JP4132937B2 - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶プロジェクタ等に使用される液晶表示装置およびその製造方法に関し、特に液晶表示装置に設けられた薄膜トランジスタ(以下「TFT」ともいう)へ入射する光を遮光する構造を有する液晶表示装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
プレゼンテーション、ホームシアター等に使用される高精細液晶プロジェクタに対する需要が近年高まっている。このような高精細液晶プロジェクタに使用される液晶表示装置においては、画素を構成する画素電極を画像情報に応じて薄膜トランジスタ(以下「TFT」という)によってスイッチングして、画素電極を画素ごとにオンオフし、液晶を透過する光を制御して、レンズ等の光学素子を介してスクリーン上に拡大投影している。
【0003】
このような液晶表示装置においては、液晶表示装置に入射する入射光、液晶表示装置に設けられたレンズ等の光学素子によって反射された反射光等が、TFTに設けられたチャネル領域へ到達すると、TFTのオフ時において光励起による光リーク電流が発生する。また、チャネル領域とソース・ドレイン領域との間に低濃度不純物領域(Lightly Doped Drain、以下「LDD領域」という)が形成されたTFTにおいては、入射光、反射光等がこのLDD領域へ到達することによっても光リーク電流が発生する。このような光リーク電流が発生すると液晶パネルのコントラストが低下するために、表示品位上大きな問題になる。
【0004】
特開2000−298290号公報には、液晶表示装置に設けられたTFTに形成されたチャネル領域およびLDD領域へ入射する光を遮光する構成が開示されている。図17は、従来の液晶表示装置80の断面図である。液晶表示装置80は、透明絶縁性基板81を備えている。透明絶縁性基板81の上には下部遮光膜83が設けられている。下部遮光膜83の上には、下部遮光膜83を覆うように形成された絶縁層を介してTFTを構成する半導体層82が設けられている。絶縁層の上には、半導体層82を覆うようにゲート絶縁膜が形成されており、ゲート絶縁膜の上には、ゲート配線97およびCs配線98が半導体層82を挟むように設けられている。
【0005】
ゲート絶縁膜の上には、第1層間絶縁膜がゲート配線97およびCs配線98を覆うように形成されており、第1層間絶縁膜上には、上部遮光膜88が半導体層82、ゲート配線97およびCs配線98を覆うように形成されている。上部遮光膜88の上には、第2層間絶縁膜を介して液晶が形成されており、液晶の上には、対向基板が設けられている。このように、半導体層82の下側には下部遮光膜83が形成されており、半導体層82の上側には上部遮光膜88が形成されている。
【0006】
このような構成を有する液晶表示装置80においては、対向基板側から半導体層82へ向かって入射する入射光L1は上部遮光膜88によって遮光され、液晶表示装置80に設けられた図示しないレンズ等の光学素子によって反射され、透明絶縁性基板81側から半導体層82へ向う戻り光L2は下部遮光膜83によって遮光される。
【0007】
特開2000−356787号公報には、液晶表示装置に設けられたTFTに形成されたチャネル領域およびLDD領域へ入射する光を遮光する他の構成が開示されている。図18は、従来の他の液晶表示装置90の断面図である。液晶表示装置90は、透明絶縁性基板91を備えている。透明絶縁性基板91の上には下部遮光膜93が設けられている。下部遮光膜93の上には、下部遮光膜93を覆うように形成された絶縁層を介して、TFTを構成する半導体層92が設けられている。絶縁層の上には、半導体層92を覆うようにゲート絶縁膜が形成されている。
【0008】
半導体層92の両側には、ゲート絶縁膜および絶縁層を通って下部遮光膜93まで達しない深さを有するダミーコンタクトホール99が形成されている。ダミーコンタクトホール99には遮光性を有する物質が充填されている。ゲート絶縁膜の上には、ソース配線94Bが第1層間絶縁膜を介して設けられている。第1層間絶縁膜の上には、ソース配線94Bを覆うように第2層間絶縁膜が形成されており、第2層間絶縁膜の上には、上部遮光膜88Aが、半導体層92、ダミーコンタクトホール99およびソース配線94Bを覆うように設けられている。
【0009】
このような構成を有する液晶表示装置90においては、図17を参照して前述した液晶表示装置80と同様に、透明絶縁性基板91の反対側から半導体層92へ向かって入射する入射光L1は上部遮光膜88Aによって遮光され、液晶表示装置90に設けられた図示しないレンズ等の光学素子によって反射され、透明絶縁性基板91側から半導体層92へ向う戻り光L2は下部遮光膜93によって遮光される。さらに、斜め方向から半導体層92へ向かって入射する光L5は、ダミーコンタクトホール99によって遮光される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
