JP2004347779A - Substrate for electrooptical device, its manufacturing method, and electrooptical device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遮光膜を多層構造とした電気光学装置用基板及びその製造方法並びに電気光学装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に電気光学装置、例えば、電気光学物質に液晶を用いて所定の表示を行う液晶装置は、一対の基板間に液晶が挟持された構成となっている。このうち、TFT駆動、TFD駆動等によるアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置等の電気光学装置においては、縦横に夫々配列された多数の走査線(ゲート線)及びデータ線(ソース線)の各交点に対応して、画素電極及びスイッチング素子を基板(アクティブマトリクス基板)上に設けて構成される。
【0003】
TFT素子等のスイッチング素子は、ゲート線に供給されるオン信号によってオンとなり、ソース線を介して供給される画像信号を画素電極(透明電極(ITO))に書込む。これにより、画素電極と対向電極相互間の液晶層に画像信号に基づく電圧を印加して、液晶分子の配列を変化させる。こうして、画素の透過率を変化させ、画素電極及び液晶層を通過する光を画像信号に応じて変化させて画像表示を行う。
【0004】
このようなスイッチング素子を構成する素子基板は、ガラス又は石英基板上に、所定のパターンを有する半導体膜、絶縁性膜(層間絶縁膜)又は導電性膜を積層することによって構成される。即ち、各種膜の成膜工程とフォトリソグラフィ工程の繰返しによって、TFT基板等が形成される。
【0005】
ところで、TFT素子は光の影響によって特性が変化してしまう特徴を有するため、TFT素子部のチャネル領域やチャネル隣接領域に対向する位置に遮光膜を形成し、TFT素子部のチャネル領域やチャネル隣接領域へ光が照射されないようにしている。
【0006】
遮光膜の材料として例えば不透明な高融点金属であるTi(チタン)、Cr(クロム)、W(タングステン)、Ta(タンタル)、Mo(モリブデン)及びPb(鉛)のうち少なくとも一つを含む金属単体、合金、金属シリサイド等が採用される。
【0007】
製造工程においては、TFT基板上に遮光膜を形成した後、遮光膜を覆うようにNSG(ノンシリケートガラス)、PSG(リンシリケートガラス)、BSG(ボロンシリケートガラス)、BPSG(ボロンシリケートガラス)等のシリケートガラス膜、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等からなる層間絶縁膜を形成し、その後、熱処理を施す。次いで、層間絶縁膜上にポリシリコン膜等により半導体層を形成する。熱処理工程では、層間絶縁膜の平坦化及び半導体層の汚染防止のため、約1000℃程度の温度条件下で行われる。
【0008】
【特許文献1】
特開平9−33950号(特許第3307174号)公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
図13(a)に、例えば層間絶縁膜の材料であるNSGや半導体層の材料であるポリシリコンと、遮光膜の材料として多く採用されているタングステンシリサイド(WSi)との熱処理に対するストレス変化を示す。
【0010】
同図に示すように、NSGやポリシリコンは、熱処理時の温度上昇に従って内部ストレスが増加し、熱処理後、常温へ戻るに従い内部ストレスが次第に減少する。
【0011】
一方、WSiは、熱処理時の温度上昇により、A点から内部ストレスが次第に増加し、ある温度領域T1で結晶化されるため、そこで内部ストレスが急激に増加し、更に、その後の温度上昇により、C点に至るまで再び内部ストレスが次第に増加する。そして、熱処理後、WSiを常温へ戻す過程では、初期の段階では温度の低下に伴い内部ストレスも次第に減少するが、WSiは結晶化されているため、A点側へは戻らず、図の破線で示すD点の方向、すなわち内部ストレスが温度の低下に伴い逆に増加する方向へ変化する。
【0012】
その結果、TFT基板上に遮光膜(WSi)と層間絶縁膜(NSG)を堆積し、或いはそれに加えて半導体層(ボリシリコン)を堆積した状態で熱処理を行うと、熱処理後の常温へ戻す過程において、遮光膜の材料であるWSiと、層間絶縁膜の材料であるNSGや半導体層の材料であるポリシリコンとの間に引張り応力が発生するため、層間絶縁膜(NSG)にクラックが生じ易くなる。
【0013】
層間絶縁膜(NSG)にクラックが生じると、このクラックを起点として、特に半導体層の周辺にクラックが広がり、ショート又はオープン等の素子不良が生じてしまう問題点がある。
【0014】
この対策として、遮光膜を薄くし内部ストレスを低減させるようにすれば良いが、充分な遮光性を得ることができなくなるため実現性に乏しい。
【0015】
一方、特許文献1には、遮光膜を二層構造とし、1つの遮光膜を薄くすることで、個々の遮光膜の内部ストレスの発生を抑制する技術が開示されている。
【0016】
しかし、単に遮光膜を2層化したに過ぎないため、層間絶縁膜の材料であるNSGや半導体層の材料であるポリシリコンとの間の引張り応力を減少させることは困難で、対策としては充分ではない。
【0017】
又、遮光膜として採用するWSiをポリサイド化することも考えられるが、遮光性が低下する問題がある。
【0018】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、遮光膜の遮光性を低下させることなく、熱処理の際に発生する遮光膜と絶縁膜や半導体層との間の引張り応力を減少させて、製品不良率を低減すると共に、製品の信頼性を高めることのできる基板及びその製造方法並びに電気光学装置を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電気光学装置用基板は、基板上に下層遮光薄膜と上層遮光薄膜で絶縁膜を挟んで構成される遮光膜を備えることを特徴とする。
【0020】
このような構成では、遮光膜を上層遮光膜と下層遮光膜とで絶縁膜を挟んで構成したので、高温熱処理の際の内部ストレスの発生を抑制して、絶縁膜におけるクラックの発生を防止することができる。
【0021】
