JP2006253173A - 電気光学装置、その製造方法、及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ストレージ容量を低下させることなくオフ電流を低減させ、画素の高精細化を実現するとともに、簡便な工程で高効率に製造することが可能な電気光学装置を提供する。
【解決手段】 液晶装置(電気光学装置)100は、半導体層3と該半導体層3にゲート絶縁膜2を介して対向するゲート電極31,32とを備えた薄膜トランジスタ30と、該薄膜トランジスタ30と接続されたストレージ容量70とを具備し、前記薄膜トランジスタ30のゲート絶縁膜2が、第1絶縁膜24と第2絶縁膜26との積層膜からなり、前記ストレージ容量70が、ゲート絶縁膜2のうち、第2絶縁膜26のみを誘電体膜として有する構成となっている。
【選択図】 図4
【解決手段】 液晶装置(電気光学装置)100は、半導体層3と該半導体層3にゲート絶縁膜2を介して対向するゲート電極31,32とを備えた薄膜トランジスタ30と、該薄膜トランジスタ30と接続されたストレージ容量70とを具備し、前記薄膜トランジスタ30のゲート絶縁膜2が、第1絶縁膜24と第2絶縁膜26との積層膜からなり、前記ストレージ容量70が、ゲート絶縁膜2のうち、第2絶縁膜26のみを誘電体膜として有する構成となっている。
【選択図】 図4
Description
本発明は、電気光学装置、その製造方法、及び電子機器に関するものである。
従来から、各画素に設けたTFT(薄膜トランジスタ)によりアクティブ駆動を行うアクティブマトリクス型の電気光学装置が知られており、液晶プロジェクタの光変調手段等に用いられている。この種の電気光学装置において高精細かつ高輝度の表示を実現するためには、各TFTにおけるオフ電流の低減と、画素内に設けられるストレージ容量の確保が重要である。TFTにおけるオフ電流の低減にはゲート絶縁膜の厚膜化が有効であり、例えば特許文献1に記載のような2層構造のゲート絶縁膜を用いることも考えられる。
特開2001−358341号公報
しかしながら、電気光学装置では製造の効率化のためにTFTのゲート絶縁膜とストレージ容量の誘電体膜とを同層の絶縁膜によって形成している場合が多く、単にゲート絶縁膜を厚くするとストレージ容量の誘電体膜も厚くなってストレージ容量が小さくなる。そして、ストレージ容量の減少分を補償するためにストレージ容量の面積を大きくすると、画素の開口率が低下して表示輝度が低下するという問題が生じる。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、ストレージ容量を低下させることなくオフ電流を低減させ、画素の高精細化を実現するとともに、簡便な工程で高効率に製造することが可能な電気光学装置を提供することを目的としている。また本発明は、高精細対応の電気光学装置を高効率に製造する方法を提供することを目的としている。さらに本発明は、高精細の光変調手段ないし表示手段を具備した電子機器を提供することを目的としている。
本発明は、上記課題を解決するために、半導体層と、該半導体層にゲート絶縁膜を介して対向するゲート電極とを備えたトランジスタと、該トランジスタと電気的に接続されたストレージ容量とを具備し、前記トランジスタのゲート絶縁膜が、前記半導体層側から順に積層された第1絶縁膜と第2絶縁膜とを含んでおり、前記ストレージ容量が、前記第1絶縁膜と第2絶縁膜のいずれか一方と同一材質かつ同層の誘電体膜を有していることを特徴とする電気光学装置を提供する。
かかる構成の電気光学装置は、第1絶縁膜、第2絶縁膜の積層膜からなるゲート絶縁膜を備えているのでゲート絶縁膜を容易に厚く形成することができ、トランジスタのオフリーク電流を低減することができる。その一方で、ストレージ容量の誘電体膜は、第1絶縁膜、第2絶縁膜のいずれかと同一材質かつ同層に形成された絶縁膜からなるものとされているので、前記第1絶縁膜又は第2絶縁膜の形成工程で同時に形成することができる。そして、第1絶縁膜及び第2絶縁膜の膜厚調整により、ゲート絶縁膜全体での膜厚を保持しつつ、ストレージ容量の誘電体膜を構成する絶縁膜のみを薄くすることができる。これにより、ストレージ容量を向上させ、狭面積化することができる。
したがって本発明の電気光学装置によれば、トランジスタにおけるオフリーク電流の低減と、ストレージ容量の狭面積化による開口率の向上とを同時に実現することができ、明るい高精細表示を得ることができる。また、ストレージ容量の誘電体膜は、トランジスタのゲート絶縁膜の一部の構成層と同工程で形成できるため、簡便な工程で高効率に製造することが可能である。
かかる構成の電気光学装置は、第1絶縁膜、第2絶縁膜の積層膜からなるゲート絶縁膜を備えているのでゲート絶縁膜を容易に厚く形成することができ、トランジスタのオフリーク電流を低減することができる。その一方で、ストレージ容量の誘電体膜は、第1絶縁膜、第2絶縁膜のいずれかと同一材質かつ同層に形成された絶縁膜からなるものとされているので、前記第1絶縁膜又は第2絶縁膜の形成工程で同時に形成することができる。そして、第1絶縁膜及び第2絶縁膜の膜厚調整により、ゲート絶縁膜全体での膜厚を保持しつつ、ストレージ容量の誘電体膜を構成する絶縁膜のみを薄くすることができる。これにより、ストレージ容量を向上させ、狭面積化することができる。
したがって本発明の電気光学装置によれば、トランジスタにおけるオフリーク電流の低減と、ストレージ容量の狭面積化による開口率の向上とを同時に実現することができ、明るい高精細表示を得ることができる。また、ストレージ容量の誘電体膜は、トランジスタのゲート絶縁膜の一部の構成層と同工程で形成できるため、簡便な工程で高効率に製造することが可能である。
本発明の電気光学装置では、前記ストレージ容量が、前記半導体層と一体に形成された第1容量電極と、該第1容量電極に前記誘電体膜を介して対向する第2容量電極とを具備しており、前記第1容量電極の平面領域まで前記第1絶縁膜及び第2絶縁膜が延設されるとともに、前記第1容量電極の平面領域内の第1絶縁膜又は第2絶縁膜に開口部が形成されており、前記第2容量電極が、前記開口部と平面的に重なる位置に形成されている構成とすることができる。
この構成では、ストレージ容量の一方の電極を成す第1容量電極の平面領域内において、第1絶縁膜又は第2絶縁膜に開口部を設け、さらに当該開口部と平面的に重なる位置にストレージ容量の他方の電極を成す第2容量電極を形成している。これにより、前記開口部の平面領域内では、第1容量電極と第2容量電極との間に、第1絶縁膜と第2絶縁膜のいずれか一方のみが挟持された構成となる。このように本構成によれば、ストレージ容量を形成すべき領域の第1絶縁膜又は第2絶縁膜に開口部を設けるのみで、ゲート絶縁膜の膜厚を減ずることなくストレージ容量の誘電体膜を薄くすることができるので、簡便な工程で高効率に製造できる電気光学装置を提供することができる。
この構成では、ストレージ容量の一方の電極を成す第1容量電極の平面領域内において、第1絶縁膜又は第2絶縁膜に開口部を設け、さらに当該開口部と平面的に重なる位置にストレージ容量の他方の電極を成す第2容量電極を形成している。これにより、前記開口部の平面領域内では、第1容量電極と第2容量電極との間に、第1絶縁膜と第2絶縁膜のいずれか一方のみが挟持された構成となる。このように本構成によれば、ストレージ容量を形成すべき領域の第1絶縁膜又は第2絶縁膜に開口部を設けるのみで、ゲート絶縁膜の膜厚を減ずることなくストレージ容量の誘電体膜を薄くすることができるので、簡便な工程で高効率に製造できる電気光学装置を提供することができる。
本発明の電気光学装置では、前記開口部が、前記第1絶縁膜に形成されていてもよい。半導体層側の第1絶縁膜に開口部を形成すれば、トランジスタの半導体層と当接する第1絶縁膜に、半導体との良好な接合性を有する材料を選択でき、トランジスタの電気特性を向上させることができる。
本発明の電気光学装置では、前記開口部が、前記第2絶縁膜に形成されていてもよい。この構成では、半導体層側の第1絶縁膜がストレージ容量の誘電体膜を構成するため、前記誘電体膜を平坦な平面形状とすることができ、誘電体膜の信頼性を向上させることができる。
本発明の電気光学装置では、前記第2容量電極が、前記ゲート電極と同一材質で同層に形成されていることが好ましい。この構成によれば、ストレージ容量の電極をトランジスタの構成部材と同工程で形成でき、高効率に製造できる電気光学装置となる。
本発明の電気光学装置では、前記第1絶縁膜が、シリコン酸化膜からなることが好ましい。この構成によれば、半導体層と当接する絶縁膜がシリコン酸化膜となるので、ポリシリコンの半導体層との間で良好な界面接合を形成でき、電気特性に優れたトランジスタを形成することができる。
本発明の電気光学装置では、前記第2絶縁膜が、シリコン窒化膜又はシリコン窒化酸化膜からなることが好ましい。この構成によれば、ゲート電極と半導体層との間にバリア性に優れたシリコン窒化膜ないしシリコン窒化酸化膜が配されるので、ゲート電極等からの汚染物質が半導体層に拡散して電気特性を低下させるのを防止することができる。また、水素を多く含むシリコン窒化膜、シリコン窒化酸化膜からの水素拡散により半導体層中の欠陥が修復され、トランジスタの電気特性を向上させる効果を得ることができる。
