[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及例如被适用在液晶显示装置等的半导体装置、以及其制造方法。

背景技术

近几年，液晶显示装置，例如作为手机等移动机器和所谓液晶电视等薄型的显示装置，需求非常高涨着。这样的液晶显示装置具有由一对的基板夹持液晶层的构成，其中一个的基板构成为在玻璃基板上形成有多个TFT(Thin-Film Transistor)的半导体装置。

但是，在绝缘层表面形成了单晶硅层的硅基板的SOI(Siliconon Insulator)向来为人所知。通过在SOI基板上形成晶体管等元件，能够降低寄生电容并且提高绝缘电阻。换句话说，能够谋求元件的高性能化和高集成化。上述绝缘层，例如能够以氧化硅膜(SiO₂)来形成。

上述SOI基板，从提高元件的动作速度并且进一步降低寄生电容的观点，最好是使得单晶硅层的薄膜厚度为薄。一般，作为SOI基板的形成方法，利用机械研磨和化学机械研磨(ChemicalMechanical Polishing：CMP)或是多晶硅的方法等种种方法为人所知。例如作为氢注入的方法的例子，布鲁尔(Bruel)公开了如下技术，即：向半导体基板内部注入氢，把这个基板与其他基板贴合之后，通过进行热处理沿着氢注入层分离半导体基板，转印到其他基板上的智能剥离法(smart cut)(参照非专利文献1及非专利文献2等)。

根据这个技术，能够形成在绝缘层的表面形成有单晶硅层的硅基板即SOI基板。通过在这样的基板构造上形成晶体管等元件，由于能够降低寄生电容并且能够提高绝缘电阻，因此能够谋求元件的高性能化和高集成化。

非专利文献1：Electronics Letters，Vol.31，No.14，1995，pp.1201

非专利文献2：JJAP，Vol.36(1997)pp.1636

非专利文献3：Applied Physics Letters，43(2)，15 July 1983″Deactivation of the boron acceptor in silicon by hydrogen”，

非专利文献4：Jourl of Applied Physics，75(7)，1 April 1994″Hydrogenintroductiond hydrogen-enhanced thermal donor formation”

发明内容

-发明要解决的技术问题-

本申请的发明人发现：对于形成有MOS晶体管等半导体元件的至少一部分的半导体基板，通过形成氢注入层来分离半导体基板的一部分，能够在其他的基板上来薄膜化而制造半导体元件。并且，通过使上述的其他基板为透明基板，将能够把半导体层被薄膜化的半导体装置适用到液晶显示装置。

然而，根据本申请的发明人反复地致力研究的结果，明白了：在其他的基板上薄膜化形成的NMOS晶体管及PMOS晶体管，其阈值电压将向负电压方向移动1V左右。根据这样的阈值电压的变动，上述NMOS晶体管及PMOS晶体管的阈值和漏极电流值等的平衡崩溃，因此将发生由这些NMOS晶体管及PMOS晶体管构成的CMOS电路等将变得无法正常动作的这类问题。

作为阈值电压向负电压方向移动的原因，能够考虑如下状况。首先，能够考虑：为了控制阈值而向NMOS晶体管及PMOS晶体管的沟道区域导入的硼等P型杂质元素的一部分与用来分离半导体基板而注入的氢结合被不活性化，因此失去了原来作为P型杂质元素的功能。并且，能够考虑：由于对存在于硅基板内部的氧原子氢介入而形成了热施主(thermal donor)，因此，沟道区域被N型化等(参照非专利文献3及4)。其结果，能预想：实际的阈值电压比所要的阈值电压还要向负电压方向移动。

由于与氢的这样的结合造成的P型杂质元素的不活性化、和由于热施主造成的沟道区域的N型化，能够考虑：通过预先使得对沟道形成区域的硼等P型杂质的注入量为多，来适当调整最终地作为电性接受体(acceptor)发挥功能的P型杂质浓度。

但是，即使是这样的情况，也必须把P型杂质元素的不活性化的量和由于热施主的N型化的量各自正确且再现性(reproducibility)良好地控制。根据本申请的发明人以实验等所获得的见解，把晶体管薄膜化形成到玻璃基板之后进行的热处理温度为600℃左右的情况时，该晶体管的最初离子注入的P型杂质元素当中，实际发挥功能的P型杂质的比例是全体的1～2成左右。