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JP6403000B2 - 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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JP6403000B2 JP2014227806A JP2014227806A JP6403000B2 JP 6403000 B2 JP6403000 B2 JP 6403000B2 JP 2014227806 A JP2014227806 A JP 2014227806A JP 2014227806 A JP2014227806 A JP 2014227806A JP 6403000 B2 JP6403000 B2 JP 6403000B2
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Description

本発明は、電気光学装置、当該電気光学装置を搭載した電子機器、及び当該電気光学装置の製造方法に関する。
電気光学装置として、例えば液晶プロジェクターの光変調手段(ライトバルブ)として用いられるアクティブ駆動型の液晶装置が挙げられる。当該液晶装置の画素には、画素電極に書き込まれた画像信号を保持するための蓄積容量が設けられ、画素電極における画像信号の電位保持特性が高められている。
例えば、特許文献1に記載の電気光学装置(液晶装置)では、第1電極と、誘電体層と、第2電極とが順に積層された蓄積容量を有している。第1電極は、複数の画素に跨って形成され、共通電位が供給されている。つまり、第1電極は共通電位が供給される容量線である。第1電極は、アルミニウムと窒化チタンとが順に積層された2層構造を有し、下層側に配置されたアルミニウムによって低抵抗化が図られ、第1電極に供給される電位の変動が抑制されている。第2電極は、画素毎に島状に形成され、画素電極に供給される電位が供給されている。
さらに、第1電極と誘電体膜との間には、誘電体層や第2電極をエッチングする際に第1電極が侵されないように第1電極を保護する絶縁膜(エッチングストッパー)が形成されている。絶縁膜には、第1電極の表面(窒化チタンが配置された部分)を露出させる開口が形成されている。上述した蓄積容量は、絶縁膜の開口で露出された第1電極の表面に、誘電体層と第2電極が順に積層されて形成されている。このため、蓄積容量の容量値は、絶縁膜の開口面積(第1電極の表面の露出面積)に依存する。
絶縁膜の開口は、絶縁膜にドライエッチング処理を施して形成されている。絶縁膜をドライエッチングすると、エッチング面(開口で露出された第1電極の表面)に反応生成物(デポ物)が堆積する。当該反応生成物は、第1電極の表面の抵抗を増加させるので、絶縁膜のドライエッチング後にフッ酸を含む薬液に浸漬し、当該反応生成物を除去する必要がある。
特開2013−25069号公報
ライトバルブ用途の液晶装置では、画素の微細化(高密度化)を図りつつ、高品位の画像を得るために蓄積容量を大容量化する必要がある。さらに、画素を微細化(高密度化)すると、蓄積容量の容量線(第1電極)が細くなるので、低抵抗材料のアルミニウムで容量線(第1電極)を形成し、容量線(第1電極)の抵抗(時定数)の増加を抑制する必要がある。ところが、特許文献1に記載の電気光学装置では、容量線(第1電極)を低抵抗材料のアルミニウムで形成した場合、蓄積容量の大容量化を図ることが難しいという課題があった。
詳しくは、低抵抗材料のアルミニウムは、フッ酸を含む薬液に対する耐性が弱い。蓄積容量を大容量化するために、絶縁膜の開口面積を大きくすると、第1電極のアルミニウムが配置された部分が露出するおそれがある。仮に、第1電極のアルミニウムが配置された部分が露出すると、反応生成物を除去するためのフッ酸を含む薬液処理(浸漬)で、アルミニウムが侵される(腐食される)という不具合が生じる。このため、絶縁膜の開口面積を大きくし、蓄積容量の大容量化を図ることが難しいという課題があった。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]本適用例に係る電気光学装置は、基板と、前記基板の上方に設けられ、第1金属膜と前記第1金属膜に積層された第2金属膜とを有する下部容量電極と、前記第1金属膜の側壁を覆うとともに前記第2金属膜の側壁の少なくとも一部を露出させるように設けられた第1保護絶縁膜と、前記第2金属膜上と、前記第1保護絶縁膜から露出された前記第2金属膜の側壁と、に亘って設けられた誘電体膜と、前記第2金属膜上の前記誘電体膜と、前記第1保護絶縁膜から露出された前記第2金属膜の側壁に設けられた前記誘電体膜上と、に亘って設けられた上部容量電極と、を備えることを特徴とする。
下部容量電極の側壁の一部(第2金属膜の側壁の少なくとも一部)、及び下部容量電極表面には、第1保護絶縁膜で覆われていなく、露出している。よって、蓄積容量は、下部容量電極の側壁の一部(第2金属膜の側壁の少なくとも一部)と誘電体膜と上部容量電極との間、及び下部容量電極の表面と誘電体膜と上部容量電極との間に形成されている。従って、下部容量電極の表面と誘電体膜と上部容量電極との間だけに蓄積容量を形成する場合と比べて、蓄積容量の大容量化を図ることができる。
さらに、下部容量電極を構成する第1金属膜は、第1保護絶縁膜と第2金属膜とで覆われている(保護されている)ので、薬液などで侵される(腐食される)おそれがない。このため、薬液に対する耐性が弱いアルミニウムなどの低抵抗材料で、第1金属膜を構成することができる。従って、第1金属膜をアルミニウムなどの低抵抗材料で構成し、下部容量電極を低抵抗化することができる。
[適用例2]上記適用例に記載の電気光学装置において、前記基板に沿った方向を第1方向とし、前記第1方向と前記第2金属膜の側壁とがなす角度は、前記第1方向と前記第1金属膜の側壁とがなす角度よりも大きいことが好ましい。
第1方向と第1金属膜の側壁とがなす角度を、第1方向と第2金属膜の側壁とがなす角度よりも小さくすると、つまり第2金属膜の側壁の勾配と比べて緩勾配の第1金属膜の側壁を形成すると、第1保護絶縁膜は第1金属膜の側壁を覆いやすくなるので、第1金属膜の側壁を覆う第1保護絶縁膜が形成されやすくなる。
第1方向と第2金属膜の側壁とがなす角度を、第1方向と第1金属膜の側壁とがなす角度よりも大きくすると、つまり第1金属膜の側壁の勾配と比べて急勾配の第2金属膜の側壁を形成すると、第1保護絶縁膜は第2金属膜の側壁を覆いにくくなるので、第2金属膜の側壁の少なくとも一部を露出させる第1保護絶縁膜が形成されやすくなる。
[適用例3]上記適用例に記載の電気光学装置において、前記第2金属膜の膜厚は、前記第1金属膜の膜厚と同じ、または前記第1金属膜の膜厚よりも大きいことが好ましい。
第2金属膜の膜厚を、第1金属膜の膜厚と同じまたは第1金属膜の膜厚よりも大きくすると、第2金属膜の膜厚が第1金属膜の膜厚よりも小さい場合と比べて、下部容量電極の側壁の一部(第2金属膜の側壁の少なくとも一部)と誘電体膜と上部容量電極との間に形成される蓄積容量の容量値を大きくすることができる。
[適用例4]上記適用例に記載の電気光学装置において、前記下部容量電極と前記誘電体膜との間に配置され、平面視で前記上部容量電極に重なっていない部分の前記下部容量電極を覆う第2保護絶縁膜を有していることが好ましい。
平面視で上部容量電極に重なっていない部分の下部容量電極は、第2保護絶縁膜で覆われている(保護されている)ので、上部容量電極を形成するエッチング工程で侵されるおそれが抑制される。
[適用例5]本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の電気光学装置を備えていることを特徴とする。
上記適用例に記載の電気光学装置は、蓄積容量の大容量化が図られているので、画素の電位保持特性が高められ、高品位な表示を提供することができる。従って、上記適用例に記載の電気光学装置を備える電子機器は、高品位な表示を提供することができる。
例えば、投射型表示装置、投射型のHUD(ヘッドアップディスプレイ)、直視型のHMD(ヘッドマウントディスプレイ)、電子ブック、パーソナルコンピューター、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型あるいはモニター直視型のビデオレコーダー、カーナビゲーションシステム、POSなどの情報端末機器、及び電子手帳などの電子機器に、上記適用例に記載の電気光学装置を適用させることで、高品位な表示を提供することができる。
