JP2007139850A - Electrooptical apparatus, electronic apparatus, and method for manufacturing electrooptical apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、素子基板上に薄膜トランジスタおよび保持容量を備えた液晶装置などの電気光学装置、この電気光学装置を備えた電子機器、および電気光学装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to an electro-optical device such as a liquid crystal device including a thin film transistor and a storage capacitor on an element substrate, an electronic apparatus including the electro-optical device, and a method for manufacturing the electro-optical device.
アクティブマトリクス型の液晶装置などでは、対向基板との間に液晶を保持する素子基板上に、画素スイッチング用の薄膜トランジスタおよびこの薄膜トランジスタを介してデータ線に電気的に接続された画素電極が形成されており、データ線から薄膜トランジスタを介して画素電極に印加された画像信号により液晶の配向を画素ごとに制御する。また、液晶を駆動する際の電荷の保持特性を向上させるために、素子基板上には保持容量が形成され、かかる保持容量では、薄膜トランジスタのゲート絶縁層を誘電体層として利用することが多い。ここで、保持容量の単位面積当たりの容量値を高めれば、電荷の保持特性が向上する一方、単位面積当たりの容量値が高くなった分、その占有面積を縮小すれば画素開口率を高めることができる。そこで、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜を複数層、積層してゲート絶縁層を形成する一方、ゲート絶縁層よりも少ない層数の絶縁膜により誘電体層を形成することにより、保持容量の単位面積当たりの容量値を高めた構造が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
近年、画素領域の微細化に伴って、保持容量の単位面積当たりの容量値を高めるという要求はさらに強まっている。かかる要求に対応するには、例えば、ゲート絶縁層に、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜に代えて、アルミニウム酸化膜などといった誘電率の高い絶縁膜を用い、かつ、保持容量の誘電体層にもアルミニウム酸化膜を用いればよい。しかしながら、ゲート絶縁層において、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜に代えてアルミニウム酸化膜などを用いると、薄膜トランジスタの電気特性や信頼性が大きく変化し、電気光学装置の特性や信頼性を保証できないという問題点がある。 In recent years, with the miniaturization of the pixel region, there has been an increasing demand for increasing the capacitance value per unit area of the storage capacitor. In order to meet such a demand, for example, an insulating film having a high dielectric constant such as an aluminum oxide film is used for the gate insulating layer instead of the silicon oxide film or the silicon nitride film, and the dielectric layer of the storage capacitor is also used. An aluminum oxide film may be used. However, when an aluminum oxide film or the like is used instead of a silicon oxide film or a silicon nitride film in the gate insulating layer, the electrical characteristics and reliability of the thin film transistor change greatly, and the characteristics and reliability of the electro-optical device cannot be guaranteed. There is a point.
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、薄膜トランジスタの電気特性や信頼性を大きく変化させずに保持容量の単位面積当たりの容量値を増大可能な電気光学装置、この電気光学装置を備えた電子機器、および電気光学装置の製造方法を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an electro-optical device capable of increasing the capacitance value per unit area of a storage capacitor without greatly changing the electrical characteristics and reliability of the thin film transistor, and the electro-optical device. Another object of the present invention is to provide an electronic apparatus and a method for manufacturing an electro-optical device.
また、本発明の課題は、薄膜トランジスタの電気特性や信頼性を一切変化させずに保持容量の単位面積当たりの容量値を増大可能な電気光学装置、この電気光学装置を備えた電子機器、および電気光学装置の製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an electro-optical device capable of increasing a capacitance value per unit area of a storage capacitor without changing any of the electrical characteristics and reliability of the thin film transistor, an electronic apparatus including the electro-optical device, and an electric device An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an optical device.
上記課題を解決するために、本発明では、素子基板の各画素領域に、薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタに電気的に接続された画素電極と、前記薄膜トランジスタのゲート絶縁層より下層側に下電極を具備する保持容量とを備えた電気光学装置において、前記保持容量の誘電体層は、前記下電極の上面を覆う第1の誘電体層と、該第1の誘電体層の上層かつ前記ゲート絶縁層と同一の層間に形成された第2の誘電体層とを備え、前記第2の誘電体層は、前記ゲート絶縁層よりも薄い膜厚をもって前記ゲート絶縁層の少なくとも一部と同一の絶縁膜から形成され、前記第1の誘電体層は、前記下電極と同一金属材料の酸化膜からなり、前記第2の誘電体層よりも誘電率が高いことを特徴とする。 In order to solve the above problems, in the present invention, each pixel region of an element substrate includes a thin film transistor, a pixel electrode electrically connected to the thin film transistor, and a lower electrode on a lower layer side than the gate insulating layer of the thin film transistor. In the electro-optical device including the storage capacitor, the dielectric layer of the storage capacitor includes a first dielectric layer covering an upper surface of the lower electrode, an upper layer of the first dielectric layer, and the gate insulating layer. And a second dielectric layer formed between the same layers, the second dielectric layer having a thickness smaller than that of the gate insulating layer and the same insulating film as at least a part of the gate insulating layer The first dielectric layer is made of an oxide film made of the same metal material as the lower electrode, and has a higher dielectric constant than the second dielectric layer.
本発明では、保持容量の誘電体層は、下電極の上面を覆う第1の誘電体層と、第1の誘電体層の上層かつゲート絶縁層と同一の層間に形成された第2の誘電体層とを備え、この第2の誘電体層は、ゲート絶縁層の一部と同一の絶縁膜から形成されているが、ゲート絶縁層よりも薄い。また、第1の誘電体層は、第2の誘電体層よりも誘電率が高い酸化膜からなる。このため、保持容量の誘電体層では、第1の誘電体層を備えている分だけ、第2の誘電体層の厚さを従来と比して、ゲート絶縁層よりもかなり薄くでき、かつ、第1の誘電体層の誘電率が高いので、保持容量の単位面積当たりの容量値を増大させることができる。それ故、保持容量の占有面積をそのままにして電荷の保持特性を向上させることができる一方、単位面積当たりの容量値が高くなった分、その占有面積を縮小すれば画素開口率を高めることができる。また、電荷の保持特性、および画素開口率の双方を向上させることも可能である。さらに、ゲート絶縁層については、それまで用いていた絶縁膜をそのまま用いることができるので、薄膜トランジスタの電気特性や信頼性が大きく変化しない。 In the present invention, the dielectric layer of the storage capacitor includes the first dielectric layer covering the upper surface of the lower electrode and the second dielectric layer formed between the upper layer of the first dielectric layer and the same layer as the gate insulating layer. The second dielectric layer is formed of the same insulating film as a part of the gate insulating layer, but is thinner than the gate insulating layer. The first dielectric layer is made of an oxide film having a higher dielectric constant than that of the second dielectric layer. Therefore, in the dielectric layer of the storage capacitor, the thickness of the second dielectric layer can be considerably thinner than that of the conventional gate insulating layer by the amount of the first dielectric layer, and Since the dielectric constant of the first dielectric layer is high, the capacitance value per unit area of the storage capacitor can be increased. Therefore, while it is possible to improve the charge retention characteristic while keeping the occupied area of the storage capacitor as it is, the pixel aperture ratio can be increased if the occupied area is reduced by the amount of increase in the capacitance value per unit area. it can. In addition, it is possible to improve both the charge retention characteristic and the pixel aperture ratio. Furthermore, as the gate insulating layer, since the insulating film that has been used can be used as it is, the electrical characteristics and reliability of the thin film transistor are not significantly changed.
