JP3393420B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
表示装置の能動素子基板(駆動基板)等に利用される半
導体装置に関する。より詳しくは、半導体装置に形成さ
れる遮光用の金属膜の絶縁構造に関する。
表示装置の一例を示す模式的な部分断面図である。この
表示装置は透明な駆動基板101と同じく透明な対向基
板102とを所定の間隙を介して接合し、この間隙に液
晶103等の電気光学物質を保持したパネル構造を有し
ている。駆動基板101はマトリクス上に配置した画素
電極104と、これを個々にスイッチング駆動する複数
の薄膜トランジスタ105とを有している。薄膜トラン
ジスタ105は下側絶縁膜106により被覆されてお
り、その上には薄膜トランジスタ105のソース領域S
と電気接続する配線用の金属膜107が設けられてい
る。この配線用金属膜107を被覆する様に上側絶縁膜
108が形成されており、その上には前述した画素電極
104が設けられている。この画素電極104は上側絶
縁膜108及び下側絶縁膜106に開口したコンタクト
ホールを介して、薄膜トランジスタ105のドレイン領
域Dに電気接続している。一方、対向基板102の内表
面には、画素電極104以外を遮閉するブラックマトリ
クスが形成されている。このブラックマトリクスは例え
ば遮光性を有する金属膜110をパタニングしたもので
ある。この遮光用金属膜110により囲まれた開口部が
画素電極104に整合する。なお、この遮光用金属膜1
10の凹凸を埋める為平坦化膜111が形成されてお
り、その上には透明な対向電極112が全面的に形成さ
れる。
では、ブラックマトリクスとなる遮光用金属膜110が
対向基板側に設けられている。この為、対向基板と駆動
基板との精密な位置合わせが必要になる。対向基板と駆
動基板の位置合わせ精度と、対向基板側のブラックマト
リクス形成精度を相互に考慮してパタン設計する。この
場合、予め位置合わせ誤差を吸収するマージンをとる必
要があり、ブラックマトリクスのパタンを大きめな寸法
に設定している。従って、画素の開口率が犠牲になる。
又、対向基板と駆動基板の精密な位置合わせが必要とさ
れる為、それに関わるアライメント装置も精密で高価な
ものになる。この点に鑑み、画素部の開口率を改善する
為の一方策として、所謂オンチップブラック(OCB)
構造が提案されている。このOCB構造では、対向基板
側に形成していたブラックマトリクスに代えて、駆動基
板の薄膜トランジスタ上に遮光用金属膜をパタニング形
成している。従来、アライメント公差は対向基板と駆動
基板の位置合わせ精度により決定されていたのに対し、
OCB構造では駆動基板上に直接ブラックマトリクスと
して遮光用金属膜を形成できるのでアライメント公差を
縮小化できる。その分、画素部の開口面積を大きくとる
事が可能になり、開口率の改善に寄与できる。しかしな
がら、薄膜トランジスタの上に遮光用金属膜を形成する
と、必然的にその下に存在する配線用金属膜との間で電
気的な絶縁性を確保する事が重要である。特に、層間絶
縁膜の絶縁性が問題となり、設計上及びプロセス上、下
側の配線用金属膜と上側の遮光用金属膜は電気的に分離
されているにも関わらず、両者の間に介在する層間絶縁
膜の欠陥等により短絡故障が多発する。特に、薄膜トラ
ンジスタ周りのコンタクトホールやゲート配線周りでは
段差が生じており、この部分で層間絶縁膜が十分な絶縁
性を備えていない。この様な段差部での短絡は、特にコ
ンタクトホールの部分で起りやすい。コンタクトホール
自体が段差を含んでおり、さらに層間絶縁膜のステップ
カバーの悪さ等が加わり、コンタクトホールの側壁に位
置するPSG等からなる層間絶縁膜は、平面部に比べて
極端に薄くなる。この為、電圧が印加された場合に絶縁
破壊が起りやすくなる。コンタクトホールの側壁に形成
された層間絶縁膜の厚みは、チップ間やウェハ内で大き
くばらつき、極端に耐圧の悪い部分が生じる。この為、
アクティブマトリクス型表示装置に含まれる数十万画素
の各々に対応したスイッチング用の薄膜トランジスタに
おいては、どうしても数十個以上の欠陥が生じる。これ
では、アクティブマトリクス型表示装置としての画像品
