JP2007212812A - 電気光学装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】新たな構造の保持容量を採用することにより、保持容量の単位面積当たりの容量値をさらに高めることのできる電気光学装置を提供すること。
【解決手段】液晶装置の保持容量1hでは、第1の電極3cと、ゲート絶縁膜4のうち、第1の電極3cと重なる部分からなる第1の誘電体層4cと、ドレイン電極6bの延設部分からなる保持容量用の第2の電極6cとによって第1の保持容量1iが形成されている。平坦化膜9の開口91内には、パッシベーション膜8の一部からなる第2の誘電体層8cを介して第2の電極6cに対向する第3の電極2cが画素電極2aと同時形成されており、第3の電極2cは、第2のコンタクトホール41、82を介して第1の電極3cに電気的に接続しているので、第1の保持容量1iに並列接続する第2の保持容量1jが形成れている。
【選択図】図5
【解決手段】液晶装置の保持容量1hでは、第1の電極3cと、ゲート絶縁膜4のうち、第1の電極3cと重なる部分からなる第1の誘電体層4cと、ドレイン電極6bの延設部分からなる保持容量用の第2の電極6cとによって第1の保持容量1iが形成されている。平坦化膜9の開口91内には、パッシベーション膜8の一部からなる第2の誘電体層8cを介して第2の電極6cに対向する第3の電極2cが画素電極2aと同時形成されており、第3の電極2cは、第2のコンタクトホール41、82を介して第1の電極3cに電気的に接続しているので、第1の保持容量1iに並列接続する第2の保持容量1jが形成れている。
【選択図】図5
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電気光学装置に関するものである。
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、薄膜トランジシ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、フッ酸などのエッチャントを用いてゲート絶縁層を構成する絶縁膜のうち、最下層のシリコン酸化膜にハーフエッチングを施し、ゲート絶縁層において膜厚が薄い部分を保持容量の誘電体層として用いることにより、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)。
特開平06−35004号公報
しかしながら、保持容量の誘電体層を極端に薄くすると、その分、保持容量の耐電圧不足や容量ばらつきが発生しやすくなるなどの新たな問題点が発生するため、特許文献1に開示の構成では、保持容量の単位面積当たりの容量値をこれ以上、高めることができないという問題点がある。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、新たな構造の保持容量を採用することにより、保持容量の単位面積当たりの容量値をさらに高めることのできる電気光学装置を提供することにある。
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、ゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層、ドレイン電極が順に積層された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタを覆う第1の層間絶縁膜の上層側で当該第1の層間絶縁層に形成された第1のコンタクトホールを介して前記ドレイン電極に電気的に接続する画素電極と、保持容量とを有する電気光学装置において、前記保持容量は、前記ゲート電極と同一の層からなる第1の電極と、前記ゲート絶縁層において前記第1の電極と重なる部分からなる第1の誘電体層と、前記ドレイン電極から延設され、前記第1の電極に対して前記第1の誘電体層を介して対向する第2の電極と、前記第1の層間絶縁膜において前記第2の電極と重なる部分からなる第2の誘電体層と、該第2の誘電体層の上層で当該第2の誘電体層を介して前記第2の電極と対向し、前記第1の誘電体層および前記第2の誘電体層を貫通する第2のコンタクトホールを介して前記第1の電極に電気的に接続する第3の電極とを備えていることを特徴とする。
本発明では、ゲート電極と同一の層間に形成された第1の電極、ゲート絶縁層の少なくとも一部からなる第1の誘電体層、およびドレイン電極の延設部分からなる第2の電極によって保持容量部分を構成するとともに、第2の電極、第1の層間絶縁膜の一部からなる第2の誘電体層、および画素電極と同一の層間に形成された第3の電極によって保持容量部分を構成し、かつ、第1の電極と第3の電極を電気的に接続することにより、2つの保持容量部分を並列に電気的に接続している。すなわち、素子基板上にゲート電極、ドレイン電極、および画素電極の3つの導電層が形成され、かつ、これらの導電層の各層間の各々に絶縁層が形成されていることを利用して2つの保持容量部分を厚さ方向に多段に形成し、かつ、並列に接続している。このため、工程数の増加を最小限に抑えながら、占有面積を拡張することなく、保持容量の単位面積当たりの静電容量を高めることができる。
