(57)【要約】【課題】例えば、画素スイッチング用素子として用いられるＴＦＴについて、キャリアトラップの発生を抑制しつつ、半導体層の欠陥を補償する。【解決手段】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、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、ＴＦＴ３０は、Ｐチャネル型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Ｎチャネル型トランジスタであり、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。【選択図】図４
2009043803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（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
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
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ること
を特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
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領域を有すること
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。
【請求項４】
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ること
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。
【請求項５】
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ること
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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倍であること
を特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
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。
【請求項９】
（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、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１２５１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
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。
【００３２】
＜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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
＜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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
＜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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本実施形態に係る液晶装置の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ´断面図である。
【図３】本実施形態に係る液晶装置の画像表示領域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。
【図４】本実施形態に係る液晶装置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。
【図５】本実施形態に係る液晶装置の一部を比較例と共に示した断面図である。
【図６】ＢＴ試験前後におけるゲート電圧に対するオン電流の変化を示したグラフである。
【図７】アニール処理前後の夫々において測定された窒素濃度を示したグラフである。
【図８】Ｐチャネル型ＴＦＴ及びＮチャネル型ＴＦＴの夫々のゲート電圧及びオン電流の変化を示したグラフである。
【図９】本実施形態に係る液晶装置の製造方法の主要な工程を示した工程断面図（その１）である。
【図１０】本実施形態に係る液晶装置の製造方法の主要な工程を示した工程断面図（その２）である。
【図１１】本実施形態に係る液晶装置を具備してなる電子機器の一例を示した斜視図である。
【図１２】本実施形態に係る液晶装置を具備してなる電子機器の他の例を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００７９】
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
【図１】
2009043803.tif 000003
【図２】
2009043803.tif 000004
【図３】
2009043803.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009043803.tif 000009
【図８】
2009043803.tif 000010
【図９】
2009043803.tif 000011
【図１０】
2009043803.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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