JP4586732B2 - 電気光学装置及びその製造方法並びに電子機器 - Google Patents

電気光学装置及びその製造方法並びに電子機器 Download PDF

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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、並びに該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の技術分野に関する。
この種の電気光学装置は、基板上に、画素電極と、該画素電極の選択的な駆動を行うための走査線、データ線、及び画素スイッチング用素子としてのTFT(Thin Film Transistor)とを備え、アクティブマトリクス駆動可能に構成される。また、高コントラスト化等を目的として、TFTと画素電極との間に蓄積容量が設けられることがある。以上の構成要素は基板上に高密度で作り込まれ、画素開口率の向上や装置の小型化が図られる(例えば、特許文献1参照)。
このように、電気光学装置には更なる表示の高品質化や小型化・高精細化が要求されており、上記以外にも様々な対策が講じられている。例えば、TFTの半導体層に光が入射すると、光リーク電流が発生し、表示品質が低下してしまうことから、電気光学装置の耐光性を高めるために該半導体層の周囲に遮光層が設けられる。また、蓄積容量はできるだけ容量が大きい方が望ましいが、その反面で、画素開口率を犠牲にしないように設計するのが望ましい。
特開2002−156652号公報
しかしながら、上述した技術によれば、高機能化或いは高性能化に伴って、基板上における積層構造が、基本的に複雑高度化している。これは更に、製造方法の複雑高度化、製造歩留まりの低下等を招いている。逆に、基板上における積層構造や製造プロセスを単純化しようとすれば、蓄積容量の容量不足、遮光性能の低下等による表示品位の低下を招きかねない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、蓄積容量の容量を大きくすると共に遮光性能を高めることができ、高品質な表示が可能な電気光学装置及びその製造方法、並びにそのような電気光学装置を具備してなる電子機器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、互いに交差して延在するデータ線及び走査線と、前記基板上で平面的に見て前記データ線及び走査線に対応して規定される画素毎に配置された画素電極と、前記画素電極に電気的に接続された薄膜トランジスタと、前記基板上で平面的に見て前記薄膜トランジスタのチャネル領域に対向する領域を含む領域に配置され且つ前記薄膜トランジスタより上層側に配置されており、ポリシリコン膜からなる下側電極、誘電体膜及び金属膜からなる上側電極が下層側から順に積層されてなると共に前記画素電極に電気的に接続された蓄積容量とを備える。
本発明の電気光学装置によれば、その動作時には、薄膜トランジスタが、走査線に選択される画素位置の画素電極に対してデータ線からデータ信号を印加することで、アクティブマトリクス駆動が可能である。この際、画素電極に電気的に接続された蓄積容量によって、画素電極における電位保持特性が向上し、表示の高コントラスト化が可能となる。
本発明では特に、蓄積容量は、ポリシリコン膜からなる下側電極、誘電体膜及び金属膜からなる上側電極が下層側から順に積層されてなる。即ち、蓄積容量は、半導体膜、絶縁体膜及び金属膜が順に積層されたMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造を有する。よって、下側電極における上層側表面を酸化する酸化処理を施すことによって高温酸化膜即ちHTO(High Temperature Oxide)膜を形成することにより、或いは、下側電極上に誘電体膜を積層した後に誘電体膜を焼成する焼成処理を施すことによって誘電体膜の緻密さを向上させることにより、蓄積容量の耐圧を高め、リーク電流の発生を抑制或いは防止できる。即ち、下側電極はポリシリコン膜からなるので、酸化処理或いは焼成処理の際に施され得る比較的高温の熱処理によって、仮に下側電極が例えばアルミニウム(Al)等の金属膜からなる場合と比較して、下側電極が溶融してしまうことを抑制或いは防止できる。
更に、下側電極がポリシリコン膜からなることにより蓄積容量の耐圧を高めることができるので、誘電体膜を例えばシリコン窒化膜等の高誘電率材料(即ち、High−k材料)から形成することができる。即ち、仮に下側電極が金属膜からなる場合と比較して、酸化処理、高温酸化膜の敷設、或いは焼成処理により耐圧を高めることができる分だけ、誘電体膜を高誘電率材料から形成してもリーク電流は殆ど或いは全く発生しない。言い換えれば、酸化処理、高温酸化膜の敷設、或いは焼成処理により蓄積容量の耐圧を確保しつつ、誘電体膜を高誘電率材料から形成することにより蓄積容量の容量を大きくすることが可能となる。
加えて、本発明では特に、蓄積容量は、基板上で平面的に見て薄膜トランジスタのチャネル領域に対向する領域を含む領域に配置され且つ薄膜トランジスタより上層側に配置されており、蓄積容量の上側電極は例えばアルミニウム膜等の金属膜からなる。よって、上層側からの入射光に対して、上側電極によって薄膜トランジスタのチャネル領域を遮光できる。上側電極は、アルミニウムの他、より遮光性の高い例えばチタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、タングステン(W)等の金属の単層膜又は多層膜からなるようにしてもよい。このように構成することで、上側電極によって薄膜トランジスタのチャネル領域をより一層確実に遮光できる。
