JP4650153B2 - 電気光学装置、電子機器及び電気光学装置の製造方法 - Google Patents

電気光学装置、電子機器及び電気光学装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、電気光学装置、電子機器及び電気光学装置の製造方法に関し、特に一対の電極間に絶縁膜を挟持してなる容量素子を備えた電気光学装置用基板を有する電気光学装置、電子機器及び電気光学装置の製造方法に関する。
従来より、基板上に、マトリクス状に配列された画素電極及び該電極の各々に接続された薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;以下、「TFT」と称す。)を有するアクティブマトリクス駆動が可能な液晶装置等の電気光学装置が知られている。電気光学装置の一つである液晶装置は、TFT基板に対向配置される対向基板を備えるとともに、該対向基板上に、画素電極に対向する対向電極等を備え、更には、画素電極及び対向電極間に挟持される液晶層、画素電極及び前記TFTに接続される容量素子等を備えている。そして、液晶層内の液晶分子が、画素電極及び対向電極間に付与された電位によって、その配向状態が変更され、当該液晶層を透過する光の透過率が変化することによって画像の表示が可能になる。
この場合、前記のTFTに接続される容量素子は、画素電極における電位保持特性を向上させる機能を果たす。
また、前述の電気光学装置における前記基板は、走査線、データ線、画素電極及び容量素子である蓄積容量等が設けられる画像表示領域と、走査線駆動回路、データ線駆動回路等を有する。このような電気光学装置の一典型例としては、例えば特許文献1に記載されているものを挙げることができる。
容量素子である蓄積容量は、TFT及び画素電極に電気的に接続されている下部電極、これに対向配置される容量電極、並びに下部電極及び容量電極間に配置される誘電体膜からなる。電気光学装置の表示品位向上のためには容量素子の容量値を高める必要があり、近年、容量の誘電体膜を薄くする方法が用いられる。また、容量素子の容量値を高める方法として、コンタクトホールの内部等に容量素子を形成する等、立体的に容量素子を形成して面積を広くすることによって容量値を大きくする方法が用いられる。
特開2004−191930号公報
しかしながら、電気光学装置の表示品位の向上を目的として、容量素子の容量値を高めるために誘電体膜を薄くし、さらに立体的に容量を形成した場合においては、例えばコンタクトホールの開口部のような、段差形状の側面部とその上面部とが交差する部位、すなわち角部の上に形成された下部電極において電界集中が生じやすくなる。このため、従来における電気光学装置においては、容量素子の下部電極と容量電極との間において短絡が生じる虞があった。容量素子の電極間において短絡が生じた画素は、液晶層に付与される電位差が常に一定となってしまうため欠陥画素となってしまう。よって、従来においては、電気光学装置の歩留りが悪化してしまうと言った問題点があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、段差形状部を含む領域に立体的に容量素子を形成した場合において、容量素子を構成する対向した電極間において短絡が生じることのない電気光学装置、電子機器及び電気光学装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る電気光学装置は、電気光学装置用基板を備えた電気光学装置であって、前記基板の所定の絶縁層上に形成された凹形状の段差部と、前記凹形状の前記段差部における前記絶縁層表面と前記段差部の下面部との間の側面部の表面上に形成され、上側に凸な曲面部を有し、かつ、前記曲面部の表面が、上端部において、前記凹形状の前記段差部における前記絶縁層表面と連続して形成されている側壁部と、前記段差部及び前記側壁部上に形成され、誘電体層を下部電極層及び上部電極層によって挟持してなる容量素子とを具備したことを特徴とする。
また、本発明に係る電気光学装置は、電気光学装置用基板を備えた電気光学装置であって、前記基板の所定の絶縁層上に形成された凸形状の段差部と、前記凸形状の前記段差部における前記絶縁層表面と前記段差部の上面部との間の側面部の表面上に形成され、上側に凸な曲面部を有し、かつ、前記曲面部の表面が、上端部において、前記凸形状の前記段差部における前記上面部の表面と連続して形成されている側壁部と、前記段差部及び前記側壁部上に形成され、誘電体層を下部電極層及び上部電極層によって挟持してなる容量素子とを具備したことを特徴とする。
また、本発明に係る電気光学装置の製造方法は、基板上に容量素子を備えた電気光学装置の製造方法であって、所定の絶縁層に凹形状もしくは凸形状の段差部を形成する工程と、前記段差部の側面部に被エッチング膜を形成する工程と、前記被エッチング膜の表面を異方性エッチングする工程と、前記段差部を含む領域上に、誘電体層を下部電極層及び上部電極層によって挟持してなる前記容量素子の一部を形成する工程と、を具備したことを特徴とする。
また、本発明に係る電気光学装置の製造方法は、基板上に容量素子を備えた電気光学装置の製造方法であって、所定の絶縁層に凹形状もしくは凸形状の段差部を形成する工程と、前記段差部の側面部に被エッチング膜を形成する工程と、前記被エッチング膜の表面に対し、等方性エッチングと異方性エッチングを含めたエッチングを行う工程と、前記段差部を含む領域上に、誘電体層を下部電極層及び上部電極層によって挟持してなる前記容量素子の一部を形成する工程と、を具備したことを特徴とする。
本発明のこのような構成によれば、凹形状もしくは凸形状の段差部の上面部と側面部とが交差する部位において、当該部位の上面に形成される容量素子を構成する誘電体層、下部電極及び上部電極の各層の膜厚の信頼性を得ることができる。すなわち、段差部上に形成される容量素子を構成する誘電体層を薄く安定して形成することができ、容量素子の容量値を高めながら電極間において短絡が生ずることのない容量素子を形成することができるという効果を有する。