本発明において、前記第1の層間絶縁層と前記画素電極との層間には第2の層間絶縁層が形成され、当該第2の層間絶縁層には、前記第1のコンタクトホールの形成領域および前記第3の電極の形成領域と重なる領域に開口が形成され、前記画素電極は、前記開口の内側で前記第1のコンタクトホールを介して前記ドレイン電極に電気的に接続し、前記第3の電極は、前記開口の底部に形成されていることが好ましい。このよう構成すると、前記第1の層間絶縁層と前記画素電極との層間に第2の層間絶縁層が形成されている場合でも、第2の電極、第2の誘電体層および第3の電極によって保持容量部分を構成することができる。
本発明において、前記第3の電極は、前記画素電極と材料および膜厚が同一の導電層から構成されていることが好ましい。このように構成すると、前記第3の電極と前記画素電極と同時形成することができる。
本発明において、前記ゲート絶縁層は、前記第1の誘電体層として前記第1の電極と重なる部分の膜厚が前記ゲート電極と重なる部分の膜厚よりも薄いことが好ましい。このように構成すると、第1の電極、第1の誘電体層、および第2の電極によって構成された保持容量部分の静電容量を高めることができる。
このように構成するにあたって、前記ゲート絶縁層は、前記第1の電極と重なる領域に開口を備えた第1のゲート絶縁層と、該第1のゲート絶縁層の上層側に形成された第2のゲート絶縁層とを備え、前記第1の誘電体層は、前記第2のゲート絶縁層により構成されていることが好ましい。このように構成すると、ハーフエッチングにより膜厚を薄くする場合と比較して、膜厚を制御しやすいので、保持容量の単位面積当たりの静電容量ばらつきを防止することができる。
本発明に係る方法で製造した電気光学装置は、例えば液晶装置であり、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。
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。
[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。
(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。
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と対向基板20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。
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。
(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。
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。
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。
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。
(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、画素電極およびそれと同時形成された第3の電極を太くて長い点線で示し、ゲート線およびそれと同時形成された容量線を細い実線で示し、ソース線およびそれと同時形成されたドレイン電極を一点鎖線で示し、半導体膜を細くて短い点線で示してある。また、コンタクトホールに相当する部分については太い実線で表わしてある。
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、画素電極およびそれと同時形成された第3の電極を太くて長い点線で示し、ゲート線およびそれと同時形成された容量線を細い実線で示し、ソース線およびそれと同時形成されたドレイン電極を一点鎖線で示し、半導体膜を細くて短い点線で示してある。また、コンタクトホールに相当する部分については太い実線で表わしてある。
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が形成されており、この容量線3bを用いて、後述する保持容量1hが形成されている。また、ドレイン電極6bに対しては、後述するコンタクトホールを介して、ITO膜からなる画素電極2aが電気的に接続されている。
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、アルミニウム膜やクロム膜からなるゲート線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、容量線3bの突出部分からなる保持容量用の第1の電極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、膜厚が例えば300nmのシリコン窒化膜などからなるゲート絶縁層4が形成されており、かかるゲート絶縁層4は、素子基板の略全面に形成されている。
