JP2005150356A - Substrate for electrooptic device, method of manufacturing same, electrooptic device and electronic apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、Silicon On Insulator(以下、「SOI」と略記する)構造を備えた電気光学装置用基板とその製造方法、並びに電気光学装置及び電子機器に関するものである。 The present invention relates to a substrate for an electro-optical device having a silicon on insulator (hereinafter abbreviated as “SOI”) structure, a manufacturing method thereof, an electro-optical device, and an electronic apparatus.
絶縁層上に設けられたシリコン層を半導体装置の形成に利用するSOI(Silicon On Insulator)技術は、α線耐性、ラッチアップ特性、あるいはショートチャネルの抑制効果など、通常の単結晶シリコン基板では達成し得ない優れた特性を示すため、半導体装置の高集積化等を目的としてその開発が進められている。 SOI (Silicon On Insulator) technology, which uses a silicon layer on an insulating layer to form semiconductor devices, is achieved with ordinary single crystal silicon substrates such as alpha ray resistance, latch-up characteristics, and short channel suppression effects. In order to exhibit excellent characteristics that cannot be achieved, development of the semiconductor device has been promoted for the purpose of high integration of semiconductor devices.
このようなSOI構造(絶縁層上にシリコン層を形成した構造)を形成する方法としては、例えば単結晶シリコン基板の貼り合わせによる方法がある。一般に貼り合わせ法と呼ばれるこの方法は、それぞれ貼合せ用の絶縁層を含む単結晶シリコン基板と支持基板とを絶縁層を介して重ね合わせ、基板表面のOH基を利用して室温程度で貼り合わせた後、単結晶シリコン基板を研削や研磨、またはエッチングによって薄膜化し、続いて600℃〜1200℃程度の熱処理によってシロキサン結合(Si−O−Si)を生じさせ、貼り合わせ強度を上げてシリコン層を支持基板上に形成するものである。この手法によれば、単結晶シリコン基板を直接薄膜化するので、シリコン層が結晶性に優れたものとなり、したがって高性能の半導体デバイスを作製することが可能となる。ここで、例えば特許文献1に開示されているように、透過型の液晶装置などの電気光学装置に上記SOI構造を具備した半導体デバイスを用いる場合、支持基板として石英基板などの透光性基板を用いることが多い。
上記特許文献1に開示された構成では、支持基板としての透光性基板とシリコン層との熱膨張係数が異なり、単結晶シリコン層を薄膜化する工程や貼り合わせ強度を向上させるための熱処理工程などにおいて、熱膨張係数の違いによる熱応力が発生し、その結果、シリコン層にスリップや転位、格子欠陥、HF欠陥等が形成され、デバイス特性に支障をきたす惧れがある。また、特に電気光学装置の画素部や周辺回路部に配設されたトランジスタはトランスミッションゲートであり、ラッチアップで発生した余剰キャリアにより耐圧低下、Vthシフト・ばらつきによる表示品位の低下が懸念されている。加えて、特許文献1に開示された構成では、半導体デバイスの裏面側に形成された遮光層とシリコン層との間に距離があり遮光性に問題がある。 In the configuration disclosed in Patent Document 1, the thermal expansion coefficient is different between the translucent substrate as the support substrate and the silicon layer, and the step of thinning the single crystal silicon layer and the heat treatment step for improving the bonding strength In such a case, thermal stress is generated due to a difference in thermal expansion coefficient. As a result, slips, dislocations, lattice defects, HF defects, and the like are formed in the silicon layer, which may hinder device characteristics. In particular, the transistors disposed in the pixel portion and the peripheral circuit portion of the electro-optical device are transmission gates, and there is a concern that the breakdown voltage is reduced due to excess carriers generated by latch-up, and the display quality is deteriorated due to Vth shift and variation. . In addition, in the configuration disclosed in Patent Document 1, there is a problem in light shielding properties because there is a distance between the light shielding layer and the silicon layer formed on the back surface side of the semiconductor device.
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであって、SOI構造を備えた電気光学装置用基板において、貼り合わせの界面において熱応力が発生し難く、それに起因するスリップや転位、格子欠陥、HF欠陥等の発生が少ない、信頼性の高い電気光学装置用基板を提供することを目的としている。また、このような電気光学装置用基板を簡便に提供することが可能な製造方法の提供を目的としており、さらには、このような電気光学装置用基板を備えた信頼性の高い電気光学装置、電子機器を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and in an electro-optical device substrate having an SOI structure, it is difficult for thermal stress to occur at the bonding interface, resulting in slip, dislocation, and lattice defects. An object of the present invention is to provide a highly reliable substrate for an electro-optical device with few occurrences of HF defects and the like. Another object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of simply providing such a substrate for an electro-optical device. Further, a highly reliable electro-optical device including such a substrate for an electro-optical device, The purpose is to provide electronic devices.
上記課題を解決するために、本発明の電気光学装置用基板は、支持基板上に絶縁層を介して配設された半導体層を備えてなる電気光学装置用基板であって、前記半導体層と絶縁層との間に多孔質層が形成されてなることを特徴とする。このような電気光学装置用基板によると、半導体層と絶縁層との間に形成された多孔質層が応力緩和層として機能することとなり、つまり半導体層と絶縁層との間の熱膨張係数の違いにより発生する熱応力が緩和されることとなる。また、絶縁層側から半導体層に入射し得る光を多孔質層にて遮光することが可能なため、該半導体層において光リーク電流が発生することを防止ないし抑制することが可能となる。 In order to solve the above problems, an electro-optical device substrate according to the present invention is an electro-optical device substrate including a semiconductor layer disposed on a support substrate via an insulating layer, A porous layer is formed between the insulating layer and the insulating layer. According to such an electro-optical device substrate, the porous layer formed between the semiconductor layer and the insulating layer functions as a stress relaxation layer, that is, the coefficient of thermal expansion between the semiconductor layer and the insulating layer. The thermal stress generated by the difference will be relieved. In addition, since light that can enter the semiconductor layer from the insulating layer side can be shielded by the porous layer, it is possible to prevent or suppress the occurrence of light leakage current in the semiconductor layer.
