JP2694126B2 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
製造方法に関し、特に反射型液晶ライトバルブを用いた
投射型液晶表示装置及びその製造方法に関する。
Tに取って代わる可能性を秘めているものとして、投射
型の液晶表示装置が脚光を浴びてきている。既にHDT
VやOHPディスプレイに投射型液晶表示装置が用いら
れるようになってきている。
源、ライトバルブ、スクリーン、及び光学フィルタ、投
射レンズ等からなる。ライトバルブには液晶表示パネル
が用いられ、光源からの光を透過させてスクリーンに画
像を映し出す方式の透過型液晶ライトバルブと、光源か
らの光を反射させてスクリーンに画像を映し出す反射型
液晶ライトバルブとがある。
ス型の液晶表示装置は、スイッチング素子及びスイッチ
ング素子に接続された表示電極が形成されたアレイ基板
と、アレイ基板と所定の間隔(セルギャップ)を隔てて
対向して設けられた対向電極が形成された対向基板とか
らなり、アレイ基板と対向基板との間の領域に液晶が封
入されている。
めには、所定のセルギャップをパネルの表示面全体にわ
たって均一に得る必要があり、そのため直径数ミクロン
のガラス球或はプラスチック球をスペーサとして多数散
布して均一のセルギャップを得るようにしているものが
ある。しかし、このスペーサを用いる方法は、球の直径
の均一性やスペーサ球をパネルに均一に分散させるのが
極めて困難であるというプロセス上の問題を有し、また
画素上に位置したスペーサにより光のロスが生じるとい
う問題を有している。
法に代えて、セルギャップに絶縁膜等からなる柱を形成
してスペーサとして利用する方法が提案されている。こ
れは主として、半導体装置の製造工程で一般に用いられ
るフォトリソグラフィ工程を利用し、シリコン酸化膜の
柱をスペーサとしてセルギャップに形成するものであ
り、従来のスペーサ球を用いる場合と比較してスペーサ
の位置、数、高さを自由にコントロールできるという利
点を有している。
して用いた従来の反射型液晶ライトバルブの概略断面図
である。シリコン基板100上に詳細な図示を省略した
トランジスタ104が形成されている。シリコン基板1
00及びトランジスタ104上に厚さ約2μmのシリコ
ン酸化膜102が形成され、シリコン酸化膜102上に
は光吸収層106が形成されている。光吸収層106上
に厚さ5000Åのシリコン窒化膜108が形成され、
その上にAlからなる厚さ1500Åの光反射膜112
が形成されている。
2、シリコン窒化膜108に形成されたスルーホールに
埋め込まれたタングステン(W)のスタッド110によ
りトランジスタ104のソース電極(図示せず)に接続
されて、液晶を駆動する表示電極としても機能するよう
になっている。一つの光反射膜112で一つの表示画素
のサブピクセルが構成される。隣り合う光反射膜112
間(距離約1.7μm)にはAl層が形成されておら
ず、図示のように高さ約5μmのシリコン酸化膜の柱状
スペーサ118が所定の光反射膜112間に形成されて
いる。図10の断面図中、柱状スペーサ118は両側の
光反射膜112に約1μm程度乗り上げて形成されてい
る。スペーサ118を介して対向基板であるガラス保護
基板116が形成されている。ガラス保護基板116の
光反射膜側には全面に対向電極114が形成されてい
る。スペーサ118により生じた厚さ約5μmのセルギ
ャップに液晶が封入され液晶層120が形成されてい
る。
データ線に接続されたドレイン電極、及び走査線に接続
されたゲート電極(以上、図示を省略)が形成されたF
ET(電界効果型トランジスタ)であり、ゲートのオン
状態でデータ線に印加された電圧を表示電極である光反
射膜112に印加するスイッチング素子として機能す
る。
ある光反射膜112と対向電極114との間に印加され
る電圧に応じて液晶分子122の向きを変化させて光の
透過率を変化させることにより、ガラス保護基板116
側から入射した光を、光反射膜112まで透過させ反射
させてガラス保護基板116から再出射させたり、或は
透過させないようにして表示を行う。
行うこのような投射型液晶表示装置では、表示輝度を如
何に向上させるかが問題である。表示輝度を向上させる
には、例えばサブピクセルの開口率を大きくさせること
が考えられるが、図10に示した反射型液晶ライトバル
ブにおいては柱状スペーサ118が両側の光反射膜11
2上に乗り上げており、光反射膜112の光反射面積を