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(真性のアモルファスシリコン膜)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、ドープトシリコン膜からなる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用の第2の電極6cが形成されている。
さらに、ソース線6a、ドレイン電極6b、および第2の電極6cの上層側(薄膜トランジスタ1cの上層側)には、素子基板の略全面に、膜厚が例えば200nmのシリコン窒化膜などからなるパッシベーション膜8(第1の層間絶縁膜)が形成されている。また、パッシベーション膜8の上層側には感光性樹脂層からなる平坦化膜9(第2の層間絶縁膜)が形成されている。
また、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に形成された開口91、およびパッシベーション膜8に形成された第1のコンタクトホール81を介して第2の電極6cに電気的に接続し、この第2の電極6cを介してドレイン電極6b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。
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27、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。
(保持容量の構成)
本形態では、まず、容量線3bからの突出部分からなる保持容量用の第1の電極3cと、ゲート絶縁膜4のうち、第1の電極3cと重なる部分からなる第1の誘電体層4cと、ドレイン電極6bの延設部分からなる保持容量用の第2の電極6cとによって、第1の保持容量1iが形成されている。
本形態では、まず、容量線3bからの突出部分からなる保持容量用の第1の電極3cと、ゲート絶縁膜4のうち、第1の電極3cと重なる部分からなる第1の誘電体層4cと、ドレイン電極6bの延設部分からなる保持容量用の第2の電極6cとによって、第1の保持容量1iが形成されている。
また、本形態では、平坦化膜9の開口91内には、パッシベーション膜8のうち、保持容量用の第2の電極6cと重なる部分を第2の誘電体層8cとする第2の保持容量1jが形成されている。すなわち、平坦化膜9の開口91の底部において、第2の誘電体層8cの上層には、画素電極2aと同時形成されたITO膜からなる保持容量用の第3の電極2cが形成されており、第3の電極2cは、第2の誘電体層8cを介して第2の電極6cに対向している。しかも、第3の電極2cは、ゲート絶縁層4およびパッシベーション膜8を貫通する第2のコンタクトホール41、82を介して第1の電極3cに電気的に接続している。
従って、本形態では、ドレイン電極6b(画素電極2a)と容量線3bとの間において、第1の保持容量1iおよび第2の保持容量1jが並列に電気的に接続され、保持容量1hが構成されている。
このように本形態では、ゲート電極3aと同時形成されされた第1の電極3c、ゲート絶縁層4の一部からなる第1の誘電体層4c、およびドレイン電極6bの延設部分からなる第2の電極6cによって第1の保持容量1iを構成するとともに、第2の電極6c、パッシベーション膜8の一部からなる第2の誘電体層8c、および画素電極2aと同時形成された第3の電極2cによって第2の保持容量1jを構成している。また、第1の電極3cと第3の電極2cを電気的に接続することにより、2つの保持容量1i、1jを並列に電気的に接続している。すなわち、本形態では、素子基板10上にゲート電極3a、ドレイン電極6b、および画素電極2aの3つの導電層が形成され、かつ、これらの導電層の各層間の各々に絶縁層(ゲート絶縁層4およびパッシベーション膜8)が形成されていることを利用して2つの保持容量1i、1jを厚さ方向に多段に形成し、かつ、並列に接続して、保持容量1hを構成している。このため、工程数の増加を最小限に抑えながら、占有面積を拡張することなく、保持容量1hの単位面積当たりの静電容量を高めることができる。それ故、液晶を駆動する際の電荷の保持特性を向上することができる一方、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。
(液晶装置1の製造方法)
図5(a)〜(d)、および図6(a)〜(c)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。
図5(a)〜(d)、および図6(a)〜(c)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。
まず、図5(a)に示す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のアルミニウム膜やクロム膜などといった金属膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて金属膜をパターニングし、ゲート線3a(ゲート電極)、容量線3b、および保持容量用の第1の電極3cを形成する。
