JP2008164668A - 液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の液晶表示素子では、垂直方向に並ぶ２つの金属遮光膜のオーバーラップ面積が大きく、かつ、２つの金属遮光膜の間の遮光絶縁膜の膜厚が薄いために、２つの金属遮光膜との間でショートする確率が多くなり、歩留りが低下しやすい。
【解決手段】金属配線４０は、反射電極１３と画素トランジスタ１０のソース１０ｃとを電気的に接続するために、第２層間膜２７上に第１金属遮光膜２８と所定の間隙を有して形成されている。また、第１金属遮光膜２８と金属配線４０との間隙に第２金属遮光膜４１を形成することで、反射電極１３の間隙を通過して画素トランジスタ方向に侵入する光リークを防止するという機能を保ちつつ、垂直方向に２つの金属遮光膜をオーバーラップさせる従来の液晶表示素子に比べて、第１金属遮光膜２８と第２金属遮光膜４１を水平方向に隣接させているので、それらの間のオーバーラップ面積を少なくすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶表示素子及びその製造方法に係り、特に第１の基板上の画素を構成する反射電極と第２の基板上の全画素に共通な対向電極との間に液晶が封入されており、入射する光を対向電極及び液晶を通して反射電極に入射して反射させ、その反射光を映像信号に対応させて反射電極毎に変調させる反射型液晶表示素子及びその製造方法に関する。

最近、ハイビジョン等の高精細映像の表示用ディスプレイ等のように、映像を大画面に表示するための投射型表示装置の要望が高まっている。その投射型表示装置には大別すると透過方式と反射方式のものがあるが、双方の方式とも、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display；液晶表示素子）パネルを用いた空間光変調部が適用され、ＬＣＤパネルに読出し光を入射させ、その入射光を映像信号に対応させて画素単位で変調することにより投射光を得るようになっている。

ここに、ＬＣＤパネルは、半導体基板上に形成された薄膜トランジスタ等の複数の画素トランジスタと、その画素トランジスタによって電位が制御される複数の画素電極を配列形成したアクティブマトリクス基板上に形成されたアクティブマトリクス回路と、透明基板（ガラス基板等）に被膜形成された共通電極と、前記のアクティブマトリクス基板と共通電極の間に封止された液晶層とからなり、共通電極と各画素電極の間の電位差を映像信号に対応させて画素電極毎に変化させ、液晶の配向を制御することで読出し光を変調する液晶表示素子である。

次に、投射型表示装置の構成について、反射型の液晶表示素子（ＬＣＤパネル）を例にとって説明する。図５は反射型ＬＣＤパネルのアクティブマトリクス回路の一例のブロック構成図を示す。図５に示すアクティブマトリクス回路は、３行３列のマトリクス状に９個の画素が配列された画素部１と、水平シフトレジスタ回路２と、垂直シフトレジスタ回路３とを有し、更に画素部１の各列の画素群毎に縦方向の信号配線４及びビデオスイッチを介して水平シフトレジスタ回路２に接続されており、また、画素部１の各行の画素群毎に横方向のゲート配線８を介して垂直シフトレジスタ回路３に接続されている。

画素部１内の各画素は、後述するように、画素トランジスタ１０、保持容量１１、対向電極１２、反射電極１３を少なくとも有する。対向電極１２は全画素共通の共通電極であり、反射電極１３は各画素毎に設けられた画素電極である。画素トランジスタ１０はゲート電極１０ａとドレイン１０ｂとソース１０ｃとからなり、図５に１４で示す等価回路のシンボルで表されるＦＥＴである。また、保持容量１１は等価回路ではコンデンサ１５として表すことができる。

また前記ビデオスイッチは、互いにドレイン同士、ソース同士が接続されたＰチャネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）５及びＮチャネルＦＥＴ６と、ＦＥＴ５及び６のゲートに互いに異なる論理値の信号を入力するためのインバータ７とからなる。ＦＥＴ５及び６の各ドレインはビデオ線９に接続されている。３つあるビデオスイッチは水平シフトレジスタ回路２からの信号により、所定周期で順次オンとされる。また、垂直シフトレジスタ３は所定の水平走査周期で例えば上から下方向に各行の画素内の画素トランジスタを順次オンとする信号を出力する。

これにより、水平シフトレジスタ回路２及び垂直シフトレジスタ回路３からの各信号により、画素部１内の各画素は順次に画素単位で選択され、選択された画素の保持容量に、ビデオ線９及びビデオスイッチを介して入力された映像信号が電荷の形で供給されて書き込まれる。

図６は画素部１の１画素の一例の断面模式図を示す。同図中、図５と同一構成部分には同一符号を付してある。図６において、シリコン基板２１に形成されたウェル２２には、ウェル２２と反対導電型の拡散層であるドレイン１０ｂとソース１０ｃが形成されると共にシリコン基板２１上に酸化膜を介してゲート電極１０ａが形成されて、ＭＯＳ型ＦＥＴによる前述した画素トランジスタ１０を構成している。また、シリコン基板２１のウェル２２とは異なる領域に拡散層２３が形成されており、この拡散層２３上には酸化膜を介してポリシリコン層２４が形成され、これらにより前述した保持容量１１が構成されている。