減少させているため、サブピクセルの開口率を下げる要
因となっている。
に乗り上げて形成されてしまう理由を図11を用いて説
明する。シリコン窒化膜108及びその上に形成された
光反射膜112の上に厚さ約5μmのシリコン酸化膜を
堆積させる。全面にレジストを塗布してから露光してパ
ターニングし、光反射膜112の境界に形成すべきスペ
ーサの位置にマスクとしてのレジスト層132を形成す
る(図11(a))。レジスト層132をマスクとして
シリコン酸化膜130をエッチングし、所望の柱状スペ
ーサ118を得る(図11(b))。
ト層132のパターニングに使用される露光装置のアラ
インメント精度が十分でないのでパターニングの位置合
わせに余裕を持たせる必要があり、そのため大きめのパ
ターニング用マスクを使用してレジスト層132を露光
せざるを得ない。従って、パターニングされたレジスト
層の幅は光反射膜112間の距離約1.7μmより広く
ならざるを得ず、例えば4μm程度の幅に形成されてし
まう。このパターニングされたレジスト層をマスクにス
ペーサ118を形成すると、スペーサ118は光反射膜
112間の距離より広い幅約4μmに形成されて、両側
の光反射膜112上に約5.3μm2程度乗り上げてし
まうことになる。その結果、サブピクセルの開口率は約
5%程度低下せざるを得なかったのである。
向上させて表示輝度を向上させた液晶表示装置及びその
製造方法を提供することにある。
射させるとともに表示電極としても機能する複数の光反
射膜と、反射膜の光入射側に対向して設けられた対向電
極と、光反射膜と対向電極との間に封止された液晶層
と、所定のセルギャップを維持するよう液晶層中に形成
された柱状のスペーサと、少なくとも複数の光反射膜間
の下層に形成された光吸収層とを有する液晶表示装置に
おいて、スペーサが、光反射膜間上に形成され、光反射
膜上には形成されていないことによって達成される。
吸収層が、ほぼ100Åの厚さのTi、ほぼ1000Å
の厚さのAl、ほぼ500Åの厚さのTiNがこの順に
積層されて形成されることによって達成される。
層を形成し、光吸収層上に第1の絶縁膜を介して複数の
光反射膜を形成し、全面に第2の絶縁膜を形成し、第2
の絶縁膜上全面にポジ型フォトレジストを塗布してレジ
スト層を形成し、レジスト層を上面から露光し現像する
ことにより、自己整合的(セルフアライン的)に複数の
光反射膜間の領域上部にのみレジスト層を残してマスク
を形成し、当該マスクを用いて第2の絶縁膜をエッチン
グして複数の光反射膜間上に柱状のスペーサを形成する
ことにより達成される。
数のスイッチング素子を形成し、全面に第1の絶縁膜を
形成し、第1の絶縁膜上に光吸収層を形成し、全面に第
2の絶縁膜を形成し、光吸収層と電気的に絶縁され、且
つ複数のスイッチング素子に電気的に夫々接続される導
電性の複数のスタッドを形成し、スタッドと電気的に夫
々接続され、複数のスイッチング素子と夫々対応する導
電性の複数の光反射膜を第2の絶縁膜上に形成し、全面
に第3の絶縁膜を形成し、第3の絶縁膜上全面にポジ型
フォトレジストを塗布してレジスト層を形成し、レジス
ト層を上面から露光し現像することにより、自己整合的
に複数の光反射膜間の領域上部にのみレジスト層を残し
てマスクを形成し、マスクを用いて第3の絶縁膜をエッ
チングして複数の光反射膜間上に柱状のスペーサを形成
し、当該スペーサで支持される対向電極が形成された対
向基板を貼り合わせ、当該スペーサにより形成されるセ
ルギャップ中に液晶を封止することにより達成される。
製造方法において、レジスト層を露光する際、スペーサ
を形成すべき位置をマスクして露光することにより達成
される。
レジストを塗布してレジスト層を形成してレジスト層を
上面から露光し現像することにより、自己整合的(セル
フアライン的)に複数の光反射膜間の領域上部にのみマ
スクとしてのレジスト層を残すようにするので、当該マ
スクにより絶縁膜をエッチングして複数の光反射膜間上
のみに柱状スペーサを形成することができる。
乃至図3を用いて説明する。図1は本実施例による液晶
表示装置の反射型液晶ライトバルブの部分断面図であ
る。例えばシリコン基板1である半導体基板上のフィー
ルド酸化膜12で画定された複数の領域にFET(電界
効果型トランジスタ)が夫々形成されている。FETは
以下のような構造である。シリコン基板1上に例えばS
iO2からなる厚さ150〜500Åのゲート絶縁膜2