近年、高精細液晶プロジェクタにおいては、液晶表示装置に入射する光を供給する光源ランプの光強度が加速度的に増大している。このため、液晶表示装置においては、図17および図18を参照して前述した入射光L1および戻り光L2に加えて、散乱等によって斜めから半導体層へ入射する光、および上部遮光膜、下部遮光膜、ゲート配線、ソース配線等のメタル配線等によって多重反射して半導体層へ向かう多重反射光が強まっている。これらの散乱等によって斜めから半導体層へ入射する光および多重反射して半導体層へ向かう多重反射光が半導体層に形成されたチャネル領域およびLDD領域へ到達するために、半導体層を構成するTFTのオフ時における光リーク電流が顕著に発生している。
【0011】
図17を参照して前述した従来の液晶表示装置80の構成では、散乱等によって斜めから半導体層82へ入射する光L3を遮光することができないという問題がある。
【0012】
図18を参照して前述した従来の液晶表示装置90の構成では、ダミーコンタクトホール99と下部遮光膜93との間およびダミーコンタクトホール99と上部遮光膜88Aとの間には、遮光性を有する物質が設けられていないために、上部遮光膜88A、下部遮光膜93、ソース配線94B等のメタル配線等によって多重反射して半導体層92へ向かう多重反射光L6を完全に遮光することができないという問題がある。
【0013】
本発明は係る問題を解決するためのものであり、その目的は、画素電極をスイッチングするために形成されたTFTを構成する半導体層へ入射する光を完全に遮光することができる液晶表示装置およびその製造方法を提供することにある。
【0014】
本発明の他の目的は、散乱等によって斜めから半導体層へ入射する光および上部遮光膜、下部遮光膜、メタル配線等によって多重反射して半導体層へ向かう多重反射光を遮光することができる液晶表示装置およびその製造方法を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶表示装置は、複数の画素をそれぞれ構成する複数の画素電極が行方向および列方向に沿ってマトリックス状に設けられた透明基板と、前記各画素電極をそれぞれスイッチングするために前記透明基板上に形成され、それぞれが半導体層を有する複数の薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタをオンオフさせるための信号を供給するために、前記各半導体層に対して前記透明基板の反対側においてそれぞれが前記各画素電極に沿って行方向に形成された複数のゲート配線と、前記各半導体層に対して前記透明基板の反対側においてそれぞれが前記各画素電極に沿って列方向に形成された複数のソース配線と、前記各半導体層に対して前記透明基板の反対側においてそれぞれが前記各画素電極に沿って行方向に形成された複数のドレイン電極とを具備し、前記透明基板側から前記各薄膜トランジスタの半導体層へ入射する光を遮断する下部遮光膜が、前記透明基板と前記各半導体層との間において前記各画素電極に沿って格子状に形成されており、前記透明基板の反対側から前記各半導体層へ入射する光を遮断する配線層下遮光膜が、前記ソース配線および前記ドレイン電極と前記各半導体層との間において前記各画素電極に沿って格子状に形成されており、前記各画素電極を囲むように側面遮光膜が形成されており、該側面遮光膜が、前記各半導体層の両側にて斜め方向から前記各半導体層へ入射する光を遮断するように、前記下部遮光膜および前記配線層下遮光膜と接続されており、前記ソース配線と前記半導体層のソース領域とが前記配線層下遮光膜に形成された第1コンタクトホールを介して接続され、前記ドレイン電極と前記半導体層のドレイン領域とが前記配線層下遮光膜に形成された第2コンタクトホールを介して接続されており、前記各ドレイン電極と前記各画素電極とがそれぞれ接続されていることを特徴とし、そのことにより上記目的が達成される。
【0017】
前記側面遮光膜は、導電性を有しており、前記下部遮光膜および前記配線層下遮光膜と電気的に接続されていてもよい。
【0018】
前記側面遮光膜と前記下部遮光膜と前記配線層下遮光膜とは、互いに等しい電位に固定されていてもよい。
【0021】
本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、透明基板上に下部遮光膜を行方向および列方向に沿った格子状に形成する工程と、該下部遮光膜を覆うように第1層間絶縁膜を形成する工程と、画素を構成する液晶をスイッチングするための薄膜トランジスタを構成する半導体層を、前記透明基板側から該半導体層へ入射する光が前記下部遮光膜によって遮断されるように、前記下部遮光膜の上方の前記第1層間絶縁膜上にそれぞれ形成する工程と、前記各半導体層を覆うようにゲート絶縁膜を形成する工程と、該ゲート絶縁膜上に前記各薄膜トランジスタをオンオフさせるための信号を供給する複数のゲート配線を前記下部遮光膜の上方において行方向に沿って形成する工程と、次いで、前記ゲート絶縁膜および前記ゲート配線を覆うように第2層間絶縁膜を形成する工程と、該第2層間絶縁膜と前記ゲート絶縁膜と前記第1層間絶縁膜とを通って前記下部遮光膜へ達する側面ホールを、前記各画素をそれぞれ囲むように形成する工程と、斜め方向から前記各半導体層へ入射する光を前記各半導体層の両側にて遮