JP2018146870A - 電気光学装置及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】薄膜トランジスターのゲート電極とドレインとのオーバーラップ領域を拡大することなく、薄膜トランジスターのリーク電流を低減することができる電気光学装置を提供する。【解決手段】この電気光学装置は、画素毎に素子基板に設けられた画素電極及び薄膜トランジスターと、薄膜トランジスターに接続された走査線及び信号線と、薄膜トランジスターの活性層の少なくとも一部に入射する光を遮光する遮光層とを備え、遮光層は、共通電位配線が配置された配線層の下層において、薄膜トランジスターの活性層の少なくとも一部上に配置され、共通電位が供給される遮光性導電体を含む。【選択図】図7
Description
本発明は、電気光学装置及び電子機器等に関する。
電気光学装置として、例えば、薄膜トランジスターによって液晶画素を制御して画像を表示するLCD(液晶表示)パネルを備えたアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置が知られている。そのようなLCDパネルにおいては、透光性を有する素子基板に、画素毎に画素電極、薄膜トランジスター、及び、保持容量が設けられると共に、薄膜トランジスターに接続された走査線及び信号線(データ線ともいう)等が設けられている。薄膜トランジスターのゲートは走査線に接続され、ソースは信号線に接続され、ドレインは画素電極に接続される。
画素電極と共通電極との間に配置された液晶層は、画素電極と共通電極との間に印加される電圧に従って、光源からLCDパネルに入射する照明光を透過又は反射する。ここで、光源からの光が薄膜トランジスターのPN接合(特に、チャネル近傍のドレイン又はソースの部分)に照射されると、薄膜トランジスターにリーク電流が発生する。それにより、画素電極と共通電極との間の電圧保持特性が低下して、輝度が変動したり、画素間で輝度ムラが発生したりするという問題がある。
関連する技術として、特許文献1には、薄膜トランジスターのゲート電極が半導体層に対する遮光膜としても機能するアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置が開示されている。このゲート電極は、データ線側LDD(lightly doped drain:低濃度不純物ドレイン)領域及び画素電極側LDD領域と重なる領域まで延在している。ゲート電極が遮光性を有しているので、データ線側LDD領域及び画素電極側LDD領域に対して上層側から入射しようとする光は、ゲート電極によって遮光される。
特許文献1によれば、薄膜トランジスターのゲート電極がLDD領域と重なる領域まで延在しているので、LDDが遮光される。しかしながら、ゲート電極とドレイン(LDDを含む)とのオーバーラップ領域が拡大すると、オーバーラップ領域に高電界が印加されてバンド間のトンネル現象を引き起こし、GIDL(ゲート誘導ドレインリーク)電流が増大するおそれがある。その場合には、画素電極と共通電極との間の電圧保持特性が低下して、点欠陥不良や表示斑が生じてしまう。
本発明の幾つかの態様は、薄膜トランジスターのゲート電極とドレインとのオーバーラップ領域を拡大することなく、薄膜トランジスターのリーク電流を低減することができる電気光学装置を提供することに関連している。さらに、本発明の幾つかの態様は、そのような電気光学装置を用いた電子機器等を提供することに関連している。
本発明の第1の態様に係る電気光学装置は、画素毎に素子基板に設けられた画素電極及び薄膜トランジスターと、薄膜トランジスターに接続された走査線及び信号線と、薄膜トランジスターの活性層の少なくとも一部に入射する光を遮光する遮光層とを備え、遮光層は、共通電位配線が配置された配線層の下層において、薄膜トランジスターの活性層の少なくとも一部上に配置され、共通電位が供給される遮光性導電体を含む。
本発明の第1の態様によれば、共通電位が供給される遮光性導電体が、薄膜トランジスターの活性層の少なくとも一部に入射する光を遮光するので、ゲート電極とドレインとのオーバーラップ領域を拡大することなく、薄膜トランジスターのリーク電流を低減することができる。その結果、画素電極と共通電極との間の電圧保持特性が向上して、輝度の変動や画素間の輝度ムラが低減される。例えば、遮光性導電体は、薄膜トランジスターの活性層の少なくとも一部上に絶縁膜を介して配置されていても良い。それにより、薄膜トランジスターの活性層の少なくとも一部に前方又は斜め前方から入射する光を遮光性導電体によって遮光することができる。
ここで、遮光層が、共通電位配線を含み、遮光性導電体は、共通電位配線から下方に延在するようにしても良い。それにより、保持容量の一端に共通電位を供給するために設けられている共通電位配線を、遮光性導電体に共通電位を供給するために利用することができる。
また、遮光性導電体が、タングステンで構成されていても良い。それにより、遮光性が高いタングステンが薄膜トランジスターの活性層の近傍に配置されるので、薄膜トランジスターへの光の侵入を効果的に抑制することができる。
さらに、遮光層が、平面視で薄膜トランジスターの低濃度不純物ドレイン領域を覆うようにしても良い。低濃度不純物ドレイン領域は薄膜トランジスターの空乏層が広がる領域であるので、遮光層が平面視で低濃度不純物ドレイン領域を覆うことにより、薄膜トランジスターのリーク電流を低減する効果が大きくなる。
