毫米波。邊照射毫米波，邊利用裝置內的熱電偶測量單晶矽晶圓210的溫度變化。圖39B還示出毫米波的功率的時間變化。在進行上述溫度測量時，利用裝置的程式調節毫米波的功率，以將單晶矽晶圓210的最高到達溫度設定為350℃，並保持最高到達溫度(350℃)2分鐘。藉由在上述條件下照射毫米波，分割單晶矽晶圓210。由於玻璃基板200幾乎不吸收毫米波，所以可知能夠藉由照射毫米波不將玻璃基板200加熱到400℃以上地分割單晶矽晶圓210。此外，在將單晶矽晶圓210的最高到達溫度設定為300℃來照射毫米波的情況下，不能分割單晶矽晶圓210。

如上所述，藉由利用300MHz以上且300GHz以下的電磁波分割單晶半導體基板，與現有的利用加熱爐或RTA裝置的加熱處理(由於輻射或熱傳導而加熱被處理物的處理)相比可以大幅度抑制玻璃基板的收縮。另外，其處理時間非常短，即5分鐘以下。因此，在對一個支承基板進行多次的單晶半導體基板分割處理的半導體基板的製造方法中，電磁波照射處理是非常有用的分割處理。

實施例3

在本實施例中，評價半導體基板B-2的單晶矽層216(參照圖36I)的結晶性。為了評價結晶性，進行拉曼光譜測量及光學顯微鏡觀察。再者，在本實施例中，說明被進行雷射照射處理的單晶矽層中的氫濃度給雷射照射處理的效果帶來影響。

首先，說明半導體基板B-2的製造方法。形成損傷區域205的氫離子摻雜條件如下：加速電壓為45kV，劑量為3.5×10¹⁶ ions/cm³ 。作為離子摻雜裝置，使用由高頻引起電漿放電的裝置。在電磁波照射處理中，照射微波(頻率為2.45GHz)。所使用的裝置是進行了圖39A所示的溫度測量的微波加熱裝置。藉由將功率設定為900W並將微波照射到單晶矽晶圓210兩分鐘，分割單晶矽晶圓210，以製造半導體基板x-2(參照圖36D)。半導體基板x-2的單晶矽層207的厚度約為90nm。

藉由利用加熱爐加熱上述半導體基板x-2，製造半導體基板y-2(參照圖36E)。在加熱爐中，在500℃的溫度下加熱半導體基板1小時，再者在550℃的溫度下加熱4小時。藉由將受激準分子雷射照射到上述半導體基板y-2的單晶矽層208，製造半導體基板B-2。雷射照射處理的條件是如下所述的。

作為雷射振盪器，使用使波長308nm的光束振盪的XeC1受激準分子雷射器。雷射的脈衝寬度為25nsec，重複頻率為30Hz。掃描速度為1.0mm/秒。該掃描速度是雷射光束的脈衝的重疊率為90%，並對同一區域照射大約10次的脈衝的條件。另外，為了獲得氮氣氣氛，邊對雷射光束的被照射面噴射氮氣，邊照射雷射。

在本實施例中，製造半導體基板β-2作為比較例。半導體基板β-2是沒有進行雷射照射處理前的加熱處理的基板，其他條件與半導體基板B-2相同。就是說，對半導體基板x-2進行了雷射照射處理的基板是半導體基板β-2。

在雷射照射處理中，藉由改變雷射的照射能量密度，確認對半導體基板B-2及β-2的雷射照射處理的效果。雷射的照射能量密度如下：

‧497mJ/cm²

‧521mJ/cm²

‧544mJ/cm²

‧568mJ/cm²

‧592mJ/cm²

‧616mJ/cm²

‧639mJ/cm²

‧661mJ/cm²

‧683mJ/cm²

‧704mJ/cm²

圖40A及40B示出半導體基板B-2及β-2的單晶矽層的拉曼光譜測量結果。圖40A是拉曼位移的圖，而圖40B是拉曼光譜的半峰全寬(FWHM，即full width at half maximum)的圖。圖中的橫軸表示雷射的照射能量密度，而且能量密度為0mJ/cm² 的資料是被進行雷射照射處理前的單晶矽層的資料。對以同一照射能量密度照射了雷射的單晶矽層的五個部分測量拉曼光譜。

圖41示出半導體基板B-2及β-2的單晶矽層的光學顯微鏡觀察照片，它是暗場像。觀察倍率為100倍。在照片上附加的數値是雷射的照射能量密度。

圖40A所示的拉曼位移的峰波數(也稱為峰値)，是取決於晶格的振動方式的値，根據晶體種類而成為固有的値。無內部應力的單晶矽的拉曼位移為520.6cm^-1 。矽的拉曼位移越接近該波數，其晶體結構就越接近單晶，表示結晶性良好，因此可以將拉曼位移用作評價結晶性的指標。