断する側面遮光膜を前記側面ホール内に形成するとともに、前記透明基板の反対側から前記各半導体層へ入射する光を遮断する配線層下遮光膜を前記第2層間絶縁膜上において前記各画素に沿った格子状に形成して前記側面遮光膜と接続する工程と、前記配線層下遮光膜を覆うように第3層間絶縁膜を形成する工程と、前記第3層間絶縁膜上に、第1コンタクトホールを介して前記半導体層のソース領域に接続されたソース配線を前記下部遮光膜上において列方向に沿って形成するとともに第2コンタクトホールを介して前記半導体層のドレイン領域に接続されたドレイン電極を前記下部遮光膜上において行方向に沿って形成する工程と、前記各ソース配線および前記各ドレイン電極を覆う第4層間絶縁膜を形成する工程と、該第4層間絶縁膜上に、第3のコンタクトホールを介して前記各ドレイン電極にそれぞれ接続された画素電極を形成する工程とを包含することを特徴とし、そのことにより上記目的が達成される。
【0022】
前記第4層間絶縁膜上に上部遮光膜を形成する工程をさらに包含していてもよい。
【0023】
前記第1ないし第4層間絶縁膜の少なくとも1つは、誘電率が3.9よりも小さい低誘電率層間絶縁膜によって構成されていてもよい。
【0024】
【発明の実施の形態】
本実施の形態に係る液晶表示装置は、画素電極をスイッチングするために形成されたTFTを構成する半導体層へ入射する光を遮光する構造を有している。図1は、実施の形態に係る液晶表示装置50の概略斜視図であり、図2は、その平面図である。図3は、図2に示す線AAに沿った断面図であり、図4は、図2に示す線BBに沿った断面図である。図5は、図2に示す線CCに沿った断面図である。
【0025】
液晶表示装置50は、透明絶縁性基板1を備えている。透明絶縁性基板1は、例えば、石英等によって構成されている。透明絶縁性基板1の上には、マトリックス状に形成された画素を構成する画素電極と、各画素電極に沿って行方向および列方向に格子状に形成された下部遮光膜3とが設けられている。下部遮光膜3の上には、下部遮光膜3を覆うように形成された第1層間絶縁膜12を介して、各画素電極をスイッチングするためにそれぞれ形成されたTFTを構成する半導体層2が設けられている。
【0026】
第1層間絶縁膜12の上には、ゲート絶縁膜11が半導体層2を覆うように形成されている。ゲート絶縁膜11の上には、ゲート配線17とCs配線18とが形成されている。Cs配線18は、半導体層2を覆うように配置されている。ゲート絶縁膜11の上には、ゲート配線17とCs配線18とを覆うように第2層間絶縁膜13が形成されている。半導体層2の両側には、第2層間絶縁膜13、ゲート絶縁膜11および第1層間絶縁膜12を貫通して下部遮光膜3に到達する側面ホール6が形成されている。側面ホール6は、マトリックス状に形成された画素をそれぞれ囲むように形成されている。側面ホール6には、斜め方向から半導体層2へ向かって入射する光を遮光する側面遮光膜7が充填されている。側面遮光膜7は、導電性を有する材料によって形成されており、下部遮光膜3と電気的に接続されている。
【0027】
第2層間絶縁膜13の上には、メタル配線層下遮光膜5が各側面ホール6に充填された側面遮光膜7とそれぞれ接続するように、各画素電極に沿って行方向および列方向に格子状に形成されている。このように、半導体層2は、下部遮光膜3とメタル配線層下遮光膜5との間に設けられており、下部遮光膜3、メタル配線層下遮光膜5および側面遮光膜7によって実質的に完全に覆われている。
【0028】
第2層間絶縁膜13の上には、メタル配線層下遮光膜5を覆うように第3層間絶縁膜14が形成されている。第3層間絶縁膜14の上には、画素電極に表示させる画像信号を半導体層2へ供給するためのメタル配線層4が形成されている。メタル配線層4は、列方向に沿って形成されたソース配線4Aと行方向に沿って形成されたドレイン電極4Bとを有している。
【0029】
半導体層2には、ソース領域2Dが設けられている。ソース領域2Dの上には、第3層間絶縁膜14、メタル配線層下遮光膜5、第2層間絶縁膜13およびゲート絶縁膜11を貫通してソース領域2Dへ到達するTFTソース配線コンタクトホール9が形成されている。ソース配線4Aは、TFTソース配線コンタクトホール9を通って半導体層2に設けられたソース領域2Dへ向かって延伸しており、ソース領域2Dと接続されている。
【0030】
半導体層2には、ドレイン領域2Eが設けられている。ドレイン領域2Eの上には、第3層間絶縁膜14、メタル配線層下遮光膜5、第2層間絶縁膜13およびゲート絶縁膜11を貫通してドレイン領域2Eへ到達するTFTドレイン電極コンタクトホール10が形成されている。ドレイン電極4Bは、TFTドレイン電極コンタクトホール10を通って半導体層2に設けられたドレイン領域2Eへ向かって延伸しており、ドレイン領域2Eと接続されている。
【0031】
半導体層2に設けられたソース領域2Dとドレイン領域2Eとの間には、チャネル領域2Cが設けられている。チャネル領域2Cとソース領域2Dとの間およびチャネル領域2Cとドレイン領域2Eとの間には、LDD領域2Bが設けられている。ドレイン領域2Eの隣には、補助容量領域2Aが設けられている。
