JP3620235B2 - Liquid crystal display panel and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、TFT(薄膜トランジスタ)駆動によるアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示パネル及びその製造方法の技術分野に属し、特に、液晶プロジェクタ等に用いられる、TFTの下側にブラックマトリクスを設けた形式の液晶表示パネル及びその製造方法の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の液晶プロジェクタ等にライトバルブとして用いられる液晶表示パネルにおいては一般に、液晶層を挟んでTFTアレイ基板に対向配置される対向基板の側から投射光が入射される。ここで、投射光がTFTのa−Si(アモルファスシリコン)膜やp−Si(ポリシリコン)膜から構成されたチャネル形成用の領域に入射すると、この領域において光電変換効果により光電流が発生してしまいTFTのトランジスタ特性が劣化する。このため、対向基板には、各TFTに夫々対向する位置に複数のブラックマトリクスと呼ばれる遮光層が形成されるのが一般的である。このようなブラックマトリクスは、Cr(クロム)などの金属材料や、カーボンをフォトレジストに分散した樹脂ブラックなどの材料から作られ、上述のTFTのa−Si膜やp−Si膜に対する遮光の他に、コントラストの向上、色材の混色防止などの機能を有する。
【0003】
更に、この種の液晶表示パネルにおいては特にトップゲート構造(即ち、TFTアレイ基板上においてゲート電極がチャネルの上側に設けられた構造)を採る正スタガ型又はコプラナー型のa−Si又はp−SiTFTを用いる場合には、投射光の一部が液晶プロジェクタ内の投射光学系により戻り光として、TFTアレイ基板の側からTFTのチャネルに入射するのを防ぐ必要がある。
【0004】
このために、特開平9−127497号公報、特公平3−52611号公報、特開平3−125123号公報、特開平8−171101号公報等では、石英基板等からなるTFTアレイ基板上においてTFTに対向する位置(即ち、TFTの下側)にも、ブラックマトリクスを形成した液晶表示パネルを提案している。このように形成したブラックマトリクスにより、TFTのa−Si膜やp−Si膜に対する戻り光の遮光が可能となるとされている。特にこの技術によれば、TFTアレイ基板上のブラックマトリクス形成工程の後に行われるTFT形成工程における高温処理により、ブラックマトリクスが破壊されたり溶融したりしないようにするために、ブラックマトリクスを不透明な高融点金属から形成するようにしている。
【0005】
また、このような従来の技術によれば、高融点金属からなるブラックマトリクスをTFTの形成領域から電気的に絶縁するために、ブラックマトリクスの上には、NSG(ノンドープトシリケートガラス)等のシリケートガラスなどからなる層間絶縁層が設けられる。そして、この層間絶縁層を下地として、その上にTFTが高温プロセスにより形成されるものとされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術によれば、以下の問題点がある。即ち先ず、高融点金属からなる戻り光の遮光用のブラックマトリクス上に、シリケートガラスなどの単一層である、層間絶縁層を介してTFTを形成する構成では、層間絶縁層を介してブラックマトリクスからTFTへのコンタミネーション(汚染)が起きたり、層間絶縁層を構成するNSG等のシリケートガラスからも、TFTへのコンタミネーションが起こったりする。より具体的には、ゲート絶縁膜を形成する際やチャネル用のp−Si層を形成する際などの高温プロセス時等に、高融点金属からなるブラックマトリクスやNSG等からなる層間絶縁層が含むカーボン、水素、水分などの不純物や金属元素等による、TFT形成領域へのコンタミネーションが起こる。このため、最終的に形成されるTFTのトランジスタ特性が劣化してしまう。
【0007】
更に、このように、シリケートガラスなどの単一層から層間絶縁層を形成する構成では、当該層間絶縁層の厚みを限られた範囲内に納めつつ十分高い絶縁性を得ることや、局所的に絶縁性の低い部分の発生を防ぐことは困難である。
【0008】
このように上述した従来の製造技術によれば、TFTの下側に遮光膜を形成したことにより必然的な構成要素となる層間絶縁層や遮光層からのコンタミネーションが増加してTFTのトランジスタ性が劣化するという問題点が有り、更に層間絶縁層における絶縁不良により、装置欠陥率が増えてしまうという問題点もある。
【0009】
本発明は上述した問題点に鑑みなされたものであり、TFT等のスイッチング素子へのコンタミネーションが低く抑えられており、スイッチング素子の下側からの戻り光等の光に対する遮光性能が高く且つ該スイッチング素子のスイッチング特性が高いアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示パネル及びその製造方法を提供することを課題とする。
【0010】
本発明の請求項1に記載の液晶表示パネルは上記課題を解決するために、一対の第1及び第2基板と、該第1及び第2基板間に挟持された液晶と、前記第1基板の前記液晶に対面する側にマトリクス状に設けられた複数の画素電極と、該複数の画素電極に夫々隣接する位置において前記第1基板に設けられており前記複数の画素電極を夫々スイッチング制御する複数のスイッチング素子と、該複数のスイッチング素子に夫々対向する位置において前記第1基板と前記複数のスイッチング素子との間に夫々設けられた高融点金属からなる遮光層と、前記遮光層と前記複数のスイッチング素子との間に設けられた少なくとも2種類の絶縁層とを備え、前記少なくとも2種類の絶縁層は、カーボン及び水素の不純物を含むシリケートガラスからなる第1絶縁層と高温酸化シリコン膜からなる第2絶縁層とを含み、該第2絶縁層は該第1絶縁層よりも前記スイッチング素子に近い側に位置することを特徴とする。
【0011】
本発明の請求項1に記載の液晶表示パネルによれば、例えばW(タングステン)、Ti(チタン)、Cr(クロム)、Ta(タンタル)、Mo(モリブデン)、Pd(パラジウム)等の高融点金属単体や、これらを含む高融点金属シリサイド(例えば、WSi(タングステンシリサイド)等)などの高融点金属からなる遮光層は、TFT等のスイッチング素子に対向する位置に設けられているので、第1基板の側から戻り光などの光が当該液晶表示パネルに入射しても、この光がスイッチング素子に入射するのを防ぐことが出来る。
【0012】
ここで遮光層と複数のスイッチング素子との間には、少なくとも2種類の絶縁層が設けられている。これらの絶縁層は、例えば積層されて多層構造の層間絶縁層として機能する。このため、例えばSiO2系の膜からなる絶縁層やSiN系の膜からなる絶縁層などの異なる種類の絶縁層の間には、必ず界面が存在することになる。仮に前述した従来の技術のように単一層から層間絶縁層が構成され、このような界面が存在しない場合には、液晶表示パネルの製造プロセスにおいて特に高温プロセス時などに、遮光層中や層間絶縁層中に存在するカーボン、水素、水分、金属元素などの不純物が層間絶縁層上のTFT等のスイッチング素子形成用領域に現われて、スイッチング素子をコンタミネート(汚染)する。しかしながら、本発明では2種類の絶縁層の間に存在する界面にこれらの不純物の一部又は大部分がトラップされるため、TFT等のスイッチング素子は、遮光層や絶縁層からのコンタミネーションが低減された状態で形成される。
【0013】
更に、少なくとも2種類の絶縁層が設けられているため、当該液晶表示パネルの製造工程において従来の技術のように単一層から層間絶縁層を形成する場合よりも絶縁性を確実に且つ高信頼性で高めることができる。また、各種の絶縁層を形成するプロセスを組み合わせることで、製造プロセスの融通性も高くなり、用途や仕様に応じて必要な絶縁層厚を持った層間絶縁層を高経済性で効率良く製造することも可能となる。
【0014】
これらの結果、製造された液晶表示パネルは、スイッチング素子の下側からの戻り光等の光に対する遮光性能が高いことに加えて、スイッチング素子に対するコンタミネーションが低減されており且つ絶縁層における絶縁不良が低減されており、スイッチング素子のスイッチング特性が非常に高められている。
【0016】
請求項1に記載の液晶表示パネルによれば、第1絶縁層は、NSG(ノンドープトシリケートガラス)、PSG(リンシリケートガラス)、BSG(ボロンシリケートガラス)、BPSG(ボロンリンシリケートガラス)等の高絶縁性シリケートガラスなどのSiO2系の膜からなる。また第2絶縁層は、高温酸化シリコン膜(HTO膜)からなる。ここで、NSG等のシリケートガラスなどのSiO2系の膜からなる第1絶縁層は、カーボンや水素などの不純物を含むが、一般にCVD法等を用いて形成が容易である。これに対し、HTO膜からなる第2絶縁層は、カーボンや水素などの不純物を殆ど含むことなく、特に上述のように構成された第1絶縁層よりも不純物が少なく高品質である。
【0017】
ここで、遮光層をTFT等のスイッチング素子から絶縁するためには、当該層間絶縁層として機能する第1及び第2絶縁層にはある程度の厚みが必要であるが、上述のように形成が比較的容易な第1絶縁層により、この必要な厚みの一部又は大部分が賄われる。そして、第2絶縁層は第1絶縁層よりもスイッチング素子に近い側に位置しているので、製造プロセスにおいては、第1絶縁層に含まれる不純物の一部又は大部分は第1絶縁層と第2絶縁層との間に存在する界面にトラップされ、スイッチング素子はこのように高品質のHTO膜(第2絶縁層)上に形成される。このため、TFT等のスイッチング素子は、遮光層や絶縁層からのコンタミネーションが低減された状態で形成される。
【0020】