又、上記遮光膜上に絶縁膜を介して半導体層が積層されていることを特徴とする。
【0022】
このような構成では、高温熱処理の際の遮光膜の内部ストレスの発生が抑制されるため、遮光膜と、この遮光膜に絶縁膜を介して積層する半導体層との間の引張り力を緩和することができる。
【0023】
又、上記半導体層は、画像信号をデータ線に供給するサンプリングスイッチを構成することを特徴とする。
【0024】
このような構成では、高温熱処理の際の遮光膜の内部ストレスの発生が抑制されるため、遮光膜と、この遮光膜に絶縁膜を介して積層するサンプリングスイッチとの間の引張り力を緩和することができる。
【0025】
更に、上記サンプリングスイッチは複数設けられてなり、上記遮光膜は少なくとも1つの上記サンプリングスイッチの半導体層下に島状に形成されていることを特徴とする。
【0026】
このような構成では、遮光膜を少なくとも1つのサンプリングスイッチの半導体層下に島状に形成することで、遮光膜の内部ストレスによるクラックの発生をより制限することができる。
【0027】
又、上記下層遮光薄膜と上層遮光薄膜は高融点金属からなることを特徴とする。
【0028】
このような構成では、遮光膜を上層遮光膜と下層遮光膜とで絶縁膜を挟んで構成したので、各遮光薄膜を高融点金属とした場合であっても、高温熱処理の際の内部ストレスを低減することができる。
【0029】
本発明による電気光学装置用基板の製造方法は、基板上に下層の遮光薄膜を形成する工程と、上記遮光薄膜上に中間層の層間薄膜を形成する工程と、上記層間薄膜上に上層の遮光薄膜を形成する工程と、上記下層の遮光薄膜と上記中間層の層間薄膜と上記上層の遮光薄膜とをパターニングして遮光膜を形成する工程と、上記遮光膜上に絶縁膜を形成する工程と、上記絶縁膜が形成された上記基板に高温熱処理を施す工程とを備えることを特徴とする。
【0030】
このような構成では、先ず、基板上に下層の遮光薄膜を形成し、次いで、下層の遮光薄膜上に中間層の層間薄膜を形成し、その後、層間薄膜上に上層の遮光薄膜を形成する。そして、下層の遮光薄膜と中間層の層間薄膜と上層の遮光薄膜とをパターニングして三層構造の遮光膜を形成する。次いで、遮光膜上に絶縁膜を形成し、この状態で高温熱処理を施す。遮光膜が、層間薄膜を挟んだ三層構造で構成されているため、熱処理時に発生する内部ストレスを減少させることができる。
【0031】
本発明による電気光学装置用基板の製造方法は、基板上に下層の遮光薄膜を形成する工程と、上記下層の遮光薄膜上に中間層の層間薄膜を形成する工程と、上記層間薄膜上に上層の遮光薄膜を形成する工程と、上記下層の遮光薄膜と上記中間層の層間薄膜と上記上層の遮光薄膜とをパターニングして遮光膜を形成する工程と、上記遮光膜上に絶縁膜を形成する工程と、上記絶縁膜が形成された上記基板に高温熱処理を施す工程と、上記絶縁膜に半導体層を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【0032】
このような構成では、先ず、基板上に下層の遮光薄膜を形成し、次いで、下層の遮光薄膜上に中間層の層間薄膜を形成し、その後、層間薄膜上に上層の遮光薄膜を形成する。そして、下層の遮光薄膜と中間層の層間薄膜と上層の遮光薄膜とをパターニングして三層構造の遮光膜を形成する。次いで、遮光膜上に絶縁膜を形成し、この状態で高温熱処理を施す。そして、所定に熱処理が終了した後、絶縁膜に半導体層を形成する。遮光膜が、層間薄膜を挟んだ三層構造で構成されているため、熱処理時に発生する内部ストレスを減少させることができる。
【0033】
本発明による電気光学装置は、上記電気光学装置用基板を用いて構成したことを特徴とする。
【0034】
このような構成では、遮光膜を絶縁膜を挟んだ三層構造として、熱処理時に発生する内部ストレスを減少させるようにしたので、クラックの発生が防止された装置を得ることができる。
【0035】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施の形態を説明する。図1〜図10は本発明の第1実施の形態を示し、図1は電気光学装置用基板である液晶装置用基板を用いて構成した電気光学装置である液晶装置をその上に形成された各構成要素と共に対向基板側から見た平面図、図2は素子基板と対向基板とを貼り合わせて液晶を封入する組立工程終了後の液晶装置を、図1のH−H’線の位置で切断して示す断面図、図3は電気光学装置の電気的な構成を示すブロック図、図4は図1及び図2の液晶装置の画素領域を構成する複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図、図5は図1及び図2の液晶装置用基板の要部断面図、図6は液晶装置用基板の他の要部断面図、図7は遮光膜の拡大断面図、図8はスイッチ回路部の構成を示す要部拡大図、図9はスイッチ回路部の要部断面図、図10は液晶装置用基板の製造方法を断面図によって工程順に示す工程図である。
【0036】
図1〜図4を参照して液晶装置の全体構成について説明する。電気光学装置の一例である液晶装置は、例えば、石英基板、ガラス基板、シリコン基板からなるTFT基板10と、これに対向配置される、例えばガラス基板や石英基板からなる対向基板20との間に液晶50を封入して構成される。対向配置されたTFT基板10と対向基板20とは、シール材52によって貼り合わされている。
【0037】
TFT基板10上には画素を構成する画素電極(ITO)9a等がマトリクス状に配置される。又、対向基板20上には全面に対向電極(ITO)21が設けられる。TFT基板10の画素電極9a上には、ラビング処理が施された配向膜16が設けられている。一方、対向基板20上の全面に渡って形成された対向電極21上にも、ラビング処理が施された配向膜22が設けられている。各配向膜16.22は、例えば、ポリイミド膜等の透明な有機膜からなる。
【0038】
図3は液晶装置の電気的構成を示している。液晶装置は、走査線駆動回路401と、データ線駆動回路500とを有している。走査線駆動回路401は、いわゆるYシフトレジスタと呼ばれるものであり、サブフィールドの最初に供給されるスタートパルスDYをクロック信号CLYにしたがって転送し、走査線11aの各々に走査信号G1,G2,G3,…,Gmとして順次供給する。
【0039】
又、データ線駆動回路500は、ある水平走査期間において駆動データ信号Dsをデータ線6aの本数に相当するn個順次ラッチした後、ラッチしたデータと交流化信号FRとの関係から決定される電圧レベルを、次の水平走査期間において、それぞれ対応するデータ線6aにデータ信号S1,S2,S3,…,Snとして一斉に供給する。