また、遮光層が、走査線が配置された配線層において、薄膜トランジスターの活性層の少なくとも一部と遮光性導電体との間に配置されて遮光性導電体に接する電極をさらに含むようにしても良い。それにより、絶縁膜に対するエッチング選択比が高い配線材料からなる電極を、遮光性導電体が埋め込まれるトレンチを形成する際のエッチングストッパー膜として用いて、エッチングのばらつきを低減すると共に、遮光層の一部としても利用して、遮光層の遮光性能を向上させることができる。
以上において、遮光層が、共通電位配線が配置された配線層の下層において、平面視で薄膜トランジスターの活性層と重ならない領域に、少なくとも薄膜トランジスターの活性層と同じ深さまで延在する第2の遮光性導電体をさらに含むようにしても良い。それにより、共通電位が供給される第2の遮光性導電体によって、薄膜トランジスターの側方の少なくとも一部を遮光することができる。
また、薄膜トランジスターが、第3の遮光性導電体を介して信号線に接続されたソースと、第4の遮光性導電体を介して画素電極に接続されたドレインとを有するようにしても良い。それにより、薄膜トランジスターのソース及びドレインにそれぞれ接続される第3及び第4の遮光性導電体を形成する工程において、遮光層の遮光性導電体又は第2の遮光性導電体を同時に形成することができるので、遮光性導電体又は第2の遮光性導電体を含む遮光層を設けるための工程やコストを削減することができる。
以上において、共通電位配線の下層に位置する層間絶縁膜が、共通電位配線に接する平坦な面を有するようにしても良い。それにより、層間絶縁膜の段差による共通電位配線の加工不良のおそれを低減することができる。
本発明の第2の態様に係る電子機器は、上記いずれかの電気光学装置を備える。本発明の第2の態様によれば、輝度の変動や画素間の輝度ムラが低減された電気光学装置を用いて、品位の高い画像を表示する電子機器を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。以下の実施形態においては、電気光学装置の一例として、薄膜トランジスターによって液晶画素を制御して画像を表示するLCDパネルを備えたアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置について説明する。
図1は、本発明の各実施形態に係る液晶表示装置の構成例を示す平面図であり、図2は、図1に示すII−IIに沿った断面図である。図1及び図2に示すように、液晶表示装置100は、互いに対向して配置された素子基板10及び対向基板20と、それら一対の基板によって挟持された液晶層50とを有している。素子基板10の基材10a及び対向基板20の基材20aとしては、例えば、透光性を有するガラス基板等が用いられる。
素子基板10と対向基板20とは、対向基板20の外縁部に沿って額縁状に配置されたシール材40を介して貼り合わされ、その隙間に正又は負の誘電異方性を有する液晶が封入されて、液晶層50が構成される。シール材40としては、例えば、熱硬化性又は紫外線硬化性を有するエポキシ樹脂等の接着剤が使用され、一対の基板の間隔を一定に保持するために、シール材40にスペーサーが混入されても良い。
素子基板10の表示領域Aには、複数の画素Pが2次元マトリクス状に配列されている。画面の垂直方向(図中のY軸方向)に延在する第1の辺及び第2の辺(図1における左辺及び右辺)に沿って、走査線駆動回路11が配置されている。また、画面の水平方向(図中のX軸方向)に延在する第3の辺(図1における下辺)に沿って、データ線駆動回路12及び複数の外部接続端子が配置されている。
図2に示すように、素子基板10は、基材10aと、基材10aの液晶層50側の面に配置された複数の画素電極13及びTFT(図示せず)と、画素電極13を覆う配向膜14等とを含んでいる。また、対向基板20は、基材20aと、基材20aの液晶層50側の面に順に積層された見切り部21、平坦化層22、共通電極23、及び、配向膜24等とを含んでいる。
見切り部21は、例えば、遮光性を有する金属又は金属酸化物等を含み、表示領域Aを取り囲んでいる。平坦化層22は、例えば、シリコン酸化物等の無機材料を含み、透光性を有して見切り部21を覆うように設けられている。共通電極23は、平坦化層22を覆うと共に、図1に示すように対向基板20の四隅に設けられた上下導通部15により、素子基板10の配線に電気的に接続されている。
画素電極13及び共通電極23としては、例えば、ITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウム錫)又はIZO(Indium Zinc Oxide:酸化インジウム亜鉛)等の透明導電膜が用いられる。画素電極13を覆う配向膜14、及び、共通電極23を覆う配向膜24としては、例えば、シリコン酸化物等の無機材料の斜め蒸着膜(無機配向膜)、又は、ポリイミド等の有機配向膜が用いられる。
液晶表示装置100のLCDパネルは、透過型であって、光源から対向基板20に入射する光を変調して素子基板10から射出する。液晶表示装置100においては、非駆動時に画素Pが明表示となるノーマリーホワイトモードと、非駆動時に画素Pが暗表示となるノーマリーブラックモードとの内の一方が採用される。それに応じて、LCDパネルの光の入射側と射出側とに、2つの偏光素子がそれぞれ配置される。
