JP2008225338A - 電気光学装置およびその製造方法、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】レイアウト面積を増大させることなく、基板浮遊効果に起因する半導体層の電気的特性の劣化を抑制できる電気光学装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の電気光学装置は、基板２０上に形成された導電性遮光層３２と、基板２０上に導電性遮光層３２を覆うように形成された下地絶縁層３１と、下地絶縁層３１上に形成された半導体層２８と、半導体層２８のチャネル形成領域２８ａの直下に設けられ、下地絶縁層３１を貫通してチャネル形成領域２８ａと導電性遮光層３２とを電気的に接続する接続電極５１と、を備え、半導体層２８のチャネル形成領域２８ａが導電性遮光層３２を通じて一定電位に保持されている。
【選択図】図８

Description

本発明は、電気光学装置およびその製造方法、電子機器に関するものである。

絶縁基板上にシリコン膜を形成し、そのシリコン膜により半導体層を形成するＳＯＩ（Silicon On Insulator）技術は、半導体装置の高速化や低消費電力化、高集積化の利点を有することから広く研究されている。このＳＯＩ技術の一例として、単結晶シリコン基板の貼り合わせによるＳＯＩ基板の作製技術が知られている。一般に貼り合わせ法と呼ばれるこの手法は、単結晶シリコン基板と支持基板とを水素結合力によって貼り合わせた後、熱処理によって貼り合わせ強度を高める。次いで、単結晶シリコン基板の研磨、またはエッチングを行うことによって支持基板上に単結晶シリコン膜が形成される。この手法では、直接単結晶シリコン膜を薄膜化するため、シリコン膜の結晶性に優れ、高性能なデバイスを作製できる。

上記貼り合わせ法の応用例としては、単結晶シリコン基板上に水素イオンを注入し、これを支持基板と貼り合わせた後、熱処理によってシリコン薄膜を単結晶シリコン基板の水素注入領域から分離する手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、表面を多孔質化したシリコン基板上に単結晶シリコン薄膜をエピタキシャル成長させ、これを支持基板と貼り合わせた後にシリコン基板を除去し、多孔質シリコン層をエッチングすることにより支持基板上にエピタキシャル単結晶シリコン薄膜を形成する手法も知られている（例えば、特許文献２参照）。上記の貼り合わせ法によるＳＯＩ基板は、通常のバルク半導体基板と同様、様々なデバイスの作製に用いられているが、従来のバルク半導体基板と異なり、支持基板として様々な材料を使用することが可能である。すなわち、支持基板として通常のシリコン基板は勿論のこと、透明な石英基板やガラス基板などを用いることができる。透明基板上に結晶性に優れた単結晶シリコン膜を形成することにより、光透過性を必要とする電気光学装置、例えば透過型の液晶表示装置などにも高性能な半導体装置を形成することが可能となる。

一般的なバルク半導体基板を用いたＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）型半導体装置では、基板を通じてチャネル形成領域を所定の電位に保持することができるので、チャネル部の電位変化によって半導体装置の電気的特性が変化することはない。しかしながら、ＳＯＩ基板を用いたＭＩＳ型半導体装置では、チャネル形成領域の下側が下地絶縁膜で電気的に完全に分離されているため、チャネル形成領域を所定の電位に保持することができず、所謂、基板浮遊効果が生じ、チャネル形成領域が電気的に浮いた状態となる。そのため、ドレイン電極に高電圧を印加したとき、ドレイン領域近傍の高電界で加速されたキャリアと結晶格子との衝突によるインパクトイオン化現象により発生した余剰キャリアがチャネル形成領域の下部に蓄積する。すると、チャネル電位が上昇し、ソース・チャネル・ドレインのＮＰＮ（Ｎチャネル型の場合）構造が見掛け上のバイポーラ型半導体装置として動作する（寄生バイポーラ効果）。そして、異常電流が生じ、これにより半導体装置のソース・ドレイン間耐圧が劣化するなど、電気的な特性を悪化させるといった問題が生じる。

そこで、上記の問題を解決するために、半導体層のチャネル形成領域に延在部を設け、延在部の先端に設けたコンタクトホールによって延在部とトランジスタ下方の遮光膜とを電気的に接続した構成の電気光学装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。この構成においては、コンタクトホールを介して延在部と遮光膜とを電気的に接続したことによってチャネル形成領域を所定電位に保持でき、寄生バイポーラ効果を抑制することができる。
米国特許第５３７４５６４号明細書 特開平４−３４６４１８号公報 特開２００１−３０５５７７号公報