また、ゲート電極１０ａ、ポリシリコン層２４上には、第１層間膜２５、第１メタル２６、第２層間膜２７、第１金属遮光膜（第２メタル）２８、遮光絶縁膜（第３層間膜）２９、反射電極（第３メタル）１３が積層されており、更に反射電極１３と対向電極１２との間に液晶３０が封入されている。シリコン基板２１の表面上に形成されたＭＯＳ型ＦＥＴによる画素トランジスタ１０は、画素配列に対応してマトリクス状に配置され、その上面を被覆する第１層間膜２５の開口部を介して、第１層間膜２５上にマトリクス状に配置されたアルミニウムからなる第１メタル２６にソース１０ｃが接続形成されている。

ここで、図５に示したようにマトリクス状に配列された複数の画素トランジスタ１０を順次駆動して、その画素トランジスタ１０に接続された保持容量１１に表示する映像信号を電荷として保持させることで、図６に示す対向電極１２と反射電極１３との間の電位差を映像信号に対応させて反射電極１３毎に変化させ、その画素トランジスタ１０に接続された反射電極１３と対向電極１２との間の液晶３０の光学特性（配向）を反射電極１３毎に制御し、対向電極１２及び液晶３０を透過して反射電極１３に入射して反射し、液晶３０及び対向電極１２を透過して外部へ出射する読み出し光を反射電極単位で変調する。このため、反射型液晶表示素子では、従来の透過型プロジェクタ用素子と違い、光を１００％近く利用でき、高精細と高輝度を両立できる構造となっている。

しかし、シリコン基板２１を使用した反射型液晶表示素子の場合、画素トランジスタ１０の拡散電極（ソース１０ｃ）に光が混入すると、光キャリアが発生してリーク電流が発生し、画素電極電位の変動を引き起こす可能性がある。この画素電極電位の変動は、フリッカーや焼きつきをおこす原因となるため、光リークを最小限にする必要がある。

そこで、従来は反射電極１３の間隙の下部には、図６に示すようにアルミ配線で作成した第１の金属遮光膜２８を配置しており、この第１の金属遮光膜２８によって光のパス長（光路長）を大きくとって光を吸収させることによって、画素トランジスタ１０に光が混入しないような構造になっている。

図７は図６に示した画素部１の１画素における光の入射パスを示す断面模式図である。同図中、図６と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図７に示すように、対向電極１２及び液晶３０を透過した入射光は、反射電極１３で反射されるが、入射光の一部は点線の矢印で示すように、隣接する２つの反射電極１３の間隙を通過して金属遮光膜２８に入射して反射され、金属遮光膜２８から反射した光の一部は、反射電極１３の下面と金属遮光膜２８との反射を繰り返し、光が次第に減衰するが、更にその反射光の一部は金属遮光膜２８の間の間隙を通過して第２層間膜２７、第１層間膜２５を透過して、画素トランジスタ１０のゲート１０ａ、ドレイン１０ｂ及びソース１０ｃに入射する。

拡散電極であるドレイン１０ｂ及びソース１０ｃは、ウェル２２とＰＮ接合になっており、言い換えるとフォトダイオードを形成しているといえる。このため、このフォトダイオードを構成するドレイン１０ｂ及びソース１０ｃに到達する光を低減させる必要がある。

また、光リークによる画素電極電位の変動を少なくするためには、保持容量１１が必要であり、光リークが大きいと、それに伴い保持容量１１も大きくしなければならず、画素微細化の妨げになっている。そこで、金属遮光膜を２つ使用して光リーク電流を防止する構成の液晶表示素子が従来提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

図８は上記特許文献２記載の従来の液晶表示素子の１画素の断面模式図を示す。同図中、図５と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図８において、ＭＯＳＦＥＴである画素トランジスタ１０のソース１０ｃは、電圧を保持しておく保持容量１１のポリシリコン層２４と接続されており、これらを被覆する第２層間絶縁膜２７上に第１金属遮光膜２８が隣接する２つの反射電極１３の間隙から光が入射しないように設けられている。

第１金属遮光膜２８の上部には、遮光用絶縁膜３２が形成されている。この遮光用絶縁膜３２は、通常、酸化膜を使用し、膜厚を基板に入射する色光の波長未満の厚さである４００ｎｍ未満に設定する（例えば２００ｎｍ）。更に遮光用絶縁膜３２の上部に第２金属遮光膜３３、遮光絶縁膜（第３層間膜）２９及び反射電極１３が順に積層されている。第２金属遮光膜（第２.５メタル）３３は、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）で構成されている。素子（画素トランジスタ１０、保持容量１１）と第１金属遮光膜２８とはビアホール３４を介して電気的に接続され、また第１金属遮光膜２８と反射電極１３とは、ビアホール３５を介して電気的に接続される。素子と反射電極を接続するこれらの配線、及び反射電極１３はアルミニウム（Ａｌ）で形成され、金属遮光膜２８、３３上には窒化チタンで反射防止膜が形成される。