本発明の電気光学装置用基板において、前記多孔質層は半導体材料にて構成することができる。このような半導体材料の多孔質層(半導体多孔質層)を形成することで、半導体層と絶縁層との間の応力緩和機能が一層高く発現されることとなり、また特に半導体層で余剰キャリアが発生した場合にも、上記半導体多孔質層が余剰キャリアの再結合中心として機能し、当該基板を用いた電気光学装置の耐電圧低下、Vthシフト・ばらつきを防ぐことが可能となる。 In the electro-optical device substrate of the present invention, the porous layer may be made of a semiconductor material. By forming a porous layer (semiconductor porous layer) of such a semiconductor material, the stress relaxation function between the semiconductor layer and the insulating layer is further enhanced. In particular, surplus carriers are generated in the semiconductor layer. Even when it occurs, the semiconductor porous layer functions as a recombination center of surplus carriers, and it is possible to prevent a decrease in withstand voltage and Vth shift / variation of an electro-optical device using the substrate.
また、前記多孔質層は前記半導体層と同一の半導体材料にて構成されてなるものとすることができる。このような半導体多孔質層を形成することで、半導体層と絶縁層との間の応力緩和機能が一層高く発現されることとなり、また特に半導体層で余剰キャリアが発生した場合にも、上記半導体多孔質層が余剰キャリアの再結合中心として機能し、当該基板を用いた電気光学装置の耐電圧低下、Vthシフト・ばらつきを防ぐことが可能となる。さらに、当該電気光学装置用基板の製造時には、半導体層の一部を多孔質化処理することで、簡便に本発明の構成を得ることができるようになる。 The porous layer may be made of the same semiconductor material as the semiconductor layer. By forming such a semiconductor porous layer, the stress relaxation function between the semiconductor layer and the insulating layer is further expressed, and even when surplus carriers are generated particularly in the semiconductor layer, the above semiconductor The porous layer functions as a recombination center of surplus carriers, and it is possible to prevent a decrease in withstand voltage and Vth shift / variation of an electro-optical device using the substrate. Further, when the electro-optical device substrate is manufactured, the structure of the present invention can be easily obtained by making a part of the semiconductor layer porous.
また、前記多孔質層と支持基板との間に遮光層が形成されてなるものとすることができる。この場合、半導体層に入射し得る光を多孔質層及び遮光層にて遮光することが可能なため、該半導体層において光リーク電流が発生することを防止ないし抑制することが可能となる。 Further, a light shielding layer may be formed between the porous layer and the support substrate. In this case, since light that can enter the semiconductor layer can be shielded by the porous layer and the light shielding layer, it is possible to prevent or suppress the occurrence of light leakage current in the semiconductor layer.
前記多孔質層の直上に前記半導体層が形成されてなるものとすることができる。この場合、半導体層と多孔質層が積層された構成となるため、該半導体層に対する遮光性が一層高いものとなる。なお、このように半導体層と多孔質層が積層された構成を採用することで、例えば半導体層の表層を陽極化成法等にて多孔質化処理することにより、多孔質層を簡便に形成可能となる。 The semiconductor layer may be formed directly on the porous layer. In this case, since the semiconductor layer and the porous layer are stacked, the light shielding property to the semiconductor layer is further increased. In addition, by adopting a structure in which a semiconductor layer and a porous layer are laminated in this way, a porous layer can be easily formed, for example, by subjecting the surface layer of the semiconductor layer to a porous treatment by an anodizing method or the like. It becomes.
次に、上記課題を解決するために、本発明の電気光学装置用基板の製造方法は、支持基板上に絶縁層を介して配設された半導体層を備えてなる電気光学装置用基板の製造方法であって、支持基板上に絶縁層を形成する工程を含む支持基板側形成工程と、半導体基板上に多孔質層を形成して、半導体層と多孔質層との積層を形成する工程と、前記多孔質層上に絶縁層を形成する工程とを含む半導体基板側形成工程と、前記支持基板と前記半導体基板とを、それぞれ形成した絶縁層が互いに接合面となるように貼り合わせる貼合せ基板生成工程と、を含むことを特徴とする。このような製造方法により、上述した電気光学装置用基板を簡便に得ることができる。なお、前記支持基板側形成工程は、支持基板上の所定領域に遮光層を形成する工程と、該支持基板及び遮光層を覆うように前記絶縁層を形成する工程とを含むものとすることで、多孔質層と支持基板との間に遮光層が形成されてなる電気光学装置用基板を提供することができる。 Next, in order to solve the above-described problem, the method for manufacturing a substrate for an electro-optical device according to the present invention is a method for manufacturing a substrate for an electro-optical device comprising a semiconductor layer disposed on a support substrate via an insulating layer. A method of forming a support substrate side including a step of forming an insulating layer on the support substrate; and forming a porous layer on the semiconductor substrate to form a stack of the semiconductor layer and the porous layer; A step of forming a semiconductor substrate side including a step of forming an insulating layer on the porous layer, and laminating the supporting substrate and the semiconductor substrate so that the formed insulating layers are bonded to each other. And a substrate generation step. By such a manufacturing method, the above-described electro-optical device substrate can be easily obtained. The supporting substrate side forming step includes a step of forming a light shielding layer in a predetermined region on the supporting substrate and a step of forming the insulating layer so as to cover the supporting substrate and the light shielding layer. It is possible to provide a substrate for an electro-optical device in which a light shielding layer is formed between a quality layer and a supporting substrate.