更に、蓄積容量が上述の如きMIS構造を有するので、仮に蓄積容量の上側電極及び下側電極のいずれもがポリシリコン膜からなる場合(即ち、蓄積容量が、ポリシリコン膜、絶縁体膜及びポリシリコン膜が順に積層されたPIP(Polysilicon-Insulator-Polysilicon)構造を有する場合)と比較して、上側電極がポリシリコン膜より低抵抗な金属膜からなる分だけ蓄積容量のターンアラウンドタイム即ちTAT(Turn Around Time)を短くすることができる。加えて、蓄積容量の上側電極は金属膜からなるので、上側電極に例えば定電位を供給する容量線を上側電極と一体的に形成することができる。即ち、上側電極を容量線としても機能させることができる。ここで、仮に例えば上側電極をWSiポリサイド膜から形成するとすれば、WSiポリサイド膜の合金化のための熱処理の際に、WSiポリサイド膜に合金化による応力が加わることで、上側電極のそりやクラックが生じてしまい、例えば容量線等の配線として機能することが困難になる。しかるに本発明では特に、上側電極は金属膜(即ち、金属の単層又は多層膜)からなるので、そりやクラックが殆ど或いは全く発生しない。よって、上側電極及び容量線の低抵抗化或いは断線防止のために、上側電極及び容量線を例えば層間絶縁膜を介して相異なる層に配置される導電膜とコンタクトホールを介して電気的に接続することにより二重配線等の冗長配線構造を形成する必要がない。即ち、上側電極を単独配線として使用することができる。従って、積層構造を比較的単純化することが可能となる。これにより、歩留まりも向上可能であり、装置自体の信頼性が高まる。
本発明の電気光学装置の一態様では、前記金属膜のOD(Optical Density)値は、4より大きい。
この態様によれば、金属膜のOD値は4より大きい、即ち、金属膜の光透過率は0.01%より小さい。よって、高遮光性能を有する金属膜からなる上側電極により、薄膜トランジスタのチャネル領域を確実に遮光できる。尚、例えばWSiポリサイド膜のOD値は、約1.2程度(即ち、光透過率は約6.31%程度)である。
本発明の電気光学装置の他の態様では、前記上側電極は、遮光性の金属を含んでなる。
この態様によれば、チャネル領域に近接配置可能な上側電極によって、上層側からの入射光に対して薄膜トランジスタのチャネル領域を、より一層確実に遮光できる。この結果、薄膜トランジスタにおける光リーク電流は低減され、高品位の画像表示が可能となる。
上述した上側電極が遮光性の金属を含んでなる態様では、前記上側電極は、前記遮光性の金属として、チタンナイトライド(TiN)、チタン(Ti)及びタングステン(W)のうち少なくとも一つを含んでなるようにしてもよい。
このように構成すれば、上側電極によって、上層側からの入射光に対して薄膜トランジスタのチャネル領域を、より一層確実に遮光できる。この結果、薄膜トランジスタにおける光リーク電流は低減され、高品位の画像表示が可能となる。
上述した上側電極がチタンナイトライドを含んでなる態様では、前記上側電極は、チタンナイトライドからなる第1の遮光層、アルミニウムからなる導電層、チタンナイトライドからなる第2の遮光層が下層側から順に積層された積層構造を有するようにしてもよい。
このように構成すれば、チタンナイトライドからなる第1及び第2の遮光層によって、上層側からの入射光に対して薄膜トランジスタのチャネル領域を、より一層確実に遮光できると共に、アルミニウムからなる導電層によって上側電極を低抵抗化できる。
本発明の電気光学装置の他の態様では、前記蓄積容量は、前記データ線より下層側に配置される。
この態様によれば、薄膜トランジスタのチャネル領域に、蓄積容量をより一層近接配置可能となり、金属膜からなる上側電極によって上層側からの入射光に対して薄膜トランジスタのチャネル領域をより一層確実に遮光できる。
本発明の電気光学装置の他の態様では、前記誘電体膜は、窒化シリコン(SiN)、酸化シリコン(SiO2)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化ハフニウム(HfO2)及びアルミナ(Al2O3)のうち少なくとも1つを含む。
この態様によれば、蓄積容量の容量を大きくすることができる。尚、誘電体膜は、窒化シリコン等の誘電率と同程度或いはより大きな誘電率を有する他の高誘電率材料からなるようにしてもよい。誘電体膜は、高誘電率材料の単層膜であってもよいし、複数の相異なる種類の高誘電率材料の多層膜であってもよい、或いは、高誘電率材料よりも誘電率の低い低誘電率材料と共に多層膜としてもよい。
本発明の電気光学装置の他の態様では、前記下側電極における上層側に高温酸化膜を備える。
この態様によれば、例えば下側電極における上層側表面が酸化されることにより形成された、高温酸化膜または敷設HTO膜によって、蓄積容量におけるリーク電流の発生を抑制或いは防止できる。即ち、蓄積容量の耐圧を高めることができる。