すなわち、第1の誘電体層を構成する酸化膜がゲート絶縁層の一部として用いられる場合でも、ゲート絶縁層の大部分は、それまで用いていた絶縁膜をそのまま用いるため、薄膜トランジスタの電気特性や信頼性が大きく変化しない。また、第1の誘電体層を構成する酸化膜をゲート絶縁層の一部として用いなければ、ゲート絶縁層全体が、それまで用いていた絶縁膜で構成されるので、薄膜トランジスタの電気特性や信頼性が一切変化しない。 That is, even when the oxide film constituting the first dielectric layer is used as a part of the gate insulating layer, most of the gate insulating layer uses the insulating film used so far, so that the electrical characteristics of the thin film transistor And reliability does not change significantly. Further, if the oxide film constituting the first dielectric layer is not used as a part of the gate insulating layer, the entire gate insulating layer is formed of the insulating film used so far. Sex does not change at all.
本発明において、前記第1の誘電体層は、前記下電極の上面および側面を覆っている構成を採用してもよい。 In the present invention, the first dielectric layer may be configured to cover an upper surface and a side surface of the lower electrode.
本発明において、前記薄膜トランジスタのゲート電極は、前記保持容量の下電極と同一の層間に当該下電極と同一の金属材料から形成されており、前記酸化膜は、前記下電極および前記ゲート電極のうち、前記下電極の上面のみを覆っていることが好ましい。すなわち、第1の誘電体層を構成する酸化膜をゲート絶縁層の一部として用いなければ、ゲート絶縁層全体が、それまで用いていた絶縁膜で構成されるので、薄膜トランジスタの電気特性や信頼性が一切変化しない。 In the present invention, the gate electrode of the thin film transistor is formed of the same metal material as the lower electrode between the same layers as the lower electrode of the storage capacitor, and the oxide film includes the lower electrode and the gate electrode. It is preferable that only the upper surface of the lower electrode is covered. That is, if the oxide film constituting the first dielectric layer is not used as a part of the gate insulating layer, the entire gate insulating layer is formed of the insulating film used so far, so that the electrical characteristics and reliability of the thin film transistor can be improved. Sex does not change at all.
本発明において、前記薄膜トランジスタのゲート電極は、前記保持容量の下電極と同一の層間に当該下電極と同一の金属材料から形成されており、前記酸化膜は、前記下電極および前記ゲート電極のうち、前記下電極の上面および側面のみを覆っていることが好ましい。すなわち、第1の誘電体層を構成する酸化膜をゲート絶縁層の一部として用いなければ、ゲート絶縁層全体が、それまで用いていた絶縁膜で構成されるので、薄膜トランジスタの電気特性や信頼性が一切変化しない。 In the present invention, the gate electrode of the thin film transistor is formed of the same metal material as the lower electrode between the same layers as the lower electrode of the storage capacitor, and the oxide film includes the lower electrode and the gate electrode. It is preferable that only the upper and side surfaces of the lower electrode are covered. That is, if the oxide film constituting the first dielectric layer is not used as a part of the gate insulating layer, the entire gate insulating layer is formed of the insulating film used so far, so that the electrical characteristics and reliability of the thin film transistor can be improved. Sex does not change at all.
本発明において、前記第1の誘電体層は、例えば、前記下電極に対する陽極酸化膜からなる。また、前記第1の誘電体層は、例えば、前記下電極に対する気相酸化膜であってもよい。 In the present invention, the first dielectric layer is made of, for example, an anodic oxide film for the lower electrode. The first dielectric layer may be, for example, a gas phase oxide film for the lower electrode.
本発明において、前記下電極は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、タンタル、タンタル合金、ニオブ、ニオブ合金、チタン、またはチタン合金からなる。このような金属材料であれば、酸化膜の誘電率がシリコン酸化膜やシリコン窒化膜よりも高く、かつ、配線として使用可能な抵抗値を備えている。ここで、下電極やゲート電極が複数の金属層の積層構造になっている場合、少なくともその表面側が、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、タンタル、タンタル合金、ニオブ、ニオブ合金、チタン、またはチタン合金から構成されていればよい。 In the present invention, the lower electrode is made of, for example, aluminum, aluminum alloy, tantalum, tantalum alloy, niobium, niobium alloy, titanium, or titanium alloy. With such a metal material, the dielectric constant of the oxide film is higher than that of the silicon oxide film or silicon nitride film, and it has a resistance value that can be used as a wiring. Here, when the lower electrode or the gate electrode has a laminated structure of a plurality of metal layers, at least the surface side thereof is made of, for example, aluminum, aluminum alloy, tantalum, tantalum alloy, niobium, niobium alloy, titanium, or titanium alloy. It only has to be configured.
本発明を適用した電気光学装置が液晶装置である場合、前記素子基板は、該素子基板に対向配置された対向基板との間に電気光学物質としての液晶を保持することになる。 When the electro-optical device to which the present invention is applied is a liquid crystal device, the element substrate holds liquid crystal as an electro-optical material between the element substrate and a counter substrate disposed to face the element substrate.
本発明に係る電気光学装置は、モバイルコンピュータや携帯電話機などの電子機器において表示部として用いることができる。 The electro-optical device according to the present invention can be used as a display unit in an electronic apparatus such as a mobile computer or a mobile phone.
本発明において、素子基板の各画素領域に、薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタに電気的に接続された画素電極と、前記薄膜トランジスタのゲート絶縁層より下層側に下電極を具備する保持容量とを備えた電気光学装置の製造方法において、前記素子基板上に前記薄膜トランジスタのゲート電極および前記保持容量の下電極を形成するための金属膜を形成する金属膜形成工程と、前記金属膜をパターニングして前記ゲート電極および前記下電極を形成するパターニング工程と、前記ゲート電極および前記下電極のうち、少なくとも前記下電極の表面側を酸化して前記ゲート絶縁層よりも誘電率の高い酸化膜からなる第1の誘電体層を形成する酸化膜形成工程と、前記ゲート電極の上層に前記ゲート絶縁層を形成するとともに前記第1の誘電体層の表面側には前記ゲート絶縁層よりも薄い第2の誘電体層を形成する絶縁膜形成工程と、前記ゲート絶縁層の上層に前記薄膜トランジスタの能動層を構成する半導体層を形成する半導体層形成工程とを有することを特徴とする。 In the present invention, each pixel region of the element substrate includes a thin film transistor, a pixel electrode electrically connected to the thin film transistor, and a storage capacitor having a lower electrode on a lower layer side than the gate insulating layer of the thin film transistor. In the method of manufacturing an optical device, a metal film forming step of forming a metal film for forming a gate electrode of the thin film transistor and a lower electrode of the storage capacitor on the element substrate, and patterning the metal film to form the gate electrode And a patterning step for forming the lower electrode, and a first dielectric comprising an oxide film having a dielectric constant higher than that of the gate insulating layer by oxidizing at least the surface side of the lower electrode of the gate electrode and the lower electrode. An oxide film forming step for forming a body layer; forming the gate insulating layer on the gate electrode; and An insulating film forming step of forming a second dielectric layer thinner than the gate insulating layer on the surface side of the electric conductor layer, and a semiconductor layer constituting the active layer of the thin film transistor is formed above the gate insulating layer A semiconductor layer forming step.