本発明の電気光学装置用基板の製造方法において、前記半導体基板を陽極化成法により一部多孔質化することで、前記多孔質層を形成することができる。このような陽極化成法により半導体基板の一部を多孔質化することで、簡便に多孔質層を形成することができ、多孔質層の直上に半導体層が形成されてなる構成を得ることが可能となる。 In the method for manufacturing a substrate for an electro-optical device of the present invention, the porous layer can be formed by partially making the semiconductor substrate porous by an anodizing method. By making a part of the semiconductor substrate porous by such anodizing method, a porous layer can be easily formed, and a structure in which a semiconductor layer is formed immediately above the porous layer can be obtained. It becomes possible.
なお、前記貼合せ基板を生成した後、該貼合せ基板のうち半導体層を薄層化する工程と、前記半導体層及び多孔質層をパターニングする工程と、前記半導体層上にゲート絶縁層を形成する工程と、前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成する工程と、を含むものとすることができる。このような製造方法により得られる電気光学装置用基板は、半導体層(例えば単結晶シリコン層)を能動層とする薄膜トランジスタを備えた基板となり、アクティブマトリクスタイプの電気光学装置用の基板として好適なものとなる。ここで、例えば半導体層を薄膜化する工程において、半導体層の一部を酸化して、該酸化層を除去する手法を採用した場合には、多孔質層は遮光層の酸化・拡散を防止ないし抑制する機能を備えることとなる。本発明の遮光層を構成する材料としては、例えばタングステン、クロム、モリブデン、タンタル、チタン等の高融点金属の単体、窒化物、酸化物、シリサイド、合金等を採用することができる。 In addition, after producing the bonded substrate, a step of thinning a semiconductor layer of the bonded substrate, a step of patterning the semiconductor layer and the porous layer, and forming a gate insulating layer on the semiconductor layer And a step of forming a gate electrode on the gate insulating layer. A substrate for an electro-optical device obtained by such a manufacturing method is a substrate including a thin film transistor having a semiconductor layer (for example, a single crystal silicon layer) as an active layer, and is suitable as a substrate for an active matrix type electro-optical device. It becomes. Here, for example, in the step of thinning the semiconductor layer, when a method of oxidizing a part of the semiconductor layer and removing the oxide layer is employed, the porous layer prevents oxidation / diffusion of the light shielding layer. The function to suppress will be provided. As a material constituting the light shielding layer of the present invention, for example, a simple substance of a refractory metal such as tungsten, chromium, molybdenum, tantalum, titanium, nitride, oxide, silicide, alloy, or the like can be employed.
次に、本発明の電気光学装置は、上記電気光学装置用基板を備えることを特徴とする。このような電気光学装置は、半導体層において光リーク電流の発生が少なく、また耐電圧低下、Vthシフト・ばらつき等が生じ難く、非常に信頼性の高いものとなる。さらに本発明の電子機器は上記電気光学装置を例えば表示部として備えることを特徴とする。この場合、表示不良等の不具合発生の少ない電子機器を提供することが可能となる。 Next, an electro-optical device according to the present invention includes the electro-optical device substrate. Such an electro-optical device has a very high reliability because it hardly generates a light leakage current in the semiconductor layer, hardly causes a decrease in withstand voltage, a Vth shift / variation, and the like. Furthermore, an electronic apparatus according to the present invention includes the electro-optical device as a display unit, for example. In this case, it is possible to provide an electronic device with less occurrence of defects such as display defects.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following drawings, the film thicknesses and dimensional ratios of the respective components are appropriately changed in order to make the drawings easy to see.