しかしながら、特許文献３に記載の技術では、寄生バイポーラ効果は抑制できるものの、通常の半導体層のチャネル形成領域から横に張り出すように延在部を設ける必要がある。そのため、トランジスタのレイアウト面積が増加し、回路面積の縮小化や高集積化を妨げる要因となっていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、レイアウト面積を増大させることなく、基板浮遊効果に起因する半導体層の電気的特性の劣化を抑制でき、優れた電気的特性が得られる電気光学装置およびその製造方法、上記電気光学装置を備えた電子機器を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明の電気光学装置は、ソース領域、ドレイン領域、およびチャネル形成領域を有する半導体層とゲート絶縁膜とゲート電極とを含む薄膜トランジスタが形成された基板を備えた電気光学装置であって、前記基板上に形成された導電性遮光層と、前記基板上に前記導電性遮光層を覆うように形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された半導体層と、前記半導体層のチャネル形成領域の直下に設けられ、前記絶縁層を貫通して前記半導体層と前記導電性遮光層とを電気的に接続する接続電極と、を備え、前記導電性遮光層が一定の電位に保持されたことを特徴とする。ここで、チャネル形成領域とは、前記半導体層においてゲート電極下領域のことを指す。

本発明の電気光学装置においては、半導体層のチャネル形成領域と導電性遮光層とが接続電極を介して電気的に接続され、半導体層のチャネル形成領域下部が導電性遮光層を通じて一定電位に保持されているため、インパクトイオン化現象により発生した余剰キャリアをチャネル形成領域下部から導電性遮光層に逃がすことができる。このようにして、余剰キャリアがチャネル形成領域の下部に蓄積するのを防止できるため、寄生バイポーラ効果等の基板浮遊効果に起因する薄膜トランジスタの電気的特性の劣化を抑制することができる。また、チャネル形成領域と導電性遮光層とを電気的に接続する接続電極が半導体層のチャネル形成領域の直下に設けられているため、従来のように半導体層に張り出し領域を設ける必要がなく、レイアウト面積が増加することがない。その結果、本発明の構成によれば、回路面積の縮小化や高集積化に寄与することができる。

本発明において、前記導電性遮光層が複数の前記薄膜トランジスタの下層側に連続して設けられ、前記複数の薄膜トランジスタの各々が前記接続電極を備えた構成としても良い。
この構成によれば、各薄膜トランジスタの半導体層に接続電極をそれぞれ形成することによって、チャネル形成領域と導電性遮光層とを電気的に接続することができる。このとき、例えば、導電性遮光層の端部を固定電位が供給される任意の配線等に接続しておくことによって、この導電性遮光層に接続された全ての薄膜トランジスタのチャネル形成領域下部を一括して一定電位に保持することができる。

あるいは、前記導電性遮光層が複数の前記薄膜トランジスタの各々の下層側に孤立して設けられ、前記複数の薄膜トランジスタの各々が前記接続電極を備え、前記薄膜トランジスタの上層側に設けられた固定電位供給配線と前記導電性遮光層とが電気的に接続された構成としても良い。
上記の構成とは逆に、場合によっては導電性遮光層が１つの薄膜トランジスタの下層側に孤立して設けられる場合もある。このような場合には、個々の導電性遮光層の電位を固定すること自体が比較的困難である。したがって、薄膜トランジスタの上層側に設けられた固定電位供給配線と導電性遮光層とを電気的に接続することによって、各導電性遮光層の電位を固定し、薄膜トランジスタのチャネル形成領域下部を一定電位に保持することができる。

本発明において、前記基板として石英基板を用いることができる。
この構成によれば、例えば１０００℃程度の高温半導体製造プロセスを用いて製造することができ、電気的特性に優れた薄膜トランジスタを提供することができる。

本発明において、前記半導体層として単結晶シリコン層を用いることができる。
単結晶シリコンは多結晶シリコンに比べて寄生バイポーラ効果が生じやすいという性質を持っているが、この構成によれば、寄生バイポーラ効果を抑制できるとともに、キャリア移動度が高く、高性能の薄膜トランジスタを提供することができる。

本発明の電気光学装置の製造方法は、ソース領域、ドレイン領域、およびチャネル形成領域を有する半導体層とゲート絶縁膜とゲート電極とを含む薄膜トランジスタが形成された基板を備えた電気光学装置の製造方法であって、前記基板上に導電性遮光層を形成する工程と、前記基板上に前記導電性遮光層を覆うように絶縁層を形成する工程と、後に前記半導体層のチャネル形成領域となる領域に前記絶縁層を貫通するコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホールの内部に導電体を埋め込むことによって接続電極を形成する工程と、前記絶縁層上に前記接続電極と接するように前記半導体層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、チャネル形成領域と導電性遮光層とを電気的に接続する接続電極を半導体層のチャネル形成領域の直下に形成するため、レイアウト面積を増加させることなく、寄生バイポーラ効果等の基板浮遊効果を抑制するための構造を比較的容易に作り込むことができる。