【0040】
図4は画素を構成するTFT基板10上の素子の等価回路を示している。画素領域においては、複数本の走査線11aと複数本のデータ線6aとが交差するように配線され、走査線11aとデータ線6aとで区画された領域に画素電極9aがマトリクス状に配置される。そして、走査線11aとデータ線6aの各交差部分に対応して画素スイッチング用TFT30が設けられ、このTFT30に画素電極9aが接続される。
【0041】
TFT30は走査線11aのON信号によってオンとなり、これにより、データ線6aに供給された画像信号が画素電極9aに供給される。この画素電極9aと対向基板20に設けられた対向電極21との間の電圧が液晶50に印加される。
【0042】
又、画素電極9aと並列に蓄積容量70が設けられており、蓄積容量70によって、画素電極9aの電圧はソース電圧が印加された時間よりも例えば3桁も長い時間の保持が可能となる。蓄積容量70によって、電圧保持特性が改善され、コントラスト比の高い画像表示が可能となる。
【0043】
図5は一つの画素に着目した液晶装置の模式的断面図、図6は他の位置の模式的断面図である。TFT基板10上には、TFT30や画素電極9aの他、これらを含む各種の構成が積層構造をなして備えられており、下から順に、走査線11aを含む第1層、TFT30等を含む第2層が設けられている。更に、図示しないが、蓄積容量70を含む第3層、データ線6a等を含む第4層、シールド層等を含む第5層、画素電極9a及び配向膜16等を含む第6層が設けられている。
【0044】
又、第1層と第2層との間には絶縁膜である下地絶縁膜12が、第2層と第3層との間には層間絶縁膜41が各々設けられている。尚、図示しないが、第3層〜第6層の各層の間にも層間絶縁膜が設けらている。各絶縁膜12,41…はNSG膜からなり、各絶縁膜12,41…により、各層に配設されている各要素間の短絡が防止される。更に、これら各種の絶縁膜12、41…には、例えば、TFT30の半導体層1a中の高濃度ソース領域1dとデータ線6aとを電気的に接続するコンタクトホール等が設けられている
又、第1層の、各TFT30に対応する位置には、遮光膜120が設けられている。遮光膜120は、TFT基板10側からの戻り光等がTFT30のチャネル領域やチャネル隣接領域に入射するのを防ぐものである。
【0045】
又、第2層には、ゲート電極3aを含むTFT30が設けられている。図5に示すように、TFT30は、LDD(Lightly Doped Drain)構造を有しており、その構成要素としては、上述したゲート電極3a、例えばポリシリコン膜からなりゲート電極3aからの電界によりチャネルが形成される半導体層1aのチャネル領域1a’、ゲート電極3aと半導体層1aとを絶縁するゲート絶縁膜を含む絶縁膜2、半導体層1aにおける低濃度ソース領域1b及び低濃度ドレイン領域1c並びに高濃度ソース領域1d及び高濃度ドレイン領域1eを備えている。尚、符号1fは蓄積容量電極である。
【0046】
又、遮光膜120が、TFT30に対応して配設されている場合、図6に示すように遮光膜120同士が互いに近接した状態で配設される場合もある。
【0047】
図7に示すように、各遮光膜120は、WSi(タングステンシリサイド)からなる下層と上層の遮光薄膜121aと、中間層の絶縁膜としての層間薄膜122aとで三層構造を有している。層間薄膜122aは、絶縁性を有するNSG,PSG,BSG,BPSG等のシリケートガラス薄膜、窒化シリコン薄膜や酸化シリコン薄膜等の絶縁性材料で形成されているが、絶縁性を有する必要はないため、他の材料であっても良い。又、下層と上層の遮光薄膜121aの総膜厚が、従来の遮光膜と同一の厚さ(例えば100nm)となるように設定されている。従って、一方の遮光薄膜121aの膜厚が総膜厚の1/2であっても良く、或いは各遮光薄膜121aが異なる膜厚であっても良い。
【0048】
又、本実施の形態では、TFT30に対応する位置に配設されている遮光膜120以外に、他の部位に配設されている遮光膜120も三層構造としている。例えば、図8、図9には、データ線6a毎に設けられているサンプリングスイッチ151が示されている。サンプリングスイッチ151は、画像信号線を介して配線391に供給される画像信号を、データ線駆動回路140から供給されるサンプリング信号に従ってサンプリングして対応するデータ線6aに供給するトランジスタスイッチであり、下地絶縁膜12上に設けられている。
【0049】
又、サンプリングスイッチ151は、複数の画像信号線から供給される画像信号が複数のデータ線6aに同時に供給されるように、データ線駆動回路140からサンプリング信号を供給する配線392を複数のサンプリングスイッチ151のゲート電極に接続している。
【0050】
そして、画像信号が供給される配線391は、サンプリングスイッチ151の半導体層のソース領域に接続され、データ線6aはサンプリングスイッチ151の半導体層のドレイン領域に接続される。TFT基板10上の、サンプリングスイッチ151に対応する第1層に遮光膜120が設けられている。尚、図8、図9には、サンプリングスイッチ151のエッジ部分に、遮光膜120のエッジ部分が対応した状態が示されている。遮光膜120はサンプリングスイッチ151毎に島状に形成されているため、遮光膜の内部ストレスによるクラックの発生をより低減することができる。尚、この遮光膜120は、1つのサンプリングスイッチ151毎に限らず、複数のサンプリングスイッチ151の領域に重なる島状の遮光膜でも良い。
【0051】
(製造プロセス)
次に、本実施の形態に係るTFT基板10を用いた液晶装置の製造方法を、図10を参照して説明する。図10は画素領域における製造工程を示している。
【0052】
工程(1):石英基板、ガラス、シリコン基板等のTFT基板10を用意する。ここで、好ましくはN(窒素)等の不活性ガス雰囲気で約900〜1300℃での高温でアニール処理し、後に実施される高温プロセスでTFT基板10に生じる歪が少なくなるように前処理しておく。
【0053】
このように処理されたTFT基板10の全面に、WSiを用いてスパッタにより、50〜200nm程度の層厚の遮光薄膜層121を形成する。
【0054】
工程(2):遮光薄膜層121の上面全体に、所定膜厚の層間薄膜層122を形成する。
【0055】