(電気光学装置用基板及びその製造方法)
まず、本発明の電気光学装置用基板の製造方法について、その一実施の形態を図1〜図4を参照しつつ説明する。図1〜図4は、電気光学装置用基板の各製造プロセスを示す断面模式図である。はじめに、図1(a)に示すように、単結晶シリコン基板226を用意し、これに水素イオンを注入する。その結果、単結晶シリコン基板226の内部には、進入深さ分布を備えるイオン注入層が形成される。このときのイオン注入条件としては、例えば加速エネルギーを60keV〜150keV、ドーズ量を5×1016cm−2〜10×1016cm−2とする。
(Electro-optical device substrate and manufacturing method thereof)
First, an embodiment of the method for manufacturing a substrate for an electro-optical device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4 are schematic cross-sectional views showing each manufacturing process of the electro-optical device substrate. First, as shown in FIG. 1A, a single
次に、図1(b)に示すように、単結晶シリコン基板226の表面を多孔質化する処理を行う。具体的には、単結晶シリコン基板226の表面を陽極化成処理することにより、該単結晶シリコン基板226の表層から所定厚さ分を多孔質シリコン層236に変化させる。ここでは、厚さ100nm〜400nm程度の多孔質シリコン層236を形成するべく、陽極化成処理の条件を設定している。なお、陽極化成処理は、弗化水素とエタノールの混合溶液中で、単結晶シリコン基板226を陽極として電流を印加することにより行うものである。
Next, as shown in FIG. 1B, a process for making the surface of the single
多孔質化処理後、図1(c)に示すように、多孔質シリコン層236の表面を熱酸化処理することで、絶縁層(シリコン酸化膜)216を形成する。なお、絶縁層216は、厚さ100nm〜300nm程度にて形成するものとしている。以上のような工程により、図1(c)に示した単結晶シリコン基板(単結晶シリコン層)226を含む絶縁層付き単結晶半導体基板(貼合せ用単結晶半導体基板)260を得る。
After the porous treatment, the insulating layer (silicon oxide film) 216 is formed by thermally oxidizing the surface of the
一方、図2(a)に示したような石英基板からなる支持基板210を用意し、この支持基板210上に所定パターンの遮光層211を形成する。支持基板210としては、石英基板を用いることができ、遮光層211は、例えばタングステンシリサイドをスパッタ法により100nm〜300nm程度の厚さ、より好ましくは200nmの厚さに堆積することにより得る。
On the other hand, a
なお、この遮光層211の材料は本実施形態に限定されるものではなく、製造するデバイスの熱プロセス最高温度に対して安定な材料であればどのような材料を用いても問題はない。例えば他にもクロム、モリブデン、タンタル、チタンなどの高融点金属、これら高融点金属の酸化物、窒化物、シリサイド、合金が好ましい材料として用いられ、形成法もフォトマスクを用いたスパッタ法の他、CVD法、電子ビーム加熱蒸着法などを用いることができる。ここで、上記フォトマスクは、後述するトランジスタ素子(TFT)の形成領域に対応する位置のほか、トランジスタ素子の非形成領域(トランジスタ素子の周辺領域)にも同様に形成する。なお、トランジスタ素子の非形成領域とは、具体的には、トランジスタ素子形成領域の周辺領域に存在する、対向基板貼り合わせのためのシール材を塗布するシール領域や、データ線、走査線を駆動するための駆動回路の周辺部、入出力信号線を接続するための接続端子を形成する端子パッド領域等を指す。
The material of the
次に、図2(c)に示すように、パターニングされた遮光層211を覆うように、例えば酸化シリコン膜からなる絶縁層212をスパッタ法等により形成する。このような酸化シリコン膜は、TEOS(テトラエチルオルソシリケート)を用いたプラズマCVD法により堆積させてもよい。なお、絶縁層212の材料としては、上記の酸化シリコン膜の他に、例えばNSG(ノンドープトシリケートガラス)、PSG(リンシリケートガラス)、BSG(ボロンシリケートガラス)、BPSG(ボロンリンシリケートガラス)などの高絶縁性ガラス等を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 2C, an insulating
次に、絶縁層212の表面を、遮光層211上に所定の膜厚を残す条件で、例えば研磨後の遮光層211上の層厚が500nm〜1000nm程度となるようにグローバルに研磨して平坦化する。なお、研磨による平坦化の手法としては、例えばCMP(化学的機械研磨)法を用いることができる。このようにして、支持基板210上に遮光層211及び絶縁層212が形成されてなる絶縁層付き支持基板(貼合せ用支持基板)270を得る。
Next, the surface of the insulating
続いて、以上のようにして得た絶縁層付き半導体基板260と絶縁層付き支持基板210との貼り合わせを行う。具体的には、図3(a)に示すように、図1(c)に示した絶縁層付き単結晶半導体基板260と、図2(c)に示した絶縁層付き支持基板210とを、各絶縁層216,212を対向させつつ、300℃〜600℃程度の温度で貼り合わせを行うものとしている。
Subsequently, the semiconductor substrate 260 with an insulating layer and the
このような貼合せ工程後、単結晶シリコン層226の膜厚制御を行う。この場合、例えば単結晶シリコン層226の表層の一部を酸化して所定の層厚の犠牲酸化層を形成し、この犠牲酸化層を剥離することで、所定厚さの単結晶シリコン層226を得る(図3(b))。なお、本実施の形態では、単結晶シリコン層226を30nm〜60nm程度とするべく犠牲酸化条件を設定している。
After such a bonding process, the film thickness of the single
次に、図3(c)に示すように、多孔質シリコン層236及び単結晶シリコン層226をパターニングする。ここでは、遮光層211上に島状のパターンを形成するべく、フォトリソグラフィ法にてパターニングするものとしている。なお、多孔質シリコン層236と単結晶シリコン層226をそれぞれ別工程で、つまり単結晶シリコン層226をパターニングした後に、多孔質シリコン層236を別途パターニングすることも可能である。
Next, as shown in FIG. 3C, the
このように多孔質シリコン層236及び単結晶シリコン層226を所定形状にパターニングした後、図4(a)に示すように、多孔質シリコン層236及び単結晶シリコン層226の表面を熱酸化することで、多孔質シリコン層236及び単結晶シリコン層226の表層に熱酸化膜228を形成する。さらに、熱酸化膜228を含む絶縁層216の表層に高温酸化膜(HTO膜)229を形成する。なお、熱酸化膜228の厚さは5nm〜30nm程度、高温酸化膜229の厚さは50nm〜100nm程度としており、これら酸化膜は後述するゲート絶縁膜として機能するものである。
After the
各酸化膜228,229の形成後、単結晶シリコン層226の上層に、酸化膜228,229を介してドープトポリシリコン等の導電性膜、或いはアルミニウム等の導電性金属膜、或いはそれら両方を用いた多層膜227を所定パターンにて形成する。なお、導電性金属膜227の厚さは300nm〜500nm程度としており、この導電性金属膜227は、後述するゲート電極として機能するものである。