[適用例6]本適用例に係る電気光学装置の製造方法は、基板の上方に、第1金属膜及び第2金属膜を順に堆積する工程と、前記第2金属膜及び前記第1金属膜を順にエッチングし、下部容量電極を形成する工程と、前記下部容量電極を覆う絶縁膜を堆積する工程と、前記絶縁膜に前記基板の法線方向の異方性エッチングを施し、前記第1金属膜の側壁を覆うとともに前記第2金属膜の側壁の少なくとも一部を露出させる第1保護絶縁膜を形成する工程と、前記第2金属膜上と、前記第1保護絶縁膜から露出された前記第2金属膜の側壁と、に亘って誘電体膜を堆積する工程と、導電膜を堆積する工程と、前記導電膜をエッチングし、前記第2金属膜上の前記誘電体膜と、前記第1保護絶縁膜から露出された前記第2金属膜の側壁に設けられた前記誘電体膜上と、に亘って上部容量電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
下部容量電極の側壁を覆う部分の絶縁膜の基板の法線方向の寸法(厚さ)は、下部容量電極の表面を覆う部分の絶縁膜の基板の法線方向の寸法(厚さ)よりも大きいので、絶縁膜に基板の法線方向の異方性エッチングを施すと、下部容量電極の表面を覆う部分の絶縁膜を除去し、下部容量電極の側壁を覆う部分の絶縁膜を残存させることができる。下部容量電極の側壁の一部に絶縁膜が残存するように絶縁膜に基板の法線方向の異方性エッチングを施すことで、第1金属膜の側壁を覆うとともに第2金属膜の側壁の少なくとも一部を露出させる第1保護絶縁膜を形成することができる。
さらに、誘電体膜を堆積する工程と、上部容量電極を形成する工程とを経て、第2金属膜の側壁の少なくとも一部(下部容量電極の側壁の一部)と誘電体膜と上部容量電極との間、及び下部容量電極の表面と誘電体膜と上部容量電極との間の両方に、蓄積容量を形成することができる。
[適用例7]上記適用例に記載の電気光学装置の製造方法において、前記第1保護絶縁膜を形成する工程は、前記絶縁膜に化学的機械的研磨処理を施す工程と、前記第1金属膜の側壁を覆うとともに前記第2金属膜の側壁の少なくとも一部を露出させるように、前記絶縁膜に前記法線方向の異方性エッチングを施す工程と、を含むことが好ましい。
化学的機械的研磨処理によって、下部容量電極の表面を覆う部分の絶縁膜の基板の法線方向の寸法(厚さ)が小さくなるので、下部容量電極の表面を覆う部分の絶縁膜を除去し、下部容量電極の側壁の一部に絶縁膜が残存するように、絶縁膜に基板の法線方向の異方性エッチングを施すエッチング時間が短くなり、当該異方性エッチング工程の生産性を向上させることができる。
さらに、当該異方性エッチング工程のエッチング時間を短くし、エッチングされる絶縁膜の寸法を小さくすると、絶縁膜のエッチング寸法のバラツキが小さくなり、残存する絶縁膜(第1保護絶縁膜)の寸法(膜厚)の均一性を向上させることができる。
[適用例8]上記適用例に記載の電気光学装置の製造方法において、前記下部容量電極を形成する工程では、前記基板に沿った方向を第1方向とした場合に、前記第1方向と前記第2金属膜の側壁とがなす角度が、前記第1方向と前記第1金属膜の側壁とがなす角度よりも大きくなるように前記第2金属膜及び前記第1金属膜を順にエッチングすることが好ましい。
第1方向と第2金属膜の側壁とがなす角度が、第1方向と第1金属膜の側壁とがなす角度よりも大きくなるように第2金属膜及び第1金属膜を順にエッチングすると、第1金属膜の側壁の勾配と比べて急勾配の第2金属膜の側壁が形成され、第1保護絶縁膜は第2金属膜の側壁を覆いにくくなるので、第2金属膜の側壁の少なくとも一部を露出させる第1保護絶縁膜を形成しやすくなる。
[適用例9]上記適用例に記載の電気光学装置の製造方法において、前記第1金属膜及び第2金属膜を順に堆積する工程では、第2金属膜の膜厚が、前記第1金属膜の膜厚と同じ、または前記第1金属膜の膜厚よりも大きくなるように、前記第1金属膜及び前記第2金属膜を順に堆積することが好ましい。
膜厚が、第1金属膜の膜厚と同じまたは第1金属膜の膜厚よりも大きくなるように、第2金属膜を形成すると、第2金属膜の膜厚が第1金属膜の膜厚よりも小さい場合と比べて、第2金属膜の側壁と誘電体膜と上部容量電極との間で形成される蓄積容量の容量値を大きくすることができる。
[適用例10]上記適用例に記載の電気光学装置の製造方法において、前記第1保護絶縁膜を形成する工程と前記誘電体膜を堆積する工程との間に、平面視で前記上部容量電極に重なっていない部分の前記下部容量電極を覆う第2保護絶縁膜を形成する工程を含むことが好ましい。
平面視で上部容量電極に重なっていない部分の下部容量電極は、第2保護絶縁膜で覆われている(保護されている)ので、上部容量電極を形成するエッチング工程で、平面視で上部容量電極に重なっていない部分の下部容量電極が侵されるおそれを抑制することができる。
[適用例11]上記適用例に記載の電気光学装置の製造方法において、前記上部容量電極を形成する工程以降に、前記上部容量電極から張り出した誘電体膜を除去する工程を含むことが好ましい。
上部容量電極から張り出した部分は、光が変調される表示領域となる。
蓄積容量を大容量化するためには、誘電体膜の誘電率(屈折率)は大きい方が好ましい。つまり、誘電体膜は高屈折率の材料で構成されることが好ましい。上部容量電極から張り出した部分(表示領域)に、高屈折率の誘電体膜が配置されると、屈折率が異なる他の絶縁膜との間で光の反射が生じ、表示領域における光の利用効率が低下する。従って、上部容量電極を形成する工程以降に、上部容量電極から張り出した誘電体膜を除去する工程を設け、上部容量電極から張り出した誘電体膜を除去することが好ましい。
実施形態1に係る液晶装置の構成を示す概略平面図。 図1のJ−J’に沿った液晶装置の概略断面図。 実施形態1に係る液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図。 相隣接する複数の画素の概略平面図。 図4のF−F’線に沿った素子基板の概略断面図。 図4のH−H’線に沿った素子基板の概略断面図。 実施形態1に係る液晶装置の製造方法を示す工程フロー。 図7に示す工程フローの主要な工程を経た後の状態を示す概略断面図。 図7に示す工程フローの主要な工程を経た後の状態を示す概略断面図。 実施形態2に係る液晶装置の素子基板の概略断面図。 実施形態2に係る液晶装置の製造方法を示す工程フロー。 図11に示す工程フローの主要な工程を経た後の状態を示す概略断面図。 電子機器としての投射型表示装置の構成を示す概略図。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。かかる実施形態は、本願の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本願の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の各図においては、各層や各部位を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部位の縮尺を実際とは異ならせしめてある。
(実施形態1)
「液晶装置の概要」
実施形態1に係る液晶装置100は、電気光学装置の一例であり、薄膜トランジスター(Thin Film Transistor;以降TFTと称す)30を備えた透過型液晶装置である。液晶装置100は、例えば後述する液晶プロジェクターの光変調素子として好適に用いることができる。
図1は、本実施形態に係る液晶装置の構成を示す概略平面図である。図2は、図1のJ−J’に沿った液晶装置の概略断面図である。図3は、液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図である。
最初に、図1乃至図3を参照し、本実施形態に係る液晶装置100の概要について説明する。
図1及び図2に示すように、液晶装置100は、対向配置された素子基板10及び対向基板20と、これら一対の基板によって挟持された液晶層60とを有する。
素子基板10は、対向基板20よりも一回り大きい。素子基板10と対向基板20とは、額縁状に配置されたシール材62を介して接合され、その隙間に正または負の誘電異方性を有する液晶が封入されて液晶層60を構成している。シール材62は、例えば熱硬化性または紫外線硬化性のエポキシ樹脂などの接着剤が採用されている。シール材62には、一対の基板の間隔を一定に保持するためのスペーサー66が混入されている。
額縁状に配置されたシール材62の内側には、同じく額縁状の遮光膜63が設けられている。遮光膜63は、例えば遮光性の金属あるいは金属酸化物などからなり、遮光膜63の内側が表示領域Eとなる。表示領域Eには、画素Pがマトリックス状に複数配置されている。
素子基板10の複数の外部接続用端子102が配列した1辺部と該1辺部に沿ったシール材62との間にデータ線駆動回路101が設けられている。該1辺部と直交し互いに対向する他の2辺部に沿ったシール材62の内側に走査線駆動回路104が設けられている。該1辺部と対向する他の1辺部のシール材62の内側には、2つの走査線駆動回路104を繋ぐ複数の配線105が設けられている。これらデータ線駆動回路101、走査線駆動回路104に繋がる配線は、該1辺部に沿って配列した複数の外部接続用端子102に接続されている。