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、互いに交差して延在するデータ線及び走査線と、前記基板上で平面的に見て前記データ線及び走査線に対応して規定される画素毎に配置された画素電極と、前記画素電極に電気的に接続された薄膜トランジスタと、下側電極、誘電体膜及び上側電極が下層側から順に積層されてなると共に前記画素電極に電気的に接続された蓄積容量とを備えた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、前記基板上に前記走査線を形成する工程と、前記基板上の平面的に見て前記データ線及び走査線の交差に対応する領域に、前記薄膜トランジスタを形成する工程と、前記蓄積容量を、前記基板上で平面的に見て前記薄膜トランジスタのチャネル領域に対向する領域を含む領域に、前記薄膜トランジスタより上層側にポリシリコン膜からなる下側電極、誘電体膜及び金属膜からなる上側電極が下層側から順に積層されてなるように、形成する工程と、前記データ線を、前記基板上に前記走査線と交差するように形成する工程と、前記画素電極を、前記画素毎に、前記蓄積容量と電気的に接続されるように形成する工程とを含む。
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できる。 本発明では特に、蓄積容量を、MIS構造を有するように形成するので、下側電極に対する酸化処理、HTO膜の敷設、或いは誘電体膜に対する焼成処理により蓄積容量の耐圧を確保しつつ、誘電体膜を高誘電率材料から形成することにより蓄積容量の容量を大きくすることが可能となる。更に、上側電極によって薄膜トランジスタのチャネル領域を遮光できる。加えて、上側電極を単独配線として形成することができ、製造プロセスを比較的単純化することが可能となり、歩留まりも向上可能である。
本発明の電気光学装置の製造方法の一態様では、前記蓄積容量を形成する工程は、前記誘電体を積層する前に、前記下側電極における上層側表面を酸化する酸化処理を行う工程を含む。
この態様によれば、下側電極における上層側にHTO膜を形成することができ、蓄積容量の耐圧を高めることができる。
本発明の電気光学装置の製造方法の他の態様では、前記蓄積容量を形成する工程は、前記上側電極を積層する前に、前記誘電体膜を焼成する焼成処理を行う工程を含む。
この態様によれば、金属膜からなる上側電極を溶融することなく、焼成処理によって誘電体膜の緻密さを向上させることができる、即ち、蓄積容量の耐圧を高めることができる。
本発明の電気光学装置の製造方法の他の態様では、前記蓄積容量を形成する工程は、前記誘電体膜を、原子層堆積法によって形成する。
この態様によれば、原子層堆積法即ちALD(Atomic Layer Deposition)法によって誘電材料を積層することにより誘電体膜を形成するので、より薄く高精度に誘電体膜を形成することができる。
本発明の電気光学装置の製造方法の他の態様では、前記上側電極の上層側に低温プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、前記上側電極と前記データ線とを電気的に層間絶縁する層間絶縁膜を形成する工程を含む。
この態様によれば、例えば500℃未満の低温下で行われる、プラズマCVD(PECVD:Plasma Enhanced CVD)法、高密度プラズマCVD(HDPCVD:High Density Plasma CVD)法等の低温プラズマCVD法によって例えばTEOS(テトラ・エチル・オルソ・シリケート)ガス等を用いて層間絶縁膜を形成する。よって、層間絶縁膜を形成する際に、例えば500℃以上に加熱する処理を必要としない。従って、金属膜からなる下側電極を殆ど或いは全く溶融してしまうことなく、層間絶縁膜を形成することができる。
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を具備してなる。
本発明の電子機器によれば、上述した本発明の電気光学装置を具備してなるので、高品位の画像を表示可能な、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、更には電気光学装置を露光用ヘッドとして用いたプリンタ、コピー、ファクシミリ等の画像形成装置など、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)等を実現することも可能である。
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6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、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、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、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、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。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、外部回路接続端子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上には、駆動素子である画素スイッチング用のTFT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。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、例えばITO(Indium Tin Oxide)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ている。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、本実施形態に係る液晶装置の画素部における電気的な構成について、図3を参照して説明する。ここに図3は、液晶装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図である。