また、前記半導体層を形成する工程においては、前記絶縁層上に前記接続電極と接するように単結晶半導体基板を貼り合わせた後、前記単結晶半導体基板を厚さ方向で分離することによって前記半導体層を形成するようにしても良い。
このように、いわゆる貼り合わせ法を用いることによって単結晶半導体層を備えた薄膜トランジスタを作製することができ、高性能なデバイスを提供できる。

また、前記接続電極を形成する工程においては、前記コンタクトホールの内部を含む前記絶縁層上に導電体層を形成した後、前記絶縁層上の前記導電体層を除去することによって前記コンタクトホールの内部に導電体を残存させるようにしても良い。
この構成によれば、コンタクトホールの内部に接続電極を確実に形成できるとともに、絶縁層の上面を平坦化でき、後の工程で形成する半導体層や配線等が作りやすくなる。

本発明の電子機器は、上記本発明の電気光学装置を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、電気的特性に優れた電気光学装置を備えた電子機器を実現することができる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図９を参照して説明する。
本実施形態の電気光学装置は、プロジェクタの液晶ライトバルブ用途を想定した透過型液晶装置の例である。
図１は、本実施形態の液晶装置を各構成要素とともに対向基板の側から見た平面図である。図２は、図１のＨ−Ｈ’線に沿う断面図である。図３は、同液晶装置の等価回路図である。図４は、同液晶装置を構成する薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）アレイ基板の隣り合う複数の画素の平面図である。図５は、図４のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図６、図７は、ＴＦＴアレイ基板の製造工程の一部を示す断面図である。図８は、図９のＡ−Ａ’線に沿うＴＦＴの断面図である。図９はＴＦＴの平面図である。
なお、各図面においては、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せてある。

図１および図２に示すように、本実施形態の液晶装置１は、ＴＦＴアレイ基板２と対向基板３とがシール材４によって貼り合わされ、このシール材４によって区画された領域内に液晶層５が封入されている。液晶層５は、正の誘電率異方性を有する液晶材料から構成されている。シール材４の形成領域の内側の領域には、遮光性材料からなる遮光膜（周辺見切り）６が形成されている。シール材４の外側の周辺回路領域には、データ線駆動回路７および外部回路実装端子８がＴＦＴアレイ基板２の一辺に沿って形成されており、この一辺に隣接する２辺に沿って走査線駆動回路９が形成されている。ＴＦＴアレイ基板２の残る一辺には、表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路９の間を接続するための複数の配線１０が設けられている。また、対向基板３の角部においては、ＴＦＴアレイ基板２と対向基板３との間で電気的導通をとるための基板間導通材１１が配設されている。

図３は、本実施形態の液晶装置の等価回路図である。液晶装置の表示領域を構成すべくマトリクス状に配置された複数の画素には、画素電極１３がそれぞれ形成されている。また、画素電極１３の側方には、当該画素電極１３への通電制御を行うための画素スイッチング素子であるＴＦＴ１４が形成されている。このＴＦＴ素子のソースには、データ線１５が電気的に接続されている。各データ線１５には画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎがそれぞれ供給される。なお画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、各データ線１５に対してこの順に線順次で供給してもよく、相隣接する複数のデータ線１５に対してグループ毎に供給してもよい。

また、ＴＦＴ１４のゲートには、走査線１６が電気的に接続されている。走査線１６には、所定のタイミングでパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが供給される。なお、走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍは、各走査線１６に対してこの順に線順次で印加される。また、ＴＦＴ１４のドレインには、画素電極１３が電気的に接続されている。そして、走査線１６から供給された走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍにより、スイッチング素子であるＴＦＴ１４を一定期間だけオン状態にすると、データ線１５から供給された画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが、各画素の液晶に所定のタイミングで書き込まれる。

液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、画素電極１３と後述する共通電極との間に形成される液晶容量で一定期間保持される。なお、保持された画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎがリークするのを防止するため、画素電極１３と容量配線１７との間に蓄積容量１８が形成され、液晶容量と並列に配置されている。このように、液晶に電圧信号が印加されると、印加された電圧レベルにより液晶分子の配向状態が変化する。これにより、液晶に入射した光が変調されて階調表示がなされる。