以降、該1辺部に沿った方向をX方向、該1辺部と直交し互いに対向する他の2辺部に沿った方向をY方向、及び素子基板10から対向基板20に向かう方向をZ方向として説明する。また、Z方向から見ることを平面視と称す。
なお、X方向は、「第1方向」の一例である。Z方向は、「基板の法線方向」の一例である。
図2に示すように、素子基板10は、素子基板本体11、並びに素子基板本体11の液晶層60側の面に形成されたTFT30や画素電極9、及び画素電極9を覆う配向膜39などを有している。素子基板本体11は、例えば石英やガラスなどの透明材料で構成されている。また、TFT30や画素電極9は画素Pの構成要素であり、画素PはX方向及びY方向にマトリックス状に配列されている。
なお、素子基板本体11は、「基板」の一例である。
対向基板20は、対向基板本体21、並びに対向基板本体21の液晶層60側の面に順に積層された遮光膜24,63、対向電極22、及び配向膜23などを有している。
対向基板本体21は、例えば石英やガラスなどの透明材料で構成されている。
遮光膜24,63は、例えば遮光性の金属あるいは金属酸化物などからなる。遮光膜63は、平面的に走査線駆動回路104と重なる位置に額縁状に設けられている(図1参照)。遮光膜24は、平面的にTFT30と重なる位置に設けられている。これにより対向基板20から素子基板10に入射する光を遮光して、走査線駆動回路104やTFT30の光による誤動作を防止する役目を果たしている。また、不必要な迷光が表示領域Eに入射しないように遮光して、表示領域Eの表示における高いコントラストを確保している。
対向電極22は、例えばITO(Indium Tin Oxide)などの透明導電膜からなり、表示領域Eに亘って形成される。対向電極22は、対向基板20の四隅に設けられた上下導通部106により素子基板10側の配線に電気的に接続されている(図1参照)。
画素電極9を覆う配向膜39及び対向電極22を覆う配向膜23は、液晶装置100の光学設計に基づいて設定されており、本実施形態では、酸化シリコンなどの無機材料の斜め蒸着膜(無機配向膜)で構成されている。また、配向膜39,23は、ポリイミドなどの有機配向膜を使用してもよい。
図3に示すように、液晶装置100は、少なくとも表示領域Eにおいて互いに絶縁されて直交する信号線としての複数の走査線12及び複数のデータ線6と、データ線6と同じ方向に延在する第1容量電極71とを有する。なお、第1容量電極71の配置はこれに限定されず、第1容量電極71を走査線12と同じ方向に延在するように配置してもよい。
走査線12とデータ線6とにより区分された領域に、画素電極9と、TFT30と、蓄積容量70とが設けられ、これらが画素Pの画素回路を構成している。
走査線12はTFT30のゲート(ゲート電極37、図5参照)に電気的に接続され、データ線6はTFT30のソース(半導体層31のソース領域32、図5参照)に電気的に接続されている。画素電極9はTFT30のドレイン(ドレイン電極38、図5参照)に電気的に接続されている。
データ線6はデータ線駆動回路101(図1)に接続されており、データ線駆動回路101から供給される画像信号S1,S2,…,Snが各画素Pに供給される。走査線12は走査線駆動回路104(図1)に接続されており、走査線駆動回路104から供給される走査信号G1,G2,…,Gmが各画素Pに供給される。データ線駆動回路101からデータ線6に供給される画像信号S1〜Snは、この順に線順次で供給してもよく、互いに隣り合う複数のデータ線6同士に対してグループごとに供給してもよい。
なお、第1容量電極71には、固定電位(例えば、共通電位Vcom)が供給されている。つまり、第1容量電極71は、固定電位が供給される容量線である。
液晶装置100は、スイッチング素子であるTFT30が走査信号G1〜Gmの入力により一定期間だけオン状態とされることで、データ線6から供給される画像信号S1〜Snが所定のタイミングで画素電極9に書き込まれる構成となっている。画素電極9に書き込まれる画像信号S1〜Snの電圧は、対向電極22に対して−5V〜+5Vの範囲で変化する。そして、画素電極9を介して液晶層60に書き込まれた所定レベルの画像信号S1〜Snは、画素電極9と液晶層60を介して対向配置された共通電極として機能する対向電極22との間で一定期間保持される。
保持された画像信号S1〜Snがリーク(劣化)するのを防止するために、画素電極9と対向電極22との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量70が接続されている。詳細は後述するが、蓄積容量70は、TFT30のドレイン電極38に電気的に接続された第2容量電極77(図5参照)と、第1容量電極71との間に形成されている。
このような液晶装置100は透過型であって、電圧が印加されない時の画素Pの透過率が電圧印加時の透過率よりも大きくて明表示となるノーマリーホワイトモードや、電圧が印加されない時の画素Pの透過率が電圧印加時の透過率よりも小さくて暗表示となるノーマリーブラックモードの光学設計が採用される。光学設計に応じて、光の入射側と射出側とにそれぞれ偏光素子(図示省略)が配置されて用いられる。
「画素の構成」
図4は、相隣接する複数の画素の概略平面図である。図5は、図4のF−F’線に沿った素子基板の概略断面図である。図6は、図4のH−H’線に沿った素子基板の概略断面図である。つまり、図6は、第2容量電極77と隣り合う第2容量電極77との境界部分の概略断面図である。
図4では、走査線12を細くて長い破線で示し、半導体層31及び第2保護絶縁膜47を細くて短い点線で示し、ゲート電極37を細い実線で示し、ドレイン電極38を一点鎖線で示し、第1容量電極71を太い破線で示し、第2容量電極77を太い実線で示し、画素電極9を二点鎖線で示している。また、画素電極9で挟まれX方向に沿った部分を領域9Xとし、画素電極9で挟まれY方向に沿った部分を領域9Yとする。
以下に、図4乃至図6を参照し、画素Pの構成を説明する。
図4に示すように、素子基板10には、複数の画素Pの各々に矩形状の画素電極9が形成されている。
X方向に沿った領域9X(画素電極9が形成されていない領域)を覆うように走査線12が形成されている。つまり、走査線12は、画素電極9のX方向に沿った端部と平面視で重なり、X方向に延在している。
Y方向に沿った領域9Y(画素電極9が形成されていない領域)を覆うように第1容量電極71が設けられている。第1容量電極71は、複数の画素P(表示領域E)に跨って形成されている。第1容量電極71は、Y方向に沿って延びた部分と、X方向に張り出した部分とを有している。第1容量電極71のY方向に沿って延びた部分は、画素電極9のY方向に沿った端部と平面視で重なり、Y方向に延在している。
なお、第1容量電極71は、「下部容量電極」の一例である。
図4では図示を省略するが、平面視で第1容量電極71のY方向に沿って延びた部分と重なるように、データ線6(図5参照)が形成されている。つまり、平面視で画素電極9のY方向に沿った端部と重なり、Y方向に延在したデータ線6が形成されている。
走査線12とデータ線6(第1容量電極71のY方向に沿って延びた部分)とが交差する領域に、TFT30が形成されている。TFT30は、X方向に長くなった半導体層31と、Y方向に長くなったゲート電極37とを有している。半導体層31のX(+)方向側の端部を覆うように、X方向に長くなった矩形状のドレイン電極38が形成されている。
半導体層31において、平面視でゲート電極37と重なった部分がチャネル領域34となる。チャネル領域34を挟んで、ドレイン電極38側にドレイン領域36が配置され、ドレイン電極38と反対側にソース領域32が配置されている。さらに、ソース領域32とチャネル領域34との間にソース側接合領域33が配置され、ドレイン領域36とチャネル領域34との間にドレイン側接合領域35が配置されている。すなわち、TFT30は、LDD(Lightly Doped Drain)構造の半導体層31を有している。
第1容量電極71のY方向に沿って延びた部分と、第1容量電極71のX方向に張り出した部分とを覆うように、第2容量電極77が形成されている。第2容量電極77は、L字に近い形状をなし、画素Pのそれぞれに島状に形成されている。第2容量電極77は、第1容量電極71の表面と側壁とを覆うように、平面視で第1容量電極71の端部から張り出して形成されている。平面視で第1容量電極71と第2容量電極77とが重なった部分に、蓄積容量70が形成される。
なお、第2容量電極77は、「上部容量電極」の一例である。