図3において、本実施形態に係る電気光学装置の画像表示領域10a(図1参照)内にマトリクス状に形成された複数の画素部には夫々、画素電極9aと該画素電極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S1、S2、…、Snが供給されるデータ線6aがTFT30のソースに電気的に接続されている。尚、TFT30は、本発明に係る「薄膜トランジスタ」の一例である。
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S1、S2、…、Snを所定のタイミングで書き込む。
画素電極9aを介して液晶層50(図2参照)の液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号S1、S2、…、Sn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が付加されている。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。
次に、上述の動作を実現する画素部の具体的構成について、図4及び図5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におけるデータ線、走査線、画素電極等が形成されたTFTアレイ基板の相隣接する複数の画素群の平面図であり、図5は、図4のA−A´線での断面図である。
図4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或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。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5に示すように、本実施形態に係る液晶装置は、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、シリコン基板からなり、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、上述した画素電極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。
図5に示すように、TFT30は、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、例えば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5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、画素スイッチング用の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、或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。更に、TFT30を構成する半導体層1aは非単結晶層でも単結晶層でも構わない。単結晶層の形成には、貼り合わせ法等の公知の方法を用いることができる。半導体層1aを単結晶層とすることで、特に周辺回路の高性能化を図ることができる。
図5において、蓄積容量70は、第1層間絶縁膜41を介してTFT30の上層側に設けられており、TFT30の高濃度ドレイン領域1e及び画素電極9aに接続された下側電極71と、容量線300の一部からなる上側電極300a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。
下側電極71は、導電性のポリシリコン膜からなり、第1層間絶縁膜41に開孔されたコンタクトホール83を介してTFT30の高濃度ドレイン領域1eと電気的に接続されている。即ち、下側電極71は、画素電位とされる画素電位側容量電極として機能する。下側電極71の延在部は、第3層間絶縁膜43及び第2層間絶縁膜42を貫通して開孔されたコンタクトホール85を介して画素電極9aと電気的に接続されている。即ち、下側電極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とを電気的に中継接続する機能をもつ。尚、下側電極71の上層側には、後述するように、HTO膜が形成されている。
層間絶縁膜41、42及び43は夫々、例えばNSG(ノンシリケートガラス)によって形成されている。その他、層間絶縁膜41、42及び43には夫々、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)等のシリケートガラス、窒化シリコンや酸化シリコン等を用いることができる。
誘電体膜75は、例えば膜厚5〜300nm程度の比較的薄い窒化シリコン(SiN)膜から構成されている。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。尚、誘電体膜75は、後述するように、焼成処理が施され緻密さが高められている。