ここで、遮光層をTFT等のスイッチング素子から絶縁するためには、当該層間絶縁層として機能する第1及び第2絶縁層にはある程度の厚みが必要であるが、上述のように形成が比較的容易な第2絶縁層により、この必要な厚みの一部又は大部分が賄われる。そして、第1絶縁層は第2絶縁層よりも遮光層に近い側に位置しているので、製造プロセスにおいては、遮光層に含まれる不純物の一部又は大部分は第1絶縁層や第1絶縁層と第2絶縁層との間に存在する界面にトラップされ、スイッチング素子はこのように遮光層からのコンタミネーションが殆ど届かない第2絶縁層上に形成される。このため、TFT等のスイッチング素子は、遮光層や絶縁層からのコンタミネーションが低減された状態で形成される。
請求項2に記載の液晶表示パネルによれば、遮光層が高融点金属シリサイドから構成されているので、シリコンを含んでなるTFTアレイ基板や層間絶縁層との熱的相性が良くなり、高温環境と常温環境とに置かれた場合でも、遮光層とTFTアレイ基板や層間絶縁層との間で、熱膨張率等の物理的性質の差に起因して発生する応力が緩和される。
【0021】
本発明の請求項3に記載の液晶表示パネルの製造方法は、請求項1に記載の液晶表示パネルの製造方法であって、前記第1基板上に、高融点金属ターゲットを用いたスパッタリング並びにフォトリソグラフィ及びエッチングにより前記高融点金属から前記遮光層を形成する工程と、該形成された遮光層上に、CVD法、プラズマCVD法及び減圧CVD法のうちのいずれか一つにより前記カーボン及び水素の不純物を含むシリケートガラスからなる前記第1絶縁層を形成する工程と、該形成された第1絶縁層上に、減圧CVD法により前記高温酸化シリコン膜からなる前記第2絶縁層を形成する工程とを備えたことを特徴とする。
【0022】
本発明の請求項3に記載の製造方法によれば、高融点金属ターゲットを用いたスパッタリング並びにフォトリソグラフィ及びエッチングにより、高融点金属から遮光層が形成される。次にこの遮光層上に、CVD法、プラズマCVD法又は減圧CVD法により、NSG等の高絶縁性シリケートガラス膜などのカーボン及び水素の不純物を含むシリケートガラスからなる第1絶縁層が形成される。次にこの第1絶縁層上に、減圧CVD法により高温酸化シリコン膜(HTO膜)からなる第2絶縁層が形成される。従って、第1絶縁層が形成された後、第1絶縁層に含まれる不純物は第1絶縁層と第2絶縁層との間に存在する界面にトラップされる。そして、スイッチング素子は、高品質のHTO膜(第2絶縁層)上に形成される。
【0025】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施の形態から明らかにされよう。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0027】
図1は、本発明の実施の形態である液晶表示パネルの断面図である。尚、図1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しめてある。また図2は、図1に示したTFTアレイ基板1上に形成される各種電極等の平面図である。
【0028】
図1において、液晶表示パネル100は、透明な第1基板の一例を構成するTFTアレイ基板1と、これに対向配置される透明な第2基板の一例を構成する対向基板2とを備えている。TFTアレイ基板1は、例えば石英基板からなり、対向基板2は、例えばガラス基板からなる。
【0029】
TFTアレイ基板1には、図2に示すように、マトリクス状に複数の透明な画素電極11が設けられており、図1に示すようにその上側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜12が設けられている。画素電極11は例えば、ITO膜(インジウム・ティン・オキサイド膜)などの透明導電性薄膜からなる。また配向膜12は例えば、ポリイミド薄膜などの有機薄膜からなる。
【0030】
他方、対向基板2には、その全面に渡って共通電極21が設けられており、その下側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜22が設けられている。共通電極21は例えば、ITO膜などの透明導電性薄膜からなる。また配向膜22は、ポリイミド薄膜などの有機薄膜からなる。
【0031】
TFTアレイ基板1には、図1及び図2に示すように、複数の画素電極11に夫々隣接する位置に、複数の画素電極11を夫々スイッチング制御する、スイッチング素子の一例としての複数のTFT30が設けられている。
【0032】
対向基板2には、更に、ブラックマトリクス23が、TFT30に対向する所定領域に設けられている。このようなブラックマトリクスは、Cr(クロム)やNi(ニッケル)などの金属材料や、カーボンやTi(チタン)をフォトレジストに分散した樹脂ブラックなどの材料から作られ、TFT30のp−Si(ポリシリコン)層32に対する遮光の他に、コントラストの向上、色材の混色防止などの機能を有する。
【0033】
このように構成され、画素電極11と共通電極21とが対面するように配置されたTFTアレイ基板1と対向基板2との間には、後述のシール剤52(図4及び図5参照)により囲まれた空間に液晶が封入され、液晶層50が形成される。液晶層50は、画素電極11からの電界が印加されていない状態で配向膜12及び22により所定の配向状態を採る。液晶層50は、例えば一種又は数種類のネマティック液晶を混合した液晶からなる。シール剤52は、二つの基板1及び2をそれらの周辺で張り合わせるための接着剤である。
【0034】
TFT30に夫々対向する位置においてTFTアレイ基板1と複数のTFT30との間には、例えばWSi(タングステンシリサイド)からなる遮光層3が夫々設けられている。更に、遮光層3と複数のTFT30との間には、第1層間絶縁層41が設けられている。第1層間絶縁層41は、TFT30を構成するp−Si層32を遮光層3から電気的絶縁するために設けられるものである。更に、第1層間絶縁層41は、TFTアレイ基板1の全面に形成されることにより、TFT30のための下地膜としての機能をも有する。即ち、TFTアレイ基板1の表面の研磨時における荒れや、洗浄後に残る汚れ等でTFT30の特性の劣化を防止する機能を有する。
【0035】
遮光層3は、Ti、Cr、W、Ta、Mo及びPdのうちの少なくとも一つを含む高融点金属シリサイド(例えば、タングステンシリサイドWSi)からなる。このように高融点金属シリサイドから構成すると、即ち、シリコンを遮光層3の材料に含ませると、シリコンを含んでなるTFTアレイ基板1や第1層間絶縁層41との熱的相性が良くなる。より具体的には、高温環境と常温環境とに置かれた場合でも、遮光層3とTFTアレイ基板1や第1層間絶縁層41との間で、熱膨張率等の物理的性質の差に起因して発生する応力が緩和される。
【0036】
遮光層3は、図示しないコンタクトホールを介して所定の配線を経て、接地されているか又は定電位源に接続されている。このため、遮光層3の電位が変化することにより、TFT30のスイッチング特性等に悪影響を及ぼすことがない。但し、遮光層3は電気的に浮遊していてもよいし、或いは、遮光層3を後述の蓄積容量(図3参照)用の配線として使用することも可能である。
【0037】
第1層間絶縁層41は、2種類の絶縁層の一例としての第1層41a及び第2層41bが積層されてなる多層構造を有する。
【0038】
このように多層構造を有する第1層間絶縁層41の好ましい第1例としては、第1層41aは、NSG(ノンドープトシリケートガラス)、PSG(リンシリケートガラス)、BSG(ボロンシリケートガラス)、BPSG(ボロンリンシリケートガラス)等の高絶縁性シリケートガラスなどのSiO2系の膜からなり、第2層41bは、HTO膜(高温酸化シリコン膜)からなる。この場合、NSG等のシリケートガラスなどのSiO2系の膜からなる第1層41aは、カーボンや水素などの不純物を含むが、後述の製造プロセスにおいて説明するように一般にCVD法等を用いて形成が容易である。これに対し、HTO膜からなる第2層41bは、カーボンや水素などの不純物を殆ど含むことなく、第1層41aよりも不純物が少なく高品質である。この第1層間絶縁層41の第1例では、遮光層3をTFT30から絶縁するためには、第1層間絶縁層41にはある程度の厚みが必要であるが、上述のように形成が比較的容易な第1層41aにより、この必要な厚みの一部又は大部分が賄われる。そして、第2層41bは第1層41aよりもTFT30に近い側(図で上側)に位置しているので、後述の製造プロセスにおいては、第1層41aに含まれる不純物は第1層41aと第2層41bとの間に存在する界面にトラップされる。TFT30は、このように高品質のHTO膜からなる第2層41b上に、遮光層3や第1層間絶縁層41からのコンタミネーションが低減された状態で形成されている。
【0039】
また第1層間絶縁層41の好ましい第2例としては、第1層41aは、窒化シリコン膜等のSiN系の膜からなり、第2層41bは、NSG等の高絶縁性シリケートガラスなどのSiO2系の膜からなる。この場合、SiN系の膜からなる第1層41aは、第2層41bよりも、WSi等の高融点金属からなる遮光層3が含む不純物をトラップする能力が高い。これに対し、SiO2系の膜からなる第2層41bは、第1例の場合と同じく形成が容易である。この第1層間絶縁層41の第2例では、遮光層3をTFT30から絶縁するためには、やはり第1層間絶縁層41にはある程度の厚みが必要であるが、上述のように形成が比較的容易な第2層41bにより、この必要な厚みの一部又は大部分が賄われる。そして、第1層41aは第2層41bよりも遮光層3に近い側(図で下側)に位置しているので、後述の製造プロセスにおいては、遮光層3に含まれる不純物は第1層41aや第1層41aと第2層41bとの間に存在する界面にトラップされる。TFT30は、このように遮光層3からのコンタミネーションが殆ど届かない第2層41b上に、遮光層3や第1層間絶縁層41からのコンタミネーションが低減された状態で形成されている。
【0040】
以上説明した第1層間絶縁層41の第1例又は第2例において、仮に前述した従来の技術のように、単一層から第1層間絶縁層41が構成されると仮定すると、第1層間絶縁層41には第1層41a及び第2層41bの間の界面が存在しないので、液晶表示パネル100の製造プロセスにおいて特に高温プロセス時などに、遮光層3中や第1層間絶縁層41中に存在するカーボン、水素、水分、金属元素などの不純物が第1層間絶縁層41上のTFT30形成用領域に現われて、TFT30をコンタミネート(汚染)してしまうのである。