本発明の電気光学装置では、前記第1絶縁膜と第2絶縁膜のうち比誘電率の大きい方の絶縁膜が前記ストレージ容量の誘電体膜を構成していることが好ましい。このような構成とすることで、ストレージ容量の増大を効果的に実現でき、画素開口率を高めることができる。
前記第2絶縁膜の比誘電率は、前記第1絶縁膜の比誘電率より大きいことが好ましい。すなわち半導体層と当接する第1絶縁膜の材料は、比誘電率よりも半導体層との接合性等を優先して決定することが好ましい。このような構成とすれば、トランジスタの電気特性を低下させることなくストレージ容量の増大を図ることができる。
前記第2絶縁膜の比誘電率は、前記第1絶縁膜の比誘電率より大きいことが好ましい。すなわち半導体層と当接する第1絶縁膜の材料は、比誘電率よりも半導体層との接合性等を優先して決定することが好ましい。このような構成とすれば、トランジスタの電気特性を低下させることなくストレージ容量の増大を図ることができる。
本発明の電気光学装置の製造方法は、半導体層と、該半導体層にゲート絶縁膜を介して対向するゲート電極とを備えたトランジスタと、該トランジスタと電気的に接続されたストレージ容量とを具備した電気光学装置の製造方法であって、基板上に半導体膜をパターン形成する工程と、前記半導体膜を覆う第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜上にマスク材をパターン形成し、当該マスク材を介して前記半導体膜に不純物を注入することで、前記半導体膜に、前記トランジスタの半導体層と、前記ストレージ容量の一方の電極を成す第1容量電極とを形成する工程と、前記マスク材を除去した後、前記第1容量電極上の前記第1絶縁膜を部分的に除去して開口部を形成する工程と、前記開口部及び前記第1絶縁膜を覆う第2絶縁膜を形成する工程と、前記第2絶縁膜上に導電膜をパターン形成することで、前記第2絶縁膜上の領域のうち、前記開口部と平面的に重なる位置に前記ストレージ容量の他方の電極を成す第2容量電極を形成し、前記半導体層と平面的に重なる位置に前記ゲート電極を形成する工程とを有することを特徴とする。
この製造方法では、前記第1容量電極上に形成した第1絶縁膜に開口部を形成し、該開口部を覆って形成した第2絶縁膜を誘電体膜とするストレージ容量を形成するので、第2絶縁膜の厚さ調整によってストレージ容量を調整する一方で、第2絶縁膜の厚さに応じて第1絶縁膜の厚さを調整することでゲート絶縁膜の厚さを確保でき、トランジスタのオフリーク電流を低減させることができる。
したがって、本製造方法によれば、ストレージ容量の狭面積化を実現でき、簡便な工程によってトランジスタのオフリーク電流が低減された高開口率の電気光学装置を効率よく製造することができる。
この製造方法では、前記第1容量電極上に形成した第1絶縁膜に開口部を形成し、該開口部を覆って形成した第2絶縁膜を誘電体膜とするストレージ容量を形成するので、第2絶縁膜の厚さ調整によってストレージ容量を調整する一方で、第2絶縁膜の厚さに応じて第1絶縁膜の厚さを調整することでゲート絶縁膜の厚さを確保でき、トランジスタのオフリーク電流を低減させることができる。
したがって、本製造方法によれば、ストレージ容量の狭面積化を実現でき、簡便な工程によってトランジスタのオフリーク電流が低減された高開口率の電気光学装置を効率よく製造することができる。
本発明の電気光学装置の製造方法は、半導体層と、該半導体層にゲート絶縁膜を介して対向するゲート電極とを備えたトランジスタと、該トランジスタと電気的に接続されたストレージ容量とを具備した電気光学装置の製造方法であって、基板上に半導体膜をパターン形成する工程と、前記半導体膜上にマスク材をパターン形成し、当該マスク材を介して前記半導体膜に不純物を注入することで、前記半導体膜に、前記トランジスタの半導体層と、前記ストレージ容量の一方の電極を成す第1容量電極とを形成する工程と、前記マスク材を除去した後、前記半導体膜を覆うように第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1容量電極上の前記第1絶縁膜を部分的に除去して開口部を形成する工程と、前記開口部及び前記第1絶縁膜を覆う第2絶縁膜を形成する工程と、前記第2絶縁膜上に導電膜をパターン形成することで、前記第2絶縁膜上の領域のうち、前記開口部と平面的に重なる位置に前記ストレージ容量の他方の電極を成す第2容量電極を形成し、前記半導体層と平面的に重なる位置に前記ゲート電極を形成する工程とを有することを特徴とする。
本発明に係る製造方法では、半導体膜の表面にマスク材を形成し、かかるマスク材を介して直接的に不純物のイオン注入を行うこともできる。この場合には、低い注入エネルギーで迅速にイオン注入を行うことができ、基板加熱の問題も生じない。
本発明に係る製造方法では、半導体膜の表面にマスク材を形成し、かかるマスク材を介して直接的に不純物のイオン注入を行うこともできる。この場合には、低い注入エネルギーで迅速にイオン注入を行うことができ、基板加熱の問題も生じない。
本発明の電気光学装置の製造方法は、半導体層と、該半導体層にゲート絶縁膜を介して対向するゲート電極とを備えたトランジスタと、該トランジスタと電気的に接続されたストレージ容量とを具備した電気光学装置の製造方法であって、基板上に半導体膜をパターン形成する工程と、前記半導体膜を覆う第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜上にマスク材をパターン形成し、当該マスク材を介して前記半導体膜に不純物を注入することで、前記半導体膜に、前記トランジスタの半導体層と、前記ストレージ容量の一方の電極を成す第1容量電極とを形成する工程と、前記マスク材を除去した後、前記半導体膜を覆うように第1絶縁膜と第2絶縁膜との積層膜を形成する工程と、前記第1容量電極上の前記第2絶縁膜のみを部分的に除去することで該第2絶縁膜に開口部を形成する工程と、前記開口部を含む第2絶縁膜上の領域に導電膜をパターン形成することで、前記開口部と平面的に重なる位置に前記ストレージ容量の他方の電極を成す第2容量電極を形成し、前記半導体層と平面的に重なる位置に前記ゲート電極を形成する工程とを有することを特徴とする。
この製造方法では、前記第1容量電極及び第1絶縁膜上に形成した第2絶縁膜に開口部を形成し、該開口部上に第2容量電極を形成してストレージ容量を形成するので、第1絶縁膜の厚さ調整によりストレージ容量を大きくすることができ、ストレージ容量を狭面積化することができる。また第1絶縁膜の厚さに応じて第2絶縁膜の厚さを調整することでゲート絶縁膜の厚さを確保でき、トランジスタのオフリーク電流を低減させることができる。したがって本製造方法によれば、ストレージ容量の狭面積化を実現でき、簡便な工程によってトランジスタのオフリーク電流が低減された高開口率の電気光学装置を効率よく製造することができる。
この製造方法では、前記第1容量電極及び第1絶縁膜上に形成した第2絶縁膜に開口部を形成し、該開口部上に第2容量電極を形成してストレージ容量を形成するので、第1絶縁膜の厚さ調整によりストレージ容量を大きくすることができ、ストレージ容量を狭面積化することができる。また第1絶縁膜の厚さに応じて第2絶縁膜の厚さを調整することでゲート絶縁膜の厚さを確保でき、トランジスタのオフリーク電流を低減させることができる。したがって本製造方法によれば、ストレージ容量の狭面積化を実現でき、簡便な工程によってトランジスタのオフリーク電流が低減された高開口率の電気光学装置を効率よく製造することができる。
本発明の電気光学装置の製造方法は、半導体層と、該半導体層にゲート絶縁膜を介して対向するゲート電極とを備えたトランジスタと、該トランジスタと電気的に接続されたストレージ容量とを具備した電気光学装置の製造方法であって、基板上に半導体膜をパターン形成する工程と、前記半導体膜上にマスク材をパターン形成し、当該マスク材を介して前記半導体膜に不純物を注入することで、前記トランジスタの半導体層と、前記ストレージ容量の一方の電極を成す第1容量電極とを形成する工程と、前記マスク材を除去した後、前記半導体膜を覆うように第1絶縁膜と第2絶縁膜との積層膜を形成する工程と、前記第1容量電極上の前記第2絶縁膜のみを部分的に除去することで該第2絶縁膜に開口部を形成する工程と、前記開口部を含む第2絶縁膜上の領域に導電膜をパターン形成することで、前記開口部と平面的に重なる位置に前記ストレージ容量の他方の電極を成す第2容量電極を形成し、前記半導体層と平面的に重なる位置に前記ゲート電極を形成する工程とを有することを特徴とする。
本発明に係る製造方法では、半導体膜の表面にマスク材を形成し、かかるマスク材を介して直接的に不純物のイオン注入を行うこともできる。この場合には、低い注入エネルギーで迅速にイオン注入を行うことができ、基板加熱の問題も生じない。
本発明に係る製造方法では、半導体膜の表面にマスク材を形成し、かかるマスク材を介して直接的に不純物のイオン注入を行うこともできる。この場合には、低い注入エネルギーで迅速にイオン注入を行うことができ、基板加熱の問題も生じない。
本発明の電気光学装置の製造方法は、前記ゲート電極を形成した後、当該ゲート電極を介して前記半導体層に不純物を注入することで、前記半導体層にLDD構造を形成する工程を有することを特徴とする。この製造方法によれば、前記ゲート電極をマスク材として機能させることができ、半導体層に自己整合的にLDD構造を形成することができる。したがって本製造方法によれば、オフリーク電流がさらに低減されたトランジスタを容易に形成することができる。
