JP5569448B2 - Liquid crystal display element and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は液晶表示素子及びその製造方法に係り、特に開口率及び反射率の高い液晶表示素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display element and a manufacturing method thereof, and more particularly to a liquid crystal display element having a high aperture ratio and a high reflectance and a manufacturing method thereof.
従来より、分子配列が一定の秩序を保ちながらその一方で流動性を有し、さらに電界の印加によってその配向が変化する液晶は、表示装置用の材料として各分野の電気電子機器に広く利用されている。 Conventionally, liquid crystals that have fluidity while maintaining molecular order in a certain order, and whose orientation changes when an electric field is applied, have been widely used in electrical and electronic equipment in various fields as materials for display devices. ing.
近年、これら液晶表示装置に関する技術の進歩によって、反応速度等の表示性能の向上、高解像度化、及び大型化が達成され、携帯電話、ノート型パソコン、携帯型オーディオプレーヤ、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ等の携帯型電気電子機器はもとより、カーステレオ、カーナビゲーションシステム、車載型のテレビモニタ等の車載型電気電子機器、更には、テレビモニタ、パーソナルコンピュータのディスプレイ等の比較的大型な表示装置としても液晶表示装置が利用可能となった。特にテレビモニタの分野に関しては、高画質な映像表示に対応した高解像度、大画面の液晶表示装置が多く商品化されている。また、投射プロジェクタ等のように映像を外部スクリーンなどに表示するための投射型表示装置に関してもこの液晶表示装置を利用したものが商品化されている。 In recent years, due to the advancement of technologies related to these liquid crystal display devices, improvement in display performance such as reaction speed, higher resolution, and larger size have been achieved, and mobile phones, notebook computers, portable audio players, PDA (Personal Digital Assistants) Compared to portable electric / electronic devices such as digital video cameras and digital cameras, car stereos, car navigation systems, in-vehicle electric / electronic devices such as in-car TV monitors, and TV monitors, personal computer displays, etc. As a large display device, a liquid crystal display device can be used. In particular, in the field of television monitors, many high-resolution, large-screen liquid crystal display devices that support high-quality video display have been commercialized. Also, a projection type display device for displaying an image on an external screen or the like such as a projection projector has been commercialized using this liquid crystal display device.
これら液晶表示装置には液晶表示素子を構成する画素の制御方式として、アクティブマトリクス方式とパッシブマトリクス方式とに大別される。アクティブマトリクス方式は画素毎にスイッチング素子を有しており複雑な駆動回路の形成が必要となるが、パッシブマトリクス方式に比べ応答時間が短く、また、画素毎に表示、非表示を高精度に制御可能なため、走査線数の多い高解像度のテレビモニタ等に適している。 These liquid crystal display devices are roughly classified into an active matrix method and a passive matrix method as a control method of pixels constituting the liquid crystal display element. The active matrix method has a switching element for each pixel and requires the formation of a complicated drive circuit, but the response time is shorter than that of the passive matrix method, and display and non-display are controlled with high accuracy for each pixel. Therefore, it is suitable for a high-resolution television monitor having a large number of scanning lines.
また、液晶表示装置は、画面表示に必要な光の供給方法から透過型の液晶表示装置と反射型の液晶表示装置とに大別することができる。透過型の液晶表示装置はその裏面側もしくは側面側に設置されたバックライトからの光を透過させて画面表示を行うため、駆動回路等によって遮られる部分の光を画面表示に用いることができず開口率（表示領域全面に対する画素領域の占める割合）が低いという問題点を有している。 In addition, liquid crystal display devices can be broadly classified into transmissive liquid crystal display devices and reflective liquid crystal display devices according to a method of supplying light necessary for screen display. Since the transmissive liquid crystal display device displays the screen by transmitting the light from the backlight installed on the back side or side of the transmissive liquid crystal display device, the light of the part blocked by the drive circuit or the like cannot be used for the screen display. There is a problem that the aperture ratio (the ratio of the pixel area to the entire display area) is low.
これに対して、反射型の液晶表示装置は表示面方向からの光を画素電極により反射して画面表示を行うため、駆動回路等が光を遮ることがなく、開口率を大きくとることができる。よって、反射型の液晶表示装置は、より高輝度な画面表示を行うことができる。 On the other hand, since the reflective liquid crystal display device displays the screen by reflecting light from the display surface direction by the pixel electrode, the drive circuit or the like does not block the light, and the aperture ratio can be increased. . Therefore, the reflective liquid crystal display device can perform screen display with higher luminance.
反射型の液晶表示素子を構成する画素部は、液晶表示素子の裏面側に位置する複数の画素電極が表面に形成された画素電極基板と、液晶表示素子の表示側に位置する全ての画素部に共通の共通電極が表面に形成された共通電極基板と、これら画素電極基板と共通電極基板とが離間対向して配置されると共にそれらの基板の間隙に封入された液晶層とを有している。共通電極基板の上方から照射された光は液晶層を透過して画素電極の表面で反射し、再び液晶層及び共通電極基板を透過する。反射光が液晶層を通過するときに画素電極と共通電極との間に印加された電圧により液晶層の屈折率が変化しこれにより、光が変調されて像の明暗を投影する。 The pixel portion constituting the reflective liquid crystal display element includes a pixel electrode substrate on the surface of which a plurality of pixel electrodes located on the back side of the liquid crystal display element and all pixel portions located on the display side of the liquid crystal display element A common electrode substrate having a common electrode formed on the surface thereof, and a pixel electrode substrate and the common electrode substrate that are spaced apart from each other and a liquid crystal layer enclosed in a gap between the substrates. Yes. Light irradiated from above the common electrode substrate is transmitted through the liquid crystal layer, reflected by the surface of the pixel electrode, and again transmitted through the liquid crystal layer and the common electrode substrate. When the reflected light passes through the liquid crystal layer, the voltage applied between the pixel electrode and the common electrode changes the refractive index of the liquid crystal layer, thereby modulating the light and projecting the contrast of the image.