另外，圖40B所示的FWHM越小，表示結晶狀態的波動越少，是均勻的。所使用的單晶矽晶圓的FWHM為2.64cm^-1 ，單晶矽層的FWHM越接近該數値，就越具有如單晶矽晶圓那樣的均勻結晶性的晶體結構，可以將FWHM用作評價結晶性的指標。

根據圖40A和40B(拉曼光譜測量的結果)可知，藉由進行雷射照射處理，可以提高單晶矽層的結晶性，而將其結晶性恢復到與加工前的單晶矽晶圓相同的程度。另外，根據上述拉曼光譜測量的結果可知，與半導體基板β-2相比，可以以更小的能量密度恢復被進行了加熱處理的半導體基板B-2的單晶矽層的結晶性。

再者，從能量密度為0mJ/cm² 時的半導體基板B-2及β-2的資料的對比看到：藉由加熱處理，可以提高單晶矽層的結晶性。因而，藉由在進行雷射照射處理前進行500℃以上的加熱處理提高單晶矽層的結晶性，而可以降低雷射照射處理所需的雷射照射能量，因此較佳的進行上述加熱處理。

圖41所示的光學顯微鏡照片，是被進行了圖40A和40B的拉曼光譜測量的單晶矽層的暗場像。暗場觀察是指藉由從相對於樣品傾斜的方向照射光，觀察樣品的散射光及衍射光的方法。因此，在樣品表面平坦的情況下，不發生照射光的散射及衍射，因而其觀察圖像形成黑的圖像。在半導體基板B-2中，在照射能量密度為521mJ/cm² 以上且661mJ/cm² 以下時，單晶矽層的暗場像的彩色照片成為黑圖像。這意味著藉由照射雷射可以使單晶矽層平坦化。此外，存在著實現平坦化的雷射的照射能量密度的臨界値，這是因為必須使單晶矽層熔化的緣故。

另一方面，在半導體基板β-2中，沒有黑色的暗場像。這是因為如下緣故：在半導體基板β-2中，沒有進行加熱處理，因此在被進行雷射照射處理前的半導體基板x-2的單晶矽層中存在著多量的氫。若由於雷射照射而從單晶矽層噴射氫，則不能使其表面平坦化。就是說，為了藉由雷射照射處理高再現性地實現結晶性的提高及平坦化，其關鍵是單晶矽層的氫濃度。

對於被進行雷射照射處理之前的半導體基板x-2及y-2，分別測量單晶矽層(207及208)中的氫濃度。並且，對於被進行了雷射照射處理之後的半導體基板B-2及β-2，分別測量單晶矽層中的氫濃度。藉由二次離子質譜分析技術(SIMS，即Secondary Ion Mass Spectrometry)分析氫濃度。

圖42示出半導體基板x-2及y-2的氫濃度的深度方向輪廓，而圖43示出半導體基板B-2及β-2的氫濃度的深度方向輪廓。在圖43中示出雷射的照射能量密度為568mJ/cm² 及661mJ/cm² 的半導體基板B-2、以及照射能量密度為568mJ/cm² 的半導體基板β-2的測量結果。此外，在圖42及圖43中，氫濃度的數値只在單晶矽層內有效。

半導體基板x-2是未進行加熱處理的半導體基板，對該半導體基板x-2進行了雷射照射處理的是半導體基板β-2。另外，半導體基板y-2是被進行了加熱處理的半導體基板，對該半導體基板y-2進行了雷射照射處理的是半導體基板B-2。根據圖42可知，被進行加熱處理前的半導體基板x-2的單晶矽層207的氫濃度(最小値)約為4×10²¹ atoms/cm³ ，而且藉由加熱處理，半導體基板y-2的單晶矽層208的氫濃度降低到5×10²⁰ atoms/cm³ 左右。

因此，從圖41及圖42看到：當單晶矽層的氫濃度為4×10²¹ atoms/cm³ 以上時，難以藉由雷射照射處理實現單晶矽層的平坦化，另外，在氫濃度為5×10²⁰ atoms/cm³ 左右時，可以藉由雷射照射實現單晶矽層的結晶性恢復及平坦化。

另外，從圖43看到：藉由對半導體基板x-2及半導體基板y-2分別進行雷射照射處理，可以減少各單晶矽層的氫。另外，照射能量越高，氫濃度越低。在被進行了加熱處理的半導體基板B-2中，單晶矽層216的氫濃度的最低値為檢測下限。另一方面，半導體基板β-2的單晶矽層的氫濃度的最低値約為1×10¹⁹ atoms/cm³ 。