【0041】
更に、この第1層間絶縁層41の第1例及び第2例は夫々、第1層41a及び第2層41bが積層されてなる多層構造を有するため、従来の技術のように単一層からなる場合よりも、例えば局所的に絶縁不良を起こす可能性が低く、絶縁層としての信頼性が高い。更に、多層構造により絶縁性を高めることも容易である。
【0042】
図1に示すように、TFT30は、ゲート電極31(走査電極)、ゲート電極31からの電界によりチャネルが形成されるp−Si層32、ゲート電極31とp−Si層32とを絶縁するゲート絶縁層33、p−Si層32に形成されたソース領域34、ソース電極35(信号電極)、及びp−Si層32に形成されたドレイン領域36を備えている。ドレイン領域36には、複数の画素電極11のうちの対応する一つが接続されている。ソース領域34及びドレイン領域36は後述のように、p−Si層32に対し、n型又はp型のチャネルを形成するかに応じて所定濃度のn型用又はp型用のドーパントをドープすることにより形成されている。n型チャネルのTFTは、動作速度が速いという利点があり、p型チャネルのTFTは、p型チャネルを形成するのが容易であるという利点がある。ソース電極35(信号電極)は、画素電極11と同様にITO膜等の透明導電性薄膜から構成してもよいし、Al等の金属膜や金属シリサイドなどの不透明な薄膜から構成してもよい。また、ゲート電極31、ゲート絶縁層33及び第1層間絶縁層41の上には、ソース領域34へ通じるコンタクトホール37及びドレイン領域36へ通じるコンタクトホール38が夫々形成された第2層間絶縁層42が形成されている。このソース領域34へのコンタクトホール37を介して、ソース電極35(信号電極)はソース領域34に電気的接続されている。更に、ソース電極35(信号電極)及び第2絶縁層42の上には、ドレイン領域36へのコンタクトホール38が形成された第3層間絶縁層43が形成されている。このドレイン領域36へのコンタクトホール38を介して、画素電極11はドレイン領域36に電気的接続されている。前述の画素電極11は、このように構成された第3層間絶縁層43の上面に設けられている。
【0043】
ここで、一般には、チャネルが形成されるp−Si層32は、光が入射するとp−Siが有する光電変換効果により光電流が発生してしまいTFT30のトランジスタ特性が劣化するが、本実施の形態では、対向基板2には各TFT30に夫々対向する位置に複数のブラックマトリクス23が形成されているので、入射光が直接にp−Si層32に入射することが防止される。更にこれに加えて又は代えて、ゲート電極31を上側から覆うようにソース電極35(信号電極)をAl等の不透明な金属薄膜から形成すれば、ブラックマトリクス23と共に又は単独で、p−Si層32への入射光(即ち、図1で上側からの光)の入射を効果的に防ぐことが出来る。
【0044】
図2の平面図に示すように、以上のように構成された画素電極11は、TFTアレイ基板1上にマトリクス状に配列され、各画素電極11に隣接してTFT30が設けられており、また画素電極11の縦横の境界に夫々沿ってソース電極35(信号電極)及びゲート電極31(走査電極)が設けられている。尚、図2は、説明の都合上、画素電極11のマトリクス状配列等を簡略化して示すためのものであり、実際の各電極は層間絶縁層の間や上をコンタクトホール等を介して配線されており、図1から分かるように3次元的により複雑な構成を有している。
【0045】
図1には示されていないが、図3に示すように、画素電極11には蓄積容量70が夫々設けられている。この蓄積容量70は、より具体的には、p−Si層32と同一工程により形成されるp−Si層32’、ゲート絶縁層33と同一工程により形成される絶縁層33’、ゲート電極31と同一工程により形成される蓄積容量電極(容量線)31’、第2及び第3層間絶縁層42及び43、並びに第2及び第3層間絶縁層42及び43を介して蓄積容量電極31’に対向する画素電極11の一部から構成されている。このように蓄積容量70が設けられているため、デューティー比が小さくても高詳細な表示が可能とされる。尚、蓄積容量電極(容量線)31’は、図2に示すように、TFTアレイ基板1の面上においてゲート電極(走査電極)31と平行に設けられている。また前述のように、遮光層3を蓄積容量70の配線として利用することも可能である。
【0046】
以上のように構成された液晶表示パネル100の全体構成を図4及び図5を参照して説明する。尚、図4は、TFTアレイ基板1をその上に形成された各構成要素と共に対向基板2の側から見た平面図であり、図5は、対向基板2を含めて示す図4のH−H’断面図である。
【0047】
図4において、TFTアレイ基板1の上には、シール剤52がその縁に沿って設けられており、その内側に並行して対向基板2の周辺見切り53が規定されている。シール剤52の外側の領域には、X側駆動用ドライバ回路101及び実装端子102がTFTアレイ基板1の一辺に沿って設けられており、Y側駆動用ドライバ回路104が、この一辺に隣接する2辺に沿って設けられている。更にTFTアレイ基板1の残る一辺には、複数の配線105が設けられている。また、シール剤52の四隅には、TFTアレイ基板1と対向基板2との間で電気的導通をとるための導通剤からなる銀点106が設けられている。そして、図5に示すように、図4に示したシール剤52とほぼ同じ輪郭を持つ対向基板2が当該シール剤52によりTFTアレイ基板1に固着されている。
【0048】
X側駆動用ドライバ回路101及びY用駆動用ドライバ回路104は配線によりソース電極35(信号電極)及びゲート電極31(走査電極)に夫々電気的接続されている。X側駆動用ドライバ回路101には、図示しない制御回路から即時表示可能な形式に変換された表示信号が入力され、Y側駆動用ドライバ回路104がパルス的にゲート電極31(走査電極)に順番にゲート電圧を送るのに合わせて、X側駆動用ドライバ回路101は表示信号に応じた信号電圧をソース電極35(信号電極)に送る。本実施の形態では特に、TFT30はp−Si(ポリシリコン)タイプのTFTであるので、TFT30の形成時に同一工程で、 X側駆動用ドライバ回路101及びY側駆動用ドライバ回路104を形成することも可能であり、製造上有利である。
【0049】
尚、X側駆動用ドライバ回路101及びY側駆動用ドライバ回路104をTFTアレイ基板1の上に設ける代わりに、例えばTAB(テープオートメイテッドボンディング基板)上に実装された駆動用LSIに、TFTアレイ基板1の周辺部に設けられた異方性導電フィルムを介して電気的及び機械的に接続するようにしてもよい。
【0050】
また、図1から図5には示されていないが、対向基板2の投射光が入射する側及びTFTアレイ基板1の投射光が出射する側には夫々、例えば、TN(ツイステッドネマティック)モード、 STN(スーパーTN)モード、D−STN(ダブル−STN)モード等の動作モードや、ノーマリーホワイトモード/ノーマリーブラックモードの別に応じて、偏光フィルム、位相差フィルム、偏光板などが所定の方向で配置される。
【0051】
次に以上のように構成された本実施の形態の動作について図1から図5を参照して説明する。
【0052】
先ず、制御回路から表示信号を受けたX側駆動用ドライバ回路101は、この表示信号に応じたタイミング及び大きさで信号電圧をソース電極35(信号電極)に印加し、これと並行して、Y側駆動用ドライバ回路104は、所定タイミングで電極31(走査電極)にゲート電圧をパルス的に順次印加し、TFT30は駆動される。これにより、ゲート電圧がオンとされた時点でソース電圧が印加されたTFT30においては、ソース領域34、p−Si層32に形成されたチャネル及びドレイン領域36を介して画素電極11に電圧が印加される。そして、この画素電極11の電圧は、ソース電圧が印加された時間よりも例えば3桁も長い時間だけ蓄積容量70(図3参照)により維持される。
【0053】
このように画素電極11に電圧が印加されると、液晶層50におけるこの画素電極11と共通電極21とに挟まれた部分における液晶の配向状態が変化し、ノーマリーホワイトモードであれば、電圧が印加された状態で入射光がこの液晶部分を通過不可能とされ、ノーマリーブラックモードであれば、電圧が印加された状態で入射光がこの液晶部分を通過可能とされ、全体として液晶表示パネル100からは表示信号に応じたコントラストを持つ光が出射する。
【0054】
特に本実施の形態では、TFT30の下側には、遮光層3が設けられているので、前述のように戻り光による悪影響が低減されるため、TFT30のトランジスタ特性が改善されており、最終的には、液晶表示パネル100により、高コントラストで色付きの良い高画質の画像を表示することが可能となる。
【0055】
以上説明したように液晶表示パネル100は構成されているので、TFT30の下側からの戻り光に対する遮光性能が高いことに加えて、TFT30に対するコンタミネーションが低減されており且つ第1層間絶縁層41における絶縁不良が低減されており、TFT30のトランジスタ特性が非常に高い。加えて液晶表示パネル100は、後述の如き製造プロセスにより製造されるため、遮光層3を設けたことによる各層間の熱歪みの発生も低減されており、従って各層における導通不良や絶縁不良、各層間における剥離、戻り光に対する遮光性低下を招く遮光層3中のクラック等の装置不良は低減されている。
【0056】
次に、このように第1層間絶縁層41が、第1層41aと第2層41bとからなる多層構造を有する構成により、TFT30のトランジスタ特性がどの程度改善されたかについて図6及び図7を参照して、検討を加える。図6は、図1に示した液晶表示パネル100についてのトランジスタ特性試験の結果を示す。これに対し、図7は、図1に示した液晶表示パネル100の構成において、第1層間絶縁層41をNSGの単一層から形成した構成を有する比較例についてのトランジスタ特性試験の結果を示す。尚、図6及び図7において、横軸には、ゲート電極に印加するゲート電圧を示し、縦軸にはその際に流れるドレイン電流を示す。また、ソース・ドレイン電圧として15V及び4Vの2種類の状態について、夫々試験結果が示されている。