工程(3):層間薄膜層122の上面全体に、WSiを用いてスパッタにより、50〜200nm程度の層厚の遮光薄膜層121を形成する。
【0056】
工程(4):工程(3)で形成した遮光薄膜層121上にフォトリソグラフィにより、遮光膜120のパターンに対応するレジストマスクを形成し、レジストマスクを介して、各薄膜層121,122,121の三層からなる薄膜層に対してエッチングを行うことにより、下層と上層とを遮光薄膜121aとし、中間層を層間薄膜122aとする三層構造の遮光膜120を形成する。
【0057】
工程(5):遮光膜120上に、例えば、常圧又は減圧CVD法等によりTEOS(テトラエチルオルソシリケート)ガスを用いて、NSGとしてSiO2からなる下地絶縁膜12を形成する。この下地絶縁膜12の層厚は、例えば、約500〜800nmが好ましい。
【0058】
NSG形成後、既に600〜900℃に加熱した炉内にTFT基板10を投入して熱処理を行う。その際、5℃/分の割合で、高温時の処理温度である1150℃まで炉内の温度を上昇させ、1150℃の温度で60分間、炉内の温度を保持した後、5℃/分の割合で600〜900℃まで炉内の温度を下降させ、TFT基板10を炉内から搬出する。高温時の処理温度としては1000℃より高く1200℃以下であればよく、好ましくは1100℃より高く、1150℃以下であれば良い。更に高温時の処理時間としては30分以上120分、より好ましくは50分以上80分以下であればよい。尚、本実施形態においては炉内の温度上昇レート及び温度下降レートを5℃/分としたが、例えば2〜30℃/分としても良い。
【0059】
本実施の形態では、遮光膜120を、下層と上層との遮光薄膜121aで中間層の層間薄膜122aを挟んだ三層構造とし、熱処理時の温度上昇により遮光薄膜121a,121aが結晶化し(図13(b)のT1)、熱処理後の常温へ戻す過程で内部ストレスが増加しても、図13(b)に一点鎖線で示す単層からなる従来の遮光膜(WSi)に発生する内部ストレスに比し、同図に実線(一部破線)で示すように、遮光膜120に発生する内部ストレスを全体的に減少させることができるため、下地絶縁膜12との間に生じる引張り応力を低減させることができる。この場合、各遮光薄膜121aの膜厚の総膜厚は従来のものと同一に設定されているので、十分な遮光性を得ることができる。
【0060】
更に、両遮光薄膜121a,121a間に介装した層間薄膜122aの膜厚及び材質を選択することで、下地絶縁膜12との間に生じる引張り応力をより一層減少させることができる。尚、図13(b)に示すA〜D点の熱処理時のストレス変化は、同図(a)に示すものとほぼ同一の特性を示すため説明を省略する。
【0061】
工程(6):下地絶縁膜12の上に、約450〜550℃、好ましくは約500℃の比較的低温環境中で、流量約400〜600cc/minのモノシランガス、ジシランガス等を用いた減圧CVD(例えば、圧力約20〜40PaのCVD)により、アモルファスシリコン膜を形成する。その後、窒素雰囲気中で、約600〜700℃にて約1〜10時間、好ましくは、4〜6時間のアニール処理を施することにより、ポリシリコン膜1を約50〜200nmの厚さ、好ましくは約100nmの厚さとなるまで固相成長させる。
【0062】
工程(7):ポリシリコン膜1に、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程等により所定パターンの半導体層1aを形成する。
【0063】
尚、その後、TFT30を構成する半導体層1aと共に蓄積容量電極1fを約900〜1200℃の温度、好ましくは約1000〜1150℃の温度により熱酸化することにより、約30nmの比較的薄い厚さの熱酸化シリコン膜を形成し、更に減圧CVD法等により高温酸化シリコン膜(HTO膜)や窒化シリコン膜を約50nmの比較的薄い厚さに堆積し、TFT30のゲート絶縁膜を含む絶縁膜2を形成する(図5参照)。
【0064】
このときも、遮光膜120を三造構造として、内部ストレスを減少させるようにしたので、熱処理後の常温へ戻す過程で発生する遮光膜120と半導体層1aとの間の引張り応力を減少させることができる。
【0065】
以上の結果、熱処理後も下地絶縁膜12にクラックが発生せず、従って、図5、図6に示すように、遮光膜120のエッジが半導体層1aのエッジにほぼ対応する位置に配設され、或いは図8、図9に示すように、遮光膜120のエッジが、サンプリングスイッチ151のエッジ部分に対応する位置に配設されても、この両者間の引っ張り応力が低減されるため、下地絶縁膜12にクラックが発生することがなく、製品不良率を大幅に低減することができる。
【0066】
尚、これ以降の液晶装置の製造工程は、従来と同様であるため説明を省略する。
【0067】
このように、本実施の形態では、遮光膜120を、下層と上層の遮光薄膜121aで層間薄膜122aを挟んだ三層構造としたので、熱処理時に発生する内部ストレスを減少させることができる。しかも中間層の層間薄膜122aの膜厚或は材質を選択することで、内部ストレスをより一層減少させることができる。
【0068】
その結果、遮光膜120と下地絶縁膜12や半導体層1aとの間の引張り応力が大幅に減少され、下地絶縁膜12にクラックが発生することがなく、製品不良率を大幅に低減することができ、製品の信頼性を高めることができる。
【0069】
又、図11は本発明の第2実施の形態による液晶装置用基板の製造方法を断面図によって工程順に示す工程図である。本実施の形態では、遮光膜120を構成する各薄膜121a,122aを各工程毎に形成するようにしたものである。
【0070】
工程(1):第1実施の形態と同様、所定に前処理されたTFT基板10の全面に、WSiを用いてスパッタにより、50〜200nm程度の層厚の遮光薄膜層121を形成する。
【0071】
工程(2):遮光薄膜層121上にフォトリソグラフィにより、遮光薄膜層121のパターンに対応するレジストマスクを形成し、レジストマスクを介して、遮光薄膜層121に対してエッチングを行うことにより、下層の遮光薄膜121aを形成する。
【0072】
工程(3):遮光薄膜121aを覆うように層間薄膜層122を形成する。
【0073】
工程(4):層間薄膜層122上にフォトリソグラフィにより、層間薄膜層122のパターンに対応するレジストマスクを形成し、レジストマスクを介して、層間薄膜層122に対してエッチングを行うことにより、遮光薄膜121aを形成する。
【0074】