上側電極300aは、容量線300の一部として形成されており、下側電極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。容量線300は、平面的に見ると、図4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、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、固定電位とされている。このような定電位源としては、例えば、データ線駆動回路101に供給される正電源や負電源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でもよい。
ここで本実施形態に係る蓄積容量について、図6を参照して詳細に説明する。ここに図6は、図4のC1部分の部分拡大断面図である。
図6に示すように、蓄積容量70は、下側電極71、誘電体膜75及び上側電極300aが下層側から順に積層されて形成されている。尚、下側電極71の上層側には、後述するように、HTO膜72が形成されている。
本実施形態では特に、下側電極71は、導電性のポリシリコン膜からなり、上側電極300aはアルミニウム等からなる。即ち、蓄積容量70は、半導体膜、絶縁体膜及び金属膜が順に積層されたMIS構造を有している。
図6に示すように、本実施形態では特に、下側電極71の上層側には、HTO膜72が形成されている。HTO膜72は、ポリシリコン膜からなる下側電極71の上層側表面を酸化する酸化処理によって形成された高温酸化シリコン膜或いは、LP(Low Pressure)−CVD法により形成された膜からなる。このように下側電極71と誘電体膜75との間に形成されたHTO膜72によって、蓄積容量70の耐圧が高められている。即ち、蓄積容量70におけるリーク電流の発生を抑制或いは好ましくは防止できる。ここで本実施形態では特に、下側電極71は、ポリシリコン膜からなるので、仮に下側電極71が例えばアルミニウム等の金属膜からなる場合と比較して、比較的高温での熱処理を伴う酸化処理によって下側電極71が溶融してしまうことは殆ど或いは全くない。よって、下側電極71の上側(即ち、誘電体膜75の下側)に、リーク電流を殆ど或いは全く発生させないHTO膜を敷設することが可能となる。
更に、本実施形態では特に、誘電体膜75は、焼成処理が施されることによって緻密さが高められている、即ち、蓄積容量70の耐圧が高められている。よって、蓄積容量70におけるリーク電流の発生を抑制或いは防止できる。ここで本実施形態では特に、下側電極71は、ポリシリコン膜からなるので、仮に下側電極71が例えばアルミニウム等の金属膜からなる場合と比較して、比較的高温での熱処理を伴う焼成処理によって下側電極71が溶融してしまうことは殆ど或いは全くない。よって、蓄積容量70の耐圧を高めるための誘電体膜75に対する焼成処理が可能となる。
加えて、本実施形態では特に、上述したように、誘電体膜75は、高誘電率材料(即ち、High−k材料)であるSiN膜から形成されている。ここで高誘電率材料を誘電体膜として蓄積容量を構成した場合には、耐圧が小さくなり、リーク電流が生じ易い。しかるに本実施形態では、仮に下側電極71が金属膜からなる場合と比較して、上述したように酸化処理或いは焼成処理により耐圧を高められている分だけ、誘電体膜75をシリコン窒化膜から形成してもリーク電流は殆ど或いは全く発生しない。言い換えれば、本実施形態では特に、下側電極71はポリシリコン膜からなるので、上述した酸化処理或いは焼成処理により蓄積容量70の耐圧を確保しつつ、誘電体膜75を高誘電率材料であるシリコン窒化膜から形成することにより蓄積容量70の容量を大きくすることが可能となる。尚、誘電体膜75は、SiNの他、酸化シリコン(SiO2)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化ハフニウム(HfO2)、アルミナ(Al2O3)等の高誘電率材料の単層膜又は多層膜であってもよい。或いは、これら高誘電率材料よりも誘電率の低い低誘電率材料と共に多層膜としてもよい。
図6において、上側電極300a(言い換えれば、容量線300)は、第1遮光層311、導電層320及び第2遮光層312が下層側から順に積層された積層構造を有する多層膜からなる。
第1遮光層311及び第2遮光層312はいずれもチタンナイトライド(TiN)膜から形成されており、導電層320は、アルミニウム(Al)膜から形成されている。
図5に示すように本実施形態では特に、蓄積容量70は、TFTアレイ基板10上で平面的に見てTFT30のチャネル領域1aに対向する領域を含む領域に配置され、且つ、TFT30より上層側に配置されている。よって、金属膜からなる上側電極300aにより上層側からの入射光に対してTFT30のチャネル領域1a´を遮光できる。本実施形態では特に、上述したように、上側電極300aは、高い遮光性を有するTiN膜からなる第1遮光層311及び第2遮光層312を含んで構成されており、上側電極300aのOD値は4より大きい、即ち、光透過率は0.01%より小さい。よって、仮に上側電極300が、OD値が約1.2程度(即ち、光透過率は約6.31%程度)であるWSiポリサイド膜からなる場合に比較して、TFT30のチャネル領域1aをより確実に遮光できる。尚、第1遮光層311及び第2遮光層312は、TiN膜の他、チタン(Ti)膜、タングステン(W)膜から形成してもよい。即ち、上側電極300aは、例えばTi膜、Al膜及びTi膜が順に積層された積層構造、或いは、W膜、Al膜及びW膜が順に積層された積層構造を有する三層膜であってもよい。或いは、上側電極300aは、積層構造を単純化し、例えばTiN膜、Ti膜及びW膜のいずれかとAl膜とを積層した積層構造を有する二層膜としてもよい。