次に、本発明の電子機器は、先に記載の本発明の電気光学装置を備えたことを特徴とする。この構成によれば、明るく高精細の表示が得られる電子機器を提供することができる。
(第1実施形態)
以下、本発明に係る電気光学装置の一実施の形態である液晶装置について図面を参照しつつ説明する。以下の実施形態の液晶装置は、画素スイッチング素子としてTFT(薄膜トランジスタ)を備えたアクティブマトリクス方式の透過型液晶装置である。
なお、以下で参照する各図においては、各層、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、それらの縮尺等を適宜異ならせて表示している。
以下、本発明に係る電気光学装置の一実施の形態である液晶装置について図面を参照しつつ説明する。以下の実施形態の液晶装置は、画素スイッチング素子としてTFT(薄膜トランジスタ)を備えたアクティブマトリクス方式の透過型液晶装置である。
なお、以下で参照する各図においては、各層、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、それらの縮尺等を適宜異ならせて表示している。
<液晶装置>
まず、本発明の電気光学装置の全体構成について、図1を参照して説明する。図1(a)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の平面構成図であり、図1(b)は、図1(a)のH−H’線に沿う断面構成図である。
まず、本発明の電気光学装置の全体構成について、図1を参照して説明する。図1(a)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の平面構成図であり、図1(b)は、図1(a)のH−H’線に沿う断面構成図である。
図1(a)、図1(b)に示すように、本実施形態の液晶装置100は、互いに対向して配置されたTFTアレイ基板10と対向基板20とを備えている。TFTアレイ基板10と対向基板20とは、それらの対向面周縁部に設けられた平面視略矩形枠状のシール材52により接着されており、TFTアレイ基板10と対向基板20とシール材52とに囲まれた領域に液晶層(電気光学物質層)50が封入されている。
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上の所定位置に塗布された後、紫外線照射、加熱等により硬化処理されたものである。また、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混入されている。
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。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。
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。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。
画像表示領域10aの周辺に位置する周辺領域のうち、シール材52の外側には、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。また、走査線駆動回路104は、この一辺に隣接する2辺に沿って設けられている。TFTアレイ基板10の対向する2辺端に設けられた2つの走査線駆動回路104間を繋ぐ配線105が、データ線駆動回路101と反対側の辺端部にてシール材52を回り込むように延在している。
また、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。
図1(b)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るとともに、画素電極9aが配列形成されており、さらに画素電極9a上には図示略の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、額縁遮光膜53が形成されており、対向電極21上には図示略の配向膜が形成されている。また、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。液晶層50としては、正の誘電率異方性を有する液晶を用いたTN(Twisted Nematic)モードや、負の誘電率異方性を有する液晶を用いたVAN(Vertical Aligned Nematic)モードを適用できる。
なお、図1(a)及び(b)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設けることもできる。
図2は、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、配線等を示す回路図である。図2において、本実施形態におけ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は、それぞれ、画素電極9aと当該画素電極9aをスイッチング制御するためのTFT30とが形成されており、画像信号が供給されるデータ線6aが当該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よいし、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。
また、TFT30のゲートには走査線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にパルス的に入力された走査信号G1、G2、…、Gmが、この順に線順次でTFT30に印加されるようになっている。画素電極9aはTFT30のドレインに電気的に接続されている。走査線3aから入力されるスイッチング信号に基づきスイッチング動作するTFT30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画素電極9aに書き込まれるようになっている。
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20に形成された対向電極21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、自身を透過する光を変調し、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、各画素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、各画素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からは画像信号に応じた強度の光が出力される。
また各画素には、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と対向電極との間に形成される液晶容量と並列にストレージ容量70が付加されている。ストレージ容量70の一方の電極はTFT30のドレインに接続され、他方の電極は走査線3aと並んで設けられた容量線300に接続されている。
次に、本実施形態の液晶装置の画素構成について、図3及び図4を参照して説明する。
図3は、データ線、走査線、画素電極等が形成されたTFTアレイ基板における任意の1画素を示す平面構成図であり、図4(a)は図3に示すA−A’線に沿う断面構成図である。本実施形態の液晶装置では、ダブルゲート構造のTFT30を画素スイッチング素子に用いた例を示して説明するが、TFT30はシングルゲート構造やトリプルゲート構造であってもよい。
図3は、データ線、走査線、画素電極等が形成されたTFTアレイ基板における任意の1画素を示す平面構成図であり、図4(a)は図3に示すA−A’線に沿う断面構成図である。本実施形態の液晶装置では、ダブルゲート構造のTFT30を画素スイッチング素子に用いた例を示して説明するが、TFT30はシングルゲート構造やトリプルゲート構造であってもよい。
図3に示すように、TFTアレイ基板上には、データ線6aと、走査線3aとが互いに交差して設けられ、これらのデータ線6aと走査線3aとによって区画された略矩形状の領域に、平面視略逆U形状の半導体層3が設けられている。半導体層3は、走査線3aと2箇所で交差するように配置されており、これらの交差部が、半導体層3と対向配置されてゲート電極31,32を形成し、ダブルゲート構造のTFTを構成している。前記略逆U形の半導体層3の一端はソースコンタクトホール502を介してデータ線6aと電気的に接続されており、他端は画素領域の中央部側に延出されるとともに拡幅されて、中継電極510とのコンタクト部34を形成している。さらにコンタクト部34の先には、平面視略L型の第1容量電極35が、これら半導体層3及びコンタクト部34と一体に形成されている。
