JP2011158753A - 電気光学装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶装置等の電気光学装置において、容易に容量絶縁膜の膜厚制御を行う。
【解決手段】電気光学装置は、画素毎に設けられたトランジスタ（３０）と、トランジスタに対応して設けられた画素電極（９）と、画素電極に電気的に接続されており、第１容量電極（２）、第１容量電極に上層側から対向配置された第２容量電極（５）、及び第１容量電極及び第２容量電極間に形成された容量絶縁膜（７）からなる蓄積容量（７０）とを備える。容量絶縁膜は、酸化ハフニウムを含む第１層（７ａ）と、第１層の上層に形成されており、アルミナを含む第２層（７ｂ）と、第１層の下層に形成されており、アルミナを含む第３層（７ｃ）と、第２層の上層に形成されており、酸化ハフニウムを含む第４層（７ｄ）とを有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えば液晶装置等の電気光学装置、及び該電気光学装置を備えた、例えば液晶プロジェクター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として、画素電極に電気的に接続された蓄積容量を有するものがある。蓄積容量は、例えば容量電極間に誘電体膜（言い換えれば、容量絶縁膜）を配置することで形成される（例えば、特許文献１参照）。

蓄積容量を構成する容量絶縁膜は、その性能を高めるために複数の層が積層された構造とされる場合がある。例えば特許文献２では、第１の強誘電体膜を結晶化させ、その上に第２の強誘電体膜を形成することで、分極反転量を高く維持しながらリーク電流を低減し、なおかつ絶縁破壊耐性及びインプリント耐性に優れる蓄積容量を実現しようとする技術が提案されている。

特表２０００−５１４２４３号公報 特開２００８−１２４２７４号公報

しかしながら、上述したように複数の層が積層された容量絶縁膜を用いる場合には、容量絶縁膜を構成する層の数が増加するため、各層を構成する誘電体膜の膜厚制御に高い精度が求められてしまう。膜厚制御が正確になされなければ、容量絶縁膜としての機能を十分に発揮できない他、装置を構成する他の部分への悪影響も生じてしまうおそれがある。

ここで特に、容量絶縁膜の膜厚は、例えば容量絶縁膜の上層側に位置する容量電極のパターニングや容量電極との化学的反応によって比較的簡単に変化してしまうおそれがあり、何ら対策を施さずに高い精度で膜厚制御をすることは極めて難しい。

以上のように、上述した技術には、容量絶縁膜を積層構造とすることで有益な効果が得られたとしても、膜厚制御を極めて高い精度で行わなければならないため、製造工程が高度複雑化してしまうおそれが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、容易に容量絶縁膜の膜厚制御が可能である電気光学装置及び電子機器を提供することを課題とする。

本発明の第１の電気光学装置は上記課題を解決するために、画素毎に設けられたトランジスタと、前記トランジスタに対応して設けられた画素電極と、前記画素電極に電気的に接続されており、第１容量電極、前記第１容量電極に上層側から対向配置された第２容量電極、及び前記第１容量電極及び前記第２容量電極間に形成された容量絶縁膜からなる蓄積容量とを備え、前記容量絶縁膜は、酸化ハフニウムを含む第１層と、前記第１層の上層に形成されており、アルミナを含む第２層と、前記第１層の下層に形成されており、アルミナを含む第３層と、前記第２層の上層に形成されており、酸化ハフニウムを含む第４層とを有する。

本発明の第１の電気光学装置は、例えば、画素電極及び該画素電極に電気的に接続された画素スイッチング用ＴＦＴ（Thin Film Transistor）等であるトランジスタが設けられた素子基板と、画素電極に対向する対向電極が設けられた対向基板との間に、液晶等の電気光学物質を挟持してなる。当該電気光学装置の動作時には、画像信号が画素電極へ選択的に供給されることで、複数の画素電極が配列された画素領域（或いは画像表示領域）における画像表示が行われる。尚、画像信号は、例えばデータ線及び画素電極間に電気的に接続されたトランジスタがオンオフされることによって、所定のタイミングでデータ線から画素電極に供給される。

本発明の第１の電気光学装置によれば、画素電極には蓄積容量が電気的に接続されている。蓄積容量は、第１容量電極、第１容量電極に上層側から対向配置された第２容量電極、及び第１容量電極及び第２容量電極間に形成された容量絶縁膜からなる。例えば、第１容量電極は、画素電極及びトランジスタ間に電気的に接続された電極として構成され、第２容量電極は、定電位源と電気的に接続されることで固定電位に維持された固定電位側容量電極として構成される。