図3は、図1及び図2に示す液晶表示装置の素子基板における電気的接続を示す回路図である。図3に示すように、液晶表示装置100は、画素P毎に素子基板10に設けられた画素電極13、TFT(薄膜トランジスター)30、及び、保持容量16を含む画素回路と、TFT30に接続された走査線1及び信号線2と、保持容量16の一端に接続された共通電位配線3とを有している。
走査線1は、画面の水平方向(図中のX軸方向)に延在しており、信号線2及び共通電位配線3は、画面の垂直方向(図中のY軸方向)に延在している。共通電位配線3は、共通電極23(図2)に電気的に接続されているので、保持容量16は、画素電極13と共通電極23との間に形成される画素容量に並列接続されている。
TFT30は、走査線1に電気的に接続されたゲートと、信号線2に電気的に接続されたソースと、画素電極13に電気的に接続されたドレインとを有し、スイッチング素子として機能する。以下においては、TFT30として、NチャネルMOSトランジスターが用いられる場合について説明する。
複数の走査線1は、走査線駆動回路11(図1)に電気的に接続されている。走査線駆動回路11は、複数の走査線1を経由して、走査信号SC1、SC2、…、SCmを複数のTFT30のゲートに供給する。また、複数の信号線2は、データ線駆動回路12(図1)に電気的に接続されている。データ線駆動回路12は、複数の信号線2を経由して、階調信号D1、D2、…、Dnを複数のTFT30のソースに供給する。
走査線駆動回路11によって走査信号SC1、SC2、…、SCmが順次ハイレベルに活性化されると、活性化された走査信号が供給される1行の画素回路において、TFT30がオン状態となって、データ線駆動回路12から供給される階調信号を画素電極13に供給する。階調信号は、画素容量及び保持容量16に一定期間保持される。
次に、図1〜図3に示す液晶表示装置100における素子基板10の構造について説明する。
<第1の実施形態>
図4は、本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置の素子基板の一部を示す平面図である。また、図5は、図4に示すV−Vに沿った断面図であり、図6は、図4に示すVI−VIに沿った断面図であり、図7は、図4に示すVII−VIIに沿った断面図である。なお、図4〜図7は、説明する部分が認識し易いように適宜拡大又は縮小されている。また、図4〜図6においては、共通電位配線3よりも上層が省略されている。本願において、「上」とは、素子基板10の主面に直交する方向の内で、主面から共通電位配線3に向かう方向を表し、「下」とは、「上」と反対の方向を表す。
<第1の実施形態>
図4は、本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置の素子基板の一部を示す平面図である。また、図5は、図4に示すV−Vに沿った断面図であり、図6は、図4に示すVI−VIに沿った断面図であり、図7は、図4に示すVII−VIIに沿った断面図である。なお、図4〜図7は、説明する部分が認識し易いように適宜拡大又は縮小されている。また、図4〜図6においては、共通電位配線3よりも上層が省略されている。本願において、「上」とは、素子基板10の主面に直交する方向の内で、主面から共通電位配線3に向かう方向を表し、「下」とは、「上」と反対の方向を表す。
素子基板10の基材10a上には、基材10a側から入射する戻り光を遮光すると共に、図2に示す対向基板20側から入射する入射光を反射させないために、遮光部101が配置されている。遮光部101の材料としては、例えば、タングステン(W)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、又は、タンタル(Ta)等の高融点金属の金属単体、合金、金属シリサイド、それらを積層したもの、又は、導電性ポリシリコン等が用いられる。以下においては、遮光部101の材料として、WSi(タングステンシリサイド)が用いられるものとする。
遮光部101上には、層間絶縁膜111を介してTFT30の活性層が配置されている。層間絶縁膜111は、例えば、シリコン酸化膜で構成される。TFT30の活性層は、例えば、不純物がドープされたポリシリコンで構成され、約40nmの厚さを有する。図7を参照すると、TFT30の活性層は、ソース領域30sと、信号線側のLDD領域30aと、画素電極側のLDD領域30bと、ドレイン領域30dとを含んでいる。
信号線側のLDD領域30aは、ソース領域30sよりもチャネル領域30cの近くに位置し、ソース領域30s及びドレイン領域30dよりも低濃度の不純物がドープされている。また、画素電極側のLDD領域30bは、ドレイン領域30dよりもチャネル領域30cの近くに位置し、ソース領域30s及びドレイン領域30dよりも低濃度の不純物がドープされている。
一般に、ドレイン又はソース近傍の高い電界によって高いエネルギーを有するホットキャリアがゲート絶縁膜に注入されたりするとゲート絶縁膜にダメージを与えるが、LDD領域30a及び30bを設けることにより、ドレイン又はソース近傍の電界を緩和して、ホットキャリアの発生を抑制することができる。
TFT30の活性層上には、ゲート絶縁膜112を介してゲート電極30gが配置されている。ゲート絶縁膜112は、例えば、シリコン酸化膜で構成される。また、ゲート電極30gは、例えば、不純物がドープされて導電性を有するポリシリコン膜を含み、ポリシリコン膜に金属シリサイド膜が積層された多層構造を有しても良い。