根據圖40A及40B、圖41所示的結晶性的評價結果、以及圖42及圖43所示的氫濃度的測量結果可知，為了進行雷射照射處理，單晶矽層的氫濃度優選為1×10²¹ atoms/cm³ 以下。因此，藉由在進行雷射照射處理之前對半導體基板進行410℃以上的加熱處理來降低單晶矽層中的氫濃度，可以高再現性地實現利用雷射照射處理的結晶性提高及平坦化。上述加熱處理的溫度較佳的為500℃以上，更佳的為550℃以上。這是因為如下緣故：溫度越高，處理時間越短，並且單晶矽層的結晶性進一步提高。

實施例4

在本實施例中，評價半導體基板A-1的單晶矽層215的結晶性。為了評價，進行光學顯微鏡觀察。首先，說明半導體基板A-1的製造方法。

形成損傷區域205的氫離子摻雜條件如下：加速電壓為50kV，劑量為2.2×10¹⁶ ions/cm³ 。作為離子摻雜裝置，使用將燈絲用於電漿放電用電極的裝置。在電磁波照射處理中，照射毫米波(頻率為28GHz)。毫米波照射與圖39B的溫度測量同樣地進行。控制毫米波的功率，以在350℃的溫度下加熱單晶矽晶圓210兩分鐘。

雷射照射處理的條件與半導體基板B-2相同，但是本實施例的半導體基板A-1沒被進行雷射照射處理前的加熱處理(參照圖36H)。雷射的照射能量密度如下：

‧574mJ/cm²

‧591mJ/cm²

‧607mJ/cm²

‧623mJ/cm²

‧639mJ/cm²

‧656mJ/cm²

‧672mJ/cm²

‧688mJ/cm²

‧704mJ/cm²

圖44示出半導體基板A-1的單晶矽層215的光學顯微鏡觀察照片，它是暗場像。觀察倍率為100倍。在照片上附加的數値是雷射的照射能量密度。半導體基板A-1的單晶矽層215的厚度為90nm左右。當照射能量密度為623mJ/cm² 以下時，藉由雷射照射處理實現平坦化及結晶性恢復。根據圖44所示的照片可知，在本實施例的氫摻雜條件下，即使不在進行雷射照射處理前進行加熱處理，也可以藉由雷射照射處理實現單晶矽層的結晶性提高及平坦化。

圖45示出進行雷射照射處理前的半導體基板A-1的氫濃度的深度方向輪廓。藉由SIMS測量氫濃度。半導體基板A-1的單晶矽層215的氫濃度為1×10²¹ atoms/cm³ 以下，約為2×10¹⁰ atoms/cm³ 。此外，在圖45中，氫濃度的數値只在單晶矽層215內有效。

實施例5

在本實施例中，評價半導體基板B-3的結晶性。為了評價，進行光學顯微鏡觀察。首先，說明半導體基板B-3的製造方法。

形成損傷區域205的氫離子摻雜條件如下：加速電壓為40kV，劑量為2.2×10¹⁶ ions/cm³ 。作為離子摻雜裝置，使用由高頻引起電漿放電的裝置。在電磁波照射處理中，在與半導體基板A-1相同的條件下照射毫米波。在與半導體基板B-2相同的條件下進行加熱處理及雷射照射處理。雷射的照射能量密度如下：

‧565mJ/cm²

‧579mJ/cm²

‧594mJ/cm²

‧609mJ/cm²

‧623mJ/cm²

另外，在本實施例中，製造半導體基板β-3作為比較例。半導體基板β-3是沒有進行雷射照射處理前的加熱處理的基板，其他條件與半導體基板B-3相同。此外，在半導體基板β-3的雷射照射處理中，雷射的照射能量密度與半導體基板B-3不相同，該照射能量密度如下：

‧574mJ/cm²

‧591mJ/cm²

‧607mJ/cm²

‧623mJ/cm²

圖46是半導體基板B-3及β-3的單晶矽層的光學顯微鏡觀察照片，它是暗場像。觀察倍率為100倍。在照片上附加的數値，是雷射的照射能量密度。另外，半導體基板B-3及β-3的單晶矽層的厚度都是85nm左右。在被進行了加熱處理的半導體基板B-3中，當照射能量密度為565mJ/cm² 以上且594mJ/cm² 以下時，藉由雷射照射處理，實現單晶矽層的平坦化及結晶性恢復。在沒被進行加熱處理的半導體基板β-3中，不能夠藉由雷射照射充分地使單晶矽層平坦化。根據圖46所示的照片可知，在本實施例的氫摻雜條件下，較佳的藉由在進行雷射照射處理前進行加熱處理降低單晶矽層的氫濃度。

圖47示出進行雷射照射處理前的半導體基板B-3及β-3的氫濃度的深度方向輪廓。藉由SIMS，測量氫濃度。半導體基板β-3的單晶矽層的氫濃度為1×10²¹ atoms/cm³ 以上，而半導體基板B-3的單晶矽層216的氫濃度約為8×10²⁰ atoms/cm³ 。此外，在圖47中，氫濃度的數値只在單晶矽層216內有效。