【0032】
LDD領域2B、チャネル領域2C、およびソース領域2Dは、ソース配線4Aの下に形成されており、ドレイン領域2Eおよび補助容量領域2Aは、ドレイン電極4Bの下に形成されている。
【0033】
第3層間絶縁膜14の上には、ソース配線4Aおよびドレイン電極4Bを覆うように第4層間絶縁膜15が形成されている。第4層間絶縁膜15の上には、上部遮光膜8が、格子状にそれぞれ形成された下部遮光膜3およびメタル配線層下遮光膜5と対向するように形成されている。第4層間絶縁膜15の上には、上部遮光膜8を覆うように第5層間絶縁膜16が形成されている。ドレイン電極4Bの上には、第5層間絶縁膜16、上部遮光膜8および第4層間絶縁膜15を貫通してドレイン電極4Bへ到達するドレイン電極透明電極コンタクトホール20が形成されている。第5層間絶縁膜16の上には、透明電極19が設けられている。透明電極19は、ドレイン電極透明電極コンタクトホール20に充填された導電性材料を介してドレイン電極4Bと接続されている。
【0034】
このような構成を有する液晶表示装置50は、以下のようにして製造される。図6ないし図15は、本実施の形態に係る液晶表示装置50の製造工程を説明するための図2に示す線CCに沿った断面図である。図6を参照すると、石英等によって構成された透明絶縁性基板1に、CVD法、スパッタ法等によって遮光膜を堆積させる。そして、フォトリソグラフィー工程、エッチング工程によって、堆積させた遮光膜をソース配線4A(図1)およびゲート配線17(図1)に沿って格子状にパターニングして、下部遮光膜3を形成する。
【0035】
下部遮光膜3は、液晶表示装置50に設けられるレンズ等の光学素子によって反射され、透明絶縁性基板1側から入射する戻り光を遮光することができる材料によって構成する。後工程において高温において処理するアニール工程が実施されることを考慮すれば、下部遮光膜3は、W、Mo、Pt、Pd、Ti、Crおよびそれらのシリサイド等の高融点金属またはその化合物によって構成することが好ましい。下部遮光膜3の厚みは、約200nmである。下部遮光膜3の厚みは、100nm以上500nm以下であればよい。
【0036】
図7を参照すると、透明絶縁性基板1上に、SiO2、HTO(High Temperature Oxide)等の絶縁膜を、下部遮光膜3を覆うように堆積させて、第1層間絶縁膜12を形成する。第1層間絶縁膜12の厚みは、300nm以上500nm以下である。その理由は、以下に示すとおりである。TFTを構成する半導体層2に対して下部遮光膜3がバックゲートとして作用しないようにするためには、第1層間絶縁膜12の厚みは300nm以上であることが好ましい。しかし、第1層間絶縁膜12の厚みが500nmよりも厚いと、側面遮光膜7を充填するための側面ホール6を後工程において形成することが困難になる。このため、第1層間絶縁膜12の厚みは、300nm以上500nm以下としている。
【0037】
図8を参照すると、下部遮光膜3の上に、下部遮光膜3を覆うように形成された第1層間絶縁膜12を介して、各画素電極をスイッチングするためにそれぞれ形成されたTFTを構成する半導体層2を形成する。半導体層2は、例えば、多結晶シリコンによって構成されており、具体的には以下のようにして形成する。LPCVD法によって第1層間絶縁膜12上にアモルファスシリコン薄膜を50nmないし150nmの厚みで成膜した後、成膜したアモルファスシリコン薄膜に対して高温熱処理またはレーザアニールを施してアモルファスシリコン薄膜を多結晶化させる。その後、フォトリソグラフィー工程とエッチング工程とによって多結晶化したアモルファスシリコン薄膜をパターニングし、所定の形状をした半導体層2を形成する。その後、必要に応じて、TFTのしきい値を制御するための不純物を半導体層2へ注入してもよい。
【0038】
図9を参照すると、半導体層2を覆うようにゲート絶縁膜11を形成する。ゲート絶縁膜11の厚みは、約100nmである。ゲート絶縁膜11は、CVD法によって絶縁膜を堆積させ、堆積した絶縁膜を熱処理によって酸化させることによって形成する。そして、半導体層2のうち補助容量領域2Aとなるべき領域以外の領域をレジスト21により覆う。その後、半導体層2へ不純物イオンを注入し、補助容量領域2Aを形成する。
【0039】
図10を参照すると、レジスト21を剥離した後、半導体層2の上にゲート絶縁膜11を介してゲート配線17およびCs配線18を形成する。ゲート配線17およびCs配線18は、例えば、LPCVD法によってWSi等の膜を約200nmの厚みでゲート絶縁膜11上に形成し、その後、所定の形状にパターニングすることによって形成する。そして、ゲート配線17およびCs配線18をマスクとして、半導体層2に不純物イオンを注入して、LDD領域を形成する。ゲート配線17がマスクとなって不純物イオンが注入されないゲート配線17の下の領域は、チャネル領域2Cとなる。
【0040】
図11を参照すると、ゲート配線17の両側に対応する半導体層2の領域をLDD領域2Bとして残すようにレジスト22を形成する。そしてレジスト22をマスクとして半導体層2に不純物イオンを注入し、ソース領域2Dおよびドレイン領域2Eを半導体層2に形成する。その後、注入された不純物イオンを活性化するためにアニールを行う。