画素電極の表面は光を効率良く反射することが画像の明るさやコントラスト向上のためには望ましく、表面はできるだけ平坦でなければならない。一方で、画素電極基板は回路部を搭載しており、いわゆる半導体プロセスすなわちフォトリソグラフィ法とエッチング処理あるいはＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）とによる形成手法により製造される。画素電極基板を作製するには通常Ａｌ（アルミニウム）の多層配線を用いる（例えば、特許文献１参照）。 It is desirable for the surface of the pixel electrode to reflect light efficiently in order to improve the brightness and contrast of the image, and the surface should be as flat as possible. On the other hand, the pixel electrode substrate has a circuit portion mounted thereon, and is manufactured by a so-called semiconductor process, that is, a forming method using a photolithography method and an etching process or CMP (Chemical Mechanical Polishing). In general, a multilayer wiring of Al (aluminum) is used to manufacture the pixel electrode substrate (see, for example, Patent Document 1).
図４は、従来の液晶表示素子の要部の一例の製造工程の各工程断面図を示す。従来は図４（ａ）に示す絶縁膜１１に対して、同図（ｂ）に示すようにフォトリソグラフィ及びエッチングによりスルーホール１２を開け、同図（ｃ）に示すようにＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によりＷ（タングステン）材料１３を全面に被覆すると共にスルーホール１２の内部に埋めこむ。このときにタングステン材料１３はスルーホール１２の周辺で僅かに凹形状となる。 FIG. 4 is a cross-sectional view of each process of a manufacturing process of an example of a main part of a conventional liquid crystal display element. Conventionally, through-holes 12 are formed in the insulating film 11 shown in FIG. 4A by photolithography and etching as shown in FIG. 4B, and CVD (Chemical Vapor Deposition) is shown in FIG. ) To cover the entire surface with a W (tungsten) material 13 and to be embedded in the through hole 12. At this time, the tungsten material 13 has a slightly concave shape around the through hole 12.
続いて、図４（ｄ）に示すようにＣＭＰ及びエッチバックにより全面のタングステン材料１３を取り去りスルーホール１２内だけにタングステン材料１３を残す。このときにもＣＭＰ平坦化においては段差を完全に解消することは困難で、スルーホール１２を中心としてすり鉢状の凹段差が残っている。そして、図４（ｅ）に示すようにＡｌ（アルミニウム）膜１４をスパッタにより表面上に成膜してパターニングし画素電極とする。スパッタでは所定の厚みの膜が均一に成膜されるので図４（ｅ）に示すように、同図（ｄ）で残った段差はそのまま転写される。 Subsequently, as shown in FIG. 4D, the tungsten material 13 on the entire surface is removed by CMP and etch back, and the tungsten material 13 is left only in the through hole 12. Even at this time, it is difficult to completely eliminate the step in the CMP planarization, and a mortar-shaped concave step remains around the through hole 12. Then, as shown in FIG. 4E, an Al (aluminum) film 14 is formed on the surface by sputtering and patterned to form a pixel electrode. In sputtering, a film having a predetermined thickness is uniformly formed, so that the step remaining in FIG. 4D is transferred as it is, as shown in FIG.
従来の液晶表示素子の製造方法では、画素電極の製造時に図４（ｅ）に示したように画素電極であるＡｌ膜１４にはスルーホール１２を中心としたすり鉢状の凹段差がどうしても生じてしまう。最新の半導体製造プロセスにおいてはこの段差は最小限に抑えられているが、１０ｎｍ程度以下にするのは困難である。この１０ｎｍは光の波長と比較して無視できる差ではなく、僅かな差でも光の干渉効果によりノイズとして目立つレベルとなっている。レイアウトのスペースに余裕があり、スルーホールの位置を画素中央に配置できる場合でもスルーホールを中心として凹段差は生じているが、１画素毎の繰り返しは画像ノイズとして認識されることはなく、全く問題になっていなかった。 In the conventional method for manufacturing a liquid crystal display element, a mortar-shaped concave step centered on the through hole 12 is inevitably generated in the Al film 14 as the pixel electrode as shown in FIG. End up. In the latest semiconductor manufacturing process, this step is suppressed to the minimum, but it is difficult to reduce it to about 10 nm or less. This 10 nm is not a negligible difference compared to the wavelength of light, and even a slight difference is a conspicuous level as noise due to the light interference effect. Even when the layout space is sufficient and the position of the through hole can be arranged at the center of the pixel, a concave step occurs around the through hole, but the repetition for each pixel is not recognized as image noise, It was not a problem.