また、本発明に係る電気光学装置は、前記絶縁層表面に直交し、かつ前記側面部表面の法線を含む平面による断面において、前記側壁部の表面の接線が、前記凹形状の前記段差部における前記絶縁層表面の接線に対して、前記側壁部の上端部においては略平行となり、かつ前記絶縁層表面に対する前記側壁部の表面の接線の傾斜が下側に向かうにつれて連続的に大きくなることが好ましい。このような構成によれば、凹形状の段差部の上面部と側面部とが交差する部位において、当該部位の上面に形成される容量素子を構成する下部電極の表面を、連続的な曲面によって形成することができる。このため、凹形状の段差部を含む領域上に形成される容量素子において、下部電極の一部に電界が集中することがなく、電極間において短絡が生ずることのない容量素子を形成することができるという効果を有する。
また、本発明に係る電気光学装置は、前記絶縁層表面に直交し、かつ前記側面部表面の法線を含む平面による断面において、前記側壁部の表面の接線が、前記凸形状の前記段差部における前記上面部の表面の接線に対して、前記側壁部の上端部においては略平行となり、かつ前記絶縁層表面に対する前記側壁部の表面の接線の傾斜が下側に向かうにつれて連続的に大きくなることが好ましい。
このような構成によれば、凸形状の段差部の上面部と側面部とが交差する部位において、当該部位の上面に形成される容量素子を構成する下部電極の表面を、連続的な曲面によって形成することができる。このため、凸形状の段差部を含む領域上に形成される容量素子において、下部電極の一部に電界が集中することがなく、電極間において短絡が生ずることのない容量素子を形成することができるという効果を有する。
また、本発明に係る電気光学装置は、前記凹形状の前記段差部は、前記絶縁層に形成されたコンタクトホールであることが好ましい。
また、前記側壁部は、プラズマTEOS膜、減圧TEOS膜又はBPSG膜により構成されることが好ましい。
また、前記側壁部は、金属膜により構成されることが好ましい。
このような構成によれば、容量素子の一部が形成される段差部の遮光能力を高めることができ、高品位な表示を実現できるという効果を有する。
また本発明に係る電子機器は、前記電気光学装置を具備してなることを特徴とする。
本発明のこのような構成によれば、容量素子において短絡が生ずることのない電気光学装置を具備するため、表示不良のない品位の高い表示を実現できると言う効果を有する。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。以下の実施形態は、本発明の電気光学装置を液晶装置に適用したものである。
〔電気光学装置の全体構成〕
まず、本発明の電気光学装置に係る実施形態の全体構成について、図1及び図2を参照して説明する。ここで、図1は、TFTアレイ基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た電気光学装置の平面図であり、図2は、図1のH−H´断面図である。ここでは、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。
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。
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。また、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(基板間ギャップ)を所定値とするためのグラスファイバ或いはガラスビーズ等のギャップ材が散らばって設けられている。なお、当該液晶装置が液晶ディスプレイや液晶テレビのように大型で等倍表示を行う液晶装置であれば、このようなギャップ材は、液晶層50中に含まれてよい。
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。なお、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。
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。また、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、前記額縁遮光膜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、前記額縁遮光膜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。
また、対向基板20上の4つのコーナー部には、両基板間の上下導通端子として機能する上下導通材106が配置されている。他方、TFTアレイ基板10上にはこれらのコーナー部に対向する領域において上下導通端子が設けられている。上下導通材106及び上下導通端子によって、TFTアレイ基板10と対向基板20との間の電気的な導通がなされる。
図2において、TFTアレイ基板10上には、画素スイッチング用のTFTや走査線、データ線等の配線が形成された後の画素電極9a上に、配向膜16が形成されている。他方、対向基板20上には、対向電極21の他、格子状又はストライプ状の遮光膜23が設けられており、更には最上層部分に配向膜22が形成されている。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。
なお、図1及び図2に示したTFTアレイ基板10上には、これらのデータ線駆動回路101、走査線駆動回路104等に加えて、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。
〔画素部における構成〕
本発明の本実施形態における電気光学装置の画素部における構成について、図3、図4及び図5を参照して説明する。ここに図3は、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、配線等の等価回路であり、図4は、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る。また、図5は、図4のA−A´断面図である。なお、図5においては、各層及び各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、該各層及び各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。
(画素部の回路構成)