【0057】
図6と図7とを比較すると、第1層間絶縁層41が多層構造を有する本実施の形態が、第1層間絶縁層41が単一層構造を有する場合よりも遥かにトランジスタのスイッチング特性が改善されていることが分かる。
【0058】
尚、図7に示した比較例の場合でも、遮光層3を全く設けることなく、戻り光の影響をそのまま受けた例と比較すると、TFTのスイッチング特性は改善されている。
【0059】
次に、液晶表示パネル100の製造プロセスについて図8及び図9を参照して説明する。
【0060】
先ず図8の工程(1)に示すように、石英基板、ハードガラス等のTFTアレイ基板1を用意する。ここで、好ましくはN2(窒素)等の不活性ガス雰囲気且つ約1000℃の高温でアニール処理し、TFTアレイ基板1中のカーボン、水素などの不純物を除去すると共に後に実施される高温プロセスにおいてTFTアレイ基板1に生じる歪みを少なくする。このように処理されたTFTアレイ基板1の全面に、 WSiターゲットを用いたスパッタリングにより、遮光膜を形成する。続いて、該形成された遮光膜上にフォトリソグラフィにより遮光層3のパターンに対応するマスクを形成し、該マスクを介して遮光膜に対し、例えばSF6/CF4/O2を用いたケミカルドライエッチング等のエッチングを行うことにより、この基板全面に形成された遮光膜をTFT30を形成する予定の領域にのみ残して、遮光層3を形成する。
【0061】
この製造プロセスでは特に、Siを含む高融点金属シリサイドであるWSiからなる遮光層3とSiを含む石英基板等からなるTFTアレイ基板1との熱的相性は良く、例えば高融点金属単体から遮光層3を形成した場合と比べて、高温環境と常温環境とに置かれた際に、遮光層3とTFTアレイ基板1との間で、熱膨張率等の物理的性質の差に起因して発生する応力が低減される。
【0062】
遮光層3の厚さとしては、例えば、1000Å以上3000Å以下とされる。遮光層3の厚さを1000Å以上とすることで、遮光率(透過率)1%以下という、TFTアレイ1の側から戻り光が当該液晶表示パネル100に入射してもTFT30の特性を劣化させないに十分な遮光性が得られる。一方、遮光層3の厚さを3000Å以下とすることで、第1層間絶縁層41が形成される遮光層3の上面の平坦化が促進されると共に、厚さに伴って遮光層3に係る熱応力が過度に大きくなるのを阻止し得る。また遮光層3の層厚としては、約1500〜2500Åがより好ましくい。この範囲であれば、良好な遮光性が得られると共に、段差の問題も実用上殆ど生じないで済む。
【0063】
更に、以上説明したスパッタリング工程を行う際には、TFTトランジスタ基板1の温度を約200℃以上の温度に保つことが好ましい。このようにスパッタリングを行うと、遮光層3の透過率を実質的に上げることなく(即ち、遮光性を実質的に低下させることなく)、遮光層3に係る熱応力の発生をより低減することが出来る利点が得られる。
【0064】
尚、遮光層3は、少なくともTFT30のp−Si層32のうちチャンネル形成用の領域、ソース領域34及びドレイン領域36をTFTアレイ基板1の裏面から見て覆うように形成される。
【0065】
次に図8の工程(2A)及び(2B)に示すように、第1層41a及び第2層41bを積層することにより、多層構造を持つ第1層間絶縁層41を形成する。
【0066】
先ず、前述したように第1層41aがNSG等の高絶縁性シリケートガラスなどのSiO2系の膜からなり、第2層41bがHTO膜からなる第1例の場合の第1層間絶縁層41の形成工程について説明する。
【0067】
この第1例の場合には、図8の工程(2A)に示すように、遮光層3の上に、例えば、常圧又は減圧CVD法やプラズマCVD法等による約680℃の高温プロセスにより、TEOS(テトラ・エチル・オルソ・シリケート)ガス、TEB(テトラ・エチル・ボートレート)ガス、TMOP(テトラ・メチル・オキシ・フォスレート)ガス等を用いて、NSG、PSG、BSG、BPSG等の高絶縁性シリケートガラス膜などのSiO2系の膜からなる第1層41aを形成する。
【0068】
この第1例の場合には更に、図8の工程(2B)に示すように、第1層41a上に、減圧CVD法によりHTO膜からなる第2層41bを形成する。このように形成されるHTO膜は、カーボンや水素などの不純物を殆ど含むことがない高品質膜である。ここで、第1層41aの層厚は、約8000Åが好ましい。この程度の厚さがあれば、遮光層3をTFT30から絶縁するために第1層間絶縁層41全体として必要な10000Å程度の厚みのかなりの部分を比較的容易に形成できる第1層41aにより賄えるからであり、逆に、これ以上厚くても実益が少なく段差が生じる等の弊害が起きるからである。他方、第2層41bの層厚は約2000〜3000Åが好ましい。この程度の厚さがあれば、遮光層3や第1層41aからの不純物をトラップする機能を実用上十分に発揮できるからである。
【0069】
この第1例の場合には、第2層41bを第1層41aの上に形成することで、遮光層3、第1層41a等に含まれる不純物を第1層41aと第2層41bとの間に存在する界面にトラップし、特に後のTFT30を形成するための高温プロセス時などに遮光層3、第1層41a等からの不純物によりTFT30のp−Si層32等を汚染しないようにする。以上のように本第1例では、TFT30を高品質のHTO膜からなる第2層41b上に、遮光層3や第1層間絶縁層41からのコンタミネーションが低減された状態で形成することが可能となる。
【0070】
次に、前述したように第1層41aが窒化シリコン膜等のSiN系の膜からなり、第2層41bがNSG等の高絶縁性シリケートガラスなどのSiO2系の膜からなる第2例の場合の第1層間絶縁層41の形成工程について説明する。
【0071】
この第2例の場合には、図8の工程(2A)に示すように、遮光層3の上に、CVD法、プラズマCVD法又は減圧CVD法により、例えば窒化シリコン膜などのSiN系の膜から第1層41aを形成する。このように形成されるSiN系の膜からなる第1層41aは、第2層41bよりも、WSi等の高融点金属からなる遮光層3が含む不純物をトラップする能力が高い。
【0072】
この第2例の場合には更に、図8の工程(2B)に示すように、第1層41a上に、例えば、常圧又は減圧CVD法やプラズマCVD法等による約680℃の高温プロセスにより、TEOSガス、TEBガス、TMOPガス等を用いて、NSG、PSG、BSG、BPSG等の高絶縁性シリケートガラス膜などのSiO2系の膜からなる第1層41aを形成する。ここで、第1層41aの層厚は、WSi等からなる遮光層3からの不純物をトラップする機能を実用上十分に発揮させるために約2000〜3000Åが好ましい。他方、第2層41bの層厚は約8000Åが好ましい。この程度の厚さがあれば、遮光層3をTFT30から絶縁するために第1層間絶縁層41全体として必要な10000Å程度の厚みのかなりの部分を比較的容易に形成できる第1層41aにより賄えるからである。
【0073】
この第2例の場合には、第2層41bを第1層41aの上に形成することで、遮光層3、第2層41b等に含まれる不純物を第1層41aや第1層41aと第2層41bとの間に存在する界面にトラップし、特に後のTFT30を形成するための高温プロセス時などに遮光層3、第2層41b等の不純物によりTFT30のp−Si層32等を汚染しないようにする。以上のように本第2例では、TFT30を遮光層3からのコンタミネーションが殆ど届かない第2層41b上に、遮光層3や第1層間絶縁層41からのコンタミネーションが低減された状態で形成することが可能となる。
【0074】
更に、このように多層構造を有するように形成された第1層間絶縁層41に重ねて、SOG(スピンオンガラス:紡糸状ガラス)をスピンコートして又はCMP(Chemical Mechanical Polishing)処理を施すことにより、平坦な膜を形成してもよい。このように、第1層間絶縁層41の上面をスピンコート処理又はCMP処理により平坦化しておけば、後に上側にTFT30を形成し易いという利点が得られる。
【0075】
尚、第1層41aや第2層41bに対し、約900℃のアニール処理を施すことにより、より汚染を防ぐと共に平坦化してもよい。
【0076】
以上説明したように、図8に示した工程(2A)及び工程(2B)によれば、第1層41a及び第2層41bを積層して多層構造とすることで、TFT30に対するコンタミネーションを最低限に抑えつつ、従来の技術のように単一層から第1層間絶縁層41を形成する場合よりも、限られた層厚条件や製造温度条件の中で、第1層間絶縁層41の絶縁性を確実に且つ高信頼性で高めることができる。また、第1層41a及び第2層41bを各種の材料から形成するプロセスを組み合わせることで、製造プロセスの融通性も高くなり、用途や仕様に応じて必要な絶縁性や層厚を持った第1層間絶縁層41を高経済性で効率良く形成することも可能となる。
【0077】
次に図8の工程(3)に示すように、第1層間絶縁層41の上に、約450〜550℃、好ましくは約500℃の比較的低温環境中で、流量約400〜600cc/minのモノシランガス、ジシランガス等を用いた減圧CVD(例えば、圧力約20〜40PaのCVD)により、a−Si(アモルファスシリコン)膜を形成する。その後、窒素雰囲気中で、約600〜700℃にて約1〜10時間、好ましくは、4〜6時間のアニール処理を施することにより、p−Si(ポリシリコン)膜を約500〜2000Åの厚さ、好ましくは約1000Åの厚さとなるまで固相成長させる。この際、nチャネル型のTFT30を作成する場合には、Sb(アンチモン)、As(砒素)、P(リン)などのV族元素のドーパントを僅かにイオン注入等によりドープする。また、TFT30をpチャネル型とする場合には、Al(アルミニウム)、B(ボロン)、Ga(ガリウム)、In(インジウム)などのIII族元素のドーパントを僅かにイオン注入等によりドープする。尚、a−Si膜を経ないで、減圧CVD法等によりp−Si膜を直接形成しても良い。或いは、減圧CVD法等により堆積したp−Si膜にシリコンイオンを打ち込んで一旦非晶質化(アモルファス化)し、その後アニール処理等により再結晶化させてp−Si膜を形成しても良い。
