JP2009043803A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、薄膜トランジスタ等のトランジスタ素子を画素スイッチング用素子として採用した液晶装置等の半導体装置、及びその製造方法の技術分野に関する。 The present invention relates to a technical field of a semiconductor device such as a liquid crystal device that employs a transistor element such as a thin film transistor as a pixel switching element, and a manufacturing method thereof.
この種の半導体装置では、ガラス基板等の基板上に薄膜トランジスタ(以下、TFTと称す。)を形成する際に、基板の歪点等から、650℃以下で半導体層を形成する必要があり、また、電極構造にアルミニウムなどの低融点金属を用いた場合は、更にプロセス温度を400℃以下にする必要があり、650℃以上でTFTを形成する高温プロセスに比べて、半導体層を構成するシリコン(Si)、及びゲート絶縁膜を構成するシリコン酸化膜(SiO2)中に存在する欠陥を十分に補償できていない。特に、ゲート絶縁膜及び半導体層の界面に存在するSiの不対結合手等の欠陥は、TFTの動作特性及び信頼性を低下させる一因となる。 In this type of semiconductor device, when a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) is formed on a substrate such as a glass substrate, it is necessary to form a semiconductor layer at 650 ° C. or lower from the strain point of the substrate. When a low-melting point metal such as aluminum is used for the electrode structure, the process temperature needs to be 400 ° C. or lower, and silicon constituting the semiconductor layer compared to the high-temperature process for forming TFTs at 650 ° C. or higher. Si) and defects existing in the silicon oxide film (SiO 2 ) constituting the gate insulating film cannot be sufficiently compensated. In particular, defects such as Si dangling bonds present at the interface between the gate insulating film and the semiconductor layer contribute to a decrease in the operating characteristics and reliability of the TFT.
そこで、特許文献1は、光励起、分解を利用することによる窒素酸化物を有する反応性の高い気体雰囲気で400〜700℃の熱アニールを行うことにより、比較的低温でゲート絶縁膜及び半導体層の界面に存在するSiの不対結合手に熱的に安定した窒素原子を結合させることによって不対結合手を補償する半導体装置の作成方法を提案している。
Therefore,
しかしながら、特許文献1に提案された方法によれば、ゲート絶縁膜形成後にアニール処理を行うので、層間絶縁膜のうちゲート電極近傍に位置する部分に生じた欠陥を十分に補償することが難しく、層間絶縁膜の形成方法によっては、トランジスタ素子の動作特性及び信頼性を高めることが困難になる。また、層間絶縁膜形成後に該アニール処理を行う時も、ゲート電極にアルミニウムなどの低融点金属を用いた場合は、400℃以下と低くする必要があることや、窒素原子の層間絶縁膜への拡散状況によっては、窒素濃度が高くなって窒素原子の未結合手がキャリアトラップとして働いてしまい、トランジスタ素子の信頼性を悪化させることになる。例えば、200℃の温度下においてトランジスタ素子のゲート電極に所定の電圧を印加した後、トランジスタ素子の動作時に流れる電流(即ち、オン電流)を測定するBT試験において、試験後のオン電流が低下してしまう場合があり、トランジスタ素子の動作特性の低下及び信頼性の低下を招いてしまう。
However, according to the method proposed in
よって、本発明は上記問題点等に鑑みてなされたものであり、例えば、BT試験後における動作特性及び信頼性の低下を抑制可能なトランジスタ素子が搭載された半導体装置、及びその製造方法を提供することを課題とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and provides, for example, a semiconductor device on which a transistor element capable of suppressing deterioration in operating characteristics and reliability after a BT test and a manufacturing method thereof are provided. The task is to do.
本発明に係る半導体装置は上記課題を解決するために、(i)基板上に形成され、且つチャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を含む半導体層、(ii)前記半導体層上において前記チャネル領域に重なるゲート電極、並びに、(iii)前記半導体層及び前記ゲート電極間に延びるゲート絶縁膜を有するトランジスタ素子と、前記ゲート電極上に形成された第1層間絶縁膜と、前記第1層間絶縁膜上に形成されており、前記第1層間絶縁膜より窒素濃度が高い第2層間絶縁膜とを備え、前記半導体層及び前記ゲート絶縁膜は、前記半導体層及び前記ゲート絶縁膜の夫々に含まれる欠陥が補償されるように所定の処理が施されていることを備える。 In order to solve the above problems, a semiconductor device according to the present invention includes: (i) a semiconductor layer formed on a substrate and including a channel region, a source region, and a drain region; and (ii) the channel region on the semiconductor layer. And (iii) a transistor element having a gate insulating film extending between the semiconductor layer and the gate electrode, a first interlayer insulating film formed on the gate electrode, and the first interlayer insulating film And a second interlayer insulating film having a nitrogen concentration higher than that of the first interlayer insulating film, wherein the semiconductor layer and the gate insulating film are defects included in the semiconductor layer and the gate insulating film, respectively. Is provided with a predetermined process so as to be compensated.
本発明に係る半導体装置によれば、トランジスタ素子は、例えば、ガラス基板等の基板上に形成された薄膜トランジスタであり、そのゲート電極は、シリコン等の半導体で構成された半導体層に含まれるチャネル領域に重なるように、ゲート絶縁膜を介して当該チャネル領域上に形成されている。 According to the semiconductor device of the present invention, the transistor element is a thin film transistor formed on a substrate such as a glass substrate, and the gate electrode thereof is a channel region included in a semiconductor layer made of a semiconductor such as silicon. Is formed on the channel region with a gate insulating film interposed therebetween.
第1層間絶縁膜は、ゲート電極上に形成されており、第2層間絶縁膜と共にトランジスタ素子及びその上に形成された回路部を電気的に絶縁する。第2層間絶縁膜は、第1層間絶縁膜上に形成されており、第1層間絶縁膜より窒素濃度が高い。即ち、トランジスタ素子のゲート電極上には、少なくとも第1層間絶縁膜、及び当該第1層間絶縁膜より窒素濃度が高い第2層間絶縁膜を含む絶縁膜の2層構造が形成されている。 The first interlayer insulating film is formed on the gate electrode, and electrically insulates the transistor element and the circuit portion formed thereon together with the second interlayer insulating film. The second interlayer insulating film is formed on the first interlayer insulating film and has a higher nitrogen concentration than the first interlayer insulating film. That is, a two-layer structure of an insulating film including at least a first interlayer insulating film and a second interlayer insulating film having a nitrogen concentration higher than that of the first interlayer insulating film is formed on the gate electrode of the transistor element.