が形成され、その上に例えばポリシリコンからなる厚さ
例えば0.44μmのゲート電極4が形成されている。
ゲート電極4の両側領域のシリコン基板1中にドレイン
領域6及びソース領域8が形成されている。ゲート電極
4下部のシリコン基板1にチャネル領域10が形成され
ている。
の蓄積容量線16が形成されている。層間絶縁膜である
シリコン酸化膜14、18上に例えばアルミニウム(A
l)からなる厚さ0.7μmのデータ線20及びソース
電極22が形成され、データ線20はFETのドレイン
領域6に接続され、ソース電極22はソース領域8に接
続されている。
して光吸収層26が形成されている。この光吸収層26
は、好ましい例として、下層から順に厚さ100Åのチ
タン(Ti)層、厚さ1000ÅのAl層、厚さ500
Åのチタンナイトライド(TiN)層からなる160n
mの厚さの層である。これら材料をこの層厚に積層する
ことにより、光吸収層26中に入射する光(波長380
〜700Å)の反射を防止することができる(反射率2
5%程度)とともにFET側への光の透過をも防止させ
る(透過率0%)ことができるようになる。この光吸収
層26により、画像のコントラストの向上を図り、また
FETでのリーク電流の発生を防止することができるよ
うになる。
00nmのシリコン窒化膜28が形成され、その上に厚
さ例えば150nmのAlの光反射膜32が形成されて
いる。シリコン酸化膜24及びシリコン窒化膜28に形
成されたスルーホールにCVD法で形成された例えばタ
ングステン(W)のスタッド30を介してFETのソー
ス電極22と光反射膜32とが接続されている。光吸収
層26はタングステンスタッド30の周囲で開口してお
り、タングステンスタッド30と電気的に接続されない
ようになっている。
ており、一つの光反射膜32で表示画素の一つのサブピ
クセルを構成している。各光反射膜32間は所定の距離
例えば1.5〜1.7μm程度分離しており、図示する
ように、所望のセルギャップに応じて決められた厚さ2
〜5μm程度の例えばSiO2からなる柱状スペーサ3
4が形成されている。
上げることなく光反射膜32間に位置し、スペーサ幅が
ほぼ光反射膜32間の距離に等しく形成されている。従
って、柱状スペーサ34によるサブピクセルの開口率の
低下を引き起こすことはない。スペーサ34は所定の間
隔で基板全体に複数個設けられており、所定のセルギャ
ップを保持することができるようになっている。
ウム・ティン・オキサイド)からなる透明電極である対
向電極38が形成されたガラス保護基板40が貼り合わ
されている。光反射膜32と対向電極38との間の領域
(セルギャップ)は液晶材料が封入された液晶層36で
ある。液晶分子は配向膜(図示せず)により配向させら
れている。
ルブの概観を示す斜視図である。柱状スペーサ34は、
図示のごとく所定の間隔で光反射膜32間の領域に形成
されている。サブピクセルを構成する光反射膜32は、
本実施例においては一辺の長さ17μmの正方形形状に
形成されている。このサブピクセルが例えば1280行
1600列のマトリクス状に配置されてライトバルブを
構成する。
て、光反射膜32は、ガラス保護基板40側から入射し
てきた光を反射させる機能とともに、液晶層36に電圧
を印加する表示電極としての機能も有している。そし
て、FETは、データ線20に供給された信号電圧をゲ
ート4のオン時に表示電極である光反射膜32に印加す
るスイッチング素子として機能する。FETのオン時に
表示電極である光反射膜32と対向電極38との間に印
加される電圧に応じて液晶分子(図示せず)の向きを変
化させて光の透過率を変化させることにより、ガラス保
護基板40側から入射した光を光反射膜32まで透過、
反射させてガラス保護基板40から再出射させたり、或
は透過させないようにして表示を行う。
ルブを用いた投射型液晶表示装置の概略図である。光源
42から出射した直線偏光した光は偏光ビームスプリッ
タ44で反射されてカラーセパレーションプリズム46
に入射し、ここで赤(R)、緑(G)、青(B)の三原
色に分離されて赤(R)、緑(G)、青(B)用の反射
型液晶ライトバルブ48、50、52に夫々入射する。
各反射型液晶ライトバルブで各サブピクセルに対する輝
度変調が行われた光は反射して再びカラーセパレーショ
ンプリズム46に入射し、元の偏光とは90度ずれた直
線偏光の光となって偏光ビームスプリッタ44に入射す
る。反射型液晶ライトバルブ48、50、52からの反