しかしながら、近年の液晶表示素子の高解像度化に伴い、必要とされる画素数は増加する一方で小型化やコストダウンの必要性も高く、画素サイズは微細化の一途をたどっている。画素を微細化にするためには回路パターン自体を小さくしていかなければならないが、最先端の半導体製造技術を用いても回路配置には制約があり、例えばトランジスタを複数画素で共用したり、２画素ごとにミラー反転したレイアウトを採用することで微細化を実現せざるを得ない状況となってきている。 However, with the recent increase in resolution of liquid crystal display elements, the number of required pixels is increasing, while the need for downsizing and cost reduction is also high, and the pixel size is continually miniaturized. In order to make pixels finer, the circuit pattern itself must be made smaller, but even with the most advanced semiconductor manufacturing technology, there are restrictions on circuit arrangement, for example, transistors can be shared by multiple pixels, By adopting a mirror-inverted layout for every two pixels, miniaturization must be realized.
図５は、隣合う画素をミラー反転構造のレイアウトにて並べた場合の、上記製造方法で画素電極を形成したときの断面形状を示す。図５は、画素部の画面垂直方向に隣接する２つの画素電極１４ａ、１４ｂとそれに通ずるスルーホール内のタングステン材料１３ａ、１３ｂのみ示してある。図５に示すように、レイアウトにスペース的な制約が多い場合、スルーホールは画素電極１４ａ、１４ｂのそれぞれの中央に位置することができなくなる場合が多く、片側に寄った配置となる。 FIG. 5 shows a cross-sectional shape when pixel electrodes are formed by the above manufacturing method when adjacent pixels are arranged in a mirror inversion structure layout. FIG. 5 shows only two pixel electrodes 14a and 14b adjacent to each other in the vertical direction of the screen of the pixel portion and tungsten materials 13a and 13b in through-holes communicating therewith. As shown in FIG. 5, when there are many space restrictions in the layout, the through hole often cannot be positioned at the center of each of the pixel electrodes 14a and 14b, and the arrangement is closer to one side.
このように画素電極１４ａ、１４ｂの中央に対してスルーホールが片側に寄った配置となると、スルーホールを中心とする凹部分１５ａ、１５ｂの位置が偏ってしまい、これにより垂直方向の２画素周期での凹凸の繰り返しが図６に示すように画像に現れてしまう。この図６に示す画像は、明度が低いライン画像２１と明度が高いライン画像２２とが交互に繰り返される、垂直方向の２画素毎（すなわち、２ライン毎）の明暗の縞状の画像である。このように、従来の液晶表示素子の製造方法では、画素電極形成時のスルーホールを中心とする凹部分１５ａ、１５ｂの位置の偏りにより、２ライン毎の明暗の縞状の画像ノイズが発生し、表示画像品位を劣化させてしまうという課題がある。また、凹部分１５ａ、１５ｂを低減するためにプロセスの平坦化条件を改善するには多大な時間とコストがかかる。 When the through holes are arranged on one side with respect to the centers of the pixel electrodes 14a and 14b in this way, the positions of the concave portions 15a and 15b with the through holes as the center are biased, thereby causing a two-pixel period in the vertical direction. As shown in FIG. 6, the repetition of the unevenness in the image appears in the image. The image shown in FIG. 6 is a light and dark stripe-like image for every two pixels in the vertical direction (that is, every two lines) in which a line image 21 with low lightness and a line image 22 with high lightness are alternately repeated. . Thus, in the conventional method of manufacturing a liquid crystal display element, bright and dark striped image noise occurs every two lines due to the bias of the positions of the concave portions 15a and 15b centering on the through hole at the time of pixel electrode formation. There is a problem that display image quality is deteriorated. In addition, it takes a lot of time and cost to improve the planarization conditions of the process in order to reduce the concave portions 15a and 15b.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、画素電極表面に生じる段差による縞状の画像ノイズを低減し、高品質な画像表示を行い得る液晶表示素子及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a liquid crystal display element capable of reducing striped image noise due to a step generated on the surface of a pixel electrode and performing high-quality image display, and a method for manufacturing the same. For the purpose.
上記の目的を達成するため、本発明の液晶表示素子は、表面に複数の光反射性及び導電性の画素電極が形成された画素電極基板と、表面に光透過性及び導電性の共通電極が形成された光透過性の共通電極基板と、画素電極基板の画素電極と共通電極基板の共通電極とを対向させて、画素電極基板と共通電極基板とを離間して貼り合わせて生じた空隙内に封入された液晶層とを備え、画素電極基板は、複数の画素を構成する複数の画素電極のそれぞれにおいて、画素電極の面内中央を対称中心として点対称に配置された偶数個のスルーホールを有し、前記偶数個のスルーホールの一端は前記画素電極に電気的に接続され、前記偶数個のスルーホールのうち少なくとも１個の第１のスルーホールの他端は前記画素電極の下層の回路素子部に電気的に接続され、かつ、前記偶数個のスルーホールのうち前記第１のスルーホール以外の少なくとも１個の第２のスルーホールの他端は、前記回路素子部に電気的に非接続とされていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a liquid crystal display element of the present invention includes a pixel electrode substrate having a plurality of light-reflective and conductive pixel electrodes formed on a surface and a light-transmitting and conductive common electrode on the surface. In the gap formed by the light-transmitting common electrode substrate formed, the pixel electrode of the pixel electrode substrate facing the common electrode of the common electrode substrate, and the pixel electrode substrate and the common electrode substrate spaced apart from each other The pixel electrode substrate includes an even number of through-holes arranged symmetrically with respect to the center in the plane of the pixel electrode in each of the plurality of pixel electrodes constituting the plurality of pixels. have a one end of said even number of through holes are electrically connected to the pixel electrode, at least one of the other end of the first through-hole of said even number of through-holes of the lower layer of the pixel electrode Electrical to circuit element The other end of at least one second through hole other than the first through hole among the even number of through holes is electrically connected to the circuit element unit. It is characterized by.