半導体層及びゲート絶縁膜は、半導体層及びゲート絶縁膜上に第1及び第2層間絶縁膜が形成された後、半導体層及びゲート絶縁膜の夫々に含まれる欠陥が補償されるように所定の処理が施されている。「所定の処理」とは、例えば、シリコン(Si)等の半導体層と、酸化シリコン(SiO2)等のゲート絶縁膜との界面に存在する不対結合手等の欠陥を補償するように、或いは、トランジスタ素子の動作時において、層間絶縁膜のうちゲート電極近傍、より具体的には、ゲート電極の脇の領域において正孔或いは電子等のキャリアを捕獲するキャリアトラップが発生しないように、熱的又は化学的に半導体層及びゲート絶縁膜の夫々を処理することをいう。即ち、本発明の「欠陥が補償されるように」とは、所定の処理が施されることによって新たな欠陥を生じさせないように、予め存在する欠陥を補償することをいう。このよう所定の処理は、単に当該処理条件によるものではなく、第1及び第2層間絶縁膜の夫々における窒素濃度の高低にも依存する。 The semiconductor layer and the gate insulating film are formed in a predetermined manner so that defects included in the semiconductor layer and the gate insulating film are compensated after the first and second interlayer insulating films are formed on the semiconductor layer and the gate insulating film. Processing has been applied. “Predetermined treatment” means, for example, so as to compensate for defects such as unpaired bonds existing at the interface between a semiconductor layer such as silicon (Si) and a gate insulating film such as silicon oxide (SiO 2 ). Alternatively, during the operation of the transistor element, heat is generated so that carrier traps that capture carriers such as holes or electrons are not generated in the vicinity of the gate electrode in the interlayer insulating film, more specifically, in the region beside the gate electrode. This means that each of the semiconductor layer and the gate insulating film is processed either chemically or chemically. That is, “to compensate for defects” in the present invention means to compensate for existing defects so as not to cause a new defect by performing a predetermined process. Such a predetermined process does not simply depend on the processing conditions, but also depends on the level of nitrogen concentration in each of the first and second interlayer insulating films.
ここで、ゲート絶縁膜の上層側から窒素を当該界面に向かって拡散させることによって、不対結合手に窒素原子を結合させ、半導体層及びゲート絶縁膜の界面における不対結合手を補償する方法が考えられる。しかしながら、層間絶縁膜のうちゲート電極近傍の領域、例えば、ゲート電極の脇に延びる領域に過剰に窒素が拡散した場合、拡散した窒素の未結合手がキャリアトラップとなってしまい、トランジスタ素子の動作時に当該トランジスタ素子に流すことが可能なオン電流を低下させてしまう。 Here, by diffusing nitrogen from the upper layer side of the gate insulating film toward the interface, nitrogen atoms are bonded to the dangling bonds, and the dangling bonds at the interface between the semiconductor layer and the gate insulating film are compensated. Can be considered. However, if the nitrogen diffuses excessively in the interlayer insulating film in the vicinity of the gate electrode, for example, in the region extending to the side of the gate electrode, the dangling bonds of the diffused nitrogen become carrier traps, and the transistor element operates. Sometimes the on-current that can flow through the transistor element is reduced.
そこで、本発明に係る半導体装置では、ゲート電極上に第1層間絶縁膜を形成し、その上に相対的に窒素濃度が高い第2層間絶縁膜が形成されているため、所定の処理によって半導体層及びゲート絶縁膜の界面における不対結合手を低減しつつ、ゲート電極近傍におけるキャリアトラップの増大を抑制できる。より具体的には、第2層間絶縁膜から半導体層及びゲート絶縁膜の界面に窒素原子を拡散させることによって不対結合手等の欠陥を窒素原子で補償できる。加えて、第1層間絶縁膜が存在する分、第2層間絶縁膜をゲート電極上に直接形成した状態で所定の処理を施す場合に比べて、ゲート電極近傍においてゲート絶縁膜中に含まれる窒素原子の濃度の増大を抑制できる。 Therefore, in the semiconductor device according to the present invention, the first interlayer insulating film is formed on the gate electrode, and the second interlayer insulating film having a relatively high nitrogen concentration is formed thereon. An increase in carrier traps in the vicinity of the gate electrode can be suppressed while reducing dangling bonds at the interface between the layer and the gate insulating film. More specifically, defects such as dangling bonds can be compensated with nitrogen atoms by diffusing nitrogen atoms from the second interlayer insulating film to the interface between the semiconductor layer and the gate insulating film. In addition, the amount of nitrogen contained in the gate insulating film in the vicinity of the gate electrode is larger than that in the case where the predetermined treatment is performed with the second interlayer insulating film formed directly on the gate electrode because the first interlayer insulating film exists. An increase in the concentration of atoms can be suppressed.
したがって、本発明に係る半導体装置によれば、半導体層及びゲート絶縁膜の界面における不対結合手の低減と、当該不対結合手の低減の副作用として生じうるキャリアトラップの低減とを同時に実現することが可能であり、例えば、400℃以下の低い温度範囲でしか所定の処理が施せない場合であっても、トランジスタ素子の動作特性の低下及び信頼性の低下を抑制できる。 Therefore, according to the semiconductor device of the present invention, the reduction of dangling bonds at the interface between the semiconductor layer and the gate insulating film and the reduction of carrier traps that can occur as a side effect of the dangling bonds are simultaneously realized. For example, even when a predetermined treatment can be performed only in a low temperature range of 400 ° C. or lower, it is possible to suppress a decrease in operating characteristics and a decrease in reliability of the transistor element.
本発明に係る半導体装置の一の態様では、前記所定の処理は、水蒸気又は窒素雰囲気中において前記ゲート絶縁膜及び前記半導体層を熱処理するアニール処理、或いは、前記第1層間絶縁膜及び前記第2層間絶縁膜を介して前記ゲート絶縁膜及び前記半導体層に高圧で水蒸気を供給する高圧水蒸気処理であってもよい。 In one aspect of the semiconductor device according to the present invention, the predetermined treatment is an annealing treatment for heat-treating the gate insulating film and the semiconductor layer in a water vapor or nitrogen atmosphere, or the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film. High-pressure steam treatment may be used in which steam is supplied at high pressure to the gate insulating film and the semiconductor layer through an interlayer insulating film.
