JP4542492B2 - 電気光学装置及びその製造方法、電子機器、並びに半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば液晶装置等の電気光学装置及びその製造方法、電気光学装置を備えた、例えば液晶プロジェクタ等の電子機器、並びに半導体装置の技術分野に関する。
この種の電気光学装置、例えば液晶装置においては、同一基板上に表示画素及び駆動回路が同時形成された構造が用いられている。このような構造においては、表示画素に設けられ、比較的低速のスイッチング動作を主に行う半導体素子については、トランジスタ特性等の素子特性は比較的低くてよいのに対し、駆動回路における比較的高速のスイッチング動作や、更に電流増幅動作或いは電流制御動作、整流動作、電圧保持動作等を行う半導体素子の素子特性は比較的高いことが要求される。このため、駆動回路の半導体素子の半導体層として単結晶シリコンを用い、表示画素の半導体素子の半導体層としてポリシリコンを用いる各種技術が開示されている。例えば特許文献1では、異なる半導体層を効率良く同一基板上に形成する方法として、シリコン窒化膜を核としてシリコン膜を成長することにより半導体層を形成し、核となるシリコン窒化膜の大きさを異ならせることにより堆積されるシリコン膜を多結晶シリコン膜とするか単結晶シリコン膜とするかを決定する技術が開示されている。特許文献2では、単結晶シリコン膜のポリシリコン化の方法として、単結晶シリコン膜に珪素イオンを注入し、これを加熱又はレーザーアニール処理等をすることによりポリシリコン化する方法が、本願出願人により開示されている。
特開平5−134272号公報 特開2001−255559号公報
しかしながら、特許文献1による技術では、表面平滑性の良いシリコン膜を得ることが難しくCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械的研磨)等の平坦化処理が必要になるという技術的問題点がある。更に、核からシリコン膜を成長させることが困難で、実用化が難しいという技術的問題点もある。特許文献2による技術では、単結晶シリコン膜の珪素イオンの注入によるポリシリコン化が困難であるという技術的問題点がある。
本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、表示領域ではポリシリコンからなる半導体層を容易に形成できると共に周辺領域では平坦な単結晶シリコン膜からなる半導体層を容易に形成できる電気光学装置及びその方法、電子機器、並びに半導体装置を提供することを課題とする。
本発明の電気光学装置は、上記課題を解決するために、基板上に、表示領域に配列された複数の画素部と、前記表示領域の周辺に位置する周辺領域に配置されており、前記複数の画素部を駆動するための、第1単結晶シリコン膜からなるSOI(Silicon On Insulator)構造をなす第1半導体層及び該第1半導体層上にエピタキシャル成長により形成された第2単結晶シリコン膜からなる第2半導体層を有する半導体素子を含む駆動回路とを備える。
本発明の電気光学装置によれば、その動作時には、周辺領域に配置された例えばデータ線駆動回路及び走査線駆動回路等の駆動回路によって、例えばデータ線及び走査線を介して画像信号及び走査信号が画素部に供給される。これら画像信号等が、画素部において、例えば、画素スイッチング用トランジスタ等の半導体素子から選択的に画素電極等の表示用電極に供給されることでアクティブマトリクス駆動が行われる。即ち、複数の画素部がマトリクス状に平面配列された表示領域或いは画素アレイ領域(又は「画像表示領域」とも呼ぶ)における画像表示が行われる。
本発明では特に、駆動回路を構成する例えば薄膜トランジスタ等の半導体素子は、第1半導体層及び第2半導体層を有する、即ち2層構造となっている。第1半導体層は、第1単結晶シリコン膜からなるSOI構造をなしている。即ち、第1半導体層は、SOI技術により、絶縁膜上に、結晶性或いは膜厚均一性に優れた第1単結晶シリコン膜から形成されている。第2半導体層は、第1半導体層(言い換えれば、第1単結晶シリコン膜)上にエピタキシャル成長により形成された第2単結晶シリコン膜からなる。即ち、例えば、第1半導体膜上にアモルファスシリコンを積層し、加熱により固相成長させることで第2単結晶シリコン膜が形成されている。このように駆動回路を構成する半導体素子が2層構造となっているので、例えば、第1半導体層の不純物濃度(即ちキャリアの濃度)を第2半導体層の不純物濃度よりも大きくすることで、第1半導体層の空乏層幅を第2半導体層の空乏層幅よりも狭くすることができる。よって、第2半導体層よりも膜厚が薄い第1半導体層によって、部分空乏型の半導体素子を実現することができる。従って、駆動回路の動作スピードを向上させることができる。更に、第2半導体層の不純物濃度(即ちキャリアの濃度)を第1半導体層の不純物濃度よりも小さくすることで、第2半導体層におけるキャリアの散乱を低減することができる。よって、キャリアの移動度を高めることができる。従って、駆動回路の動作スピードを一層向上させることができる。
以上説明したように、本発明の電気光学装置によれば、駆動回路を構成する半導体素子は、SOI構造をなす第1半導体層とエピタキシャル成長により形成された第2半導体層とからなる2層構造を有しているので、第1半導体層及び第2半導体層の不純物濃度を夫々調整することにより、駆動回路の動作スピード等の性能を向上させることが可能である。
本発明の電気光学装置の一態様では、前記複数の画素部の各々は、前記駆動回路に電気的に接続されており、少なくともポリシリコン膜からなる第3半導体層を有する半導体素子を有する。
この態様によれば、画素部に設けられた例えば画素スイッチング用薄膜トランジスタ等である半導体素子は、少なくともポリシリコン膜からなる第3半導体層を有する。よって、画素部においては、半導体層が例えば単結晶シリコン膜からなる場合と比較して、第3半導体層のチャネル領域に蓄積されるキャリアのライフタイムを短くすることができる。よって、特に光の照射によって生じやすい、キャリアのライフタイムが長いことに起因するオフリークを低減或いは防止することができる。尚、駆動回路を構成する半導体素子は、SOI構造をなす第1半導体層とエピタキシャル成長により形成された第2半導体層とからなる2層構造を有しているので、第1半導体層及び第2半導体層の不純物濃度を夫々調整することにより、駆動回路の動作スピード等の性能を向上させることが可能である。
本発明の電子機器は、上記課題を解決するために、上述した本発明の電気光学装置(但し、その各種態様も含む)を具備する。