After the formation of the
このようにして得られた図4(b)に示す電気光学装置用基板200は、単結晶シリコン層226を能動層とし、酸化膜(ゲート絶縁膜)228,229を介して配設された導電性金属膜227をゲート電極とした薄膜トランジスタ(半導体素子)を備える基板として、液晶装置等の電気光学装置に適用可能である。ここで、遮光層211は単結晶シリコン層226への光入射を遮る役割を担っている。また、多孔質シリコン層236は応力緩和層として機能し、つまり単結晶シリコン層226と絶縁層216との間に発生し得る熱応力を緩和しており、さらに絶縁層216側から単結晶シリコン層226に入射し得る光を遮光する機能も兼備している。このように単結晶シリコン層226への光入射を防止ないし抑制することで、該単結晶シリコン層226において光リーク電流が発生することを防止ないし抑制することができるようになる。
The electro-
さらに、単結晶シリコン層226を能動層として用いた場合に、該単結晶シリコン層226で余剰キャリアが発生した場合にも、多孔質シリコン層236を余剰キャリアの再結合中心として機能させることができる。これにより、当該基板200を用いた電気光学装置の耐電圧低下、Vthシフト・ばらつきを防ぐことが可能となる。なお、上述の通り、多孔質シリコン層236により単結晶シリコン層226への光入射が防止ないし抑制されているため、図5に示すように、遮光層211を省略することもでき、この場合、製造プロセスの簡略化、ないし当該装置の簡略化によりコスト削減に寄与することも可能となる。
Further, when the single
(電気光学装置)
次に、上記電気光学装置用基板200を採用した電気光学装置の一実施の形態について説明する。
図6は、電気光学装置としての液晶装置について、その画像形成領域(画素部若しくは表示領域)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。また、図7は、データ線、走査線、画素電極、遮光膜等が形成されたTFTアレイ基板(TFT素子が形成された基板)の相隣接する複数の画素群を拡大して示す平面図である。
また、図8は、図7のA−A’断面図である。なお、図8においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
(Electro-optical device)
Next, an embodiment of an electro-optical device employing the electro-
FIG. 6 is an equivalent circuit of various elements, wirings, and the like in a plurality of pixels formed in a matrix that forms an image forming area (pixel portion or display area) of a liquid crystal device as an electro-optical device. FIG. 7 is an enlarged plan view showing a plurality of pixel groups adjacent to each other on a TFT array substrate (substrate on which TFT elements are formed) on which data lines, scanning lines, pixel electrodes, light shielding films, and the like are formed. is there.
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. In FIG. 8, the scales of the respective layers and members are made different from each other in order to make each layer and each member recognizable on the drawing.
図6において、本実施形態による液晶装置の画像表示領域(画素部若しくは表示領域)を構成するマトリクス状に形成された複数の画素は、マトリクス状に複数形成された画素電極9aと、画素電極9aを制御するための薄膜トランジスタ(TFT)30とからなり、画像信号が供給されるデータ線6aが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良いし、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良い。また、TFT30のゲートに走査線3aが電気的に接続されており、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を所定のタイミングで書き込む。
In FIG. 6, a plurality of pixels formed in a matrix form that constitutes an image display area (pixel portion or display area) of the liquid crystal device according to the present embodiment includes a plurality of
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20(図8参照)に形成された対向電極21(図8参照)との間で一定期間保持される。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、階調表示を可能にする。ノーマリーホワイトモードであれば、印加された電圧に応じて入射光がこの液晶部分を通過不可能とされ、ノーマリーブラックモードであれば、印加された電圧に応じて入射光がこの液晶部分を通過可能とされ、全体として液晶装置からは画像信号に応じたコントラストを持つ光が出射する。ここで、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極9aと対向電極21との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量70を付加する。例えば、画素電極9aの電圧は、データ線に電圧が印加された時間よりも3桁も長い時間だけ蓄積容量70により保持される。これにより、保持特性は更に改善され、コントラスト比の高い液晶装置が実現できる。
Image signals S1, S2,..., Sn written to the liquid crystal via the
次に、図7に基づいて、TFTアレイ基板(TFT30が形成された基板)の画素部内の平面構造について詳細に説明する。なお、本実施の形態の液晶装置では、TFTアレイ基板として上述した電気光学装置用基板200を用いて構成している。
図7に示すように、液晶装置のTFTアレイ基板上の画素部内には、マトリクス状に複数の透明な画素電極9a(点線部9a’により輪郭が示されている)が設けられており、画素電極9aの縦横の境界に各々沿ってデータ線6a、走査線3a及び容量線3bが設けられている。データ線6aは、コンタクトホール5を介して単結晶シリコン層からなる半導体層1aのうち後述のソース領域に電気的接続されており、画素電極9aは、コンタクトホール8を介して半導体層1aのうち後述のドレイン領域に電気的接続されている。また、半導体層1aのうちチャネル領域に対向するように走査線3aが配置されており、走査線3aはゲート電極として機能している。