ここで本発明では特に、上述した蓄積容量を構成する容量絶縁膜は、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）を含む第１層と、第１層の上層に形成されており、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を含む第２層と、第１層の下層に形成されており、アルミナを含む第３層と、第２層の上層に形成されており、酸化ハフニウムを含む第４層とを有するように構成されている。即ち、本発明に係る容量絶縁膜は、下層側から順にアルミナを含む第３層、酸化ハフニウムを含む第１層、アルミナを含む第２層、酸化ハフニウムを含む第４層が積層された４層構造となっている。

ここで仮に、容量絶縁膜が第１層、第２層及び第３層の３層構造である場合（即ち、第４層が形成されない場合）を考えると、容量絶縁膜を構成する層のうち最も上側の第２層が第２容量電極（即ち、上層側の容量電極）と接するような構成となる。第２層は比較的反応を起こし易いアルミナを含んでいるため、第２容量電極と反応し異層膜を形成してしまうおそれがある。また、第２容量電極がアルミ等で構成されている場合、第２容量電極をエッチング等によってパターニングする際に、パターニングする必要のない第２層までもが一緒に削られてしまうおそれがある。

しかるに本発明では特に、第２層の上層に第４層が形成されている。よって、第２容量電極と接するのは酸化ハフニウムを含む第４層となる。酸化ハフニウムは、アルミナと比べると、異層膜を形成してしまうような反応を起こし難く、また第２容量電極のエッチングの際にも削られ難い。従って、容量絶縁膜の膜厚が、上述した異層膜の形成やエッチング等によって変化してしまうことを防止できる。即ち、膜厚が比較的変化してしまい易い第２層を、膜厚が変化し難い第４層が保護するような構成となっているため、容量絶縁膜の膜厚制御を好適に行える。これにより、蓄積容量の容量値を高い精度で設定することが可能となる。

加えて、本願発明者の研究によれば、容量絶縁膜を４層構造とすることで、３層構造とした場合（即ち、第４層が形成されない場合）よりも耐圧性能が向上することが判明している。よって本発明では、装置の信頼性を向上させることも可能である。

以上説明したように、本発明の第１の電気光学装置によれば、高い精度での容量値の設定及び装置の信頼性を向上させること可能である。

本発明の第１の電気光学装置の一態様では、前記容量絶縁膜は、前記第３層の下層に形成されており、酸化ハフニウムを含む第５層を有する。

この態様によれば、アルミナを含む第３層の下層には、酸化ハフニウムを含む第５層が形成されている。即ち、本態様に係る容量絶縁膜は、下層側から順に酸化ハフニウムを含む第５層、アルミナを含む第３層、酸化ハフニウムを含む第１層、アルミナを含む第２層、酸化ハフニウムを含む第４層が積層された５層構造となっている。

５層構造によれば、第１容量電極（即ち、下層側の容量電極）と接するのは、アルミナを含む第３層ではなく、酸化ハフニウムを含む第５層となる。酸化ハフニウムは、上述したように、アルミナと比べると、異層膜を形成してしまうような反応を起こし難く、また第２容量電極のエッチングの際にも削られ難い。従って、容量絶縁膜の膜厚が、上述した異層膜の形成やエッチング等によって変化してしまうことを防止できる。

本態様では、上層側において第２層を第４層が保護するのと同様に、下層側において膜厚が比較的変化してしまい易い第３層を、膜厚が変化し難い第５層が保護するような構成となっているため、容量絶縁膜の膜厚制御を好適に行える。これにより、蓄積容量の容量値を更に高い精度で設定することが可能となる。また本願発明者の研究によれば、容量絶縁膜を５層構造とすることで、４層構造とした場合（即ち、第５層が形成されない場合）よりも耐圧性能が向上することが判明している。よって本態様では、装置の信頼性を更に向上させることも可能である。

本発明の第１の電気光学装置の他の態様では、前記第２容量電極は、チタンナイトライドを含んでいる。

この態様によれば、第２容量電極がチタンナイトライドを含む材料によって好適に形成される。ここで、チタンナイトライドは、アルミナと反応することによって異層膜を形成し易いという性質を有している。これに対し本態様では、第２層の上層に第４層が形成されている。よって、チタンナイトライドを含む第２容量電極と接するのは酸化ハフニウムを含む第４層となる。従って、容量絶縁膜の膜厚が、異層膜の形成によって変化してしまうことを確実に防止できる。

本発明の第１の電気光学装置の他の態様では、前記第２容量電極は、アルミニウムを含んでいる。

この態様によれば、第２容量電極がアルミニウムを含む材料によって好適に形成される。ここで、アルミニウムは、例えばフッ素（Ｆ）等を用いてエッチングされる場合があるが、この場合アルミナも同様にエッチングされてしまい易い。即ち、アルミニウムを含む第２容量電極パターニングしようとすると、パターニングが不要であるアルミナを含む層までも削られてしまうおそれがある。これに対し本態様では、第２層の上層に第４層が形成されている。よって、アルミニウムを含む第２容量電極と接するのは酸化ハフニウムを含む第４層となる。従って、容量絶縁膜の膜厚が、エッチング等のパターニングによって変化してしまうことを確実に防止できる。