更に、本実施形態では特に、蓄積容量70が上述の如きMIS構造を有するので、仮に蓄積容量70の上側電極300a及び下側電極71のいずれもがポリシリコン膜からなる場合(即ち、ポリシリコン膜、絶縁体膜及びポリシリコン膜が順に積層されたPIP構造を有する場合)と比較して、上側電極300aがポリシリコン膜より低抵抗な金属膜からなる分だけ蓄積容量70のターンアラウンドタイム(即ちTAT)を短くすることができる。加えて、蓄積容量70の上側電極300aは金属膜からなるので、上側電極300a及び容量線300と一体的に形成することができる。即ち、上側電極300aを容量線300としても機能させることができる。ここで、仮に例えば上側電極300aをWSiポリサイド膜から形成するとすれば、WSiポリサイド膜の合金化のための熱処理の際に、WSiポリサイド膜に合金化による応力が加わることで、上側電極300aのそりやクラックが生じてしまい、容量線300として機能することが困難になる。しかるに本実施形態では特に、図6を参照して上述したように、上側電極71は金属膜からなるので、そりやクラックが殆ど或いは全く発生しない。よって、上側電極300a及び容量線300の低抵抗化或いは断線防止のために、上側電極300a及び容量線300を、層間絶縁膜を介して相異なる層に配置される導電膜とコンタクトホールを介して電気的に接続することにより二重配線等の冗長配線構造を形成する必要がない。即ち、上側電極300a(言い換えれば、容量線300)を単独配線として使用することができる。従って、TFTアレイ基板10上の積層構造を比較的単純化することが可能となる。これにより、歩留まりも向上可能であり、液晶装置自体の信頼性が高まる。
図5に示すように、本実施形態では特に、蓄積容量70は、後述するデータ線6aより下層側に配置されている。即ち、蓄積容量70は、TFT30のチャネル領域1a´により一層近接して配置されている。よって、第1遮光層310及び第2遮光層320を含む上側電極300aによって上層側からの入射光に対しTFT30のチャネル領域1a´をより一層確実に遮光できる。
再び図4及び図5において、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。更に、下側遮光膜11aは、TFTアレイ基板10における裏面反射や、複板式のプロジェクタ等で他の液晶装置から発せられ合成光学系を突き抜けてくる光などの、下層側からの戻り光に対してTFT30のチャネル領域1aを遮光している。下側遮光膜11aは、金属又は合金を含む単層膜又は多層膜から構成されている。尚、開口領域の規定は、図4中のデータ線6aと、これに交差するように形成された容量線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、上述した容量線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されている。
以上説明したように、本実施形態に係る液晶装置によれば、蓄積容量70は、MIS構造を有しているので、誘電体膜75に対する焼成処理或いは下側電極71に対する酸化処理によって、耐圧を高め、リーク電流の発生を抑制或いは防止できると共に、高誘電率材料を用いて蓄積容量70の容量を大きくすることができる。その結果、フリッカ、画素むら等を低減或いは好ましくは無くし、高品質な表示が可能となる。
<製造方法>
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7から図10を参照して説明する。ここに図7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7、図9及び図10では、図5に示した画素部の断面図に対応して示してあり、図8では、図6に示した蓄積容量の部分拡大断面図に対応して示してある。尚、ここでは、本実施形態に係る液晶装置のうち蓄積容量の製造工程を主として説明することとする。
先ず、図7に示すように、画像表示領域10aにおいて、TFTアレイ基板10上に下地遮光膜11aから第1層間絶縁膜41までの各層構造を形成する。この際、下地遮光膜11aは、格子状にパターニングされ、下地絶縁膜12及び第1層間絶縁膜41は、TFTアレイ基板10の全面に形成される。下地絶縁膜12は、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等のシリケートガラス膜、窒化膜や酸化シリコン膜等から形成する。この下地絶縁膜12の膜厚は、例えば約500nm〜2000nm程度、好ましくは約800nm程度とする。TFT30は、走査線3a及び後に形成されるデータ線6aの交差に対応する領域に形成される。TFT30を形成する工程において、アニール処理或いはアニーリング処理等の熱処理が施され、TFT30の特性が高められる。この際のアニール温度は、約900〜1300℃、好ましくは例えば約1000℃程度である。第1層間絶縁膜41は、例えば、常圧又は減圧CVD法等によりTEOSガス、TEBガス、TMOPガス等を用いて、NSG、PSG、BSG等のシリケートガラス膜、窒化膜や酸化シリコン膜等から形成される。この第1層間絶縁膜41の膜厚は、例えば約500nm〜2000nm程度、好ましくは約800nm程度とする。ここで好ましくは、800℃程度の高温でアニール処理し、第1層間絶縁膜41の膜質を向上させる。尚、各工程には、通常の半導体集積化技術を用いることができる。また、第1層間絶縁膜41の形成後、その表面を、化学的研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)処理等によって平坦化してもよい。