【0041】
図12を参照すると、ゲート絶縁膜11の上に、ゲート配線17とCs配線18とを覆うように第2層間絶縁膜13を約200nmの厚みに形成する。第2層間絶縁膜13は、SiO2、HTOによって構成する。第2層間絶縁膜13の厚みは、後工程において側面ホール6および側面遮光膜7をより容易に形成することができること、および半導体層2へ入射する光をより有効に遮光することを考慮すれば、より薄い方が好ましい。第2層間絶縁膜13の厚みが薄すぎると、メタル配線層下遮光膜5に印加される電圧がゲート配線17のゲート電位および半導体層2に形成されたLDD領域2Bに悪影響を与える。このため、第2層間絶縁膜13の厚みは、約200nmが好ましい。
【0042】
そして、半導体層2の両側に、第2層間絶縁膜13、ゲート絶縁膜11および第1層間絶縁膜12を貫通して下部遮光膜3に到達する側面ホール6を形成する。側面ホール6は、マトリックス状に形成された画素をそれぞれ囲むように形成する。側面ホール6の深さは、第2層間絶縁膜13、ゲート絶縁膜11および第1層間絶縁膜12の厚みの合計によって定まる。本実施の形態におけるこれら3つの絶縁膜の厚みの合計は、約600nm以上約800nm以下である。
【0043】
図13を参照すると、側面ホール6および第2層間絶縁膜13上に遮光膜を堆積させ、フォトリソグラフィー工程およびエッチング工程によって、堆積させた遮光膜をパターニングして、側面遮光膜7およびメタル配線層下遮光膜5をそれぞれ同時に形成する。側面遮光膜7およびメタル配線層下遮光膜5は、スパッタ法によって同時に成膜する。側面遮光膜7およびメタル配線層下遮光膜5の膜厚は、成膜方法に適した膜厚であって、かつ十分な遮光性を得ることができる膜厚であればよい。側面遮光膜7およびメタル配線層下遮光膜5は、TFTを構成する半導体層2へ向かって入射する光を遮光することができる遮光性を有する材料によって構成する。側面遮光膜7が下部遮光膜3およびメタル配線層下遮光膜5と電気的に接続され、互いに等しい電位に固定されることを考慮すれば、側面遮光膜7およびメタル配線層下遮光膜5は、低い抵抗を有する材料によって構成することが好ましい。
【0044】
メタル配線層下遮光膜5は、下部遮光膜3、半導体層2、ゲート配線17およびCs配線18を覆うように格子状にパターニングする。このパターニングの際、TFTソース配線コンタクトホール9およびTFTドレイン電極コンタクトホール10を形成するための開口をメタル配線層下遮光膜5に形成する。
【0045】
図14を参照すると、第2層間絶縁膜13の上に、メタル配線層下遮光膜5を覆うように酸化膜を堆積させて、第3層間絶縁膜14を300nm以上400nm以下の厚みに形成する。第3層間絶縁膜14は、SiO2、HTO等によって構成する。
【0046】
そして、半導体層2に設けられたソース領域2Dの上に、第3層間絶縁膜14、メタル配線層下遮光膜5、第2層間絶縁膜13およびゲート絶縁膜11を貫通してソース領域2Dへ到達するTFTソース配線コンタクトホール9を形成し、ドレイン領域2Eの上に、第3層間絶縁膜14、メタル配線層下遮光膜5、第2層間絶縁膜13およびゲート絶縁膜11を貫通してドレイン領域2Eへ到達するTFTドレイン電極コンタクトホール10を形成する。
【0047】
次に、第3層間絶縁膜14の上およびTFTソース配線コンタクトホール9に、Al等の金属材料を成膜し、ソース配線4Aを列方向に沿って形成する。第3層間絶縁膜14の上およびTFTドレイン電極コンタクトホール10に、Al等の金属材料を成膜し、ドレイン電極4Bを行方向に沿って形成する。
【0048】
図15を参照すると、第3層間絶縁膜14の上に、パッシベーション膜として窒化膜および酸化膜をソース配線4Aおよびドレイン電極4Bを覆うように堆積させて第4層間絶縁膜15を形成する。その後、水素化処理を行う。次に、第4層間絶縁膜15の上に、CVD法、スパッタ法等によって遮光膜を堆積させ、フォトリソグラフィー工程およびエッチング工程によってパターニングして、上部遮光膜8を下部遮光膜3およびメタル配線層下遮光膜5と対向するように格子状に形成する。
【0049】
図5を参照すると、次に、第4層間絶縁膜15の上に、絶縁膜を成膜し、平坦化のためのエッチバック、CMP等を行い、上部遮光膜8を覆うように第5層間絶縁膜16を形成する。その後、ドレイン電極4Bの上に、第5層間絶縁膜16、上部遮光膜8および第4層間絶縁膜15を貫通してドレイン電極4Bへ到達するドレイン電極透明電極コンタクトホール20を形成する。そして、第5層間絶縁膜16の上に、ITO膜によって構成された透明電極膜を成膜し、ドレイン電極透明電極コンタクトホール20を覆ってドレイン電極4Bと透明電極19とのコンタクトをとる。その後、透明電極膜を所定の形状にパターニングして、透明電極19を形成する。このようにして、本実施の形態に係る液晶表示装置50が製造される。
【0050】
このような液晶表示装置50においては、透明電極19側から半導体層2へ向かって入射する入射光は上部遮光膜8によって遮光され、液晶表示装置50に設けられた図示しないレンズ等の光学素子によって反射され、透明絶縁性基板1側から半導体層2へ向う戻り光は下部遮光膜3によって遮光される。