この態様によれば、アニール処理が施される際の処理温度は、例えば400℃以下であるため、ガラス基板上にトランジスタ素子が形成されている場合でも、ガラス基板が熱によってダメージを受けることがない。高圧水蒸気処理とは、例えば、1乃至2MPa程度の圧力を有し、且つ400℃以下の温度に維持された水蒸気雰囲気中において、第2層間絶縁膜までが形成された半導体装置を熱処理することをいう。これら各処理によって、第2層間絶縁膜中の窒素原子を半導体層及びゲート絶縁膜の界面に拡散させると共に、ゲート絶縁膜中における窒素原子の濃度の過剰な増大を抑制できる。尚、これら処理によれば、不対結合手等の欠陥の補償だけでなく、半導体層中及びゲート絶縁膜中の夫々における結晶欠陥が窒素によって補償可能である。 According to this aspect, since the processing temperature when the annealing process is performed is, for example, 400 ° C. or less, the glass substrate may be damaged by heat even when the transistor element is formed on the glass substrate. Absent. The high-pressure steam treatment is, for example, heat-treating a semiconductor device in which up to the second interlayer insulating film is formed in a steam atmosphere having a pressure of about 1 to 2 MPa and maintained at a temperature of 400 ° C. or lower. Say. By each of these treatments, nitrogen atoms in the second interlayer insulating film can be diffused to the interface between the semiconductor layer and the gate insulating film, and an excessive increase in the concentration of nitrogen atoms in the gate insulating film can be suppressed. In addition, according to these processes, not only compensation of defects such as dangling bonds but also crystal defects in the semiconductor layer and the gate insulating film can be compensated by nitrogen.
本発明に係る半導体装置の他の態様では、前記半導体層は、前記チャネル領域の両脇に形成されたLDD領域を有していてもよい。 In another aspect of the semiconductor device according to the present invention, the semiconductor layer may have LDD regions formed on both sides of the channel region.
この態様によれば、不対結合手等の欠陥が発生し易いLDD領域において効果的に欠陥を補償でき、LDD領域における電気抵抗の低減、及びオフ電流の低減が可能である。 According to this aspect, defects can be effectively compensated in an LDD region where defects such as dangling bonds are likely to occur, and electrical resistance and off-current can be reduced in the LDD region.
本発明に係る半導体装置の他の態様では、前記トランジスタ素子は、Nチャネル型トランジスタであってもよい。 In another aspect of the semiconductor device according to the present invention, the transistor element may be an N-channel transistor.
この態様によれば、不対結合手の発生及びキャリアトラップの発生が顕著であるNチャネル型トランジスタについて、BT試験後のおける動作特性及び信頼性の低下を抑制できる。 According to this aspect, it is possible to suppress a decrease in operating characteristics and reliability after the BT test for an N-channel transistor in which generation of unpaired bonds and generation of carrier traps are remarkable.
本発明に係る半導体装置の他の態様では、前記トランジスタ素子は、前記基板上の表示領域を構成する複数の画素部の夫々に形成された画素スイッチング用素子であってもよい。 In another aspect of the semiconductor device according to the present invention, the transistor element may be a pixel switching element formed in each of a plurality of pixel portions constituting a display region on the substrate.
この態様によれば、画像信号に応じた電位を画素スイッチング用素子を介して画素部に供給可能であり、例えば、液晶装置等の半導体装置の表示性能を高めることが可能である。 According to this aspect, a potential corresponding to an image signal can be supplied to the pixel portion via the pixel switching element, and for example, display performance of a semiconductor device such as a liquid crystal device can be improved.
この態様では、前記第1層間絶縁膜は、TEOS(テトラエチルオルソシリケート)ガスと、酸素(O2)ガスとの混合ガスを反応ガスとして用いたPE-CVD法によって形成されたSiO2膜であり、前記第2層間絶縁膜は、SiH4+N2O系のガスを反応ガスとして用いたPE−CVD法(プラズマアシスト型化学的気相成長法)によって形成されたSiO2膜であってもよい。 In this aspect, the first interlayer insulating film is a SiO 2 film formed by a PE-CVD method using a mixed gas of TEOS (tetraethylorthosilicate) gas and oxygen (O 2 ) gas as a reaction gas. The second interlayer insulating film may be a SiO 2 film formed by a PE-CVD method (plasma assisted chemical vapor deposition method) using a SiH 4 + N 2 O-based gas as a reaction gas. .
この態様によれば、絶縁膜の形成方法として汎用されるCVD法及びPE−CVD法を用いて相互に窒素濃度が異なる第1層間絶縁膜及び第2層間絶縁膜を形成可能である。加えて、窒素濃度が相互に異なる絶縁膜を簡便な方法で形成可能である。 According to this aspect, the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film having different nitrogen concentrations can be formed by using a CVD method and a PE-CVD method which are widely used as a method for forming the insulating film. In addition, insulating films having different nitrogen concentrations can be formed by a simple method.
この態様では、前記PE−CVD法によって形成された第2層間絶縁膜の膜厚は、前記PE-CVD法によって形成された第1層間絶縁膜の膜厚の1/7倍から15倍であってもよい。 In this aspect, the film thickness of the second interlayer insulating film formed by the PE-CVD method is 1/7 to 15 times the film thickness of the first interlayer insulating film formed by the PE-CVD method. May be.
この態様によれば、不対結合手の補償と、ゲート絶縁膜における窒素原子の過剰な拡散の抑制とをバランス良く実現でき、BT試験後におけるオン電流の低下が抑制可能であることが本願発明者によって確認されている。 According to this aspect, it is possible to realize in a balanced manner compensation for dangling bonds and suppression of excessive diffusion of nitrogen atoms in the gate insulating film, and it is possible to suppress a decrease in on-current after the BT test. Has been confirmed.
本発明に係る半導体装置の他の態様では、前記PE-CVD法によって形成された第1層間絶縁膜に含まれる窒素濃度は、1×1018乃至1×1020[atoms・cm−3]の範囲に含まれており、前記PE−CVD法によって形成された第2層間絶縁膜に含まれる窒素濃度は、1×1020乃至1×1022[atoms・cm−3]の範囲に含まれていてもよい。 In another aspect of the semiconductor device according to the present invention, the nitrogen concentration contained in the first interlayer insulating film formed by the PE-CVD method is 1 × 10 18 to 1 × 10 20 [atoms · cm −3 ]. The nitrogen concentration contained in the second interlayer insulating film formed by the PE-CVD method is included in the range of 1 × 10 20 to 1 × 10 22 [atoms · cm −3 ]. May be.
この態様によれば、本願発明者の実験及び考察により、BT試験後におけるトランジスタ素子のオン電流の低下が抑制できることが確認されている。 According to this aspect, it has been confirmed that the decrease in the on-state current of the transistor element after the BT test can be suppressed by the experiments and considerations of the present inventors.