次に、図5(b)に示すゲート絶縁層形成工程では、プラズマCVD法により、ゲート絶縁層4を構成するシリコン窒化膜を約300nmの膜厚で形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、第2のコンタクトホール41を形成する。この工程により、ゲート絶縁層4のうち、第1の電極3cと重なる部分によって第1の誘電体層4cが形成される。
次に、図5(c)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の真性のアモルファス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。
次に、図5(d)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、および保持容量用の第2の電極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7d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7dが除去されてオーミックコンタクト層7b、7c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。また、容量線3bからの突出部分からなる保持容量用の第1の電極3cと、ゲート絶縁膜4のうち、第1の電極3cと重なる部分からなる第1の誘電体層4cと、ドレイン電極6bの延設部分からなる保持容量用の第2の電極6cとによって、第1の保持容量1iが形成される。
次に、図6(a)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、第1のコンタクトホール81および第2のコンタクトホール82を形成する。この工程により、パッシベーション膜8のうち、第2の電極6cと重なる部分によって第2の誘電体層8cが形成される。
次に、図6(b)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、開口91を備えた平坦化膜9を形成する。
次に、図6(c)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および保持容量用の第3の電極2cを形成する。その結果、平坦化膜9の開口91の底部では、第2の電極6cと、パッシベーション膜8の一部からなる第2の誘電体層8cと、第2の電極3cによって、第2の保持容量1jが形成される。しかも、第3の電極2cは、ゲート絶縁層4およびパッシベーション膜8を貫通する第2のコンタクトホール41、82を介して第1の電極3cに電気的に接続している。それ故、ドレイン電極6b(画素電極2a)と容量線3bとの間において、第1の保持容量1iおよび第2の保持容量1jが並列接続し、保持容量1hを構成する。
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。
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。
[実施の形態1の変形例]
上記形態では、図5(b)および図6(a)に示すように、第1の誘電体層4c(ゲート絶縁層4)の第2のコンタクトホール41と、第2の誘電体層8c(パッシベーション膜8)のコンタクトホール81、82とを各々、別の工程で形成した。但し、第1の電極3c(ゲート線3aおよび容量線3b)と、ドレイン電極6bとが異なる材料で形成されており、これらの材料に対するエッチング選択性が高い場合や、ドレイン電極6bの膜厚が極めて厚い場合には、図7(a)に示すように、第1の誘電体層4c(ゲート絶縁層4)および第2の誘電体層8c(パッシベーション膜8)を形成した後、レジストマスク80を形成した状態でエッチンングを行い、図7(b)に示すように、第1の誘電体層4c(ゲート絶縁層4)の第2のコンタクトホール41と、第2の誘電体層8c(パッシベーション膜8)のコンタクトホール81、82とを同時形成してもよい。
上記形態では、図5(b)および図6(a)に示すように、第1の誘電体層4c(ゲート絶縁層4)の第2のコンタクトホール41と、第2の誘電体層8c(パッシベーション膜8)のコンタクトホール81、82とを各々、別の工程で形成した。但し、第1の電極3c(ゲート線3aおよび容量線3b)と、ドレイン電極6bとが異なる材料で形成されており、これらの材料に対するエッチング選択性が高い場合や、ドレイン電極6bの膜厚が極めて厚い場合には、図7(a)に示すように、第1の誘電体層4c(ゲート絶縁層4)および第2の誘電体層8c(パッシベーション膜8)を形成した後、レジストマスク80を形成した状態でエッチンングを行い、図7(b)に示すように、第1の誘電体層4c(ゲート絶縁層4)の第2のコンタクトホール41と、第2の誘電体層8c(パッシベーション膜8)のコンタクトホール81、82とを同時形成してもよい。
[実施の形態2]
(各画素の構成)
図8は、本発明の実施の形態2に係る液晶装置を、図3の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、本形態の基本的な構成は、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それらの詳細な説明を省略する。