図3において、本実施形態におけ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は、それぞれ、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。データ線6a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6a同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。
また、TFT30のゲートにゲート電極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11a及びゲート電極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が所定のタイミングで選択された走査線11aの画素に書き込まれる。
画素に書き込まれた所定レベルの画像信号S1、S2、…、Snは、画素電極9aと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と対向電極との間に形成される液晶容量と並列に容量素子70を付加する。この容量素子70は、走査線11aに並んで設けられ、固定電位側容量電極が、一定電位に固定された容量配線400に接続されている。
〔画素部の具体的構成〕
以下に、データ線6a、走査線11a、ゲート電極3a及びTFT30等からなる、上述のような回路動作が実現される電気光学装置の具体的な構成について、図3、図4及び図5を参照して説明する。
まず、図3及び図4に示すように、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、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、後述するようにアルミニウム膜等を含む積層構造からなり、走査線11aは、例えば導電性のポリシリコン膜等からなる。平面的に見て走査線11aとデータ線6aとが交差する箇所において、走査線11aとデータ線6aとの間の層に、半導体層1aとゲート電極3aを有して構成されるTFT30が設けられている。また、走査線11aは、半導体層1aのうち図4において右上がりの斜線領域で示したチャネル領域1a´を挟んで対向する位置に設けられたゲート電極3aとコンタクトホール12cvを介して電気的に接続されている。
次に、電気光学装置は、図5に示すように、例えば、石英基板、ガラス基板、シリコン基板からなるTFTアレイ基板10と、これに対向配置される、例えばガラス基板や石英基板からなる対向基板20とを備えている。
TFTアレイ基板10の側には、図5に示すように、前記の画素電極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。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の側には、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。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る。
このように対向配置されたTFTアレイ基板10及び対向基板20間には、前述のシール材52(図1及び図2参照)により囲まれた空間に液晶等の電気光学物質が封入され、液晶層50が形成される。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においては配向膜16及び22により所定の配向状態をとる。
一方、TFTアレイ基板10上には、前記の画素電極9a及び配向膜16の他、これらを含む各種の構成が積層構造をなして備えられている。この積層構造は、図5に示すように、下から順に、走査線11aを含む第1層、ゲート電極3aを含むTFT30等を含む第2層、容量素子70を含む第3層、データ線6a等を含む第4層、容量配線400等を含む第5層、前記の画素電極9a及び配向膜16等を含む第6層(最上層)からなる。また、第1層及び第2層間には下地絶縁膜12が、第2層及び第3層間には第1層間絶縁膜41が、第3層及び第4間には第2層間絶縁膜42が、第4層及び第5層間には第3層間絶縁膜43が、第5層及び第6層間には第4層間絶縁膜44が、それぞれ設けられており、前述の各要素間が短絡することを防止している。また、これら各種の絶縁膜12、41、42、43及び44には、例えば、TFT30の半導体層1a中の高濃度ソース領域1dとデータ線6aとを電気的に接続するコンタクトホール等もまた設けられている。以下では、これらの各要素について、下から順に説明を行う。
(積層構造・第1層の構成―走査線等―)
まず、第1層には、例えば、Ti、Cr、W、Ta、Mo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、或いは導電性ポリシリコン等からなる走査線11aが設けられている。この走査線11aは、平面的に見て、図4のX方向に沿うように、ストライプ状にパターニングされている。より詳しく見ると、ストライプ状の走査線11aは、図4のX方向に沿うように延びる本線部と、データ線6a或いは容量配線400が延在する図4のY方向に延びる突出部とを備えている。なお、隣接する走査線11aから延びる突出部は相互に接続されることはなく、したがって、該走査線11aは1本1本分断された形となっている。
(積層構造・第2層の構成―TFT等―)
次に、第2層として、ゲート電極3aを含むTFT30が設けられている。TFT30は、図5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、上述したゲート電極3a、例えばポリシリコン膜からなりゲート電極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´、ゲート電極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。
また、本実施形態では、この第2層に、上述のゲート電極3aと同一膜として中継電極719が形成されている。図4に示すように、中継電極719は、平面的に見て、各画素電極9aのX方向に延びる一辺の下方に位置するように、島状に形成されている。中継電極719とゲート電極3aとは同一膜として形成されているから、後者が例えば導電性ポリシリコン膜等からなる場合においては、前者もまた、導電性ポリシリコン膜等からなる。
なお、上述の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、ゲート電極3a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。