本発明の電子機器は、上述した本発明の電気光学装置を具備してなるので、高品質な画像表示を行うことが可能な、投射型表示装置、テレビ、携帯電話、電子手帳、ワードプロセッサ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルなどの各種電子機器を実現できる。また、本発明の電子機器として、例えば電子ペーパなどの電気泳動装置、電子放出装置(Field Emission Display及びConduction Electron-Emitter Display)、これら電気泳動装置、電子放出装置を用いた表示装置を実現することも可能である。
本発明の電気光学装置の製造方法は、上記課題を解決するために、基板上に、表示領域に配列された複数の画素部と、前記表示領域の周辺に位置する周辺領域に配置されており、前記複数の画素部を駆動するための半導体素子を含む駆動回路とを備える電気光学装置を製造する電気光学装置の製造方法であって、少なくとも前記半導体素子を配置すべき領域に、第1単結晶シリコン膜からなるSOI構造をなす第1半導体層を形成し、該第1半導体層上にエピタキシャル成長により第2単結晶シリコン膜からなる第2半導体層を形成し、前記形成された第1及び第2半導体層を有するように前記半導体素子を形成する素子形成工程と、前記表示領域に前記複数の画素部を形成する工程とを備える。
本発明の電気光学装置の製造方法によれば、上述した本発明の電気光学装置を製造することができる。ここで特に、駆動回路を構成する半導体素子を、SOI構造をなす第1半導体層とエピタキシャル成長により形成された第2半導体層とからなる2層構造として製造することができるので、第1半導体層及び第2半導体層の不純物濃度を夫々調整することにより、駆動回路の動作スピード等の性能を向上させることが可能である。
本発明の電気光学装置の製造方法の一態様では、前記第2半導体層を形成する工程として、前記第1半導体層上及び前記表示領域にアモルファスシリコン膜を積層し、該アモルファスシリコン膜をエピタキシャル成長させることにより、前記第2単結晶シリコン膜からなる前記第2半導体層を形成すると共に前記表示領域に少なくともポリシリコン膜からなる前記第3半導体層を形成する。
この態様によれば、表示領域における第3半導体層をポリシリコン膜から製造することができるので、第3半導体層のチャネル領域に蓄積されるキャリアのライフタイムを短くすることができる。よって、特に光の照射によって生じやすいオフリークを低減或いは防止することができる。更に、第2半導体層及び第3半導体層は、いずれも製造プロセスにおける同一工程によるアモルファスシリコン膜から形成されるので製造プロセスの複雑化を招かずに、第2半導体層及び第3半導体層を相異なる種類の半導体層として製造することができる。即ち、第2半導体層は単結晶シリコン膜として、第3半導体層はポリシリコン膜として形成することができる。
本発明の半導体装置は、上記課題を解決するために、第1単結晶シリコン膜からなるSOI構造をなす第1半導体層と、該第1半導体層上にエピタキシャル成長により形成された第2単結晶シリコン膜からなる第2半導体層とを備える。
本発明の半導体装置によれば、SOQ構造をなす第1半導体層とエピタキシャル成長により形成された第2半導体層とからなる2層構造を有しているので、第1半導体層及び第2半導体層の不純物濃度を夫々調整することにより、半導体装置の動作スピード等の性能を向上させることが可能である。
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされよう。
以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。以下の実施形態では、本発明の電気光学装置の一例である駆動回路内蔵型のTFTアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置を例にとる。
<第1実施形態>
第1実施形態に係る液晶装置について、図1から図7を参照して説明する。
先ず、本実施形態に係る液晶装置の全体構成について、図1及び図2を参照して説明する。ここに図1は、本実施形態に係る液晶装置の構成を示す平面図であり、図2は、図1のH−H´線での断面図である。
図1及び図2において、本実施形態に係る液晶装置では、TFTアレイ基板10と対向基板20とが対向配置されている。TFTアレイ基板10と対向基板20との間に液晶層50が封入されており、TFTアレイ基板10と対向基板20とは、本発明に係る「表示領域」の一例としての画像表示領域10aの周囲に位置するシール領域に設けられたシール材52により相互に接着されている。
図1において、シール材52が配置されたシール領域の内側に並行して、画像表示領域10aの額縁領域を規定する遮光性の額縁遮光膜53が、対向基板20側に設けられている。周辺領域のうち、シール材52が配置されたシール領域の外側に位置する領域には、本発明に係る「駆動回路」の一例を構成するデータ線駆動回路101、及び外部回路接続端子102がTFTアレイ基板10の一辺に沿って設けられている。この一辺に沿ったシール領域よりも内側に、本発明に係る「駆動回路」の一例を構成するサンプリング回路7が額縁遮光膜53に覆われるようにして設けられている。また、本発明に係る「駆動回路」の一例を構成する走査線駆動回路104は、この一辺に隣接する2辺に沿ったシール領域の内側に、額縁遮光膜53に覆われるようにして設けられている。更に、ここでは図示しないが、このように画像表示領域10aの両側に設けられた二つの走査線駆動回路104間をつなぐため、TFTアレイ基板10の残る一辺に沿い、且つ、額縁遮光膜53に覆われるようにして複数の配線105(図3参照)が設けられている。また、TFTアレイ基板10上には、対向基板20の4つのコーナー部に対向する領域に、両基板間を上下導通材107で接続するための上下導通端子106が配置されている。これらにより、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的な導通をとることができる。
TFTアレイ基板10上には、外部回接続端子102と、データ線駆動回路101、走査線駆動回路104、上下導通端子106等とを電気的に接続するための引回配線90が形成されている。