反射型液晶表示素子は可視光領域の４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長の光を反射させてカラー表示する。従って、波長４００ｎｍ未満の光は使用する必要がないため、液晶パネルに光を入射する必要がない。

ここで、上記の遮光用絶縁膜３２の膜厚は、波長４００ｎｍ未満に設定しておけば遮光用絶縁膜３２に入射する光の波は、上下方向については金属に吸収または反射されてしまうために遮光効果を最も高くすることができる。当然、第１金属遮光膜（第２メタル）２８と、第２金属遮光膜（第２.５メタル）３３とは絶縁する必要があるので、歩留りを考慮した上で膜厚４００ｎｍ未満の範囲で遮光用絶縁膜３２の膜厚を設定する。

また、遮光用絶縁膜３２はＣＶＤ（化学気相成長）法で成膜するために公知のようにウェハの面内ばらつきが抑制された膜となっている。従って、第１金属遮光膜２８と第２金属遮光膜３３間の遮光用絶縁膜３２の膜厚は比較的均一に設定可能である。従って、遮光効果のばらつきも少なく作成することができる。このため、反射電極１３から画素トランジスタ１０に入射される大部分の光をカットすることができ、光によるリーク電流を防止することができる。

特開２００２−０４０４８２号公報 特開２００４−２０６１０８号公報

しかしながら、図８に示した構造の従来の液晶表示素子では、第１金属遮光膜２８と第２金属遮光膜３３との垂直方向のオーバーラップ面積が大きく、かつ、第１金属遮光膜２８と第２金属遮光膜３３との間の遮光絶縁膜３２の膜厚が薄いために、このオーバーラップ面積が大きいと、第１金属遮光膜２８と第２金属遮光膜３３との間の図８に３６で示す位置でショートする確率が多くなり、歩留りが低下しやすくなるという問題がある。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、２つの金属遮光膜間のショートによる歩留り低下を抑制し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。

また、本発明の他の目的は、光リークを低減することにより、フリッカーや焼きつきを低減すると共に、リーク電流を支えるための保持容量が小さく、画素の微細化が可能な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。

上記の目的を達成するため、第１の発明の液晶表示素子は、入射する光を反射する反射電極と、反射電極に接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子に接続された保持容量とからなる画素が、複数規則的に第１の基板上に配列されており、反射電極とスイッチング素子との間には絶縁膜を介して第１の遮光膜が形成されると共に、第１の基板上の複数の反射電極に共通して対向するように対向電極が透明な第２の基板上に形成され、第１及び第２の基板の間には液晶が封入されており、複数のスイッチング素子を順次駆動して、そのスイッチング素子に接続された保持容量に映像信号を電荷として保持させることで、そのスイッチング素子に接続された反射電極と対向電極との間の液晶の配向を反射電極単位で制御し、対向電極及び液晶を透過して反射電極に入射して反射し、液晶及び対向電極を透過して外部へ出射する光を反射電極単位で変調する反射型液晶表示素子において、隣接する反射電極の間隙を通過してスイッチング素子の方向へ進入する光を遮光する第１の遮光膜に対して所定の間隙をもって隣接して、スイッチング素子と反射電極とを電気的に接続するための金属配線が絶縁膜上に形成されると共に、絶縁膜上の第１の遮光膜と金属配線との間隙に、所定の膜厚の遮光絶縁膜を挟んで第２の遮光膜が設けられてなることを特徴とする。

この発明では、絶縁膜上に第１の遮光膜と金属配線との間隙に所定の膜厚の絶縁膜を挟んで第２の遮光膜を配置するようにしたため、第２の遮光膜が第１の遮光膜と金属配線との間隙を通過してスイッチング素子の方向へ進入する光を遮光するという機能を保ちつつ、垂直方向に２つの遮光膜をオーバーラップするように配置する従来構造に比べて、絶縁膜上で隣接する２つの遮光膜間のオーバーラップ面積が少なくて済む構造にできる。

また、第２の発明は、上記の目的を達成するため、上記第１の遮光膜と上記金属配線との間の遮光絶縁膜の膜厚と、上記第２の遮光膜と金属配線との間の遮光絶縁膜の膜厚は、それぞれ４００ｎｍ未満であることを特徴とする。反射型液晶表示装置は可視光領域の４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長の光を反射させてカラー表示するため、可視光領域の最短波長４００ｎｍ未満の紫外域の光は使用する必要がなく、この発明のように遮光絶縁膜の膜厚を、４００ｎｍ未満に設定しておけば遮光絶縁膜に入射する光の波は、左右方向については金属に吸収または反射されてしまうために遮光効果を最も高くすることができる。