11．．．半導體基板

12．．．半導體基板

13．．．半導體基板

20．．．支承基板

21．．．單晶半導體層

22．．．緩衝層

23．．．緩衝層

51．．．半導體基板

52．．．半導體基板

53．．．半導體基板

54．．．半導體基板

100．．．支承基板

101．．．單晶半導體層

102．．．緩衝層

103．．．緩衝層

105．．．單晶半導體層

110．．．單晶半導體基板

111．．．絕緣層

112．．．絕緣層

113．．．絕緣層

114．．．離子

115．．．損傷區域

116．．．槽口部

117．．．單晶半導體層

118．．．單晶半導體層

119．．．雷射

123．．．電磁波

124．．．單晶半導體基板

128．．．氫氣

150．．．施體基板

151．．．施體基板

153．．．半導體基板

154．．．半導體基板

131．．．絕緣層

132．．．絕緣層

133．．．絕緣層

135．．．保護膜

160．．．施體基板

161．．．施體基板

170．．．施體基板

171．．．施體基板

141．．．絕緣層

142．．．絕緣層

144．．．區域

180．．．施體基板

181．．．施體基板

146．．．槽口部

600．．．支承基板

602-1，602-2，602-3．．．絕緣層

601．．．半導體層

604．．．單晶半導體層

605．．．單晶半導體層

606．．．絕緣層

607．．．電極

608．．．p型高濃度雜質區域

609．．．n型低濃度雜質區域

610．．．通道形成區域

611．．．通道形成區域

612．．．側壁

614．．．n型高濃度雜質區域

617．．．p通道電晶體

618．．．n通道電晶體

619．．．絕緣膜

620．．．絕緣膜

621．．．導電膜

622．．．導電膜

2000．．．微處理器

2001．．．算術邏輯單元(也稱為ALU)

2002．．．ALU控制器

2003．．．指令解碼器

2004．．．中斷控制器

2005．．．時序控制器

2006．．．暫存器

2007．．．暫存器控制器

2008．．．匯流排界面

2009．．．ROM

2010．．．記憶體介面

2020．．．半導體裝置

2021．．．類比電路部份

2022．．．數位電路部份

2023．．．天線

2024．．．電容器部份

2031．．．諧振電路

2032．．．恒壓電路

2033．．．整流電路

2034．．．解調電路

2035．．．調制電路

2036．．．重置電路

2037．．．振盪電路

2038．．．電源管理電路

2041．．．RF介面

2042．．．控制暫存器

2043．．．時鐘控制器

2044．．．中央處理單元(CPU2044)

2045．．．CPU介面

2046．．．RAM

2047．．．ROM

400．．．顯示部份

401．．．信號線驅動電路

402．．．掃描線驅動電路

403．．．信號線

404．．．掃描線

405．．．像素

411．．．開關電晶體

412．．．液晶元件

413．．．儲存電容器

421．．．選擇電晶體

423．．．發光元件

501．．．絕緣層

502．．．絕緣層

503．．．單晶矽層

505-507．．．單晶半導體層

510．．．絕緣層

511．．．導電膜

512．．．導電膜

515-517．．．導電膜

521．．．n型低濃度雜質區域

522．．．抗蝕劑掩模

523．．．n型高濃度雜質區域

524-526．．．通道形成區域

530．．．抗蝕劑掩模

531．．．p型高濃度雜質區域

532．．．通道形成區域

535．．．絕緣膜

500．．．玻璃基板

536-540．．．導電膜

542．．．鈍化膜

543．．．絕緣膜

544．．．像素電極

545．．．柱狀間隔物

546．．．取向膜

561．．．彩色濾光片

560．．．玻璃基板

562．．．BM(黑色矩陣)