【0078】
次に図8の工程(4)に示すように、p−Si層32を約900〜1300℃の温度、好ましくは約1000℃の温度により熱酸化することにより、約300Åの比較的薄い厚さの熱酸化膜を形成する。更に減圧CVD法等により高温酸化シリコン膜(HTO膜)や窒化膜を約500Åの比較的薄い厚さに堆積し、多層構造を持つゲート絶縁層33を形成する。この結果、p−Si層32の厚さは、約300〜1500Åの厚さ、好ましくは約350〜450Åの厚さとなり、ゲート絶縁層33の厚さは、約200〜1500Åの厚さ、好ましくは約300Åの厚さとなる。このように高温熱酸化時間を短くすることにより、特に8インチ程度の大型ウエーハを使用する場合に熱によるそりを防止することができる。但し、p−Si層32を熱酸化することのみにより、単一層構造を持つゲート絶縁層33を形成してもよい。
【0079】
次に図8の工程(5)に示すように、p−Si層32上にゲート絶縁層33を介して、減圧CVD法等によりp−Siを堆積した後、ゲートマスクを用いたフォトリソグラフィ工程、エッチング工程等により、ゲート電極31(走査電極)を形成する。
【0080】
但し、ゲート電極31(走査電極)を、p−Si層ではなく、Al等の金属膜又は金属シリサイド膜から形成してもよいし、若しくはこれらの金属膜又は金属シリサイド膜とp−Si膜を組み合わせて多層に形成してもよい。この場合、ゲート電極31(走査電極)を、ブラックマトリクス23が覆う領域の一部又は全部に対応する遮光膜として配置すれば、金属膜や金属シリサイド膜の持つ遮光性により、ブラックマトリクス23の一部又は全部を省略することも可能となる。この場合特に、対向基板2とTFTアレイ基板1との貼り合わせずれによる画素開口率の低下を防ぐことが出来る利点がある。
【0081】
次に図9の工程(6)に示すように、TFT30をLDD(Lightly Doped Drain Structure)構造を持つnチャネル型のTFTとする場合、p型のp−Si層32に、先ずソース領域34及びドレイン領域36のうちチャネル側に夫々隣接する一部を構成する低濃度ドープ領域を形成するために、ゲート電極31を拡散マスクとして、PなどのV族元素のドーパントを低濃度で(例えば、Pイオンを1〜3×1013/cm2のドーズ量にて)ドープし、続いて、ゲート電極31よりも幅の広いマスクでレジスト層をゲート電極31上に形成した後、同じくPなどのV族元素のドーパントを高濃度で(例えば、Pイオンを1〜3×1015/cm2のドーズ量にて)ドープする。また、TFT30をpチャネル型とする場合、n型のp−Si層32に、ソース領域34及びドレイン領域36を形成するために、BなどのIII族元素のドーパントを用いてドープする。このようにLDD構造とした場合、ショートチャネル効果を低減できる利点が得られる。尚、このように低濃度と高濃度の2段階に分けて、ドープを行わなくても良い。例えば、低濃度のドープを行わずに、オフセット構造のTFTとしてもよく、ゲート電極31をマスクとして、Pイオン、Bイオン等を用いたイオン注入技術によりセルフアライン型のTFTとしてもよい。
【0082】
これらの工程と並行して、nチャネル型p−SiTFT及びpチャネル型p−SiTFTから構成されるCMOS(相補型MOS)構造を持つX側駆動用ドライバ回路101及びY側駆動用ドライバ回路104をTFTアレイ基板1上の周辺部に形成する。 このように、TFT30はp−SiTFTであるので、TFT30の形成時に同一工程で、X側駆動用ドライバ回路101及びY側駆動用ドライバ回路104を形成することができ、製造上有利である。
【0083】
次に図9の工程(7)に示すように、ゲート電極31(走査電極)を覆うように、例えば、常圧又は減圧CVD法やTEOSガス等を用いて、NSG、PSG、BSG、BPSGなどのシリケートガラス膜、窒化膜や酸化シリコン膜等からなる第2層間絶縁層42を形成する。第2層間絶縁層42の層厚は、約5000〜15000Åが好ましい。そして、ソース領域34及びドレイン領域36を活性化するために約1000℃のアニール処理を20分程度行った後、ソース電極31(信号電極)に対するコンタクトホール37を、反応性エッチング、反応性イオンビームエッチング等のドライエッチングにより形成する。この際、反応性エッチング、反応性イオンビームエッチングのような異方性エッチングにより、コンタクトホール37を開口した方が、開口形状をマスク形状とほぼ同じにできるという利点がある。但し、ドライエッチングとウエットエッチングとを組み合わせて開口すれば、コンタクトホール37をテーパ状にできるので、配線接続時の断線を防止できるという利点が得られる。また、ゲート電極31(走査電極)を図示しない配線と接続するためのコンタクトホールも、コンタクトホール37と同一の工程により第2層間絶縁層42に開ける。
【0084】
次に図9の工程(8)に示すように、第2層間絶縁層42の上に、スパッタリング処理等により、Al等の低抵抗金属や金属シリサイド等を、約1000〜5000Åの厚さに堆積し、更にフォトリソグラフィ工程、ウエットエッチング工程等により、ソース電極35(信号電極)を形成する。
【0085】
この場合、ソース電極35(信号電極)を、ブラックマトリクス23が覆う領域の一部又は全部に対応する遮光膜として配置すれば、Al等の金属膜や金属シリサイド膜の持つ遮光性により、ブラックマトリクス23の一部又は全部を省略することも可能となる。この場合特に、対向基板2とTFTアレイ基板1との貼り合わせずれによる画素開口率の低下を防ぐことが出来る利点がある。
【0086】
次に図9の工程(9)に示すように、ソース電極35(信号電極)上を覆うように、例えば、常圧又は減圧CVD法やTEOSガス等を用いて、NSG、PSG、BSG、BPSGなどのシリケートガラス膜、窒化膜や酸化シリコン膜等からなる第3層間絶縁層43を形成する。第3層間絶縁層43の層厚は、約5000〜15000Åが好ましい。或いは、このようなシリケートガラス膜に代えて又は重ねて、有機膜やSOG(スピンオンガラス)をスピンコートして、若しくは又はCMP処理を施して、平坦な膜を形成してもよい。
【0087】
更に、画素電極11とドレイン領域36とを電気的接続するためのコンタクトホール38を、反応性エッチング、反応性イオンビームエッチング等のドライエッチングにより形成する。この際、反応性エッチング、反応性イオンビームエッチングのような異方性エッチングにより、コンタクトホール38を開口した方が、開口形状をマスク形状とほぼ同じにできるという利点が得られる。但し、ドライエッチングとウエットエッチングとを組み合わせて開口すれば、コンタクトホール38をテーパ状にできるので、配線接続時の断線を防止できるという利点が得られる。
【0088】
次に図9の工程(10)に示すように、第3層間絶縁層43の上に、スパッタリング処理等により、ITO膜等の透明導電性薄膜を、約500〜2000Åの厚さに堆積し、更にフォトリソグラフィ工程、ウエットエッチング工程等により、画素電極11を形成する。尚、当該液晶表示パネル100を反射型の液晶表示装置に用いる場合には、Al等の反射率の高い不透明な材料から画素電極11を形成してもよい。
【0089】
続いて、画素電極11の上にポリイミド系の配向膜の塗布液を塗布した後、所定のプレティルト角を持つように且つ所定方向でラビング処理を施すこと等により、図1に示した配向膜12が形成される。
【0090】
他方、図1に示した対向基板2については、ガラス基板等が先ず用意され、この上において複数のTFT30に夫々対応した位置にブラックマトリクス23が、例えば金属クロムをスパッタリングした後、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程を経て形成される。尚、ブラックマトリクス23は、CrやNiなどの金属材料の他、カーボンやTiをフォトレジストに分散した樹脂ブラックなどの材料から形成してもよい。その後、対向基板2の全面にスパッタリング処理等により、ITO等の透明導電性薄膜を、約500〜2000Åの厚さに堆積することにより、共通電極21を形成する。更に、共通電極21の全面にポリイミド系の配向膜の塗布液を塗布した後、所定のプレティルト角を持つように且つ所定方向でラビング処理を施すこと等により、配向膜22が形成される。
【0091】
最後に、上述のように各層が形成されたTFTアレイ基板1と対向基板2とは、配向膜12及び22が対面するようにシール剤52により張り合わされ、真空吸引等により、両基板間の空間に、例えば複数種類のネマティック液晶を混合してなる液晶が吸引されて、所定層厚の液晶層50が形成される。
【0092】
尚、図3に示した蓄積容量70については、p−Si層32’を上述のp−Si層32と同一工程により第1層間絶縁層41上に形成し、その上に絶縁層33’を上述のゲート絶縁層33と同一工程により形成し、更にその上に蓄積容量電極(容量線)31’をゲート電極31と同一工程により形成すれば良い。
【0093】
以上の製造プロセスにより、図1に示した液晶表示パネル100が完成する。
【0094】
以上の結果、本製造プロセスにより、高コントラストで色付きの良い高画質の画像を表示することが可能な液晶表示パネル100を比較的容易に製造できる。
【0095】
尚、以上説明した本実施の形態では、第1層間絶縁層41が有する多層構造をなす第1層41a及び第2層41bについて、二つの具体的な例を挙げたが、本実施の形態はこれらに限られず、例えば、遮光層3の上にSiN系の膜、SiO2系の膜及びHTO膜をこの順で積層することにより3層構造を有する第1層間絶縁層41を構成することも可能である。また、デポジション温度を変えてCVD法を行うことにより、種類が異なる複数のNSGなどからなる2層構造等を有する第1層間絶縁層41を構成することも可能である。更に、遮光層3を構成するWSi等の表面を陽極酸化することにより、第1層間絶縁層41の第1層41aとすることも可能である。
【0096】