工程(5):層間薄膜122aを覆うように遮光薄膜層121を形成する。
【0075】
工程(6):遮光薄膜層121上にフォトリソグラフィにより、遮光薄膜層121のパターンに対応するレジストマスクを形成し、レジストマスクを介して、遮光薄膜層121に対してエッチングを行うことにより、上層の遮光薄膜121aを形成する。これにより下層と上層とを遮光薄膜121aとし、中間層を層間薄膜122aとする三層構造の遮光膜120が形成される。
【0076】
工程(7):第1実施の形態の工程(5)と同様、遮光膜120上に下地絶縁膜12を所定に形成する。その後、高温により熱処理を行う。
【0077】
工程(8):第1実施の形態の工程(6)と同様、下地絶縁膜12の上にアモルファスシリコン膜を形成し、ポリシリコン膜1を固相成長させる。
【0078】
工程(9):第1実施の形態の工程(7)と同様、ポリシリコン膜1に、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程等により所定パターンの半導体層1aを形成する。
【0079】
このように、本実施の形態では、第1実施の形態で説明した効果に加え、遮光膜120を構成する各薄膜121a,122a,121aを、個々にパターニングして形成したので、個々の薄膜121a,122a,121aを異なる形状に形成することができる。
【0080】
又、図12は本発明の第3実施の形態による図7相当の拡大断面である。本実施の形態では、遮光膜120の層間薄膜122aを絶縁膜とし、この層間薄膜122aにコンタクトホール123を形成し、このコンタクトホール123を介して上層側の遮光薄膜121aに形成したコンタクト124により、両遮光薄膜121a,121aを電気的に接続したものである。作用効果は上述した第1実施の形態と同様である。
【0081】
尚、本発明の電気光学装置は、液晶装置に限らず、EL(Electronic Luminescent)装置や電気泳動装置などであっても良い。
【0082】
又、上述した電気光学装置を具備した、高品位の画像表示が可能な、投射型表示装置、液晶テレビ、携帯電話、電子手帳、ワードプロセッサ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルなどの各種電子機器を用いると良い。
【0083】
又、遮光膜120は三層構造に限定されず、遮光薄膜121aを3層以上とし、各遮光薄膜121a間に層間薄膜122aを配設した5層以上の多層構造であっても良い。この場合、各遮光薄膜121aの総膜厚が従来の遮光膜の膜厚と同一になるように設定する。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施の形態による電気光学装置用基板である液晶装置用基板を用いて構成した電気光学装置である液晶装置をその上に形成された各構成要素と共に対向基板側から見た平面図である。
【図2】同、素子基板と対向基板とを貼り合わせて液晶を封入する組立工程終了後の液晶装置を、図1のH−H’線の位置で切断して示す断面図である。
【図3】同、電気光学装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図4】同、図1及び図2の液晶装置の画素領域を構成する複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図である。
【図5】同、図1及び図2の液晶装置用基板の要部断面図である。
【図6】同、液晶装置用基板の他の要部断面図である。
【図7】同、遮光膜の拡大断面図である。
【図8】同、スイッチ回路部の構成を示す要部拡大図である。
【図9】同、スイッチ回路部の要部断面図である。
【図10】同、液晶装置用基板の製造方法を断面図によって工程順に示す工程図である。
【図11】第2実施の形態による液晶装置用基板の製造方法を断面図によって工程順に示す工程図である。
【図12】第3実施の形態による図7相当の拡大断面図である。
【図13】(a)は従来のノンシリケートガラス(NSG)、ポリシリコンとタングステンシリサイド(WSi)との熱処理に対するストレス変化を示すグラフ、(b)は本発明によるタングステンシリサイド(WSi)の熱処理に対するストレス変化を示すグラフである。
【符号の説明】
1a 半導体層、10 TFT基板、12 下地絶縁膜(絶縁膜)、120 遮光膜、121a 遮光薄膜、122a 層間薄膜(絶縁膜)、151 サンプリングスイッチ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electro-optical device substrate having a light-shielding film having a multilayer structure, a method for manufacturing the same, and an electro-optical device.
[0002]
[Prior art]
In general, an electro-optical device, for example, a liquid crystal device that performs a predetermined display using liquid crystal as an electro-optical material has a configuration in which liquid crystal is sandwiched between a pair of substrates. Among them, in an electro-optical device such as a liquid crystal device of an active matrix drive system using a TFT drive, a TFD drive or the like, each intersection of a number of scanning lines (gate lines) and data lines (source lines) arranged vertically and horizontally is provided. Correspondingly, a pixel electrode and a switching element are provided on a substrate (active matrix substrate).