本発明の第２の電気光学装置は上記課題を解決するために、画素毎に設けられたトランジスタと、前記トランジスタに対応して設けられた画素電極と、前記画素電極に電気的に接続されており、第１容量電極、前記第１容量電極に上層側から対向配置された第２容量電極、及び前記第１容量電極及び前記第２容量電極間に形成された容量絶縁膜からなる蓄積容量とを備え、前記容量絶縁膜は、酸化ハフニウムを含む第１層と、前記第１層の上層に形成されており、アルミナを含む第２層と、前記第１層の下層に形成されており、アルミナを含む第３層と、前記第３層の下層に形成されており、酸化ハフニウムを含む第４層とを有する。

本発明の第２の電気光学装置は、例えば、画素電極及び該画素電極に電気的に接続された画素スイッチング用ＴＦＴ等であるトランジスタが設けられた素子基板と、画素電極に対向する対向電極が設けられた対向基板との間に、液晶等の電気光学物質を挟持してなる。当該電気光学装置の動作時には、画像信号が画素電極へ選択的に供給されることで、複数の画素電極が配列された画素領域（或いは画像表示領域）における画像表示が行われる。尚、画像信号は、例えばデータ線及び画素電極間に電気的に接続されたトランジスタがオンオフされることによって、所定のタイミングでデータ線から画素電極に供給される。

本発明の第２の電気光学装置によれば、画素電極には蓄積容量が電気的に接続されている。蓄積容量は、第１容量電極、第１容量電極に上層側から対向配置された第２容量電極、及び第１容量電極及び第２容量電極間に形成された容量絶縁膜からなる。例えば、第１容量電極は、画素電極及びトランジスタ間に電気的に接続された電極として構成され、第２容量電極は、定電位源と電気的に接続されることで固定電位に維持された固定電位側容量電極として構成される。

ここで本発明では特に、上述した蓄積容量を構成する容量絶縁膜は、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）を含む第１層と、第１層の上層に形成されており、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を含む第２層と、第１層の下層に形成されており、アルミナを含む第３層と、第１層の下層に形成されており、酸化ハフニウムを含む第４層とを有するように構成されている。即ち、本発明に係る容量絶縁膜は、下層側から順に酸化ハフニウムを含む第４層、アルミナを含む第３層、酸化ハフニウムを含む第１層、アルミナを含む第２層が積層された４層構造となっている。

ここで仮に、容量絶縁膜が第１層、第２層及び第３層の３層構造である場合（即ち、第４層が形成されない場合）を考えると、容量絶縁膜を構成する層のうち最も下側の第１層が第１容量電極（即ち、下層側の容量電極）と接するような構成となる。第１層は比較的反応を起こし易いアルミナを含んでいるため、第１容量電極と反応し異層膜を形成してしまうおそれがある。

しかるに本発明では特に、第１層の下層に第４層が形成されている。よって、第１容量電極と接するのは酸化ハフニウムを含む第４層となる。酸化ハフニウムは、アルミナと比べると、異層膜を形成してしまうような反応を起こし難い。従って、容量絶縁膜の膜厚が、上述した異層膜の形成によって変化してしまうことを防止できる。即ち、膜厚が比較的変化してしまい易い第１層を、膜厚が変化し難い第４層が保護するような構成となっているため、容量絶縁膜の膜厚制御を好適に行える。これにより、蓄積容量の容量値を高い精度で設定することが可能となる。

加えて、本願発明者の研究によれば、容量絶縁膜を４層構造とすることで、３層構造とした場合（即ち、第４層が形成されない場合）よりも耐圧性能が向上することが判明している。よって本発明では、装置の信頼性を向上させることも可能である。

以上説明したように、本発明の第２の電気光学装置によれば、高い精度での容量値の設定及び装置の信頼性を向上させること可能である。

本発明の第２の電気光学装置の一態様では、前記第１容量電極は、チタンナイトライドを含んでいる。

この態様によれば、第１容量電極がチタンナイトライドを含む材料によって好適に形成される。ここで、チタンナイトライドは、アルミナと反応することによって異層膜を形成し易いという性質を有している。これに対し本態様では、第１層の下層に第４層が形成されている。よって、チタンナイトライドを含む第１容量電極と接するのは酸化ハフニウムを含む第４層となる。従って、容量絶縁膜の膜厚が、異層膜の形成によって変化してしまうことを確実に防止できる。