図2において、TFTアレイ基板10上の画像表示領域10aには、画素スイッチング用のTFT(Thin Film Transistor)である半導体素子や走査線、データ線等の配線が作り込まれた積層構造が形成される。また、TFTアレイ基板10上の周辺領域には、データ線駆動回路101、走査線駆動回路104及びサンプリング回路7を夫々構成する駆動回路用TFTである半導体素子や引回配線90等が作りこまれた積層構造が形成される。画像表示領域10aには、画素スイッチング用のTFTや走査線、データ線等の配線の上層に画素電極9aが設けられている。他方、対向基板20におけるTFTアレイ基板10との対向面上に、遮光膜23が形成されている。そして、遮光膜23上に、ITO等の透明材料からなる対向電極21が複数の画素電極9aと対向して形成される。また、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り、これら一対の配向膜間で、所定の配向状態をとる。
尚、ここでは図示しないが、TFTアレイ基板10上には、データ線駆動回路101、走査線駆動回路104の他に、製造途中や出荷時の当該液晶装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路、検査用パターン等が形成されていてもよい。
次に、この液晶装置の主要な構成について、図3を参照して説明する。ここに図3は、本実施形態に係る液晶装置の要部の構成を示すブロック図である。
図3において、本実施形態に係る液晶装置は、そのTFTアレイ基板10上の画像表示領域10aの周辺に位置する周辺領域には、走査線駆動回路104、データ線駆動回路101、サンプリング回路7等の駆動回路が形成されている。
図3に示すように、走査線駆動回路104には、外部回路から外部回路接続端子102を介してYクロック信号CLY(及び反転Yクロック信号CLY´)、Yスタートパルス信号、等の各種制御信号が供給される。走査線駆動回路104は、これらの信号に基づいて走査信号G1、・・・Gmをこの順に順次生成して走査線3aに出力する。また、走査線駆動回路104には、外部回路接続端子102を介して走査線駆動回路104を駆動するための電源VDDY及びVSSYや各種制御信号が供給される。
図3において、データ線駆動回路101には、外部回路から外部回路接続端子102を介してXクロック信号及びXスタートパルスが供給される。データ線駆動回路101は、Xスタートパルスが入力されると、Xクロック信号に基づくタイミングで、サンプリング信号S1、・・・、Snを順次生成して出力する。また、データ線駆動回路101には、外部回路接続端子102を介してデータ線駆動回路101を駆動するための電源VDDX及びVSSXや各種制御信号が供給される。
サンプリング回路7は、Pチャネル型又はNチャネル型の片チャネル型TFT、若しくは相補型のTFTから構成されたサンプリングスイッチ7sを複数備えている。
図3において、本実施形態に係る液晶装置には、更に、そのTFTアレイ基板の中央を占める画像表示領域10aに、マトリクス状に配列された複数の画素部700が設けられている。
ここで、本実施形態に係る液晶装置の画素部における構成について、図3に加えて図4を参照して説明する。ここに図4は、本実施形態に係る液晶装置の複数の画素部における各種素子、配線等の等価回路である。
図4において、複数の画素部700には夫々、画素電極9aと当該画素電極9aをスイッチング制御するためのTFT30とが形成されており、画像信号VS1、VS2、…、VSnが供給されるデータ線6aが当該TFT30のソースに電気的に接続されている。尚、後述するように、TFT30は、ポリシリコン膜からなる半導体層を有している。
また、TFT30のゲートに走査線3aが電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線3aにパルス的に走査信号G1、G2、…、Gmを、この順に線順次で印加するように構成されている。画素電極9aは、TFT30のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるTFT30を一定期間だけそのスイッチを閉じることにより、データ線6aから供給される画像信号VS1、VS2、…、VSnを所定のタイミングで書き込む。
画素電極9aを介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号VS1、VS2、…、VSnは、対向基板に形成された対向電極21との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能とする。ノーマリーホワイトモードであれば、各画素の単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が減少し、ノーマリーブラックモードであれば、各画素の単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が増加され、全体として液晶装置からは画像信号に応じたコントラストをもつ光が出射する。
ここで保持された画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極9aと対向電極21(図1及び図2参照)との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量70を付加する。この蓄積容量70は、走査線3aに並んで設けられ、固定電位側容量電極を含むと共に所定電位とされた容量線300を含んでいる。この蓄積容量70によって、各画素電極における電荷保持特性は向上されている。尚、容量線300の電位は、一つの電圧値に常時固定してもよいし、複数の電圧値に所定周期で振りつつ固定してもよい。
以上のような画素部700が、画像表示領域10aにマトリクス状に配列されているので、アクティブマトリクス駆動が可能となっている。
再び図3に示すように、画像信号は、6相にシリアル−パラレル展開された画像信号VID1〜VID6の夫々に対応して、6本のデータ線6aの組に対してグループ毎に供給されるよう構成されている。尚、画像信号の相展開数(即ち、シリアル−パラレル展開される画像信号の系列数)に関しては、6相に限られるものでなく、例えば、9相、12相、24相など、複数相に展開された画像信号が、その展開数に対応した数を一組としたデータ線6aの組に対して供給されるよう構成してもよい。また、シリアル−パラレル展開しないで、データ線6aに対して線順次に供給されるように構成してもよい。
次に、本実施形態に係る液晶装置の画素部の具体的な構成について、図5及び図6を参照して説明する。ここに図5は、本実施形態に係る液晶装置における相隣接する複数の画素部の平面図であり、図6は、図5のA−A´線での断面図である。