ゲート電極30g又はゲート絶縁膜112上には、層間絶縁膜113を介して、走査線1を含む第1の配線層が配置されている。走査線1は、金属を含み、例えば、チタン(Ti)層、窒化チタン(TiN)層、アルミニウム(Al)層、チタン(Ti)層、窒化チタン(TiN)層がこの順で積層された多層構造を有しても良い。窒化チタンは、アルミニウムよりも光反射性が低く、アルミニウムとの密着性に優れている。配線層に形成される他の配線等も、走査線1と同様に構成されても良い。
層間絶縁膜113に形成されたコンタクトホール内には、遮光性導電体としてのタングステンプラグ121が埋め込まれており、走査線1は、タングステンプラグ121を介してゲート電極30gに接続されている。また、層間絶縁膜113、ゲート絶縁膜112、及び、層間絶縁膜111に形成されたコンタクトホール内には、遮光性導電体としてのタングステンプラグ122及び123が埋め込まれており、走査線1は、タングステンプラグ122及び123を介して遮光部101に接続されている。TFT30の活性層に側方から入射する光は、TFT30の活性層を挟んで配置された一対のタングステンプラグ122及び123によって遮光される。
さらに、本実施形態においては、TFT30の活性層の少なくとも一部に入射する光を遮光する遮光層が、素子基板10に設けられている。遮光層は、共通電位配線3が配置された配線層の下層において、TFT30の活性層の少なくとも一部上に配置され、共通電位が供給される遮光性導電体としてのタングステンプラグ124を含んでいる。共通電位配線3は、TFT30の活性層の少なくとも一部上にゲート絶縁膜112、層間絶縁膜113、及び、層間絶縁膜114を介して配置されている。
遮光性導電体がタングステン(W)で構成される場合には、遮光性が高いタングステン(W)がTFT30の活性層の近傍に配置されるので、TFT30への光の侵入を効果的に抑制することができる。なお、遮光性導電体の材料としては、タングステン(W)以外にも、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、チタン(Ti)、チタンナイトライド(TiN)、クロム(Cr)、又は、モリブデン(Mo)を用いることができる。遮光性導電体の形成方法としては、例えば、アルミニウム(Al)を用いたリフローを適用することができ、その際に、チタン(Ti)又はチタンナイトライド(TiN)を含むバリア膜を形成しても良い。
例えば、タングステンプラグ124は、TFT30の活性層の少なくとも一部上に絶縁膜を介して配置されていても良い。それにより、TFT30の活性層の少なくとも一部に前方又は斜め前方から入射する光をタングステンプラグ124によって遮光することができる。
また、遮光層が、共通電位配線3を含み、タングステンプラグ124は、共通電位配線3から下方に延在するようにしても良い。それにより、保持容量の一端に共通電位を供給するために設けられている共通電位配線3を、タングステンプラグ124に共通電位を供給するために利用することができる。
そのために、共通電位配線3の下層の層間絶縁膜の厚さが局所的に薄くされて、トレンチ(凹部)が形成される。タングステンプラグ124は、層間絶縁膜のトレンチ内に埋め込まれて、共通電位配線3に接続されている。図6及び図7に示す例においては、トレンチが層間絶縁膜114を超えて層間絶縁膜113内にまで形成されて、タングステンプラグ124が共通電位配線3から層間絶縁膜113内にまで延在している。
遮光層は、平面視でTFTのLDD領域30a及び30bを覆うようにしても良い。本願において、「平面視」とは、素子基板10の主面(図中の上面)に垂直な方向から各部を透視することをいう。LDD領域30a及び30bはTFT30の空乏層が広がる領域であるので、遮光層が平面視でLDD領域30a及び30bを覆うことにより、TFT30のリーク電流を低減する効果が大きくなる。
また、遮光層は、図6に示すように、共通電位配線3が配置された第2の配線層の下層において、平面視でTFT30の活性層と重ならない領域に、少なくともTFT30の活性層と同じ深さまで延在するタングステンプラグ127(第2の遮光性導電体)をさらに含むようにしても良い。それにより、共通電位が供給されるタングステンプラグ127によって、TFT30の側方の少なくとも一部を遮光することができる。
図7に示すように、共通電位配線3が配置された第2の配線層は、タングステンプラグ125を介してTFTのソース領域30sに接続された配線131と、タングステンプラグ126を介してTFTのドレイン領域30dに接続された配線132とをさらに含んでいる。第2の配線層上には、層間絶縁膜115を介して第3の配線層が配置されている。
層間絶縁膜115にはトレンチが形成され、層間絶縁膜115上からトレンチ内に亘って、保持容量16の第1の電極となる導電膜141が配置されている。導電膜141は、共通電位配線3に接続されている。導電膜141上には、酸化アルミニウム(Al2O3)膜又は酸化ハフニム(HfO2)膜等を含む誘電体膜140を介して、保持容量16の第2の電極となる導電膜142が配置されている。導電膜142は、TFTのドレイン領域30dに電気的に接続されている。導電膜141及び142は、例えば、窒化チタン(TiN)又は金属で構成される。