次に、第1層間絶縁膜41の表面の所定位置にエッチングを施し、高濃度ドレイン領域1eに達する深さのコンタクトホール83を開孔する。続いて、所定のパターンで導電性のポリシリコン膜を積層し、下側電極71を形成する。下側電極71は、コンタクトホール83によって高濃度ドレイン領域1eとひとつながりに接続する。
続いて、図8(a)に示すように、ポリシリコン膜からなる下側電極71の上層側表面に酸化処理を施す、或いは、LP−CVD法により、高温酸化シリコン膜からなるHTO膜72を形成する。
次に、図8(b)に示すように、HTO膜72上に、原子層堆積法(即ち、ALD法)によってSiN膜を積層し、誘電体膜75を形成する。この際、本実施形態では特に、誘電体膜75を焼成する焼成処理を行なう。よって、誘電体膜75の緻密さを向上させることができ、蓄積容量70の耐圧を高めることができる。更に、本実施形態では特に、ALD法によって誘電材料を積層することにより誘電体膜75を形成するので、誘電体膜75をより薄く高精度に形成することができる。本実施形態によれば、HTO膜72と誘電体膜75に対する焼成処理とによって、蓄積容量の耐圧が高められるので、誘電体膜75を薄く形成してもリーク電流は殆ど或いは好ましくは全く発生しない。即ち、高耐圧且つ大容量の蓄積容量を形成することが可能である。尚、誘電体膜75は、SiNの他、SiO2、Ta2O5、HfO2、Al2O3等の高誘電率材料の単層膜又は多層膜として形成してもよい。或いは、これら高誘電率材料よりも誘電率の低い低誘電率材料と共に多層膜として形成してもよい。
次に、図8(c)に示すように、所定のパターンで上側電極300a(言い換えれば、容量線300)を形成する。即ち、先ず、誘電体膜75上に、所定のパターンで、TiNを積層し、第1遮光層311を形成する。次に、第1遮光層311の上に所定パターンで、Alを積層し、導電層320を形成する。次に、導電膜320上に所定パターンで、TiNを積層し、第2遮光膜312を形成する。この際、上側電極300aは、所定のパターンとして、TFTアレイ基板10上で平面的に見てTFT30のチャネル領域1a´に対向する領域を含む領域に形成する。よって、第1遮光層311及び第2遮光層312を含む上側電極300aにより、TFT30のチャネル領域1a´を確実に遮光できる。
次に、図9に示すように、本実施形態では特に、TFTアレイ基板10上の全面に、例えば500℃未満で行なうプラズマCVD法により、TEOSガスを用いて、NSG、PSG、BSG等のシリケートガラス膜からなる第2層間絶縁膜42を形成する。この第2層間絶縁膜42の膜厚は、例えば約400nm程度とする。よって、第2層間絶縁膜42を形成する際に、例えば500℃以上に加熱する処理を必要としない。従って、金属膜からなる上側電極300a(言い換えれば、容量線300)を殆ど或いは好ましくは全く溶融してしまうことなく、第2層間絶縁膜42を形成することができる。尚、高密度プラズマCVD法によって第2層間絶縁膜42を形成してもよい。尚、第2層間絶縁膜42の形成後、その表面を、CMP処理等によって平坦化してもよい。
次に、図10に示すように、第2層間絶縁膜42の表面の所定位置にエッチングを施し、高濃度ソース領域1dに達する深さのコンタクトホール92を開孔する。続いて、所定のパターンでアルミニウム膜を積層し、データ線6aを形成する。データ線6aは、コンタクトホール92によって高濃度ソース領域1dとひとつながりに接続する。
次に、TFTアレイ基板10の全面に、BPSGを積層し、第3層間絶縁膜43を形成する。この第3層間絶縁膜43の膜厚は、例えば約500nm〜1500nm程度、好ましくは約800nm程度とする。尚、第3層間絶縁膜43には、例えばNSG、PSG、BPSG等のシリケートガラス、窒化シリコンや酸化シリコン等を用いることができる。また、第3層間絶縁膜43の形成後、その表面を、CMP処理等によって平坦化してもよい。
次に、第3層間絶縁膜43の表面の所定位置にエッチングを施し、下側電極71の延在部に達する深さのコンタクトホール85を開孔する。続いて、所定のパターンでITO等の透明導電膜を積層し、画素電極9aを形成する。画素電極9aは、コンタクトホール85によって下側電極71の延在部とひとつながりに接続する。よって、画素電極9aは、下側電極71の延在部によって、高濃度ドレイン領域1eと電気的に中継接続される。
以上説明した液晶装置の製造方法によれば、上述した本実施形態の液晶装置を製造できる。 本実施形態では特に、蓄積容量70を、MIS構造を有するように形成するので、下側電極71に対する酸化処理、HTO膜の敷設、或いは誘電体膜75に対する焼成処理により蓄積容量70の耐圧を確保しつつ、誘電体膜75を高誘電率材料から形成することにより蓄積容量70の容量を大きくすることが可能となる。更に、上側電極300aによってTFT30のチャネル領域1a´を遮光できる。加えて、上側電極300aを単独配線として形成することができ、製造プロセスを比較的単純化することが可能となり、歩留まりも向上可能である。
<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。