【0051】
さらに、散乱等によって斜めから半導体層2へ入射する光および上部遮光膜8、下部遮光膜3、メタル配線層4等によって多重反射して半導体層2へ向かう多重反射光は、メタル配線層下遮光膜5および下部遮光膜3と接続するように形成された側面遮光膜7によって完全に遮光される。
【0052】
以上のように本実施の形態によれば、半導体層2の両側に形成された側面遮光膜7が下部遮光膜3およびメタル配線層下遮光膜5と接続されているために、側面遮光膜7、下部遮光膜3およびメタル配線層下遮光膜5はトンネル構造を構成する。このため、半導体層2は、下部遮光膜3、メタル配線層下遮光膜5および側面遮光膜7によって実質的に完全に覆われる。従って、半導体層2へ向かってあらゆる方向から入射する光を実質的に完全に遮光することができる。
【0053】
このように、散乱等によって斜めから半導体層2へ入射する光および上部遮光膜8、下部遮光膜3、メタル配線層4等によって多重反射して半導体層2へ向かう多重反射光を遮光することができ、画素電極をスイッチングするために形成されたTFTを構成する半導体層2へ入射する光を完全に遮光することができる。
【0054】
従って、TFTのオフ時における光リーク電流の発生を抑えることができる。その結果、液晶パネルのコントラストの低下を防止することができるので、表示品位を向上させることができる。
【0055】
また、側面遮光膜7は、下部遮光膜3およびメタル配線層下遮光膜5と電気的に接続されているために、互いに等しい電位に固定されている。このため、画素電極をスイッチングするために形成されたTFTの電気的特性が変動しないという効果を奏する。
【0056】
なお、本実施の形態においては、第1層間絶縁膜12がSiO2、HTO等によって構成されている例を示したが、本発明はこれに限定されない。第1層間絶縁膜12は、SiO2の誘電率3.9よりも小さい誘電率を有する低誘電率層間絶縁膜(以下「Low−K材料」という)によって構成してもよい。Low−K材料によって第1層間絶縁膜12を構成すると、下部遮光膜3によるバックゲートの影響を抑えることができるために、第1層間絶縁膜12の厚みを300nmよりも薄くすることができる。このため、側面遮光膜7を充填するための側面ホール6を後工程において容易に形成することができるようになる。また、液晶表示装置の開口率を向上させることもできる。
【0057】
第2層間絶縁膜13も、第1層間絶縁膜12と同様に、SiO2、HTOの替わりに、SiO2の誘電率3.9よりも小さい誘電率を有するLow−K材料によって構成してもよい。Low−K材料によって第2層間絶縁膜13を構成すると、メタル配線層下遮光膜5に印加される電圧がTFTを構成する半導体層2に与える悪影響を抑えることができるとともに、メタル配線層下遮光膜5とゲート配線17との間の配線間容量を抑えることができるために、第2層間絶縁膜13の厚みを200nmよりも薄くすることができる。このため、後工程において側面ホール6および側面遮光膜7をより一層容易に形成することができるとともに、液晶表示装置の開口率も向上させることができる。
【0058】
第3層間絶縁膜14も、第1層間絶縁膜12と同様に、SiO2、HTOの替わりに、SiO2の誘電率3.9よりも小さい誘電率を有するLow−K材料によって構成してもよい。Low−K材料によって第3層間絶縁膜14を構成すると、メタル配線層下遮光膜5とメタル配線層4との間の配線間容量を抑えることができるために、第3層間絶縁膜14の厚みを300nmよりも薄くすることができる。このため、後工程においてTFTソース配線コンタクトホール9およびTFTドレイン電極コンタクトホール10を容易に形成することができる。第4層間絶縁膜15も、Low−K材料によって構成してもよい。
【0059】
また、半導体層2が多結晶シリコンによって構成されている例を示したが、半導体層2は、非晶質シリコン、単結晶シリコン等によって構成してもよい。
【0060】
側面遮光膜7およびメタル配線層下遮光膜5をそれぞれ同時に形成する例を示したが、側面遮光膜7およびメタル配線層下遮光膜5は、別個に形成してもよい。
【0061】
スパッタ法によって側面遮光膜7を側面ホール6に成膜する例を示したが、側面遮光膜7は、高温Alスパッタ/リフロー法、ブランケットW−CVD法、コリメートスパッタ法等によって、側面ホール6に成膜してもよい。
【0062】
スパッタ法によって側面遮光膜7を側面ホール6に成膜する場合、下部遮光膜3とコンタクトをとることができる側面ホール6のアスペクト比は、約0.7である。側面ホール6の深さが約600nmであると、側面ホール6を側面遮光膜7によって充填して下部遮光膜3とコンタクトをとるためには、側面ホール6のコンタクト径は850nm必要である。従って、スパッタ法によって側面遮光膜7を側面ホール6に成膜するときは、下部遮光膜3の面積を広げてパターンをを大きく取る必要がある。
【0063】