また、第３の発明の液晶表示素子の製造方法は、上記の目的を達成するため、入射する光を反射する反射電極と、反射電極に接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子に接続された保持容量とからなる画素が、複数規則的に第１の基板上に配列されており、反射電極とスイッチング素子との間には絶縁膜を介して第１の遮光膜が形成されると共に、第１の基板上の複数の反射電極に共通して対向するように対向電極が透明な第２の基板上に形成され、第１及び第２の基板の間には液晶が封入されており、複数のスイッチング素子を順次駆動して、そのスイッチング素子に接続された保持容量に映像信号を電荷として保持させることで、そのスイッチング素子に接続された反射電極と対向電極との間の液晶の配向を反射電極単位で制御し、対向電極及び液晶を透過して反射電極に入射して反射し、液晶及び対向電極を透過して外部へ出射する光を反射電極単位で変調する反射型液晶表示素子の製造方法において、
隣接する反射電極の間隙を通過してスイッチング素子の方向へ進入する光を遮光する第１の遮光膜と、第１の遮光膜に対して所定の間隙をもって隣接して、スイッチング素子と反射電極とを電気的に接続するための金属配線とを絶縁膜上に形成する第１の工程と、絶縁膜上の第１の遮光膜と金属配線とを第１の遮光絶縁膜で被覆する第２の工程と、第２の工程で被覆された第１の遮光絶縁膜を第２の遮光膜で被覆してから第２の遮光膜の上部を除去して、絶縁膜上の第１の遮光膜と金属配線との間隙に、所定の膜厚の第１の遮光絶縁膜を挟んで第２の遮光膜を残す第３の工程とを含むことを特徴とする。

また、上記の目的を達成するため、第４の発明は、第３の発明の工程に更に、第３の工程の素子の上面に第２の遮光絶縁膜を被覆する第４の工程と、第１及び第２の遮光絶縁膜をそれぞれパターニングとエッチングによって金属配線の上面を臨む接続孔を形成する第５の工程と、接続孔に金属材料を充填する第６の工程と、第６の工程により得られた素子の上面に、接続孔の金属材料を介して金属配線に電気的に接続された反射電極を形成する第７の工程とを含むことを特徴とする。

この発明では、絶縁膜上に第１の遮光膜と金属配線との間隙に所定の膜厚の絶縁膜を挟んで第２の遮光膜を配置するようにしたため、第２の遮光膜が第１の遮光膜と金属配線との間隙を通過してスイッチング素子の方向へ進入する光を遮光するという機能を保ちつつ、垂直方向に２つの遮光膜をオーバーラップするように配置する従来構造に比べて、絶縁膜上で隣接する２つの遮光膜間のオーバーラップ面積が少なくて済む構造の液晶表示素子を製造できる。

本発明によれば、絶縁膜上に第１の遮光膜と金属配線との間隙に所定の膜厚の絶縁膜を挟んで第２の遮光膜を配置することで、第２の遮光膜が第１の遮光膜と金属配線との間隙を通過してスイッチング素子の方向へ進入する光を遮光するという機能を保ちつつ、垂直方向に２つの遮光膜をオーバーラップするように配置する従来構造に比べて、絶縁膜上で水平方向に隣接する２つの遮光膜間のオーバーラップ面積が少なくて済む構造にしたため、ゴミなどの影響が少なくなり、金属で構成された第１の遮光膜と第２の遮光膜のショートによる歩留り低下を抑制でき、低コスト化が可能になる。また、従来構造と比較して、光リークに強くなるため、フリッカーや焼きつきを低減することができ、高信頼性化が可能になる。

また、本発明によれば、光リークを低減し、小さな画素面積でも良好な特性を満足することができるため、画素の微細化が可能になり、その結果、例えば同じ面積に対して、従来よりも画素を多く詰め込むことができることから、高精細化を実現することができ、表示素子として大幅な高性能化が可能となる。

また、本発明によれば、従来と同じ画素数の反射型液晶表示素子を作成した場合は、画面サイズを小さくすることができるためチップサイズが小さくなり、例えば１枚のウエハサイズから切り出す反射型液晶表示素子チップ数が多くなるために、大幅なコストダウンが可能になる。

更に、本発明によれば、従来と同じ画素数の反射型液晶表示素子を作成した場合は、反射型液晶表示素子の画面サイズが小さくでき、その結果、光学系やランプなどを小さくすることが可能になるために、プロジェクタシステムの小型化や、低コスト化、軽量化が同時に可能になるため、大幅な高性能化が可能になる。