第1容量電極35と一部平面的に重なる位置で画素領域を横断する容量線300が形成されており、容量線300の一部が、データ線6aとの交差位置からデータ線6aに沿って分岐されて延出部301を形成している。すなわち、容量線300は全体として平面視櫛歯状を成して図示左右方向に延在している。そして、容量線300及びその延出部301と、第1容量電極35とが平面的に重なる領域に、平面視略L形のストレージ容量70が形成されている。したがって、容量線300の一部と延出部301とが、ストレージ容量の他方の電極(第2容量電極)を構成している。
画素領域とほぼ重なる平面領域に形成された画素電極9aは、ITO等の透明導電材料からなり、半導体層3と一体に形成されたコンタクト部34と平面的に重なる位置に設けられた中継電極510を介して半導体層3と電気的に接続されている。すなわち、画素コンタクトホール505を介して画素電極9aと中継導電層510とが電気的に接続され、ドレインコンタクトホール501を介して中継電極510とコンタクト部34(半導体層3)とが電気的に接続されることにより、画素電極9aとTFT30のドレインとが電気的に接続されている。
次に、図4(a)に示す断面構造において、TFTアレイ基板10は、例えば石英、ガラス、プラスチック等からなる基板本体10aの一面側に、いずれもシリコン酸化物等からなる第1下地絶縁膜11と第2下地絶縁膜12とが積層形成されており、下地絶縁膜12上にTFT30が設けられている。下地絶縁膜11,12は基板本体10aの表面の荒れや汚染等によるTFT30の特性劣化を抑える作用を奏する。また、第1下地絶縁膜11と第2下地絶縁膜12との間には金属膜等からなる遮光層その他の導電層を設けることもできる。遮光層を設けた場合には上側の第2下地絶縁膜12が、遮光層とTFT30とを絶縁するものとして機能する。下地絶縁膜12の膜厚は300nm〜800nm程度である。
TFT30は、先に記載のようにダブルゲート構造であり、かつLDD構造を有している。より詳細には、TFT30は、ゲート電極31,32と、これらのゲート電極31,32と対向する領域の半導体層3に形成された2箇所のチャネル領域1aと、ゲート電極31,32と半導体層3とを絶縁するゲート絶縁膜2とを主体として構成されている。走査線3a(ゲート電極31,32)は容量線300と同層に同一材料を用いて形成されており、これらは、例えばTi/AlCuの積層膜、Al/Moの積層膜、Cr等により形成することができ、その膜厚は400nm程度である。
ゲート絶縁膜2は、半導体層3側から順に第1絶縁膜24と第2絶縁膜26とが積層された2層構造の絶縁膜となっている。このような2層構造のゲート絶縁膜とすることで、ゲート絶縁膜2自体の膜厚を大きくできるほか、絶縁膜の欠陥に起因するリーク経路を2層の絶縁膜が互いに補完することができる。これにより、TFT30は、オフリーク電流が小さく、また高ゲート電圧に耐える信頼性に優れたものとなっている。
本実施形態に係る半導体層3は厚さ30〜70nm程度のポリシリコン膜(半導体膜)により形成されており、本実施形態のTFT30はn型トランジスタとして構成されている。したがって、前記各ソース/ドレイン領域には、例えばリン(P)イオンが注入されている。TFT30は、前記2箇所のチャネル領域1aの両側にそれぞれ形成されてLDD部を成す低濃度ソース領域(n−領域)1b及び低濃度ドレイン領域(n−領域)1cと、これらのLDD部の両側に形成された高濃度ソース領域(n+領域)1d及び高濃度ドレイン領域(n+領域)1eと、チャネル領域1a間に形成された高濃度ソース/ドレイン領域(n+領域)1fとを備えている。
ゲート絶縁膜2のうち半導体層3側に設けられた第1絶縁膜24は、例えばシリコン酸化物等により形成され、その膜厚は50〜100nmの範囲であることが好ましい。半導体層3と当接する第1絶縁膜24をシリコン酸化膜とすれば、ポリシリコン膜からなる半導体層3との界面で良好な界面接合を形成することができる。
また、第2絶縁膜26は、例えばシリコン窒化物、シリコン酸化窒化物等により形成され、その膜厚は20nm〜50nmの範囲であることが好ましい。第2絶縁膜26をシリコン窒化膜とすれば、上層(画素電極9aや走査線3a、データ線6a等)からの汚染を第2絶縁膜26により良好に遮断することができ、半導体層3に汚染物質が侵入してトランジスタ特性が低下するのを効果的に防止することができる。また、本実施形態のようにポリシリコンを半導体の活性層として用いるTFTにおいては、水素を多く含むシリコン窒化膜からポリシリコン(半導体層3)に水素が拡散し、ポリシリコン中の欠陥を修復する作用を奏するので、TFTの特性向上、安定化の効果が見込める。
また、第2絶縁膜26は、例えばシリコン窒化物、シリコン酸化窒化物等により形成され、その膜厚は20nm〜50nmの範囲であることが好ましい。第2絶縁膜26をシリコン窒化膜とすれば、上層(画素電極9aや走査線3a、データ線6a等)からの汚染を第2絶縁膜26により良好に遮断することができ、半導体層3に汚染物質が侵入してトランジスタ特性が低下するのを効果的に防止することができる。また、本実施形態のようにポリシリコンを半導体の活性層として用いるTFTにおいては、水素を多く含むシリコン窒化膜からポリシリコン(半導体層3)に水素が拡散し、ポリシリコン中の欠陥を修復する作用を奏するので、TFTの特性向上、安定化の効果が見込める。
半導体層3と一体に形成されたコンタクト部34及び第1容量電極35は、高濃度ドレイン領域1eと同様のn+領域となっている。ゲート絶縁膜2は、半導体層3、コンタクト部34、及び第1容量電極35を覆って形成されているが、第1容量電極35上の領域において、下層側の第1絶縁膜24にのみ開口部25が形成されており、上層側の第2絶縁膜26は、前記開口部25を覆うようにして形成されている。換言すれば、前記開口部25に対応する領域で、ゲート絶縁膜2が部分的に薄層化された構成となっている。
開口部25は、図3に示したように、平面視櫛歯状を成して図示左右方向に延在し、同様に平面視櫛歯状を成す容量線300と平面的に重なって配置されている。そして、このように容量線300(及び延出部301)が開口部25と平面的に重なって配置される結果、容量線300(第2容量電極)と、開口部25と、第1容量電極35とが平面的に重なる領域に、第2絶縁膜26を誘電体膜とするストレージ容量70が形成されている。
このように第2絶縁膜26は、ストレージ容量70の誘電体膜を構成しているから、その比誘電率は第1絶縁膜24の比誘電率より大きくすることが好ましく、その膜厚も第1絶縁膜24より薄くすることが好ましい。高誘電率の絶縁膜を薄く形成することでストレージ容量70の容量を大きくすることができ、ストレージ容量70の平面積を小さくして画素開口率を向上させることができるからである。
例えば、第2絶縁膜26としてシリコン窒化膜を用いると、その比誘電率は7.5程度であり、シリコン酸化膜の比誘電率3.9に比して2倍近いものとなるので、シリコン酸化膜を容量の誘電体膜に用いる場合に比して同じ膜厚でも平面積をおよそ1/2にまで小さくできる。さらに本実施形態では、第2絶縁膜26と半導体層3との間に第1絶縁膜24が設けられているから、ゲート絶縁膜2全体の膜厚を維持しつつ第2絶縁膜26の膜厚のみを薄くすることができ、ストレージ容量70のさらなる大容量化を図ることができる。
例えば、第2絶縁膜26としてシリコン窒化膜を用いると、その比誘電率は7.5程度であり、シリコン酸化膜の比誘電率3.9に比して2倍近いものとなるので、シリコン酸化膜を容量の誘電体膜に用いる場合に比して同じ膜厚でも平面積をおよそ1/2にまで小さくできる。さらに本実施形態では、第2絶縁膜26と半導体層3との間に第1絶縁膜24が設けられているから、ゲート絶縁膜2全体の膜厚を維持しつつ第2絶縁膜26の膜厚のみを薄くすることができ、ストレージ容量70のさらなる大容量化を図ることができる。
なお、ストレージ容量70の誘電体膜は第2絶縁膜26の単層構造であるが、ストレージ容量70に印加される電圧は画素電極9a(液晶)に印加される電圧と等しく、TFT30のゲートに印加される電圧のおよそ半分であるから、TFT30のゲート絶縁膜2ほどの耐圧は必要ない。したがって、液晶に印加する電圧に耐える範囲で第2絶縁膜26を薄くすることができ、容量を大きく確保しやすいものとなっている。また、このようにストレージ容量70の耐圧に応じて第2絶縁膜26の膜厚を決定しても、ゲート絶縁膜2全体の膜厚は第1絶縁膜24の膜厚により調整可能であり、TFT30とストレージ容量70の双方を最適化することができる。
また、ストレージ容量70の耐圧を確保する上では、図4(b)に断面構造を示すストレージ容量70を形成することが好ましい。図4(b)は、(a)のストレージ容量70の変形例を示す図であって、(a)に示すTFTアレイ基板の積層構造の一部を抜き出して示す部分断面構成図である。
図4(a)に示す形態の液晶装置では、第1絶縁膜24に形成した開口部25を覆って形成した第2絶縁膜26上に、開口部25の平面領域より大きい平面寸法の容量線を形成することでストレージ容量を形成しているので、ストレージ容量70の平面積を最大にすることができるが、その一方で、開口部25の側壁部において第2絶縁膜26が他の部位に比して薄くなる可能性があり、このような薄層部位では電荷のリークが生じやすいため、第2絶縁膜26を薄くできなくなるおそれがある。