上述したように、第1容量電極71は複数の画素Pに跨って形成され、第2容量電極77は画素P毎に島状に形成されている。このため、一の画素Pに設けられた第2容量電極77と、隣り合う画素Pに設けられた第2容量電極77との間に、平面視で第2容量電極77に重ならない第1容量電極71が配置される。つまり、第1容量電極71は、平面視で第2容量電極77に重ならない部分と、平面視で第2容量電極77に重なる部分とを有する。平面視で第2容量電極77に重ならない部分の第1容量電極71は、矩形状の第2保護絶縁膜47で覆われている(保護されている)。
図5に示すように、素子基板本体11と半導体層31との間には、素子基板本体11の側から走査線12と下地絶縁膜41とが順に設けられている。
走査線12は、素子基板本体11の上に形成され、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12は、素子基板本体11から入射する光に対してTFT30の半導体層31を遮光するように、TFT30の下側に配置された遮光膜である。
下地絶縁膜41は、例えば酸化シリコンで構成され、走査線12を覆って素子基板本体11の全面に設けられ、走査線12とTFT30とを層間絶縁している。下地絶縁膜41は、素子基板本体11の表面の研磨時における荒れや、洗浄後に残る汚れ等でTFT30の特性の劣化を防止する機能も有する。
下地絶縁膜41の上には、島状に半導体層31が形成されている。半導体層31は、例えば多結晶シリコンで構成され、下地絶縁膜41を介して走査線12に対向配置されている。半導体層31には、不純物イオンが注入され、ソース領域(高濃度不純物領域)32と、ソース側接合領域(低濃度不純物領域)33と、チャネル領域34と、ドレイン側接合領域(低濃度不純物領域)35と、ドレイン領域(高濃度不純物領域)36とが形成されている。
半導体層31は、第1絶縁膜42で覆われている。第1絶縁膜42は、例えば酸化シリコンで構成され、TFT30のゲート絶縁膜である。第1絶縁膜42の上には、平面視で半導体層31のチャネル領域34に重なるゲート電極37が形成されている。ゲート電極37は、例えば導電性の多結晶シリコンから形成されており、第1絶縁膜42と下地絶縁膜41とを貫くコンタクトホール51,52(図4参照)を介して、走査線12に電気的に接続されている。
第1絶縁膜42及びゲート電極37は、第2絶縁膜43で覆われている。第2絶縁膜43は、例えば酸化シリコンで構成される。さらに、第2絶縁膜43の上には、データ線6とドレイン電極38とが形成されている。データ線6及びドレイン電極38は、走査線12と同様の材料で形成され、遮光性を有している。
データ線6は、第1絶縁膜42と第2絶縁膜43とを貫くコンタクトホール53を介して、半導体層31のソース領域32に電気的に接続されている。ドレイン電極38は、第1絶縁膜42と第2絶縁膜43とを貫くコンタクトホール54を介して、半導体層31のドレイン領域36に電気的に接続されている。
データ線6及びドレイン電極38は、第3絶縁膜44で覆われている。第3絶縁膜44は、例えば酸化シリコンで構成される。第3絶縁膜44には、例えば化学的機械的研磨による平坦化処理が施されている。
第3絶縁膜44の上には、第1容量電極71と、誘電体膜75と、第2容量電極77とが順に積層されている。
さらに、第3絶縁膜44の上には、第1金属膜72の側壁を覆うとともに第2金属膜73の側壁の少なくとも一部を露出させる第1保護絶縁膜74が形成されている。換言すれば、第1容量電極71の側壁の一部を覆うように第1保護絶縁膜74が形成されている。つまり、第1保護絶縁膜74は、第1容量電極71の側壁の一部を覆うように設けられたサイドウォールである。
第1保護絶縁膜74は、例えば酸化シリコンで構成されている。
第1容量電極71は、第1金属膜72と、第1金属膜72に積層された第2金属膜73とで構成される。すなわち、第1容量電極71は、素子基板本体11の上方に設けられ、第1金属膜72と、第1金属膜72に積層された第2金属膜73とを有する。第1金属膜72は、例えば低抵抗材料のアルミニウムで構成され、第3絶縁膜44の上に形成されている。第2金属膜73は、例えば窒化チタンで構成され、第1金属膜72の上に積層されている。
上述したように、第1容量電極71は、複数の画素Pに跨って形成された容量線であり、固定電位(例えば、共通電位Vcom)が供給されている。第1容量電極71の電位変動を抑制するために、第1容量電極71は低抵抗材料のアルミニウムで構成された第1金属膜72を有し、低抵抗化が図られている。
第1容量電極71は、蓄積容量70を形成する一方の電極(固定電位側容量電極)である。さらに、第1容量電極71は、平面視でデータ線6と重なり、データ線6の電界の影響を抑制するシールド層として機能する。つまり、画素電極9とデータ線6との間に、固定電位が供給された第1容量電極71が設けられているので、データ線6の電界の影響、すなわちデータ線6と画素電極9とのカップリングが小さくなり、表示品位を高めることができる。
誘電体膜75は、第1容量電極71及び第3絶縁膜44を覆うように形成されている。すなわち、誘電体膜75は、第2金属膜73上と、第1保護絶縁膜74から露出された第2金属膜73の側壁と、に亘って設けられている。
誘電体膜75は、例えば酸化アルミニウム(Al23)と酸化ハフニウム(HfO2)とが積層された多層膜である。つまり、誘電体膜75は、酸化シリコンよりも高誘電率(高屈折率)の材料で構成されている。誘電体膜75と第3絶縁膜44とが積層された部分には、ドレイン電極38に至るコンタクトホール55が形成されている。
なお、誘電体膜75は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化タンタル(Ta25)などからなる単層膜、またはこれらの単層膜を積層した多層膜であってもよい。
第2容量電極77は、第2金属膜73上の誘電体膜75(第1容量電極71の表面を覆う誘電体膜75)と、第1保護絶縁膜74から露出された第2金属膜73の側壁に設けられた誘電体膜75上と、に亘って設けられている。第2容量電極77は、例えば窒化チタンで構成される。
蓄積容量70は、第1容量電極71(固定電位側容量電極)と、誘電体膜75と、第2容量電極77(画素電位側容量電極)とで形成されている。第1容量電極71の側壁の一部が第1保護絶縁膜74で覆われていなく誘電体膜75で覆われているので、蓄積容量70は、第1容量電極71の表面と誘電体膜75と第2容量電極77との間に加えて、第1保護絶縁膜74で覆われていない第1容量電極71の側壁(第2金属膜73の側壁)と誘電体膜75と第2容量電極77との間にも形成される。従って、第1容量電極71の表面と誘電体膜75と第2容量電極77との間だけに蓄積容量70を形成する場合と比べて、蓄積容量70の容量値を大きくすることができる。
第2容量電極77は、第4絶縁膜45で覆われている。第4絶縁膜45は、例えば酸化シリコンで構成され、化学的機械的研磨によって平坦化処理が施されている。
第4絶縁膜45の上には、画素電極9と配向膜39とが順に積層されている。画素電極9は、例えばITOなどの透明導電膜で構成される。画素電極9は、第4絶縁膜45を貫くコンタクトホール56を介して、第2容量電極77に電気的に接続されている。すなわち、画素電極9は、コンタクトホール56と、第2容量電極77と、コンタクトホール55と、ドレイン電極38と、コンタクトホール54とを介して、半導体層31のドレイン領域36に電気的に接続されている。
図6に示すように、第1容量電極71は、平面視で第2容量電極77に重なる部分(第1容量電極71A)と、平面視で第2容量電極77に重ならない部分(第1容量電極71B)とを有している。
第1容量電極71Aの上には、誘電体膜75と第2容量電極77とが積層され、蓄積容量70が形成されている。第1容量電極71Bは、第2保護絶縁膜47で覆われている(保護されている)。
第2保護絶縁膜47は、第1容量電極71Bに近接する部分の第1容量電極71Aと、誘電体膜75との間にも形成されている。つまり、第2保護絶縁膜47は、第1容量電極71と誘電体膜75との間に配置され、平面視で第2容量電極77に重なっていない部分の第1容量電極71を覆うように形成されている。
図5及び図6に示すように、走査線12とデータ線6と第1容量電極71と第2容量電極77とドレイン電極38とは遮光性を有しているので、走査線12とデータ線6と第1容量電極71と第2容量電極77とドレイン電極38とが配置された領域が、光の遮光領域V1となる。走査線12とデータ線6と第1容量電極71と第2容量電極77とドレイン電極38とが配置されていない領域が、光の透過領域V2となる。画素電極9は、平面視で光の透過領域V2を覆うように配置されている。光の透過領域V2において、画素電極9と対向電極22との間で光が変調される。