(積層構造・第1層及び第2層間の構成―下地絶縁膜―)
以上説明した走査線11aの上、かつ、TFT30の下には、例えばシリコン酸化膜等からなる下地絶縁膜12が設けられている。下地絶縁膜12は、走査線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。
この下地絶縁膜12には、平面的に見て半導体層1aの左右両脇に、後述するデータ線6aに沿って延びる半導体層1aのチャネル長の方向に沿った溝状のコンタクトホール12cvが形成されている。コンタクトホール12cvの内部には、ゲート電極3aの一部である側壁部3bが形成されており、この側壁部3bによって、ゲート電極3aと走査線11aとが電気的に接続されている。
(積層構造・第3層の構成―容量素子等―)
前述の第2層に続けて第3層には、容量素子70が設けられている。容量素子70は、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下部電極71と、固定電位側容量電極としての上部電極である容量電極300とが、誘電体層75を介して対向配置されることにより形成されている。本実施形態に係る容量素子70は、図4に示すように、平面的に見て遮光領域内に収まるように形成されている。
より詳細には、下部電極71は、例えば金属、合金、導電性のポリシリコン又は導電性の金属シリサイド(例えばWSi)等からなる単層膜もしくは多層膜から構成される。ここでは、一具体例として、下部電極71は、リン(P)がイオン注入されたポリシリコンから構成され、その膜厚は約150nmである。なお、下部電極71は、画素電位側容量電極としての機能を持つ他、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持ち、中継電極719を介して画素電極9aと電気的に接続されている。
誘電体層75は、約5〜30nm程度の膜厚を有する高温酸化膜(HTO(High Temperature Oxide)膜)、高密度プラズマ酸化膜(HDP(High Density Plasma)膜)等の酸化シリコン膜、あるいは窒化シリコン膜等の絶縁性材料から構成される。ここでは、一具体例として、誘電体層75は、下層に酸化シリコン膜、上層に窒化シリコン膜を積層した二層構造を有する。なお、誘電体層75は、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜等というような三層構造、或いはそれ以上の積層構造やHfO、Ta、TiO、MgO等の金属酸化膜を少なくとも1つ有するように構成してもよい。また、誘電体層75は、単層構造としてもよい。
容量電極300は、容量素子70の固定電位側容量電極として機能する。本実施形態において、容量電極300を固定電位とするために、容量電極300は、固定電位とされた後述する容量配線400と電気的に接続されている。また、容量電極300は、TFT30に上側から入射しようとする光を遮る機能を有している。この容量電極300の構成材料は、下部電極71と同様に、例えば金属、合金、導電性のポリシリコン又は導電性の金属シリサイド(例えばWSi)等からなる単層膜もしくは多層膜から構成される。ここでは、一具体例として、容量電極300は、上層から順に、WSi層及びポリシリコン層という二層構造により構成され、その膜厚は約150nmである。WSi層及びポリシリコン層からなる二層構造を有する容量電極300は、WSi層の存在によりTFT30に対する遮光性を有し、ポリシリコン層の存在により良好な電気伝導性を有する。また、このWSi層は、他に、アルミニウム等の金属からなる層とすることもできる。
また、図5に示すように、本実施形態においては、TFT30の高濃度ドレイン領域1eと容量素子70を構成する下部電極71とを電気的に接続するための後述するコンタクトホール83が、後述する第1層間絶縁膜41に形成されている。図5に示す断面図において、コンタクトホール83は、絶縁層である第1層間絶縁膜41の表面と、下面部であるTFT30の高濃度ドレイン領域1eの表面との間に側面部を有する凹形状の段差部である。
このコンタクトホール83の内周面である側面部の表面上には、プラズマTEOS(テトラエトキシシラン)膜、減圧TEOS膜、BPSG(ボロンリンシリケートガラス)膜もしくは金属膜等によって構成された側壁部であるサイドウォール200が略筒状に形成されている。サイドウォール200の内周面となる表面は、上端において第1層間絶縁膜41表面に接しており、またサイドウォール200の表面は、下面部である高濃度ドレイン領域1eの上面に近づくほどTFTアレイ基板10の表面に対する傾斜が連続的に大きくなる上に凸の曲面形状を有する。より詳しくは、第1層間絶縁膜41の表面に直交し、かつコンタクトホール83の側面部表面の法線を含む平面による断面において、サイドウォール200表面の接線はサイドウォール200の上端部において第1層間絶縁膜41の表面の接線と略平行となり、かつ第1層間絶縁膜41の表面に対するサイドウォール200表面の接線の傾斜が下側に向かうにつれて連続的に大きくなる。
すなわち、第1層間絶縁膜41の上面においては、コンタクトホール83が形成されたことにより、角状の断面形状部位が形成されているが、コンタクトホール83の側面部にサイドウォール200を形成することによって、サイドウォール200の表面を内壁とした第1層間絶縁膜41に形成された貫通孔の内径は、上端部を最大径として、下端へ向かうほど内径が徐々に小さくなる形状を有するのである。
本実施形態においては、コンタクトホール83の側面部に形成されたサイドウォール200と、コンタクトホール83の下面部である高濃度ドレイン領域1eとを含む領域上に、容量素子70が形成されている。このため、サイドウォール200の表面上及び第1層間絶縁膜41上に形成されている容量素子70の断面形状は、従来のサイドウォール200が形成されず、コンタクトホール83の側面部及び第1層間絶縁膜41上に容量素子71が形成される場合に比べて、大きな曲率半径を有して構成される。