次に、本発明の一実施の形態について図面と共に説明する。図１は本発明になる液晶表示素子の一実施の形態の一画素当りの縦断面図を示す。同図中、図６と同一構成部分には同一符号を付してある。図１において、シリコン基板２１の表面のウェル２２内に形成されたスイッチング素子であるＭＯＳ型ＦＥＴ構造の画素トランジスタ１０は、画素配列に対応して２次元マトリクス状に配列され、画素トランジスタ１０を被覆する第１層間膜２５上に画素配列に対応して２次元マトリクス状に配列されたアルミニウム（Ａｌ）からなる第１メタル２６が形成されている。また、シリコン基板２１の表面には、ウェル２２とは異なる領域に拡散層２３が形成されており、この拡散層２３上には酸化膜を介してポリシリコン層２４が形成され、これらにより前述した保持容量１１が構成されている。各素子はフィールド酸化膜４３によって分離されている。

また、第１メタル２６は、第１層間膜２５の開口（接続孔）を通して画素トランジスタ１０のソース１０ｃと保持容量１１のポリシリコン層２４とに電気的に接続されている。また、第１メタル２６は、第１層間膜２５の別の開口（接続孔）を通して画素トランジスタ１０のドレイン１０ｂと電気的に接続されている。ただし、ドレイン１０ｂとソース１０ｃ及びポリシリコン層２４とは電気的に接続されていない。なお、図７、図８では図示を省略したが、第１メタル２６の表面には所定の膜厚でＴｉＮ等からなる反射防止膜４４が形成されている。更に、第１層間膜２５及び反射防止膜４４が第２層間膜２７により被覆されている。以上の構造は従来の液晶表示素子と同様である。

本実施の形態では、上記の第２層間膜２７上に第１金属遮光膜２８と金属配線４０とが互いに所定の間隙を有して形成されると共に、第１金属遮光膜２８と金属配線４０との間隙に、遮光絶縁膜（第３層間膜）２９を介して第２金属遮光膜４１が形成されている点に特徴がある。これら第１金属遮光膜２８と第２金属遮光膜４１と金属配線４０とは遮光絶縁膜２９により被覆され、その上に反射電極１３が形成されている。反射電極１３は遮光絶縁膜２９に形成されたビアホール（接続孔）である接続部４２を介して金属配線４０に電気的に接続され、更に金属配線４０は第１メタル２６を介して画素トランジスタ１０のソース１０ｃと電気的に接続されている。すなわち、金属配線４０は、反射電極１３と画素トランジスタ１０のソース１０ｃとを電気的に接続するために、第２金属遮光膜４１間に設けられている。

なお、図７、図８では図示を省略したが、第１金属遮光膜（第２メタル）２８の上面と下面には所定の膜厚でＴｉやＴｉＮ等からなる反射防止膜４５、４６が形成されている。また、金属配線４０の上面と下面、及び反射電極（第３メタル）１３の下面にも所定の膜厚でＴｉやＴｉＮ等からなる反射防止膜４７、４８、４９がそれぞれ形成されている。

本実施の形態では、遮光絶縁膜２９は通常、酸化膜を使用し、第１金属遮光膜２８と第２金属遮光膜４１間の遮光絶縁膜２９の膜厚と、金属配線４０と第２金属遮光膜４１間の遮光絶縁膜２９の膜厚とをそれぞれ基板に入射する色光の波長未満である４００ｎｍ未満に設定する（例えば１００ｎｍ）。すなわち、反射型液晶表示装置は可視光領域の４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長の光を反射させてカラー表示する。従って、可視光領域の最短波長４００ｎｍ未満の紫外域の光は使用する必要がないため、液晶パネルにその波長４００ｎｍ未満の光を入射する必要がない。ここで、上記の遮光絶縁膜２９の厚さは、上記の４００ｎｍ未満に設定しておけば遮光絶縁膜２９に入射する光の波は、左右方向については金属に吸収または反射されてしまうために遮光効果を最も高くすることができる。当然、第１金属遮光膜（第２メタル）２８と、第２金属遮光膜４１とは絶縁する必要があるので、歩留りを考慮した上で酸化膜厚４００ｎｍ未満の範囲で膜厚を設定する。

また、遮光絶縁膜２９はＣＶＤ法を適用して成膜するために公知のようにウェハの面内ばらつきが抑制された膜となっている。従って、第１金属遮光膜２８と第２金属遮光膜４１間の遮光絶縁膜２９の膜厚と、金属配線４０と第２金属遮光膜４１間の遮光絶縁膜２９の膜厚とは比較的均一に設定可能である。従って、遮光効果のばらつきも少なく作製することができる。このため、反射電極１３から画素トランジスタ１０に入射される大部分の光をカットすることができ、光によるリーク電流を防止することができる。

また、本実施の形態では第２金属遮光膜４１は、タングステンを用いて形成している。通常、タングステンはメタルとメタルを接続するための接続孔に使用される。通常接続孔は狭い穴で形成され、タングステンはこの接続孔に埋め込むのに適しており、公知の技術として一般的に使用されている。そのため、第１金属遮光膜２８と金属配線４０間の間隙のような狭い部分に形成するのに適している。また、タングステンは金属であるため、光を通すことがなく、遮光効果に優れている。