そこで、図4(b)に示す変形例では、容量線300を開口部25の内側に形成することで、開口部25の側壁上に形成した第2絶縁膜26上に容量線300が配されないようにしている。これにより、リーク路の生じやすい部位(第1容量電極35と開口部25側壁との境界)を避けてストレージ容量70を形成することができるので、第2絶縁膜26の膜厚を薄くすることが容易になる。したがって、ストレージ容量70の平面積を小さくしても十分な容量を確保できるようになり、ストレージ容量70の面積の狭小化による開口率の向上を容易に実現できる。
図4(a)に戻り、走査線3a(及び容量線300)及び容量線300を含むゲート絶縁膜2上の領域に、第1層間絶縁膜40が形成されており、第1層間絶縁膜40上には、データ線6a及び中継電極510が同層で形成されている。データ線6a及び中継電極510は、例えばAl等の低抵抗金属を用いて形成されている。第1層間絶縁膜40を貫通して半導体層3に達するソースコンタクトホール502が形成されており、このソースコンタクトホール502を介してデータ線6aと半導体層3の高濃度ソース領域1dとが電気的に接続されている。また、第1層間絶縁膜40を貫通して半導体層3に達するドレインコンタクトホール501が形成されており、このドレインコンタクトホール501を介して中継電極510と半導体層3の高濃度ドレイン領域1eとが電気的に接続されている。
データ線6a及び中継電極510を含む第1層間絶縁膜40上の領域に、第2層間絶縁膜80が形成されており、第2層間絶縁膜80上に画素電極9aが形成されている。第2層間絶縁膜80を貫通して中継電極510に達する画素コンタクトホール505が形成されており、この画素コンタクトホール505を介して画素電極9aと中継電極510とが電気的に接続されている。なお、図4(a)では図示を省略したが、TFTアレイ基板10の最表面には、ラビング処理等の配向処理が施されたポリイミド膜等からなる配向膜が設けられている。
上記構成のTFTアレイ基板10を具備した本実施形態の液晶装置100では、TFT30のゲート絶縁膜2を第1絶縁膜24と第2絶縁膜26との2層構造とする一方、第1容量電極35上の第1絶縁膜24に開口部25を設けることで第2絶縁膜26のみを誘電体膜とするストレージ容量70を構成している。これにより、TFT30にあっては、ゲート絶縁膜2の2層化によるオフリーク電流の低減を実現し、ストレージ容量70にあっては、誘電体膜の高誘電率化、薄層化による容量の増大を実現し、もって面積の狭小化を実現している。したがって、本実施形態の液晶装置100は、TFTにおけるオフリーク電流の低減と、ストレージ容量70の狭面積化とを同時に実現し、明るい高精細表示を得られるものとなっている。
また本実施形態の液晶装置100では、TFT30にマルチゲート構造を採用することで1つのチャネル領域1aの両側の電圧を低減し、さらに各チャネル領域1aを挟んで両側に低濃度ソース領域1b、低濃度ドレイン領域1cを形成したLDD構造を採用していることから、オフリーク電流をさらに低減し得るものとなっている。
<液晶装置の製造方法>
次に、上述した液晶装置100の製造方法について、図5を参照して以下に説明する。なお以下では、図4(a)に示したTFTアレイ基板10上の各構成要素に係る製造工程について特に詳しく説明することとし、図1に示した他の構成要素に係る製造工程の説明に関しては省略する。
図5(a)〜図5(e)は、図4(a)に断面構造を示したTFTアレイ基板10の製造工程を、各工程について順を追って示す断面工程図であり、同図に示す部分断面構造は、図3のA−A’線に沿う断面構造に対応するものである。
次に、上述した液晶装置100の製造方法について、図5を参照して以下に説明する。なお以下では、図4(a)に示したTFTアレイ基板10上の各構成要素に係る製造工程について特に詳しく説明することとし、図1に示した他の構成要素に係る製造工程の説明に関しては省略する。
図5(a)〜図5(e)は、図4(a)に断面構造を示したTFTアレイ基板10の製造工程を、各工程について順を追って示す断面工程図であり、同図に示す部分断面構造は、図3のA−A’線に沿う断面構造に対応するものである。
まず、図5(a)に示すように、ガラス基板等からなる基板本体10a上に、シリコン酸化膜等からなる第1下地絶縁膜11及び第2下地絶縁膜12と、半導体膜3Aと、半導体膜3Aを覆う第1絶縁膜24とを形成する。上記半導体膜3Aは、第2下地絶縁膜12上に形成したアモルファスシリコン膜をレーザアニール法により多結晶化してポリシリコン膜とし、かかるポリシリコン膜を、図3に示した半導体層3、コンタクト部34、及び第1容量電極35を含む平面形状にパターニングして得られたものである。半導体膜3Aを覆う第1絶縁膜24は、プラズマCVD法等を用いて形成された50nm〜100nm程度の厚さのシリコン酸化膜である。
ここで、上記半導体膜3Aを形成した後、あるいは第1絶縁膜24を形成した後に、TFT30のチャネル領域となるべき領域に不純物を注入することによって、チャネルドープを行ってもよい。このようなチャネルドープは、半導体膜3Aに対して、該半導体膜3A上に形成されたマスク材を介して、例えばp型の不純物を5×1012ions/cm2以下の範囲内の注入量で注入することによって行う。そして、チャネルドープに用いたマスク材は、半導体膜3A上から除去しておく。
次に、第1絶縁膜24上に、フォトリソグラフィ技術を用いて形成したレジストパターンであるマスク材61,62を形成する。その後、前記マスク材61,62を介して、半導体膜3Aに対しホスフィン(PH3)等のn型不純物のイオン65を照射し注入する。このイオン注入工程により、マスク材61,62の非形成領域に対応する半導体膜3Aの平面領域に、図4(a)に示したn+領域(高濃度不純物領域)1d、1e、35となるべき第1半導体領域13aが形成され、マスク材61,62によりイオンを遮断された半導体膜3Aの領域に、チャネル領域1a及びn−領域(低濃度不純物領域)1b、1cとなるべき第2半導体領域13bが形成される。上記イオン注入におけるドーズ量は、例えば1×1015ions/cm2〜6×1016ions/cm2の範囲である。
次に、図5(b)に示すように、第1絶縁膜24上のマスク材61,62を除去した後、フォトリソグラフィ技術を用いて第1絶縁膜24を部分的に除去することで、開口部25を形成する。この開口部25は、平面的には図3に示したように、基板本体10a上に形成された複数の島状の半導体膜3Aに跨るようにして図3左右方向に延在する櫛歯状に形成される。
次に、図5(c)に示すように、開口部25を含む第1絶縁膜24上の領域に、プラズマCVD法等を用いて厚さ20nm〜50nm程度のシリコン窒化膜からなる第2絶縁膜26を形成する。第2絶縁膜26としてシリコン窒化膜を用いることで、ストレージ容量70の容量を大きくすることができ、また半導体層3への汚染物質の拡散を良好に防止することができる。なお、このシリコン窒化膜に代えて、シリコン窒化酸化膜、タンタル酸化膜、ニオブ酸化膜等を第2絶縁膜26として形成してもよい。
次に、図5(d)に示すように、第2絶縁膜26上に金属膜をパターン形成することで、ゲート電極31,32(走査線3a)、及び容量線300を形成する。具体的には、例えばTi/AlCuの積層膜、Al/Moの積層膜、Cr膜等を400nm程度の厚さにて第2絶縁膜26上に形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることで、図3左右方向に延びる走査線3aと、櫛歯状を成して図3左右方向に延びる容量線300とを形成する。
ここで、ゲート電極31,32の幅(走査線3aの幅)W1が、半導体膜3Aの第2半導体領域13bの幅W2より狭くなるように走査線3aをパターン形成しておく。
ここで、ゲート電極31,32の幅(走査線3aの幅)W1が、半導体膜3Aの第2半導体領域13bの幅W2より狭くなるように走査線3aをパターン形成しておく。
次に、図5(e)に示すように、ゲート電極31,32及び容量線300が形成された側から、半導体膜3Aに対してホスフィン等のn型不純物のイオン66を照射し注入する。このイオン注入工程におけるドーズ量は、例えば1×1013ions/cm2〜8×1013ions/cm2の範囲である。
この工程では、ゲート電極31,32がイオン66のマスク材として機能し、ゲート電極31,32は半導体膜3Aの第2半導体領域13bより狭い幅で形成されているので、前記第2半導体領域13bのうちゲート電極31,32と平面的に重なる領域の半導体膜3Aにはイオン66が導入されないチャネル領域1a、1aが形成され、第2半導体領域13bの残る領域には、低濃度に不純物が導入されたn−領域(低濃度不純物領域)1b、1cが形成される。
この工程では、ゲート電極31,32がイオン66のマスク材として機能し、ゲート電極31,32は半導体膜3Aの第2半導体領域13bより狭い幅で形成されているので、前記第2半導体領域13bのうちゲート電極31,32と平面的に重なる領域の半導体膜3Aにはイオン66が導入されないチャネル領域1a、1aが形成され、第2半導体領域13bの残る領域には、低濃度に不純物が導入されたn−領域(低濃度不純物領域)1b、1cが形成される。
また、あらかじめ高濃度に不純物を注入されている第1半導体領域13aには、高濃度ソース領域1d、高濃度ドレイン領域1e(コンタクト部34)、及び高濃度ソース/ドレイン領域1fが形成される。これにより、LDD構造を有するTFT30が基板本体10a上に形成される。