Next, the planar structure in the pixel portion of the TFT array substrate (substrate on which the
As shown in FIG. 7, a plurality of
容量線3bは、走査線3aに沿ってほぼ直線状に伸びる本線部(即ち、平面的に見て、走査線3aに沿って形成された第1領域)と、データ線6aと交差する箇所からデータ線6aに沿って前段側(図中、上向き)に突出した突出部(即ち、平面的に見て、データ線6aに沿って延設された第2領域)とを有する。
The
そして、図中右上がりの斜線で示した領域には、図4に示した遮光層211に対応する複数の第1遮光膜11aが設けられている。より具体的には、第1遮光膜11aは、画素部において半導体層1aのチャネル領域を含むTFT30を石英基板10A(図8参照)の側から見て覆う位置に設けられており、更に、容量線3bの本線部に対向して走査線3aに沿って直線状に伸びる本線部と、データ線6aと交差する箇所からデータ線6aに沿って隣接する段側(即ち、図中下向き)に突出した突出部とを有する。第1遮光膜11aの各段(画素行)における下向きの突出部の先端は、データ線6a下において次段における容量線3bの上向きの突出部の先端と重ねられている。この重なった箇所には、第1遮光膜11aと容量線3bとを相互に電気的接続するコンタクトホール13が設けられている。即ち、本実施形態では、第1遮光膜11aは、コンタクトホール13により前段あるいは後段の容量線3bに電気的接続されている。
A plurality of first light-shielding
次に、図8に基づいて、液晶装置の画素部内の断面構造について説明する。図8に示すように、液晶装置は、TFTアレイ基板10と、これに対向配置される透明な対向基板20とを備えている。TFTアレイ基板10は、石英基板10Aを備えてなり、対向基板20は、ガラス基板(石英基板でも良い)20Aを備えている。TFTアレイ基板10には、画素電極9aが設けられており、その上側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜40が設けられている。画素電極9aは例えば、ITO膜(インジウム・ティン・オキサイド膜)などの透明導電性薄膜からなる。また配向膜40は例えばポリイミド薄膜などの有機薄膜からなる。
Next, a cross-sectional structure in the pixel portion of the liquid crystal device will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8, the liquid crystal device includes a
他方、対向基板20には、TFTアレイ基板10上のデータ線6a、走査線3a、画素スイッチング用TFT30の形成領域に対向する領域、すなわち各画素部の開口領域以外の領域に第2遮光膜23が設けられている。さらに、第2遮光膜23上を含む対向基板20上には、その全面にわたって対向電極(共通電極)21が設けられている。対向電極21もTFTアレイ基板10の画素電極9aと同様、ITO膜等の透明導電性膜から形成されている。第2遮光膜23の存在により、対向基板20の側からの入射光が画素スイッチング用TFT30の半導体層11aのチャネル領域1a’や低濃度ソース領域領域1b、低濃度ドレイン領域1cに侵入することはない。さらに、第2遮光膜23は、カラーフィルターを備えた構成の表示装置においては、コントラスト比の向上、色材の混色防止などの機能、いわゆるブラックマトリクスとしての機能を発現することが可能である。また、前記対向電極21の上側全面に配向膜60が形成されている。この配向膜60は、ポリイミドなどの有機配向膜の他、酸化シリコンなどを射方蒸着して形成した無機配向膜を適用することができる。
On the other hand, on the
画素電極9aと対向電極21とが対面するように配置されたTFTアレイ基板10と対向基板20との間には、シール材(図示略)により囲まれた空間に液晶が封入され、液晶層50が形成される。液晶層50は、画素電極9aからの電界が印加されていない状態で配向膜40,60により所定の配向状態を採る。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る。シール材は、一対の基板10,20をそれらの周辺で貼り合わせるための、例えば光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂からなる接着剤であり、両基板間の距離を所定値とするためのグラスファイバー或いはガラスビーズ等のスペーサが混入されている。
Between the
TFTアレイ基板10に配設された画素スイッチング用TFT30は、LDD(Lightly Doped Drain)構造を有しており、走査線3a、該走査線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’、走査線3aと半導体層1aとを絶縁するゲート絶縁膜2、データ線6a、半導体層1aの低濃度ソース領域(ソース側LDD領域)1b及び低濃度ドレイン領域(ドレイン側LDD領域)1c、半導体層1aの高濃度ソース領域1d並びに高濃度ドレイン領域1eを備えている。高濃度ドレイン領域1eには、複数の画素電極9aのうちの対応する一つが接続されている。
The
ソース領域1b,1d並びにドレイン領域1c,1eは、半導体層1aに対し、n型又はp型のチャネルを形成するかに応じて所定濃度のn型用又はp型用のドーパントをドープすることにより形成されている。n型チャネルのTFTは、動作速度が速いという利点があり、画素のスイッチング素子である画素スイッチング用TFT30として用いられることが多い。
The
データ線6aは、Al等の金属膜や金属シリサイド等の合金膜などの遮光性の薄膜から構成されている。また、走査線3a、ゲート絶縁膜2及び層間絶縁膜12の上には、高濃度ソース領域1dへ通じるコンタクトホール5及び高濃度ドレイン領域1eへ通じるコンタクトホール8が各々形成された層間絶縁膜4が形成されている。このソース領域1bへのコンタクトホール5を介して、データ線6aは高濃度ソース領域1dに電気的接続されている。
The
更に、データ線6a及び層間絶縁膜4の上には、高濃度ドレイン領域1eへのコンタクトホール8が形成された層間絶縁膜7が形成されている。この高濃度ドレイン領域1eへのコンタクトホール8を介して、画素電極9aは高濃度ドレイン領域1eに電気的に接続されている。前述の画素電極9aは、このように構成された層間絶縁膜7の上面に設けられている。なお、画素電極9aと高濃度ドレイン領域1eとは、データ線6aと同一のAl膜や走査線3bと同一のポリシリコン膜を中継して電気的接続するようにしてもよい。
Further, an
画素スイッチング用TFT30は、好ましくは上述のようにLDD構造を持つが、低濃度ソース領域1b及び低濃度ドレイン領域1cに不純物イオンの打ち込みを行わないオフセット構造を持ってよいし、ゲート電極3aをマスクとして高濃度で不純物イオンを打ち込み、自己整合的に高濃度ソース及びドレイン領域を形成するセルフアライン型のTFTであってもよい。
The
一方、TFTアレイ基板10には画素スイッチング用TFT30を石英基板10A側から遮光する第1遮光膜11aが設けられている。ここで、第1遮光膜11aは、好ましくは不透明な高融点金属であるタングステン、クロム、モリブデン、タンタル、チタンなどの高融点金属、これら高融点金属の酸化物、窒化物、シリサイド、合金等を用いることができる。TFTアレイ基板10に対して、上記のような第1遮光膜11aを形成することで、石英基板10Aの側からの戻り光等が画素スイッチング用TFT30のチャネル領域1a’やLDD領域1b、1cに入射する事態を未然に防ぐことができ、光電流の発生によりトランジスタ素子としての画素スイッチング用TFT30の特性劣化を防止ないし抑制することができる。
On the other hand, the