これに対して、高温Alスパッタ/リフロー法、ブランケットW−CVD法、コリメートスパッタ法等によれば、約1.5ないし2.0の高いアスペクト比を有する側面ホール6によって下部遮光膜3とコンタクトをとることができる。側面ホール6の深さが約600nmであると、側面ホール6を側面遮光膜7によって充填して下部遮光膜3とコンタクトをとるために必要な側面ホール6のコンタクト径は約300nm以上約400nm以下でよい。このため、下部遮光膜3の面積を広げてパターンを大きく取る必要がない。
【0064】
さらに、高温Alスパッタ/リフロー法等によって、高いアスペクト比を有する側面ホール6によって下部遮光膜3とコンタクトをとるとともに、第1層間絶縁膜12と第2層間絶縁膜13との少なくとも一方をLow−K材料によって構成すると、層間絶縁膜の厚みを薄くすることができる。このため、側面ホール6のコンタクト径をさらに小さくすることができ、液晶表示装置の開口率を向上させることができる。
【0065】
図16は、本実施の形態に係る他の液晶表示装置60の製造工程を説明する断面図である。図1ないし図15を参照して前述した液晶表示装置50の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。これらの構成要素の詳細な説明は省略する。前述した液晶表示装置50と異なる点は、第4層間絶縁膜15の上に上部遮光膜8および第5層間絶縁膜16を形成することなく、透明電極19を第4層間絶縁膜15の上に直接形成している点である。
【0066】
前述した図6ないし図14に示す工程を経た後、第3層間絶縁膜14の上に、パッシベーション膜として窒化膜および酸化膜をソース配線4Aおよびドレイン電極4Bを覆うように堆積させて第4層間絶縁膜15を形成する。その後、水素化処理を行う。その後、ドレイン電極4Bの上に、第4層間絶縁膜15を貫通してドレイン電極4Bへ到達するドレイン電極透明電極コンタクトホール20を形成する。そして、第4層間絶縁膜15の上に、ITO膜によって構成された透明電極膜を成膜し、ドレイン電極透明電極コンタクトホール20を覆ってドレイン電極4Bと透明電極19とのコンタクトをとる。その後、透明電極膜を所定の形状にパターニングして、透明電極19を形成する。このようにして、本実施の形態に係る他の液晶表示装置60が製造される。
【0067】
本実施の形態に係る他の液晶表示装置60によれば、前述した液晶表示装置50によって奏される効果と同様の効果を得ることができる。さらに、液晶表示装置60においては、ソース配線4Aおよびドレイン電極4Bによって構成されるメタル配線層4が上部遮光膜の機能を兼ねるために、上部遮光膜を形成する工程が不要である。このため、製造コストを削減することができるという効果を奏する。
【0068】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、画素電極をスイッチングするために形成された薄膜トランジスタを構成する半導体層へ入射する光を完全に遮光することができる液晶表示装置およびその製造方法を提供することができる。
【0069】
また本発明によれば、散乱等によって斜めから半導体層へ入射する光および上部遮光膜、下部遮光膜、メタル配線等によって多重反射して半導体層へ向かう多重反射光を遮光することができる液晶表示装置およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態に係る液晶表示装置の概略斜視図
【図2】本実施の形態に係る液晶表示装置の平面図
【図3】図2に示す線AAに沿った断面図
【図4】図2に示す線BBに沿った断面図
【図5】図2に示す線CCに沿った断面図
【図6】本実施の形態に係る液晶表示装置の製造工程を説明する断面図
【図7】本実施の形態に係る液晶表示装置の製造工程を説明する断面図
【図8】本実施の形態に係る液晶表示装置の製造工程を説明する断面図
【図9】本実施の形態に係る液晶表示装置の製造工程を説明する断面図
【図10】本実施の形態に係る液晶表示装置の製造工程を説明する断面図
【図11】本実施の形態に係る液晶表示装置の製造工程を説明する断面図
【図12】本実施の形態に係る液晶表示装置の製造工程を説明する断面図
【図13】本実施の形態に係る液晶表示装置の製造工程を説明する断面図
【図14】本実施の形態に係る液晶表示装置の製造工程を説明する断面図
【図15】本実施の形態に係る液晶表示装置の製造工程を説明する断面図
【図16】本実施の形態に係る他の液晶表示装置の製造工程を説明する断面図
【図17】従来の液晶表示装置の断面図
【図18】従来の他の液晶表示装置の断面図
【符号の説明】
1 透明絶縁性基板
2 半導体層
2A 補助容量領域
2B LDD領域
2C チャネル領域
2D ソース領域
2E ドレイン領域
3 下部遮光膜
4 メタル配線層
4A ソース配線
4B ドレイン電極
5 メタル配線層下遮光膜
6 側面ホール
7 側面遮光膜
8 上部遮光膜
9 TFTソース配線コンタクトホール
10 TFTドレイン電極コンタクトホール
11 ゲート絶縁膜
12 第1層間絶縁膜
13 第2層間絶縁膜
14 第3層間絶縁膜
15 第4層間絶縁膜
16 第5層間絶縁膜
17 ゲート配線
18 Cs配線
19 透明電極
20 ドレイン電極透明電極コンタクトホール
21、22 レジスト