また、上記の目的を達成するため、本発明の液晶表示素子の製造方法は、画素電極基板となる半導体基板上に形成された回路配線部の最上位の層間絶縁膜に、各光反射性及び導電性の画素電極毎に、その画素電極の面内中央を対称中心として点対称の位置に偶数個のスルーホールを開口する第１の工程と、層間絶縁膜上の全面を導電材料で被覆すると共に偶数個のスルーホールの内部に導電材料を埋めこむ第２の工程と、第２の工程により層間絶縁膜上に被覆された導電材料を除去した後、層間絶縁膜上に導電性を有する画素電極を形成する第３の工程とを含み、第１の工程は、偶数個のスルーホールを開口すると共に、前記偶数個のスルーホールの一端は前記画素電極に電気的に接続されるように開口し、偶数個のスルーホールのうち少なくとも１個の第１のスルーホールの他端は前記画素電極の下層の回路素子部に電気的に接続されるように開口し、かつ、偶数個のスルーホールのうち第１のスルーホール以外の少なくとも１個の第２のスルーホールの他端は前記回路素子部に電気的に非接続とされるように開口することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the liquid crystal display element manufacturing method of the present invention provides each light-reflecting property and an insulating layer on the uppermost interlayer insulating film of the circuit wiring portion formed on the semiconductor substrate serving as the pixel electrode substrate. For each conductive pixel electrode, a first step of opening an even number of through holes at point-symmetrical positions with the in-plane center of the pixel electrode as the center of symmetry, and covering the entire surface of the interlayer insulating film with a conductive material And a second step of burying a conductive material in an even number of through holes, and a pixel having conductivity on the interlayer insulating film after removing the conductive material coated on the interlayer insulating film in the second step. look including a third step of forming an electrode, the first step is adapted to open an even number of through holes, as one end of the even number of the through-holes are electrically connected to the pixel electrode Open and few of the even number of through holes In other words, the other end of one first through hole is opened so as to be electrically connected to the circuit element portion below the pixel electrode, and of the even number of through holes other than the first through hole. The other end of the at least one second through hole is opened so as not to be electrically connected to the circuit element portion.
本発明によれば、画素微細化に伴うレイアウトスペースの制約により画素をミラー反転構造のレイアウトとした場合でも、画素電極形成工程に起因する画素電極表面段差を画素毎に同じ形状とすることができ、画素電極表面に生じる段差による縞状の画像ノイズを低減し、高品質な画像表示を行うことができる。 According to the present invention, even when a pixel has a mirror inversion layout due to a layout space restriction accompanying pixel miniaturization, the step difference in the surface of the pixel electrode caused by the pixel electrode formation process can be made the same shape for each pixel. The striped image noise due to the step generated on the surface of the pixel electrode can be reduced, and high-quality image display can be performed.
以下、本発明になる液晶表示素子及びその製造方法の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Embodiments of a liquid crystal display device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図１は、本発明になる液晶表示素子の一実施の形態の模式的断面図を示す。図１は、本実施の形態のアクティブマトリクス方式の反射型液晶表示素子１００の画素部を構成する複数の画素のうち、或る一つの画素全体とそれに画面垂直方向に隣接する２画素の一部分とを示している。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a liquid crystal display element according to the present invention. FIG. 1 shows a whole pixel and a part of two pixels adjacent to the vertical direction of the screen among a plurality of pixels constituting a pixel portion of the active matrix type reflective liquid crystal display element 100 of the present embodiment. Is shown.
液晶表示素子１００は、表面に複数の導電性及び光反射性のある画素電極１１１ａ〜１１１ｃが形成された画素電極基板部Ａと、表面に全ての画素に共通の光透過性のある共通電極１３１が形成された共通電極基板部Ｂと、画素電極基板部Ａと共通電極基板部Ｂとが画素電極１１１ａ〜１１１ｃと共通電極１３１とが離間対向するように貼り合わされると共に、それら画素電極基板部Ａと共通電極基板部Ｂとの間の間隙に封入された液晶層Ｃとを有する構造である。かかる構造自体は公知であるが、本実施の形態の液晶表示素子１００は、画素電極１１１ａ〜１１１ｃに通じるスルーホールのレイアウトに特徴がある。 The liquid crystal display element 100 includes a pixel electrode substrate portion A having a plurality of conductive and light reflective pixel electrodes 111a to 111c formed on the surface, and a light transmissive common electrode 131 common to all pixels on the surface. The common electrode substrate portion B on which the pixel electrodes are formed, the pixel electrode substrate portion A and the common electrode substrate portion B are bonded together so that the pixel electrodes 111a to 111c and the common electrode 131 are opposed to each other, and the pixel electrode substrate portion This is a structure having a liquid crystal layer C sealed in a gap between A and the common electrode substrate part B. Although such a structure itself is known, the liquid crystal display element 100 of the present embodiment is characterized by a layout of through holes that communicate with the pixel electrodes 111a to 111c.