また、第1遮光膜11aと半導体層1aとの間には、図4の電気光学装置用基板200にも示した通り、絶縁層212,216(図4参照)からなる層間絶縁膜12、及び多孔質シリコン層236(図4参照)からなる多孔質層11bが設けられている。層間絶縁膜12は、画素スイッチング用TFT30を構成する半導体層1aを第1遮光膜11aから電気的に絶縁する機能を具備している。また、多孔質層11bは、層間絶縁膜12と半導体層1aとの間に発生し得る熱応力を緩和する機能を具備しており、また石英基板10A側からの戻り光が半導体層1aに入射することを防止する機能も具備している。さらには、半導体層1aのチャネル領域1a’で余剰キャリアが発生した場合にも、多孔質層11bが余剰キャリアの再結合中心として機能し、当該液晶装置の耐電圧低下、Vthシフト・ばらつきを防ぐ機能も具備している。
Between the first light-shielding
このような構成の本実施形態の液晶装置は、上述した図4に示す電気光学装置用基板200の製造方法により、TFTアレイ基板10を製造するものとしている。すなわち、本実施形態の液晶装置の製造方法は、以下の工程を少なくとも含むものとしている。具体的には、図1〜図3に示した工程を用いて、半導体層1a(単結晶シリコン層226)を備えた基板を製造する工程と、該基板の半導体層1aに、チャネル領域1a’、低濃度ソース領域1b、低濃度ドレイン領域1c、高濃度ソース領域1d、高濃度ドレイン領域1e、第1蓄積容量電極1f、走査線3a、容量線3b、第2層間絶縁膜4、データ線6a、第3層間絶縁膜7、コンタクトホール8、画素電極9aを従来と同様の方法(例えばフォトリソグラフィ法)により形成するとともに、画素電極9上に配向膜40を形成してTFTアレイ基板10を製造する工程とを含んでいる。さらに、同様の工程により基板上に第2遮光膜23、対向電極21、配向膜60を形成して対向基板20を得る工程と、上述のように各層が形成されたTFTアレイ基板10と対向基板20とを配向膜の配向方向が交差(例えば90°)になるように配置し、セル厚が例えば4μmになるようにシール材(図示略)により貼り合わせ、空パネルを作製する。液晶としてはTN液晶を使用し、この液晶をパネル内に封入し、本実施形態の液晶装置が得られる。
In the liquid crystal device of this embodiment having such a configuration, the
(液晶装置の全体構成)
以上のように構成された本実施形態の液晶装置の全体構成を図9及び図10を参照して説明する。なお、図9は、TFTアレイ基板10をその上に形成された各構成要素と共に対向基板20の側から見た平面図であり、図10は、対向基板20を含めて示す図9のH−H’断面図である。
(Overall configuration of liquid crystal device)
The overall configuration of the liquid crystal device of the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. 9 is a plan view of the
図9において、TFTアレイ基板10の上には、シール材51がその縁に沿って設けられており、その内側に並行して、例えば第2遮光膜23と同じ或いは異なる材料から成る周辺見切りとしての第2遮光膜53が設けられている。シール材51の外側の領域には、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おり、走査線駆動回路104が、この一辺に隣接する2辺に沿って設けられている。
In FIG. 9, a sealing
走査線3aに供給される走査信号遅延が問題にならない場合には、走査線駆動回路104は片側だけでも良いことは言うまでもない。また、データ線駆動回路101を画面表示領域の辺に沿って両側に配列してもよい。例えば奇数列のデータ線6aは画面表示領域の一方の辺に沿って配設されたデータ線駆動回路から画像信号を供給し、偶数列のデータ線は前記画面表示領域の反対側の辺に沿って配設されたデータ線駆動回路から画像信号を供給するようにしてもよい。この様にデータ線6aを櫛歯状に駆動するようにすれば、データ線駆動回路の占有面積を拡張することができるため、複雑な回路を構成することが可能となる。
Needless to say, when the delay of the scanning signal supplied to the
更にTFTアレイ基板10の残る一辺には、画面表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路104間を接続するための複数の配線105が設けられており、更に、周辺見切りとしての第2遮光膜53の下に隠れてプリチャージ回路を設けてもよい。また、対向基板20のコーナー部の少なくとも1箇所においては、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための導通材106が設けられている。そして、図10に示すように、図9に示したシール材51とほぼ同じ輪郭を持つ対向基板20が当該シール材51によりTFTアレイ基板10に固着されている。
Further, on the remaining side of the
以上の液晶装置のTFTアレイ基板10上には更に、製造途中や出荷時の当該液晶装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路等を形成してもよい。また、データ線駆動回路101及び走査線駆動回路104をTFTアレイ基板10の上に設ける代わりに、例えばTAB(テープオートメイテッドボンディング基板)上に実装された駆動用LSIに、TFTアレイ基板10の周辺領域に設けられた異方性導電フィルムを介して電気的及び機械的に接続するようにしてもよい。また、対向基板20の投射光が入射する側及びTFTアレイ基板10の出射光が出射する側には各々、例えば、TN(ツイステッドネマティック)モード、STN(スーパーTN)モード、D−STN(デュアルスキャン−STN)モード等の動作モードや、ノーマリーホワイトモード/ノーマリーブラックモードの別に応じて、偏光フィルム、位相差フィルム、偏光手段などが所定の方向で配置される。
On the
以上、本実施形態では、電気光学材料として液晶を用いた液晶装置を電気光学装置の一実施形態として説明した。液晶としては、例えば、TN(Twisted Nematic)型のほか、180°以上のねじれ配向を有するSTN(Super Twisted Nematic)型、BTN(Bistable Twisted Nematic)型、強誘電型等のメモリ性を有する双安定型、高分子分散型、ゲストホスト型等を含めて、周知なものを広く用いることができる。 As described above, in the present embodiment, the liquid crystal device using the liquid crystal as the electro-optical material has been described as one embodiment of the electro-optical device. As the liquid crystal, for example, TN (Twisted Nematic) type, STN (Super Twisted Nematic) type having twisted orientation of 180 ° or more, BTN (Bistable Twisted Nematic) type, ferroelectric type, etc. are bistable. Well-known types can be widely used including molds, polymer dispersion types, guest host types, and the like.