射光は偏光ビームスプリッタ44を通過して投影レンズ
54に入射し、拡大されてスクリーン56に投影され
る。
の製造方法を図4乃至図8を用いて説明する。本実施例
による液晶表示装置の製造方法は、柱状スペーサ34の
製造方法に特徴を有しているのでそれ以前の工程は概説
するに止める。まずシリコン基板1上にフィールド酸化
膜12を形成して複数のFETの素子形成領域を画定す
る。素子形成領域内のシリコン基板1上にシリコン酸化
膜を形成し、その上にCVD法によりポリシリコン膜を
成長させる。パターニングしてゲート絶縁膜2及びゲー
ト電極4を形成する。
させ、ドレイン領域6及びソース領域8を形成する。C
VD法により層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜14を
形成し、その上に蓄積容量線16を形成してからさらに
層間絶縁膜としてシリコン酸化膜18を堆積する。コン
タクトホールを開口してからデータ線20及びソース電
極22を形成する。
上に順次厚さほぼ100Åのチタン(Ti)層、厚さほ
ぼ1000ÅのAl層、厚さほぼ500Åのチタンナイ
トライド(TiN)層を積層してほぼ160nmの厚さ
の光吸収層26を形成する。光吸収層26の所定領域に
後に形成するスタッド30が接触せずに貫通する大きさ
のスルーホールを形成する。次に全面に例えば厚さ40
0〜500nmのシリコン窒化膜28を形成する。
24及びシリコン窒化膜28にコンタクトホールを形成
しCVD法によりタングステン(W)のスタッド30を
形成する。次に、全面に例えばAlを堆積してパターニ
ングし、各スタッド30に夫々接続され、厚さ約150
nm、幅約17μmの正方形の光反射膜32を例えば1
280行1600列のマトリクス状に形成する。本実施
例においては、光反射膜32間の距離は1.7μmであ
る(図4)。
化膜60を所望のセルギャップが得られるように厚さ2
〜5μm堆積する(図4)。次に、化学的機械的研摩法
(CMP)によりシリコン酸化膜60上面を例えば約
0.5μm程度研摩して平坦化させる(図5)。
ば0.5μm堆積させた後、ポジ型フォトレジストを厚
さ約3.7μm塗布してフォトレジスト膜64を形成す
る。その後、フォトレジスト膜64を全面露光する(図
6)。
とレジストイメージのサイズが同じになる露光量(1:
1露光量、EOP)の60%程度のアンダー露光とし、露
光波長が320〜450Åであるとすると、下地のコン
トラストの差、即ち光反射膜32(反射率80〜90
%)と光反射膜32間の下部の光吸収層26(反射率1
0〜20%)との光反射量の差によりフォトレジスト膜
64の光反射膜32上部の露光量と光反射膜32間上部
の露光量とに際立った差が生じることになる。この露光
量の差により、光反射膜32上部のフォトレジスト膜6
4は感光され、光反射膜32間のフォトレジスト膜64
は最表面以外は感光されず、セルフアライン的な露光が
されることになる。
ーニング用マスク68を用いて、1:1露光量程度の露
光量でフォトレジスト膜64を再露光する。ここで図9
は基板1を光反射膜32側から観察した平面図である。
再露光後現像して光反射膜32間上のフォトレジスト膜
64を光反射膜32間の長さ方向にパターニングして光
反射膜32間の所定領域に所定長さのスペーサ34形成
用のマスク66を形成する。形成されたマスク66の幅
はほぼ光反射膜32間の距離1.7μmに規定される
(図7)。
チング(RIE)によりシリコン酸化膜60、62をエ
ッチングして柱状スペーサ34が完成する(図8)。柱
状スペーサ34は、光反射膜32間に位置し、スペーサ
幅がほぼ光反射膜32間の距離に等しく形成される。
8が形成されたガラス保護基板40を貼り合わせ、セル
ギャップに液晶を封止して反射型液晶ライトバルブが完
成する。
スペーサ形成のためのフォトリソグラフィ工程で下地の
コントラストの差を利用したセルフアラインプロセスを
用いるので、柱状スペーサ34は、光反射膜32間に位
置し、スペーサ幅がほぼ光反射膜32間の距離に等しく
形成することができるようになる。
所定の長さのスペーサ34を形成したが、他の実施例と
して図9のB及びCに示すようなマスク68を用いるこ
とにより任意の領域に所望のスペーサ34を形成するこ
とが可能である。
列方向に交差した位置にマスク66を形成する場合を示
している。基板1上の光反射膜32間全域に残っている
フォトレジスト膜64を図9のBに示すような例えば正