このため、本実施形態によれば、容量素子70が形成されている第1層間絶縁膜41の上面とコンタクトホール83の側面部とが交差する部位において、容量素子70を構成する下部電極71の一部に従来に比べて電界の集中が起こることが無く、絶縁破壊による容量素子70を構成する電極間における短絡が発生しない。すなわち、コンタクトホール83の側壁及び底面を含む領域上に容量素子70を立体的に形成することによって、対向する電極の面積を増大させることが容易となる。これにより、限られた領域内に構築可能な容量素子70の容量値を、短絡の虞が無く安定的に高めることが可能となる。例えば、本実施形態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においては、容量素子70の容量値を高めることで、フリッカレベルの向上、画素ムラの改善、及びコントラストの向上等、表示品位の向上が可能となる。
(積層構造、第2層及び第3層間の構成―第1層間絶縁膜―)
以上説明したTFT30ないしゲート電極3a及び中継電極719の上、かつ、容量素子70の下には、例えば、NSG(ノンシリケートガラス)、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)等のシリケートガラス膜、窒化シリコン膜又は酸化シリコン膜等からなる第1層間絶縁膜41が形成されている。
そして、この第1層間絶縁膜41には、TFT30の高濃度ソース領域1dと後述するデータ線6aとを電気的に接続するコンタクトホール81が、後述する第2層間絶縁膜42を貫通して形成されている。また、第1層間絶縁膜41には、TFT30の高濃度ドレイン領域1eと容量素子70を構成する下部電極71とを電気的に接続するコンタクトホール83が形成されている。さらに、この第1層間絶縁膜41には、容量素子70を構成する画素電位側容量電極としての下部電極71と中継電極719とを電気的に接続するためのコンタクトホール881が形成されている。更に加えて、第1層間絶縁膜41には、中継電極719と後述する第2中継電極6a2とを電気的に接続するためのコンタクトホール882が、後述する第2層間絶縁膜を貫通して形成されている。
(積層構造・第4層の構成―データ線等―)
前述の第3層に続けて第4層には、データ線6aが設けられている。このデータ線6aは、例えば、図5に示すように、下層より順に、アルミニウムからなる層(図5における符号41A参照)、窒化チタンからなる層(図5における符号41TN参照)、窒化シリコン膜からなる層(図5における符号401参照)の三層構造を有する膜として形成されている。窒化シリコン膜は、その下層のアルミニウム層と窒化チタン層を覆うように少し大きなサイズにパターニングされている。
また、この第4層には、データ線6aと同一膜として、容量配線用中継層6a1及び第2中継電極6a2が形成されている。これらは、図4に示すように、平面的に見ると、データ線6aと連続した平面形状を有するように形成されているのではなく、各者間はパターニング上分断されるように形成されている。
ちなみに、これら容量配線用中継層6a1及び第2中継電極6a2は、データ線6aと同一膜として形成されていることから、下層より順に、アルミニウムからなる層、窒化チタンからなる層、プラズマ窒化膜からなる層の三層構造を有する。
(積層構造・第3層及び第4層間の構成―第2層間絶縁膜―)
以上説明した容量素子70の上、かつ、データ線6aの下には、例えばNSG、PSG,BSG、BPSG等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、あるいは好ましくはTEOSガスを用いたプラズマCVD法によって形成された第2層間絶縁膜42が形成されている。この第2層間絶縁膜42には、TFT30の高濃度ソース領域1dとデータ線6aとを電気的に接続する、前記のコンタクトホール81が形成されているとともに、前記容量配線用中継層6a1と容量素子70の上部電極たる容量電極300とを電気的に接続するコンタクトホール801が形成されている。さらに、第2層間絶縁膜42には、第2中継電極6a2と中継電極719とを電気的に接続するための、前記のコンタクトホール882が形成されている。
(積層構造・第5層の構成―容量配線等―)
前述の第4層に続けて第5層には、容量配線400が形成されている。この容量配線400は、平面的に見ると、図4に示すように、図中X方向及びY方向それぞれに延在するように、格子状に形成されている。容量配線400の図中Y方向に延在する部分については特に、データ線6aを覆い、かつデータ線6aよりも幅広に形成されている。また、容量配線400のX方向に延在する部分については、後述の第3中継電極402を形成する領域を確保するために、各画素電極9aの一辺の中央付近に切り欠き部を有している。この容量配線400は、画素電極9aが配置された図1に示す画像表示領域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ることで、固定電位とされている。
また、第4層には、容量配線400と同一膜として、第3中継電極402が形成されている。この第3中継電極402は、後述のコンタクトホール804及び89を介して、第2中継電極6a2と画素電極9aとを電気的に接続する。なお、これら容量配線400及び第3中継電極402間は、平面形状的に連続して形成されているのではなく、両者間はパターニング上分断されて形成されている。
容量配線400及び第3中継電極402は、下層にアルミニウムからなる層、上層に窒化チタンからなる層の二層構造を有している。
(積層構造・第4層及び第5層間の構成―第3層間絶縁膜―)
以上説明した前述のデータ線6aの上、かつ、容量配線400の下には、NSG、PSG、BSG、BPSG等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、あるいは好ましくは、TEOSガスを用いたプラズマCVD法で形成された第3層間絶縁膜43が形成されている。この第3層間絶縁膜43には、前記の容量配線400と容量配線用中継層6a1とを電気的に接続するためのコンタクトホール803、及び、第3中継電極402と第2中継電極6a2とを電気的に接続するためのコンタクトホール804がそれぞれ形成されている。
(積層構造・第6層並びに第5層及び第6層間の構成―画素電極等―)