図４、図５に示すように、本実施形態の液晶装置１は、石英基板を基板本体２０とするＴＦＴアレイ基板２と対向基板３とを備えている。ＴＦＴアレイ基板２と対向基板３との間には、液晶が封入されて液晶層５が形成されている。ＴＦＴアレイ基板２にはインジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）等の透明導電膜からなる画素電極１３が設けられており、その上側には配向膜２１が設けられている。また、ＴＦＴアレイ基板２の基板本体２０の液晶層５と反対側には偏光板２２が設けられている。他方、対向基板３には、基板本体２３上の全面にわたって共通電極２４が設けられ、共通電極２４上には配向膜２５が設けられている。共通電極２４も画素電極１３と同様、例えばＩＴＯ膜などの透明導電性膜から構成されている。また、対向基板３の基板本体２３の液晶層５と反対側には、偏光板２６が設けられている。

図４に示すように、ＴＦＴアレイ基板２上に、矩形状の複数の画素電極１３（点線部１３Ａにより輪郭が示されている）がマトリクス状に設けられており、画素電極１３の縦横の境界に各々沿ってデータ線１５および走査線１６が設けられている。また、ＴＦＴ１４を構成する半導体層２８のうち、図４中の右上がりの斜線領域で示したチャネル形成領域２８ａに対向するように走査線１６が配置されており、走査線１６はそのままＴＦＴ１４のゲート電極として機能する。

図５に示すように、本実施形態のＴＦＴ１４は、ＬＤＤ構造を有しており、ゲート電極からの電界によりチャネルが形成される半導体層２８のチャネル形成領域２８ａ、走査線１６と半導体層２８とを絶縁するゲート絶縁膜２９、半導体層２８の低濃度ソース領域２８ｂおよび低濃度ドレイン領域２８ｃ、半導体層２８の高濃度ソース領域２８ｄならびに高濃度ドレイン領域２８ｅを備えている。

ＴＦＴ１４の下層側には、下地絶縁膜３１を介して導電性遮光層３２が格子状に連続して設けられている。これにより、ＴＦＴアレイ基板２の下側からの光（戻り光）がＴＦＴ１４に入射するのが防止される。ＴＦＴ１４のチャネル形成領域２８ａは、低濃度ソース領域２８ｂおよび低濃度ドレイン領域２８ｃとの接合部を含め、導電性遮光層３２に覆われている。導電性遮光層３２は、複数の画素がマトリクス状に配置された画像表示領域からその周囲に延設されて任意の定電位源に接続され、固定電位とされている。また、容量線３３も画像表示領域からその周囲に延設され、定電位源と電気的に接続されて固定電位とされている。

図４および図５に示すように、データ線１５はコンタクトホール３４を介して中継導電膜３５に接続されており、中継導電膜３５はコンタクトホール３６を介して例えば単結晶シリコン膜からなる半導体層２８のうち高濃度ソース領域２８ｄに電気的に接続されている。また、画素電極１３は、中継導電膜３７を中継することにより、コンタクトホール３８、コンタクトホール３９を介して半導体層２８の高濃度ドレイン領域２８ｅと電気的に接続されている。

また、走査線１６上には、高濃度ソース領域２８ｄへ通じるコンタクトホール３６および高濃度ドレイン領域２８ｅへ通じるコンタクトホール３８が各々開孔された第１層間絶縁膜４１が形成されている。第１層間絶縁膜４１上には中継導電膜３５，３７、容量線３３が形成されており、これらの上には中継導電膜３５，３７へそれぞれ通じるコンタクトホール３４およびコンタクトホール３９が各々開孔された第２層間絶縁膜４２が形成されている。さらに、第２層間絶縁膜４２上には、データ線１５が形成されており、これらの上には、中継導電膜３７へ通じるコンタクトホール３９が形成された第３層間絶縁膜４３が形成されている。画素電極１３は、このように構成された第３層間絶縁膜４３の上面に設けられている。

図４、図５に示すように、本実施の形態では、蓄積容量１８は、ＴＦＴ１４の高濃度ドレイン領域２８ｅと画素電極１３とに電気的に接続された画素電位側容量電極としての中継導電膜３７と、固定電位側容量電極としての容量線３３の一部とが、誘電体膜４４を介して対向配置されることにより形成されている。また、蓄積容量１８は、遮光膜としての機能も有している。容量線３３は、第１膜４６と第２膜４７とが積層形成された多層膜からなり、それ自体が遮光膜として機能する。第１膜４６は、第２膜４７とＴＦＴ１４との間に配置された光吸収層としての機能を持ち、第２膜４７は、ＴＦＴ１４の上側において入射光からＴＦＴ１４を遮光する遮光層としての機能を持つ。なお、第２膜４７は導電性を有する必要はないが、導電性を有する材料によって形成すれば、容量線３３をより低抵抗化できる。