また、本実施の形態の構造によれば、特開２００４−２０６１０８号公報に記載された従来の液晶表示素子における垂直方向の２つの金属遮光膜間のオーバーラップ面積と比較して、図１の第１金属遮光膜２８と金属配線４０との水平方向のオーバーラップ面積が少なくて済むため、ゴミなどの影響が少なくなり、第１金属遮光膜２８と金属配線４０とによってショートする確率を低減することができ、歩留りを向上させやすいという特長がある。

ここで、光の入射パスを考えると、隣接する２つの反射電極１３の間隙の上部から入射した光は、反射電極１３の下面の反射防止膜４９と第１金属遮光膜２８の上面の反射防止膜４５との間で多重反射を繰り返し、第１金属遮光膜２８と金属配線４０との間隙を通って画素トランジスタ１０の拡散電極（ドレイン１０ｂ、ソース１０ｃ）に到達し、光リークを引き起こす。つまり、第１金属遮光膜２８と金属配線４０の間隙のみを遮光してやれば光は画素トランジスタ１０の拡散電極に到達しない。

従って、特開２００２−４０４８２号公報や特開２００４−２０６１０８号公報記載の従来の液晶表示素子のように、垂直方向に２つの金属遮光膜をオーバーラップしなくても、第１金属遮光膜２８と金属配線４０の間隙のみを遮光することにより光リークを防止することができる。そのため、本実施の形態では、第１金属遮光膜２８と金属配線４０との間隙に第２金属遮光膜４１を形成することで、上記の光リークを防止するという機能を保ちつつ、垂直方向に２つの金属遮光膜をオーバーラップさせる従来の液晶表示素子に比べて、２つの第１金属遮光膜２８と第２金属遮光膜４１を水平方向に隣接させているので、それらの間のオーバーラップ面積を少なくすることができる。

それにより、本実施の形態によれば、ゴミなどの影響を及ぼす面積が少なくなり、２つの金属遮光膜２８及び４１によってショートする確率を低減することができ、歩留りを向上することができる。更には、本実施の形態によれば、光リークを低減することができることから、フリッカーや焼きつきを低減し、高性能、高信頼性化が可能になるという特長がある。

また、本実施の形態によれば、光リークを低減し、小さな画素面積でも良好な特性を満足することができるため、画素の微細化が可能になり、その結果、例えば同じ面積に対して、従来よりも画素を多く詰め込むことができることから、高精細化を実現することができ、表示素子として大幅な高性能化が可能となる。

また、本発明によれば、従来と同じ画素数の反射型液晶表示素子を作製した場合は、画面サイズを小さくすることができるためチップサイズが小さくなり、例えば１枚のウエハサイズから切り出す反射型液晶表示素子チップ数が多くなるために、大幅なコストダウンが可能になると共に、画面サイズが小さくできることから、光学系やランプなどを小さくすることが可能になり、その結果プロジェクタシステムの小型化や、低コスト化、軽量化が同時に可能になるため、大幅な高性能化が可能になる。

なお、上記の第２金属遮光膜４１はアルミニウムで形成してもよい。この場合、第２金属遮光膜４１のアルミニウムは高温（約４００℃）でスパッタすると、アルミニウムが流動して第１金属遮光膜２８と金属配線４０との間隙に遮光絶縁膜２９を介して埋め込まれ易くなる。また、アルミニウムはタングステンと比較して、一般的に光の透過率が低いため、タングステンよりも遮光性能に優れているという特徴を持つ。これにより、従来構造と比較して、光リークを低減することができることから、フリッカーや焼きつきを低減し、高性能、高信頼性化が可能になる。

次に、本発明の液晶表示素子の製造方法について説明する。図２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各製造工程での要部素子断面図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付してある。図１のシリコン基板２１上に公知の方法で図２（Ａ）に示すように、第１金属遮光膜２８と金属配線４０までを形成する。第１金属遮光膜２８と金属配線４０とは共にアルミニウム（Ａｌ）製であり、第２層間膜２７上に互いに所定の間隙をもって形成されている。また、第１金属遮光膜２８の上面と下面にはＴｉＮで形成された反射防止膜４５、４６が形成されており、金属配線の上面と下面にはＴｉＮで形成された反射防止膜４７、４８が形成されている。これらの反射防止膜４５〜４８は、第１金属遮光膜２８と金属配線４０の形成時にスパッタ装置などによって一緒に形成される。なお、反射防止膜４５〜４８は、Ｔｉで形成してもよい。

次に、図２（Ｂ）に示すように、図２（Ａ）の素子の上面にＣＶＤ法を適用して膜厚１００ｎｍの酸化膜５１を被覆形成した後、酸化膜５１の上面にＣＶＤ法を適用してタングステン層５２を成膜する。続いて、タングステン層５２のうち、第１金属遮光膜２８と金属配線４０との間隙に形成されたタングステン層部分以外をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）にて除去する。これにより、図２（Ｃ）に示すように、第１金属遮光膜２８と金属配線４０の間隙に埋め込まれた状態でタングステン層５２が残り、これが第２の金属遮光膜４１を形成する。