画素電極基板部Ａは半導体基板１０１上にスイッチング素子部Ｔｒ及び保持容量部Ｃ等の回路素子が形成された回路素子部Ａ１と、画素電極分割部１１２で区切られた画素電極１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃを有する画素電極部Ａ３と、回路素子部Ａ１と画素電極部Ａ３とを接続するとともに所定の信号等を画素電極基板部Ａに供給する所定の配線電極等を備えた回路配線部Ａ２とを有した構成である。画素電極１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃは画面上において垂直方向に隣接する３つの画素の画素電極である。 The pixel electrode substrate section A includes a circuit element section A1 in which circuit elements such as a switching element section Tr and a storage capacitor section C are formed on the semiconductor substrate 101, and pixel electrodes 111a, 111b, and 111c separated by the pixel electrode dividing section 112. And a circuit wiring portion A2 having a predetermined wiring electrode for connecting the circuit element portion A1 and the pixel electrode portion A3 and supplying a predetermined signal or the like to the pixel electrode substrate portion A. This is the configuration. The pixel electrodes 111a, 111b, and 111c are pixel electrodes of three pixels adjacent in the vertical direction on the screen.
半導体基板１０１には拡散層１０２〜１０６が形成されている。スイッチング素子部Ｔｒは、離間して形成された拡散層１０３及び１０４とそれらの上方に絶縁膜（図示せず）を介して形成されたポリシリコン等のゲート電極１０７とにより構成されている。また、保持容量部Ｃは、拡散層１０５とその上に絶縁膜（図示せず）を介して形成されたポリシリコン等の電極１０８とから構成されている。スイッチング素子部Ｔｒと保持容量部Ｃとはフィールド酸化膜１１０により区画されている。 Diffusion layers 102 to 106 are formed on the semiconductor substrate 101. The switching element Tr is composed of diffusion layers 103 and 104 formed apart from each other and a gate electrode 107 made of polysilicon or the like formed above them via an insulating film (not shown). The storage capacitor portion C includes a diffusion layer 105 and an electrode 108 made of polysilicon or the like formed on the diffusion layer 105 via an insulating film (not shown). The switching element portion Tr and the storage capacitor portion C are partitioned by the field oxide film 110.
また、スイッチング素子部Ｔｒを構成する拡散層１０３及び１０４のうち拡散層１０３はスルーホール１１３を介して回路配線部Ａ２の第１メタル１１７に電気的に接続されている。また、拡散層１０４と保持容量部Ｃを構成する電極１０８及び拡散層１０５のうち電極１０８とはそれぞれスルーホール１１４、１１５を介して第１メタル１１７に電気的に接続され、更にスルーホール１１８と回路配線部Ａ２の第２メタル１２０とスルーホール１２１とを介して画素電極１１１ａに電気的に接続されている。また、拡散層１０５はスルーホール１１６、第１メタル１１７、スルーホール１１９を介して第２メタル１２０に電気的に接続されている。 Further, of the diffusion layers 103 and 104 constituting the switching element portion Tr, the diffusion layer 103 is electrically connected to the first metal 117 of the circuit wiring portion A2 through the through hole 113. In addition, the electrode 108 and the electrode 108 of the diffusion layer 105 constituting the storage layer C and the diffusion layer 104 are electrically connected to the first metal 117 through the through holes 114 and 115, respectively. It is electrically connected to the pixel electrode 111a through the second metal 120 and the through hole 121 of the circuit wiring portion A2. The diffusion layer 105 is electrically connected to the second metal 120 through the through hole 116, the first metal 117, and the through hole 119.
更に、画素電極１１１ａに一端が電気的に接続されているスルーホール１２２の他端は第２メタル１２０に電気的に接続されているが、第２メタル１２０の下層回路には接続されていない。すなわち、画素電極１１１ａは、回路配線部Ａ２を介して下層の回路素子部Ａ１に電気的に接続されているスルーホール１２１と、下層の回路素子部Ａ１に接続されていないスルーホール１２２とに電気的に接続されている。画素電極１１１ａ〜１１１ｃの表面は配向膜１２１により被覆されている。なお、スルーホール１１３〜１１６、１１８、１１９、１２１及び１２２内にはタングステン等の導電材料が充填されている。 Further, the other end of the through hole 122 whose one end is electrically connected to the pixel electrode 111 a is electrically connected to the second metal 120, but is not connected to the lower layer circuit of the second metal 120. That is, the pixel electrode 111a is electrically connected to the through hole 121 that is electrically connected to the lower circuit element portion A1 through the circuit wiring portion A2 and the through hole 122 that is not connected to the lower circuit element portion A1. Connected. The surfaces of the pixel electrodes 111 a to 111 c are covered with an alignment film 121. The through holes 113 to 116, 118, 119, 121 and 122 are filled with a conductive material such as tungsten.
共通電極基板部Ｂは、光透過性基板１３０の表面に画素部の全ての画素に共通に形成された光透過性及び導電性を備える共通電極１３１と、共通電極１３１の表面を被覆する配向膜１３２とを有している。 The common electrode substrate part B includes a light transmissive and conductive common electrode 131 that is formed on the surface of the light transmissive substrate 130 in common for all pixels of the pixel part, and an alignment film that covers the surface of the common electrode 131. 132.