図5において、画素電極9aは、TFTアレイ基板10上に、マトリクス状に複数設けられており(点線部9a´により輪郭が示されている)、画素電極9aの縦横の境界に各々沿ってデータ線6a及び走査線3aが設けられている。データ線6aは、例えばアルミニウム膜等の金属膜あるいは合金膜からなり、走査線3aは、例えば導電性のポリシリコン膜等からなる。また、走査線3aは、半導体層1aのうち図中右上がりの斜線領域で示したチャネル領域1a´に対向するように配置されており、該走査線3aはゲート電極として機能する。即ち、走査線3aとデータ線6aとの交差する箇所にはそれぞれ、チャネル領域1a´に走査線3aの本線部がゲート電極として対向配置された画素スイッチング用のTFT30が設けられている。
図6に示すように、液晶装置は、透明なTFTアレイ基板10と、これに対向配置される透明な対向基板20とを備えている。TFTアレイ基板10は、例えば、石英基板、ガラス基板からなり、対向基板20は、例えばガラス基板や石英基板からなる。TFTアレイ基板10には、画素電極9aが設けられており、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16が設けられている。このうち画素電極9aは、例えばITO(Indium Tin Oxide)膜等の透明導電性膜からなる。他方、対向基板20には、その全面に渡って対向電極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。このうち対向電極21は、上述の画素電極9aと同様に、例えばITO膜等の透明導電性膜からなり、配向膜16及び22は、例えば、ポリイミド膜等の透明な有機膜からなる。液晶層50は、画素電極9aからの電界が印加されていない状態で配向膜16及び22により所定の配向状態をとる。
TFT30は、図6に示すように、LDD(Lightly Doped Drain)構造を有しており、その構成要素としては、上述したようにゲート電極として機能する走査線3a、ポリシリコン膜からなり走査線3aからの電界によりチャネルが形成される本発明に係る「第3半導体層」の一例としての半導体層1aのチャネル領域1a´、走査線3aと半導体層1aとを絶縁するゲート絶縁膜を含む絶縁膜2、半導体層1aにおける低濃度ソース領域1b及び低濃度ドレイン領域1c並びに高濃度ソース領域1d及び高濃度ドレイン領域1eを備えている。
尚、TFT30は、好ましくは図6に示したようにLDD構造をもつが、低濃度ソース領域1b及び低濃度ドレイン領域1cに不純物の打ち込みを行わないオフセット構造をもってよいし、走査線3aの一部からなるゲート電極をマスクとして高濃度で不純物を打ち込み、自己整合的に高濃度ソース領域及び高濃度ドレイン領域を形成するセルフアライン型のTFTであってもよい。また、本実施形態では、TFT30のゲート電極を、高濃度ソース領域1d及び高濃度ドレイン領域1e間に1個のみ配置したシングルゲート構造としたが、これらの間に2個以上のゲート電極を配置してもよい。このようにデュアルゲート、あるいはトリプルゲート以上でTFTを構成すれば、チャネルとソース及びドレイン領域との接合部のリーク電流を防止でき、オフ時の電流を低減することができる。
本実施形態では特に、TFT30は、ポリシリコン膜からなる半導体層1aを有する。よって、画素部700においては、半導体層1aが例えば単結晶シリコン膜からなる場合と比較して、半導体層1aのチャネル領域1a´に蓄積されるキャリアのライフタイムを短くすることができる。よって、特に光の照射によって生じやすい、キャリアのライフタイムが長いことに起因するオフリークを低減或いは防止することができる。
一方、図6においては、蓄積容量70が、TFT30の高濃度ドレイン領域1e及び画素電極9aに接続された画素電位側容量電極としての中継層71と、固定電位側容量電極としての容量線300の一部とが、誘電体膜75を介して対向配置されることにより形成されている。
容量線300は、例えば、Ti(チタン)、Cr(クロム)、W(タングステン)、Ta(タンタル)、Mo(モリブデン)等の高融点金属のうち少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、これらを積層したもの等からなる。或いは、Al(アルミニウム)膜から形成することも可能である。
中継層71は、例えば導電性のポリシリコン膜からなり画素電位側容量電極として機能する。ただし、中継層71は、後に述べる容量線300と同様に、金属又は合金を含む単一層膜又は多層膜から構成してもよい。中継層71は、画素電位側容量電極としての機能のほか、コンタクトホール83及び85を介して、画素電極9aとTFT30の高濃度ドレイン領域1eとを中継接続する機能をもつ。
容量線300は、中継層71と対向配置された固定電位側容量電極として機能する。この容量線300は、平面的に見ると、図5に示すように、走査線3aの形成領域に重ねて形成されている。より具体的には容量線300は、走査線3aに沿って延びる本線部と、図中、データ線6aと交差する各個所からデータ線6aに沿って上方に夫々突出した突出部と、コンタクトホール85に対応する個所が僅かに括れた括れ部とを備えている。このうち突出部は、走査線3a上の領域及びデータ線6a下の領域を利用して、蓄積容量70の形成領域の増大に貢献する。また、容量線300は、好ましくは、画素電極9aが配置された画像表示領域10aからその周囲に延設され、定電位源と電気的に接続されて、固定電位とされる。このような定電位源としては、例えば、上述のようにデータ線駆動回路101に供給される電源VDDXや電源VSSX等の定電位源でもよいし、対向基板20の対向電極21に供給される対向電極電位LCCOMでも構わない。
誘電体膜75は、図6に示すように、例えば膜厚5〜200nm程度の比較的薄いHTO(High Temperature Oxide)膜、LTO(Low Temperature Oxide)膜等の酸化シリコン膜、あるいは窒化シリコン膜等から構成される。蓄積容量70を増大させる観点からは、膜の信頼性が十分に得られる限りにおいて、誘電体膜75は薄いほどよい。
図5及び図6においては、上記のほか、TFT30の下側に、下側遮光膜11aが設けられている。下側遮光膜11aは、格子状にパターニングされており、これにより各画素の開口領域を規定している。下側遮光膜11aは、前述の容量線300と同様に、金属又は合金を含む単一層膜又は多層膜から構成される。尚、開口領域の規定は、図5中のデータ線6aと、これに交差するよう形成された容量線300とによっても、なされている。また、下側遮光膜11aについても、前述の容量線300の場合と同様に、その電位変動がTFT30に対して悪影響を及ぼすことを避けるために、画像表示領域からその周囲に延設して定電位源に接続するとよい。