以上説明した液晶表示パネル100は、カラー液晶プロジェクタに適用されるため、3つの液晶表示パネル100がRGB用のライトバルブとして夫々用いられ、各パネルには夫々RGB色分解用のダイクロイックミラーを介して分解された各色の光が入射光として夫々入射されることになる。従って、各実施の形態では、対向基板2に、カラーフィルタは設けられていない。しかしながら、液晶表示パネル100においてもブラックマトリックス23の形成されていない画素電極11に対向する所定領域にRGBのカラーフィルタをその保護膜と共に、対向基板2上に形成してもよい。このようにすれば、液晶プロジェクタ以外の直視型や反射型のカラー液晶テレビなどのカラー液晶表示装置に本実施の形態の液晶表示パネルを適用できる。
【0097】
液晶表示パネル100では、従来と同様に入射光を対向基板2の側から入射することとしたが、遮光層3が存在するので、TFTアレイ基板1の側から入射光を入射し、対向基板2の側から出射するようにしても良い。即ち、このように液晶表示パネル100を液晶プロジェクタに取り付けても、チャネル形成用のp−Si層32に光が入射することを防ぐことが出来、高画質の画像を表示することが可能である。
【0098】
液晶表示パネル100において、TFTアレイ基板1側における液晶分子の配向不良を抑制するために、第3層間絶縁層43の上に更に平坦化膜をスピンコート等で塗布してもよく、又はCMP処理を施してもよい。
【0099】
また、液晶表示パネル100のスイッチング素子は、正スタガ型又はコプラナー型のp−SiTFTであるとして説明したが、逆スタガ型のTFTやa−SiTFT等の他の形式のTFTに対しても、戻り光がチャネル形成用の半導体層に入射するのを阻止するという課題の下に、各種の形態での応用が可能である。
【0100】
更に、液晶表示パネル100においては、一例として液晶層50をネマティック液晶から構成したが、液晶を高分子中に微小粒として分散させた高分子分散型液晶を用いれば、配向膜12及び22、並びに前述の偏光フィルム、偏光板等が不要となり、光利用効率が高まることによる液晶表示パネルの高輝度化や低消費電力化の利点が得られる。更に、画素電極11をAl等の反射率の高い金属膜から構成することにより、液晶表示パネル100を反射型液晶表示装置に適用する場合には、電圧無印加状態で液晶分子がほぼ垂直配向されたSH(スーパーホメオトロピック)型液晶などを用いても良い。更にまた、液晶表示パネル100においては、液晶層50に対し垂直な電界(縦電界)を印加するように対向基板2の側に共通電極21を設けているが、液晶層50に平行な電界(横電界)を印加するように一対の横電界発生用の電極から画素電極11を夫々構成する(即ち、対向基板2の側には縦電界発生用の電極を設けることなく、TFTアレイ基板1の側に横電界発生用の電極を設ける)ことも可能である。このように横電界を用いると、縦電界を用いた場合よりも視野角を広げる上で有利である。その他、各種の液晶材料(液晶相)、動作モード、液晶配列、駆動方法等に本実施の形態を適用することが可能である。
【0101】
【発明の効果】
本発明に記載の液晶表示パネルによれば、高融点金属からなる遮光層は、第1基板と複数のスイッチング素子との間に夫々設けられており、遮光層と複数のスイッチング素子との間には、少なくとも2種類の絶縁層が設けられているので、スイッチング素子の下側からの戻り光等の光に対する遮光性能が高いことに加えて、スイッチング素子に対するコンタミネーションが低減され且つ絶縁層における絶縁不良が低減されることで、スイッチング素子のスイッチング特性を非常に高められる。更に、当該液晶表示パネルの製造における製品欠陥率を低減でき、歩留まりを向上できる。
【0102】
さらに、第1絶縁層はカーボン及び水素の不純物を含むシリケートガラスからなり、第2絶縁層は高温酸化シリコン膜からなり、第2絶縁層は第1絶縁層よりもスイッチング素子に近い側に位置しているので、TFT等のスイッチング素子を、遮光層や絶縁層からのコンタミネーションが低減された状態で形成できるので、スイッチング素子のスイッチング特性及び遮光性を非常に高められる。
【0103】
請求項2に記載の液晶表示パネルによれば、遮光層が高融点金属シリサイドから構成されているので、シリコンを含んでなるTFTアレイ基板や層間絶縁層との熱的相性が良くなり、高温環境と常温環境とに置かれた場合でも、遮光層とTFTアレイ基板や層間絶縁層との間で、熱膨張率等の物理的性質の差に起因して発生する応力が緩和される。
【0104】
請求項3に記載の製造方法によれば、第1絶縁層に含まれる不純物を第1絶縁層と第2絶縁層との間に存在する界面にトラップし、TFT等のスイッチング素子を、高品質のHTO膜(第2絶縁層)上に遮光層や絶縁層からのコンタミネーションが低減された状態で形成できる。
【0105】
請求項4に記載の製造方法によれば、遮光層が高融点金属シリサイドから構成されているので、シリコンを含んでなるTFTアレイ基板や層間絶縁層との熱的相性が良くなり、高温環境と常温環境とに置かれた場合でも、遮光層とTFTアレイ基板や層間絶縁層との間で、熱膨張率等の物理的性質の差に起因して発生する応力が緩和される。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態の液晶表示パネルの構成を示す断面図である。
【図2】図1の液晶表示パネルを構成するTFTアレイ基板の平面図である。
【図3】図1の液晶表示パネルを構成する蓄積容量の断面図である。
【図4】図1の液晶表示パネルの全体構成を示す平面図である。
【図5】図1の液晶表示パネルの全体構成を示す断面図である。
【図6】本実施の形態の液晶表示パネルに設けられたTFTの特性を示す特性図である。
【図7】比較例としての液晶表示パネルに設けられたTFTの特性を示す特性図である。
【図8】図1の液晶表示パネルの製造プロセスを順を追って示す工程図(その1)である。
【図9】図1の液晶表示パネルの製造プロセスを順を追って示す工程図(その2)である。
【符号の説明】
1…TFTアレイ基板
2…対向基板
3…遮光層
11…画素電極
12…配向膜
21…共通電極
22…配向膜
23…ブラックマトリクス
30…TFT
31…ゲート電極
32…p−Si層
33…ゲート絶縁層
34…ソース領域
35…ソース電極(信号電極)
36…ドレイン領域
37、38…コンタクトホール
41…第1層間絶縁層
41a…第1層間絶縁層の第1層
41b…第1層間絶縁層の第2層
42…第2層間絶縁層
43…第3層間絶縁層
50…液晶層
52…シール剤
70…蓄積容量
100…液晶表示パネル
101…X側駆動用ドライバ回路
102…実装端子
104…Y側駆動用ドライバ回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of an active matrix driving type liquid crystal display panel driven by a TFT (thin film transistor) and a manufacturing method thereof, and in particular, a liquid crystal of a type provided with a black matrix below a TFT, used for a liquid crystal projector or the like. The present invention belongs to the technical field of display panels and manufacturing methods thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a liquid crystal display panel used as a light valve for this type of liquid crystal projector or the like, projection light is generally incident from the side of the counter substrate that is disposed to face the TFT array substrate with the liquid crystal layer interposed therebetween. Here, when the projection light is incident on a channel formation region composed of an a-Si (amorphous silicon) film or a p-Si (polysilicon) film of a TFT, a photocurrent is generated in this region due to a photoelectric conversion effect. As a result, the transistor characteristics of the TFT deteriorate. For this reason, a plurality of light shielding layers called black matrices are generally formed on the counter substrate at positions facing the respective TFTs. Such a black matrix is made of a metal material such as Cr (chromium) or a material such as resin black in which carbon is dispersed in a photoresist. In addition to shielding light from the a-Si film and p-Si film of the TFT described above. In addition, it has functions such as improving contrast and preventing color mixture of color materials.