本実施の形態の液晶表示素子１００は、一つの画素の画素電極１１１ａに通ずるスルーホールが、画素表面の面内中央を対称中心として１２１及び１２２の２つ（あるいはそれ以上の偶数個でもよい）配置することで、画素電極１１１ａの表面に生じる段差が存在しても縞状の画像ノイズが発生しない高品質な液晶表示装置を実現する。なお、他の画素の画素電極１１１ｂ、１１１ｃについても画素電極１１１ａと同様に画素電極１１１ｂ、１１１ｃに通ずるスルーホールが、画素表面の面内中央を対称中心として２つ（あるいはそれ以上の偶数個でもよい）配置されている。 In the liquid crystal display element 100 according to the present embodiment, two through holes 121 and 122 (or an even number larger than that) may be provided, with the through-hole communicating with the pixel electrode 111a of one pixel as the center of symmetry in the in-plane center of the pixel surface. By disposing, a high-quality liquid crystal display device that does not generate striped image noise even if there is a step formed on the surface of the pixel electrode 111a is realized. Note that the pixel electrodes 111b and 111c of other pixels also have two through holes that communicate with the pixel electrodes 111b and 111c in the same manner as the pixel electrode 111a. Good) is arranged.
この液晶表示素子１００では、共通電極基板部Ｂの上方から照射されたバックライトの光が共通電極基板部Ｂ及び液晶層ＬＣを順次に透過して画素電極部Ａ３に入射して反射される。その反射光は入射光経路と逆方向の経路を辿り、液晶層ＬＣ及び共通電極基板部Ｂを透過して出射される。ここで、画素電極部Ａ３の各画素電極と共通電極基板部Ｂの共通電極１３１との間には、画素電極単位で画像信号に応じた電圧が印加されており、その印加電圧により液晶層ＬＣの屈折率が変化し、反射光が変調されて像の明暗を投影する。 In the liquid crystal display element 100, the light of the backlight irradiated from above the common electrode substrate part B is sequentially transmitted through the common electrode substrate part B and the liquid crystal layer LC, and is incident and reflected on the pixel electrode part A3. The reflected light follows a path opposite to the incident light path, and is transmitted through the liquid crystal layer LC and the common electrode substrate portion B to be emitted. Here, a voltage corresponding to an image signal is applied to each pixel electrode unit between each pixel electrode of the pixel electrode portion A3 and the common electrode 131 of the common electrode substrate portion B, and the liquid crystal layer LC is applied by the applied voltage. The refractive index of the light beam changes, and the reflected light is modulated to project the contrast of the image.
図２は、本発明になる液晶表示素子の一実施の形態の要部である画素電極とそれに接続されたスルーホールの部分を示す模式的断面図である。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付してある。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a pixel electrode which is a main part of one embodiment of the liquid crystal display element according to the present invention and a portion of a through hole connected thereto. In the figure, the same components as those in FIG.
レイアウトにスペース的な制約が多い場合、図５と共に説明したように画素電極に接続されるスルーホールは画素電極の中央に位置することができなくなる場合が多く、片側に寄った配置となる。本実施の形態では、図２に示すように、スルーホール１２１、１２４は電気的に画素電極１１１ａ、１１１ｂに電圧を供給するために必ず無くてはならず、下層の回路パターンに接続されている。 When there are many space restrictions in the layout, as described with reference to FIG. 5, the through hole connected to the pixel electrode often cannot be located at the center of the pixel electrode, and the layout is shifted to one side. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the through holes 121 and 124 are indispensable for electrically supplying a voltage to the pixel electrodes 111a and 111b, and are connected to a lower circuit pattern. .
一方、画素電極１１１ａ、１１１ｂに電気的に接続されているスルーホール１２２、１２４は下層の回路に接続されず、ダミーとして配置されている。すなわち、スルーホール１２２、１２４は電気的な接続を下層とは持たず、単なる形状のダミーとして置かれているだけである。また、スルーホール１２２、１２４は画素電極の面内中央Ｉa、Ibを対称中心としてスルーホール２１０ａ、２１０ｂに対して点対称の位置に配置されている。もちろんスルーホール１２２、１２４をスルーホール１２１、１２３と同様に下層の回路に接続しても構わない。 On the other hand, the through-holes 122 and 124 that are electrically connected to the pixel electrodes 111a and 111b are not connected to the underlying circuit but are arranged as a dummy. That is, the through holes 122 and 124 do not have electrical connection with the lower layer, but are merely placed as dummy shapes. Further, the through holes 122 and 124 are arranged at point-symmetrical positions with respect to the through holes 210a and 210b with the in-plane centers Ia and Ib of the pixel electrode as the symmetry centers. Of course, the through-holes 122 and 124 may be connected to the underlying circuit in the same manner as the through-holes 121 and 123.
スルーホールがある場合、前述のようにスルーホールを中心としてすり鉢状に凹段差が画素電極表面に生じてしまうが、画素内で画素電極の面内中央を対称中心として点対称に配置されたスルーホールが偶数個ある場合は、画面上において垂直方向に隣り合う複数の画素で比較した場合に、上記のすり鉢状の凹段差は１画素ごとの繰り返しパターンとなる。このため、本実施の形態の液晶表示素子１００によれば、画像に投影した場合に従来の図６に示した垂直方向の２画素間隔の濃淡画像としては原理的に見えなくなり、画素電極表面に生じる段差による縞状の画像ノイズを低減でき、高品質な画像表示を行うことができる。ただし、凹段差の生じる領域がスルーホールの数に応じて増えるが、視覚上目立たないため問題ない。 When there is a through hole, a concave step is formed on the surface of the pixel electrode in the shape of a mortar as described above, but the through hole arranged in a point symmetry with the center in the plane of the pixel electrode in the pixel as the center of symmetry. When there are an even number of holes, the above mortar-shaped concave step becomes a repetitive pattern for each pixel when compared with a plurality of pixels adjacent in the vertical direction on the screen. For this reason, according to the liquid crystal display element 100 of the present embodiment, when projected onto an image, in principle, it cannot be seen as a grayscale image with a two-pixel interval in the vertical direction shown in FIG. Striped image noise due to the generated step can be reduced, and high-quality image display can be performed. However, although the area where the concave step is generated increases according to the number of through holes, there is no problem because it is not visually conspicuous.