方形形状のレジストパターニング用マスク68を用いて
オーバー露光、オーバー現像し、光反射膜32間上のフ
ォトレジスト膜64をパターニングして、交差位置に正
方形形状のマスク66を形成する。
てCに示すような正方形形状のレジストパターニング用
マスク68を用いてパターニングし、低部が十字形状の
マスク66を光反射膜32間の行方向及び列方向に交差
した領域に形成したものである。
34は面積が広く体積も大きいのでスペーサの耐加重性
能を向上させることができる。これらのマスク66を用
いて形成したスペーサを図2に例示する。図2中スペー
サ70は図9のAのマスク66により形成したものであ
り、スペーサ72は図9のBのマスク66により、スペ
ーサ74は図9のCのマスク66により形成されたもの
である。
膜64のパターニングを自己整合的にパターニングする
工程と、レジストパターニング用マスクによるパターニ
ングとの2つの工程に分けて行ったが、フォトレジスト
膜64の形成後、露光の際、光反射膜32間の柱状スペ
ーサ34を形成すべき位置に図9の夫々で示したような
レジストパターニング用マスク68を同時に用いて露光
し、スペーサの底部が光反射膜32に乗り上げないよう
になるまで通常の1:1露光量に対して160%程度の
オーバー露光及び露光されたレジストを低部までとりき
るのに必要な現像時間(TOP)に対して400%程度の
オーバー現像を行うようにしてもよい。この場合にはフ
ォトリソグラフィ工程の工程数を減らすことができると
いう利点が生じる。
反射膜間上のみに柱状スペーサを形成することができる
ので、反射型液晶ライトバルブのサブピクセルの開口率
を向上させることができるようになる。
示す図である。
示す図である。
示す図である。
法を示す図である。
法を示す図である。
法を示す図である。
法を示す図である。
法を示す図である。
方法を示す図である。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】半導体基板上に光吸収層を形成し、 前記光吸収層上に第1の絶縁膜を介して複数の光反射膜
を形成し、 全面に第2の絶縁膜を形成し、 前記第2の絶縁膜上全面にポジ型フォトレジストを塗布
してレジスト層を形成し、 前記レジスト層を上面から露光し現像することにより、
自己整合的に前記複数の光反射膜間の領域上部にのみ前
記レジスト層を残してマスクを形成し、 前記マスクを用いて前記第2の絶縁膜をエッチングして
前記複数の光反射膜間上に柱状のスペーサを形成するこ
とを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 【請求項2】半導体基板上に複数のスイッチング素子を
形成し、 全面に第1の絶縁膜を形成し、 前記第1の絶縁膜上に光吸収層を形成し、 全面に第2の絶縁膜を形成し、 前記光吸収層と電気的に絶縁され、且つ前記複数のスイ
ッチング素子に電気的に夫々接続される導電性の複数の
スタッドを形成し、 前記スタッドと電気的に夫々接続され、前記複数のスイ
ッチング素子と夫々対応する導電性の複数の光反射膜を
前記第2の絶縁膜上に形成し、 全面に第3の絶縁膜を形成し、 前記第3の絶縁膜上全面にポジ型フォトレジストを塗布
してレジスト層を形成し、 前記レジスト層を上面から露光し現像することにより、
自己整合的に前記複数の光反射膜間の領域上部にのみ前
記レジスト層を残してマスクを形成し、 前記マスクを用いて前記第3の絶縁膜をエッチングして
前記複数の光反射膜間上に柱状のスペーサを形成し、 前記スペーサで支持される対向電極が形成された対向基
板を貼り合わせ、 前記スペーサで形成されるセルギャップ中に液晶を封止
することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 【請求項3】請求項1又は2に記載の液晶表示装置の製
造方法において、 前記光吸収層は、ほぼ100Åの厚さのTi、ほぼ10
00Åの厚さのAl、ほぼ500Åの厚さのTiNをこ
の順に積層して形成することを特徴とする液晶表示装置
の製造方法。 - 【請求項4】請求項1乃至3のいずれかに記載の液晶表
示装置の製造方法において、 前記レジスト層を露光する際、前記スペーサを形成すべ
き位置をマスクして露光することを特徴とする液晶表示
装置の製造方法。
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