本発明に係る半導体装置の製造方法は上記課題を解決するために、(i)基板上に形成され、且つチャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を含む半導体層、(ii)前記半導体層上において前記チャネル領域に重なるゲート電極、並びに、(iii)前記半導体層及び前記ゲート電極間に延びるゲート絶縁膜、を有するトランジスタ素子を形成する工程と、前記ゲート電極上に形成された第1層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1層間絶縁膜より窒素濃度が高い第2層間絶縁膜を前記第1層間絶縁膜上に形成する工程と、記半導体層及び前記ゲート絶縁膜の夫々に含まれる欠陥が補償されるように、前記半導体層及び前記ゲート絶縁膜に所定の処理が施す工程とを備える。 In order to solve the above problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes (i) a semiconductor layer formed on a substrate and including a channel region, a source region, and a drain region, and (ii) the semiconductor layer on the semiconductor layer. Forming a transistor element having a gate electrode overlapping the channel region, and (iii) the semiconductor layer and a gate insulating film extending between the gate electrodes, and a first interlayer insulating film formed on the gate electrode, A step of forming a second interlayer insulating film having a nitrogen concentration higher than that of the first interlayer insulating film on the first interlayer insulating film; and a defect included in each of the semiconductor layer and the gate insulating film. A step of performing a predetermined process on the semiconductor layer and the gate insulating film so as to be compensated.
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、上述の本発明に係る半導体装置と同様に、半導体層及びゲート絶縁膜の界面における不対結合手の低減と、当該不対結合手の低減の副作用として生じうるキャリアトラップの低減とを同時に実現することが可能であり、例えば、500℃以下の低い温度範囲でしか所定の処理が施せない場合であっても、トランジスタ素子の動作特性の低下及び信頼性の低下を抑制できる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, as in the semiconductor device according to the present invention described above, the reduction of dangling bonds at the interface between the semiconductor layer and the gate insulating film and the reduction of dangling bonds are performed. It is possible to simultaneously reduce carrier traps that may occur as a side effect. For example, even when a predetermined treatment can be performed only in a low temperature range of 500 ° C. or lower, the operating characteristics of the transistor element are reduced. Reduction in reliability can be suppressed.
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。 Such an operation and other advantages of the present invention will become apparent from the embodiments described below.
以下、図面を参照しながら本発明に係る半導体装置及びその製造方法の各実施形態を説明する。尚、本実施形態では、本発明に係る半導体装置の一例としてTFT等のトランジスタ素子を備えた液晶装置を挙げると共に、その製造方法を説明する。 Hereinafter, embodiments of a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a liquid crystal device including a transistor element such as a TFT is given as an example of the semiconductor device according to the present invention, and a manufacturing method thereof will be described.
<1:液晶装置>
先ず、図1及び図2を参照しながら、本実施形態に係る液晶装置1の全体構成を説明する。図1は、TFTアレイ基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た液晶装置1の平面図であり、図2は、図1のII−II´断面図である。本実施形態に係る液晶装置1は、駆動回路内蔵型のTFTアクティブマトリクス駆動方式で駆動され、後述する反射膜で光を反射する反射型表示装置である。
<1: Liquid crystal device>
First, the overall configuration of the
図1及び図2において、液晶装置1では、本発明の「基板」の一例であるTFTアレイ基板10と、対向基板20とが対向配置されている。TFTアレイ基板10及び対向基板20間に液晶層50が封入されており、TFTアレイ基板10及び対向基板20は、複数の画素部が設けられる表示領域たる画像表示領域10aの周囲に位置するシール領域に設けられたシール材52により相互に接着されている。
1 and 2, in the
シール材52は、両基板を貼り合わせるための、例えば紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいてTFTアレイ基板10上に塗布された後、紫外線照射、加熱等により硬化させられたものである。シール材52中には、TFTアレイ基板10と対向基板20との間隔(基板間ギャップ)を所定値とするためのグラスファイバ或いはガラスビーズ等のギャップ材が散布されている。
The sealing
シール材52が配置されたシール領域の内側に並行して、画像表示領域10aの額縁領域を規定する遮光性の額縁遮光膜53が、対向基板20側に設けられている。但し、このような額縁遮光膜53の一部又は全部は、TFTアレイ基板10側に内蔵遮光膜として設けられてもよい。尚、画像表示領域10aの周辺に位置する周辺領域が存在する。言い換えれば、本実施形態においては特に、TFTアレイ基板10の中心から見て、この額縁遮光膜53より以遠が周辺領域として規定されている。
A light-shielding frame light-shielding
周辺領域のうち、シール材52が配置されたシール領域の外側に位置する領域には、データ線駆動回路101及び外部回路接続端子102がTFTアレイ基板10の一辺に沿って設けられている。走査線駆動回路104は、この一辺に隣接する2辺に沿い、且つ、額縁遮光膜53に覆われるようにして設けられている。更に、このように画像表示領域10aの両側に設けられた二つの走査線駆動回路104間をつなぐため、TFTアレイ基板10の残る一辺に沿い、且つ、額縁遮光膜53に覆われるようにして複数の配線105が設けられている。
A data
TFTアレイ基板10上の周辺領域には、タッチパネル機能を確保するために画素部に設けられた光センサを含むセンサ部(不図示)を制御するためのセンサ制御回路部201が形成されている。外部回路接続端子102は、外部回路及び液晶装置1を電気的に接続する接続手段の一例であるフレキシブル基板200に設けられた接続端子に接続されている。尚、センサ制御回路部201は、液晶装置1に内蔵されていてもよいし、液晶装置1の外部に形成されていてもよい。
A sensor