また、本発明はさらに、液晶以外の電気光学材料、例えば、エレクトロルミネッセンス(EL)、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、或いは、プラズマ発光や電子放出による蛍光等を用いた様々な電気光学装置、すなわち有機ELディスプレイ、PDP、FED、SEDなどに対しても適用可能であるということは言うまでもない。 In addition, the present invention further includes various electro-optical devices using electro-optical materials other than liquid crystals, such as electroluminescence (EL), digital micromirror device (DMD), or fluorescence by plasma emission or electron emission, that is, Needless to say, the present invention can also be applied to organic EL displays, PDPs, FEDs, SEDs, and the like.
(電子機器)
次に、本発明の上記実施の形態の液晶装置を備えた電子機器の具体例について説明する。
図11は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図11において、符号500は携帯電話本体を示し、符号501は上記液晶装置を用いた表示部を示している。このような電子機器は、上記実施の形態の液晶装置を用いた表示部を備えているので、信頼性の高い表示部を備えた高品質の電子機器として提供することができる。
(Electronics)
Next, specific examples of the electronic apparatus including the liquid crystal device according to the above embodiment of the present invention will be described.
FIG. 11 is a perspective view showing an example of a mobile phone. In FIG. 11,
なお、本発明は、上述した各実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴なう電気光学装置用基板の製造方法、電気光学装置用基板、電気光学装置並びに電子機器もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the scope or spirit of the invention that can be read from the claims and the entire specification. A method for manufacturing a substrate for an electro-optical device, a substrate for an electro-optical device, an electro-optical device, and an electronic apparatus are also included in the technical scope of the present invention.
1a…半導体層、10…TFTアレイ基板、20…対向基板、11a…第1遮光膜(遮光層)、12…層間絶縁膜(絶縁層)、30…TFT、210…支持基板、211…遮光層、212…絶縁層、216…絶縁層、226…単結晶シリコン層(半導体層)、236…多孔質シリコン層(多孔質層)
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記半導体層と絶縁層との間に多孔質層が形成されてなることを特徴とする電気光学装置用基板。 An electro-optical device substrate comprising a semiconductor layer disposed on a support substrate via an insulating layer,
A substrate for an electro-optical device, wherein a porous layer is formed between the semiconductor layer and the insulating layer.
支持基板上に絶縁層を形成する工程を含む支持基板側形成工程と、
半導体基板上に多孔質層を形成して、半導体層と多孔質層との積層を形成する工程と、前記多孔質層上に絶縁層を形成する工程とを含む半導体基板側形成工程と、
前記支持基板と前記半導体基板とを、それぞれ形成した絶縁層が互いに接合面となるように貼り合わせる貼合せ基板生成工程と、
を含むことを特徴とする電気光学装置用基板の製造方法。 A method for producing a substrate for an electro-optical device comprising a semiconductor layer disposed on a support substrate via an insulating layer,
A supporting substrate side forming step including a step of forming an insulating layer on the supporting substrate;
Forming a porous layer on the semiconductor substrate, forming a stack of the semiconductor layer and the porous layer, and forming a semiconductor substrate side including a step of forming an insulating layer on the porous layer;
A bonded substrate generation step of bonding the support substrate and the semiconductor substrate so that the formed insulating layers are bonded to each other;
A method for manufacturing a substrate for an electro-optical device, comprising:
該貼合せ基板のうち半導体層を薄層化する工程と、
前記半導体層及び多孔質層をパターニングする工程と、
前記半導体層上にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項6ないし8のいずれか1項に記載の電気光学装置用基板の製造方法。 After producing the bonded substrate,
A step of thinning the semiconductor layer of the bonded substrate;
Patterning the semiconductor layer and the porous layer;
Forming a gate insulating layer on the semiconductor layer;
Forming a gate electrode on the gate insulating layer;
The method for manufacturing a substrate for an electro-optical device according to claim 6, comprising:
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