光の透過領域V2には、素子基板本体11と画素電極9との間に、下地絶縁膜41と、第1絶縁膜42と、第2絶縁膜43と、第3絶縁膜44と、第4絶縁膜45とが素子基板本体11の側から順に配置されている。つまり、素子基板本体11と画素電極9との間には、酸化シリコンで構成され同じ屈折率の絶縁膜が配置されている。
仮に、素子基板本体11と画素電極9との間に、酸化シリコンと異なる屈折率の絶縁膜が配置されると、酸化シリコンで構成された絶縁膜と、酸化シリコンと異なる屈折率の絶縁膜との間の界面で光の反射が生じ、液晶装置100における光の利用効率が低下する。
このため、酸化シリコンよりも高屈折率の材料で構成された誘電体膜75が光の透過領域V2に配置されないように、第2容量電極77から張り出した誘電体膜75はエッチング除去されている。つまり、誘電体膜75は、光の遮光領域V1に配置され、光の透過領域V2に配置されていない。誘電体膜75が光の透過領域V2に配置されていないので、誘電体膜75が光の透過領域V2に配置される場合と比べて、異なる屈折率の絶縁膜が配置されたことによる光の反射が抑制され、液晶装置100における光の利用効率を高めることができる。
さらに、上述したように、本実施形態に係る液晶装置100では、蓄積容量70が、第1容量電極71の表面と誘電体膜75と第2容量電極77との間に加えて、第1保護絶縁膜74で覆われていない第1容量電極71の側壁(第2金属膜73の側壁)と誘電体膜75と第2容量電極77との間にも形成され、第1容量電極71の表面と誘電体膜75と第2容量電極77との間だけに蓄積容量70を形成する場合と比べて、蓄積容量70の容量値が大きくなっている。従って、蓄積容量70の容量値が小さい場合と比べて、画素電極9に書き込まれる画像信号の保持特性(画素Pの電位保持特性)が向上し、高品位の表示を提供することができる。
「液晶装置の製造方法」
図7は、本実施形態に係る液晶装置の製造方法を示す工程フローである。図8及び図9は、図5に対応する図であり、図7に示す工程フローの主要な工程を経た後の状態を示す概略断面図である。
本実施形態の特徴を分かりやすくするために、図8及び図9では、図5と比べて蓄積容量70(第1容量電極71、誘電体膜75、第2容量電極77)が形成された部分を拡大して示している。さらに、図8及び図9では、素子基板本体11と第1容量電極71との間に配置された構成要素の図示が省略されている。
以下に、図7乃至図9を参照して、本実施形態に係る液晶装置100の製造方法の概要を説明する。
図7に示すように、本実施形態に係る液晶装置100の製造方法は、第1金属膜72及び第2金属膜73を順に堆積する工程(ステップS1)と、第2金属膜73及び第1金属膜72を順にエッチングし第1容量電極71を形成する工程(ステップS2)と、絶縁膜74Aを堆積する工程(ステップS3)と、絶縁膜74AにZ(−)方向の異方性エッチングを施し第1保護絶縁膜74を形成する工程(ステップS4)と、絶縁膜を堆積する工程(ステップS5)と、絶縁膜をエッチングし第2保護絶縁膜47を形成する工程(ステップS6)と、誘電体膜75を堆積する工程(ステップS7)と、誘電体膜75をエッチングしコンタクトホール55を形成する工程(ステップS8)と、導電膜77Aを堆積する工程(ステップS9)と、導電膜77Aをエッチングし第2容量電極77を形成する工程(ステップS10)と、第2容量電極77から張り出した誘電体膜75をエッチングし、除去する工程(ステップS11)と、を含む。
図8(a)に示すように、ステップS1では、素子基板本体11の上方に(第3絶縁膜44の上に)、例えばスパッタ法で、アルミニムからなる第1金属膜72と窒化チタンからなる第2金属膜73とを順に堆積する。第1金属膜72の膜厚T1は概略50nm〜500nmであり、第2金属膜73の膜厚T2は概略100nm〜500nmである。第2金属膜73の膜厚T2は、第1金属膜72の膜厚T1と同じ、または第1金属膜72の膜厚T1よりも大きい。
このように、ステップS1では、第2金属膜73の膜厚T2が、第1金属膜72の膜厚T1と同じ、または第1金属膜72の膜厚T1よりも大きくなるように、第1金属膜72及び第2金属膜73を順に堆積する。
上述したように、第1容量電極71は第1金属膜72によって低抵抗化が図られているので、第1容量電極71を低抵抗にするためには、第1金属膜72の膜厚T1を大きくし、例えば第1金属膜72の膜厚T1と第2金属膜73の膜厚T2とが同じである構成が好ましい。
さらに、蓄積容量70は、第2金属膜73の側壁(第1容量電極71の側壁)にも形成されるので、蓄積容量70の大容量化を図るためには、第2金属膜73の膜厚T2が第1金属膜72の膜厚T1よりも大きい構成が好ましい。
本実施形態では、第2金属膜73の膜厚T2が第1金属膜72の膜厚T1よりも大きく、蓄積容量70の大容量化を図るために好適な構成を有している。
図8(b)に示すように、ステップS2では、例えばRIE(Reactive Ionic Etching)装置などの容量結合型ドライエッチング装置を用いたドライエッチング法によって、第2金属膜73及び第1金属膜72を順にエッチングし、第1容量電極71を形成する。
詳しくは、塩素系ガスを用いたドライエッチング法によって、第2金属膜73をZ(−)方向にエッチングする。詳細は後述するが、第2金属膜73の側壁の少なくとも一部を露出させるように第1保護絶縁膜74を安定して形成するためには、第2金属膜73の側壁は、素子基板本体11(第3絶縁膜44)に対して切り立った形状を有することが好ましい。つまり、第2金属膜73とX方向(素子基板本体11の表面に沿った方向)とがなす角度θ2は、第1金属膜72とX方向とがなす角度θ1よりも大きく、90度に近いほうが好ましい。
続いて、塩素系ガスを用いたドライエッチング法によって、第1金属膜72をZ(−)方向にエッチングする。つまり、塩素系ガスを用いたドライエッチング法によって、第2金属膜73をエッチングマスクとして、第1金属膜72をエッチングする。ステップS3で堆積する絶縁膜74Aの第1容量電極71に対するステップカバレッジ性(段差被覆性)を良くするためには、第1金属膜72の側壁の傾斜は順テーパーであることが好ましい。すなわち、第1金属膜72とX方向とがなす角度θ1は、第2金属膜73とX方向とがなす角度θ2よりも小さい方が好ましい。
ステップS2では、第2金属膜73をZ(−)方向と交差する方向に後退させながら、第1金属膜72をZ(−)方向にエッチングし、X方向と第1金属膜72の側壁とがなす角度θ1が、X方向と第2金属膜73の側壁とがなす角度θ2よりも小さくなるように、第1金属膜72を形成する。
なお、塩素系ガスを用いたドライエッチング法では、エッチングガスの組成、圧力、プラズマを発生させる高周波電源のパワー、温度などの条件を変化させることで、第2金属膜73や第1金属膜72のエッチング形状を制御することができる。
図8(c)に示すように、ステップS3では、段差被覆性に優れた成膜法、例えばTEOS(テトラエトキシシラン)を用いたプラズマCVDによって酸化シリコンを堆積し、第1容量電極71を覆う絶縁膜74Aを形成する。
第1容量電極71の表面に堆積された絶縁膜74Aの膜厚、及び第3絶縁膜44の表面に堆積された絶縁膜74Aの膜厚は、共にH1(概略200nm〜1000nm)である。第1容量電極71の側壁(段差部分)を覆う絶縁膜74Aの膜厚は、H2であり、上記H1(概略200nm〜1000nm)よりも大きい。
第2金属膜73の側壁が素子基板本体11(第3絶縁膜44)に対して切り立った形状であると、第1容量電極71の側壁を覆う絶縁膜74Aの膜厚H2は、第1容量電極71の表面に堆積された絶縁膜74Aの膜厚H1、及び第3絶縁膜44の表面に堆積された絶縁膜74Aの膜厚H1よりも大きくなる。つまり、第1容量電極71の側壁を覆う絶縁膜74Aの膜厚H2を、第1容量電極71の表面に堆積された絶縁膜74Aの膜厚H1、及び第3絶縁膜44の表面に堆積された絶縁膜74Aの膜厚H1よりも大きくするためには、第2金属膜73の側壁は素子基板本体11(第3絶縁膜44)に対して切り立った形状であることが好ましい。
図8(d)では、エッチング前の絶縁膜74Aの輪郭が二点鎖線で示され、エッチング後の絶縁膜74A(第1保護絶縁膜74)の輪郭が実線で示されている。図8(d)に示すように、ステップS4では、例えばフッ素系ガスを反応ガスとし、RIE装置などの容量結合型ドライエッチング装置を用いたドライエッチング法によって、絶縁膜74AにZ(−)方向の異方性エッチングを施し、第1保護絶縁膜74を形成する。
