[发明专利]半导体装置及电子设备

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置及电子设备。 

注意在本说明书中，半导体装置指的是能够通过利用半导体特性而工作的所有装置，以及电光学装置、半导体电路及电子设备都包括在半导体装置类别内。 

背景技术

近年来，代替块体硅晶圆而利用SOI(Silicon On Insulator，即绝缘体上硅)衬底的集成电路已经被开发。通过利用形成于绝缘层上的薄单晶硅层的特点，可以将集成电路中的晶体管形成为彼此完全电分离，并且使每个晶体管成为完全耗尽型晶体管。因此，可以实现高集成、高速驱动、低耗电量等附加价值高的半导体集成电路。 

作为SOI衬底的制造方法之一，已知组合了氢离子注入和分离的氢离子注入分离法。下面，示出氢离子注入分离法的典型工艺。 

首先，通过对硅晶圆注入氢离子，在离其表面有预定深度的部分中形成离子注入层。接着，通过使成为基底衬底的另外的硅晶圆氧化，来形成氧化硅膜。然后，通过将注入有氢离子的硅晶圆和另外的硅晶圆的氧化硅膜接合在一起，来将两个硅晶圆贴合在一起。而且，通过进行加热处理，以离子注入层为分离面来分离硅晶圆。另外，为了提高贴合时的结合力，进行加热处理。 

已知通过利用氢离子注入分离法在玻璃衬底上形成单晶硅层的方法(例如，引用文件1：日本公布专利申请No.Heill-097379)。在引用文件1中，为了去掉通过离子注入而形成的缺陷层或者分离面上的几nm至几十nm的台阶，对分离面进行机械抛光。 

与硅晶圆相比，玻璃衬底是其面积大且廉价的衬底，它主要用于显示装置如液晶显示装置等的制造。通过将玻璃衬底用作基底衬底，可以制造其面积大且廉价的SOI衬底。 

然而，玻璃衬底的应变点为等于或低于700℃，而其耐热性低。因此，不能以超过玻璃衬底的容许温度极限的温度加热，从而工艺温度限于700℃或以下。就是说，当去掉分离面上的晶体缺陷以及表面凹凸时，也有对工艺温度的限制。此外，当利用贴合到玻璃衬底的单晶硅层制造晶体管时，也有对工艺温度的限制。 

并且，由于衬底尺寸是大型，存在对可以使用的装置和处理方法的限制。例如，引用文件1所记载的分离面的机械抛光，从加工精度或装置的成本等的观点来看，应用于大面积衬底是不实际的。但是，为了发挥半导体元件的特性，需要将分离面上的表面凹凸抑制到一定程度。 

如上所述，在使用诸如耐热性低的大面积玻璃衬底之类的衬底作为基底衬底的情况下，难以抑制半导体层的表面凹凸并难以得到所希望的特性。 

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于通过使用以低耐热性衬底为基底衬底的SOI衬底来提供高性能半导体装置。本发明的目的还在于以不进行机械抛光(例如CMP等)的方式提供高性能半导体装置。再者，本发明的目的在于提供一种使用该半导体装置的电子设备。 

根据本发明一方面，半导体装置包括绝缘衬底上的绝缘层、绝缘层上的接合层、以及接合层上的单晶半导体层，以及单晶半导体层上部表面算术平均粗糙度为大于或等于1nm且小于或等于7nm。 

根据本发明另一方面，半导体装置包括绝缘衬底上的绝缘层、绝缘层上的接合层、以及接合层上的单晶半导体层，以及单晶半导体层上部表面的均方根粗糙度为大于或等于1nm且小于或等于10nm。 

根据本发明另一方面，半导体装置包括绝缘衬底上的绝缘层、绝缘层上的接合层、以及接合层上的单晶半导体层，以及单晶半导体层上部表面的最大高度差为大于或等于5nm且小于或等于250nm。 

根据本发明另一方面，半导体装置包括容许温度极限为700℃或以 下的衬底、衬底上的绝缘层、绝缘层上的接合层、以及接合层上的单晶半导体层，以及单晶半导体层上部表面的算术平均粗糙度为大于或等于1nm且小于或等于7nm。 

根据本发明的另一方面，半导体装置包括容许温度极限为700℃或以下的衬底、衬底上的绝缘层、绝缘层上的接合层、以及接合层上的单晶半导体层，以及单晶半导体层上部表面的均方根粗糙度为大于或等于1nm且小于或等于10nm。 

根据本发明另一方面，半导体装置包括容许温度极限为700℃或以下的衬底、衬底上的绝缘层、绝缘层上的接合层、以及接合层上的单晶半导体层，以及单晶半导体层上部表面的最大高低差为大于或等于5nm且小于或等于250nm。 

在上述任意结构中，衬底优选为包含铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃或钡硼硅酸盐玻璃中的任意玻璃的玻璃衬底。作为衬底尺寸不作特别限制，只要是对其难以应用CMP工艺的尺寸都可以，例如每边超过300mm的衬底。