また、容量線３３は、平面的に見て、走査線１６に沿ってストライプ状に延びる本線部分を含み、この本線部分からＴＦＴ１４に重なる個所が、図４中上下に突出している。そして、図４中、縦方向にそれぞれ延びるデータ線１５と横方向にそれぞれ延びる容量線３３とが交差する領域に、ＴＦＴアレイ基板２上におけるＴＦＴ１４が配置されている。すなわち、ＴＦＴ１４は、対向基板３側から見て、データ線１５と容量線３３とにより二重に覆われている。そして、互いに交差するデータ線１５と容量線３３とにより、平面的に見て格子状の遮光層が構成されており、各画素の開口領域が規定されている。

本実施形態のＴＦＴ１４を簡略化して示した図が図８である。本実施形態のＴＦＴ１４は、図８に示すように、ＴＦＴ１４を構成する半導体層２８の下層側に導電性遮光層３２が形成されている。すなわち、石英基板からなる基板本体２０上に導電性遮光層３２が形成され、導電性遮光層３２を覆うように基板本体２０の全面に下地絶縁膜３１が形成されている。導電性遮光膜３２は、例えば膜厚２００ｎｍのタングステン・シリサイド（ＷＳｉ）で構成され、下地絶縁膜３１はシリコン酸化膜で構成されている。半導体層２８のチャネル形成領域２８ａの直下に下地絶縁膜３１を貫通するコンタクトホール５０が形成され、コンタクトホール５０の内部に例えばタングステン（Ｗ）等の導電性材料が埋め込まれることによって接続電極５１が形成されている。接続電極５１は、下地絶縁膜３１を貫通してチャネル形成領域２８ａと導電性遮光層３２とを電気的に接続するものである。タングステンはコンタクトホール５０内への充填性に優れ、比抵抗値も低い点で好適な材料であるが、接続電極５１の構成材料はこれに限るものではない。

本実施形態のＴＦＴ１４を平面的に見ると、図９に示すようになっている。この図は、走査線１６を取り除いて半導体層２８を露出させた状態で描いているが、半導体層２８の中央部がチャネル形成領域２８ａ、チャネル形成領域２８ａの左側が低濃度ソース領域２８ｂ、高濃度ソース領域２８ｄ、チャネル形成領域２８ａの右側が低濃度ドレイン領域２８ｃ、高濃度ドレイン領域２８ｅとなっている。この例では、接続電極５１はチャネル形成領域２８ａの略中央に形成されている。すなわち、接続電極５１は低濃度ソース領域２８ｂおよび低濃度ドレイン領域２８ｃから略等距離の位置にある。また、本実施形態では、導電性遮光層３２が複数の画素にわたって格子状に形成されているため、各画素のＴＦＴ１４が共通の導電性遮光層３２に電気的に接続されることになる。

以下、本実施形態のＴＦＴアレイ基板２の製造プロセスについて図６，図７を用いて説明する。
最初に、図６（ａ）に示すように、石英基板等からなる基板本体２０の全面に膜厚２００ｎｍのタングステン・シリサイド膜を形成した後、タングステン・シリサイド膜を周知のフォトリソグラフィー法、エッチング法によりパターニングして導電性遮光層３２を形成する。
次に、図６（ｂ）に示すように、導電性遮光層３２を覆うように基板本体２０の全面にＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜を形成した後、表面を平坦化して下地絶縁膜３１とする。

次に、図６（ｃ）に示すように、下地絶縁膜３１の、後に半導体層２８のチャネル形成領域２８ａとなる位置に、周知のフォトリソグラフィー法、エッチング法によりコンタクトホール５０を開口する。
次に、図６（ｄ）に示すように、コンタクトホール５０の内部を含む下地絶縁膜３１上の全面にコンタクトホール５０の半径以上の膜厚を有するタングステン膜５３を形成した後、図７（ｅ）に示すように、ＣＭＰ法やエッチバック法等を用いて下地絶縁膜３１表面のタングステン膜５３を除去してコンタクトホール５０の内部に埋め込まれたタングステン膜５３のみを残存させ、接続電極５１を形成する。

ここで、図７（ｆ）に示すように、別途、単結晶シリコン基板５５上に熱酸化法によりシリコン酸化膜５６を形成した後、シリコン酸化膜５６側から単結晶シリコン基板５５に水素イオン（Ｈ^＋）を注入する。これにより、単結晶シリコン基板５５の内部には、図７（ｆ）中に破線Ｈで示すような進入深さ分布を有する水素イオン注入層が形成される。このときの水素イオン注入条件としては、例えば加速エネルギーを６０〜１５０ｋｅＶ（本実施形態では、１００ｋｅＶ）、ドーズ量を５×１０^１６atoms/cm^２〜１５×１０^１６atoms/cm^２（本実施形態では、１０×１０^１６atoms/cm^２）とする。なお、水素イオンの加速電圧を変えて水素イオンの注入深さを変えることで、膜厚の異なる単結晶シリコン層を得ることができる。