ステップS4では、エッチング量(エッチング深さ)が、H1(第1容量電極71の表面に堆積された絶縁膜74Aの膜厚)よりも大きい条件で、絶縁膜74Aに対してZ(−)方向の異方性エッチングを施す。つまり、第1容量電極71の表面に堆積された絶縁膜74Aと第3絶縁膜44の表面に堆積された絶縁膜74Aとが除去され、第1容量電極71の側壁を覆う絶縁膜74Aが残存するように、絶縁膜74Aに対してZ(−)方向の異方性エッチングを施す。
かかるZ(−)方向の異方性エッチングによって、二点鎖線で示された絶縁膜74Aの輪郭を図中の矢印の方向に移動させて、第1金属膜72の側壁を覆うとともに、第2金属膜73の側壁の少なくとも一部が露出するように、第1保護絶縁膜74を形成する。
第1金属膜72は、アルミニウムで構成され、フッ酸などの薬液に対する耐性が弱い。第2金属膜73は、窒化チタンで構成され、フッ酸などの薬液に対する耐性が強い。第1金属膜72の側壁は第1保護絶縁膜74で覆われ、第1金属膜72の表面は第2金属膜73で覆われている。すなわち、第1金属膜72は、第1保護絶縁膜74や第2金属膜73で覆われている(保護されている)ので、フッ酸などの薬液に対する耐性が向上し、後述するステップS6で使用するフッ酸を含む薬液によって侵されることはない。
このように、第2金属膜73の側壁が素子基板本体11(第3絶縁膜44)に対して切り立った形状であるので、第1容量電極71の側壁を覆う絶縁膜74Aの膜厚H2は、第1容量電極71の表面に堆積された絶縁膜74Aの膜厚H1、及び第3絶縁膜44の表面に堆積された絶縁膜74Aの膜厚H1よりも大きくなる。さらに、絶縁膜74Aに対してZ(−)方向の異方性エッチングを施すことによって、第1金属膜72の側壁を覆うとともに、第2金属膜73の側壁の少なくとも一部を露出させる第1保護絶縁膜74を形成することができる。
従って、第1保護絶縁膜74を安定して形成するためには、第2金属膜73の側壁が素子基板本体11(第3絶縁膜44)に対して切り立った形状であること、すなわち第2金属膜73とX方向とがなす角度θ2が、第1金属膜72とX方向とがなす角度θ1よりも大きいことが好ましい。
なお、絶縁膜74Aに対してZ(−)方向の異方性エッチングを施すためには、容量結合型ドライエッチング装置の他に、誘電結合型ドライエッチング装置(例えば、Inductive Coupled Plasmaドライエッチング装置)や電磁波入射型ドライエッチング装置(例えば、電子サイクロトロン共鳴式ドライエッチング装置)などを使用することができる。
ステップS5では、例えばTEOSを用いたプラズマCVDによって酸化シリコンからなる絶縁膜を堆積する(図示省略)。
ステップS6では、例えばフッ素系ガスを反応ガスとし、容量結合型ドライエッチング装置を用いたドライエッチング法によって、酸化シリコンからなる絶縁膜をエッチングし、平面視で第2容量電極77に重ならない部分の第1容量電極71(第1容量電極71B)を覆う第2保護絶縁膜47(図6参照)を形成する。
このように、第1保護絶縁膜74を形成する工程(ステップS4)と、後述する誘電体膜75を堆積する工程(ステップS7)との間に配置された、絶縁膜を堆積する工程(ステップS5)及び絶縁膜をエッチングする工程(ステップS6)によって、平面視で第2容量電極77に重なっていない部分の第1容量電極71(第1容量電極71B)を覆う第2保護絶縁膜47を形成する。
さらに、ステップS6では、第2保護絶縁膜47で覆われていない第1容量電極71A(第2金属膜73、図6参照)は、絶縁膜(酸化シリコン)をエッチングする反応ガス(フッ素系ガス)のプラズマに曝され、絶縁膜(酸化シリコン)をエッチングする過程で生成される炭素系ポリマーなどのデポ物(反応生成物)が堆積する。このため、第1容量電極71A(第2金属膜73)に堆積した反応生成物を、フッ酸を含む薬液によって除去する必要がある。
上述したように、第1金属膜72(アルミニウム)はフッ酸などの薬液に対する耐性が弱く、第2金属膜73(窒化チタン)はフッ酸などの薬液に対する耐性が強い。
第1金属膜72は、第1保護絶縁膜74と第2金属膜73とで覆われているので(保護されているので)、フッ酸を含む薬液によって侵されない。つまり、フッ酸を含む薬液によって、第1金属膜72に腐食などの悪影響を及ぼさずに、第1容量電極71A(第2金属膜73)に堆積した反応生成物を除去することができる。
図8(e)に示すように、ステップS7では、例えばALD(Atomic Layer Deposition)法を用いて酸化ハフニウム膜と酸化アルミニウム膜と順に積層し、第1容量電極71を覆う誘電体膜75を形成する。つまり、誘電体膜75は酸化ハフニウム膜と酸化アルミニウム膜とからなる2層構造を有している。誘電体膜75の膜厚は、概略20nm〜50nmである。
誘電体膜75は、酸化ハフニウム膜と酸化アルミニウム膜とが交互に積層された多層膜であればよく、上述した2層構造の他に、3層構造であってもよく、5層構造であってもよい。
ALD法では、ハフニウムの供給源であるTEMA−Hf(テトラエチルメチルアミノハフニウム)ガスを成膜チャンバー内に導入し、対象物(例えば、第1容量電極71)の表面にTEMA−Hfまたはその活性種を化学吸着させる。次に、オゾンガスを成膜チャンバーに導入し、オゾンガスと対象物の表面に吸着したTEMA−Hfとが熱反応して、1原子層分の酸化ハフニウム膜が形成される。同様に、アルミニウムの供給源であるTMA(トリメチルアルミニウム)ガスを成膜チャンバー内に導入し、対象物(例えば、酸化ハフニウム膜)の表面にTMAまたはその活性種を化学吸着させる。次にオゾンガスを成膜チャンバーに導入し、オゾンガスと対象物の表面に吸着したTMAとが熱反応して、1原子層分の酸化アルミニウム膜が形成される。
上述した操作を繰り返すことで、所定の膜厚の酸化ハフニウム膜や酸化アルミニウム膜を形成する。ALD法では、一原子層レベルで膜厚を制御することが可能であり、所定の膜厚の酸化ハフニウム膜や酸化アルミニウム膜を高精度に形成することができる。
図9(a)に示すように、ステップS8では、例えば、フッ素系ガスを反応ガスとし、容量結合型ドライエッチング装置を用いたドライエッチング法によって、誘電体膜75をエッチングし、誘電体膜75を貫くコンタクトホール55を形成する。詳しくは、ステップS8では、誘電体膜75と第3絶縁膜44とをエッチングし、誘電体膜75と第3絶縁膜44とを貫きドレイン電極38に至るコンタクトホール55(図5参照)を形成する。
図9(b)に示すように、ステップS9では、誘電体膜75の上に、例えばスパッタ法で窒化チタンからなる導電膜77Aを堆積する。導電膜77Aの膜厚は、概略100nm〜500nmである。
なお、導電膜77Aの構成材料は、窒化チタンの他に、例えばチタン、クロム、タングステン、タンタル、モリブデンなどの高融点金属のうちの少なくとも1つを含む金属単体、金属シリサイド、ポリシリサイド、ナイトライド、あるいはこれらが積層されたものであってもよい。さらに、導電膜77Aの構成材料は、導電性の多結晶シリコンであってもよい。
図9(c)に示すように、ステップS10では、例えば、塩素系ガスを反応ガスとし、容量結合型ドライエッチング装置を用いたドライエッチング法によって、導電膜77Aをエッチングし、第2容量電極77を形成する。なお、第2容量電極77の外側(図中のX(−)方向側)に、光の透過領域V2が配置される。
図9(d)に示すように、ステップS11では、例えば、フッ素系ガスを反応ガスとし、容量結合型ドライエッチング装置を用いたドライエッチング法によって、第2容量電極77をエッチングマスクとして、第2容量電極77から張り出した誘電体膜75をエッチングし、除去する。すなわち、誘電体膜75が光の透過領域V2に配置されないように、第2容量電極77から張り出した誘電体膜75をエッチングし、除去する。
酸化シリコンで構成された絶縁膜(下地絶縁膜41、第1絶縁膜42、第2絶縁膜43、第3絶縁膜44、第4絶縁膜45(図5参照))と比べて高屈折率の誘電体膜75が、光の透過領域V2に配置されていないので、異なる屈折率の絶縁膜が配置された界面での光の反射が抑制され、液晶装置100における光の利用効率を高めることができる。
さらに、第4絶縁膜45を形成するステップと、画素電極9を形成するステップと、配向膜39を形成するステップとを経て、図5に示す素子基板10を形成する。
(実施形態2)
図10は、図5に対応する図であり、実施形態2に係る液晶装置の素子基板の概略断面図である。図11は、図7に対応する図であり、本実施形態に係る液晶装置の製造方法を示す工程フローである。図12は、図8に対応する図であり、図11に示す工程フローの主要な工程を経た後の状態を示す概略断面図である。
本実施形態では、第1保護絶縁膜74の形状、及び第1保護絶縁膜74を形成する工程が実施形態1と異なり、他の構成は実施形態1と同じである。
以下、図10乃至図12を参照して、実施形態1との相違点を中心に、本実施形態に係る液晶装置の概要を説明する。また、実施形態1と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明を省略する。