第3の配線層上には、層間絶縁膜116を介して第4の配線層が配置されている。第4の配線層は、TFTのソース領域30sに電気的に接続された信号線2と、TFTのドレイン領域30dに電気的に接続された配線151とを含んでいる。第4の配線層上には、層間絶縁膜117を介して画素電極13が配置されている。画素電極13は、配線151等を介して、TFTのドレイン領域30d及び保持容量16の第2の電極(導電膜142)に電気的に接続されている。
このように、TFT30は、タングステンプラグ125(第3の遮光性導電体)を介して信号線2に接続されたソースと、タングステンプラグ126(第4の遮光性導電体)を介して画素電極13に接続されたドレインとを有している。それにより、TFT30のソース及びドレインにそれぞれ接続されるタングステンプラグ125及び126を形成する工程において、遮光層のタングステンプラグ124又は127を同時に形成することができるので、タングステンプラグ124又は127を含む遮光層を設けるための工程やコストを削減することができる。
<製造方法>
次に、図4〜図7に示す液晶表示装置の素子基板10の製造方法について、図8〜図13を参照しながら説明する。図8〜図13は、本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための工程図である。
次に、図4〜図7に示す液晶表示装置の素子基板10の製造方法について、図8〜図13を参照しながら説明する。図8〜図13は、本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための工程図である。
まず、図8に示すように、素子基板の基材10a上に遮光部101が形成される。例えば、基材10a上に、スパッター法によってタングステンシリサイド(WSi)膜が形成され、タングステンシリサイド膜上に、フォトリソグラフィー技術によって、所定のパターン形状を有するフォトレジストが形成される。このフォトレジストをマスクとして用いてエッチングを行うことにより、タングステンシリサイド膜がパターニングされる。その後、フォトレジストが除去される。
次に、図9に示すように、例えば、プラズマCVD法によって、遮光部101を覆う層間絶縁膜111が形成され、層間絶縁膜111の主面(図中の上面)が、CMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)によって平坦化される。続いて、層間絶縁膜111上に、TFTの半導体層30p及びゲート絶縁膜112が順次形成される。
例えば、層間絶縁膜111上にアモルファスシリコン膜が形成され、アニールによって、アモルファスシリコンが結晶化されてポリシリコンとなる。さらに、ポリシリコン膜上に、フォトリソグラフィー技術によって、所定のパターン形状を有するフォトレジストが形成される。このフォトレジストをマスクとして用いてエッチングを行うことにより、ポリシリコン膜がパターニングされて半導体層30pが形成される。その後、フォトレジストが除去されてゲート絶縁膜112が形成され、ゲート絶縁膜112を介して半導体層30pにボロン(B)等のP型の不純物が注入される(第1の注入工程)。
次に、図10に示すように、ゲート絶縁膜112上にゲート電極30gが形成される。例えば、ゲート絶縁膜112上に導電性を有するポリシリコン膜が形成され、ポリシリコン膜上に、フォトリソグラフィー技術によって、所定のパターン形状を有するフォトレジストが形成される。このフォトレジストをマスクとして用いてエッチングを行うことにより、ポリシリコン膜がパターニングされてゲート電極30gが形成される。その後、フォトレジストが除去される。
続いて、ゲート電極30gをマスクとして用いて、半導体層30p(図9)に燐(P)等のN型の不純物を低濃度で注入することにより(第2の注入工程)、TFTのLDD領域30a及び30bが形成される。一方、ゲート電極30g下方の半導体層30pは、TFTのチャネル領域30cとなる。
さらに、フォトリソグラフィー技術によって、ゲート電極30g及びその周囲を覆うフォトレジストが形成される。このフォトレジストをマスクとして用いて、半導体層30p(図9)にN型の不純物を第2の注入工程におけるよりも高濃度で注入することにより(第3の注入工程)、TFTのソース領域30s及びドレイン領域30dが形成される。その後、フォトレジストが除去されて、ゲート絶縁膜112及びゲート電極30g上に層間絶縁膜113が形成され、アニールによって、半導体層30p(図9)に注入されたN型の不純物が活性化されて活性層を構成する。
続いて、層間絶縁膜113上に、フォトリソグラフィー技術によって、所定のパターン形状を有するフォトレジストが形成される。このフォトレジストをマスクとして用いて、層間絶縁膜113、ゲート絶縁膜112、及び、層間絶縁膜111がエッチングされる。それにより、ゲート電極30g上の層間絶縁膜113にコンタクトホールが形成されると共に、図5及び図6に示すタングステンプラグ122及び123が埋め込まれるコンタクトホールが形成される。その後、フォトレジストが除去される。
次に、図11に示すように、ゲート電極30g上の層間絶縁膜113のコンタクトホールにタングステンプラグ121が形成される。その際に、図5及び図6に示すように、遮光部101に接続されるタングステンプラグ122及び123も同時に形成される。さらに、層間絶縁膜113上に、タングステンプラグ121〜123に接続される走査線1を含む第1の配線層が形成される。