また、TFT30下には、下地絶縁膜12が設けられている。下地絶縁膜12は、下側遮光膜11aからTFT30を層間絶縁する機能のほか、TFTアレイ基板10の全面に形成されることにより、TFTアレイ基板10の表面研磨時における荒れや、洗浄後に残る汚れ等で画素スイッチング用のTFT30の特性変化を防止する機能を有する。
加えて、走査線3a上には、高濃度ソース領域1dへ通じるコンタクトホール81及び高濃度ドレイン領域1eへ通じるコンタクトホール83がそれぞれ開孔された第1層間絶縁膜41が形成されている。
第1層間絶縁膜41上には、中継層71、及び容量線300が形成されており、これらの上には高濃度ソース領域1dへ通じるコンタクトホール81及び中継層71へ通じるコンタクトホール85がそれぞれ開孔された第2層間絶縁膜42が形成されている。
加えて更に、第2層間絶縁膜42上には、データ線6aが形成されており、これらの上には中継層71へ通じるコンタクトホール85が形成された第3層間絶縁膜43が形成されている。
次に、本実施形態に係る液晶装置の駆動回路用のTFTについて、図7を参照して説明する。ここに図7は、本実施形態に係る液晶装置の駆動回路用のTFTの断面図であり、図6に示した画素スイッチング用のTFTと比較して示す図である。
図3を参照して上述したように、TFTアレイ基板10上の画像表示領域10aの周辺に位置する周辺領域には、データ線駆動回路101、走査線駆動回路104、サンプリング回路7等の駆動回路が形成されている。これら駆動回路は、例えばスイッチング素子等の駆動回路用のTFTである半導体素子を含んで構成されている。
図7に示すように、周辺領域において、駆動回路用のTFT400は、下地絶縁膜12上に形成されている。
本実施形態の液晶装置では特に、駆動回路用のTFT400の半導体層は、第1半導体層410及び第2半導体層420からなる2層構造を有している。具体的には、TFT400は、その構成要素として、ゲート電極430、第1半導体層410のチャネル領域410c、第2半導体層420のチャネル領域420c、ゲート電極430と半導体層410及び420とを絶縁するゲート絶縁膜を含む絶縁膜2、第1半導体層410におけるソース領域410s及びドレイン領域410d、並びに第2半導体層420におけるソース領域420s及びドレイン領域420dを備えている。尚、TFT400は、LDD構造をもつように構成してもよい。
ゲート電極430は、画素スイッチング用のTFT30におけるゲート電極として機能する走査線3aと同一膜(即ち、ポリシリコン膜)からなる。
第1半導体層410は、下地絶縁膜12上に単結晶シリコン膜が例えば貼り合わせ用絶縁膜により貼り合わせられたSOI構造をなす半導体層である。尚、シリコンの単結晶化の方法としては、どのような方法を用いてもよい。第1半導体層410は、チャネル領域410cを挟んで両側にソース領域410s及びドレイン領域410dが配置された構造となっている。
第2半導体層420は、単結晶シリコン膜からなる第1半導体層410上で例えばアモルファスシリコンをエピタキシャル成長させることによって得られたエピタキシャル膜(即ち、単結晶シリコン膜)からなる。第2半導体層420は、チャネル領域420cを挟んで両側にソース領域420s及びドレイン領域420dが配置された構造となっている。
更に、ゲート電極430を覆って層間絶縁膜41及び42が配置され、第1層間絶縁膜41上にはソース電極450s及びドレイン電極450dが配置されている。
ソース電極450sは、ソース領域420sと層間絶縁膜41、42及び絶縁膜2を貫通して開孔されたコンタクトホール491を介して電気的に接続されている。
ドレイン電極450dは、ドレイン領域420dと層間絶縁膜41、42及び絶縁膜2を貫通して開孔されたコンタクトホール492を介して電気的に接続されている。
ソース電極450s及びドレイン電極450dを含む第2層間絶縁膜42上には、第3層間絶縁膜43が積層されている。
上述の如く、駆動回路用のTFT400は、第1半導体層410及び第2半導体層420からなる2層構造となっているので、例えば、第2半導体層420の不純物濃度(即ちキャリアの濃度)を第1半導体層410の不純物濃度よりも小さくする(例えば、第2半導体層420の比抵抗を22Ωmより大きくし、第1半導体層410の比抵抗を14〜22Ωmとする)ことで、第2半導体層420よりも膜厚が薄い第1半導体層410によって、部分空乏型の半導体素子を実現することができると共に第2半導体層420におけるキャリアの散乱を低減することができる。即ち、第1半導体層410及び第2半導体層420の不純物濃度を夫々調整することにより、駆動回路の動作スピードを向上させることができる。
次に、上述した本実施形態に係る液晶装置の製造方法について、図8から図10を参照して説明する。ここに図8から図10は、本実施形態に係る液晶装置を製造する一連の製造工程を示す工程断面図である。尚、図8から図10では、図7に示した駆動回路用のTFT及び画素スイッチング用のTFTの断面図に対応して示してある。
先ず、図8の工程(1)において、例えば石英基板、ガラス基板からなるTFTアレイ基板10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850〜1300℃、より好ましくは1000℃の高温でアニール処理し、後に実施される高温プロセスにおけるTFTアレイ基板10に生じる歪みが少なくなるように前処理しておく。即ち、製造プロセスにおける最高温で高温処理される温度に合わせて、事前に石英基板110を同じ温度かそれ以上の温度で熱処理しておくとよい。
次に、画像表示領域10aおいて、TFTアレイ基板10上に、Ti、Cr、W、Ta、Mo及びPb等の金属や金属シリサイド等の金属合金膜を、スパッタにより、100〜500nm程度の膜厚、ここでは約200nmの膜厚の遮光膜を形成した後、エッチングを行うことによりパターニングし、遮光膜11aを形成する。
次に、TFTアレイ基板10の全面(即ち、画像表示領域10a及び周辺領域)に、例えば、常圧又は減圧CVD法等により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などのシリケートガラス膜、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等からなる下地絶縁膜12を形成する。この下地絶縁膜12の膜厚は、例えば、約400〜1200nmとする。ここでは、1100nm程度とする。 次に、下地絶縁膜12の表面を、グローバルに研磨して平坦化する。研磨による平坦化の手法としては、例えばCMP(化学的機械研磨)法を用いることができる。これにより、下地絶縁膜12の膜厚を約600nmとする。