先ず、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及び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及び1110Gに入射される。
液晶パネル1110R、1110B及び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及びBの光が90度に屈折する一方、Gの光が直進する。従って、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及び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。
尚、液晶パネル1110R、1110B及び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。
尚、図11を参照して説明した電子機器の他にも、モバイル型のパーソナルコンピュータや、携帯電話、液晶テレビ、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。
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、電気光学装置の製造方法及び該電気光学装置を備えてなる電子機器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´線断面図である。 第1実施形態に係る液晶装置の画素における各種素子等の等価回路図である。 第1実施形態に係る液晶装置の相隣接する複数の画素群の平面図である。 図4のA−A´線断面図である。 図4のC1部分拡大断面図である。 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(その1)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(その2)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(その3)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(その4)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。
符号の説明
1a´…チャネル領域、2…絶縁膜、3a…走査線、6a…データ線、9a…画素電極、7…サンプリング回路、10…TFTアレイ基板、10a…画像表示領域、11a…下地遮光膜、12…下地絶縁膜、16…配向膜、20…対向基板、21…対向電極、23…遮光膜、22…配向膜、30…TFT、41…第1層間絶縁膜、42…第2層間絶縁膜、43…第3層間絶縁膜、50…液晶層、52…シール材、53…額縁遮光膜、70…蓄積容量、71…下側電極、72…HTO膜、75…誘電体膜、83、85、92…コンタクトホール、101…データ線駆動回路、102…外部回路接続端子、104…走査線駆動回路、106…上下導通端子、107…上下導通材、300…容量線、300a…上側電極、311…第1遮光層、312…第2遮光層、320…導電層

Claims (4)

  1. 基板上に、互いに交差して延在するデータ線及び走査線と、前記基板上で平面的に見て前記データ線及び走査線に対応して規定される画素毎に配置された画素電極と、前記画素電極に電気的に接続された薄膜トランジスタと、下側電極、誘電体膜及び上側電極が下層側から順に積層されてなると共に前記画素電極に電気的に接続された蓄積容量とを備えた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、
    前記基板上に前記走査線を形成する工程と、
    前記基板上の平面的に見て前記データ線及び走査線の交差に対応する領域に、前記薄膜トランジスタを形成する工程と、
    前記蓄積容量を、前記基板上で平面的に見て前記薄膜トランジスタのチャネル領域に対向する領域を含む領域に、前記薄膜トランジスタより上層側にポリシリコン膜からなる下側電極、誘電体膜及び金属膜からなる上側電極が下層側から順に積層されてなるように、形成する工程と、
    前記データ線を、前記基板上に前記走査線と交差するように形成する工程と、
    前記画素電極を、前記画素毎に、前記蓄積容量と電気的に接続されるように形成する工程と
    を含み、
    前記蓄積容量を形成する工程は、前記上側電極を積層する前に、前記誘電体膜を焼成する焼成処理を行う工程を含む
    ことを特徴とする電気光学装置の製造方法。
  2. 前記蓄積容量を形成する工程は、前記誘電体を積層する前に、前記下側電極における上層側表面を酸化する酸化処理を行う工程を含むことを特徴とする請求項に記載の電気光学装置の製造方法。
  3. 前記蓄積容量を形成する工程は、前記誘電体膜を、原子層堆積法によって形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の電気光学装置の製造方法。
  4. 前記上側電極の上層側に低温プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、前記上側電極と前記データ線とを電気的に層間絶縁する層間絶縁膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電気光学装置の製造方法。
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