第6層には、上述したように画素電極9aがマトリクス状に形成され、画素電極9a上に配向膜16が形成されている。そして、この画素電極9a下には、NSG、PSG、BSG、BPSG等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、あるいは好ましくはNSGからなる第4層間絶縁膜44が形成されている。この第4層間絶縁膜44には、画素電極9a及び前記の第3中継電極402間を電気的に接続するためのコンタクトホール89が形成されている。画素電極9aとTFT30の高濃度ドレイン領域1eとの間は、このコンタクトホール89、第3中継層402、コンタクトホール804、第2中継層6a2、コンタクトホール882、中継電極719、コンタクトホール881、下部電極71及びコンタクトホール83を介して、電気的に接続されることとなる。
以上説明したように、本実施形態の電気光学装置では、限られた領域内において、信頼性が高く、且つ相対的に大きな容量素子70が構築される。よって、高品位の画像表示が可能な液晶装置を実現することができる。
〔電気光学装置の製造方法〕
以下では、上述した実施形態の電気光学装置の製造プロセスについて、図6及び図7を参照して説明する。ここに図6及び図7は、製造プロセスの各工程における電気光学装置の積層構造を、図5の断面図に関して、特にコンタクトホール83付近を拡大して示す工程図である。図6及び図7においては、各層及び各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、該各層及び各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。なお、以下においては、本実施形態において特徴的なコンタクトホール83及び、容量素子70の製造工程について特に詳しく説明することとし、コンタクトホール83の形成前及び容量素子70の形成後の製造工程の説明に関しては適宜省略することとする。
まず、図6の(a)に示すように、TFTアレイ基板10上に形成されたTFT30上に、例えば、TEOSガス、TEBガス、TMOPガス等を用いた常圧又は減圧CVD法等により、NSG、PSG、BSG、BPSG等のシリケートガラス膜、窒化シリコン膜又は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。この第1層間絶縁膜41の膜厚は、例えば約600nmとする。
続いて、図6の(b)に示すように、第1層間絶縁膜41に対するウェットエッチングもしくはドライエッチングにより、コンタクトホール83を形成する。コンタクトホール83は、絶縁層である第1層間絶縁膜41の表面と、TFT30の高濃度ドレイン領域1eの上面である下面部との間に側面部を有する凹形状の段差部であり、底部の径が約1000nmとなる様に形成される。
次に、図6の(c)に示すように、第1層間絶縁膜41上全面と、コンタクトホール83の側面部83b及び下面部83aの表面に、CVD法等により被エッチング膜200aを成膜する。被エッチング膜200aは、例えばプラズマTEOS膜、減圧TEOS膜又はBPSG膜等を用いる。このとき、被エッチング膜200aの膜厚は、約220nmに設定される。
次に、図6の(d)に示すように、被エッチング膜200aの全面に対し異方性エッチングを施すことで、コンタクトホール83の側面部83bの表面上にのみ、サイドウォール200として被エッチング膜200aを残す。この異方性エッチングは、エッチャントとしてCF及びCHFの混合ガスを用いるドライエッチングである。このとき、サイドウォール200が内周に形成されたコンタクトホール83の下面部83aの内径は、約500nmとなる。ここで、コンタクトホール83の側面部83bの表面上に形成されたサイドウォール200の表面は、上端において第1層間絶縁膜41の表面である上面部41aに接しており、下面部83aに近づくほど第1層間絶縁膜41の表面に対する傾斜が連続的に大きくなる、上に凸の曲面形状を有する。なお、図6の(d)に示す工程において実施される被エッチング膜200aに対するエッチングは、上記の表面形状を有するサイドウォール200を形成することが可能であれば、異方性エッチングのみに限らず、異方性エッチングと等方性エッチングを含んでもよい。
次に、図7の(e)に示すように、TFTアレイ基板10上に形成された第1層間絶縁膜41上に、容量素子70の下部電極71となる下部導電層71a、容量素子70の誘電体層75となる中間層75a及び容量素子70の容量電極300となる上部導電層300aをこの順に積層する。
より具体的には、まず、第1層間絶縁膜41上に、例えばCVD法等によりポリシリコン膜を形成し、その後、このポリシリコン膜にリン(P)をイオン注入することにより下部導電層71aを形成する。または、下部導電層71aとしてPイオンをこのポリシリコン膜の成膜と同時に導入したドープトシリコン膜を用いてもよい。下部導電層71aの厚さは約150nmとする。次に、下部導電層71a上に、高温酸化膜(HTO膜)、高密度プラズマ酸化膜(HDP膜)等の酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等を積層することにより、一層または多層の中間層75aを形成する。中間層75aの厚さは約20nm〜30nm程度とする。更に、中間層75aの上に、前記の下部導電層71aと同様に、例えばCVD法等によりポリシリコン膜を形成し、その後、このポリシリコン膜にリン(P)をイオン注入することにより上部導電層300aを形成する。または、上部導電層300aとしてPイオンをこのポリシリコン膜の成膜と同時に導入したドープトシリコン膜を用いてもよい。さらに、このポリシリコン膜の上にCVD法等によってWSi層を形成し、上部導電層300aの厚さを約150nmとする。こうして、図7(e)に示すように、第1層間絶縁膜41の上面と、コンタクトホール83の側壁及び底面に、下部導電層71a、中間層75a及び上部導電層300aが順次積層される。
次に、図7の(f)に示すように、上部導電層300a、中間層75a及び下部導電層71aについて、一括してパターニング処理(フォトリソグラフィ及びエッチング処理)を施すことにより、容量電極300、誘電体層75及び下部電極71を一度にパターン形成する。このパターニング処理により容量素子70が形成されるものである。
次に、図7の(g)に示すように、容量素子70が形成された第1層間絶縁膜41の上に、例えば、TEOSガス、TEBガス、TMOPガス等を用いた常圧又は減圧CVD法等により、NSG、PSG、BSG、BPSG等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からなる第2層間絶縁膜43を形成する。