さらに、第1半導体領域13aのうち、容量線300と平面的に重なる領域には、ストレージ容量70の一方の電極を成す第1容量電極35が形成され、開口部25内の第2絶縁膜26を介してそれと対向する容量線300とともにストレージ容量70を形成する。
さらに、第1半導体領域13aのうち、容量線300と平面的に重なる領域には、ストレージ容量70の一方の電極を成す第1容量電極35が形成され、開口部25内の第2絶縁膜26を介してそれと対向する容量線300とともにストレージ容量70を形成する。
なお、図5(e)に示すイオン注入工程により、ゲート電極31,32の外側の半導体膜3Aに自己整合的にn−領域が形成され、TFTのLDD構造が形成されるが、LDD構造を有さないTFTを形成する場合には、このイオン注入工程は不要である。また、図1に示したように、表示領域10aの外側の領域のTFTアレイ基板10上にデータ線駆動回路101や走査線駆動回路104が形成されている場合には、これらの駆動回路でCMOS回路が必要になることがあるが、この場合には、図5(e)に示す工程の前段又は後段にp型不純物の注入工程を追加してp型トランジスタを形成することで、画素のTFT30とともに、周辺回路のCMOS−TFTを形成することができる。
その後、図5(e)に示したゲート電極31,32(走査線3a)、及び容量線300を含む第2絶縁膜26上の領域に、図4(a)に示すように第1層間絶縁膜40を形成し、さらに第1層間絶縁膜40の所定位置にドレインコンタクトホール501及びソースコンタクトホール502を開孔する。そして、これらのコンタクトホール501及び502に導電性材料を埋め込んで、中継電極510とデータ線6aとを形成する。
その後、図4(a)に示すように、データ線6a及び中継電極510を含む第1層間絶縁膜40上の領域に、平坦化膜としても機能する第2層間絶縁膜80を形成し、さらに第2層間絶縁膜80の所定位置に画素コンタクトホール505を開孔する。続いて、コンタクトホール505に一部が埋め込まれるようにITO等の透明導電性材料をスパッタ法等を用いて成膜し、画素電極9aを形成する。そして、画素電極9aを含む第2層間絶縁膜80上の領域にポリイミド等の配向膜を形成することで、図3及び図4(a)に示したTFTアレイ基板10を得ることができる。
本実施形態の液晶装置の製造方法では、半導体膜3A上に第1絶縁膜24を形成し、第1絶縁膜24の所定位置に開口部25を形成した後に、開口部25を含む第1絶縁膜24上の領域に第2絶縁膜26を形成することとしているので、半導体膜3A上に形成されるゲート絶縁膜2(第1絶縁膜24、第2絶縁膜26)の厚さを部位により容易に異ならせることができるようになっている。これにより、ゲート電極31,32と半導体膜3A(半導体層3)との間の絶縁膜厚を厚くする一方で、ストレージ容量70を構成する誘電体膜を薄くされた液晶装置を製造することができる。したがって、本製造方法によれば、TFTにおけるオフリーク電流の低減と、ストレージ容量の増大による狭面積化とを同時に実現し、明るい高精細表示を得られる液晶装置を、簡便な工程で効率よく製造することができる。
また本実施形態の製造方法では、ストレージ容量70の誘電体膜を第2絶縁膜26の単層構造とする一方、TFT30のゲート絶縁膜2を第1絶縁膜24と第2絶縁膜26との2層構造としているので、所望するストレージ容量70の容量に応じて第2絶縁膜26の膜厚を調整し、TFT30の電気特性については第1絶縁膜24の膜厚により容易に調整することができる。したがって、TFT30とストレージ容量70の双方が最適化された液晶装置を容易に製造することができる。
また、本実施形態の製造方法では、図5(a)を参照して説明したように、半導体膜3A上に第1絶縁膜24のみを形成した状態で、半導体膜3Aへの高濃度のイオン注入を行うようになっている。ゲート絶縁膜2を厚くした場合には、イオン注入エネルギーを高くする必要があり、それに伴う基板加熱の問題が生じることがあるが、本実施形態では、第1絶縁膜24のみを介して高濃度のイオン注入を行っているので、注入エネルギーを過度に上昇させる必要が無く、したがって基板加熱の問題も生じない。
<製造方法の他の形態>
上記実施形態の液晶装置100の製造方法としては、図6に製造工程を示す方法も採用することができる。以下、液晶装置の製造方法の他の形態として説明する。
図6(a)〜図6(d)は、図5と同様にTFTアレイ基板10の製造工程を各工程について順を追って示す断面工程図である。なお、図6に示す部分断面構造は、図3のA−A’線に沿う断面構造に対応するものであり、図5と共通の構成要素には同一の符号を付している。
上記実施形態の液晶装置100の製造方法としては、図6に製造工程を示す方法も採用することができる。以下、液晶装置の製造方法の他の形態として説明する。
図6(a)〜図6(d)は、図5と同様にTFTアレイ基板10の製造工程を各工程について順を追って示す断面工程図である。なお、図6に示す部分断面構造は、図3のA−A’線に沿う断面構造に対応するものであり、図5と共通の構成要素には同一の符号を付している。
まず、図6(a)に示すように、ガラス基板等からなる基板本体10a上に、シリコン酸化膜等からなる第1下地絶縁膜11及び第2下地絶縁膜12と、半導体膜3Aとを形成する。次に、半導体膜3A上に、フォトリソグラフィ技術を用いて形成したレジストパターンであるマスク材71,72を形成する。
その後、前記マスク材71,72を介して、半導体膜3Aに対しホスフィン(PH3)等のn型不純物のイオン65を照射し注入する。このイオン注入工程により、マスク材71,72の非形成領域に対応する半導体膜3Aの平面領域に、図4(a)に示したn+領域(高濃度不純物領域)1d、1e、35となるべき第1半導体領域13aが形成され、マスク材61,62によりイオンを遮断された半導体膜3Aの領域に、チャネル領域1a及びn−領域(低濃度不純物領域)1b、1cとなるべき第2半導体領域13bが形成される。上記イオン注入におけるドーズ量は、例えば1×1015ions/cm2〜6×1016ions/cm2の範囲である。
次に、図6(b)に示すように、半導体膜3A上のマスク材71,72を除去した後、プラズマCVD法等を用いて第1絶縁膜24を形成し、その後フォトリソグラフィ技術を用いて第1絶縁膜24を部分的に除去することで、開口部25を形成する。第1絶縁膜24は、50nm〜100nm程度の厚さのシリコン酸化膜である。
次に、図6(c)に示すように、開口部25を含む第1絶縁膜24上の領域に、プラズマCVD法等を用いて厚さ20nm〜50nm程度のシリコン窒化膜からなる第2絶縁膜26を形成する。第2絶縁膜26としてシリコン窒化膜を用いることで、ストレージ容量70の容量を大きくすることができ、また半導体層3への汚染物質の拡散を良好に防止することができる。
次に、図6(d)に示すように、第2絶縁膜26上に金属膜をパターン形成することで、ゲート電極31,32(走査線3a)、及び容量線300を形成する。ゲート電極31,32の幅(走査線3aの幅)W1は、半導体膜3Aの第2半導体領域13bの幅W2より狭く形成されている。
その後、ゲート電極31,32及び容量線300が形成された側から、半導体膜3Aに対してホスフィン等のn型不純物のイオンを照射し注入することで、図4に示したチャネル領域1a、及びn−領域1b、1cを自己整合的に形成することができる。また、あらかじめ高濃度に不純物を注入されている第1半導体領域13aには、高濃度ソース領域1d、高濃度ドレイン領域1e(コンタクト部34)、及び高濃度ソース/ドレイン領域1fが形成される。これにより、LDD構造を有するTFT30が基板本体10a上に形成される。
さらに、第1半導体領域13aのうち、容量線300と平面的に重なる領域には、ストレージ容量70の一方の電極を成す第1容量電極35が形成され、開口部25内の第2絶縁膜26を介してそれと対向する容量線300とともにストレージ容量70を形成する。
さらに、第1半導体領域13aのうち、容量線300と平面的に重なる領域には、ストレージ容量70の一方の電極を成す第1容量電極35が形成され、開口部25内の第2絶縁膜26を介してそれと対向する容量線300とともにストレージ容量70を形成する。
その後、図5を参照して説明した先の実施形態と同様に、第1層間絶縁膜40、データ線6a、中継電極510、第2層間絶縁膜80、画素電極9a等を基板本体10a上に順次形成することで、液晶装置100を製造することができる。
以上に説明した形態の製造方法では、先の形態の製造方法と同様に、TFTにおけるオフリーク電流の低減と、ストレージ容量の増大による狭面積化とを同時に実現し、明るい高精細表示を得られる液晶装置を、簡便な工程で効率よく製造することができる。また、基板本体10a上に形成した半導体膜3Aに対して、絶縁膜を介在させることなく直接にイオン注入を行うようになっているので、低いエネルギーで迅速に半導体膜3Aへのイオン注入を行うことができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の電気光学装置に係る第2実施形態について図7を参照して説明する。第2実施形態では、画素部におけるストレージ容量の構成が第1実施形態と異なっている。