次に、TFTアレイ基板10の全面の下地絶縁膜12と単結晶シリコン基板410aとの貼り合わせを行う。下地絶縁膜12及び単結晶シリコン膜410aは、例えば300℃で2時間の熱処理によって直接貼り合わせることができる。貼り合わせの方法としては、例えば、水素イオンを注入した単結晶シリコン基板を貼り合わせ後に熱処理によって分離するSmart Cut法を用いて、基板上に単結晶シリコン膜を形成するUni bond法を用いてもよい。この場合、基板全面に渡って膜厚均一性の高い単結晶シリコン膜を得ることができる。また、単結晶シリコン膜を得るための手法としては、水素イオンを注入しない単結晶シリコン基板を基板に貼り合わせ、熱処理して貼り合わせた後、PACE(Plasma Assisted Chemical Etching)法によってシリコン層をエッチングして形成してもよい。このPACE処理によって単結晶シリコン膜は、例えば膜厚100nmに対しその膜厚均一性は10%以内のものが得られる。
次に、図8の工程(2)において、例えば、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程等により、単結晶シリコン膜410aのうち、画像表示領域10aにおける部分を除去すると共に、周辺領域における駆動回路用のTFTを形成すべき領域を含む領域における部分を残すようにパターニングする。
次に、図8の工程(3)において、TFTアレイ基板10の全面にアモルファスシリコンを堆積し、アモルファスシリコン層500を形成する。即ち、画像表示領域10aにおいて、下地絶縁膜12上にアモルファスシリコン層500を形成すると共に、周辺領域において、単結晶シリコン膜410a上にアモルファスシリコン層500を形成する。
次に、図9の工程(4)において、窒素雰囲気中にて、600℃〜700℃の温度下、ここでは、640℃の温度下で6時間加熱し、固相成長を行う。この工程により、画像表示領域10aにおいて、アモルファスシリコン膜500がポリシリコン化されてポリシリコン膜510が形成される。一方、周辺領域において、アモルファスシリコン膜500は単結晶シリコン膜410a上に形成されているため、アモルファスシリコン膜500はエピタキシャル成長してエピタキシャル膜520(即ち、単結晶シリコン膜)が形成される。尚、ポリシリコン化或いは固相成長の手段としては、レーザーアニールを用いてもよい。
次に、図9の工程(5)において、画像表示領域10aにおいては、ポリシリコン膜510を例えばフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程等によりパターニングして半導体層1aを形成する。一方、周辺領域においては、単結晶シリコン膜410a及びエピタキシャル膜520を例えばフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程等によりパターニングして第1半導体層410及び第2半導体層420を形成する。
次に、図9の工程(6)において、画像表示領域10aにおける半導体層1a並びに周辺領域における第1半導体層410及び第2半導体層420上に例えば、減圧CVD法等により高温酸化シリコン膜(HTO)膜を形成し、熱酸化シリコン膜とHTO膜の二層からなるゲート絶縁膜として機能する絶縁膜2を形成する。絶縁膜2の厚さは、例えば約60〜80nmの厚さとする。
次に、画像表示領域10aにおいて、ゲート電極として機能する走査線3aを形成する。一方、周辺領域において、ゲート電極430を形成する。その後、半導体層1a並びに第1半導体層410及び第2半導体層420に、例えば、P等のV族元素のドーパントをドープする。この際、半導体層1aにおいては、走査線3aがマスクとなり、一方、第1半導体層410及び第2半導体層420においては、ゲート電極430がマスクとなる。これにより、画像表示領域10aにおいて、半導体層1aのチャネル領域1a´、低濃度ソース領域1b及び低濃度ドレイン領域1cが形成される。一方、周辺領域において、第1半導体層410のチャネル領域410c、ソース領域410s及びドレイン領域410d、並びに第2半導体層420のチャネル領域420c、ソース領域420s及びドレイン領域420dが形成される。
次に、図10の工程(7)において、画像表示領域10aにおいて、ゲート電極として機能する走査線3aよりも幅が広い形状を有するレジスト膜601を形成する。その後、半導体層1a並びに第1半導体層410及び第2半導体層420に、例えば、P等のV族元素のドーパントをドープする。この際、半導体層1aにおいては、レジスト膜601がマスクとなり、一方、第1半導体層410及び第2半導体層420においては、ゲート電極430がマスクとなる。これにより、画像表示領域10aにおいて、半導体層1aの高濃度ソース領域1d及び高濃度ドレイン領域1eが形成される。一方、周辺領域において、第1半導体層410のソース領域410s及びドレイン領域410d、並びに第2半導体層420のソース領域420s及びドレイン領域420dが夫々、更に低抵抗化される。ドープ後、レジスト膜601を除去する。このようにして、画像表示領域10aに画素スイッチング用のTFT30が形成される共に、周辺領域に駆動回路用のTFT400が形成される。
次に、図10の工程(8)において、TFTアレイ基板10の全面に、即ち画素スイッチング用のTFT30や駆動回路用のTFT400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、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等からなる第1層間絶縁膜41を形成する。第1層間絶縁膜41の膜厚は、約500〜1500nmが好ましく、更に800nmがより好ましい。
次に、画像表示領域10aにおいて、蓄積容量70の画素電位側容量電極としての中継層71とTFT30の高濃度ドレイン領域1eとを電気的に接続するためのコンタクトホール83を、例えば反応性エッチング、反応性イオンビームエッチング等のドライエッチング又はウェットエッチングにより第1層間絶縁膜41に開孔する。その後、中継層71、誘電体膜75及び容量線300をこの順に積層して、蓄積容量70を形成する。この際、中継層71は、例えば導電性のポリシリコン膜を積層することにより形成する。誘電体膜75は、例えば膜厚5〜200nm程度の比較的薄いHTO(High Temperature Oxide)膜、LTO(Low Temperature Oxide)膜等の酸化シリコン膜、或いは窒化シリコン膜等を積層することにより形成する。容量線300は、例えば、Ti(チタン)、Cr(クロム)、W(タングステン)、Ta(タンタル)、Mo(モリブデン)等の高融点金属のうち少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、これらを積層したもの等、或いはAl(アルミニウム)膜から形成する。