本発明の第１及び第２の電気光学装置の他の態様では、前記第１層は、前記第２層及び前記第３層より薄く形成されている。

この態様によれば、容量絶縁膜を構成する各層のうち、酸化ハフニウムを含む第１層は、第１層の上層及び下層に夫々位置しており、アルミナを含む第２層及び第３層より薄く形成される。本願発明者の研究によれば、第１層を第２層及び第３層を薄くすることで、耐圧性能が飛躍的に向上することが判明している。従って、本態様によれば、蓄積容量の耐圧性能を効果的に向上させることができる。より好ましくは、酸化ハフニウム及びアルミナの比率が１：２となるように容量絶縁膜の各層を形成すれば、更に効果的に耐圧性能を向上させることができる。

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（但し、その各種態様も含む）を備える。

本発明の電子機器によれば、上述した本発明に係る電気光学装置を具備してなるので、信頼性が高く且つ高品質な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、ワードプロセッサー、ビューファインダー型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダー、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、例えば電子ペーパーなどの電気泳動装置等も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発明を実施するための形態から明らかにされる。

第１実施形態に係る電気光学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実施形態に係る電気光学装置の画像表示領域を構成する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。 相隣接する複数の画素部の平面図である。 図４のＡ−Ａ’線断面図である。 第１実施形態に係る電気光学装置の容量絶縁膜の構成を示す拡大断面図である。 比較例に係る電気光学装置の容量絶縁膜の構成を示す拡大断面図である。 耐圧試験において破壊された画素数を示す表（その１）である。 耐圧試験において破壊された画素数を示す表（その２）である。 第２実施形態に係る電気光学装置の容量絶縁膜の構成を示す拡大断面図である。 第３実施形態に係る電気光学装置の容量絶縁膜の構成を示す拡大断面図である。 電気光学装置を適用した電子機器の一例たるプロジェクターの構成を示す平面図である。

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。

＜電気光学装置＞
本実施形態に係る電気光学装置について、図１から図１１を参照して説明する。尚、以下の実施形態では、本発明の電気光学装置の一例として駆動回路内蔵型のＴＦＴアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置を挙げて説明する。

＜第１実施形態＞
先ず、第１実施形態に係る電気光学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、本実施形態に係る電気光学装置の全体構成を示す平面図であり、図２は、図１のＨ−Ｈ´線断面図である。

図１及び図２において、本実施形態に係る電気光学装置では、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は、本発明の「基板」の一例であり例えば石英基板、ガラス基板等の透明基板や、シリコン基板等である。対向基板２０は、例えば石英基板、ガラス基板等の透明基板である。ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間には、液晶層５０が封入されている。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り、一対の配向膜間で所定の配向状態をとる。

ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とは、複数の画素電極が設けられた画像表示領域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。

シール材５２は、両基板を貼り合わせるための、例えば紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいてＴＦＴアレイ基板１０上に塗布された後、紫外線照射、加熱等により硬化させられたものである。シール材５２中には、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間隔（即ち、基板間ギャップ）を所定値とするためのグラスファイバー或いはガラスビーズ等のギャップ材が散布されている。尚、ギャップ材を、シール材５２に混入されるものに加えて若しくは代えて、画像表示領域１０ａ又は画像表示領域１０ａの周辺に位置する周辺領域に、配置するようにしてもよい。

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。尚、このような額縁遮光膜５３の一部又は全部は、ＴＦＴアレイ基板１０側に内蔵遮光膜として設けられてもよい。

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。走査線駆動回路１０４は、この一辺に隣接する２辺に沿い、且つ、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が設けられている。

ＴＦＴアレイ基板１０上における対向基板２０の４つのコーナー部に対向する領域には、両基板間を上下導通材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。

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。この積層構造の詳細な構成については図２では図示を省略してあるが、この積層構造の上に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明材料からなる画素電極９が、画素毎に所定のパターンで島状に形成されている。

画素電極９は、対向電極２１に対向するように、ＴＦＴアレイ基板１０上の画像表示領域１０ａに形成されている。ＴＦＴアレイ基板１０における液晶層５０の面する側の表面、即ち画素電極９上には、配向膜１６が画素電極９を覆うように形成されている。

対向基板２０におけるＴＦＴアレイ基板１０との対向面上には、遮光膜２３が形成されている。遮光膜２３は、例えば対向基板２０における対向面上に平面的に見て、格子状に形成されている。対向基板２０において、遮光膜２３によって非開口領域が規定され、遮光膜２３によって区切られた領域が、例えばプロジェクター用のランプや直視用のバックライトから出射された光を透過させる開口領域となる。尚、遮光膜２３をストライプ状に形成し、該遮光膜２３と、ＴＦＴアレイ基板１０側に設けられたデータ線等の各種構成要素とによって、非開口領域を規定するようにしてもよい。