(各画素の構成)
図8は、本発明の実施の形態2に係る液晶装置を、図3の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、本形態の基本的な構成は、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それらの詳細な説明を省略する。
図3および図8に示すように、本形態でも、素子基板10では、ガラス基板や石英基板からなる絶縁基板11上には、アルミニウム膜やクロム膜からなるゲート線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、容量線3bの突出部分からなる保持容量用の第1の電極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が形成されており、かかるゲート絶縁層4は、素子基板の略全面に形成されている。ゲート絶縁層4の表面のうち、ゲート線3aの上層側には、薄膜トランジスタ1cの能動層を構成する半導体層7aが形成されておる。また、ソース・ドレイン領域に重なるように、オーミックコンタクト層7b、7cが形成されている。さらに、オーミックコンタクト層7b、7cの上層側にソース線6aおよびドレイン電極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用の第2の電極6cが形成されている。さらに、薄膜トランジスタ1cの上層側には、素子基板の略全面に、膜厚が例えば200nmのシリコン窒化膜などからなるパッシベーション膜8(第1の層間絶縁膜)が形成されている。また、パッシベーション膜8の上層側には感光性樹脂層からなる平坦化膜9(第2の層間絶縁膜)が形成されている。また、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に形成された開口91、およびパッシベーション膜8に形成された第1のコンタクトホール81を介して第2の電極6cに電気的に接続し、この第2の電極6cを介してドレイン電極6bに電気的に接続している。
(保持容量の構成)
このように構成した液晶装置1においても、容量線3bからの突出部分からなる保持容量用の第1の電極3cと、ゲート絶縁膜4のうち、第1の電極3cと重なる部分からなる第1の誘電体層4cと、ドレイン電極6bの延設部分からなる保持容量用の第2の電極6cとによって、第1の保持容量1iが形成されている。
このように構成した液晶装置1においても、容量線3bからの突出部分からなる保持容量用の第1の電極3cと、ゲート絶縁膜4のうち、第1の電極3cと重なる部分からなる第1の誘電体層4cと、ドレイン電極6bの延設部分からなる保持容量用の第2の電極6cとによって、第1の保持容量1iが形成されている。
ここで、ゲート絶縁層4は、下層側の厚いシリコン窒化膜4a(第1のゲート絶縁層)と、上層側の薄いシリコン窒化膜4b(第2のゲート絶縁層)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。また、ゲート絶縁層4において下層側の厚いシリコン窒化膜4aには、第1の電極3cと平面的に重なる領域に開口41aが形成されている一方、上層側の薄いシリコン窒化膜4bは、略全面に形成されている。このため、ゲート絶縁層4は、第1の電極3cと平面的に重なる領域(開口41と平面的に重なる領域)に、上層側のシリコン窒化膜4bのみからなる膜厚の薄い部分を備えており、かかる膜厚の薄い部分によって、第1の保持容量1iの第1の誘電体層4cが構成されている。なお、第1の電極3cの上層側のうち、第1の電極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、誘電体層4cは、この厚い絶縁膜で囲まれている。
また、本形態では、実施の形態1と同様、平坦化膜9の開口91内には、パッシベーション膜8のうち、保持容量用の第2の電極6cと重なる部分を第2の誘電体層8cとする第2の保持容量1jが形成されている。すなわち、平坦化膜9の開口91の底部において、第2の誘電体層8cの上層には、画素電極2aと同時形成されたITO膜からなる保持容量用の第3の電極2cが形成されており、第3の電極2cは、第2の誘電体層8cを介して第2の電極6cに対向している。しかも、第3の電極2cは、ゲート絶縁層4およびパッシベーション膜8を貫通する第2のコンタクトホール41、82を介して第1の電極3cに電気的に接続している。従って、本形態では、ドレイン電極6b(画素電極2a)と容量線3bとの間において、第1の保持容量1iおよび第2の保持容量1jが並列接続し、保持容量1hを構成している。
このように本形態では、素子基板10上にゲート電極3a、ドレイン電極6b、および画素電極2aの3つの導電層が形成され、かつ、これらの導電層の各層間の各々に絶縁層(ゲート絶縁層4およびパッシベーション膜8)が形成されていることを利用して2つの保持容量1i、1jを厚さ方向に多段に形成し、かつ、並列に接続している。しかも、第1の保持容量1iにおいては、第1の誘電体層4cが薄いシリコン窒化膜4bからなるため、単位面積当たりの静電容量が高い。従って、占有面積を拡張することなく、保持容量1hの単位面積当たりの静電容量を高めることができる。それ故、液晶を駆動する際の電荷の保持特性を向上することができる一方、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。