半導体プロセスにおけるＣＭＰ段差を無くすという解決手段も考えられるが、プロセス条件の改善には大幅な時間とコストがかかってしまう。本実施形態では、画素内で点対称にダミーのスルーホールを配置することはレイアウト上では必ず可能であり、簡便に縞状ノイズを低減する手段として非常に優れているといえる。 A solution to eliminate the CMP step in the semiconductor process is also conceivable. However, improvement of the process conditions takes a lot of time and cost. In the present embodiment, it is always possible on the layout to arrange dummy through-holes in a point-symmetric manner in a pixel, and it can be said that this is an excellent means for simply reducing stripe noise.
次に、本発明になる液晶表示素子の製造方法の一実施の形態の概略動作について説明する。図３は、本発明になる液晶表示素子の製造方法の一実施の形態の要部の各工程の素子断面図を示す。図３は、隣合う画素をミラー反転構造のレイアウトにて並べた場合の、本実施の形態の製造方法で画素電極を形成したときの断面形状を示す。図３は、画素部の画面垂直方向に隣接する２つの画素電極１１１ａ、１１１ｂとそれに通ずるスルーホールのみ示してある。 Next, the schematic operation of an embodiment of the method for manufacturing a liquid crystal display device according to the present invention will be described. FIG. 3 is an element cross-sectional view of each step of the main part of one embodiment of the method for manufacturing a liquid crystal display element according to the present invention. FIG. 3 shows a cross-sectional shape when pixel electrodes are formed by the manufacturing method of the present embodiment when adjacent pixels are arranged in a mirror inversion structure layout. FIG. 3 shows only two pixel electrodes 111a and 111b adjacent to each other in the vertical direction of the screen of the pixel portion and through-holes communicating therewith.
まず、図３（ａ）に示すように半導体基板１０１上に形成された回路配線部Ａ２の最上位の例えば第２メタルの上の層間絶縁膜１４１にフォトリソグラフィ及びエッチングによりスルーホール１４３、１４４、１４５、１４６を開けた後、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によりＷ（タングステン）などの導電材料１４２を全面に被覆すると共にスルーホール１４３、１４４、１４５、１４６の内部に埋めこむ。このときに導電材料１４２はスルーホール１４３、１４４、１４５、１４６の周辺で僅かに凹形状となる。 First, as shown in FIG. 3A, through holes 143, 144, etc. are formed on the interlayer insulating film 141 on the uppermost layer of the circuit wiring part A2 formed on the semiconductor substrate 101, for example, on the second metal by photolithography and etching. After opening 145 and 146, a conductive material 142 such as W (tungsten) is coated on the entire surface by CVD (Chemical Vapor Deposition) and embedded in the through holes 143, 144, 145 and 146. At this time, the conductive material 142 has a slightly concave shape around the through holes 143, 144, 145, and 146.
ここで、上記のスルーホール１４３及び１４４は、一つの画素電極の面内中央Ｉaを対称中心として点対称の位置に配置されている。また、上記のスルーホール１４５及び１４６は、別の一つの画素電極の面内中央Ｉbを対称中心として点対称の位置に配置されている。また、スルーホール１４３及び１４５は下層の回路配線部Ａ２を介して回路素子部Ａ１に電気的に接続されているのに対し、スルーホール１４４及び１４６は下層の回路素子部Ａ１には接続されていない（接続されていてもよい）。 Here, the through holes 143 and 144 are arranged at point-symmetrical positions with the in-plane center Ia of one pixel electrode as the center of symmetry. The through holes 145 and 146 are arranged at point-symmetric positions with the in-plane center Ib of another pixel electrode as the center of symmetry. The through holes 143 and 145 are electrically connected to the circuit element part A1 through the lower circuit wiring part A2, whereas the through holes 144 and 146 are connected to the lower circuit element part A1. No (may be connected).
続いて、図３（ｂ）に示すようにＣＭＰ及びエッチバックにより全面のタングステン材料１４２を取り去りスルーホール１４３〜１４６内だけに導電材料を残す。導電材料が充填されたスルーホール１４３〜１４６は前述したスルーホール１２１〜１２４を構成する。このときにもＣＭＰ平坦化においては段差を完全に解消することは困難で、スルーホール１２１〜１２４のそれぞれを中心としてすり鉢状の凹段差が残っている。 Subsequently, as shown in FIG. 3B, the tungsten material 142 on the entire surface is removed by CMP and etch back, and the conductive material is left only in the through holes 143 to 146. The through holes 143 to 146 filled with the conductive material constitute the above-described through holes 121 to 124. Even at this time, it is difficult to completely eliminate the step in the CMP flattening, and a mortar-shaped concave step remains around each of the through holes 121 to 124.