続いて、図２（Ｃ）に示す素子の上面にＣＶＤ法を適用して、同図（Ｄ）に示すように酸化膜５３を膜厚６００ｎｍで成膜する。続いて、図２（Ｅ）に示すように、金属配線４０の上部を臨むように、反射電極１３を接続するための所定の径の接続孔５４を、パターニングとエッチングによって酸化膜５１、５３と反射防止膜４７とを除去して形成する。

続いて、図２（Ｅ）の素子の上面にＣＶＤ法などによりタングステン層を成膜した後、エッチバック又はＣＭＰにて図２（Ｆ）に示すように、接続孔５４内のタングステン層のみを残してタングステン層を除去する。この接続孔５４内のタングステン層は、接続部４２となる。そして、同図（Ｆ）の素子の上面にＴｉＮとアルミニウムを順次スパッタによって成膜し、その後パターニングとエッチングによって図２（Ｇ）に示すように、反射電極１３とその下面に反射防止膜４９を形成する。このようにして本実施の形態の要部が製造される。

なお、上述したようにタングステン層５２の替わりに、アルミニウム層を形成してもよい。高温（約４００℃）でアルミニウムをスパッタすると、アルミニウムが流動して第１金属遮光膜２８と金属配線４０の間隙に酸化膜５１を介して埋め込まれ易くなる。また、図２（Ｃ）の工程において、ＣＭＰの替わりにエッチバックを用いて素子の上部に形成されたタングステン層のうち、第１金属遮光膜２８と金属配線４０の間隙に形成されたタングステン層以外を除去してもよい。このとき、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ;Reactive Ion Etching）などの異方性エッチングを用いることによってエッチバックされ、タングステン層は上面からエッチングされていく。異方性エッチングはエンドポイントによって大部分のタングステン層が無くなった時点でエッチングを終了するように設定することにより、第１金属遮光膜２８と金属配線４０間の間隙のみにタングステン層が形成される。

また、第２金属遮光膜４１にアルミニウムを使用し、かつ、エッチバックを使用してもよい。アルミニウムのパターン形成には、通常エッチングを使用しているため、アルミニウムのエッチバックについても容易に実施することが可能である。

次に、本実施の形態の反射型液晶表示素子の構成について説明する。図３は駆動回路基板に透明基板を重ね合わせた一例の斜視図を示す。同図において、駆動回路基板６１は、図１のシリコン基板２１に相当し、その駆動回路基板６１上には、図１に示したような構造の画素が複数個、２次元マトリクス状に配列された画素領域６２と、図５の水平シフトレジスタ回路２及び垂直シフトレジスタ回路３からなるシフトレジスタ回路６３とが作成されている。シフトレジスタ回路６３の外側の駆動回路基板６１上にはシール領域６４が設けられており、シール材とスペーサーボールが塗布される。シール領域６４の内部の駆動回路基板６１と、透明基板６７に挟まれた間隙には、液晶組成物が充填されている。画素領域６２にはスペーサーを用いず、シール領域６４において液晶ギャップを作成するスペーサーレス構造となっている。

一方、透明基板６７には図１に示した対向電極１２が形成されており、その対向電極１２には、駆動回路基板６１上に形成されたカウンタコンタクト６５上に導電性ペーストが盛られ、透明基板６７と駆動回路基板６１をシール材によって接着固定する際に接続される。カウンタコンタクト６５は外部接続端子６６に配線されており、その外部接続端子６６から所定の電圧を印加できるようになっている。駆動回路基板６１と透明基板６７はシール材によって接着固定されて、液晶表示素子が形成されている。

次に、図４に示すように、図３の液晶表示素子に外部からの信号を供給するためのフレキシブルプリント配線板６８が外部接続端子６６に接続されて液晶表示素子が完成する。外部信号（映像信号及び制御信号）はこのフレキシブルプリント配線板６８に設けられた外部入力端子６９から入力されるようになっている。

この反射型液晶表示素子は、駆動回路基板６１に複数の画素トランジスタとその画素トランジスタによって電位が制御される反射電極を配列形成したアクティブマトリクス回路と、透明基板（ガラス基板等）６７に被膜形成された対向電極（共通電極）と、前記のアクティブマトリクス回路と対向電極の間に封止された液晶からなる。

本発明の液晶表示素子の一実施の形態の一画素当りの縦断面図である。 本発明の液晶表示素子の製造方法の一実施の形態の各製造工程での要部素子断面図である。 駆動回路基板に透明基板を重ね合わせた一例の斜視図である。 フレキシブルプリント配線板が外部接続端子に接続された液晶表示素子の図である。 反射型ＬＣＤパネルのアクティブマトリクス回路の一例のブロック構成図である。 図５中の画素部の１画素の一例の断面模式図である。 図６に示した画素部の１画素における光の入射パスを示す断面模式図である。 特開２００４−２０６１０８号公報記載の従来の液晶表示素子の１画素の一例の断面模式図である。