次に、TFTアレイ基板10の全面に、即ち蓄積容量70を含む第1層間絶縁膜41上に例えば、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、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等からなる第2層間絶縁膜42を形成する。第2層間絶縁膜42の膜厚は、約500〜1500nmが好ましく、更に800nmがより好ましい。
次に、画像表示領域10aにおいて、データ線6a(図7参照)とTFT30の高濃度ソース領域1dとを電気的に接続するためのコンタクトホール92を、例えば反応性エッチング、反応性イオンビームエッチング等のドライエッチング又はウェットエッチングにより第1層間絶縁膜41及び第2層間絶縁膜42に貫通して開孔する。一方、周辺領域において、ソース電極450s(図7参照)とTFT400のソース領域420sとを電気的に接続するためのコンタクトホール491及びドレイン電極450d(図7参照)とTFT400のドレイン領域420dとを電気的に接続するためのコンタクトホール492を夫々、コンタクトホール92と同様に第1層間絶縁膜41及び第2層間絶縁膜42に貫通して開孔する。
その後、第2層間絶縁膜42上に、スパッタ等により、Al等の低抵抗金属や金属シリサイド等を金属膜として、約100〜700nmの厚さ、好ましくは約350nmに堆積する。続いて、金属膜を例えばフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程等によりパターニングし、データ線6a、ソース電極450s及びドレイン電極450dを形成する(図7参照)。
続いて、TFTアレイ基板の全面に、即ちデータ線6a、ソース電極450s及びドレイン電極450dを含む第2層間絶縁膜42上に、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、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等からなる第3層間絶縁膜43(図7参照)を形成する。第3層間絶縁膜43の膜厚は、約500〜1500nmが好ましく、更に800nmがより好ましい。
続いて、画像表示領域10aにおいて、画素電極9a及び中継層71を電気的に接続するためのコンタクトホール85(図6参照)を、例えば反応性エッチング、反応性イオンビームエッチング等のドライエッチング又はウェットエッチングにより第2層間絶縁膜42及び第3層間絶縁膜43に貫通して開孔する。
続いて、画像表示領域10aにおいて、第3層間絶縁膜43の上に、スパッタ等により、ITO膜等の透明導電性薄膜を、約50〜200nmの厚さに堆積した後、エッチング等により、画素電極9a(図6参照)を形成する。
続いて、画素電極9a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、配向膜16(図6参照)を形成する。
他方、図6に示した対向基板20については、対向基板20としてガラス基板等が先ず用意される。この対向基板20上に、例えば金属クロムをスパッタした後、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程を経て、マトリクス状の遮光膜23(図2参照)を形成する。尚、この遮光膜23は、Cr、Ni、Al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20の全面にスパッタ処理等により、ITO等の透明導電性薄膜を、約50〜200nmの厚さに堆積することにより、対向電極21を形成する。更に、対向電極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。
最後に、上述のように各層が形成されたTFTアレイ基板10と対向基板20とは、配向膜16及び22が対面するようにシール材(図1及び図2参照)により貼り合わされ、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。
上述の如く液晶装置を製造すれば、駆動回路用のTFT400を、SOI構造をなす第1半導体層410とエピタキシャル成長により形成された第2半導体層420とからなる2層構造として製造することができるので、第1半導体層410及び第2半導体層420に対する不純物濃度を夫々調整することにより、駆動回路の動作スピード等の性能を向上させることが可能である。
更に、上述の如く液晶装置を製造すれば、画像表示領域10aにおける半導体層1aをポリシリコン膜から製造することができるので、半導体層1aのチャネル領域1a´に蓄積されるキャリアのライフタイムを短くすることができる。よって、特に光の照射によって生じやすいオフリークを低減或いは防止することができる。更に、TFT400を構成する第2半導体層420とTFT30を構成する半導体層1aは、いずれも製造プロセスにおける同一工程(図8の工程(3)及び図9の工程(4)参照)によるアモルファスシリコン膜500から形成されるので製造プロセスの複雑化を招かずに、第2半導体層420及び半導体層1aを相異なる種類の半導体層として製造することができる。即ち、第2半導体層420はエピタキシャル膜520(即ち単結晶シリコン膜)から、半導体層1aはポリシリコン膜510から形成することができる。
(電子機器)
次に、上述した電気光学装置である液晶装置を各種の電子機器に適用する場合について説明する。
まず、この液晶装置をライトバルブとして用いたプロジェクタについて説明する。図11は、プロジェクタの構成例を示す平面図である。この図11に示されるように、プロジェクタ1100内部には、ハロゲンランプ等の白色光源からなるランプユニット1102が設けられている。このランプユニット1102から射出された投射光は、ライトガイド1104内に配置された4枚のミラー1106および2枚のダイクロイックミラー1108によってRGBの3原色に分離され、各原色に対応するライトバルブとしての液晶パネル1110R、1110Bおよび1110Gに入射される。