「液晶装置の概要」
図10に示すように、本実施形態に係る液晶装置の素子基板10Aにおいて、第1保護絶縁膜84は、例えば酸化シリコンで構成され、第1金属膜72の側壁を覆うとともに第2金属膜73の側壁の少なくとも一部を露出させるように設けられている。換言すれば、第1保護絶縁膜84は、第1容量電極71の側壁の一部を覆うように設けられ、第1金属膜72の側壁及び第2金属膜73の側壁の一部を覆う部分と、第3絶縁膜44の表面を覆う部分とを有している。つまり、第1保護絶縁膜84は、第3絶縁膜44の表面を覆うように形成され、この点が実施形態1の第1保護絶縁膜74(図5参照)との相違点である。
第1保護絶縁膜84の第3絶縁膜44の表面を覆う部分と、第2容量電極77と間には誘電体膜75が配置されている。このため、ドレイン電極38に至るコンタクトホール55が、誘電体膜75と第1保護絶縁膜84と第3絶縁膜44とを貫いて形成されている。
蓄積容量70は、第1容量電極71と、誘電体膜75と、第2容量電極77とで形成されている。第1容量電極71(第2金属膜73)の側壁の一部が第1保護絶縁膜84で覆われていなく誘電体膜75で覆われているので、蓄積容量70は、第1容量電極71の表面と誘電体膜75と第2容量電極77との間に加えて、第1保護絶縁膜84で覆われていない第1容量電極71の側壁(第2金属膜73の側壁)と誘電体膜75と第2容量電極77との間にも形成される。よって、第1容量電極71の表面と誘電体膜75と第2容量電極77との間だけに蓄積容量70を形成する場合と比べて、蓄積容量70の容量値を大きくすることができる。
従って、蓄積容量70の容量値が小さい場合と比べて、画素電極9に書き込まれる画像信号の保持特性(画素Pの電位保持特性)が向上し、高品位の表示を提供することができるという実施形態1と同じ効果を得ることができる。
光の透過領域V2には、素子基板本体11と画素電極9との間に、下地絶縁膜41と、第1絶縁膜42と、第2絶縁膜43と、第3絶縁膜44と、第1保護絶縁膜84と、第4絶縁膜45とが素子基板本体11の側から順に配置されている。つまり、光の透過領域V2には、同じ屈折率の材料(酸化シリコン)で構成される絶縁膜が配置されている。酸化シリコンよりも高屈折率の誘電体膜75は、光の遮光領域V1に配置され、光の透過領域V2に配置されていない。
誘電体膜75が光の透過領域V2に配置されていないので、誘電体膜75が光の透過領域V2に配置される場合と比べて、異なる屈折率の絶縁膜が配置されたことによる光の反射が抑制され、液晶装置100における光の利用効率を高めることができるという実施形態1と同じ効果を得ることができる。
図11に示すように、本実施形態に係る液晶装置の製造方法は、第1金属膜72及び第2金属膜73を順に堆積する工程(ステップS1)と、第2金属膜73及び第1金属膜72を順にエッチングし第1容量電極71を形成する工程(ステップS2)と、絶縁膜74Aを堆積する工程(ステップS3)と、絶縁膜74Aに化学的機械的研磨処理を施す工程(ステップS41)と、絶縁膜74AにZ(−)方向の異方性エッチングを施し第1保護絶縁膜84を形成する工程(ステップS42)と、絶縁膜を堆積する工程(ステップS5)と、絶縁膜をエッチングし第2保護絶縁膜47を形成する工程(ステップS6)と、誘電体膜75を堆積する工程(ステップS7)と、誘電体膜75をエッチングしコンタクトホール55を形成する工程(ステップS8)と、導電膜77Aを堆積する工程(ステップS9)と、導電膜77Aをエッチングし第2容量電極77を形成する工程(ステップS10)と、第2容量電極77から張り出した誘電体膜75をエッチングし、除去する工程(ステップS11)と、を含む。
本実施形態のステップS1〜ステップS3は、実施形態1のステップS1〜ステップS3と同じである。本実施形態のステップS5〜ステップS11は、実施形態1のステップS5〜ステップS11と同じである。
第1保護絶縁膜84を形成する工程は、絶縁膜74Aに化学的機械的研磨処理を施す工程(ステップS41)と、絶縁膜74AにZ(−)方向の異方性エッチングを施す工程(ステップS42)とで構成され、この点が実施形態1との主な相違点である。
図12(a)に示すように、ステップS3では、段差被覆性に優れた成膜法、例えばTEOSを用いたプラズマCVDによって酸化シリコンを堆積し、第1容量電極71を覆う絶縁膜74Aを形成する。
絶縁膜74Aは、第3絶縁膜44の表面を覆う絶縁膜74A1と、第1容量電極71の側壁(段差部分)を覆う絶縁膜74A2と、第1容量電極71の表面を覆う絶縁膜74A3とで構成される。さらに、第3絶縁膜44の表面を覆う絶縁膜74A1は、絶縁膜74Aの凹部を形成する。第1容量電極71の表面を覆う絶縁膜74A3は、絶縁膜74Aの凸部を形成する。
凹部の絶縁膜74A(絶縁膜74A1)の膜厚、及び凸部の絶縁膜74A(絶縁膜74A3)の膜厚は、共にH1(概略200nm〜1000nm)である。凹部と凸部の境界の絶縁膜74A(絶縁膜74A2)の膜厚は、H2であり、凹部及び凸部の絶縁膜74A3の膜厚H1よりも大きい。
図12(b)では、化学的機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing、以下CMPと称す)を施す前の絶縁膜74Aの輪郭が二点鎖線で示され、CMPを施した後の絶縁膜74Aの輪郭が実線で示されている。なお、CMPは、研磨液に含まれる化学成分の化学的作用と、研磨剤と研磨対象物との相対移動による機械的作用との兼ね合いによって、研磨対象物の凸部の膜厚を小さくし、研磨対象物の表面凹凸を小さくする処理である。
図12(b)に示すように、ステップS41では、絶縁膜74AにCMPを施し、絶縁膜74Aの輪郭を、二点鎖線の状態から実線の状態に変化させる。
詳しくは、ステップS41のCMP処理によって、凸部の絶縁膜74A(絶縁膜74A3)の膜厚がH1からH1Aに減少し、凹部と凸部の境界の絶縁膜74A(絶縁膜74A2)の膜厚がH2からH2Aに減少する。一方、凹部の絶縁膜74A(絶縁膜74A1)の膜厚は変化せず、H1の状態を維持する。
絶縁膜74Aの膜厚は、凸部の絶縁膜74A(絶縁膜74A3)の膜厚H1A、凹部の絶縁膜74A(絶縁膜74A1)の膜厚H1、凹部と凸部の境界の絶縁膜74A(絶縁膜74A2)の膜厚はH2Aの順に大きくなる。
図12(c)では、異方性エッチングを施す前の絶縁膜74Aの輪郭が二点鎖線で示され、異方性エッチングを施した後の絶縁膜74A(第1保護絶縁膜84)の輪郭が実線で示されている。図12(c)に示すように、ステップS42では、例えばフッ素系ガスを反応ガスとし、容量結合型ドライエッチング装置を用いたドライエッチング法によって、絶縁膜74AにZ(−)方向の異方性エッチングを施す。
詳しくは、ステップS42では、エッチング量(エッチング深さ)が、H1A(絶縁膜74A3の膜厚)よりも大きい条件で、絶縁膜74Aに対してZ(−)方向の異方性エッチングを施す。つまり、凸部の絶縁膜74A(絶縁膜74A3)が除去され、凹部の絶縁膜74A(絶縁膜74A1)、及び凹部と凸部の境界の絶縁膜74A(絶縁膜74A2)が残存するように、絶縁膜74Aに対してZ(−)方向の異方性エッチングを施す。
その結果、二点鎖線で示された絶縁膜74Aの輪郭が図中の矢印の方向に移動し、第1金属膜72の側壁を覆うとともに、第2金属膜73の側壁の少なくとも一部が露出するように、第1保護絶縁膜84を形成する。
このように、第1保護絶縁膜84を形成する工程は、絶縁膜74AにCMPを施す工程(ステップS41)と、絶縁膜74AにZ(−)方向の異方性エッチングを施す工程(ステップS42)とで構成される。
本実施形態のステップS42と、実施形態1のステップS4との相違点は、絶縁膜74AにZ(−)方向の異方性エッチングを施すエッチング量にある。ステップS42では、CMPによって第1容量電極71の表面を覆う絶縁膜74A(凸部の絶縁膜74A3)が薄膜化されているので、実施形態1のステップS4と比べて、絶縁膜74AにZ(−)方向の異方性エッチングを施すエッチング量が小さくなり、エッチング時間が短くなる。従って、絶縁膜74AにZ(−)方向の異方性エッチングを施す工程の生産性を高めることができる。
さらに、絶縁膜74AにZ(−)方向の異方性エッチングを施すエッチング量が小さくなっているので、絶縁膜74Aのエッチング量のバラツキが小さくなり、当該エッチング量のバラツキによる第1保護絶縁膜84の寸法(膜厚)のバラツキが小さくなり、第1保護絶縁膜84の寸法(膜厚)の均一性を向上させることができる。