[0003]
A switching element such as a TFT element is turned on by an ON signal supplied to a gate line, and writes an image signal supplied via a source line to a pixel electrode (transparent electrode (ITO)). Thus, a voltage based on the image signal is applied to the liquid crystal layer between the pixel electrode and the counter electrode, thereby changing the arrangement of the liquid crystal molecules. Thus, the image display is performed by changing the transmittance of the pixel and changing the light passing through the pixel electrode and the liquid crystal layer according to the image signal.
[0004]
An element substrate constituting such a switching element is formed by stacking a semiconductor film, an insulating film (interlayer insulating film), or a conductive film having a predetermined pattern on a glass or quartz substrate. That is, a TFT substrate or the like is formed by repeating a film formation process of various films and a photolithography process.
[0005]
By the way, since the characteristics of the TFT element change due to the influence of light, a light-shielding film is formed at a position facing the channel region or the channel adjacent region of the TFT element portion, and the channel region or the channel adjacent region of the TFT element portion is formed. Light is not irradiated to the area.
[0006]
As a material of the light-shielding film, for example, a metal containing at least one of Ti (titanium), Cr (chromium), W (tungsten), Ta (tantalum), Mo (molybdenum), and Pb (lead), which are opaque refractory metals A simple substance, an alloy, a metal silicide, or the like is employed.
[0007]
In the manufacturing process, after forming a light shielding film on the TFT substrate, NSG (non-silicate glass), PSG (phosphorous silicate glass), BSG (boron silicate glass), BPSG (boron silicate glass), etc. are formed so as to cover the light shielding film. Then, an interlayer insulating film made of a silicate glass film, a silicon nitride film, a silicon oxide film, or the like is formed, and then heat treatment is performed. Next, a semiconductor layer is formed on the interlayer insulating film using a polysilicon film or the like. The heat treatment step is performed under a temperature condition of about 1000 ° C. in order to planarize the interlayer insulating film and prevent contamination of the semiconductor layer.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-9-33950 (Patent No. 3307174)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 13A shows, for example, a change in stress caused by heat treatment of NSG which is a material of an interlayer insulating film, polysilicon which is a material of a semiconductor layer, and tungsten silicide (WSi) which is often used as a material of a light shielding film. .
[0010]
As shown in the figure, the internal stress of NSG and polysilicon increases as the temperature rises during the heat treatment, and the internal stress gradually decreases as the temperature returns to room temperature after the heat treatment.
[0011]
On the other hand, since the internal stress of WSi gradually increases from the point A due to the temperature rise during the heat treatment and is crystallized in a certain temperature region T1, the internal stress rapidly increases there, and further, the temperature rises thereafter. The internal stress gradually increases again up to the point C. Then, in the process of returning WSi to normal temperature after the heat treatment, the internal stress gradually decreases with the temperature decrease in the initial stage. However, since the WSi is crystallized, it does not return to the point A side, and the broken line in FIG. , Ie, the direction in which the internal stress increases conversely as the temperature decreases.
[0012]
As a result, when a light-shielding film (WSi) and an interlayer insulating film (NSG) are deposited on a TFT substrate, or a heat treatment is performed in a state where a semiconductor layer (polysilicon) is additionally deposited, a process of returning to a normal temperature after the heat treatment is performed. In this case, a tensile stress is generated between WSi, which is a material of the light-shielding film, and NSG, which is a material of the interlayer insulating film, or polysilicon, which is a material of the semiconductor layer, so that cracks are easily generated in the interlayer insulating film (NSG). Become.
[0013]
When a crack occurs in the interlayer insulating film (NSG), the crack originates from the crack, and particularly, the crack spreads around the semiconductor layer, and there is a problem that an element failure such as a short circuit or an open circuit occurs.
[0014]
As a countermeasure against this, it is only necessary to reduce the thickness of the light-shielding film so as to reduce the internal stress, but it is not feasible because sufficient light-shielding properties cannot be obtained.
[0015]
On the other hand,
[0016]
However, since the light-shielding film is merely a two-layer structure, it is difficult to reduce the tensile stress between NSG, which is the material of the interlayer insulating film, and polysilicon, which is the material of the semiconductor layer. is not.
[0017]
It is also conceivable to convert WSi used as a light-shielding film into polycide, but there is a problem that light-shielding properties are reduced.
[0018]
The present invention has been made in view of such a problem, and without reducing the light-shielding properties of a light-shielding film, reduces the tensile stress between a light-shielding film and an insulating film or a semiconductor layer generated during heat treatment. It is another object of the present invention to provide a substrate, a method of manufacturing the same, and an electro-optical device capable of reducing the product defect rate and improving the reliability of the product.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The substrate for an electro-optical device according to the present invention includes a light-shielding film formed on the substrate by sandwiching an insulating film between a lower light-shielding thin film and an upper light-shielding thin film.
[0020]
In such a configuration, the light-shielding film is formed by sandwiching the insulating film between the upper-layer light-shielding film and the lower-layer light-shielding film. Therefore, the occurrence of internal stress during high-temperature heat treatment is suppressed, and the occurrence of cracks in the insulating film is prevented. be able to.
[0021]
Further, a semiconductor layer is laminated on the light-shielding film via an insulating film.
[0022]
In such a configuration, since the occurrence of internal stress in the light-shielding film at the time of the high-temperature heat treatment is suppressed, the tensile force between the light-shielding film and the semiconductor layer stacked on the light-shielding film via the insulating film is reduced. be able to.
[0023]
Further, the semiconductor layer constitutes a sampling switch for supplying an image signal to a data line.
[0024]
In such a configuration, since the occurrence of internal stress in the light-shielding film at the time of high-temperature heat treatment is suppressed, the tensile force between the light-shielding film and the sampling switch stacked on the light-shielding film via the insulating film is reduced. be able to.