(液晶装置1の製造方法)
図9(a)〜(e)、および図10(a)〜(c)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。
図9(a)〜(e)、および図10(a)〜(c)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。
本形態でも、まず、図9(a)に示す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のアルミニウム膜やクロム膜などからなるゲート線3a(ゲート電極)、容量線3b、および第1の電極3cを形成する。
次に、図9(b)に示す第1のゲート絶縁層形成工程では、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(第1のゲート絶縁層)を約300nmの膜厚で形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いてシリコン窒化膜4aにエッチングを行い、図9(c)に示すように、開口41aを形成する。
次に、図9(d)に示す第2のゲート絶縁層形成工程では、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(第2のゲート絶縁層)を約100nmの膜厚で形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いてシリコン窒化膜4bにエッチングを行い、第2のコンタクトホール41bを形成する。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、ゲート絶縁層4には、開口41と平面的に重なる領域に、上層側の薄いシリコン窒化膜4bのみからなる第1の誘電体層4cが形成される。
次に、図5(c)、(d)を参照して説明した工程を行い、図9(e)に示すように、半導体層7a、オーミックコンタクト層7b、7c、ソース線6aおよびドレイン電極6bを形成する。その結果、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。また、容量線3bからの突出部分からなる保持容量用の第1の電極3cと、ゲート絶縁膜4のうち、第1の電極3cと重なる部分からなる第1の誘電体層4cと、ドレイン電極6bの延設部分からなる保持容量用の第2の電極6cとによって、第1の保持容量1iが形成される。
次に、図10(a)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、第1のコンタクトホール81および第2のコンタクトホール82を形成する。この工程により、パッシベーション膜8のうち、第2の電極6cと重なる部分によって第2の誘電体層8cが形成される。
次に、図10(b)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、開口91を備えた平坦化膜9を形成する。
次に、図10(c)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および第3の電極2cを形成する。その結果、平坦化膜9の開口91の底部では、第2の電極6cと、パッシベーション膜8の一部からなる第2の誘電体層8cと、第2の電極3cによって、第2の保持容量1jが形成される。しかも、第3の電極2cは、ゲート絶縁層4およびパッシベーション膜8を貫通する第2のコンタクトホール41、82を介して第1の電極3cに電気的に接続している。それ故、ドレイン電極6b(画素電極2a)と容量線3bとの間において、第1の保持容量1iおよび第2の保持容量1jが並列接続し、保持容量1hを構成する。
[実施の形態2の変形例]
上記形態では、図9(d)および図10(a)に示すように、第1の誘電体層4c(シリコン窒化膜4b)の第2のコンタクトホール41bと、第2の誘電体層8c(パッシベーション膜8)のコンタクトホール81、82とを各々、別の工程で形成した。但し、本形態では、第1の誘電体層4c(シリコン窒化膜4b)が薄いので、第1の電極3c(ゲート線3aおよび容量線3b)とドレイン電極6bとを高い選択比をもってエッチングできる場合や、ドレイン電極6bの膜厚が極めて厚い場合には、図11(a)に示すように、第1の誘電体層4c(シリコン窒化膜4b)および第2の誘電体層8c(パッシベーション膜8)を形成した後、レジストマスク80を形成した状態でエッチンングを行い、図11(b)に示すように、第1の誘電体層4c(シリコン窒化膜4b)の第2のコンタクトホール41bと、第2の誘電体層8c(パッシベーション膜8)のコンタクトホール81、82とを同時形成してもよい。