そして、図３（ｃ）に示すようにＡｌ（アルミニウム）膜１４７をスパッタにより表面上に成膜してパターニングし、画面上の垂直方向に隣接する画素電極１１１ａ、１１１ｂを形成する。画素電極１１１ａはスルーホール１２１及び１２２に電気的に接続され、また、画素電極１１１ｂはスルーホール１２３及び１２４に電気的に接続される。このようにして、図１の模式的断面図に示した各画素内で画素電極の面内中央を対称中心として点対称に配置されたスルーホールが偶数個ある液晶表示素子１００が製造される。 Then, as shown in FIG. 3C, an Al (aluminum) film 147 is formed on the surface by sputtering and patterned to form pixel electrodes 111a and 111b adjacent in the vertical direction on the screen. The pixel electrode 111 a is electrically connected to the through holes 121 and 122, and the pixel electrode 111 b is electrically connected to the through holes 123 and 124. In this way, the liquid crystal display element 100 having an even number of through holes arranged in point symmetry with the in-plane center of the pixel electrode as the center of symmetry in each pixel shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 1 is manufactured.
１００ 液晶表示素子
１１１ａ〜１１１ｃ 画素電極
１１２ 画素電極分割部
１１３〜１１６、１１８、１１９、１２１〜１２５、１４３〜１４６ スルーホール
１３０ 光透過性基板
１３１ 共通電極
Ａ 画素電極基板部
Ａ１ 回路素子部
Ａ２ 回路配線部
Ａ３ 画素電極部
Ｂ 共通電極基板部
ＬＣ 液晶層
Ｔｒ スイッチング部
Ｃ 保持容量部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Liquid crystal display element 111a-111c Pixel electrode 112 Pixel electrode division | segmentation part 113-116,118,119,121-125,143-146 Through hole 130 Translucent substrate 131 Common electrode A Pixel electrode substrate part A1 Circuit element part A2 Circuit Wiring part A3 Pixel electrode part B Common electrode substrate part LC Liquid crystal layer Tr Switching part C Retention capacity part
Claims (2)
表面に光透過性及び導電性の共通電極が形成された光透過性の共通電極基板と、
前記画素電極基板の前記画素電極と前記共通電極基板の前記共通電極とを対向させて、前記画素電極基板と前記共通電極基板とを離間して貼り合わせて生じた空隙内に封入された液晶層と
を備え、
前記画素電極基板は、複数の画素を構成する複数の前記画素電極のそれぞれにおいて、前記画素電極の面内中央を対称中心として点対称に配置された偶数個のスルーホールを有し、
前記偶数個のスルーホールの一端は前記画素電極に電気的に接続され、
前記偶数個のスルーホールのうち少なくとも１個の第１のスルーホールの他端は前記画素電極の下層の回路素子部に電気的に接続され、
かつ、前記偶数個のスルーホールのうち前記第１のスルーホール以外の少なくとも１個の第２のスルーホールの他端は、前記回路素子部に電気的に非接続とされていることを特徴とする液晶表示素子。 A pixel electrode substrate having a plurality of light-reflective and conductive pixel electrodes formed on the surface;
A light transmissive common electrode substrate having a light transmissive and conductive common electrode formed on the surface;
A liquid crystal layer sealed in a gap formed by bonding the pixel electrode substrate and the common electrode substrate apart from each other with the pixel electrode of the pixel electrode substrate facing the common electrode of the common electrode substrate And
The pixel electrode substrate, in each of the plurality of the pixel electrodes constituting a plurality of pixels, possess an even number of through holes of the plane center of the pixel electrode are arranged in point symmetry as the symmetry center,
One end of the even number of through holes is electrically connected to the pixel electrode,
The other end of at least one first through-hole among the even number of through-holes is electrically connected to a circuit element portion under the pixel electrode,
And at least one other end of the second through-hole other than the first through-hole of said even number of through holes, and characterized that you have been electrically disconnected to the circuit element portion Liquid crystal display element.
前記層間絶縁膜上の全面を導電材料で被覆すると共に前記偶数個のスルーホールの内部に前記導電材料を埋めこむ第２の工程と、
前記第２の工程により前記層間絶縁膜上に被覆された前記導電材料を除去した後、前記層間絶縁膜上に導電性を有する画素電極を形成する第３の工程と
を含み、
前記第１の工程は、前記偶数個のスルーホールを開口すると共に、
前記偶数個のスルーホールの一端は前記画素電極に電気的に接続されるように開口し、
前記偶数個のスルーホールのうち少なくとも１個の第１のスルーホールの他端は前記画素電極の下層の回路素子部に電気的に接続されるように開口し、かつ、前記偶数個のスルーホールのうち前記第１のスルーホール以外の少なくとも１個の第２のスルーホールの他端は前記回路素子部に電気的に非接続とされるように開口することを特徴とすることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。 For each light-reflective and conductive pixel electrode, point symmetry with the in-plane center of the pixel electrode in the uppermost interlayer insulating film of the circuit wiring portion formed on the semiconductor substrate to be the pixel electrode substrate A first step of opening an even number of through holes at a position of
A second step of covering the entire surface of the interlayer insulating film with a conductive material and embedding the conductive material in the even number of through holes;
After removal of the second of the conductive material coated on the interlayer insulating film in the step, seen including a third step of forming a pixel electrode having conductivity on the interlayer insulating film,
In the first step, the even number of through holes are opened,
One end of the even number of through holes is opened to be electrically connected to the pixel electrode,
The other end of at least one first through hole of the even number of through holes is opened so as to be electrically connected to the circuit element portion under the pixel electrode, and the even number of through holes. The other end of at least one second through hole other than the first through hole is opened so as to be electrically disconnected from the circuit element portion. A method for manufacturing a liquid crystal display element.
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