[0025]
Further, a plurality of the sampling switches are provided, and the light shielding film is formed in an island shape below a semiconductor layer of at least one of the sampling switches.
[0026]
In such a configuration, by forming the light-shielding film in an island shape below the semiconductor layer of at least one sampling switch, the occurrence of cracks due to internal stress of the light-shielding film can be further restricted.
[0027]
Further, the lower light-shielding thin film and the upper light-shielding thin film are made of a high melting point metal.
[0028]
In such a configuration, the light-shielding film is formed by sandwiching the insulating film between the upper-layer light-shielding film and the lower-layer light-shielding film. Therefore, even if each light-shielding thin film is made of a high-melting-point metal, internal stress during high-temperature heat treatment is reduced. Can be reduced.
[0029]
The method for manufacturing a substrate for an electro-optical device according to the present invention includes a step of forming a lower light-shielding thin film on the substrate, a step of forming an intermediate interlayer thin film on the light-shielding thin film, and an upper light-shielding layer on the interlayer thin film. Forming a thin film, forming a light shielding film by patterning the lower light shielding thin film, the interlayer thin film of the intermediate layer, and the upper light shielding thin film, and forming an insulating film on the light shielding film. Performing a high-temperature heat treatment on the substrate on which the insulating film is formed.
[0030]
In such a configuration, first, a lower light-shielding thin film is formed on a substrate, then an intermediate interlayer thin film is formed on the lower light-shielding thin film, and then an upper light-shielding thin film is formed on the interlayer thin film. Then, the lower light-shielding thin film, the intermediate interlayer thin film, and the upper light-shielding thin film are patterned to form a three-layer light-shielding film. Next, an insulating film is formed on the light-shielding film, and high-temperature heat treatment is performed in this state. Since the light-shielding film has a three-layer structure sandwiching the interlayer thin film, internal stress generated at the time of heat treatment can be reduced.
[0031]
The method for manufacturing an electro-optical device substrate according to the present invention includes a step of forming a lower light-shielding thin film on the substrate, a step of forming an intermediate interlayer thin film on the lower light-shielding thin film, and an upper layer on the interlayer thin film. Forming a light-shielding thin film, forming a light-shielding film by patterning the lower light-shielding thin film, the intermediate interlayer thin-film, and the upper light-shielding thin film, and forming an insulating film on the light-shielding film. A step of performing a high-temperature heat treatment on the substrate on which the insulating film is formed, and a step of forming a semiconductor layer on the insulating film.
[0032]
In such a configuration, first, a lower light-shielding thin film is formed on a substrate, then an intermediate interlayer thin film is formed on the lower light-shielding thin film, and then an upper light-shielding thin film is formed on the interlayer thin film. Then, the lower light-shielding thin film, the intermediate interlayer thin film, and the upper light-shielding thin film are patterned to form a three-layer light-shielding film. Next, an insulating film is formed on the light-shielding film, and high-temperature heat treatment is performed in this state. After a predetermined heat treatment, a semiconductor layer is formed on the insulating film. Since the light-shielding film has a three-layer structure sandwiching the interlayer thin film, internal stress generated at the time of heat treatment can be reduced.
[0033]
An electro-optical device according to the present invention is characterized in that the electro-optical device is configured using the electro-optical device substrate.
[0034]
In such a configuration, since the light-shielding film has a three-layer structure with the insulating film interposed therebetween to reduce internal stress generated during heat treatment, it is possible to obtain a device in which cracks are prevented from occurring.
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 10 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a liquid crystal device which is an electro-optical device formed using a substrate for a liquid crystal device which is a substrate for an electro-optical device. FIG. 2 is a plan view of the liquid crystal device after the assembly step of bonding the element substrate and the counter substrate together and enclosing the liquid crystal along the line HH ′ in FIG. FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of the electro-optical device, and FIG. 4 is a sectional view showing various elements and wirings of a plurality of pixels constituting a pixel region of the liquid crystal device of FIGS. 5 is an equivalent circuit diagram, FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of the liquid crystal device substrate of FIGS. 1 and 2, FIG. 6 is a cross-sectional view of another main part of the liquid crystal device substrate, FIG. FIG. 9 is an enlarged view of a main part showing the configuration of the switch circuit unit, FIG. It is a flowchart showing the manufacturing method of the mounting substrate in order of a process by a sectional view.
[0036]
The overall configuration of the liquid crystal device will be described with reference to FIGS. A liquid crystal device, which is an example of an electro-optical device, includes, for example, a
[0037]
On the
[0038]
FIG. 3 shows an electrical configuration of the liquid crystal device. The liquid crystal device includes a scanning
[0039]
In addition, the data
[0040]
FIG. 4 shows an equivalent circuit of an element on the
[0041]
The
[0042]
Further, a
[0043]
FIG. 5 is a schematic sectional view of a liquid crystal device focusing on one pixel, and FIG. 6 is a schematic sectional view of another position. On the
[0044]
A
A light-shielding
[0045]
Further, the
[0046]
When the light-shielding
[0047]
As shown in FIG. 7, each light-shielding
[0048]
In the present embodiment, in addition to the light-shielding
[0049]
Further, the
[0050]
The
[0051]
(Manufacturing process)
Next, a method for manufacturing a liquid crystal device using the
[0052]
Step (1): A
[0053]
A light-shielding
[0054]
Step (2): An interlayer
[0055]
Step (3): A light-shielding
[0056]
Step (4): A resist mask corresponding to the pattern of the light-shielding
[0057]
Step (5): A
[0058]
After the formation of the NSG, the
[0059]
In this embodiment, the light-shielding
[0060]
Further, by selecting the thickness and material of the interlayer
[0061]
Step (6): Decompression CVD using a monosilane gas, a disilane gas, or the like at a flow rate of about 400 to 600 cc / min in a relatively low temperature environment of about 450 to 550 ° C., preferably about 500 ° C. on the base insulating film 12 ( For example, an amorphous silicon film is formed by CVD at a pressure of about 20 to 40 Pa). Thereafter, the
[0062]
Step (7): A semiconductor layer 1a having a predetermined pattern is formed on the
[0063]
After that, the storage capacitor electrode 1f together with the semiconductor layer 1a constituting the
[0064]
Also at this time, since the light-shielding
[0065]
As a result, no crack occurs in the
[0066]
Note that the subsequent manufacturing steps of the liquid crystal device are the same as those in the related art, and thus description thereof will be omitted.