[0003]
Further, in this type of liquid crystal display panel, a positive stagger type or coplanar type a-Si or p-Si TFT adopting a top gate structure (that is, a structure in which a gate electrode is provided above the channel on the TFT array substrate). When using, it is necessary to prevent a part of the projection light from entering the TFT channel from the TFT array substrate side as return light by the projection optical system in the liquid crystal projector.
[0004]
For this reason, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-127497, Japanese Patent Publication No. 3-52611, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-125123, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-171101, etc., a TFT is formed on a TFT array substrate made of a quartz substrate or the like. A liquid crystal display panel is also proposed in which a black matrix is formed at an opposing position (that is, below the TFT). The black matrix thus formed is supposed to be able to shield the return light from the a-Si film and p-Si film of the TFT. In particular, according to this technique, in order to prevent the black matrix from being destroyed or melted by high temperature processing in the TFT forming process performed after the black matrix forming process on the TFT array substrate, It is made of a melting point metal.
[0005]
Further, according to such a conventional technique, a silicate such as NSG (non-doped silicate glass) is formed on the black matrix in order to electrically insulate the black matrix made of a refractory metal from the TFT formation region. An interlayer insulating layer made of glass or the like is provided. The interlayer insulating layer is used as a base, and a TFT is formed thereon by a high temperature process.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional techniques described above have the following problems. That is, first, in a configuration in which a TFT is formed through an interlayer insulating layer, which is a single layer of silicate glass or the like, on a black matrix for shielding return light made of a refractory metal, from the black matrix through the interlayer insulating layer. Contamination (contamination) to the TFT occurs, and contamination to the TFT also occurs from silicate glass such as NSG constituting the interlayer insulating layer. More specifically, a black matrix made of a refractory metal, an interlayer insulating layer made of NSG or the like is included during a high temperature process such as when forming a gate insulating film or forming a channel p-Si layer. Contamination to the TFT formation region occurs due to impurities such as carbon, hydrogen, moisture, or metal elements. For this reason, the transistor characteristics of the finally formed TFT are deteriorated.
[0007]
Furthermore, in the configuration in which the interlayer insulating layer is formed from a single layer such as silicate glass as described above, it is possible to obtain a sufficiently high insulating property while keeping the thickness of the interlayer insulating layer within a limited range, or to locally insulate the interlayer insulating layer. It is difficult to prevent the occurrence of low-quality parts.
[0008]
As described above, according to the conventional manufacturing technique described above, the formation of the light shielding film on the lower side of the TFT increases the contamination from the interlayer insulating layer and the light shielding layer, which are indispensable constituent elements. There is also a problem that the device defect rate increases due to an insulation failure in the interlayer insulating layer.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described problems. Contamination to a switching element such as a TFT is suppressed to a low level, and the light shielding performance against light such as return light from the lower side of the switching element is high. It is an object of the present invention to provide an active matrix driving type liquid crystal display panel having high switching characteristics of a switching element and a method of manufacturing the same.
[0010]
Of the
[0011]
Of the
[0012]
Here, at least two types of insulating layers are provided between the light shielding layer and the plurality of switching elements. These insulating layers are stacked, for example, and function as an interlayer insulating layer having a multilayer structure. For this reason, for example, SiO 2 An interface always exists between different types of insulating layers, such as an insulating layer made of a Si film and an insulating layer made of an SiN film. If the interlayer insulating layer is composed of a single layer as in the prior art described above and such an interface does not exist, in the manufacturing process of the liquid crystal display panel, particularly in a high temperature process, the light shielding layer or the interlayer insulating layer Impurities such as carbon, hydrogen, moisture, and metal elements present in the layer appear in a switching element formation region such as a TFT on the interlayer insulating layer, and contaminate the switching element. However, in the present invention, some or most of these impurities are trapped at the interface between the two types of insulating layers, so that switching elements such as TFTs reduce contamination from the light-shielding layer and the insulating layer. Formed in the state.
[0013]
Furthermore, since at least two types of insulating layers are provided, the insulating property is ensured and more reliable than the case where the interlayer insulating layer is formed from a single layer as in the prior art in the manufacturing process of the liquid crystal display panel. Can be increased. In addition, combining various processes for forming insulating layers increases the flexibility of the manufacturing process and is necessary depending on the application and specifications. Insulation layer thickness It is also possible to efficiently produce an interlayer insulating layer having a high cost efficiency.
[0014]
As a result, the manufactured liquid crystal display panel has a high light shielding performance against light such as return light from the lower side of the switching element, and also has reduced contamination to the switching element and insulation failure in the insulating layer. Is reduced, and the switching characteristics of the switching element are greatly enhanced.
[0016]
[0017]
Here, in order to insulate the light shielding layer from the switching element such as TFT, the first and second insulating layers functioning as the interlayer insulating layer need to have a certain thickness, but the formation is compared as described above. A part or most of the necessary thickness is covered by the first insulating layer that is easy to handle. Since the second insulating layer is located closer to the switching element than the first insulating layer, in the manufacturing process, a part or most of the impurities contained in the first insulating layer is the same as that of the first insulating layer. The switching element is trapped at the interface existing between the second insulating layer and the switching element is thus formed on the high-quality HTO film (second insulating layer). For this reason, switching elements such as TFTs are formed in a state in which contamination from the light shielding layer and the insulating layer is reduced.
[0020]
Here, in order to insulate the light shielding layer from the switching element such as TFT, the first and second insulating layers functioning as the interlayer insulating layer need to have a certain thickness, but the formation is compared as described above. A part or most of the necessary thickness is covered by the second insulating layer that is easy to handle. Since the first insulating layer is located closer to the light shielding layer than the second insulating layer, in the manufacturing process, part or most of the impurities contained in the light shielding layer is the first insulating layer or the first insulating layer. The switching element is trapped at the interface existing between the insulating layer and the second insulating layer, and the switching element is thus formed on the second insulating layer where the contamination from the light shielding layer hardly reaches. For this reason, switching elements such as TFTs are formed in a state in which contamination from the light shielding layer and the insulating layer is reduced.
[0021]
Claims of the
[0022]
Claims of the
[0025]
Such an operation and other advantages of the present invention will become apparent from the embodiments described below.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a liquid crystal display panel according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the scale of each layer and each member is different in order to make each layer and each member recognizable on the drawing. FIG. 2 is a plan view of various electrodes formed on the
[0028]
In FIG. 1, a liquid
[0029]
As shown in FIG. 2, the
[0030]
On the other hand, a
[0031]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[0032]
The
[0033]
Between the
[0034]
Light shielding layers 3 made of, for example, WSi (tungsten silicide) are provided between the
[0035]
The
[0036]
The
[0037]
The first
[0038]
As a first preferred example of the first
[0039]
As a preferred second example of the first
[0040]
In the first example or the second example of the first
[0041]
Furthermore, since the first and second examples of the first
[0042]
As shown in FIG. 1, the
[0043]
Here, in general, in the p-
[0044]
As shown in the plan view of FIG. 2, the
[0045]
Although not shown in FIG. 1, as shown in FIG. 3, the
[0046]
The overall configuration of the liquid
[0047]
In FIG. 4, a sealing
[0048]
The X-side
[0049]
Instead of providing the X side driving
[0050]
Although not shown in FIGS. 1 to 5, for example, a TN (twisted nematic) mode, respectively, on the side on which the projection light of the
[0051]
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS.