この場合、前記酸化膜形成工程では、前記ゲート電極および前記下電極のうち、当該下電極の表面側のみに陽極酸化を行って前記酸化膜を形成することが好ましい。 In this case, in the oxide film forming step, it is preferable that the oxide film is formed by anodizing only the surface side of the lower electrode of the gate electrode and the lower electrode.
本発明の別の形態では、素子基板の各画素領域に、薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタに電気的に接続された画素電極と、前記薄膜トランジスタのゲート絶縁層より下層側に下電極を具備する保持容量とを備えた電気光学装置の製造方法において、前記素子基板上に前記薄膜トランジスタのゲート電極および前記保持容量の下電極を形成するための金属膜を形成する金属膜形成工程と、前記金属膜の表面のうち、少なくとも前記下電極を形成すべき領域に前記ゲート絶縁層よりも誘電率の高い酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、前記酸化膜および前記金属膜をパターニングして前記ゲート電極を形成するとともに、前記酸化膜からなる第1の誘電体層を上面に備えた前記下電極を形成するパターニング工程と、前記ゲート電極の上層に前記ゲート絶縁層を形成するとともに前記第1の誘電体層の表面側には前記ゲート絶縁層よりも薄い第2の誘電体層を形成する絶縁膜形成工程と、前記ゲート絶縁層の上層に前記薄膜トランジスタの能動層を構成する半導体層を形成する半導体層形成工程とを有することを特徴とする。 In another embodiment of the present invention, a thin film transistor in each pixel region of the element substrate, a pixel electrode electrically connected to the thin film transistor, and a storage capacitor including a lower electrode on a lower layer side than the gate insulating layer of the thin film transistor, A metal film forming step of forming a metal film for forming a gate electrode of the thin film transistor and a lower electrode of the storage capacitor on the element substrate, and a surface of the metal film. Among them, an oxide film forming step of forming an oxide film having a dielectric constant higher than that of the gate insulating layer at least in a region where the lower electrode is to be formed, and patterning the oxide film and the metal film to form the gate electrode And a patterning step for forming the lower electrode having the first dielectric layer made of the oxide film on the upper surface, and an upper layer of the gate electrode An insulating film forming step of forming the gate insulating layer and forming a second dielectric layer thinner than the gate insulating layer on the surface side of the first dielectric layer; and And a semiconductor layer forming step of forming a semiconductor layer constituting an active layer of the thin film transistor.
この場合、前記酸化膜形成工程では、前記金属膜の表面のうち、前記ゲート電極を形成すべき領域を避けた領域に前記酸化膜を形成することが好ましい。 In this case, in the oxide film forming step, it is preferable that the oxide film is formed in a region of the surface of the metal film that avoids a region where the gate electrode is to be formed.
本発明において、前記絶縁膜形成工程では、複数層の絶縁膜により前記ゲート絶縁層を形成するとともに、前記第1の誘電体層の表面側には前記ゲート絶縁層よりも少ない層数の前記絶縁膜により前記第2の誘電体層を形成することが好ましい。 In the present invention, in the insulating film forming step, the gate insulating layer is formed by a plurality of insulating films, and the insulating layer having a smaller number of layers than the gate insulating layer is formed on the surface side of the first dielectric layer. Preferably, the second dielectric layer is formed by a film.
この場合、前記絶縁膜形成工程では、例えば、前記複数層の絶縁膜のうち、下層側の絶縁膜を形成した後、前記第1の誘電体層の表面側では、当該下層側の絶縁膜の一部をエッチング除去した後、残りの第2のゲート絶縁層を形成することが好ましい。 In this case, in the insulating film forming step, for example, after forming a lower-layer-side insulating film among the plurality of insulating films, the lower-layer-side insulating film is formed on the surface side of the first dielectric layer. It is preferable to form the remaining second gate insulating layer after etching away a part thereof.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明に用いた各図では、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相違させてある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings used for the following description, the scales are different for each layer and each member in order to make each layer and each member large enough to be recognized on the drawing.
[実施の形態1]
(液晶装置の全体構成)
図1(a)、(b)はそれぞれ、液晶装置(電気光学装置)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平面図、およびそのH−H′断面図である。
[Embodiment 1]
(Overall configuration of liquid crystal device)
FIGS. 1A and 1B are a plan view of a liquid crystal device (electro-optical device) as viewed from the side of the counter substrate together with each component formed thereon, and a cross-sectional view thereof taken along the line HH ′. .