質を維持する事は困難である。又、駆動基板上の段差は
コンタクトホールの周囲に限られず、例えばゲート配線
の上部に発生する段差についても同様の事が当てはま
る。この場合、ゲート配線の側壁に形成される層間絶縁
膜が極端に薄くなる。加えて、下地の配線用金属膜とし
て例えばアルミニウムを用いた場合、上下から加わる応
力によりマイグレーションが生じ、所謂ヒロックが発生
する。このヒロックは層間絶縁膜を突き破り、上側の遮
光用金属膜に接触する場合がある。これにより、デバイ
スとしての欠陥が生じる。
題に鑑み、本発明はOCB構造において、下側の配線用
金属膜と上側の遮光用金属膜との間に介在する層間絶縁
膜の電気絶縁性を改善する事を目的とする。かかる目的
を達成する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明にか
かる半導体装置は基本的な構成として透明基板上に形成
されたトランジスタを含んでいる。このトランジスタを
被覆する様に下側絶縁膜が設けられており、これには下
部コンタクトホールが開口している。該下側絶縁膜の上
には配線用の金属膜がパタニング形成され、該下部コン
タクトホールを通じて該トランジスタに電気接続する。
さらに、この配線用金属膜を被覆する様に上側絶縁膜が
形成されており、これには上部コンタクトホールが開口
している。この上側絶縁膜の上には遮光用の金属膜がパ
タニング形成されている。又、透明な画素電極も形成さ
れており、該上部コンタクトホールを介して該トランジ
スタに電気接続している。特徴事項として、前記上側絶
縁膜は第1種の絶縁物層とその上に部分的に重ねた第2
種の絶縁物層とからなる二層構造を有し、配線用金属膜
と遮光用金属膜との間の層間短絡を有効に防止してい
る。具体的には、前記第1種の絶縁物層はシリコン酸化
物層からなり、表面処理用としてフッ酸系の薬品が適用
される。これに対し、前記第2種の絶縁物層はシリコン
窒化物層からなり、フッ酸系の薬品に対して十分な耐性
を有する。この第2種の絶縁物層は、該下部コンタクト
ホール及び該トランジスタのゲート配線に起因する段差
領域を包含する様にパタニング形成されている。
ルミニウムからなり、前記遮光用金属膜はチタンからな
る。かかる構成を有する半導体装置は、例えばアクティ
ブマトリクス型表示装置の能動素子基板(駆動基板)と
して好適である。
遮光用金属膜とを隔てる上側絶縁膜(層間絶縁膜)が、
第1種の絶縁物層と第2種の絶縁物層とからなる二層構
造を有している。第1種の絶縁物層はコンタクトホール
周りやゲート配線周りの段差領域を含め、透明基板の全
面を被覆している。これに対し、第2種の絶縁物層は特
に段差領域を被覆し、第1種の絶縁物層の不完全な電気
絶縁性を補う様にしている。これにより、配線用金属膜
と遮光用金属膜との間の層間短絡を有効に防止できる。
特に、第1種の絶縁物層にはコンタクトホールを開口し
なければならず、その前工程として表面処理用の薬品が
適用され、特に段差領域において電気絶縁性が悪化す
る。この点に鑑み、第2種の絶縁物層はこの表面処理用
の薬品に対して十分な耐性を有しており、第1種の絶縁
物層を保護してその劣化を防いでいる。
詳細に説明する。図1は、本発明にかかる半導体装置を
駆動基板として組み込んだアクティブマトリクス型表示
装置の一例を示す模式的な部分断面図である。図示する
様に、本半導体装置1は、透明基板2に形成された薄膜
トランジスタ3を有している。本例では、この薄膜トラ
ンジスタ3は画素スイッチング用の能動素子として用い
られる。薄膜トランジスタ3は例えば第1ポリシリコン
4を活性層としており、その上にはゲート絶縁膜5を介
してゲート電極6がパタニング形成されている。このゲ
ート電極6は例えば第2ポリシリコンからなり、ゲート
配線(図示せず)と一体的に形成される。ゲート電極6
により両側に分かれた第1ポリシリコン4の部分には不
純物が高濃度で注入され、ソース領域S及びドレイン領
域Dを形成する。
例えばPSG等からなる下側絶縁膜(第1層間絶縁膜)
7により被覆されている。この下側絶縁膜7にはソース
領域S及びドレイン領域Dに各々対応して下部コンタク
トホールが開口している。この下側絶縁膜7の上には配