上記形態では、図9(d)および図10(a)に示すように、第1の誘電体層4c(シリコン窒化膜4b)の第2のコンタクトホール41bと、第2の誘電体層8c(パッシベーション膜8)のコンタクトホール81、82とを各々、別の工程で形成した。但し、本形態では、第1の誘電体層4c(シリコン窒化膜4b)が薄いので、第1の電極3c(ゲート線3aおよび容量線3b)とドレイン電極6bとを高い選択比をもってエッチングできる場合や、ドレイン電極6bの膜厚が極めて厚い場合には、図11(a)に示すように、第1の誘電体層4c(シリコン窒化膜4b)および第2の誘電体層8c(パッシベーション膜8)を形成した後、レジストマスク80を形成した状態でエッチンングを行い、図11(b)に示すように、第1の誘電体層4c(シリコン窒化膜4b)の第2のコンタクトホール41bと、第2の誘電体層8c(パッシベーション膜8)のコンタクトホール81、82とを同時形成してもよい。
[その他の実施の形態]
実施の形態2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。また、上記実施の形態1、2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。
実施の形態2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。また、上記実施の形態1、2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。
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第1の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。
[電子機器の実施形態]
図12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。
図12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。
1・・液晶装置(電気光学装置)、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、1i・・第1の保持容量、1j・・第2の保持容量、2a・・画素電極、2c・・第3の電極、3a・・ゲート線(ゲート電極/走査線)、3b・・容量線(配線)、3c・・第1の電極、4・・ゲート絶縁層、4a、4b・・シリコン窒化膜、4c・・第1の誘電体層、6a・・ソース線(データ線)、6b・・ドレイン電極、6c・・第2の電極、8・・パッシベーション膜(第1の層間絶縁膜)、8c・・第2の誘電体層、9・・平坦化膜(第2の層間絶縁膜)
Claims (5)
- 素子基板の各画素領域に、ゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層、ドレイン電極が順に積層された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタを覆う第1の層間絶縁膜に形成された第1のコンタクトホールを介して前記ドレイン電極に電気的に接続する画素電極と、保持容量とを有する電気光学装置において、
前記保持容量は、
前記ゲート電極と同一の層からなる第1の電極と、
前記ゲート絶縁層において前記第1の電極と重なる部分からなる第1の誘電体層と、
前記ドレイン電極から延設され、前記第1の電極に対して前記第1の誘電体層を介して対向する第2の電極と、
前記第1の層間絶縁膜において前記第2の電極と重なる部分からなる第2の誘電体層と、
該第2の誘電体層の上層で当該第2の誘電体層を介して前記第2の電極と対向し、前記第1の誘電体層および前記第2の誘電体層を貫通する第2のコンタクトホールを介して前記第1の電極に電気的に接続する第3の電極と、
を備えていることを特徴とする電気光学装置。 - 前記第1の層間絶縁層と前記画素電極との層間には第2の層間絶縁層が形成され、
当該第2の層間絶縁層には、前記第1のコンタクトホールの形成領域および前記第3の電極の形成領域を含む領域に開口が形成され、
前記画素電極は、前記開口の内側で前記第1のコンタクトホールを介して前記ドレイン電極に電気的に接続し、
前記第3の電極は、前記開口の底部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。 - 前記第3の電極は、前記画素電極と材料および膜厚が同一の導電層から構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電気光学装置。
- 前記ゲート絶縁層は、前記第1の誘電体層として前記第1の電極と重なる部分の膜厚が前記ゲート電極と重なる部分の膜厚よりも薄いことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の電気光学装置。
- 前記ゲート絶縁層は、前記第1の電極と重なる領域に開口を備えた第1のゲート絶縁層と、該第1のゲート絶縁層の上層側に形成された第2のゲート絶縁層とを備え、
前記第1の誘電体層は、前記第2のゲート絶縁層により構成されていることを特徴とする請求項4に記載の電気光学装置。
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