図1(a)、(b)において、本形態の液晶装置1は、TN(Twisted Nematic)モード、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モード、あるいはVAN(Vertical Aligned Nematic)モードの透過型のアクティブマトリクス型の液晶装置であり、シール材22を介して素子基板10(素子基板)と対向基板20(対向基板)とが貼り合わされ、その間に液晶1fが保持されている。素子基板10において、シール材22の外側に位置する端部領域には、データ線駆動用IC60、および走査線駆動用IC30が実装されているとともに、基板辺に沿って実装端子12が形成されている。シール材22は、素子基板10と対向基板20とをそれらの周辺で貼り合わせるための光硬化樹脂や熱硬化性樹脂など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、あるいはガラスビーズ等のギャップ材が配合されている。なお、シール材22には、その途切れ部分によって液晶注入口25が形成され、液晶1fを注入した後、封止材26により封止されている。
1A and 1B, a
詳しくは後述するが、素子基板10には、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ1cや画素電極2aがマトリクス状に形成され、その表面に配向膜19が形成されている。これに対して、対向基板20には、シール材22の内側領域に遮光性材料からなる額縁24(図1(b)では図示を省略)が形成され、その内側が画像表示領域1aになっている。対向基板20には、図示を省略するが、各画素の縦横の境界領域と対向する領域にブラックマトリクス、あるいはブラックストライプなどと称せられる遮光膜が形成され、その上層側には、対向電極28および配向膜29が形成されている。なお、図1(b)では図示を省略するが、対向基板20において、素子基板10の各画素に対向する領域には、RGBのカラーフィルタがその保護膜とともに形成され、それにより、液晶装置1をモバイルコンピュータ、携帯電話機、液晶テレビなどといった電子機器のカラー表示装置として用いることができる。
As will be described in detail later, on the
(素子基板10の構成)
図2は、図1に示す液晶装置の素子基板の電気的な構成を示す説明図である。図2に示すように、素子基板10には、画像表示領域1aに相当する領域に複数のソース線6a(データ線)およびゲート線3a(走査線)が互いに交差する方向に形成され、これらの配線の交差部分に対応する位置に画素1bが構成されている。ゲート線3aは走査線駆動用IC30から延びており、ソース線6aはデータ線駆動用IC60から延びている。また、素子基板10には、液晶1fの駆動を制御するための画素スイッチング用の薄膜トランジスタ1cが各画素1b(画素領域)に形成され、薄膜トランジスタ1cのソースにはソース線6aが電気的に接続され、薄膜トランジスタ1cのゲートにはゲート線3aが電気的に接続されている。
(Configuration of element substrate 10)
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an electrical configuration of the element substrate of the liquid crystal device shown in FIG. As shown in FIG. 2, a plurality of
さらに、素子基板10には、ゲート線3aと並行して容量線3bが形成されている。本形態では、薄膜トランジスタ1cに対して、対向基板20との間に構成された液晶容量1gが直列に接続されているとともに、液晶容量1gに対して並列に保持容量1hが接続されている。ここで、容量線3bは、走査線駆動用IC30に接続されているが、定電位に保持されている。
Furthermore, the
このように構成した液晶装置1では、薄膜トランジスタ1cを一定期間だけそのオン状態とすることにより、ソース線6aから供給される画像信号を各画素1bの液晶容量1gに所定のタイミングで書き込む。このようにして液晶容量1gに書き込まれた所定レベルの画像信号は、液晶容量1gで一定期間保持されるとともに、保持容量1hは、液晶容量1gに保持された画像信号がリークするのを防止している。
In the
(各画素の構成)
図3および図4は、本発明の実施の形態1に係る液晶装置の画素1つ分の平面図、およびA1−B1に相当する位置で液晶装置を切断したときの断面図である。なお、図3では、画素電極を太くて長い点線で示し、ゲート線およびそれを同時形成された薄膜を実線で示し、ソース線およびそれを同時形成された薄膜を一点鎖線で示し、半導体膜を細くて短い点線で示してある。
(Configuration of each pixel)
3 and 4 are a plan view of one pixel of the liquid crystal device according to
図3に示すように、素子基板10では、ゲート線3aとソース線6aで囲まれた領域が画素1bとして構成され、画素1bには、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ1cの能動層を構成するアモルファスシリコン膜からなる半導体層7aが形成されている。また、ゲート線3aからの突出部分によってゲート電極が形成されている。薄膜トランジスタ1cの能動層を構成する半導体層7aのうち、ソース側の端部には、ソース線6aがソース電極として重なっており、ドレイン側の端部にはドレイン電極6bが重なっている。また、ゲート線3aと並列して容量線3bが形成されている。
As shown in FIG. 3, in the
また、画素1bには、容量線3bからの突出部分を下電極3cとし、ドレイン電極6bからの延設部分を上電極6cとする保持容量1hが形成されている。また、上電極6cに対しては、コンタクトホール81、91を介して、ITO膜からなる画素電極2aが電気的に接続されている。
Further, the
このように構成した素子基板10のA1−B1断面は、図4に示すように表される。まず、ガラス基板や石英基板からなる絶縁基板11上には、ゲート線3a(ゲート電極)および容量線3bが形成されているとともに、ゲート電極(ゲート線3a)から側方にずれた位置には保持容量1hの下電極3cが形成されている。ゲート線3aの上層側にはゲート線3aを覆うようにゲート絶縁層4が形成されている。ゲート絶縁層4の表面のうち、ゲート線3aの上層には、薄膜トランジスタ1cの能動層を構成する半導体層7a(真性のポリシリコン膜)が形成されている。半導体層7aのうち、ソース領域の上層には、ドープトシリコン膜からなるオーミックコンタクト層7b、およびアルミニウム膜やクロム膜からなるソース線6aが形成され、ドレイン領域の上層にはオーミックコンタクト層7c、およびアルミニウム膜やクロム膜からなるドレイン電極6bが形成され、薄膜トランジスタ1cが構成されている。また、ドレイン電極6bの延設部分によってアルミニウム膜やクロム膜からなる保持容量1hの上電極6cが形成されている。
The A1-B1 cross section of the
さらに、ソース線6a、ドレイン電極6b、および上電極6cの上層側には、シリコン窒化膜などからなるパッシベーション膜8、および感光性樹脂層からなる平坦化膜9が各々、層間絶縁膜として形成されており、平坦化膜9の表面に形成された画素電極2aは、平坦化膜9に形成されたコンタクトホール91、およびパッシベーション膜8に形成されたコンタクトホール81を介して上電極6cに電気的に接続し、この上電極6cおよびドレイン電極6bを介して薄膜トランジスタ1cのドレイン領域に電気的に接続している。なお、画素電極2aの表面には配向膜19が形成されている。
Further, on the upper layer side of the
このように構成された素子基板10に対向するように対向基板20が配置され、素子基板10と対向基板20との間には液晶1fが保持されている。対向基板20には、各色のカラーフィルタ26、対向電極28および配向膜29が形成されており、画素電極2aと対向電極28との間に液晶容量1g(図2参照)が構成される。なお、対向基板20の側にはブラックマトリクスや保護膜などが形成される場合があるが、それらの図示を省略する。
The
(ゲート絶縁層および誘電体層の構成)
このように構成した液晶装置1において、まず、ゲート電極3a、容量線3bおよび下電極3cはアルミニウム膜から構成されている。また、ゲート絶縁層4は、下層側の厚いシリコン窒化膜4aと、上層側の薄いシリコン窒化膜4bとの2層構造になっている。下層側のシリコン窒化膜4aの膜厚は例えば約300nmであり、上層側のシリコン窒化膜4bの膜厚は例えば約100nmである。
(Configuration of gate insulating layer and dielectric layer)
In the
本形態の保持容量1hにおいて、下電極3cと上電極6cとの間に形成された誘電体層5は、下電極3cの上面を覆う第1の誘電体層5aと、この第1の誘電体層5aの上層に積層された第2の誘電体層5bとを備えている。
In the
第1の誘電体層5aは、下電極3cの表面側を酸化してなるアルミニウム酸化膜からなり、下電極3cの上面および側面を覆っている。また、容量線3bの上面および側面もアルミニウム膜5cで覆われている。但し、ゲート線3aの上面および側面には、アルミニウム酸化膜が形成されていない。
The first