50、60 液晶表示装置
Claims (7)
- 複数の画素をそれぞれ構成する複数の画素電極が行方向および列方向に沿ってマトリックス状に設けられた透明基板と、
前記各画素電極をそれぞれスイッチングするために前記透明基板上に形成され、それぞれが半導体層を有する複数の薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタをオンオフさせるための信号を供給するために、前記各半導体層に対して前記透明基板の反対側においてそれぞれが前記各画素電極に沿って行方向に形成された複数のゲート配線と、
前記各半導体層に対して前記透明基板の反対側においてそれぞれが前記各画素電極に沿って列方向に形成された複数のソース配線と、
前記各半導体層に対して前記透明基板の反対側においてそれぞれが前記各画素電極に沿って行方向に形成された複数のドレイン電極とを具備し、
前記透明基板側から前記各薄膜トランジスタの半導体層へ入射する光を遮断する下部遮光膜が、前記透明基板と前記各半導体層との間において前記各画素電極に沿って格子状に形成されており、
前記透明基板の反対側から前記各半導体層へ入射する光を遮断する配線層下遮光膜が、前記ソース配線および前記ドレイン電極と前記各半導体層との間において前記各画素電極に沿って格子状に形成されており、
前記各画素電極を囲むように側面遮光膜が形成されており、該側面遮光膜が、前記各半導体層の両側にて斜め方向から前記各半導体層へ入射する光を遮断するように、前記下部遮光膜および前記配線層下遮光膜と接続されており、
前記ソース配線と前記半導体層のソース領域とが前記配線層下遮光膜に形成された第1コンタクトホールを介して接続され、前記ドレイン電極と前記半導体層のドレイン領域とが前記配線層下遮光膜に形成された第2コンタクトホールを介して接続されており、
前記各ドレイン電極と前記各画素電極とがそれぞれ接続されていることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記側面遮光膜は、導電性を有しており、前記下部遮光膜および前記配線層下遮光膜と電気的に接続されている、請求項1記載の液晶表示装置。
- 前記側面遮光膜と前記下部遮光膜と前記配線層下遮光膜とは、互いに等しい電位に固定されている、請求項2記載の液晶表示装置。
- 前記各ソース配線および前記各ドレイン電極を覆うように前記各ソース配線および前記各ドレイン電極に対して前記透明基板の反対側に格子状に配置された上部遮光膜をさらに具備している、請求項1記載の液晶表示装置。
- 透明基板上に下部遮光膜を行方向および列方向に沿った格子状に形成する工程と、
該下部遮光膜を覆うように第1層間絶縁膜を形成する工程と、
画素を構成する液晶をスイッチングするための薄膜トランジスタを構成する半導体層を、前記透明基板側から該半導体層へ入射する光が前記下部遮光膜によって遮断されるように、前記下部遮光膜の上方の前記第1層間絶縁膜上にそれぞれ形成する工程と、
前記各半導体層を覆うようにゲート絶縁膜を形成する工程と、
該ゲート絶縁膜上に前記各薄膜トランジスタをオンオフさせるための信号を供給する複数のゲート配線を前記下部遮光膜の上方において行方向に沿って形成する工程と、
次いで、前記ゲート絶縁膜および前記ゲート配線を覆うように第2層間絶縁膜を形成する工程と、
該第2層間絶縁膜と前記ゲート絶縁膜と前記第1層間絶縁膜とを通って前記下部遮光膜へ達する側面ホールを、前記各画素をそれぞれ囲むように形成する工程と、
斜め方向から前記各半導体層へ入射する光を前記各半導体層の両側にて遮断する側面遮光膜を前記側面ホール内に形成するとともに、前記透明基板の反対側から前記各半導体層へ入射する光を遮断する配線層下遮光膜を前記第2層間絶縁膜上において前記各画素に沿った格子状に形成して前記側面遮光膜と接続する工程と、
前記配線層下遮光膜を覆うように第3層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第3層間絶縁膜上に、第1コンタクトホールを介して前記半導体層のソース領域に接続されたソース配線を前記下部遮光膜上において列方向に沿って形成するとともに第2コンタクトホールを介して前記半導体層のドレイン領域に接続されたドレイン電極を前記下部遮光膜上において行方向に沿って形成する工程と、
前記各ソース配線および前記各ドレイン電極を覆う第4層間絶縁膜を形成する工程と、
該第4層間絶縁膜上に、第3のコンタクトホールを介して前記各ドレイン電極にそれぞれ接続された画素電極を形成する工程と
を包含することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 前記第4層間絶縁膜上に上部遮光膜を形成する工程をさらに包含する、請求項5記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記第1ないし第4層間絶縁膜の少なくとも1つは、誘電率が3.9よりも小さい低誘電率層間絶縁膜によって構成されている、請求項5記載の液晶表示装置の製造方法。
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