液晶パネル1110R、1110Bおよび1110Gの構成は、上述した液晶装置と同等であり、画像信号処理回路から供給されるR、G、Bの原色信号でそれぞれ駆動されるものである。そして、これらの液晶パネルによって変調された光は、ダイクロイックプリズム1112に3方向から入射される。このダイクロイックプリズム1112においては、RおよびBの光が90度に屈折する一方、Gの光が直進する。したがって、各色の画像が合成される結果、投射レンズ1114を介して、スクリーン等にカラー画像が投写されることとなる。
ここで、各液晶パネル1110R、1110Bおよび1110Gによる表示像について着目すると、液晶パネル1110Gによる表示像は、液晶パネル1110R、1110Bによる表示像に対して左右反転することが必要となる。
なお、液晶パネル1110R、1110Bおよび1110Gには、ダイクロイックミラー1108によって、R、G、Bの各原色に対応する光が入射するので、カラーフィルタを設ける必要はない。
次に、液晶装置を、モバイル型のパーソナルコンピュータに適用した例について説明する。図12は、このパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。図12において、コンピュータ1200は、キーボード1202を備えた本体部1204と、液晶表示ユニット1206とから構成されている。この液晶表示ユニット1206は、先に述べた液晶装置1005の背面にバックライトを付加することにより構成されている。
さらに、液晶装置を、携帯電話に適用した例について説明する。図13は、この携帯電話の構成を示す斜視図である。図13において、携帯電話1300は、複数の操作ボタン1302とともに、反射型の液晶装置1005を備えるものである。この反射型の液晶装置1005にあっては、必要に応じてその前面にフロントライトが設けられる。
尚、図11から図13を参照して説明した電子機器の他にも、液晶テレビや、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた装置等などが挙げられる。そして、これらの各種電子機器に適用可能なのは言うまでもない。
また本発明は、上述の実施形態で説明した液晶装置以外にも、シリコン基板上に素子を形成する反射型液晶装置(LCOS)、プラズマディスプレイ(PDP)、電界放出型ディスプレイ(FED、SED)、有機ELディスプレイ、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、電気泳動装置等にも適用可能である。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電気光学装置及びその製造方法、該電気光学装置を備えてなる電子機器、並びに半導体装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
第1実施形態に係る液晶装置の全体構成を示す平面図である。 図1のH−H´の断面図である。 第1実施形態に係る液晶装置の要部の構成を示すブロック図である。 第1実施形態に係る液晶装置の複数の画素部における各種素子、配線等の等価回路である。 第1実施形態に係る液晶装置における相隣接する複数の画素部の平面図である。 図5のA−A´線での断面図である。 第1実施形態に係る液晶装置の駆動回路用TFTの断面図であり、図6に示した画素スイッチング用のTFTと比較して示す図である。 第1実施形態に係る液晶装置を製造する一連の製造工程を示す工程断面図であり、工程(1)から工程(3)までを示す図である。 第1実施形態に係る液晶装置を製造する一連の製造工程を示す工程断面図であり、工程(4)から工程(6)までを示す図である。 第1実施形態に係る液晶装置を製造する一連の製造工程を示す工程断面図であり、工程(7)及び工程(8)を示す図である。 電気光学装置を適用した電子機器の一例たるプロジェクタの構成を示す平面図である。 電気光学装置を適用した電子機器の一例たるパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。 電気光学装置を適用した電子機器の一例たる携帯電話の構成を示す斜視図である。
符号の説明
3a…走査線、6a…データ線、7…サンプリング回路、9a…画素電極、10…TFTアレイ基板、10a…画像表示領域、20…対向基板、21…対向電極、50…液晶層、101…データ線駆動回路、104…走査線駆動回路、450s…ソース電極、450d…ドレイン電極、410…第1半導体層、420…第2半導体層、430…ゲート電極、700…画素部

Claims (3)

  1. 基板上に、
    表示領域に配列された複数の画素部と、
    前記表示領域の周辺に位置する周辺領域に配置されており、前記複数の画素部を駆動するための、第1単結晶シリコン膜からなるSOI(Silicon On Insulator)構造をなす第1半導体層、及び該第1半導体層上に積層したアモルファスシリコン膜をエピタキシャル成長させて形成された第2単結晶シリコン膜からなる第2半導体層を有する半導体素子を含む駆動回路と、
    を備え、
    前記画素部には、前記駆動回路に電気的に接続されるとともに、前記アモルファスシリコン膜をポリシリコン化して形成されたポリシリコン膜からなる第3半導体層を有する半導体素子を含むこと
    を特徴とする電気光学装置。
  2. 請求項1に記載の電気光学装置を具備してなることを特徴とする電子機器。
  3. 基板上に、表示領域に配列された複数の画素部と、前記表示領域の周辺に位置する周辺領域に配置されており、前記複数の画素部を駆動するための駆動回路と、を備える電気光学装置を製造する電気光学装置の製造方法であって、
    前記周辺領域に、第1単結晶シリコン膜からなるSOI(Silicon On Insulator)構造をなす第1半導体層を形成する工程と、
    前記第1半導体層上、及び前記表示領域にアモルファスシリコン膜を積層する工程と、
    前記第1半導体層上の前記アモルファスシリコン膜をエピタキシャル成長させて第2単結晶シリコン膜からなる第2半導体層を形成するとともに、前記表示領域の前記アモルファスシリコン膜をポリシリコン化してポリシリコン膜からなる第3半導体層を形成する工程と、
    前記第1及び第2半導体層を有する半導体素子、及び前記第3半導体層を有する半導体素子を形成する素子形成工程と、
    を備えたことを特徴とする電気光学装置の製造方法。
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