第2の誘電体層5bは、ゲート絶縁層4と同一の層間に形成されているが、ゲート絶縁層4よりも薄い膜厚を備えている。すなわち、保持容量1hでは、ゲート絶縁層4を構成する下層側の厚いシリコン窒化膜4aに開口41が形成されており、この開口41を介して上層側の薄いシリコン窒化膜4bが第2の誘電体層5bとして第1の誘電体層5aに積層している。なお、第1の誘電体層5aの上層側のうち、下電極3cの端縁に沿っては、ゲート絶縁層4と同一厚の絶縁膜が形成されており、第2の誘電体層5bは、この厚い絶縁膜で囲まれている。
The
このように構成した誘電体層5において、第1の誘電体層5aを構成するアルミニウム酸化膜は誘電率が約10であるのに対して、第2の誘電体層5bおよびゲート絶縁膜4を構成するシリコン窒化膜は誘電率が約7〜8である。しかも、誘電体層5では、第2の誘電体層5bを構成するシリコン窒化膜の膜厚(シリコン窒化膜4bの膜厚)がゲート絶縁層4を構成するシリコン窒化膜の膜厚(シリコン窒化膜4a、4bの膜厚の和)よりも薄い。
In the
(液晶装置1の製造方法)
図5(a)〜(f)、および図6(a)〜(e)は、本形態の液晶装置1に用いた素子基板10の製造方法を示す工程断面図である。なお、素子基板10を製造するには、素子基板10を多数取りできる大型基板の状態で以下の工程が行われるが、以下の説明では、大型基板についても素子基板10として説明する。
(Manufacturing method of the liquid crystal device 1)
FIGS. 5A to 5F and FIGS. 6A to 6E are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the
まず、図5(a)に示す金属膜形成工程では、大型のガラス基板あるいは石英基板などの絶縁基板11の表面に厚さが例えば130nmのアルミニウム膜3(ゲート線3a(ゲート電極)および下電極3cを形成するための金属膜)を形成する。
First, in the metal film forming step shown in FIG. 5A, an aluminum film 3 (
次に、図5(b)に示すパターニング工程では、フォトリソグラフィ技術を用いてアルミニウム膜3をパターニングし、ゲート線3a(ゲート電極)、容量線3bおよび下電極3cを形成する。
Next, in the patterning step shown in FIG. 5B, the
次に、図5(c)に示す酸化膜形成工程では、ゲート線3aおよび容量線3bのうち、容量線3bのみに給電して、容量線3bおよび下電極3cに陽極酸化を行い、下電極3cの上面および側面にアルミニウム酸化膜からなる第1の誘電体層5aを形成する。その際、容量線3bの上面および側面にもアルミニウム酸化膜5cが形成される。これに対して、ゲート線3aは陽極酸化されず、アルミニウム酸化膜が形成されない。
Next, in the oxide film forming step shown in FIG. 5C, power is supplied only to the
次に、図5(d)に示す絶縁膜形成工程では、プラズマCVD法により、ゲート絶縁層4の下層側を構成する厚いシリコン窒化膜4aを約300nmの膜厚で形成した後、図5(e)に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、シリコン窒化膜4aのうち、第1の誘電体層5a(下電極3c)と重なる領域のシリコン窒化膜4aをエッチング除去して開口41を形成する。次に、図5(f)に示すように、プラズマCVD法により、ゲート絶縁層4の上層側を構成する薄いシリコン窒化膜4bを約100nmの膜厚で形成する。その結果、ゲート電極3aの上層側には、厚いシリコン窒化膜4aと薄いシリコン窒化膜4bとからなるゲート絶縁層4が形成される一方、下電極3cの上層側には、アルミニウム酸化膜からなる第1の誘電体層5aと、シリコン窒化膜4bからなる第2の誘電体層5bとを備えた誘電体層5bが形成される。なお、第1の誘電体層5aの上層側のうち、下電極3cの端縁に沿っては、ゲート絶縁層4と同一厚の絶縁膜が形成されており、第2の誘電体層5bは、この厚い絶縁膜で囲まれている。
Next, in the insulating film forming step shown in FIG. 5D, after the thick
次に、図6(a)に示す半導体層形成工程では、プラズマCVD法により、厚さが例えば300nmの真性のシリコン膜からなる半導体膜、および厚さが例えば50nmのn型シリコン膜からなるオーミックコンタクト層を順次、形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いてパターングし、オーミックコンタクト層7dおよび半導体層7aを同時形成する。
Next, in the semiconductor layer forming step shown in FIG. 6A, an ohmic contact made of an intrinsic silicon film having a thickness of, for example, 300 nm and an n-type silicon film having a thickness of, for example, 50 nm are formed by plasma CVD. After sequentially forming the contact layers, patterning is performed using a photolithography technique, and the
次に、図6(b)に示すように、厚さが例えば130nmのアルミニウム膜やクロム膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、ソース線6a、ドレイン電極6b、および上電極6cを形成する。続いて、ソース線6aおよびドレイン電極6bをマスクとして用いて、ソース線6aとドレイン電極6bとの間のオーミックコンタクト層5bをエッチングにより除去し、ソース・ドレインの分離を行う。その結果、ソース線6aおよびドレイン電極6bが形成されていない領域からオーミックコンタクト層5dが除去されてオーミックコンタクト層5b、5cが形成される。その際、半導体層7aの表面に一部がエッチングされる。このようにして、ボトムゲート型の画素スイッチング用の薄膜トランジスタ1cが形成される。
Next, as shown in FIG. 6B, after forming an aluminum film or a chromium film having a thickness of, for example, 130 nm, patterning is performed using a photolithography technique, and the
次に、図6(c)に示すように、プラズマCVD法により、厚さが例えば200nmのシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜8を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いてパッシベーション膜8に対してエッチングを行い、コンタクトホール81を形成する。
Next, as shown in FIG. 6C, a
次に、図6(d)に示すように、スピンコート法により、感光性樹脂を塗布した後、露光、現像して、コンタクトホール91を備えた平坦化膜9を形成する。
Next, as shown in FIG. 6D, a photosensitive resin is applied by spin coating, and then exposed and developed to form a
次に、図6(e)に示すように、スパッタ法により、厚さが例えば50nmのITO膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、画素電極2aを形成する。続いて、図4に示す配向膜19を形成するためのポリイミド膜を形成した後、ラビング処理を施す。
Next, as shown in FIG. 6E, an ITO film having a thickness of, for example, 50 nm is formed by sputtering, and then patterned using a photolithography technique to form a
このようにして大型基板の状態で各種配線やTFTを形成した素子基板10については、別途形成した大型の対向基板20とシール材22で貼り合わせた後、所定のサイズに切断する。それにより、液晶注入口25が開口するので、液状注入口25から素子基板10と対向基板20との間に液晶1fを注入した後、液晶注入口25を封止材26により封止する。
In this way, the
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態の液晶装置1では、保持容量1hの誘電体層5は、下電極3cの上面を覆うアルミニウム酸化膜からなる第1の誘電体層5aと、この第1の誘電体層5aの上層かつゲート絶縁層4と同一の層間に形成された第2の誘電体層5bとを備え、第2の誘電体層5bは、ゲート絶縁層4よりも薄い膜厚をもってゲート絶縁層4の上層側と同一の絶縁膜(シリコン窒化膜4b)から形成されている。しかも、第1の誘電体層5aは、誘電率が約10のアルミニウム酸化膜であり、誘電率が7〜8のシリコン窒化膜4a,4bからなる第2の誘電体層5bよりも誘電率が高い。このため、保持容量1hの誘電体層5では、第1の誘電体層5aを備えている分だけ、第2の誘電体層5bの厚さを、従来と比して、ゲート絶縁層4よりもかなり薄くでき、かつ、第1の誘電体層5aの誘電率が高いので、保持容量1hの単位面積当たりの容量値を15〜25%増大させることができる。それ故、保持容量1hの占有面積をそのままにして電荷の保持特性を向上させることができる一方、単位面積当たりの容量値が高くなった分、その占有面積を縮小すれば画素開口率を高めることができる。また、電荷の保持特性、および画素開口率の双方を向上させることも可能である。さらに、ゲート絶縁層4については、それまで用いていた絶縁膜(シリコン窒化膜4a、4b)をそのまま用いることができるので、薄膜トランジスタ1cの電気特性や信頼性が大きく変化しない。