365．．．相對電極

564．．．取向膜

566．．．液晶層

571．．．導電膜

572．．．導電膜

573．．．絕緣膜

574．．．EL層

575．．．相對電極

1900．．．電視接收機

1901．．．外殼

1902．．．支承台

1903．．．顯示部

1904．．．揚聲器部

1905．．．視頻輸入端子

1910．．．數位相機

1911．．．主體

1913．．．圖像接收部

1912．．．顯示部

1914．．．操作按鈕

1915．．．外部連接埠

1916．．．快門按鈕

1920．．．筆記本型個人電腦

1921．．．外殼

1922．．．外殼

1923．．．顯示部

1924．．．鍵盤

1925．．．外部連接埠

1926．．．定位裝置

1930．．．可攜式資訊終端

1931．．．外殼

1932．．．顯示部

1933．．．開關

1934．．．操作按鈕

1935．．．紅外線埠

1940．．．DVD再現裝置

1941．．．外殼

1942．．．外殼

1944．．．顯示部

1945．．．記錄媒體讀取部

1946．．．操作按鈕

1943．．．顯示部

1947．．．揚聲器部

1950．．．電子書

1951．．．外殼

1952．．．顯示部

1953．．．操作按鈕

1960．．．攝像機

1961．．．外殼

1964．．．外部連接埠

1965．．．遙控接收

1966．．．圖像接收部

1967．．．電池

1968．．．音頻輸入部

1969．．．操作鍵

1970．．．行動電話

1972．．．外殼

1973．．．顯示部

1974．．．音頻輸入部

1975．．．音頻輸出部

1976．．．操作按鈕

1977．．．外部連接埠

1800．．．行動電話

1801．．．外殼

1802．．．外殼

1805．．．顯示部

1806．．．揚聲器

1807．．．麥克風

1808．．．操作鍵

1809．．．定位裝置

1810．．．影像拍攝用透鏡

1811．．．外部連接埠

1812．．．耳機端子

1815．．．鍵盤

1816．．．外部記憶體插槽

1817．．．影像拍攝用透鏡

1818．．．燈

200．．．玻璃基板

210．．．單晶矽晶圓

202．．．氮氧化矽膜

201．．．氧氮化矽膜

204．．．氫離子

205．．．損傷區域

203．．．氧化矽膜

211．．．施體基板

206．．．電磁波

207．．．單晶矽層

209．．．氫氣

208．．．單晶矽層

212．．．雷射光

215．．．單晶矽層

216．．．單晶矽層

230．．．取向膜

231-237．．．掩模

240-1至240-6．．．區域

圖1A至1C是半導體基板的立體圖；

圖2是半導體基板的製造方法的流程圖；

圖3A是半導體基板的剖視圖，而圖3B是其平面圖；

圖4是單晶半導體基板的立體圖；

圖5A至5D是說明在單晶半導體基板上形成緩衝層及損傷區域的方法的剖視圖，而圖5E是其平面圖；

圖6A至6E是說明基板固定處理及電磁波照射處理的剖視圖，其中圖6A是沿著圖8的a1-a2的剖視圖，圖6B是沿著圖9的b1-b2的剖視圖，圖6C是沿著圖10的c1-c2的剖視圖，圖6E是沿著圖11的e1-e2的剖視圖；

圖7是說明雷射照射處理的剖視圖；

圖8是說明第一次基板固定處理的平面圖；

圖9是說明第一次電磁波照射處理的平面圖；

圖10是說明第二次基板固定處理的平面圖；

圖11是說明第二次電磁波照射處理的平面圖；

圖12是半導體基板的製造方法的流程圖；

圖13A至13C是說明半導體基板的製造方法的剖視圖；

圖14A是半導體基板的剖視圖，而圖14B是其平面圖；

圖15是形成有緩衝層的支承基板的剖視圖；

圖16A至16D是說明在單晶半導體基板上形成緩衝層及損傷區域的方法的剖視圖，而圖16E是其平面圖；

圖17A是半導體基板的剖視圖，而圖17B是其平面圖；

圖18A至18D是說明在單晶半導體基板上形成緩衝層及損傷區域的方法的剖視圖，而圖18E是其平面圖；

圖19A是半導體基板的剖視圖，而圖19B是其平面圖；

圖20A至20D是說明在單晶半導體基板上形成緩衝層及損傷區域的方法的剖視圖，而圖20E是其平面圖；

圖21A至21E是說明半導體裝置的製造方法的剖視圖；

圖22A至22C是說明半導體裝置的製造方法的剖視圖；

圖23是說明半導體裝置的製造方法的剖視圖及其平面圖；

圖24是示出微處理器的結構的一個示例的方塊圖；

圖25是示出具有無線通信功能的半導體裝置的結構的一個示例的方塊圖；

圖26A至26F是固定具有無線通信功能的半導體裝置的物品的外觀圖；

圖27A是示出主動矩陣型顯示裝置的結構例的方塊圖，圖27B是示出液晶顯示裝置的像素的結構例的電路圖，並且圖27C是示出電致發光裝置的像素的結構例的電路圖；

圖28是示出主動矩陣型液晶顯示裝置的結構例的剖視圖；

圖29A至29D是示出主動矩陣型液晶顯示裝置的製造方法的剖視圖；

圖30A至30C是示出主動矩陣型液晶顯示裝置的製造方法的剖視圖；

圖31A至31C是示出主動矩陣型液晶顯示裝置的製造方法的剖視圖；

圖32是示出主動矩陣型EL顯示裝置的結構例的剖視圖；

圖33A和33B是示出主動矩陣型EL顯示裝置的製造方法的剖視圖；

圖34A至34H是示出電子設備的結構例的外觀圖，其中圖34A示出電視接收機，圖34B示出數位相機，圖34C示出筆記本個人電腦，圖34D示出可擕式資訊終端，圖34E示出DVD再現裝置，圖34F示出電子書，圖34G示出攝像機，並且圖34H示出行動電話；