[0052]
First, the
[0053]
When the voltage is applied to the
[0054]
In particular, in this embodiment, since the
[0055]
Since the liquid
[0056]
Next, FIGS. 6 and 7 show how the transistor characteristics of the
[0057]
Comparing FIG. 6 and FIG. 7, the present embodiment in which the first
[0058]
In the case of the comparative example shown in FIG. 7 as well, the switching characteristics of the TFT are improved as compared with the example in which the light-
[0059]
Next, a manufacturing process of the liquid
[0060]
First, as shown in step (1) in FIG. 8, a
[0061]
Particularly in this manufacturing process, the thermal compatibility between the light-
[0062]
The thickness of the
[0063]
Furthermore, when performing the sputtering process described above, it is preferable to keep the temperature of the
[0064]
The
[0065]
Next, as shown in steps (2A) and (2B) in FIG. 8, a first
[0066]
First, as described above, the
[0067]
In the case of this first example, as shown in step (2A) of FIG. 8, on the
[0068]
In the case of this first example, as shown in step (2B) of FIG. 8, a
[0069]
In the case of this first example, the
[0070]
Next, as described above, the
[0071]
In the case of this second example, as shown in step (2A) of FIG. 8, a SiN film such as a silicon nitride film is formed on the
[0072]
In the case of this second example, as shown in step (2B) of FIG. 8, on the
[0073]
In the case of this second example, by forming the
[0074]
Further, the first
[0075]
Note that the
[0076]
As described above, according to the step (2A) and the step (2B) shown in FIG. 8, the
[0077]
Next, as shown in step (3) of FIG. 8, the flow rate is about 400 to 600 cc / min on the first
[0078]
Next, as shown in step (4) of FIG. 8, the p-
[0079]
Next, as shown in step (5) of FIG. 8, after depositing p-Si on the p-
[0080]
However, the gate electrode 31 (scanning electrode) may be formed from a metal film such as Al or a metal silicide film instead of the p-Si layer, or the metal film or metal silicide film and the p-Si film may be formed. You may combine and form in multiple layers. In this case, if the gate electrode 31 (scanning electrode) is arranged as a light-shielding film corresponding to a part or all of the region covered by the
[0081]
Next, when the
[0082]
In parallel with these steps, an X-side
[0083]
Next, as shown in step (7) of FIG. 9, NSG, PSG, BSG, BPSG, etc. using, for example, atmospheric pressure or reduced pressure CVD method or TEOS gas so as to cover the gate electrode 31 (scanning electrode). A second
[0084]
Next, as shown in step (8) of FIG. 9, a low resistance metal such as Al or metal silicide is deposited on the second
[0085]
In this case, if the source electrode 35 (signal electrode) is disposed as a light-shielding film corresponding to a part or all of the region covered by the
[0086]
Next, as shown in step (9) of FIG. 9, NSG, PSG, BSG, BPSG is used to cover the source electrode 35 (signal electrode) using, for example, atmospheric pressure or reduced pressure CVD method, TEOS gas, or the like. A third
[0087]
Further, a
[0088]
Next, as shown in step (10) of FIG. 9, a transparent conductive thin film such as an ITO film is deposited on the third
[0089]
Subsequently, after applying a polyimide-based alignment film coating solution on the
[0090]
On the other hand, for the
[0091]
Finally, the
[0092]
For the
[0093]
Through the above manufacturing process, the liquid
[0094]
As a result, according to the present manufacturing process, the liquid
[0095]
In the present embodiment described above, two specific examples are given for the
[0096]
Since the liquid
[0097]
In the liquid
[0098]
In the liquid
[0099]
The switching element of the liquid
[0100]
Further, in the liquid
[0101]
【The invention's effect】
In the present invention According to the liquid crystal display panel described, the light shielding layer made of a refractory metal is provided between the first substrate and the plurality of switching elements, and at least between the light shielding layer and the plurality of switching elements. Since two types of insulating layers are provided, in addition to high light shielding performance against light such as return light from the lower side of the switching element, contamination to the switching element is reduced and insulation failure in the insulating layer is reduced. As a result, the switching characteristics of the switching element can be greatly enhanced. Furthermore, the product defect rate in manufacturing the liquid crystal display panel can be reduced, and the yield can be improved.
[0102]
The first insulating layer is made of silicate glass containing carbon and hydrogen impurities, and the second insulating layer is a high-temperature silicon oxide film. Since the second insulating layer is located closer to the switching element than the first insulating layer, a switching element such as a TFT can be formed in a state in which contamination from the light shielding layer and the insulating layer is reduced. Therefore, the switching characteristics and light shielding properties of the switching element can be greatly enhanced.
[0103]
According to the liquid crystal display panel of
[0104]
According to the manufacturing method of
[0105]
According to the manufacturing method of claim 4, since the light shielding layer is made of refractory metal silicide, the thermal compatibility with the TFT array substrate and the interlayer insulating layer containing silicon is improved, and the high temperature environment Even when placed in a room temperature environment, the stress generated due to the difference in physical properties such as thermal expansion coefficient between the light shielding layer and the TFT array substrate or the interlayer insulating layer is relieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a liquid crystal display panel according to an embodiment.
FIG. 2 is a plan view of a TFT array substrate constituting the liquid crystal display panel of FIG.
3 is a cross-sectional view of a storage capacitor that constitutes the liquid crystal display panel of FIG. 1;
4 is a plan view showing an overall configuration of the liquid crystal display panel of FIG. 1. FIG.
5 is a cross-sectional view showing an overall configuration of the liquid crystal display panel of FIG. 1. FIG.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing characteristics of TFTs provided in the liquid crystal display panel of the present embodiment.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing characteristics of TFTs provided in a liquid crystal display panel as a comparative example.
FIG. 8 is a process diagram (part 1) illustrating a manufacturing process of the liquid crystal display panel of FIG. 1 in order.
FIG. 9 is a process diagram (part 2) illustrating the manufacturing process of the liquid crystal display panel of FIG. 1 in order.
[Explanation of symbols]
1 ... TFT array substrate
2 ... Counter substrate
3 ... Light-shielding layer
11: Pixel electrode
12 ... Alignment film
21 ... Common electrode
22 ... Alignment film
23 ... Black matrix
30 ... TFT
31 ... Gate electrode
32 ... p-Si layer
33 ... Gate insulating layer
34 ... Source area
35 ... Source electrode (signal electrode)
36 ... Drain region
37, 38 ... contact holes
41. First interlayer insulating layer
41a: first layer of first interlayer insulating layer
41b ... the second layer of the first interlayer insulating layer
42. Second interlayer insulating layer
43 ... Third interlayer insulating layer
50 ... Liquid crystal layer
52 ... Sealant
70 ... Storage capacity
100 ... Liquid crystal display panel
101... X-side driver circuit
102 ... Mounting terminal
104... Y-side driver circuit
Claims (4)
該第1及び第2基板間に挟持された液晶と、
前記第1基板の前記液晶に対面する側にマトリクス状に設けられた複数の画素電極と、
該複数の画素電極に夫々隣接する位置において前記第1基板に設けられており前記複数の画素電極を夫々スイッチング制御する複数のスイッチング素子と、
該複数のスイッチング素子に夫々対向する位置において前記第1基板と前記複数のスイッチング素子との間に夫々設けられた高融点金属を含む遮光層と、
前記遮光層と前記複数のスイッチング素子との間に設けられた少なくとも2種類の絶縁層とを備え、
前記少なくとも2種類の絶縁層は、カーボン及び水素の不純物を含むシリケートガラスからなる第1絶縁層と高温酸化シリコン膜からなる第2絶縁層とを含み、
該第2絶縁層は該第1絶縁層よりも前記スイッチング素子に近い側に位置することを特徴とする液晶表示パネル。A pair of first and second substrates;
Liquid crystal sandwiched between the first and second substrates;
A plurality of pixel electrodes provided in a matrix on the side of the first substrate facing the liquid crystal;
A plurality of switching elements provided on the first substrate at positions adjacent to the plurality of pixel electrodes, respectively, for controlling the switching of the plurality of pixel electrodes;
A light-shielding layer containing a refractory metal provided between the first substrate and the plurality of switching elements at positions facing the plurality of switching elements, respectively.
Comprising at least two kinds of insulating layers provided between the light shielding layer and the plurality of switching elements;
The at least two kinds of insulating layers include a first insulating layer made of silicate glass containing carbon and hydrogen impurities, and a second insulating layer made of a high-temperature silicon oxide film,
The liquid crystal display panel, wherein the second insulating layer is located closer to the switching element than the first insulating layer.
前記第1基板上に、高融点金属ターゲットを用いたスパッタリング並びにフォトリソグラフィ及びエッチングにより前記高融点金属を含む前記遮光層を形成する工程と、
該形成された遮光層上に、CVD法、プラズマCVD法及び減圧CVD法のうちのいずれか一つにより前記カーボン及び水素の不純物を含むシリケートガラスからなる前記第1絶縁層を形成する工程と、
該形成された第1絶縁層上に、減圧CVD法により前記高温酸化シリコン膜からなる前記第2絶縁層を形成する工程とを備えたことを特徴とする液晶表示パネルの製造方法。It is a manufacturing method of the liquid crystal display panel according to claim 1,
Forming the light shielding layer containing the refractory metal on the first substrate by sputtering using a refractory metal target and photolithography and etching;
Forming the first insulating layer made of silicate glass containing impurities of carbon and hydrogen on the formed light shielding layer by any one of CVD, plasma CVD, and reduced pressure CVD;
Forming a second insulating layer made of the high-temperature silicon oxide film on the formed first insulating layer by a low pressure CVD method.
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