対向基板20の4つのコーナー部には、両基板間の上下導通端子として機能する上下導通材106が配置されている。他方、TFTアレイ基板10にはこれらのコーナー部に対向する領域において上下導通端子が設けられている。これらにより、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的な導通をとることができる。
Vertical
図2において、TFTアレイ基板10上には、画素スイッチング用のTFTや走査線、データ線等の配線が形成された後の画素電極9a上に、配向膜が形成されている。他方、対向基板20上には、対向電極21の他、格子状又はストライプ状の遮光膜23、更には最上層部分に配向膜が形成されている。液晶層50は、例えば一種又は数種類のネマティック液晶を混合した液晶からなり、これら一対の配向膜間で、所定の配向状態をとる。液晶装置1によって表示される画像は、対向基板20の両面のうち液晶層50に面しない側の表示面20sに表示される。
In FIG. 2, on the
尚、本実施形態では、説明の便宜上、偏光板及びカラーフィルタの図示を省略しているが、対向基板20上に偏光板及びカラーフィルタが配置されている場合には、図中において、液晶装置1の最上面が表示面になる。また、液晶装置1は、表示面20s側から入射した光を、後述する反射膜によって反射し、当該反射光を液晶層50によって変調することによって所望の画像を表示する反射型表示装置である。
In the present embodiment, illustration of the polarizing plate and the color filter is omitted for convenience of explanation, but when the polarizing plate and the color filter are arranged on the
図1及び図2に示したTFTアレイ基板10上には、これらのデータ線駆動回路101、走査線駆動回路104等の駆動回路に加えて、画像信号線上の画像信号をサンプリングしてデータ線に供給するサンプリング回路、複数のデータ線に所定電圧レベルのプリチャージ信号を画像信号に先行して各々供給するプリチャージ回路、製造途中や出荷時の当該電気光学装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路等を形成してもよい。
On the
次に、図3を参照しながら、液晶装置1の回路構成を説明する。図3は、液晶装置1の画像表示領域10aを構成するマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路である。
Next, the circuit configuration of the
図3において、液晶装置1の画像表示領域10aを構成するマトリクス状に形成された複数の画素部72を備えている。画素部72は、画素電極9a、本発明の「トランジスタ素子」の一例であるTFT30、及び液晶素子50aを備えている。TFT30は、画素電極9aに電気的に接続されており、液晶装置1の動作時に画素電極9aをスイッチング制御する。画像信号が供給されるデータ線6aは、TFT30のソースに電気的に接続されている。データ線6aに書き込む画像信号S1、S2、・・・、Snは、この順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線6a同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。
In FIG. 3, a plurality of
TFT30のゲートに走査線3aが電気的に接続されており、液晶装置1は、所定のタイミングで、走査線3aにパルス的に走査信号G1、G2、・・・、Gmを、この順に線順次で印加するように構成されている。画素電極9aは、TFT30のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるTFT30を一定期間だけそのスイッチを閉じることにより、データ線6aから供給される画像信号S1、S2、・・・、Snが所定のタイミングで書き込まれる。画素電極9aを介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号S1、S2、・・・、Snは、対向基板に形成された対向電極との間で一定期間保持される。
The
液晶層50に含まれる液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能とする。ノーマリーホワイトモードであれば、各サブ画素部の単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が減少し、ノーマリーブラックモードであれば、各サブ画素部の単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が増加され、全体として液晶装置1からは画像信号に応じたコントラストをもつ光が出射される。蓄積容量70は、固定電位線300に電気的に接続されており、画像信号がリークすることを防ぐために、画素電極9aと対向電極との間に形成される液晶素子50aと並列に付加されている。
The liquid crystal contained in the
次に、図4を参照しながら、液晶装置1の具体的な構成を説明する。図4は、液晶装置1の画素部の構造の一部を周辺回路部の一部と共に示した断面図である。
Next, a specific configuration of the
図4において、液晶装置1は、TFT30、ガラス基板等の透明基板で構成されたTFTアレイ基板10、端子部84、本発明の「第1層間絶縁膜」の一例である絶縁膜43、本発明の「第2層間絶縁膜」の一例である絶縁膜44、反射膜86、絶縁膜45、46及び47、並びに、画素電極9aを画素部72に備えて構成されている。
In FIG. 4, the
画素電極9aは、TFTアレイ基板10上の表示領域たる画像表示領域10aを構成する複数の画素部72の夫々に形成されている。端子部84は、単一或いは複数の金属層から構成されており、画素部72を駆動する画素回路の一部を構成している。より具体的には、端子部84は、画素スイッチング用素子としてのTFT30にコンタクトホール82を介して電気的に接続されていると共に画素電極9aに電気的に接続されている。そして、液晶装置1の動作時に、画像信号に応じた電位が端子部84を介して画素電極9aに供給される。
The
TFT30が有する半導体層1aは、ソース領域1d、チャネル領域1a´、ドレイン領域1e、LDD領域1b及び1cから構成されており、コンタクトホール81を介してデータ線から供給された画像信号が、ゲート電極3a1に印加されるゲート電圧に応じてコンタクトホール82を介して画素電極9aに供給される。尚、TFTアレイ基板10上において、TFT30と同層に、データ線駆動回路101等の周辺回路部の一部を構成するトランジスタ素子130が形成されている。
The semiconductor layer 1a included in the
絶縁膜45及び46を貫通する穴部85は、端子部84に重なっており、例えば、絶縁膜45及び46に光を照射する光パターニング法によって絶縁膜45及び46を部分的に除去することによって形成されている。尚、端子部84は、絶縁膜47及び画素電極9aが形成されていない状態において、穴部85に露出し、端子部84及び画素電極9aを電気的に接続するためのコンタクトホールとして機能する。
The hole portion 85 penetrating the insulating
反射膜86は、TFTアレイ基板10上の画素部72が占める領域のうち絶縁膜46上の穴部85が設けられていない領域に形成されている。反射膜86は、金属等の導電膜から構成されており、液晶装置1の動作時に図中上側から入射した光を反射する。
The
半導体層1aはSiで構成されており、LDD領域1b及び1cは、ゲート電極3a1の両脇に不純物を打ち込むことによって形成されている。ゲート電極3a1は、チャネル領域1a´に重なっており、例えば、走査線3aの一部で構成されている。ゲート絶縁膜43gは、TFTアレイ基板10上に順次形成された絶縁膜41及び42上に形成されている。ゲート絶縁膜43gは、半導体層1a及びゲート電極3a1間に延びており、SiO2で構成されている。特に、本実施形態では、TFT30は、SD構造トランジスタより不対結合手及びキャリアトラップが発生し易いLDD構造トランジスタであり、後述するアニール処理等の所定の処理によって、不対結合手及びキャリアトラップに起因して生じるBT試験後のおける動作特性及び信頼性の低下が効果的に抑制されている。
The semiconductor layer 1a is made of Si, and the
絶縁膜43は、ゲート電極3a1上に形成されており、絶縁膜44と共にTFT30及びその上に形成された回路部を電気的に絶縁する。絶縁膜43は、TEOS(テトラエチルオルソシリケート)ガスと、酸素(O2)ガスとの混合ガスを反応ガスとして用いたPE-CVD法によって形成されたSiO2膜である。
The insulating
絶縁膜44は、SiH4+N2O系のガスを反応ガスとして用いたPE−CVD法(プラズマアシスト型化学的気相成長法)によって形成されたSiO2膜であり、絶縁膜43より窒素濃度が高い。即ち、ゲート電極3a1上には、少なくとも絶縁膜43、及び絶縁膜43より窒素濃度が高い絶縁膜44を含む絶縁膜の多層構造が形成されている。尚、本実施形態に係る液晶装置1によれば、絶縁膜の形成方法として汎用されるCVD法及びPE−CVD法等の簡便な方法を用いて相互に窒素濃度が異なる絶縁膜43及び44を形成可能である。