圖35A至35C是示出移動電話的結構例的外觀圖，其中圖35A是主視圖，圖35B是背視圖，並且圖35C是展開圖；

圖36A至圖36I是說明半導體基板的製造方法的剖視圖，其中圖36A示出支承基板的準備步驟，圖36B-1至36B-3示出單晶半導體基板的準備步驟，圖36C示出基板固定處理，圖36D示出電磁波照射處理，圖36E示出半導體基板的加熱處理，圖36F及36G示出雷射照射處理，並且圖36H及36I示出雷射照射處理後的半導體基板；

圖37A及37B是單晶矽層的光學顯微鏡照片，其中圖37A示出電磁波照射處理後的半導體基板，而圖37B示出600℃的加熱處理後的半導體基板；

圖38A和38B是說明對準標記的附圖；

圖39A和39B是示出電磁波照射處理所引起的單晶矽晶圓的溫度變化的圖，其中圖39A示出微波照射，而圖39B示出毫米波照射；

圖40A和40B示出半導體基板的單晶矽層的拉曼光譜測量結果；

圖41是半導體基板的單晶矽層的光學顯微鏡照片(暗場像)；

圖42是藉由SIMS測量出的雷射照射處理前的半導體基板的氫濃度的深度方向輪廓；

圖43是藉由SIMS測量出的雷射照射處理後的半導體基板的氫濃度的深度方向輪廓；

圖44是半導體基板的單晶矽層的光學顯微鏡照片(暗場像)；

圖45是藉由SIMS測量出的雷射照射處理後的半導體基板的氫濃度的深度方向輪廓；

圖46是半導體基板的單晶矽層的光學顯微鏡照片(暗場像)；以及

圖47是藉由SIMS測量出的雷射照射處理後的半導體基板的氫濃度的深度方向輪廓。

100．．．支承基板

102．．．緩衝層

117．．．單晶半導體層

123．．．電磁波

124．．．單晶半導體基板

Claims (28)