[0067]
As described above, in the present embodiment, the light-shielding
[0068]
As a result, the tensile stress between the light-shielding
[0069]
FIG. 11 is a process chart showing a method for manufacturing a liquid crystal device substrate according to a second embodiment of the present invention in a sectional view in the order of steps. In this embodiment, the
[0070]
Step (1): As in the first embodiment, a light-shielding
[0071]
Step (2): A resist mask corresponding to the pattern of the light-shielding thin-
[0072]
Step (3): An interlayer
[0073]
Step (4): forming a resist mask corresponding to the pattern of the interlayer
[0074]
Step (5): forming a light shielding
[0075]
Step (6): A resist mask corresponding to the pattern of the light-shielding thin-
[0076]
Step (7): Similar to step (5) of the first embodiment, the
[0077]
Step (8): As in step (6) of the first embodiment, an amorphous silicon film is formed on the underlying insulating
[0078]
Step (9): As in step (7) of the first embodiment, a semiconductor layer 1a having a predetermined pattern is formed on the
[0079]
As described above, in the present embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, each of the
[0080]
FIG. 12 is an enlarged cross section corresponding to FIG. 7 according to the third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the interlayer
[0081]
The electro-optical device according to the present invention is not limited to a liquid crystal device, but may be an EL (Electronic Luminescent) device, an electrophoresis device, or the like.
[0082]
In addition, a projection display device, a liquid crystal television, a mobile phone, an electronic organizer, a word processor, a viewfinder type or a monitor direct-view type video tape recorder, and a workstation, which includes the above-described electro-optical device and can display high-quality images. It is preferable to use various electronic devices such as a video phone, a POS terminal, and a touch panel.
[0083]
The light-shielding
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a liquid crystal device, which is an electro-optical device configured using a liquid crystal device substrate, which is an electro-optical device substrate according to a first embodiment, as well as components formed thereon viewed from a counter substrate side. It is a top view.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the liquid crystal device after completion of an assembling step of bonding an element substrate and a counter substrate and enclosing a liquid crystal at the line HH ′ in FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of the electro-optical device.
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of various elements, wirings, and the like in a plurality of pixels constituting a pixel region of the liquid crystal device of FIGS. 1 and 2;
FIG. 5 is a sectional view of a main part of the liquid crystal device substrate of FIGS. 1 and 2;
FIG. 6 is a sectional view of another essential part of the liquid crystal device substrate.
FIG. 7 is an enlarged sectional view of the light shielding film.
FIG. 8 is an enlarged view of a main part showing a configuration of the switch circuit unit.
FIG. 9 is a sectional view of a main part of the switch circuit unit.
FIG. 10 is a process drawing showing a manufacturing method of the liquid crystal device substrate in a sectional view in the order of steps.
FIG. 11 is a process chart showing a method for manufacturing a liquid crystal device substrate according to the second embodiment in the order of steps by sectional views.
FIG. 12 is an enlarged sectional view corresponding to FIG. 7 according to a third embodiment.
13 (a) is a graph showing a stress change with respect to a heat treatment of conventional non-silicate glass (NSG), polysilicon and tungsten silicide (WSi), and FIG. 13 (b) is a graph with respect to a heat treatment of tungsten silicide (WSi) according to the present invention. It is a graph which shows a stress change.
[Explanation of symbols]
1a semiconductor layer, 10 TFT substrate, 12 base insulating film (insulating film), 120 light shielding film, 121a light shielding thin film, 122a interlayer thin film (insulating film), 151 sampling switch
Claims (8)
上記遮光膜上に中間層の層間薄膜を形成する工程と、
上記層間薄膜上に上層の遮光薄膜を形成する工程と、
上記下層の遮光薄膜と上記中間層の層間薄膜と上記上層の遮光薄膜とをパターニングして遮光膜を形成する工程と、
上記遮光膜上に絶縁膜を形成する工程と、
上記絶縁膜が形成された上記基板に高温熱処理を施す工程と
を備えることを特徴とする電気光学装置用基板の製造方法。Forming a lower light-shielding thin film on the substrate,
Forming an interlayer thin film of an intermediate layer on the light shielding film;
Forming an upper light-shielding thin film on the interlayer thin film,
Forming a light shielding film by patterning the lower light shielding thin film, the interlayer thin film of the intermediate layer, and the upper light shielding thin film,
Forming an insulating film on the light-shielding film;
Performing a high-temperature heat treatment on the substrate on which the insulating film is formed.
上記下層の遮光薄膜上に中間層の層間薄膜を形成する工程と、
上記層間薄膜上に上層の遮光薄膜を形成する工程と、
上記下層の遮光薄膜と上記中間層の層間薄膜と上記上層の遮光薄膜とをパターニングして遮光膜を形成する工程と、
上記遮光膜上に絶縁膜を形成する工程と、
上記絶縁膜が形成された上記基板に高温熱処理を施す工程と、
上記絶縁膜に半導体層を形成する工程と
を備えることを特徴とする電気光学装置用基板の製造方法。Forming a lower light-shielding thin film on the substrate,
Forming an intermediate interlayer thin film on the lower light-shielding thin film,
Forming an upper light-shielding thin film on the interlayer thin film,
Forming a light shielding film by patterning the lower light shielding thin film, the interlayer thin film of the intermediate layer, and the upper light shielding thin film,
Forming an insulating film on the light-shielding film;
Performing a high-temperature heat treatment on the substrate on which the insulating film is formed,
Forming a semiconductor layer on the insulating film.
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