遮光膜２３上には、ＩＴＯ等の透明材料からなる対向電極２１が複数の画素電極９と対向するように形成されている。また遮光膜２３上には、画像表示領域１０ａにおいてカラー表示を行うために、開口領域及び非開口領域の一部を含む領域に、図２には図示しないカラーフィルターが形成されるようにしてもよい。対向基板２０の対向面上における、対向電極２１上には、配向膜２２が形成されている。

尚、図１及び図２に示したＴＦＴアレイ基板１０上には、上述したデータ線駆動回路１０１、走査線駆動回路１０４等の駆動回路に加えて、画像信号線上の画像信号をサンプリングしてデータ線に供給するサンプリング回路、複数のデータ線に所定電圧レベルのプリチャージ信号を画像信号に先行して各々供給するプリチャージ回路、製造途中や出荷時の当該電気光学装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路等を形成してもよい。

次に、本実施形態に係る電気光学装置の画素部の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、本実施形態に係る電気光学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、画像表示領域１０ａを構成するマトリクス状に形成された複数の画素の各々には、画素電極９及びＴＦＴ３０が形成されている。ＴＦＴ３０は、画素電極９に電気的に接続されており、本実施形態に係る電気光学装置の動作時に画素電極９をスイッチング制御する。画像信号が供給されるデータ線６は、ＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６に書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎは、この順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線６同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。

ＴＦＴ３０のゲートには、走査線１１が電気的に接続されており、本実施形態に係る電気光学装置は、所定のタイミングで、走査線１１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９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６から供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎが所定のタイミングで書き込まれる。画素電極９を介して電気光学物質の一例として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との間で一定期間保持される。

液晶層５０（図２参照）を構成する液晶は、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。例えば、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、全体として電気光学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される。

ここで保持された画像信号がリークすることを防ぐために、画素電極９と対向電極２１（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。蓄積容量７０は、画像信号の供給に応じて各画素電極９の電位を一時的に保持する保持容量として機能する容量素子である。蓄積容量７０の具体的な構成については、後に詳述する。

次に、上述の動作を実現する画素部の具体的な構成について、図４及び図５を参照して説明する。ここに図４は、相隣接する複数の画素部の平面図である。また図５は、図４のＡ−Ａ’線断面図である。尚、図４及び図５では、各層・各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、該各層・各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。また図４及び図５では、説明の便宜上、画素電極９より上側に位置する部分の図示を省略している。

図４において、ＴＦＴアレイ基板１０上には、走査線１１及びデータ線６が、夫々Ｘ方向及びＹ方向に沿って配置されている。走査線１１及びデータ線６が互いに交差する個所の各々には画素スイッチング用のＴＦＴ３０が設けられている。尚、図４での図示は省略しているが、走査線１１及びデータ線６等によって規定される非開口領域を除く開口領域を覆うように、画素電極９がマトリクス状に複数設けられる。

図４及び図５において、ＴＦＴ３０は、互いに対向配置された半導体層３０ａ及びゲート電極３０ｂを含んで構成されている。

半導体層３０ａは、例えばポリシリコンからなり、ソース領域３０ａ１、チャネル領域３０ａ２、ドレイン領域３０ａ３を備えて構成されている。尚、 チャネル領域３０ａ２及びソース領域３０ａ１、又はチャネル領域３０ａ２及びドレイン領域３０ａ３の界面にはＬＤＤ（Lightly Doped Drain）領域が形成されていてもよい。

ゲート電極３０ｂは、例えば導電性ポリシリコンから形成されており、図示しないコンタクトホールによって走査線１１と電気的に接続されている。ゲート電極３０ｂ及び半導体層３０ａ間は、ゲート絶縁膜１３によって絶縁されている。

図５において、ＴＦＴアレイ基板１０上のＴＦＴ３０よりも下地絶縁膜１２を介して下層側には、走査線１１が設けられている。走査線１１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）、Ｐｄ（パラジウム）等の高融点金属のうちの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の遮光性材料からなる。走査線１１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ー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であるＴＦＴアレイ基板１０側から装置内に入射する戻り光から、ＴＦＴ３０のチャネル領域３０ａ２及びその周辺を遮光する下側遮光膜としても機能する。

下地絶縁膜１２は、走査線１１からＴＦＴ３０を層間絶縁する機能の他、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の表面の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ＴＦＴ３０の特性の劣化を防止する機能を有する。

図５において、ＴＦＴアレイ基板１０上のＴＦＴ３０よりも第１層間絶縁膜１４を介して上層側には、データ線６及び中継層１が設けられている。

データ線６は、半導体層３０ａのソース領域３０ａ１に、第１層間絶縁膜１４及びゲート絶縁膜１３を貫通するコンタクトホール３１を介して電気的に接続されている。データ線６及びコンタクトホール３１内部は、例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｃｕ等のＡｌ（アルミニウム）含有材料、又はＡｌ単体、若しくはＡｌ層とＴｉＮ層等との多層膜からなる。またデータ線６は、ＴＦＴ３０を遮光する機能も有している。