線用金属膜8a,8bがパタニング形成され、各々下部
コンタクトホールを通じて薄膜トランジスタ3のソース
領域S及びドレイン領域Dに電気接続している。この配
線用金属膜8a,8bは例えばアルミニウムからなる。
2層間絶縁膜)9により被覆されている。この上側絶縁
膜9には、上部コンタクトホールが開口している。上側
絶縁膜9の上には遮光用の金属膜10a,10bがパタ
ニング形成されている。遮光用金属膜10a,10bは
例えばチタンからなる。その上には、アクリル樹脂等か
らなる平坦化膜11を介してITO等からなる透明な画
素電極12がパタニング形成されている。画素電極12
は、平坦化膜11に開口したコンタクトホール、上側絶
縁膜9に開口した上部コンタクトホール、下側絶縁膜7
に開口した下部コンタクトホールを通じて薄膜トランジ
スタ3のドレイン領域Dに電気接続している。換言する
と、画素電極12は遮光用金属膜10b及び配線用金属
膜8bを介して薄膜トランジスタ3のドレイン領域Dに
電気接続している。即ち、一方の遮光用金属膜10bは
薄膜トランジスタ3を遮閉する本来の機能と共に、画素
電極12と配線用金属膜8bを良好に電気接続する為の
配線パッドとしても機能している。他方の遮光用金属膜
10aは同じく薄膜トランジスタ3を外光から遮閉する
と共に、固定電位に保持されている。この固定電位は例
えば対向電極電位に設定されている。
ィブマトリクス型表示装置の駆動基板として用いられ、
所定の間隙を介して対向電極13が形成された透明基板
(対向基板)14に接合している。両基板の間隙には液
晶20等の電気光学物質が保持されている。
第1種の絶縁物層15とその上に少なくとも部分的に重
ねた第2種の絶縁物層16とからなる二層構造を有し、
配線用金属膜8a,8bと遮光用金属膜10a,10b
との間の層間短絡を防止している。第2種の絶縁物層1
6は第1種の絶縁物層15に適用される表面処理用の薬
品に対して十分な耐性を有している。具体的には、第2
種の絶縁物層16はシリコン窒化物層(SiN,P−S
iN)からなる一方、第1種の絶縁物層15はシリコン
酸化物層(例えば、PSG)からなる。この場合、シリ
コン酸化物層には表面処理用(前処理用)としてフッ酸
系の薬品が適用される。シリコン窒化物層はこのフッ酸
系の薬品に対して十分な耐性を有している。なお、第2
種の絶縁物層16はSiNやP−SiNに限られるもの
ではなく、SiON,Ta2 O5,SiO2 ,P−Si
O:H等を用いる事もできる。第2種の絶縁物層16は
少なくとも下部コンタクトホール及び薄膜トランジスタ
のゲート配線に起因する段差領域を包含する様にパタニ
ング形成されている。これに対し、第1種の絶縁物層1
5は透明基板2の全面に形成されている。
クトホール周りに生じる段差領域を拡大して模式的に表
わしたものである。この段差領域ではステップカバーの
悪さから第1種の絶縁物層15が極端に薄くなってい
る。これを補う為、第2種の絶縁物層16が重ねて成膜
されている。これにより、上側の遮光用金属膜10aと
下側の配線用金属膜8aとは互いに完全に絶縁される。
前述した様に、遮光用金属膜10aは所定の固定電位
(液晶駆動時の中心電位)に保持されている。一方、配
線用金属膜8aには画像信号が供給される。従って、遮
光用金属膜10aと配線用金属膜8aが短絡すると、画
像信号の電位が変動し、画素欠陥が現われる事になる。
物層15には上部コンタクトホール(図示せず)が開口
される。このコンタクトホール形成はフォトレジストを
用いた選択的エッチングにより行なわれる。一般に、フ
ォトレジストの密着性を高める為、及び膜表面の清浄化
の為、前処理として第1種の絶縁物層15にフッ酸系の
エッチング液を適用し、表面をライトエッチングする。
この際、第2種の絶縁物層16がないと、フッ酸系のエ
ッチング液が下部コンタクトホールの段差領域に悪影響
を及ぼし、第1種の絶縁物層15がさらに薄くなる。場
合によっては下地の配線用金属膜8aが露出してしまう
事がある。従って、第2種の絶縁物層16を設ける事な
く、遮光用金属膜10aを直接形成すると、下部コンタ
クトホール周りの段差領域で露出した配線用金属膜8a
と短絡する事になる。この点に鑑み、本発明では第1種