次に、図７（ｇ）に示すように、単結晶シリコン基板５５のシリコン酸化膜５６を除去した後、水素イオン注入層Ｈ側の表面に基板本体２０の接続電極５１が形成された側の面を接合させ、単結晶シリコン基板５５を基板本体２０上に室温〜２００℃程度で貼り合わせる。
なお、上記の貼り合わせ工程は、以下のように行っても良い。
図７（ｆ）において、単結晶シリコン基板５５上にシリコン酸化膜５６を形成せず、単結晶シリコン基板５５に水素イオン（Ｈ^＋）を注入する。次に、図７（ｇ）に示すように、水素イオン注入層Ｈ側の表面に基板本体２０の接続電極５１が形成された側の面を接合させ、単結晶シリコン基板５５を基板本体２０上に室温〜２００℃程度で貼り合わせる。
次に、図７（ｈ）に示すように、貼り合わせ後の単結晶シリコン基板５５を薄膜化し、単結晶シリコン層５５ａを形成する。この単結晶シリコン層５５ａの膜厚としては、５０ｎｍ以上に設定するのが好ましく、本実施形態では１００ｎｍとする。この薄膜化は、貼り合わされた単結晶シリコン基板５５と基板本体２０とに、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気中で３５０℃〜７００℃の熱処理を施すことにより、水素イオン注入層Ｈの位置で単結晶シリコン基板５５を剥離する。これにより、単結晶シリコン層５５ａからなる半導体層２８を具備した基板本体２０が形成される。

この剥離現象は、水素イオン注入層Ｈに形成された欠陥層領域に注入されたイオンによりマイクロキャビティが生じ、半導体結晶の結合が分断されるために生じるものであり、水素イオン注入層Ｈにおけるイオン濃度のピーク位置でより顕著なものとなる。そのため、熱処理によって剥離される位置は、イオン濃度のピーク位置、つまり水素イオン注入層Ｈと略一致する。なお、分離後の基板表面は、単結晶シリコン層５５ａの表面に数ｎｍ程度の凹凸が残っているため、これを平坦化する必要がある。このため、ＣＭＰ法を用いて基板表面を微量（研磨量１０ｎｍ未満）に研磨するタッチポリッシュを用いることが望ましい。この平坦化の手法としては他にも水素雰囲気中にて熱処理を行う水素アニール法を用いることもできる。

その後は詳細な説明を省略するが、一般的な方法を用いてゲート絶縁膜２９、ゲート電極１６を形成し、ＴＦＴ１４を作成する。そして、図５に示す中継導電膜３５，３７を含む蓄積容量１８、データ線１５、画素電極１３等を順次形成した後、配向膜２１を形成することによって、本実施形態のＴＦＴアレイ基板２が完成する。一方、対向基板３側については、石英基板からなる基板本体２３上の全面にわたって共通電極２４を形成し、共通電極２４上に配向膜２５を形成することによって、対向基板３が完成する。そして、ＴＦＴアレイ基板２と対向基板３とをシール材４を介して貼り合わせ、液晶を注入することによって、本実施形態の液晶装置１が完成する。

本発明の液晶装置１においては、半導体層２８のチャネル形成領域２８ａと導電性遮光層３２とが接続電極５１を介して電気的に接続され、導電性遮光層３２が一定の電位に保持されているため、インパクトイオン化現象により発生した余剰キャリアをチャネル形成領域２８ａ下部から導電性遮光層３２に逃がすことができる。このように、余剰キャリアがチャネル形成領域２８ａの下部に蓄積するのを防止できるため、寄生バイポーラ効果等の基板浮遊効果に起因するＴＦＴの電気的特性の劣化を抑制することができる。また、チャネル形成領域２８ａと導電性遮光層３２とを電気的に接続する接続電極５１が半導体層２８のチャネル形成領域２８ａの直下に設けられているため、従来のように半導体層に張り出し領域を設ける必要もなく、レイアウト面積が増加することがない。その結果、本実施形態の構成によれば、回路面積の縮小化や高集積化に寄与することができる。

さらに本実施形態では、導電性遮光層３２が複数のＴＦＴ１４の下層側に連続して設けられた形態となっているので、各ＴＦＴ１４にそれぞれ接続電極５１を形成することによってチャネル形成領域２８ａと導電性遮光層３２とを電気的に接続することができる。このとき、画像表示領域外の導電性遮光層３２の端部が定電位源に接続されているため、この導電性遮光層３２に接続された全てのＴＦＴ１４のチャネル形成領域２８ａを一括して一定電位に保持することができる。