1. 一種半導體基板的製造方法，包含如下步驟：在多個單晶半導體基板的每一個上形成緩衝層；在離該單晶半導體基板的表面有一深度的區域中形成損傷區域，該損傷區域藉由將加速了的離子照射到該多個單晶半導體基板的每一個而形成；進行第一基板固定處理，以藉由接合該緩衝層的表面和支承基板的表面，而將該多個單晶半導體基板的一個或多個固定於該支承基板上，來以確保空間的方式固定該多個單晶半導體基板的一個或多個；進行第一電磁波照射處理，以藉由將頻率為300MHz至300GHz的電磁波照射到該多個單晶半導體基板的一個或多個，沿該損傷區域分割藉由該第一基板固定處理固定於該支承基板上的該多個單晶半導體基板的一個或多個；進行第二基板固定處理，以藉由接合該緩衝層的表面和支承基板的表面，而將多個單晶半導體基板的一個或多個固定於該支承基板上，來該多個單晶半導體基板的一個或多個固定至該空間；以及進行第二電磁波照射處理，以藉由將頻率為300MHz至300GHz的電磁波照射到該多個單晶半導體基板的一個或多個，沿該損傷區域分割藉由該第二基板固定處理固定於該支承基板上的該多個單晶半導體基板的一個或多個，來形成在該支承基板上固定多個單晶半導體層的半導體基板。
2. 如申請專利範圍第1項的半導體基板的製造方法，還包含如下步驟：在藉由該第一及該第二基板固定處理及該第一及該第二電磁波照射處理形成該半導體基板之後，進行雷射照射處理，以將雷射照射到該多個單晶半導體層的每一個，而使該多個單晶半導體層熔化。
3. 如申請專利範圍第1項的半導體基板的製造方法，還包含如下步驟：在準備分別包括該緩衝層和該損傷區域的該多個單晶半導體基板之後，藉由部分地去除該緩衝層和該多個單晶半導體基板的至少一個，而將該多個單晶半導體基板的至少一個的上部分割成其表面上分別包括該緩衝層的多個凸部，其中在該第一及該第二基板固定處理中，將包括該多個凸部的該多個單晶半導體基板的至少一個固定於該支承基板。
4. 如申請專利範圍第1項的半導體基板的製造方法，其中該緩衝層包括用來防止鈉進入固定於該半導體基板的該多個單晶半導體層中的阻擋層。
5. 如申請專利範圍第1項的半導體基板的製造方法，其中該支承基板是玻璃基板。
6. 如申請專利範圍第1項的半導體基板的製造方法，還包含用來在該多個單晶半導體基板的每一個中形成該損傷區域的處理， 其中該用來形成該損傷區域的處理包含激發氫氣而產生包含H₃ ⁺ 的電漿，並且以包括在該電漿中的所有離子種的加速離子，照射到該多個單晶半導體基板的每一個。
7. 如申請專利範圍第1項的半導體基板的製造方法，其中進行該電磁波照射處理，而無任何有意地加熱和冷卻該多個單晶半導體基板的一個或多個。
8. 一種半導體裝置的製造方法，其中使用固定於如申請專利範圍第1項的半導體基板的製造方法所製造的該半導體基板上的該多個單晶半導體層的至少一個，以製造多個電晶體。
9. 一種半導體基板的製造方法，包含如下步驟：在多個單晶半導體基板的每一個上形成第一緩衝層；在離該單晶半導體基板的表面有一深度的區域中形成損傷區域，該損傷區域藉由將加速離子照射到該多個單晶半導體基板的每一個而形成；在支承基板的表面上形成第二緩衝層；進行基板固定處理，藉由接合該第一緩衝層的表面和該第二緩衝層的表面，而將該多個單晶半導體基板的一個或多個固定於該支承基板上；進行電磁波照射處理，藉由將頻率為300MHz至300GHz的電磁波照射到該多個單晶半導體基板的一個或多個，沿該損傷區域分割藉由該基板固定處理固定於該支承基板上的該多個單晶半導體基板的一個或多個；以及藉由進行兩次或更多次的該基板固定處理及該電磁波 照射處理，以形成在該支承基板上固定多個單晶半導體層的半導體基板。
10. 如申請專利範圍第9項的半導體基板的製造方法，還包含如下步驟：在藉由進行兩次或更多次的該基板固定處理及該電磁波照射處理形成該半導體基板之後，進行雷射照射處理，以將雷射照射到該多個單晶半導體層的每一個，而使該多個單晶半導體層熔化。
11. 一種半導體基板的製造方法，包含如下步驟：在離單晶半導體基板的表面有一深度的區域中形成損傷區域，該損傷區域藉由將加速離子照射到該多個單晶半導體基板的每一個而形成；在支承基板的表面上形成緩衝層；進行基板固定處理，藉由接合該多個單晶半導體基板的一個或多個的表面和該緩衝層的表面，而將該多個單晶半導體基板的一個或多個固定於該支承基板上；進行電磁波照射處理，藉由將頻率為300MHz至300GHz的電磁波照射到該多個單晶半導體基板的一個或多個，沿該損傷區域分割藉由該基板固定處理固定於該支承基板上的該多個單晶半導體基板的一個或多個；以及藉由進行兩次或更多次的該基板固定處理及該電磁波照射處理，以形成在該支承基板上固定多個單晶半導體層的半導體基板。
12. 如申請專利範圍第11項的半導體基板的製造方 法，還包含如下步驟：在藉由進行兩次或更多次的該基板固定處理及該電磁波照射處理形成該半導體基板之後，進行雷射照射處理，以將雷射照射到該多個單晶半導體層的每一個，而使該多個單晶半導體層熔化。
13. 一種半導體基板的製造方法，包含如下步驟：在多個單晶半導體基板的每一個上形成緩衝層；在離單晶半導體基板的表面有一深度的區域中形成損傷區域，該損傷區域藉由將加速的氫離子照射到該多個單晶半導體基板的每一個而形成；進行基板固定處理，藉由接合該緩衝層的表面和該支承基板的表面，而將該多個單晶半導體基板的一個或多個固定於該支承基板上；進行電磁波照射處理，藉由將頻率為300MHz至300GHz的電磁波照射到該多個單晶半導體基板的一個或多個，沿該損傷區域分割藉由該基板固定處理固定於該支承基板上的該多個單晶半導體基板的一個或多個；藉由進行兩次或更多次的該基板固定處理及該電磁波照射處理，以形成在該支承基板上固定多個單晶半導體層的半導體基板；進行加熱處理，以在410℃以上且低於該多個單晶半導體層的熔點的溫度下，加熱該半導體基板的該多個單晶半導體層；以及在進行該加熱處理之後，進行雷射照射處理，以對該 多個單晶半導體層的每一個照射雷射，而使該多個單晶半導體層熔化。