(Main effects of this form)
As described above, in the
特に本形態では、第1の誘電体層5aを構成するアルミニウム酸化膜をゲート絶縁層4の一部として用いていないので、ゲート絶縁層4全体が、それまで用いていた絶縁膜(シリコン窒化膜4a、4b)で構成されるので、薄膜トランジスタ1cの電気特性や信頼性が一切変化しない。
In particular, in this embodiment, since the aluminum oxide film constituting the first
[実施の形態2]
図7は、本発明の実施の形態2に係る液晶装置の断面図である。なお、本形態の液晶装置は、基本的な構成が実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示することにして、それらの説明を省略する。
[Embodiment 2]
FIG. 7 is a cross-sectional view of the liquid crystal device according to
図7に示す液晶装置1においても、実施の形態1と同様、ゲート電極3a、容量線3bおよび下電極3cはアルミニウム膜から構成されている。また、ゲート絶縁層4は、下層側の厚いシリコン窒化膜4aと、上層側の薄いシリコン窒化膜4bとの2層構造になっている。下層側のシリコン窒化膜4aの膜厚は例えば約300nmであり、上層側のシリコン窒化膜4bの膜厚は例えば約100nmである。保持容量1hにおいて、下電極3cと上電極6cとの間に形成された誘電体層5は、下電極3cの上面を覆う第1の誘電体層5aと、この第1の誘電体層5aの上層に積層された第2の誘電体層5bとを備えている。第1の誘電体層5aは、下電極3cの表面側を酸化してなるアルミニウム酸化膜からなり、下電極3cの上面および側面を覆っている。また、容量線3bの上面および側面もアルミニウム膜5cで覆われている。第2の誘電体層5bは、ゲート絶縁層4と同一の層間に形成されているが、ゲート絶縁層4よりも薄い膜厚を備えている。すなわち、保持容量1hでは、ゲート絶縁層4を構成する下層側の厚いシリコン窒化膜4aに開口41が形成されており、この開口41を介して上層側の薄いシリコン窒化膜4bが第2の誘電体層5bとして第1の誘電体層5aに積層している。このように構成した誘電体層5において、アルミニウム酸化膜は誘電率が約10であるのに対して、シリコン窒化膜は誘電率が約7〜8である。しかも、誘電体層5では、第2の誘電体層5bを構成するシリコン窒化膜の膜厚(シリコン窒化膜4bの膜厚)がゲート絶縁層4を構成するシリコン窒化膜の膜厚(シリコン窒化膜4a、4bの膜厚の和)よりも薄い。
Also in the
ここで、実施の形態1では、ゲート線3aの上面および側面には、アルミニウム酸化膜が形成されていなかったが、本形態では、ゲート線3aの上面および側面にもアルミニウム酸化膜5dが形成されている。
Here, in
このように構成した液晶装置1でも、実施の形態1と同様、保持容量1hの誘電体層5は、下電極3cの上面を覆う第1の誘電体層5aと、この第1の誘電体層5aの上層かつゲート絶縁層4と同一の層間に形成された第2の誘電体層5bとを備え、第2の誘電体層5bは、ゲート絶縁層4よりも薄い膜厚をもってゲート絶縁層4の少なくとも一部と同一の絶縁膜から形成されている。しかも、第1の誘電体層5aは、第2の誘電体層5bよりも誘電率が高い。それ故、保持容量1hの占有面積をそのままにして電荷の保持特性を向上させることができる一方、単位面積当たりの容量値が高くなった分、その占有面積を縮小すれば画素開口率を高めることができる。また、電荷の保持特性、および画素開口率の双方を向上させることも可能である。
Also in the
さらに、ゲート絶縁層4については、ゲート線3aの上面および側面にもアルミニウム酸化膜5dが形成されているが、それまで用いていた絶縁膜(シリコン窒化膜)をそのまま用いることができるので、薄膜トランジスタ1cの電気特性や信頼性が大きく変化しない。
Furthermore, as for the
このように構成した液晶装置1の製造方法は、基本的には実施の形態1と同様であるが、図5(c)に示す酸化膜形成工程で下電極3cに陽極酸化を行い、下電極3cの上面および側面にアルミニウム酸化膜からなる第1の誘電体層5aを形成する際、ゲート線3aにも給電して陽極酸化を行い、アルミニウム酸化膜5dを形成する。
The manufacturing method of the
その他の工程は実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。なお、図5(c)に示す酸化膜形成工程で、容量線3bおよび下電極3cにアルミニウム酸化膜からなる第1の誘電体層5aを形成する際、ゲート線3aにもアルミニウム酸化膜5dを形成するのであれば、陽極酸化に代えて、酸素を含有するガス(O2、O3、H2Oなど)雰囲気中で、熱酸化法、加圧水蒸気酸化法やオゾン酸化法などの気相酸化を行ってもよい。
Other steps are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. In the oxide film forming step shown in FIG. 5C, when the first
[実施の形態3]
図8は、本発明の実施の形態3に係る液晶装置の断面図である。図9(a)〜(g)は、本形態の液晶装置1に用いた素子基板10の製造方法を示す工程断面図である。なお、本形態の液晶装置は、基本的な構成が実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示することにして、それらの説明を省略する。
[Embodiment 3]
FIG. 8 is a cross-sectional view of the liquid crystal device according to
図8に示す液晶装置1においても、実施の形態1と同様、ゲート電極3a、容量線3bおよび下電極3cはアルミニウム膜から構成されている。また、ゲート絶縁層4は、下層側の厚いシリコン窒化膜4aと、上層側の薄いシリコン窒化膜4bとの2層構造になっている。下層側のシリコン窒化膜4aの膜厚は例えば約300nmであり、上層側のシリコン窒化膜4bの膜厚は例えば約100nmである。
Also in the
本形態の保持容量1hにおいて、下電極3cと上電極6cとの間に形成された誘電体層5は、下電極3cの上面を覆う第1の誘電体層5aと、この第1の誘電体層5aの上層に積層された第2の誘電体層5bとを備えている。第1の誘電体層5aは、下電極3cの表面側を酸化してなるアルミニウム酸化膜からなり、下電極3cの上面のみに形成され、側面には形成されていない。また、容量線3bの上面にもアルミニウム膜5cが形成されているが、側面には形成されていない。
In the
第2の誘電体層5bは、ゲート絶縁層4と同一の層間に形成されているが、ゲート絶縁層4よりも薄い膜厚を備えている。すなわち、保持容量1hでは、ゲート絶縁層4を構成する下層側の厚いシリコン窒化膜4aに開口41が形成されており、この開口41を介して上層側の薄いシリコン窒化膜4bが第2の誘電体層5bとして第1の誘電体層5aに積層している。このように構成した誘電体層5において、アルミニウム酸化膜は誘電率が約10であるのに対して、シリコン窒化膜は誘電率が約7〜8である。しかも、誘電体層5では、第2の誘電体層5bを構成するシリコン窒化膜の膜厚(シリコン窒化膜4bの膜厚)がゲート絶縁層4を構成するシリコン窒化膜の膜厚(シリコン窒化膜4a、4bの膜厚の和)よりも薄い。
The
また、実施の形態1と同様、本形態でも、ゲート線3aの上面および側面には、アルミニウム酸化膜が形成されていない。
Further, similarly to the first embodiment, in this embodiment, the aluminum oxide film is not formed on the upper surface and the side surface of the
それ故、本形態によれば、保持容量1hの占有面積をそのままにして電荷の保持特性を向上させることができるとともに、第1の誘電体層5aを構成するアルミニウム酸化膜をゲート絶縁層4の一部として用いていないので、ゲート絶縁層4全体が、それまで用いていた絶縁膜で構成されるので、薄膜トランジスタ1cの電気特性や信頼性が一切変化しないなど、実施の形態1と同様な効果を奏する。
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to improve the charge retention characteristics while keeping the area occupied by the