中継層１は、第１層間絶縁膜１４上においてデータ線６と同層に形成されており、コンタクトホール３２を介して、半導体層３０ａのドレイン領域３０ａ３に電気的に接続されている。データ線６及び中継層１は、例えば金属膜等の導電材料で構成される薄膜を第１層間絶縁膜１４上に薄膜形成法を用いて形成しておき、当該薄膜を部分的に除去、即ちパターニングすることによって相互に離間させた状態で形成される。従って、データ線６及び中継層１を同一工程で形成できるため、装置の製造プロセスを簡便にできる。

ＴＦＴアレイ基板１０上のデータ線６及び中継層１よりも第２層間絶縁膜１５を介して上層側には、シールド層４が設けられている。シールド層４は、コモン電位（即ち、一定電圧又は所定周期で反転する矩形電位）が供給されることにより、後述する第１容量電極２とデータ線６との電位差に起因して発生する電界を遮断する。

ＴＦＴアレイ基板１０上のシールド層４よりも第３層間絶縁膜１６を介して上層側には、蓄積容量７０が設けられている。蓄積容量７０は、第１容量電極２と第２容量電極５が容量絶縁膜７を介して対向配置されることにより形成されている。

第１容量電極２は、例えばチタンナイトライドを含んで構成されており、ＴＦＴ３０のドレイン領域３０ａ３及び画素電極９に電気的に接続された画素電位側容量電極である。より具体的には、第１容量電極２は、下層側においてコンタクトホール３３、中継層１、コンタクトホール３２を介してドレイン領域３０ａ３と電気的に接続されると共に、上層側においてコンタクトホール３４を介して画素電極９に電気的に接続されている。尚、第１容量電極２は、画素電位側容量電極としての機能の他、遮光膜としての機能も有する。

第２容量電極５は、容量線３００（図３参照）を介して定電位源と電気的に接続され、固定電位に維持された固定電位側容量電極である。第２容量電極５は、例えばアルミニウム等の金属又は合金を含んだ非透明な金属膜から形成されており、ＴＦＴ３０を遮光する遮光膜としても機能する。

容量絶縁膜７は、例えば酸化ハフニウム及びアルミナの層が積層された多層構造を有している。この容量絶縁膜７の具体的な構成については、後に詳述する。

上述した蓄積容量７０によれば、画素電極９における電位保持特性が向上し、コントラスト向上やフリッカーの低減といった表示特性の向上が可能となる。

図５において、画素電極９は、蓄積容量７０よりも層間絶縁膜１７、１８及び１９を介して上層側に形成されている。画素電極９の上側表面には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜が設けられている。

以上に説明した画素部の構成は、図４に示すように、各画素部に共通である。画像表示領域１０ａ（図１参照）には、かかる画素部が周期的に形成されている。

次に、上述した蓄積容量７０における容量絶縁膜７の具体的な構成及びその効果について、図６から図９を参照して説明する。ここに図６は、第１実施形態に係る電気光学装置の容量絶縁膜の構成を示す拡大断面図であり、図７は、比較例に係る電気光学装置の容量絶縁膜の構成を示す拡大断面図である。また、図８及び図９は夫々、耐圧試験において破壊された画素数を示す表である。尚、図６及び図７では、各層・各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、該各層・各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。

図６において、本実施形態に係る電気光学装置に設けられた蓄積容量７０では、容量絶縁膜７が、酸化ハフニウムを含む第１層７ａと、アルミナを含む第２層７ｂと、アルミナを含む第３層７ｃと、酸化ハフニウムを含む第４層７ｄと、酸化ハフニウムを含む第５層７ｅとを備えて構成されている。具体的には、下層側から順に、第５層７ｅ、第３層７ｃ、第１層７ａ、第２層７ｂ、第４層７ｄが積層された５層構造とされている。

ここで図７に示すような、容量絶縁膜７が第１層７ａ、第２層７ｂ及び第３層７ｃの３層構造である比較例（即ち、第４層７ｄ及び第５層７ｅが形成されない場合）を考える。

図７に示す容量絶縁膜７では、最も下側の層である第３層７ｃが第１容量電極２と接するような構成となる。第１容量電極２は、上述したようにチタンナイトライドを含んで構成されるが、このチタンナイトライドは、第３層７ｃに含まれるアルミナと反応し、図中に示すような異層膜２００を形成してしまうおそれがある。

これに対し、図６に示す本実施形態に係る容量絶縁膜７では、酸化ハフニウムを含む第５層７ｅが第３層７ｃの下層に形成されているため、上述したような異層膜２００の形成を防止することができる。即ち、異層膜２００が形成されることで、容量絶縁膜７の膜厚が変化してしまうことを防止することができる。