例えば、スパッター法によって層間絶縁膜113上に導電膜が形成され、導電膜上に、フォトリソグラフィー技術によって、所定のパターン形状を有するフォトレジストが形成される。このフォトレジストをマスクとして用いてエッチングを行うことにより、導電膜がパターニングされて走査線1を含む第1の配線層が形成される。その後、フォトレジストが除去される。あるいは、タングステンプラグ121〜123を省略して、走査線1をコンタクトホール内に形成しても良い。
次に、図12に示すように、第1の配線層上に層間絶縁膜114が形成され、層間絶縁膜114の主面(図中の上面)が、CMP等によって平坦化される。さらに、層間絶縁膜114上に、フォトリソグラフィー技術によって、所定のパターン形状を有するフォトレジストが形成される。このフォトレジストをマスクとして用いて、層間絶縁膜114、層間絶縁膜113、及び、ゲート絶縁膜112をエッチングすることにより、TFT30の活性層に達する複数のコンタクトホールが形成される。その後、フォトレジストが除去される。また、別のフォトレジストをマスクとして用いて、層間絶縁膜114をハーフエッチングすることにより、タングステンプラグ124が埋め込まれるトレンチが形成される。その後、フォトレジストが除去される。
続いて、層間絶縁膜114等に形成された複数のコンタクトホールに、TFTのソース領域30sに接続されるタングステンプラグ125、及び、TFTのドレイン領域30dに接続されるタングステンプラグ126が形成される。その際に、層間絶縁膜114に形成されたトレンチに、遮光層の一部を構成するタングステンプラグ124が同時に形成される。さらに、層間絶縁膜114の主面をCMP又はエッチバックによって平坦化することにより、タングステンプラグ124〜126が整形される。
次に、図13に示すように、層間絶縁膜114上に、タングステンプラグ124に接続される共通電位配線3と、タングステンプラグ125及び126にそれぞれ接続される配線131及び132とを含む第2の配線層が形成される。例えば、スパッター法によって層間絶縁膜114上に導電膜が形成され、導電膜上に、フォトリソグラフィー技術によって、所定のパターン形状を有するフォトレジストが形成される。このフォトレジストをマスクとして用いてエッチングを行うことにより、導電膜がパターニングされて共通電位配線3等を含む第2の配線層が形成される。その後、フォトレジストが除去される。
共通電位配線3の下層に位置する層間絶縁膜114は、共通電位配線3に接する平坦な面(図中の上面)を有しているので、層間絶縁膜114の段差による共通電位配線3の加工不良のおそれを低減することができる。その一方、走査線1上の層間絶縁膜114の厚さを確保する必要があり、層間絶縁膜114の平坦化加工のばらつきにも鑑みると、遮光層を構成する共通電位配線3がTFTの活性層から遠くなってしまう。そこで、遮光層の一部としてタングステンプラグ124を設けることにより、遮光層をTFTの活性層に近付けることができる。その後、図7に示すように、層間絶縁膜115、保持容量16、層間絶縁膜116、信号線2及び配線151、層間絶縁膜117、画素電極13等が順次形成される。
<第2の実施形態>
図14は、本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置の素子基板の一部を示す断面図である。図14に示すように、第2の実施形態においては、遮光層が、共通電位配線3の下層において、TFT30のソース30s側に設けられたタングステンプラグ124aと、TFT30のドレイン30d側に設けられたタングステンプラグ124bとを含んでいる。それにより、TFT30のソース30s側とドレイン30d側とを対称的に遮光することができる。
図14は、本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置の素子基板の一部を示す断面図である。図14に示すように、第2の実施形態においては、遮光層が、共通電位配線3の下層において、TFT30のソース30s側に設けられたタングステンプラグ124aと、TFT30のドレイン30d側に設けられたタングステンプラグ124bとを含んでいる。それにより、TFT30のソース30s側とドレイン30d側とを対称的に遮光することができる。
また、層間絶縁膜113が他の層間絶縁膜よりも薄くなっており、走査線1が、層間絶縁膜113に形成されたコンタクトホール、及び、層間絶縁膜113、ゲート絶縁膜112、層間絶縁膜111に形成されたコンタクトホール内に延在している。それにより、図5等に示すタングステンプラグ121〜123を省略して、走査線1をTFTのゲート電極30g及び遮光部101に直接接続することができる。その他の点に関しては、第2の実施形態は、第1の実施形態と同様でも良い。
<第3の実施形態>
図15は、本発明の第3の実施形態に係る液晶表示装置の素子基板の一部を示す断面図である。図15に示すように、第3の実施形態においては、走査線1が配置された第1の配線層において、TFT30の活性層の少なくとも一部とタングステンプラグ124との間に配置されてタングステンプラグ124に接する電極4が設けられている。その他の点に関しては、第3の実施形態は、第1又は第2の実施形態と同様でも良い。