符号の説明

１ 画素部
２ 水平シフトレジスタ回路
３ 垂直シフトレジスタ回路
１０ 画素トランジスタ
１０ａ ゲート
１０ｂ ドレイン
１０ｃ ソース
１１ 保持容量
１２ 対向電極
１３ 反射電極
２３ 拡散層
２４ ポリシリコン層
２５ 第１層間膜
２６ 第１メタル
２７ 第２層間膜
２８ 第１金属遮光膜（第２メタル）
２９ 遮光絶縁膜（第３層間膜）
３０ 液晶
４０ 金属配線
４１ 第２金属遮光膜
４２ 接続部
５２ タングステン層
５４ 接続孔

Claims (5)

1. 入射する光を反射する反射電極と、該反射電極に接続されたスイッチング素子と、該スイッチング素子に接続された保持容量とからなる画素が、複数規則的に第１の基板上に配列されており、前記反射電極と前記スイッチング素子との間には絶縁膜を介して第１の遮光膜が形成されると共に、前記第１の基板上の複数の反射電極に共通して対向するように対向電極が透明な第２の基板上に形成され、前記第１及び第２の基板の間には液晶が封入されており、前記複数のスイッチング素子を順次駆動して、そのスイッチング素子に接続された前記保持容量に映像信号を電荷として保持させることで、そのスイッチング素子に接続された反射電極と前記対向電極との間の前記液晶の配向を反射電極単位で制御し、前記対向電極及び前記液晶を透過して前記反射電極に入射して反射し、前記液晶及び前記対向電極を透過して外部へ出射する光を前記反射電極単位で変調する反射型液晶表示素子において、
   隣接する前記反射電極の間隙を通過して前記スイッチング素子の方向へ進入する光を遮光する前記第１の遮光膜に対して所定の間隙をもって隣接して、前記スイッチング素子と前記反射電極とを電気的に接続するための金属配線が前記絶縁膜上に形成されると共に、前記絶縁膜上の前記第１の遮光膜と前記金属配線との間隙に、所定の膜厚の遮光絶縁膜を挟んで第２の遮光膜が設けられてなることを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記第１の遮光膜と前記金属配線との間の前記遮光絶縁膜の膜厚と、前記第２の遮光膜と前記金属配線との間の前記遮光絶縁膜の膜厚は、それぞれ４００ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
3. 前記第２の遮光膜は、タングステン又はアルミニウムで形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
4. 入射する光を反射する反射電極と、該反射電極に接続されたスイッチング素子と、該スイッチング素子に接続された保持容量とからなる画素が、複数規則的に第１の基板上に配列されており、前記反射電極と前記スイッチング素子との間には絶縁膜を介して第１の遮光膜が形成されると共に、前記第１の基板上の複数の反射電極に共通して対向するように対向電極が透明な第２の基板上に形成され、前記第１及び第２の基板の間には液晶が封入されており、前記複数のスイッチング素子を順次駆動して、そのスイッチング素子に接続された前記保持容量に映像信号を電荷として保持させることで、そのスイッチング素子に接続された反射電極と前記対向電極との間の前記液晶の配向を反射電極単位で制御し、前記対向電極及び前記液晶を透過して前記反射電極に入射して反射し、前記液晶及び前記対向電極を透過して外部へ出射する光を前記反射電極単位で変調する反射型液晶表示素子の製造方法において、
   隣接する前記反射電極の間隙を通過して前記スイッチング素子の方向へ進入する光を遮光する前記第１の遮光膜と、該第１の遮光膜に対して所定の間隙をもって隣接して、前記スイッチング素子と前記反射電極とを電気的に接続するための金属配線とを前記絶縁膜上に形成する第１の工程と、
   前記絶縁膜上の前記第１の遮光膜と前記金属配線とを第１の遮光絶縁膜で被覆する第２の工程と、
   前記第２の工程で被覆された前記第１の遮光絶縁膜を第２の遮光膜で被覆してから該第２の遮光膜の上部を除去して、前記絶縁膜上の前記第１の遮光膜と前記金属配線との間隙に、所定の膜厚の前記第１の遮光絶縁膜を挟んで該第２の遮光膜を残す第３の工程と
   を含むことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
5. 前記第３の工程の素子の上面に第２の遮光絶縁膜を被覆する第４の工程と、
   前記第１及び第２の遮光絶縁膜をそれぞれパターニングとエッチングによって前記金属配線の上面を臨む接続孔を形成する第５の工程と、
   前記接続孔に金属材料を充填する第６の工程と、
   前記第６の工程により得られた素子の上面に、前記接続孔の金属材料を介して前記金属配線に電気的に接続された前記反射電極を形成する第７の工程と
   を更に含むことを特徴とする請求項４記載の液晶表示素子の製造方法。

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