また、図７に示す容量絶縁膜では、最も上側の層である第２層７ｂが第２容量電極５と接するような構成となる。第２容量電極５は、上述したようにアルミニウムを含んで構成されるが、このアルミニウムをエッチングする際に用いるフッ素は、第２層７ｂに含まれるアルミナをも削ってしまう。即ち、第２容量電極５をエッチングによってパターニングする際に、エッチングする必要のない第２層７ｂまでもが一緒に削られてしまうおそれがある。

これに対し、図６に示す本実施形態に係る容量絶縁膜７では、酸化ハフニウムを含む第４層７ｄが第２層７ｂの上層に形成されているため、上述したようなエッチング時の不具合を抑制することができる。即ち、第４層７ｄがエッチストッパーのような機能を果たすことで、第２層７ｂまでもがエッチングされて容量絶縁膜７の膜厚が変化してしまうことを防止することができる。

加えて、本願発明者の研究によれば、容量絶縁膜７を５層構造とすることで、図７に示すような３層構造とした場合よりも耐圧性能が向上することが判明している。

図８において、本願発明者が行った耐圧試験によれば、５層構造（即ち、図６示す本実施形態に係る構造）のものは、各画素に印加する電圧を１３Ｖから２０Ｖまで高めていった場合に、破壊されてしまった画素は“０”であった。即ち、何ら問題は起こらなかった。

一方で、３層構造（即ち、図７示す比較例に係る構造）のものは、各画素に印加する電圧が１７Ｖになった時点で１個の画素が破壊され、１９Ｖでは更に２個の画素が破壊され、２０Ｖでは３８６６個の画素が破壊された。即ち、５層構造と比べて、極めて多くの画素が破壊されてしまった。

以上の結果から、本実施形態に係る５層構造の容量絶縁膜７は、極めて高い耐圧性能を有することが分かる。よって、装置の信頼性を高めることが可能である。

また本願発明者の研究によれば、容量絶縁膜７における酸化ハフニウムを含む層（即ち、第１層７ａ）の厚さを、アルミナを含む層（即ち、第２層７ｂ及び第３層７ｃ）の厚さより薄くすることで、より耐圧性能が向上することが判明している。

図９において、本願発明者が行った耐圧試験によれば、酸化ハフニウムを含む層の厚さとアルミナを含む層の厚さの比が１：２とされた容量絶縁膜７を有する装置では、各画素に印加する電圧を１３Ｖから２０Ｖまで高めていった場合に、破壊されてしまった画素は“０”であった。即ち、何ら問題は起こらなかった。

一方で、酸化ハフニウムを含む層の厚さとアルミナを含む層の厚さの比が２：１とされた容量絶縁膜７を有する装置では、各画素に印加する電圧が１７Ｖになった時点で１個の画素が破壊され、１８Ｖでは更に９１個の画素が破壊され、１９Ｖでは４４５５個の画素が破壊され、２０Ｖでは７３３０個の画素が破壊された。即ち、酸化ハフニウムを含む層の方が薄い場合と比べて、極めて多くの画素が破壊されてしまった。

以上の結果から、酸化ハフニウムを含む層の厚さを、アルミナを含む層の厚さより薄くすることで、より耐圧性能が向上することが分かる。

以上説明したように、本実施形態に係る電気光学装置によれば、容量絶縁膜７の膜厚変化を防止することができるため、高い精度での容量値の設定が可能である。また、耐圧性能を高めることもできるため、装置の信頼性を向上させること可能である。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る電気光学装置について、図１０を参照して説明する。ここに図１０は、第２実施形態に係る電気光学装置の容量絶縁膜の構成を示す拡大断面図である。尚、第２実施形態は、上述の第１実施形態と比べて、容量絶縁膜７の一部の構成が異なり、その他の構成については概ね同様である。このため第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、その他の重複する部分については適宜説明を省略する。

図１０において、第２実施形態に係る電気光学装置の蓄積容量７０では、容量絶縁膜７が酸化ハフニウムを含む第１層７ａと、アルミナを含む第２層７ｂと、アルミナを含む第３層７ｃと、酸化ハフニウムを含む第４層７ｄとを備えて構成されている。即ち、第１実施形態において形成されていた第５層７ｅが存在しない４層構造とされている。

上述した４層構造の容量絶縁膜７によれば、第１実施形態と同様に、第４層７ｄが存在することによって、第２層７ｂが第２容量電極５と反応して異層膜２００（図７参照）を形成してしまったり、第２層７ｂが第２容量電極５のパターニングの際に一緒に削られてしまったりすることを防止できる。従って、上層側において容量絶縁膜７の膜厚が変化してしまうことを防止できる。