このような液晶装置1の素子基板10を製造するには、まず、図9(a)に示す金属膜形成工程では、大型のガラス基板あるいは石英基板などの絶縁基板11の表面に厚さが例えば130nmのアルミニウム膜3(ゲート線3a(ゲート電極)および下電極3cを形成するための金属膜)を形成する。
In order to manufacture such an
次に、図9(b)に示す酸化膜形成工程では、陽極酸化あるいは気相酸化により、アルミニウム膜3の表面にアルミニウム酸化膜5eを形成した後、図9(c)に示すように、ゲート線3a(ゲート電極)を形成すべき領域からアルミニウム酸化膜5eを除去する。このようにして、アルミニウム膜3の表面のうち、ゲート線3a(ゲート電極)を形成すべき領域を避けた領域のみにアルミニウム酸化膜5fを形成する。
Next, in the oxide film forming step shown in FIG. 9B, an
次に、図9(d)に示すパターニング工程では、フォトリソグラフィ技術を用いて、アルミニウム酸化膜5fおよびアルミニウム膜3をパターニングし、ゲート線3a(ゲート電極)、上面にアルミニウム膜5cを備えた容量線3b、および上面にアルミニウム膜からなる第1の誘電体層5aを備えた下電極3cを形成する。
Next, in the patterning step shown in FIG. 9 (d), the
次に、図9(e)に示す絶縁膜形成工程では、プラズマCVD法により、ゲート絶縁層4の下層側を構成する厚いシリコン窒化膜4aを約300nmの膜厚で形成した後、図9(f)に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、シリコン窒化膜4aのうち、第1の誘電体層5a(下電極3c)と重なる領域のシリコン窒化膜4aをエッチング除去して開口41を形成する。次に、図9(g)に示すように、プラズマCVD法により、ゲート絶縁層4の上層側を構成する薄いシリコン窒化膜4bを約100nmの膜厚で形成する。その結果、ゲート電極3aの上層側には、厚いシリコン窒化膜4aと薄いシリコン窒化膜4bとからなるゲート絶縁層4が形成される一方、下電極3cの上層側には、アルミニウム酸化膜からなる第1の誘電体層5aと、シリコン窒化膜4bからなる第2の誘電体層5bとを備えた誘電体層5bが形成される。それ以降の半導体層形成工程などは実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
Next, in the insulating film forming step shown in FIG. 9E, after the thick
[実施の形態4]
図10は、本発明の実施の形態4に係る液晶装置の断面図である。なお、本形態の液晶装置は、基本的な構成が実施の形態1、3と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示することにして、それらの説明を省略する。
[Embodiment 4]
FIG. 10 is a cross-sectional view of a liquid crystal device according to
図10に示す液晶装置1においても、実施の形態1、3と同様、ゲート電極3a、容量線3bおよび下電極3cはアルミニウム膜から構成されている。また、ゲート絶縁層4は、下層側の厚いシリコン窒化膜4aと、上層側の薄いシリコン窒化膜4bとの2層構造になっている。下層側のシリコン窒化膜4aの膜厚は例えば約300nmであり、上層側のシリコン窒化膜4bの膜厚は例えば約100nmである。
Also in the
本形態の保持容量1hにおいて、下電極3cと上電極6cとの間に形成された誘電体層5は、下電極3cの上面を覆う第1の誘電体層5aと、この第1の誘電体層5aの上層に積層された第2の誘電体層5bとを備えている。
In the
第1の誘電体層5aは、下電極3cの表面側を酸化してなるアルミニウム酸化膜からなり、下電極3cの上面のみに形成され、側面には形成されていない。また、容量線3bの上面にもアルミニウム膜5cが形成されているが、側面には形成されていない。
The first
実施の形態3では、ゲート線3aの上面にアルミニウム酸化膜が形成されていなかったが、本形態では、ゲート線3aの上面にもアルミニウム酸化膜5dが形成されている。但し、ゲート線3aの側面にはアルミニウム酸化膜5dが形成されていない。
In the third embodiment, the aluminum oxide film is not formed on the upper surface of the
このように構成した液晶装置1でも、実施の形態3と同様、保持容量1hの占有面積をそのままにして電荷の保持特性を向上させることができる。また、ゲート絶縁層4については、ゲート線3aの上面および側面にもアルミニウム酸化膜5dが形成されているが、それまで用いていた絶縁膜(シリコン窒化膜)をそのまま用いることができるので、薄膜トランジスタ1cの電気特性や信頼性が大きく変化しない。
Also in the
このように構成した液晶装置1の製造方法は、実施の形態3に係る液晶装置1の製造工程のうち、図9(c)に示す工程を省略すればよく、他の工程が同様であるため、説明を省略する。
The manufacturing method of the
[その他の実施の形態]
上記実施の形態1〜4では、ゲート線3a、容量線3bおよび下電極3cをアルミニウム膜で形成したが、タンタル膜で形成してもよい。この場合、第1の誘電体層5aはタンタル酸化膜によって構成され、かかるタンタル酸化膜は誘電率が約250であり、シリコン窒化膜の誘電率(約7〜8)に比してかなり高い。それ故、実施の形態1〜4と比較しても保持容量1hの単位面積当たりの容量を15〜25%高めることができる。なお、ゲート線3a、容量線3bおよび下電極3cについては、アルミニウム膜やタンタル膜の他、アルミニウム合金、タンタル合金、ニオブ、ニオブ合金、チタン、チタン合金など用いてもよい。また、酸化膜は同一金属でなくともよく、酸化膜の金属は上記金属のうちいずれの金属でもよい。
[Other embodiments]
In the first to fourth embodiments, the
また、上記形態においては、第1の誘電体層5aの上層側のうち、下電極3cの端縁に沿っては、ゲート絶縁層4と同一厚の絶縁膜が形成されており、第2の誘電体層5bは、この厚い絶縁膜で囲まれているが、第1の誘電体層5aの上層側全体が薄い第2の誘電体層5bで覆われている構成であってもよい。また、上記形態では、ゲート絶縁層4が同一の絶縁膜が2層形成された構成になっていたが、ゲート絶縁層4は、異なる種類の絶縁膜が2層、あるいは2層以上積層された構造であってもよい。さらに、上電極6cがドレイン電極6bの延設部分で構成されていたが、画素電極2a自身が保持容量1hの上電極として形成されている液晶装置に本発明を適用してもよい。
In the above embodiment, an insulating film having the same thickness as the
また、上記実施の形態1〜4では、TNモード、ECBモード、VANモードのアクティブマトリクス型の液晶装置を例に説明したが、IPS(In−Plane Switching)モードの液晶装置(電気光学装置)に本発明を適用してもよい。 In the first to fourth embodiments, the TN mode, ECB mode, and VAN mode active matrix liquid crystal devices have been described as examples. However, in an IPS (In-Plane Switching) mode liquid crystal device (electro-optical device), The present invention may be applied.
さらに、電気光学装置として液晶装置に限らず、例えば、有機EL(エレクトロルミネッセンス)装置でも、有機EL膜を電気光学物質として保持する素子基板上の各画素領域に、薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタに電気的に接続された画素電極と、前記薄膜トランジスタのゲート絶縁層より下層側に下電極を具備する保持容量とが形成されるので、かかる有機EL装置に本発明を適用してもよい。 Furthermore, the electro-optical device is not limited to a liquid crystal device, and an organic EL (electroluminescence) device, for example, is electrically connected to a thin film transistor in each pixel region on an element substrate holding an organic EL film as an electro-optical material. Since the pixel electrode connected to and the storage capacitor having the lower electrode on the lower layer side than the gate insulating layer of the thin film transistor are formed, the present invention may be applied to such an organic EL device.