以上に図6及び図7を参照して説明した製造プロセスにより、本実施形態に係る電気光学装置のコンタクトホール83及び、容量素子70が形成されるものである。
本実施形態の製造方法によれば、図6の(d)に示すように、コンタクトホール83の側面部83b上に側壁部であるサイドウォール200を形成することによって、サイドウォール200の表面を内壁とした第1層間絶縁膜41に形成された貫通孔の内径は、上端部を最大径として、下端へ向かうほど内径が徐々に小さくなる形状を有し、第1層間絶縁膜41の表面である上面部41aと、サイドウォール200の内壁面とは連続した上向きに凸形状の曲面により連続的に接続される。よって、サイドウォール200の表面上及び第1層間絶縁膜41上を含む領域上に形成される容量素子70を構成する容量電極300、誘電体層75及び下部電極71は、サイドウォール200がない場合に比べて、大きな曲率半径を有して形成される。よって、本実施形態によれば、その上面に容量素子70が形成される第1層間絶縁膜41の表面とコンタクトホール83の側面部とが交差する部位において、従来の角状の部位上に成膜する場合に比べて容量素子70を構成する容量電極300、誘電体層75及び下部電極71の各層の膜厚の信頼性を得ることができる。すなわち、従来よりも誘電体層75を薄く形成することが可能となる。これにより、限られた領域内に構築可能な容量素子70の容量値を安定的に高めることができ、例えば、本実施形態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においては、容量素子70の容量値を高めることで、フリッカレベルの向上、画素ムラの改善、及びコントラストの向上等、表示品位の向上が可能となる。
上述のように、本実施形態によれば、限られた平面領域内においても、立体的に容量素子70を形成することで容量素子70を構成する電極の面積を増大させ、さらに安定して誘電体層75を薄く形成することが可能となるため、容量値が高く、また電極間において短絡の発生しない信頼性の高い容量素子を有する電気光学装置を実現できる。
なお、本実施形態においては、サイドウォール200を絶縁性の例えばプラズマTEOS膜、減圧TEOS膜もしくはBPSG膜等を用いて形成しているが、導電性の金属膜、例えばアルミニウム等を用いてサイドウォール200を形成しても良い。サイドウォール200を金属膜によって形成すれば、コンタクトホール83の側面部の遮光能力を高めることができ、TFT30の半導体層1aに対する光の遮光を行うことができる。したがって、光リーク電流の発生を抑制し、フリッカ等のない高品位な画像を表示することが可能となる。
[変形例]
上述の実施形態においては、第1層間絶縁膜41上に加えてコンタクトホール83の側面部及び下面部に容量素子70の一部を形成することによって、容量素子70を立体的に形成する構成としているが、コンタクトホール83以外に、第1層間絶縁膜41上に形成された断面が凹形状もしくは凸形状の部位においても本発明を適用することができる。その例を、実施形態の変形例として、図8及び図9を参照して以下に説明する。なお、図8及び図9においては、各層及び各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、該各層及び各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。また、以下の変形例の説明においては、上述した実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
図8に示すように、この変形例では、第1層間絶縁膜41に形成された凹形状の段差部である凹部201の側面部及び下面部上に容量素子70の一部を形成している。凹部201は、平面的に見て、容量素子70が形成されている領域内に形成された穴もしくは溝状の部位である。凹部201の側面部には、上述した実施形態と同様の製造方法により、サイドウォール200bが形成されている。また、図9に示すように、第1層間絶縁膜41に形成された凸形状の段差部である凸部202の側面部及び上面部に容量素子70の一部を形成してもよい。凸部202は、平面的に見て、容量素子70が形成されている領域内に形成された突起もしくは壁状の部位である。この場合、凸部202の側面部には、上述した実施形態と同様の製造方法により、サイドウォール200cが形成されている。以上の図8及び図9に示した変形例のように、コンタクトホール83以外の箇所に凹部201もしくは凸部202を設け、その上に容量素子70の一部を形成することによって、同じ平面領域内においても、より容量素子70の容量値を高くすることができる。
〔電子機器〕
次に、以上詳細に説明した電気光学装置たる液晶装置をライトバルブとして用いた電子機器の一例たる投射型カラー表示装置の実施形態について、その全体構成、特に光学的な構成について説明する。図10は、投射型カラー表示装置の構成例を示す断面図である。図10において、本実施形態における投射型カラー表示装置の一例たる液晶プロジェクタ1100は、駆動回路がTFTアレイ基板上に搭載された液晶装置を含む液晶モジュールを3個用意し、それぞれRGB用のライトバルブ100R、100G及び100Bとして用いたプロジェクタとして構成されている。液晶プロジェクタ1100では、メタルハライドランプ等の白色光源のランプユニット1102から投射光が発せられると、3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の三原色に対応する光成分R、G及びBに分けられ、各色に対応するライトバルブ100R、100G及び100Bにそれぞれ導かれる。この際特に、B光は、長い光路による光損失を防ぐために、入射レンズ1122、リレーレンズ1123及び出射レンズ1124からなるリレーレンズ系1121を介して導かれる。そして、ライトバルブ100R、100G及び100Bによりそれぞれ変調された三原色に対応する光成分は、ダイクロイックプリズム1112により再度合成された後、投射レンズ1114を介してスクリーン1120にカラー画像として投射される。
また電気光学装置たる液晶装置は、図10を参照して説明した電子機器の他にも、モバイル型コンピュータ、液晶テレビ、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、例えば電子ペーパなどの電気泳動装置、電子放出素子を利用した表示装置(Field Emission Display及びSurface-Conduction Electron-Emitter Display)等の各種電子機器に適用可能である。