図15は、本発明の第3の実施形態に係る液晶表示装置の素子基板の一部を示す断面図である。図15に示すように、第3の実施形態においては、走査線1が配置された第1の配線層において、TFT30の活性層の少なくとも一部とタングステンプラグ124との間に配置されてタングステンプラグ124に接する電極4が設けられている。その他の点に関しては、第3の実施形態は、第1又は第2の実施形態と同様でも良い。
電極4は、第1の配線層の一部として、走査線1と同時に層間絶縁膜113上に形成される。従って、層間絶縁膜114をエッチングして、タングステンプラグ124が埋め込まれるトレンチを形成する際に、電極4は、エッチングの進行を所定の位置で停止させるエッチングストッパー膜として機能する。
その後、層間絶縁膜114のトレンチ内にタングステンプラグ124が形成され、タングステンプラグ124上に共通電位配線3が形成されると、電極4は、タングステンプラグ124と共に遮光層の一部となって、TFT30の活性層の少なくとも一部に入射する光を遮光する。
ここで、エッチングストッパー膜をシリコン酸化膜等の絶縁膜で構成すると、層間絶縁膜114に対するエッチング選択比を大きくすることができない。その場合には、エッチングのばらつきによって、トレンチの深さ、即ち、タングステンプラグ124の厚さで定まる遮光性能が画素毎にばらついて、表示斑の原因になる。また、シリコン酸化膜は遮光性を有していないので、遮光層がTFT30から遠くなって遮光性能が低下してしまう。
第3の実施形態によれば、絶縁膜に対するエッチング選択比が高い配線材料からなる電極4を、タングステンプラグ124が埋め込まれるトレンチを形成する際のエッチングストッパー膜として用いて、エッチングのばらつきを低減すると共に、遮光層の一部としても利用して、遮光層の遮光性能を向上させることができる。
<第4の実施形態>
図16は、本発明の第4の実施形態に係る液晶表示装置の素子基板の一部を示す断面図である。図16に示すように、第4の実施形態においては、遮光層の一部を構成する共通電位配線3が、保持容量16の第1の電極として用いられる。その他の点に関しては、第4の実施形態は、第1〜第3の実施形態のいずれかと同様でも良い。
図16は、本発明の第4の実施形態に係る液晶表示装置の素子基板の一部を示す断面図である。図16に示すように、第4の実施形態においては、遮光層の一部を構成する共通電位配線3が、保持容量16の第1の電極として用いられる。その他の点に関しては、第4の実施形態は、第1〜第3の実施形態のいずれかと同様でも良い。
保持容量16の第1の電極となる共通電位配線3上には、誘電体膜140を介して、保持容量16の第2の電極となる導電膜142が配置されている。導電膜142は、TFTのドレイン領域30dに電気的に接続されている。第4の実施形態によれば、遮光層の一部として設けられた共通電位配線3を、保持容量16の第1の電極として利用することができる。
本発明の第1〜第4の実施形態によれば、共通電位が供給されるタングステンプラグ124(又はタングステンプラグ124a及び124b)が、TFT30の活性層の少なくとも一部に入射する光を遮光するので、ゲート電極30gとLDD領域30a及び30bとのオーバーラップ領域を拡大することなく、TFT30のリーク電流を低減することができる。その結果、図2に示す画素電極13と共通電極23との間の電圧保持特性が向上して、輝度の変動や画素間の輝度ムラが低減される。
<電子機器>
次に、本発明の一実施形態に係る電子機器の一例として、本発明のいずれかの実施形態に係る液晶表示装置を用いたビデオプロジェクターについて説明する。
次に、本発明の一実施形態に係る電子機器の一例として、本発明のいずれかの実施形態に係る液晶表示装置を用いたビデオプロジェクターについて説明する。
図17は、ビデオプロジェクターの構成例を示す概略図である。図17に示すように、ビデオプロジェクター1000は、システム光軸Lに沿って配置された偏光照明装置1100と、光分離素子としてのダイクロイックミラー1104及び1105と、反射ミラー1106〜1108と、リレーレンズ1201〜1205と、光合成素子としてのクロスダイクロイックプリズム1206と、投射レンズ1207と、透過型の液晶ライトバルブ1210、1220、1230とを備えている。
偏光照明装置1100は、超高圧水銀灯やハロゲンランプ等の白色光源を含む光源としてのランプユニット1101と、インテグレーターレンズ1102と、偏光変換素子1103とを含んでいる。ダイクロイックミラー1104は、偏光照明装置1100から射出される偏光光束の内で、赤色光(R)を反射し、緑色光(G)及び青色光(B)を透過する。ダイクロイックミラー1105は、ダイクロイックミラー1104を透過した緑色光(G)を反射し、青色光(B)を透過する。
ダイクロイックミラー1104で反射された赤色光(R)は、さらに反射ミラー1106で反射された後に、リレーレンズ1205を経由して液晶ライトバルブ1210に入射する。ダイクロイックミラー1105で反射された緑色光(G)は、リレーレンズ1204を経由して液晶ライトバルブ1220に入射する。ダイクロイックミラー1105を透過した青色光(B)は、リレーレンズ1201〜1203と反射ミラー1107及び1108とを含む導光系を経由して、液晶ライトバルブ1230に入射する。