の絶縁物層15に重ねて、第2種の絶縁物層16を成膜
し、段差領域におけるステップカバーの改善に加え、表
面エッチング処理による配線用金属膜8aの露出を防止
している。なお、遮光用金属膜10aとしては、前述し
た様にチタンを用いている。チタンに代えてアルミニウ
ム、モリブデン、クロム等を用いる事ができる。但し、
アルミニウムの場合にはITOからなる画素電極12に
対してオーミックなコンタクトがとれない惧れがある。
又、モリブデンを用いた場合にはレジスト剥離剤により
エッチングされる惧れがある。クロムはプロセス中で場
合によっては酸化される惧れがある。
域を拡大して表わしたものである。前述した様に、ゲー
ト配線6aは第2ポリシリコンからなり所望の導電率を
確保する為比較的厚みが大きい。従って、その周囲に凸
型の段差領域が現われる。この為配線用金属膜8を被覆
する第1種の絶縁物層15が極端に段差領域で薄くな
る。この部分には内部応力が集中している為、表面処理
用の薬品を適用するとエッチングが速やかに進行し、下
地の配線用金属膜8が露出する場合もある。この点に鑑
み、第1種の絶縁物層15を第2種の絶縁物層16で補
強し、その上に遮光用金属膜10をパタニング形成して
いる。
り、基本的には図1に示した本発明にかかる半導体装置
と同一の構成である。従って、対応する部分には対応す
る参照番号を付して理解を容易にしている。異なる点
は、上側絶縁膜9が第1種の絶縁物層15のみからな
り、単層構造となっている事である。換言すると、配線
用金属膜8a,8bは単層の上側絶縁膜9により、遮光
用金属膜10a,10bから電気的に分離されている。
しかしながら、この様な構造では、特にコンタクトホー
ル周りやゲート配線周りの段差領域で、上側絶縁膜9の
電気絶縁性が損なわれ、配線用金属膜と遮光用金属膜と
の間で短絡欠陥が生じる。これにより、画素欠陥が多発
する事になる。
ホール周りにおける段差領域を拡大して模式的に表わし
たものである。このコンタクトホール周りでは、凹型の
段差が生じており、第1種の絶縁物層15のステップカ
バーが悪い為、コンタクトホールの側壁に成膜された部
分が平面部に比べて極端に薄い。この為、遮光用金属膜
10aと配線用金属膜8aとの間に電圧が加わった場合
に絶縁破壊が起りやすくなる。この側壁に形成された第
1種の絶縁物層15の厚みはチップ内やウェハ内でばら
つく為、極端に耐圧の弱い部分が発生する。この為、液
晶表示装置に存在する数十万画素の薄膜トランジスタに
おいては、どうしても数十個以上の欠陥が発生する。こ
れでは、表示装置としての画像品質を維持する事は困難
である。
周りにおける段差領域を拡大して模式的に表わしたもの
である。ゲート配線6aの上方に生じる凸型の段差領域
においても第1種の絶縁物層15のステップカバーが悪
い為、遮光用金属膜10と配線用金属膜8との間で短絡
欠陥が生じる可能性が高くなる。
かる半導体装置と図4に示した参考例にかかる半導体装
置との間で、欠陥の発生率を比較したグラフである。こ
のグラフでは、各半導体装置をアクティブマトリクス型
表示装置に組み込み、その画素欠陥発生率を測定した。
参考例を100%とした時の画素欠陥発生率を表わして
おり、本発明では顕著に画素欠陥が抑制されている事が
分かる。
間絶縁膜は例えばシリコン酸化物層とシリコン窒化物層
の二層構造を有し、配線用金属膜と遮光用金属膜との間
の層間短絡を防止している。これにより、アクティブマ
トリクス型の表示装置として応用した場合等、画素欠陥
を大幅に抑制できる。又、シリコン窒化物層はシリコン
酸化物層に適用されるエッチング液に耐性を持つ為、後
工程でエッチング液による層間絶縁膜表面の清浄化が可
能になる。
み込んだアクティブマトリクス型表示装置の基本的な構
成を示す部分断面図である。
分断面図である。
部分断面図である。
である。
ある。
図である。
ィブマトリクス型表示装置の画素欠陥発生率を検査した
結果を示すグラフである。
を示す模式的な部分断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 透明基板上に形成されたトランジスタ
と、 該トランジスタを被覆すると共に下部コンタクトホール