The insulating
半導体層1a及びゲート絶縁膜43gには、TFT30上に絶縁膜43及び44が形成された段階で、水蒸気又は窒素雰囲気中においてゲート絶縁膜43g及び半導体層1aを熱処理するアニール処理、或いは、絶縁膜43及び44を介してゲート絶縁膜43g及び半導体層1aに高圧で水蒸気を供給する高圧水蒸気処理が施されている。アニール処理が施される際の処理温度は、400℃以下であるため、ガラス基板等の透明基板で構成されたTFTアレイ基板10上にTFT30が形成されている場合やゲート電極3a1がAl電極などの低融点金属で形成された場合でも、TFTアレイ基板10やゲート電極3a1が熱によってダメージを受けることがない。高圧水蒸気処理が施される際には、1乃至2MPa程度の圧力を有し、且つ400℃以下の温度に維持された水蒸気雰囲気中において、絶縁膜44までが形成された液晶装置1が熱処理される。
For the semiconductor layer 1a and the
これら各処理によって、下記の現象が生じているものと考えられる。絶縁膜44中の窒素原子を半導体層1a及びゲート絶縁膜43gの界面に拡散させることができ、当該界面に存在する不対結合手を窒素原子で終端させるように補償することが可能になる。特に、本実施形態では、不対結合手等の欠陥が発生し易いLDD領域1b及び1cにおいて効果的に欠陥を補償でき、LDD領域1b及び1cにおける電気抵抗の低減、及びオフ電流の低減が可能である。加えて、本実施形態に係る液晶装置1では、ゲート絶縁膜43g中における窒素原子の濃度の過剰な増大を抑制でき、ゲート絶縁膜43gのうちゲート電極3a1の脇に形成されたLDD領域1b及び1cに発生するキャリアトラップを低減できる。
It is considered that the following phenomena are caused by these processes. Nitrogen atoms in the insulating
次に、図5乃至図9を参照しながら、比較例の構成と比較しつつ、本実施形態に係る液晶装置1の主要な部分の構成を詳細に説明する。尚、以下に示す比較例において、本実施形態に係る液晶装置1と共通する部分に共通の参照符号を付している。加えて、説明の便宜上、比較例に係る液晶装置が有する画素スイッチング用TFTの夫々をTFT30a及び30bとし、TFT30を区別している。また、以下では、絶縁膜43及び44上の上層部分の図示を省略している。
Next, the configuration of main parts of the
図5(a)に示すように、液晶装置1では、絶縁膜43及び44が形成された状態において、TFT30には、水蒸気又は窒素雰囲気中でアニール処理、或いは高圧水蒸気処理等の所定の処理が施されている。特に、図5(a)に示す液晶装置1の一部においては、領域C1におけるキャリアトラップの発生が抑制されつつ、半導体層1aのLDD領域1b及び1cについて欠陥補償が行われている。図5(b)に示すように、一の比較例に係る液晶装置では、TFT30b上に絶縁膜43のみが形成された後、上述した所定の処理が施されている。しかしながら、絶縁膜43は絶縁膜44より窒素濃度が低いため、絶縁膜43のみが形成された状態でアニール処理等の所定の処理が施された場合には、図中領域C2において欠陥補償が十分になされていない。図5(c)に示すように、他の比較例に係る液晶装置では、TFT30c上に絶縁膜44のみが形成された後、上述した所定の処理が施されている。しかしながら、絶縁膜44は、絶縁膜43よりも窒素濃度が高い為に、領域C1に相当する領域においてキャリアトラップが発生する。また、高圧水蒸気処理は、窒素拡散効果が大きいが、図5(a)に示す例に施す処理に比べ、層間絶縁膜のゲート電極近傍での窒素濃度が高くなる為、処理状態のバラツキによってキャリアトラップの発生が生じてしまう。
As shown in FIG. 5A, in the
ここで、図6を参照しながら、図5(a)乃至(c)の夫々について、窒素雰囲気中、且つ温度400℃の条件下でアニール処理を施した前後の夫々の状態でBT試験を行い、その前後におけるTFTの動作特性の変化、より具体的には、ゲート電圧Vgに対するオン電流Idの変化を比較する。図6(a)乃至(c)は、図5(a)乃至(c)の夫々に示したTFT30、30a及び30bの夫々のBT試験前後におけるオン電流の変化を示したグラフである。尚、図中実線がBT試験前のゲート電圧Vgに対するオン電流の変化を示しており、点線がBT試験後のゲート電圧Vgに対するオン電流の変化を示している。また、以下では、ゲート電圧Vgが5Vの場合のオン電流Idについて、BT試験前後の変化を比較する。
Here, referring to FIG. 6, a BT test was performed for each of FIGS. 5A to 5C in a nitrogen atmosphere and before and after annealing in a condition of a temperature of 400 ° C. Then, the change in the operating characteristics of the TFT before and after that, more specifically, the change in the on-current Id with respect to the gate voltage Vg is compared. 6A to 6C are graphs showing changes in on-state current before and after the BT test of the
図6(a)に示すように、ゲート電圧Vgを5Vに設定した状態におけるTFT30のオン電流変化量ΔId1は、図6(b)及び(c)に示すTFT30a及び30bの夫々のオン電流変化量ΔId2及びId3より小さく、TFT30上に絶縁膜43及び44を形成することによって、BT試験によるオン電流の低下が抑制されていることが確認された。
As shown in FIG. 6A, the on-current change amount ΔId1 of the
また、本願発明者による実験及び考察によれば、半導体層1a中の欠陥補償効果及びキャリアトラップの低減効果の双方をバランス良く得るためには、絶縁膜44の膜厚t2(図5(a)参照)、即ちPE−CVD法によって形成されたSiO2膜の膜厚が、絶縁膜43の膜厚t1、即ちCVD法によって形成されたSiO2膜の膜厚の1/7倍から15倍の範囲内にあるほうが好ましいと考えられる。
Further, according to experiments and considerations by the inventor of the present application, in order to obtain both the defect compensation effect in the semiconductor layer 1a and the carrier trap reduction effect in a good balance, the film thickness t2 of the insulating film 44 (FIG. 5A). The thickness of the SiO 2 film formed by the PE-CVD method is 1/7 to 15 times the thickness t1 of the insulating
次に、図7を参照しながら、上述の高圧水蒸気処理前後の夫々における半導体層1aから絶縁膜44までに含まれる窒素濃度の変化を説明する。図7は、図5(a)に示した液晶装置1の一部について深さ方向に沿って窒素濃度を測定した測定結果を示すグラフである。尚、図中実線が高圧水蒸気処理前の窒素濃度を示しており、点線が高圧水蒸気処理後の窒素濃度を示しており、窒素濃度の測定には、二次イオン質量分析装置(SIMS:Secondary Lonization Mass Spectrometer)を用いた。また、図中範囲D1が絶縁膜44の膜厚の範囲、範囲D2が絶縁膜43の膜厚の範囲、範囲D3が半導体層1aの膜厚の範囲である。
Next, changes in the concentration of nitrogen contained in the semiconductor layer 1a to the insulating
図7に示すように、高圧水蒸気処理が施されることによって、範囲D1の窒素濃度が低下し、範囲D2及びD3における窒素濃度が増大している。したがって、絶縁膜44に含まれる窒素原子が、絶縁膜43及び半導体層1aに向かって拡散している。したがって、拡散した窒素原子によって、半導体層1a及びゲート絶縁膜43gの界面に存在する欠陥、即ち不対結合手が補償され、その結果、BT試験前後におけるオン電流の低下が抑制されていることが裏付けられた。
As shown in FIG. 7, by performing the high-pressure steam treatment, the nitrogen concentration in the range D1 is decreased, and the nitrogen concentrations in the ranges D2 and D3 are increased. Therefore, nitrogen atoms contained in the insulating