図7(a)は、データ線、走査線、画素電極等が形成されたTFTアレイ基板の任意の画素部の平面図であり、図7(b)は図7(a)に示すB−B’線に沿う断面構成図である。なお、図7(a)、図7(b)は、それぞれ第1実施形態の図3及び図4(a)に対応する図であり、図3及び図4と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略することとする。
次に、本発明の電気光学装置に係る第2実施形態について図7を参照して説明する。第2実施形態では、画素部におけるストレージ容量の構成が第1実施形態と異なっている。
図7(a)は、データ線、走査線、画素電極等が形成されたTFTアレイ基板の任意の画素部の平面図であり、図7(b)は図7(a)に示すB−B’線に沿う断面構成図である。なお、図7(a)、図7(b)は、それぞれ第1実施形態の図3及び図4(a)に対応する図であり、図3及び図4と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略することとする。
図7(b)に示す断面構造をみると、本実施形態の液晶装置では、TFT30のゲート絶縁膜2が第1絶縁膜24と第2絶縁膜26とを積層した構造である点で第1実施形態の液晶装置と共通するが、第1絶縁膜24には開口部が形成されておらず、第2絶縁膜26にストレージ容量70の形成位置に対応する開口部27が形成されている点で異なっている。すなわち、本実施形態の液晶装置では、第1絶縁膜24がストレージ容量70の誘電体膜を構成している。したがって、図7(a)に示す画素の平面構成においても、櫛歯状を成して図示左右方向に延びる容量線300と平面的に重なるように、櫛歯状を成して図示左右方向に延びる開口部27が形成されている。
本実施形態の液晶装置では、ストレージ容量70の誘電体膜が第1絶縁膜24の単層構造であるから、ゲート絶縁膜2を厚く形成しつつストレージ容量70の誘電体膜の薄層化を実現しており、TFT30のオフリーク電流の低減と、ストレージ容量70の大容量化を同時に実現できるものとなっている。
本実施形態の場合、ストレージ容量70の誘電体膜を成す第1絶縁膜24はシリコン酸化膜であるため、同誘電体膜にシリコン窒化膜である第2絶縁膜26を用いた第1実施形態の構成に比してストレージ容量70の容量は小さくなるが、本実施形態の構成においても、ゲート絶縁膜2全体の膜厚を保持しつつ第1絶縁膜24を薄くすることが可能であるため、誘電体膜の薄層化によって容量を増加させることが可能である。
本実施形態の場合、ストレージ容量70の誘電体膜を成す第1絶縁膜24はシリコン酸化膜であるため、同誘電体膜にシリコン窒化膜である第2絶縁膜26を用いた第1実施形態の構成に比してストレージ容量70の容量は小さくなるが、本実施形態の構成においても、ゲート絶縁膜2全体の膜厚を保持しつつ第1絶縁膜24を薄くすることが可能であるため、誘電体膜の薄層化によって容量を増加させることが可能である。
本実施形態の構成では、第2絶縁膜26に開口部27を形成し、この開口部27を覆うように形成した容量線300がストレージ容量70の第2容量電極を構成するようになっていることで、ストレージ容量70の誘電体膜の信頼性を向上させることができるようになっている。つまり、第1実施形態の図4(a)に示した構成では、開口部25の段差を覆うように第2絶縁膜26が形成されているため、開口部25と第1容量電極35との境界部において第2絶縁膜26が薄くなる傾向があり、当該部位では耐圧の低下が懸念されるが、本実施形態では、このような段差を被覆する部位が無いため、ストレージ容量70の誘電体膜に耐圧の低い部位が形成されることが無く、ストレージ容量70の信頼性、歩留まりの点で有利な構成となっている。
本実施形態の液晶装置は、図5を参照して説明した第1実施形態の製造方法に準ずる方法によって製造することができる。すなわち、第1実施形態の製造方法では、図5(b)、(c)に示したように、不純物注入後の半導体膜3A上の第1絶縁膜24に開口部25を形成した後、第2絶縁膜26を積層形成するようになっているが、本実施形態の液晶装置を製造する場合には、まず、半導体膜3A上に第1絶縁膜24を形成し、その後半導体膜3Aに不純物の注入を行う。そして、第2絶縁膜26を第1絶縁膜24上に積層形成した後、第2絶縁膜26のみに開口部27を形成する。他の工程は第1実施形態の製造方法と同様である。
なお、本実施形態の液晶装置の製造に際して、図6を参照して説明した第1実施形態に係る他の製造方法も適用することができるのは勿論である。
なお、本実施形態の液晶装置の製造に際して、図6を参照して説明した第1実施形態に係る他の製造方法も適用することができるのは勿論である。
本実施形態の液晶装置では、シリコン酸化膜からなる第1絶縁膜24上に形成されたシリコン窒化膜の第2絶縁膜26に開口部27を形成しているので、フッ酸またはBHF(バッファードフッ酸)をエッチャントとして用いたウエットエッチングにより開口部27の形成を行うことが好ましい。
このようなエッチング方法を採用することで、シリコン酸化膜からなる第1絶縁膜24と比較して第2絶縁膜26のエッチングレートを4倍以上大きくすることができ、オーバーエッチングによって第1絶縁膜24が過度に薄くなるのを防止することができる。また、開口部27内部の第2絶縁膜26を完全に除去することができ、開口部27の形成領域における第1絶縁膜24を所望の厚さとすることができる。
なお、開口部27の形成に際して、CF4を主体とした混合ガスによるドライエッチングを行ってもよい。この場合にもシリコン窒化膜である第2絶縁膜26のエッチングレートを、シリコン酸化膜である第1絶縁膜24より大きくとることができる。
このようなエッチング方法を採用することで、シリコン酸化膜からなる第1絶縁膜24と比較して第2絶縁膜26のエッチングレートを4倍以上大きくすることができ、オーバーエッチングによって第1絶縁膜24が過度に薄くなるのを防止することができる。また、開口部27内部の第2絶縁膜26を完全に除去することができ、開口部27の形成領域における第1絶縁膜24を所望の厚さとすることができる。
なお、開口部27の形成に際して、CF4を主体とした混合ガスによるドライエッチングを行ってもよい。この場合にもシリコン窒化膜である第2絶縁膜26のエッチングレートを、シリコン酸化膜である第1絶縁膜24より大きくとることができる。
(電子機器)
次に、本発明に係る電子機器の一実施の形態として、上記実施形態の液晶装置をライトバルブとして用いたプロジェクタについて説明する。
図8は、プロジェクタの構成例を示す平面図である。この図に示されるように、プロジェクタ1100内部には、ハロゲンランプ等の白色光源からなるランプユニット1102が設けられている。このランプユニット1102から射出された投射光は、ライトガイド1104内に配置された4枚のミラー1106および2枚のダイクロイックミラー1108によってRGBの3原色に分離され、各原色に対応するライトバルブとしての液晶パネル1110R、1110Bおよび1110Gに入射される。
液晶パネル1110R、1110Bおよび1110Gの構成は、上述した液晶装置と同等であり、画像信号処理回路から供給されるR、G、Bの原色信号でそれぞれ駆動されるものである。そして、これらの液晶パネルによって変調された光は、ダイクロイックプリズム1112に3方向から入射される。このダイクロイックプリズム1112においては、RおよびBの光が90度に屈折する一方、Gの光が直進する。したがって、各色の画像が合成される結果、投射レンズ1114を介して、スクリーン等にカラー画像が投写されることとなる。ここで、各液晶パネル1110R、1110Bおよび1110Gによる表示像について着目すると、液晶パネル1110Gによる表示像は、液晶パネル1110R、1110Bによる表示像に対して左右反転することが必要となる。
上記構成を具備した本実施形態のプロジェクタによれば、高精細化、高開口率化を実現した液晶装置を光変調手段として具備しているので、明るく高精細の投射表示が可能である。
次に、本発明に係る電子機器の一実施の形態として、上記実施形態の液晶装置をライトバルブとして用いたプロジェクタについて説明する。
図8は、プロジェクタの構成例を示す平面図である。この図に示されるように、プロジェクタ1100内部には、ハロゲンランプ等の白色光源からなるランプユニット1102が設けられている。このランプユニット1102から射出された投射光は、ライトガイド1104内に配置された4枚のミラー1106および2枚のダイクロイックミラー1108によってRGBの3原色に分離され、各原色に対応するライトバルブとしての液晶パネル1110R、1110Bおよび1110Gに入射される。
液晶パネル1110R、1110Bおよび1110Gの構成は、上述した液晶装置と同等であり、画像信号処理回路から供給されるR、G、Bの原色信号でそれぞれ駆動されるものである。そして、これらの液晶パネルによって変調された光は、ダイクロイックプリズム1112に3方向から入射される。このダイクロイックプリズム1112においては、RおよびBの光が90度に屈折する一方、Gの光が直進する。したがって、各色の画像が合成される結果、投射レンズ1114を介して、スクリーン等にカラー画像が投写されることとなる。ここで、各液晶パネル1110R、1110Bおよび1110Gによる表示像について着目すると、液晶パネル1110Gによる表示像は、液晶パネル1110R、1110Bによる表示像に対して左右反転することが必要となる。