なお、本実施形態では、接続電極５１を備えたＴＦＴ１４を画素スイッチング素子として用いる例を示した。画素スイッチング素子の場合はＴＦＴのソースとドレインの相対的な電位の大小関係が入れ替わることが考えられるため、接続電極をチャネル形成領域の中央の低濃度ソース領域および低濃度ドレイン領域から略等距離の位置に配置することが望ましい。これに対して、接続電極を備えたＴＦＴを例えば周辺駆動回路等に用いる場合には、接続電極を、チャネル形成領域の中央ではなく、ソース領域寄りの位置に配置する方が余剰キャリアを逃がしやすくため、好ましい。ドレイン領域近傍の高電界によるインパクトイオン化で生じる余剰キャリアはソース領域寄りに蓄積しやすいからである。

［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図１０を参照して説明する。
本実施形態の液晶装置（電気光学装置）の基本構成は第１実施形態と同様であり、ＴＦＴの構成が異なるのみである。よって、以下では、ＴＦＴの断面構造を示す図１０を用いてＴＦＴの構成のみについて説明し、液晶装置全体の説明は省略する。
また、図１０において図８と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明は省略する。

第１実施形態においては、導電性遮光層３２が全ての画素にわたって連続して格子状に設けられており、導電性遮光層３２は画像表示領域の外側で任意の定電位源に接続されていたため、各画素のＴＦＴ１４のチャネル形成領域２８ａ下部は接続電極５１によって一括して電位が固定されていた。これに対して、導電性遮光層が１つの画素毎に孤立して設けられる場合もあり、この場合には導電性遮光層自体の電位を固定するのが困難である。本実施形態では、このような場合に好適な構成を例示する。

本実施形態においては、図１０に示すように、半導体層２８の下層側に下地絶縁膜３１を介して導電性遮光層６０が形成されているが、この導電性遮光層６０は、第１実施形態と異なり、画素毎に孤立して島状に形成されている。また、半導体層２８の上層側には高濃度ドレイン領域２８ｅにコンタクトホール６１を介して電気的に接続されたドレイン電極６２が設けられ、さらにドレイン電極６２と中継導電膜６３とが電気的に接続されている。また、中継導電膜６３は、蓄積容量６４の一方の電極（画素電位側容量電極）としても機能する。中継導電膜６３の上層には誘電体膜６５を介して蓄積容量６４の他方の電極（固定電位側容量電極）となる容量線６６（固定電位供給配線）が設けられている。導電性遮光層６０上には、下地絶縁膜３１、第１層間絶縁膜４１、第２層間絶縁膜４２を順次貫通するコンタクトホール６７が形成され、コンタクトホール６７を通じて導電性遮光層６０と容量線６６とが電気的に接続されている。

第１実施形態と同様、半導体層２８のチャネル形成領域２８ａの直下に下地絶縁膜３１を貫通するコンタクトホール５０が形成され、コンタクトホール５０の内部にチャネル形成領域２８ａと導電性遮光層６０とを電気的に接続するための接続電極５１が形成されている。したがって、半導体層２８のチャネル形成領域２８ａと容量線６６とは導電性遮光層６０を中継層として電気的に接続されている。上述したように、容量線６６は蓄積容量６４の固定電位側容量電極として機能するものであり、固定電位が供給されている。よって、半導体層２８のチャネル形成領域２８ａにも導電性遮光層６０を通じて容量線６６から固定電位が供給されることとなり、この経路を通じてチャネル形成領域２８ａ下部に蓄積する余剰キャリアを逃がすことができる。

一般的なＴＦＴアレイ基板においては、隣接する画素間にデータ線や走査線が配置されるため、データ線や走査線が格子状の遮光層として機能し、別途ＴＦＴの半導体層の遮光用として画素毎に孤立した島状の遮光層が用いられることがある。本実施形態の構成によれば、このような構成にも対応することができ、レイアウト面積を増加させることなく、寄生バイポーラ効果等の基板浮遊効果に起因するＴＦＴの電気的特性の劣化を抑制できる、という第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

［電子機器］
次に、上記実施形態の電気光学装置を備えた電子機器の一例である投射型液晶表示装置（液晶プロジェクタ）を、図１１を参照して説明する。
図１１に示す投射型液晶表示装置（電子機器）１１００では、上述した液晶装置（液晶ライトバルブ）１を含む液晶モジュールがＲ、Ｇ、Ｂ用のライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂとして採用されている。
この液晶プロジェクタ１１００では、メタルハライドランプなどの白色光源のランプユニット１１０２から光が出射されると、３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、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色に対応する光成分であるＲ光、Ｇ光、Ｂ光に分離され、対応する液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂ（液晶ライトバルブ１）に各々導かれる。この際に、Ｂ光は、光路が長いので、光損失を防ぐために入射レンズ１１２２、リレーレンズ１１２３、および出射レンズ１１２４からなるリレーレンズ系１１２１を介して導かれる。そして、ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂによって各々変調された３原色に対応する光成分Ｒ、Ｇ、Ｂは、ダイクロイックプリズム１１１２に３方向から入射して再度合成された後、投射レンズ１１１４を介してスクリーン１１２０などにカラー画像として投射される。