また、下層側においては、第５層７ｅが存在しないため、第３層７ｃと第１容量電極２とが接するような構成となる。しかしながら、例えば第１容量電極２がチタンナイトライドのようなアルミナと反応し易い材料ではなく、反応し難い材料で形成されていれば、何ら問題は起こらない。よって、第１容量電極２を構成する材料次第では、容量絶縁膜７を図１０に示すような４層構造としても、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る電気光学装置について、図１１を参照して説明する。ここに図１１は、第３実施形態に係る電気光学装置の容量絶縁膜の構成を示す拡大断面図である。尚、第３実施形態は、上述の第１及び第２実施形態と比べて、容量絶縁膜７の一部の構成が異なり、その他の構成については概ね同様である。このため第３実施形態では、第１及び第２実施形態と異なる部分について詳細に説明し、その他の重複する部分については適宜説明を省略する。

図１１において、第３実施形態に係る電気光学装置の蓄積容量７０では、容量絶縁膜７が酸化ハフニウムを含む第１層７ａと、アルミナを含む第２層７ｂと、アルミナを含む第３層７ｃと、酸化ハフニウムを含む第５層７ｅとを備えて構成されている。即ち、第１実施形態において形成されていた第４層７ｄが存在しない４層構造とされている。

上述した４層構造の容量絶縁膜７によれば、第１実施形態と同様に、第５層７ｅが存在することによって、第３層７ｃが第１容量電極２と反応して異層膜２００（図７参照）を形成してしまうことを防止できる。従って、下層側において容量絶縁膜７の膜厚が変化してしまうことを防止できる。

また、上層側においては、第４層７ｄが存在しないため、第２層７ｂと第２容量電極５とが接するような構成となる。しかしながら、例えば第２容量電極５がアルミニウムのようなアルミナと同様にエッチングされるような材料であったり、チタンナイトライドのようなアルミナと反応し易い材料であったりしなければ、何ら問題は起こらない。よって、第２容量電極５を構成する材料次第では、容量絶縁膜７を図１１に示すような４層構造としても、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

＜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。ここに図１２は、プロジェクターの構成例を示す平面図である。以下では、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ーについて説明する。

図１２に示されるように、プロジェクター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、カラーフィルターを設ける必要はない。

尚、図１２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、液晶テレビや、ビューファインダー型、モニタ直視型のビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、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。

また、本発明は上述の各実施形態で説明した液晶装置以外にも反射型液晶装置（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、特許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、及び該電気光学装置を備えた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。

２…第１容量電極、５…第２容量電極、６…データ線、７…容量絶縁膜、７ａ…第１層、７ｂ…第２層、７ｃ…第３層、７ｄ…第４層、７ｅ…第５層、９…画素電極、１０…ＴＦＴアレイ基板、１０ａ…画像表示領域、１１…走査線、２０…対向基板、３０…ＴＦＴ、５０…液晶層、２００…異層膜

Claims (8)

1. 画素毎に設けられたトランジスタと、
   前記トランジスタに対応して設けられた画素電極と、
   前記画素電極に電気的に接続されており、第１容量電極、前記第１容量電極に上層側から対向配置された第２容量電極、及び前記第１容量電極及び前記第２容量電極間に形成された容量絶縁膜からなる蓄積容量と
   を備え、
   前記容量絶縁膜は、
   酸化ハフニウムを含む第１層と、
   前記第１層の上層に形成されており、アルミナを含む第２層と、
   前記第１層の下層に形成されており、アルミナを含む第３層と、
   前記第２層の上層に形成されており、酸化ハフニウムを含む第４層と
   を有することを特徴とする電気光学装置。
2. 前記容量絶縁膜は、前記第３層の下層に形成されており、酸化ハフニウムを含む第５層を有することを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
3. 前記第２容量電極は、チタンナイトライドを含んでい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。
4. 前記第２容量電極は、アルミニウムを含んでいる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。
5. 画素毎に設けられたトランジスタと、
   前記トランジスタに対応して設けられた画素電極と、
   前記画素電極に電気的に接続されており、第１容量電極、前記第１容量電極に上層側から対向配置された第２容量電極、及び前記第１容量電極及び前記第２容量電極間に形成された容量絶縁膜からなる蓄積容量と
   を備え、
   前記容量絶縁膜は、
   酸化ハフニウムを含む第１層と、
   前記第１層の上層に形成されており、アルミナを含む第２層と、
   前記第１層の下層に形成されており、アルミナを含む第３層と、
   前記第３層の下層に形成されており、酸化ハフニウムを含む第４層と
   を有することを特徴とする電気光学装置。
6. 前記第１容量電極は、チタンナイトライドを含んでいることを特徴とする請求項５５に記載の電気光学装置。
7. 前記第１層は、前記第２層及び前記第３層より薄く形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電気光学装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項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。

Images