尚、図7に示した測定結果及び本願発明者による考察によれば、絶縁膜43、即ちCVD法によって形成されたSiO2膜に含まれる窒素濃度は、1×1018乃至1×1020[atoms・cm−3]の範囲に含まれているのが好ましく、絶縁膜44、即ちPE−CVD法によって形成されたSiO2膜に含まれる窒素濃度は、1×1020乃至1×1022[atoms・cm−3]の範囲に含まれているほうが欠陥を補償しつつ、キャリアトラップの発生を抑制するうえで好ましいと考えられる。
According to the measurement result shown in FIG. 7 and the consideration by the inventors of the present application, the concentration of nitrogen contained in the insulating
次に、図8を参照しながら、Nチャネル型トランジスタであるTFT30と、Pチャネル型トランジスタであるTFTとの夫々について、オン電流を比較する。図8(a)は、TFT上に絶縁膜43及び44を形成した場合におけるゲート電圧Vgに対するオン電流Idの変化を示したグラフであり、図8(b)は、TFT上に絶縁膜43のみを形成した場合におけるゲート電圧Vgに対するオン電流Idの変化を示したグラフである。尚、図8(a)及び(b)の夫々においては、高圧水蒸気処理を施した後にオン電流を測定している。
Next, with reference to FIG. 8, the on-currents of the
図8(a)に示すように、ゲート電圧Vgがマイナスの範囲でNチャネル型トランジスタのオン電流Idが抑制されていることが分かる。一方、Pチャネル型トランジスタでは、ゲート電圧Vgがプラスの範囲でオン電流Idが十分に抑制されていない。 As shown in FIG. 8A, it can be seen that the on-current Id of the N-channel transistor is suppressed when the gate voltage Vg is negative. On the other hand, in the P-channel transistor, the on-current Id is not sufficiently suppressed when the gate voltage Vg is positive.
他方、図8(b)に示すように、絶縁角43のみを形成した状態でTFTに高圧水蒸気処理を施すだけでは、ゲート電圧Vgがマイナスの範囲でNチャネル型トランジスタについてオン電流Idの抑制が十分でなく、同様にPチャネル型トランジスタについてゲート電圧Vgがプラスの範囲でオン電流の抑制が十分でない。
On the other hand, as shown in FIG. 8B, the on-current Id can be suppressed for the N-channel transistor in the range where the gate voltage Vg is negative only by performing high-pressure steam treatment on the TFT with only the insulating
したがって、絶縁膜43及び44の2層構造を形成した後に施す高圧水蒸気処理は、Nチャネル型トランジスタで有効であることが分かる。したがって、本実施形態に係る液晶装置1のように、画素スイッチング用素子として各画素部72に設けられたNチャネル型のTFT30上に絶縁膜43及び44を形成した後、高圧水蒸気処理を施すことがTFT30の動作特性を高めるうえで有効であることが分かった。
Therefore, it can be seen that the high-pressure steam treatment performed after forming the two-layer structure of the insulating
以上、説明したように、本実施形態に係る液晶装置1によれば、LDD領域1b及び1cにおける不対結合手等の欠陥の補償だけでなく、半導体層1a中及びゲート絶縁膜43g中の夫々における結晶欠陥が窒素原子によって補償可能である。
As described above, according to the
したがって、本実施形態に係る液晶装置1によれば、400℃以下の低い温度範囲でしかアニール処理等の所定の処理ができない場合でも、半導体層1a及びゲート絶縁膜43g中における欠陥を補償できる。その結果、液晶装置1によれば、画像信号に応じた電位をTFT30を介して各画素電極9aに供給可能であり、その表示性能を高めることが可能である。
Therefore, according to the
<2:液晶装置の製造方法>
次に、図9及び図10を参照しながら、上述の液晶装置1を製造するための液晶装置の製造方法を説明する。図9及び図10は、液晶装置1を製造するための主要な工程を順に示した工程断面図である。
<2: Manufacturing method of liquid crystal device>
Next, a manufacturing method of the liquid crystal device for manufacturing the above-described
図9(a)に示すように、TFTアレイ基板10上にTFT30を形成する。次に、図9(b)に示すように、TEOS(テトラエチルオルソシリケート)ガスと、酸素(O2)ガスとの混合ガスを反応ガスとして用いたPE-CVD法によって、SiO2で構成された絶縁膜43を形成する。次に、図10(c)に示すように、SiH4+N2O系のガスを反応ガスとして用いたPE−CVD法(プラズマアシスト型化学的気相成長法)によって、SiO2から構成された絶縁膜44を形成する。次に、図10(d)に示すように、キャリアトラップの発生を抑制しつつ、半導体層1a及びゲート絶縁膜43gの界面に存在する欠陥を窒素原子によって補償する。ここで、層間絶縁膜43のうちゲート電極3a1近傍に存在する部分の窒素濃度を4×1020[atoms/cm3]以上にすると窒素原子がキャリアトラップして働いてしまう。よって、キャリアトラップの発生を抑制しつつ、LDD領域1b及び1cにおける欠陥補償の効果を高めるためには、絶縁膜44における窒素濃度は1×1020[atoms/cm3]であるほうが好ましい。
As shown in FIG. 9A, a
また、絶縁膜43及び44が形成された段階でTFT30に高圧水蒸気処理を施した場合には、TFT30のオフ電流(Ioff)の低減が可能になる。加えて、LDD領域1b及び1cのシート抵抗も低減可能になる。より具体的には、高圧水蒸気処理を施さない場合に比べて、シート抵抗を約60%まで低減できる。このような、オフ電流及びシート抵抗の低減は、高圧水蒸気処理を施すことによってLDD領域1b及び1cの結晶性が向上したためと考えられる。加えて、高圧水蒸気処理を施した場合には、図7に示した窒素濃度の変化と同様に、半導体層1aにおける窒素濃度が増大するため、LDD領域1b及び1cの夫々において欠陥が窒素により終端され、欠陥補償が行われたと考えられる。より具体的には、LDD領域1b及び1cにおいて、Si≡N結合、Si=N−O結合、Si−N=O結合等の各種結合が実現され、LDD領域1b及び1cにおける欠陥が補償されたと考えられる。
In addition, when the
尚、このような欠陥補償は、水素原子によっても可能であるが、高い効率で、且つ熱的に安定した状態で欠陥補償を行うためには、水素原子ではなく窒素原子を用いるほうが好ましい。また、TFT30上に絶縁膜43を形成することなく絶縁膜44のみを形成した場合でも、欠陥補償効果は得られるが、ゲート電極3a1近傍に絶縁膜44を形成するとゲート絶縁膜43gに窒素濃度が高い領域が形成され、キャリアトラップが発生する。したがって、半導体層1aの欠陥を補償し、且つキャリアトラップの発生を抑制するためには、本実施形態に係る液晶装置の製造方法のように、絶縁膜43及び44の2層構造をTFT30上に形成するほうが好ましい。
Such defect compensation is possible with hydrogen atoms, but in order to perform defect compensation with high efficiency and in a thermally stable state, it is preferable to use nitrogen atoms instead of hydrogen atoms. Even if only the insulating
<3:電子機器>
次に、図11及び図12を参照しながら、上述の液晶装置を具備してなる電子機器の例を説明する。
<3: Electronic equipment>
Next, an example of an electronic device including the above-described liquid crystal device will be described with reference to FIGS.