が開口した下側絶縁膜と、 該下側絶縁膜の上にパタニング形成され該下部コンタク
トホールを通じて該トランジスタに電気接続する配線用
の金属膜と、 該金属膜を被覆し且つ上部コンタクトホールが開口した
上側絶縁膜と、 該上側絶縁膜の上にパタニング形成された遮光用の金属
膜と、 該上部コンタクトホールを介して該トランジスタに電気
接続する透明な画素電極とを備えた半導体装置であっ
て、 前記上側絶縁膜は第1種の絶縁物層とその上に部分的に
重ねた第2種の絶縁物層とからなる二層構造を有し、配
線用の金属膜と遮光用の金属膜との間の層間短絡を防止
し、前記第1種の絶縁物層は表面処理用としてフッ酸系の薬
品が適用されるシリコン酸化物層からなり、前記第2種
の絶縁物層はフッ酸系の薬品に対して十分な耐性を有す
るシリコン窒化物層からなり、 前記第2種の絶縁物層は、該下部コンタクトホール及び
該トランジスタのゲート配線に起因する段差領域を包含
する様にパタニング形成されている 事を特徴とする半導
体装置。 - 【請求項2】 前記配線用の金属膜はアルミニウムから
なり、前記遮光用の金属膜はチタンからなる事を特徴と
する請求項1記載の半導体装置。 - 【請求項3】 透明な画素電極を有する一方の透明基板
と、透明な対向電極を有する他方の透明基板と、画素電
極及び対向電極の間に保持された電気光学物質とを備え
た表示装置であって、 該一方の透明基板上に形成され該画素電極を駆動するト
ランジスタと、 該トランジスタを被覆すると共にコンタクトホールが開
口している下側絶縁膜と、 該下側絶縁膜の上にパタニング形成され該コンタクトホ
ールを介して該トランジスタに電気接続する配線用の金
属膜と、 該金属膜を被覆する上側絶縁膜と、 該上側絶縁膜の上にパタニング形成された遮光用の金属
膜とを具備し、 前記上側絶縁膜は第1種の絶縁膜層とその上に部分的に
重ねた第2種の絶縁物層とからなる二層構造を有し、配
線用の金属膜と遮光用の金属膜との間の層間短絡を防止
し、前記第1種の絶縁物層は表面処理用としてフッ酸系の薬
品が適用されるシリコン酸化物層からなり、前記第2種
の絶縁物層はフッ酸系の薬品に対して十分な耐性を有す
るシリコン窒化物層からなり、 前記第2種の絶縁物層は、該コンタクトホール及び該ト
ランジスタのゲート配線に起因する段差領域を包含する
様にパタニング形成されている 事を特徴とする表示装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06518895A JP3393420B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP06518895A JP3393420B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 半導体装置 |
Publications (2)
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JPH08236777A JPH08236777A (ja) | 1996-09-13 |
JP3393420B2 true JP3393420B2 (ja) | 2003-04-07 |
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ID=13279707
Family Applications (1)
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JP06518895A Expired - Lifetime JP3393420B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 半導体装置 |
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-
1995
- 1995-02-28 JP JP06518895A patent/JP3393420B2/ja not_active Expired - Lifetime
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