[電子機器の実施形態]
図11は、本発明に係る液晶装置を各種の電子機器の表示装置として用いる場合の一実施形態を示している。ここに示す電子機器は、パーソナルコンピュータや携帯電話機などであり、表示情報出力源170、表示情報処理回路171、電源回路172、タイミングジェネレータ173、そして液晶装置1を有する。また、液晶装置1は、パネル175および駆動回路176を有しており、前述した液晶装置1を用いることができる。表示情報出力源170は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等といったメモリ、各種ディスク等といったストレージユニット、デジタル画像信号を同調出力する同調回路等を備え、タイミングジェネレータ173によって生成された各種のクロック信号に基づいて、所定フォーマットの画像信号等といった表示情報を表示情報処理回路171に供給する。表示情報処理回路171は、シリアル−パラレル変換回路や、増幅・反転回路、ローテーション回路、ガンマ補正回路、クランプ回路等といった周知の各種回路を備え、入力した表示情報の処理を実行して、その画像信号をクロック信号CLKと共に駆動回路176へ供給する。電源回路172は、各構成要素に所定の電圧を供給する。
[Embodiment of Electronic Device]
FIG. 11 shows an embodiment in which the liquid crystal device according to the present invention is used as a display device of various electronic devices. The electronic device shown here is a personal computer, a cellular phone, or the like, and includes a display
1 液晶装置、1b 画素、1c 薄膜トランジスタ、1f 液晶、1g 液晶容量、1h 保持容量、2a 画素電極、3a ゲート線(ゲート電極/走査線)、3b 容量線(配線)、3c 下電極、4 ゲート絶縁層、4a、4b シリコン窒化膜、5 誘電体層、5a 第1の誘電体層、5b 第2の誘電体層、6a ソース線(データ線)、6b ドレイン電極 1 liquid crystal device, 1b pixel, 1c thin film transistor, 1f liquid crystal, 1g liquid crystal capacitor, 1h holding capacitor, 2a pixel electrode, 3a gate line (gate electrode / scanning line), 3b capacitor line (wiring), 3c lower electrode, 4 gate insulation Layer, 4a, 4b silicon nitride film, 5 dielectric layer, 5a first dielectric layer, 5b second dielectric layer, 6a source line (data line), 6b drain electrode
Claims (15)
前記保持容量の誘電体層は、前記下電極の上面を覆う第1の誘電体層と、該第1の誘電体層の上層かつ前記ゲート絶縁層と同一の層間に形成された第2の誘電体層とを備え、
前記第2の誘電体層は、前記ゲート絶縁層よりも薄い膜厚をもって前記ゲート絶縁層の少なくとも一部と同一の絶縁膜から形成され、
前記第1の誘電体層は、前記下電極と同一金属材料の酸化膜からなり、前記第2の誘電体層よりも誘電率が高いことを特徴とする電気光学装置。 In each of the pixel regions of the element substrate, an electro-optical device including a thin film transistor, a pixel electrode electrically connected to the thin film transistor, and a storage capacitor including a lower electrode on a lower layer side than the gate insulating layer of the thin film transistor.
The dielectric layer of the storage capacitor includes a first dielectric layer covering the upper surface of the lower electrode, and a second dielectric layer formed between the upper layer of the first dielectric layer and the same layer as the gate insulating layer. With body layers,
The second dielectric layer is formed of an insulating film having a thickness smaller than that of the gate insulating layer and the same insulating film as at least a part of the gate insulating layer;
The electro-optical device, wherein the first dielectric layer is made of an oxide film made of the same metal material as the lower electrode, and has a dielectric constant higher than that of the second dielectric layer.
前記酸化膜は、前記下電極および前記ゲート電極のうち、前記下電極の上面のみを覆っていることを特徴とする請求項1に電気光学装置。 The gate electrode of the thin film transistor is formed of the same metal material as the lower electrode between the same layers as the lower electrode of the storage capacitor,
2. The electro-optical device according to claim 1, wherein the oxide film covers only an upper surface of the lower electrode among the lower electrode and the gate electrode.
前記酸化膜は、前記下電極および前記ゲート電極のうち、前記下電極の上面および側面のみを覆っ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。 The gate electrode of the thin film transistor is formed of the same metal material as the lower electrode between the same layers as the lower electrode of the storage capacitor,
The electro-optical device according to claim 2, wherein the oxide film covers only an upper surface and a side surface of the lower electrode among the lower electrode and the gate electrode.
前記素子基板上に前記薄膜トランジスタのゲート電極および前記保持容量の下電極を形成するための金属膜を形成する金属膜形成工程と、
前記金属膜をパターニングして前記ゲート電極および前記下電極を形成するパターニング工程と、
前記ゲート電極および前記下電極のうち、少なくとも前記下電極の表面側を酸化して前記ゲート絶縁層よりも誘電率の高い酸化膜からなる第1の誘電体層を形成する酸化膜形成工程と、
前記ゲート電極の上層に前記ゲート絶縁層を形成するとともに前記第1の誘電体層の表面側には前記ゲート絶縁層よりも薄い第2の誘電体層を形成する絶縁膜形成工程と、
前記ゲート絶縁層の上層に前記薄膜トランジスタの能動層を構成する半導体層を形成する半導体層形成工程と
を有することを特徴とする電気光学装置の製造方法。 Manufacture of an electro-optical device provided with a thin film transistor, a pixel electrode electrically connected to the thin film transistor, and a storage capacitor having a lower electrode on the lower layer side of the gate insulating layer of the thin film transistor in each pixel region of the element substrate In the method
Forming a metal film for forming a gate electrode of the thin film transistor and a lower electrode of the storage capacitor on the element substrate; and
A patterning step of patterning the metal film to form the gate electrode and the lower electrode;
An oxide film forming step of oxidizing at least a surface side of the lower electrode of the gate electrode and the lower electrode to form a first dielectric layer made of an oxide film having a dielectric constant higher than that of the gate insulating layer;
An insulating film forming step of forming the gate insulating layer above the gate electrode and forming a second dielectric layer thinner than the gate insulating layer on the surface side of the first dielectric layer;
And a semiconductor layer forming step of forming a semiconductor layer constituting an active layer of the thin film transistor on the gate insulating layer.
前記素子基板上に前記薄膜トランジスタのゲート電極および前記保持容量の下電極を形成するための金属膜を形成する金属膜形成工程と、
前記金属膜の表面のうち、少なくとも前記下電極を形成すべき領域に前記ゲート絶縁層よりも誘電率の高い酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
前記酸化膜および前記金属膜をパターニングして前記ゲート電極を形成するとともに、前記酸化膜からなる第1の誘電体層を上面に備えた前記下電極を形成するパターニング工程と、
前記ゲート電極の上層に前記ゲート絶縁層を形成するとともに前記第1の誘電体層の表面側には前記ゲート絶縁層よりも薄い第2の誘電体層を形成する絶縁膜形成工程と、
前記ゲート絶縁層の上層に前記薄膜トランジスタの能動層を構成する半導体層を形成する半導体層形成工程と
を有することを特徴とする電気光学装置の製造方法。 Manufacture of an electro-optical device provided with a thin film transistor, a pixel electrode electrically connected to the thin film transistor, and a storage capacitor having a lower electrode on the lower layer side of the gate insulating layer of the thin film transistor in each pixel region of the element substrate In the method
Forming a metal film for forming a gate electrode of the thin film transistor and a lower electrode of the storage capacitor on the element substrate; and
An oxide film forming step of forming an oxide film having a dielectric constant higher than that of the gate insulating layer in at least a region where the lower electrode is to be formed in the surface of the metal film;
A patterning step of patterning the oxide film and the metal film to form the gate electrode and forming the lower electrode having a first dielectric layer made of the oxide film on an upper surface;
An insulating film forming step of forming the gate insulating layer above the gate electrode and forming a second dielectric layer thinner than the gate insulating layer on the surface side of the first dielectric layer;
And a semiconductor layer forming step of forming a semiconductor layer constituting an active layer of the thin film transistor on the gate insulating layer.
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