図11は、上述した液晶装置が適用されたモバイル型のパーソナルコンピュータの斜視図である。図11において、コンピュータ1200は、キーボード1202を備えた本体部1204と、上述した液晶装置を含んでなる液晶表示ユニット1206とから構成されている。液晶表示ユニット1206は、液晶パネル1005の背面にバックライトを付加することにより構成されており、高品位の画像表示が可能である。
FIG. 11 is a perspective view of a mobile personal computer to which the above-described liquid crystal device is applied. In FIG. 11, a
次に、上述した液晶装置1を携帯電話に適用した例について説明する。図12は、電子機器の一例である携帯電話の斜視図である。図9において、携帯電話1300は、複数の操作ボタン1302とともに、反射型の表示形式を採用し、且つ上述した液晶装置と同様の構成を有する液晶装置1005を備えている。したがって、携帯電話1300によれば、高品位の画像表示が可能である。
Next, an example in which the above-described
1・・・液晶装置、1a・・・半導体層、1a´・・・チャネル領域、1・・・ソース領域、1b,1c・・・LDD領域、1e・・・ドレイン領域、43,44,45,46,47・・・絶縁膜
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記ゲート電極上に形成された第1層間絶縁膜と、
前記第1層間絶縁膜上に形成されており、前記第1層間絶縁膜より窒素濃度が高い第2層間絶縁膜とを備え、
前記半導体層及び前記ゲート絶縁膜は、前記半導体層及び前記ゲート絶縁膜の夫々に含まれる欠陥が補償されるように所定の処理が施されていること
を備えたことを特徴とする半導体装置。 (I) a semiconductor layer formed on the substrate and including a channel region, a source region, and a drain region; (ii) a gate electrode overlapping the channel region on the semiconductor layer; and (iii) the semiconductor layer and the gate. A transistor element having a gate insulating film extending between the electrodes;
A first interlayer insulating film formed on the gate electrode;
A second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film and having a nitrogen concentration higher than that of the first interlayer insulating film;
The semiconductor device, wherein the semiconductor layer and the gate insulating film are subjected to predetermined processing so as to compensate for defects contained in the semiconductor layer and the gate insulating film, respectively.
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The predetermined treatment may be an annealing treatment in which the gate insulating film and the semiconductor layer are heat-treated in a water vapor or nitrogen atmosphere, or the gate insulating film and the second interlayer insulating film through the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is high-pressure steam treatment for supplying steam to the semiconductor layer at high pressure.
を特徴とする請求項1又は2の何れか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor layer has LDD regions formed on both sides of the channel region.
を特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the transistor element is an N-channel transistor.
を特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の半導体装置。 5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the transistor element is a pixel switching element formed in each of a plurality of pixel portions constituting a display region on the substrate. 6. .
前記第2層間絶縁膜は、SiH4+N2O系のガスを反応ガスとして用いたPE−CVD法(プラズマアシスト型化学的気相成長法)によって形成されたSiO2膜であること
を特徴とする請求項1から5の何れか一項に記載の半導体装置。 The first interlayer insulating film is a SiO 2 film formed by a PE-CVD method using a mixed gas of TEOS (tetraethylorthosilicate) gas and oxygen (O 2 ) gas as a reaction gas,
The second interlayer insulating film is a SiO 2 film formed by a PE-CVD method (plasma assisted chemical vapor deposition method) using a SiH 4 + N 2 O-based gas as a reaction gas. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5.
を特徴とする請求項6に記載の半導体装置。 The film thickness of the second interlayer insulating film formed by the PE-CVD method is 1/7 to 15 times the film thickness of the first interlayer insulating film formed by the PE-CVD method. The semiconductor device according to claim 6.
前記PE−CVD法によって形成された第2層間絶縁膜に含まれる窒素濃度は、1×1020乃至1×1022[atoms・cm−3]の範囲に含まれていること
を特徴とする請求項6又は7に記載の半導体装置。 The nitrogen concentration contained in the first interlayer insulating film formed by the PE-CVD method is in the range of 1 × 10 18 to 1 × 10 20 [atoms · cm −3 ],
The nitrogen concentration contained in the second interlayer insulating film formed by the PE-CVD method is in the range of 1 × 10 20 to 1 × 10 22 [atoms · cm −3 ]. Item 8. The semiconductor device according to Item 6 or 7.
前記ゲート電極上に形成された第1層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜より窒素濃度が高い第2層間絶縁膜を前記第1層間絶縁膜上に形成する工程と、
前記半導体層及び前記ゲート絶縁膜の夫々に含まれる欠陥が補償されるように、前記半導体層及び前記ゲート絶縁膜に所定の処理が施す工程と
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 (I) a semiconductor layer formed on the substrate and including a channel region, a source region, and a drain region; (ii) a gate electrode overlapping the channel region on the semiconductor layer; and (iii) the semiconductor layer and the gate. Forming a transistor element having a gate insulating film extending between the electrodes;
Forming a first interlayer insulating film formed on the gate electrode;
Forming a second interlayer insulating film having a nitrogen concentration higher than that of the first interlayer insulating film on the first interlayer insulating film;
And a step of performing a predetermined treatment on the semiconductor layer and the gate insulating film so that defects contained in each of the semiconductor layer and the gate insulating film are compensated for. .
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