上記の構成によれば、上記実施形態の液晶装置１からなる液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂを備えているため、高品質な画像が得られる投射型液晶表示装置を実現することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態では接続電極を各ＴＦＴのチャネル形成領域毎に１個設けたが、接続電極を各ＴＦＴのチャネル形成領域毎に複数個設けてもよい。また上述したように、チャネル形成領域内の接続電極の配置については適宜設計することができる。また、上記実施形態では半導体層として単結晶シリコン層の例を挙げたが、単結晶シリコンに代えて、アモルファスシリコン、多結晶シリコン等に本発明を適用してもよい。また、シリコン以外の半導体材料に本発明を適用してもよい。その他、上記実施形態で挙げた各層の構成材料、膜厚、製法等に関する具体例は適宜変更が可能である。

本発明の第１実施形態の液晶装置の平面図である。 図１のＨ−Ｈ’線に沿う断面図である。 同液晶装置の等価回路図である。 同液晶装置を構成するＴＦＴアレイ基板の複数の画素の平面図である。 図４のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 同ＴＦＴアレイ基板の製造工程の一部を示す断面図である。 同製造工程の続きを示す断面図である。 図９のＡ−Ａ’線に沿うＴＦＴの断面図である。 同ＴＦＴの平面図である。 本発明の第２実施形態のＴＦＴの断面図である。 本発明の電子機器の一例である投射型液晶表示装置の概略構成図である。

符号の説明

１…液晶装置（電気光学装置）、２…ＴＦＴアレイ基板、１４…ＴＦＴ、２８…半導体層、２８ａ…チャネル形成領域、３１…下地絶縁膜、３２，６０…導電性遮光層、５１…接続電極、６６…容量線（固定電位供給配線）

Claims (9)

1. ソース領域、ドレイン領域、およびチャネル形成領域を有する半導体層とゲート絶縁膜とゲート電極とを含む薄膜トランジスタが形成された基板を備えた電気光学装置であって、
   前記基板上に形成された導電性遮光層と、
   前記基板上に前記導電性遮光層を覆うように形成された絶縁層と、
   前記絶縁層上に形成された半導体層と、
   前記半導体層のチャネル形成領域の直下に設けられ、前記絶縁層を貫通して前記半導体層と前記導電性遮光層とを電気的に接続する接続電極と、を備え、
   前記導電性遮光層が一定の電位に保持されたことを特徴とする電気光学装置。
2. 前記導電性遮光層が複数の前記薄膜トランジスタにわたって連続して設けられ、前記複数の薄膜トランジスタの各々が前記接続電極を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
3. 前記導電性遮光層が複数の前記薄膜トランジスタの各々の下層側に孤立して設けられ、前記複数の薄膜トランジスタの各々が前記接続電極を備え、前記薄膜トランジスタの上層側に設けられた固定電位供給配線と前記導電性遮光層とが電気的に接続されたことを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
4. 前記基板が石英基板であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電気光学装置。
5. 前記半導体層が単結晶シリコン層であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の電気光学装置。
6. ソース領域、ドレイン領域、およびチャネル形成領域を有する半導体層とゲート絶縁膜とゲート電極とを含む薄膜トランジスタが形成された基板を備えた電気光学装置の製造方法であって、
   前記基板上に導電性遮光層を形成する工程と、
   前記基板上に前記導電性遮光層を覆うように絶縁層を形成する工程と、
   後に前記半導体層のチャネル形成領域となる領域に前記絶縁層を貫通するコンタクトホールを形成する工程と、
   前記コンタクトホールの内部に導電体を埋め込むことによって接続電極を形成する工程と、
   前記絶縁層上に前記接続電極と接するように前記半導体層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする電気光学装置の製造方法。
7. 前記半導体層を形成する工程においては、前記絶縁層上に前記接続電極と接するように単結晶半導体基板を貼り合わせた後、前記単結晶半導体基板を厚さ方向で分離することによって単結晶半導体層を形成することを特徴とする請求項６に記載の電気光学装置の製造方法。
8. 前記接続電極を形成する工程においては、前記コンタクトホールの内部を含む前記絶縁層上に導電体層を形成した後、前記絶縁層上の前記導電体層を除去することによって前記コンタクトホールの内部に導電体を残存させることを特徴とする請求項６または７に記載の電気光学装置の製造方法。
9. 請求項１ないし５のいずれか一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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