また、本発明は、本実施形態に係るアクティブマトリクス駆動の液晶装置の他に、電子ペーパなどの電気泳動装置、EL(Electro-Luminescence)表示装置、電子放出回路素子を備えた装置(Field Emission Display及びSurface-Conduction Electron-Emitter Display)等の電気光学装置の技術分野に属するものである。
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の製造方法及び電気光学装置、並びにこれ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。
本発明の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'断面図である。 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。 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る。 図4のA−A´断面図である。 本発明の実施形態に係る電気光学装置の製造方法を、順を追って説明する製造工程図(その1)である。 本発明の実施形態に係る電気光学装置の製造方法を、順を追って説明する製造工程図(その2)である。 本発明の実施形態に係る電気光学装置の変形例を示す部分拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る電気光学装置の変形例を示す部分拡大断面図である。 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の構成を示す断面図である。
符号の説明
10 TFTアレイ基板、 41 第1層間絶縁膜、 83 コンタクトホール、 200 サイドウォール、 70 容量素子、 71 下部電極、 75 誘電体層、 300 容量電極

Claims (8)

  1. 電気光学装置用基板を備えた電気光学装置であって、
    前記基板の所定の絶縁層上に形成された凹形状の段差部と、
    前記凹形状の前記段差部における前記絶縁層表面と前記段差部の下面部との間の側面部の表面上に形成され、上側に凸な曲面部を有し、かつ、前記曲面部の表面が、上端部において、前記凹形状の前記段差部における前記絶縁層表面と連続して形成されている側壁部と、
    前記段差部及び前記側壁部上に形成され、誘電体層を下部電極層及び上部電極層によって挟持してなる容量素子と、を具備し、
    前記側壁部は、金属膜により構成されている
    ことを特徴とする電気光学装置。
  2. 電気光学装置用基板を備えた電気光学装置であって、
    前記基板の所定の絶縁層上に形成された凸形状の段差部と、
    前記凸形状の前記段差部における前記絶縁層表面と前記段差部の上面部との間の側面部の表面上に形成され、上側に凸な曲面部を有し、かつ、前記曲面部の表面が、上端部において、前記凸形状の前記段差部における前記上面部の表面と連続して形成されている側壁部と、
    前記段差部及び前記側壁部上に形成され、誘電体層を下部電極層及び上部電極層によって挟持してなる容量素子と、を具備し、
    前記側壁部は、金属膜により構成されている
    ことを特徴とする電気光学装置。
  3. 前記絶縁層表面に直交し、かつ前記側面部表面の法線を含む平面による断面において、前記側壁部の表面の接線が、前記凹形状の前記段差部における前記絶縁層表面の接線に対して、前記側壁部の上端部においては略平行となり、かつ前記絶縁層表面に対する前記側壁部の表面の接線の傾斜が下側に向かうにつれて連続的に大きくなることを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。
  4. 前記絶縁層表面に直交し、かつ前記側面部表面の法線を含む平面による断面において、前記側壁部の表面の接線が、前記凸形状の前記段差部における前記上面部の表面の接線に対して、前記側壁部の上端部においては略平行となり、かつ前記絶縁層表面に対する前記側壁部の表面の接線の傾斜が下側に向かうにつれて連続的に大きくなることを特徴とする請求項2に記載の電気光学装置。
  5. 前記凹形状の前記段差部は、前記絶縁層に形成されたコンタクトホールであることを特徴とする請求項1又は3に記載の電気光学装置。
  6. 請求項1から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。
  7. 基板上に容量素子を備えた電気光学装置の製造方法であって、
    所定の絶縁層に凹形状もしくは凸形状の段差部を形成する工程と、
    前記段差部の側面部に金属膜からなる被エッチング膜を形成する工程と、
    前記被エッチング膜の表面を異方性エッチングして、前記段差部における前記絶縁層表面と前記段差部の下面部との間の側面部の表面上に、上側に凸な曲面部を有し、かつ、前記曲面部の表面が、上端部において、前記段差部における前記絶縁層表面と連続する側壁部を形成する工程と、
    前記段差部を含む領域上に、誘電体層を下部電極層及び上部電極層によって挟持してなる前記容量素子の一部を形成する工程と、を具備したことを特徴とする電気光学装置の製造方法。
  8. 基板上に容量素子を備えた電気光学装置の製造方法であって、
    所定の絶縁層に凹形状もしくは凸形状の段差部を形成する工程と、
    前記段差部の側面部に金属膜からなる被エッチング膜を形成する工程と、
    前記被エッチング膜の表面に対し、等方性エッチングと異方性エッチングを含めたエッチングを行って、前記段差部における前記絶縁層表面と前記段差部の下面部との間の側面部の表面上に、上側に凸な曲面部を有し、かつ、前記曲面部の表面が、上端部において、前記段差部における前記絶縁層表面と連続する側壁部を形成する工程と、
    前記段差部を含む領域上に、誘電体層を下部電極層及び上部電極層によって挟持してなる前記容量素子の一部を形成する工程と、を具備したことを特徴とする電気光学装置の製造方法。
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