上記構成を具備した本実施形態のプロジェクタによれば、高精細化、高開口率化を実現した液晶装置を光変調手段として具備しているので、明るく高精細の投射表示が可能である。
上記では電子機器の例として液晶プロジェクタを例示して説明したが、本発明に係る電気光学装置は、表示機能を有する各種の電子機器に適用可能である。例えば、携帯電話機、カーナビゲーションシステム、携帯情報端末、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラ及びビデオカメラのファインダ及び映像表示部、テレビ受像機、電子手帳、宣伝公告用ディスプレイなどにも好適に用いることができる。
100…液晶装置(電気光学装置)、10…TFTアレイ基板、20…対向基板、2…ゲート絶縁膜、3…半導体層、3A…半導体膜、3a…走査線、6a…データ線、9a…画素電極、24…第1絶縁膜、26…第2絶縁膜、25,27…開口部、30…TFT、31,32…ゲート電極、34…コンタクト部、35…第1容量電極、70…ストレージ容量、300…容量線(第2容量電極)、301…延出部(第2容量電極)。
Claims (13)
- 半導体層と、該半導体層にゲート絶縁膜を介して対向するゲート電極とを備えたトランジスタと、該トランジスタと電気的に接続されたストレージ容量とを具備し、
前記トランジスタのゲート絶縁膜が、前記半導体層側から順に積層された第1絶縁膜と第2絶縁膜とを含んでおり、
前記ストレージ容量が、前記第1絶縁膜と第2絶縁膜のいずれか一方と同一材質かつ同層の誘電体膜を有していることを特徴とする電気光学装置。 - 前記ストレージ容量が、前記半導体層と一体に形成された第1容量電極と、該第1容量電極に前記誘電体膜を介して対向する第2容量電極とを具備しており、
前記第1容量電極の平面領域まで前記第1絶縁膜及び第2絶縁膜が延設されるとともに、前記第1容量電極の平面領域内の第1絶縁膜又は第2絶縁膜に開口部が形成されており、
前記第2容量電極が、前記開口部と平面的に重なる位置に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。 - 前記開口部が、前記第1絶縁膜に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の電気光学装置。
- 前記開口部が、前記第2絶縁膜に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の電気光学装置。
- 前記第2容量電極が、前記ゲート電極と同一材質で同層に形成されていることを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載の電気光学装置。
- 前記第1絶縁膜が、シリコン酸化膜からなることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の電気光学装置。
- 前記第2絶縁膜が、シリコン窒化膜又はシリコン窒化酸化膜からなることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の電気光学装置。
- 半導体層と、該半導体層にゲート絶縁膜を介して対向するゲート電極とを備えたトランジスタと、該トランジスタと電気的に接続されたストレージ容量とを具備した電気光学装置の製造方法であって、
基板上に半導体膜をパターン形成する工程と、
前記半導体膜を覆う第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜上にマスク材をパターン形成し、当該マスク材を介して前記半導体膜に不純物を注入することで、前記半導体膜に、前記トランジスタの半導体層と、前記ストレージ容量の一方の電極を成す第1容量電極とを形成する工程と、
前記マスク材を除去した後、前記第1容量電極上の前記第1絶縁膜を部分的に除去して開口部を形成する工程と、
前記開口部及び前記第1絶縁膜を覆う第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜上に導電膜をパターン形成することで、前記第2絶縁膜上の領域のうち、前記開口部と平面的に重なる位置に前記ストレージ容量の他方の電極を成す第2容量電極を形成し、前記半導体層と平面的に重なる位置に前記ゲート電極を形成する工程と
を有することを特徴とする電気光学装置の製造方法。 - 半導体層と、該半導体層にゲート絶縁膜を介して対向するゲート電極とを備えたトランジスタと、該トランジスタと電気的に接続されたストレージ容量とを具備した電気光学装置の製造方法であって、
基板上に半導体膜をパターン形成する工程と、
前記半導体膜上にマスク材をパターン形成し、当該マスク材を介して前記半導体膜に不純物を注入することで、前記半導体膜に、前記トランジスタの半導体層と、前記ストレージ容量の一方の電極を成す第1容量電極とを形成する工程と、
前記マスク材を除去した後、前記半導体膜を覆うように第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1容量電極上の前記第1絶縁膜を部分的に除去して開口部を形成する工程と、
前記開口部及び前記第1絶縁膜を覆う第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜上に導電膜をパターン形成することで、前記第2絶縁膜上の領域のうち、前記開口部と平面的に重なる位置に前記ストレージ容量の他方の電極を成す第2容量電極を形成し、前記半導体層と平面的に重なる位置に前記ゲート電極を形成する工程と
を有することを特徴とする電気光学装置の製造方法。 - 半導体層と、該半導体層にゲート絶縁膜を介して対向するゲート電極とを備えたトランジスタと、該トランジスタと電気的に接続されたストレージ容量とを具備した電気光学装置の製造方法であって、
基板上に半導体膜をパターン形成する工程と、
前記半導体膜を覆う第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜上にマスク材をパターン形成し、当該マスク材を介して前記半導体膜に不純物を注入することで、前記半導体膜に、前記トランジスタの半導体層と、前記ストレージ容量の一方の電極を成す第1容量電極とを形成する工程と、
前記マスク材を除去した後、前記半導体膜を覆うように第1絶縁膜と第2絶縁膜との積層膜を形成する工程と、
前記第1容量電極上の前記第2絶縁膜のみを部分的に除去することで該第2絶縁膜に開口部を形成する工程と、
前記開口部を含む第2絶縁膜上の領域に導電膜をパターン形成することで、前記開口部と平面的に重なる位置に前記ストレージ容量の他方の電極を成す第2容量電極を形成し、前記半導体層と平面的に重なる位置に前記ゲート電極を形成する工程と
を有することを特徴とする電気光学装置の製造方法。 - 半導体層と、該半導体層にゲート絶縁膜を介して対向するゲート電極とを備えたトランジスタと、該トランジスタと電気的に接続されたストレージ容量とを具備した電気光学装置の製造方法であって、
基板上に半導体膜をパターン形成する工程と、
前記半導体膜上にマスク材をパターン形成し、当該マスク材を介して前記半導体膜に不純物を注入することで、前記トランジスタの半導体層と、前記ストレージ容量の一方の電極を成す第1容量電極とを形成する工程と、
前記マスク材を除去した後、前記半導体膜を覆うように第1絶縁膜と第2絶縁膜との積層膜を形成する工程と、
前記第1容量電極上の前記第2絶縁膜のみを部分的に除去することで該第2絶縁膜に開口部を形成する工程と、
前記開口部を含む第2絶縁膜上の領域に導電膜をパターン形成することで、前記開口部と平面的に重なる位置に前記ストレージ容量の他方の電極を成す第2容量電極を形成し、前記半導体層と平面的に重なる位置に前記ゲート電極を形成する工程と
を有することを特徴とする電気光学装置の製造方法。 - 前記ゲート電極を形成した後、当該ゲート電極を介して前記半導体層に不純物を注入することで、前記半導体層にLDD構造を形成する工程を有することを特徴とする請求項8から11のいずれか1項に記載の電気光学装置の製造方法。
- 請求項1から7のいずれか1項に記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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JP2021067766A (ja) * | 2019-10-21 | 2021-04-30 | セイコーエプソン株式会社 | 電気光学装置および電子機器 |
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-
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- 2005-03-08 JP JP2005063421A patent/JP2006253173A/ja not_active Withdrawn
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