液晶ライトバルブ1210、1220、1230の各々においては、図1等に示す液晶表示装置100の入射側と射出側とに、クロスニコルに配置された一対の偏光素子が隙間を伴って配置されている。液晶ライトバルブ1210、1220、1230は、クロスダイクロイックプリズム1206の3つの入射面にそれぞれ対向するように配置されている。液晶ライトバルブ1210、1220、1230に入射した光は、画像信号に基づいて変調されて、クロスダイクロイックプリズム1206に向けて射出される。
クロスダイクロイックプリズム1206は、4つの直角プリズムが貼り合わされて構成され、その内面に、赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが、十字状に形成されている。それらの誘電体多層膜によって3色の光が合成されて、カラー画像を表す光が生成される。生成された光は、投射光学系としての投射レンズ1207によってスクリーン1300上に投射され、画像が拡大されて表示される。
電子機器としては、上記のビデオプロジェクター以外にも、例えば、投射型のHUD(ヘッドアップディスプレイ)、HMD(ヘッドマウントディスプレイ)、電子ブック、パーソナルコンピューター、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビデオレコーダー、カーナビゲーションシステム、電子手帳、及び、情報端末機器等が該当する。本実施形態によれば、輝度の変動や画素間の輝度ムラが低減された液晶表示装置を用いて、品位の高い画像を表示する電子機器を提供することができる。
以上においては、本発明を液晶表示装置に適用した実施形態について説明したが、本発明は、表示パネルの画素回路に発光素子として有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子を備えた電気光学装置にも適用可能である。このように、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、当該技術分野において通常の知識を有する者によって、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
1…走査線、2…信号線、3…共通電位配線、4…電極、10…素子基板、10a…基材、11…走査線駆動回路、12…データ線駆動回路、13…画素電極、14…配向膜、15…上下導通部、16…保持容量、20…対向基板、20a…基材、21…見切り部、22…平坦化層、23…共通電極、24…配向膜、30…TFT、30a、30b…LDD領域、30c…チャネル領域、30s…ソース領域、30d…ドレイン領域、30g…ゲート電極、30p…半導体層、40…シール材、50…液晶層、100…液晶表示装置、101…遮光部、111、113〜117…層間絶縁膜、112…ゲート絶縁膜、121〜127…タングステンプラグ、131、132、151…配線、140…誘電体膜、141、142…導電膜、1000…ビデオプロジェクター、1100…偏光照明装置、1101…ランプユニット、1102…インテグレーターレンズ、1103…偏光変換素子、1104、1105…ダイクロイックミラー、1106〜1108…反射ミラー、1201〜1205…リレーレンズ、1206…クロスダイクロイックプリズム、1207…投射レンズ、1210、1220、1230…液晶ライトバルブ、1300…スクリーン
Claims (9)
- 画素毎に素子基板に設けられた画素電極及び薄膜トランジスターと、
前記薄膜トランジスターに接続された走査線及び信号線と、
前記薄膜トランジスターの活性層の少なくとも一部に入射する光を遮光する遮光層と、
を備え、
前記遮光層は、共通電位配線が配置された配線層の下層において、前記薄膜トランジスターの活性層の少なくとも一部上に配置され、共通電位が供給される遮光性導電体を含む、電気光学装置。 - 前記遮光層が、共通電位配線を含み、前記遮光性導電体は、前記共通電位配線から下方に延在している、請求項1記載の電気光学装置。
- 前記遮光性導電体が、タングステンで構成されている、請求項1又は2記載の電気光学装置。
- 前記遮光層が、平面視で前記薄膜トランジスターの低濃度不純物ドレイン領域を覆う、請求項1〜3のいずれか1項記載の電気光学装置。
- 前記遮光層が、前記走査線が配置された配線層において、前記薄膜トランジスターの活性層の少なくとも一部と前記遮光性導電体との間に配置されて前記遮光性導電体に接する電極をさらに含む、請求項1〜4のいずれか1項記載の電気光学装置。
- 前記遮光層が、前記共通電位配線が配置された配線層の下層において、平面視で前記薄膜トランジスターの活性層と重ならない領域に、少なくとも前記薄膜トランジスターの活性層と同じ深さまで延在する第2の遮光性導電体をさらに含む、請求項1〜5のいずれか1項記載の電気光学装置。
- 前記薄膜トランジスターが、第3の遮光性導電体を介して前記信号線に接続されたソースと、第4の遮光性導電体を介して前記画素電極に接続されたドレインとを有する、請求項1〜6のいずれか1項記載の電気光学装置。
- 前記共通電位配線の下層に位置する層間絶縁膜が、前記共通電位配線に接する平坦な面を有する、請求項2〜7のいずれか1項記載の電気光学装置。
- 請求項1〜8のいずれか1項記載の電気光学装置を備える電子機器。
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