14. 如申請專利範圍第13項的半導體基板的製造方法，其中在該雷射照射處理中，將雷射照射表面放在惰性氣體氣氛中，以及其中該惰性氣體是氮氣或稀有氣體。
15. 如申請專利範圍第13項的半導體基板的製造方法，其中在該加熱處理中，在500℃以上的溫度下，加熱該多個單晶半導體層。
16. 如申請專利範圍第13項的半導體基板的製造方法，其中藉由該加熱處理，使該多個單晶半導體層的每一個的氫濃度成為1×10²¹ atoms/cm³ 或更小。
17. 一種半導體基板的製造方法，包含如下步驟：在多個單晶半導體基板的每一個上形成第一緩衝層；在離單晶半導體基板的表面有一深度的區域中形成損傷區域，該損傷區域藉由將加速的氫離子照射到該多個單晶半導體基板的每一個而形成；在支承基板的表面上形成第二緩衝層；進行基板固定處理，以接合該第一緩衝層的表面和該第二緩衝層的表面，而將該多個單晶半導體基板的一個或多個固定於該支承基板上；進行電磁波照射處理，藉由將頻率為300MHz至300GHz的電磁波照射到該多個單晶半導體基板的一個或多個，沿該損傷區域分割藉由該基板固定處理固定於該支 承基板上的該多個單晶半導體基板的一個或多個；藉由進行兩次或更多次的該基板固定處理及該電磁波照射處理，形成在該支承基板上固定多個單晶半導體層的半導體基板；進行加熱處理，以在410℃以上且低於該多個單晶半導體層的熔點的溫度下，加熱該半導體基板的該多個單晶半導體層；以及在進行該加熱處理之後，進行雷射照射處理，以對該多個單晶半導體層的每一個照射雷射，而使該多個單晶半導體層熔化。
18. 如申請專利範圍第17項的半導體基板的製造方法，其中在該雷射照射處理中，將雷射照射表面放在惰性氣體氣氛中，以及其中該惰性氣體是氮氣或稀有氣體。
19. 如申請專利範圍第17項的半導體基板的製造方法，其中在該加熱處理中，在500℃以上的溫度下，加熱該多個單晶半導體層。
20. 如申請專利範圍第17項的半導體基板的製造方法，其中藉由該加熱處理，使該多個單晶半導體層的每一個的氫濃度成為1×10²¹ atoms/cm³ 或更小。
21. 一種半導體基板的製造方法，包含如下步驟：在離單晶半導體基板的表面有一深度的區域中形成損傷區域，該損傷區域藉由將加速的氫離子照射到該多個單晶半導體基板的每一個而形成； 在支承基板的表面上形成緩衝層；進行第一基板固定處理，以接合該多個單晶半導體基板的一個或多個的表面和該緩衝層的表面，而將該多個單晶半導體基板的一個或多個固定於該支承基板上，來以確保空間的方式固定該多個單晶半導體基板的一個或多個；進行第一電磁波照射處理，藉由將頻率為300MHz至300GHz的電磁波照射到該多個單晶半導體基板的一個或多個，沿該損傷區域分割藉由該第一基板固定處理固定於該支承基板上的該多個單晶半導體基板的一個或多個；進行第二基板固定處理，以藉由接合該緩衝層的表面和支承基板的表面，而將多個單晶半導體基板的一個或多個固定於該支承基板上，來該多個單晶半導體基板的一個或多個固定至該空間；進行第二電磁波照射處理，以藉由將頻率為300MHz至300GHz的電磁波照射到該多個單晶半導體基板的一個或多個，沿該損傷區域分割藉由該第二基板固定處理固定於該支承基板上的該多個單晶半導體基板的一個或多個，來形成在該支承基板上固定多個單晶半導體層的半導體基板；進行加熱處理，以在410℃以上且低於該多個單晶半導體層的熔點的溫度下，加熱該半導體基板的該多個單晶半導體層；以及在進行該加熱處理之後，進行雷射照射處理，以對該多個單晶半導體層的每一個照射雷射，而使該多個單晶半 導體層熔化。
22. 如申請專利範圍第21項的半導體基板的製造方法，其中在該雷射照射處理中，將雷射照射表面放在惰性氣體氣氛中。
23. 如申請專利範圍第21項的半導體基板的製造方法，其中在該加熱處理中，在500℃以上的溫度下，加熱該多個單晶半導體層。
24. 如申請專利範圍第21項的半導體基板的製造方法，其中藉由該加熱處理，使該多個單晶半導體層的每一個的氫濃度成為1×10²¹ atoms/cm³ 或更小。
25. 如申請專利範圍第21項的半導體基板的製造方法，還包含如下步驟：在準備分別包含該緩衝層和該損傷區域的該多個單晶半導體基板之後，部分地去除該緩衝層和該多個單晶半導體基板的至少一個，而將該多個單晶半導體基板的至少一個的上部分割成其表面上分別包含該緩衝層的多個凸部，其中在該基板固定處理中，將包含該多個凸部的該多個單晶半導體基板的至少一個固定於該支承基板上。
26. 如申請專利範圍第21項的半導體基板的製造方法，其中該緩衝層包括用來防止鈉進入固定於該半導體基板上的該多個單晶半導體層中的阻擋層。
27. 如申請專利範圍第21項的半導體基板的製造方法，其中該支承基板是玻璃基板。
28. 如申請專利範圍第21項的半導體基板的製造方 法，還包含用來在該多個單晶半導體基板的每一個中形成該損傷區域的處理，其中該用來形成該損傷區域的處理包含激發氫氣而產生包含H₃ ⁺ 的電漿，並且將包括在該電漿中的所有離子種的加速的離子，照射到該多個單晶半導體基板的每一個。