さらに、ステップS42では、上述した図12(c)に対応するエッチング時間よりも長いエッチング時間で、絶縁膜74AにZ(−)方向の異方性エッチングを施し、図12(d)に示すように、第3絶縁膜44の表面を覆う部分の絶縁膜74Aを除去し、第1金属膜72の側壁を覆うとともに第2金属膜73の側壁の少なくとも一部を露出させる第1保護絶縁膜84を形成してもよい。つまり、実施形態1の第1保護絶縁膜74と略同じ形状の第1保護絶縁膜84を形成してもよい。
よって、絶縁膜74AにZ(−)方向の異方性エッチングを施すエッチング時間は、上述した図12(c)に対応するエッチング時間であってもよく、上述した図12(d)に対応するエッチング時間であってもよい。従って、ステップS42では、実施形態1のステップS4と比べて、絶縁膜74AにZ(−)方向の異方性エッチングを施す工程における適正なエッチング時間(許容されるエッチング時間)の範囲を広くし、当該工程のプロセスマージンを大きくすることができる。
さらに、ステップS5(絶縁膜の堆積)とステップS6(絶縁膜のエッチング)とステップS7(誘電体膜75の堆積)とを経た後に、ステップS8(誘電体膜75のエッチング)を処理する。
図12(e)に示すように、ステップS8では、例えばフッ素系ガスを反応ガスとし、容量結合型ドライエッチング装置を用いたドライエッチング法によって、誘電体膜75をエッチングし、誘電体膜75を貫くコンタクトホール55を形成する。詳しくは、ステップS8では、誘電体膜75と第1保護絶縁膜84と第3絶縁膜44とをエッチングし、誘電体膜75と第1保護絶縁膜84と第3絶縁膜44とを貫きドレイン電極38に至るコンタクトホール55(図10参照)を形成する。
さらに、ステップS9(導電膜77Aの堆積)と、ステップS10(導電膜77Aのエッチング)と、ステップS11(誘電体膜75のエッチング)と、第4絶縁膜45を形成するステップと、画素電極9を形成するステップと、配向膜39を形成するステップとを経て、図10に示す素子基板10Aを形成する。
<電子機器>
図13は電子機器としての投射型表示装置(液晶プロジェクター)の構成を示す概略図である。次に、本実施形態に係る電子機器について図13を参照して説明する。
図13に示すように、電子機器としての投射型表示装置1000は、システム光軸Lに沿って配置された偏光照明装置1100と、光分離素子としての2つのダイクロイックミラー1104,1105と、3つの反射ミラー1106,1107,1108と、5つのリレーレンズ1201,1202,1203,1204,1205と、3つの光変調素子としての透過型の液晶ライトバルブ1210,1220,1230と、光合成素子としてのクロスダイクロイックプリズム1206と、投射レンズ1207とを備えている。
偏光照明装置1100は、超高圧水銀灯やハロゲンランプなどの白色光源からなる光源としてのランプユニット1101と、インテグレーターレンズ1102と、偏光変換素子1103とから概略構成されている。
ダイクロイックミラー1104は、偏光照明装置1100から射出された偏光光束のうち、赤色光(R)を反射させ、緑色光(G)と青色光(B)とを透過させる。もう1つのダイクロイックミラー1105は、ダイクロイックミラー1104を透過した緑色光(G)を反射させ、青色光(B)を透過させる。
ダイクロイックミラー1104で反射した赤色光(R)は、反射ミラー1106で反射した後にリレーレンズ1205を経由して液晶ライトバルブ1210に入射する。
ダイクロイックミラー1105で反射した緑色光(G)は、リレーレンズ1204を経由して液晶ライトバルブ1220に入射する。
ダイクロイックミラー1105を透過した青色光(B)は、3つのリレーレンズ1201,1202,1203と2つの反射ミラー1107,1108とからなる導光系を経由して液晶ライトバルブ1230に入射する。
液晶ライトバルブ1210,1220,1230は、クロスダイクロイックプリズム1206の色光ごとの入射面に対してそれぞれ対向するように配置されている。液晶ライトバルブ1210,1220,1230に入射した色光は、映像情報(映像信号)に基づいて変調されクロスダイクロイックプリズム1206に向けて射出される。このプリズムは、4つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が合成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ1207によってスクリーン1300上に投射され、画像が拡大されて表示される。
液晶ライトバルブ1210には、上述した本実施形態に係る液晶装置(実施形態1の液晶装置100、または実施形態2の液晶装置)が適用されている。本実施形態に係る液晶装置は、色光の入射側と射出側とにおいてクロスニコルに配置された一対の偏光素子の間に隙間を置いて配置されている。他の液晶ライトバルブ1220,1230も同様である。
本実施形態に係る液晶装置では、蓄積容量70が、第1容量電極71の表面と誘電体膜75と第2容量電極77との間に加えて、第1保護絶縁膜74,84で覆われていない第1容量電極71の側壁の一部と誘電体膜75と第2容量電極77との間にも形成され、第1容量電極71の表面と誘電体膜75と第2容量電極77との間だけに蓄積容量70を形成する場合と比べて、蓄積容量70が大容量化されている。よって、本実施形態に係る液晶装置では、画素電極9に書き込まれる画像信号の保持特性(画素Pの電位保持特性)が向上し、高品位の表示を提供することができる。
従って、本実施形態に係る液晶装置が適用された投射型表示装置1000も、高品位の表示を提供することができる。
また、電子機器としては、投射型表示装置1000の他に、直視型テレビ、携帯電話、携帯用オーディオ機器、パーソナルコンピューター、モニター付きビデオカメラ、カーナビゲーション装置、電子手帳、電卓、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、デジタルスチルカメラなどの各種電子機器に、本実施形態に係る液晶装置を適用させることができる。
6…データ線、9…画素電極、10…素子基板、11…素子基板本体、12…走査線、20…対向基板、21…対向基板本体、22…対向電極、23,39…配向膜、24,63…遮光膜、30…TFT、31…半導体層、32…ソース領域、33…ソース側接合領域、34…チャネル領域、35…ドレイン側接合領域、36…ドレイン領域、37…ゲート電極、38…ドレイン電極、41…下地絶縁膜、42…第1絶縁膜(ゲート絶縁膜)、43…第2絶縁膜、44…第3絶縁膜、45…第4絶縁膜、47…第2保護絶縁膜、51,52,53,54,55,56…コンタクトホール、60…液晶層、62…シール材、66…スペーサー、70…蓄積容量、71…第1容量電極、71A…平面視で第2容量電極に重なる部分の第1容量電極、71B…平面視で第2容量電極に重ならない部分の第1容量電極、72…第1金属膜、73…第2金属膜、74…第1保護絶縁膜、74A…絶縁膜、74A1…凹部の絶縁膜、74A2…凹部と凸部の境界の絶縁膜、74A3…凸部の絶縁膜74A、75…誘電体膜、77…第2容量電極、77A…導電膜、100…液晶装置、101…データ線駆動回路、102…外部接続用端子、104…走査線駆動回路、105…配線、106…上下導通部。

Claims (11)

  1. 画素に、アルミニウムで構成される第1金属膜と前記第1金属膜に積層された窒化チタンで構成される第2金属膜とを有する下部容量電極と、
    前記第1金属膜の側壁を覆うとともに前記第2金属膜の側壁の少なくとも一部を露出させるように設けられた第1保護絶縁膜と、
    前記第2金属膜上と、前記第1保護絶縁膜から露出された前記第2金属膜の側壁と、に亘って設けられた誘電体膜と、
    前記第2金属膜上の前記誘電体膜と、前記第1保護絶縁膜から露出された前記第2金属膜の側壁に設けられた前記誘電体膜上と、に亘って設けられた上部容量電極と、
    を備えることを特徴とする電気光学装置。
  2. 基板に沿った方向を第1方向とし、
    前記第1方向と前記第2金属膜の側壁とがなす角度は、前記第1方向と前記第1金属膜の側壁とがなす角度よりも大きい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金属膜の膜厚は、前記第1金属膜の膜厚と同じ、または前記第1金属膜の膜厚よりも大きいことを特徴とする請求項1または2に記載の電気光学装置。
  4. 前記下部容量電極と前記誘電体膜との間に配置され、平面視で前記上部容量電極に重なっていない部分の前記下部容量電極を覆う第2保護絶縁膜を有していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電気光学装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電気光学装置を備えていることを特徴とする電子機器。
  6. 画素に蓄積容量を備えた電気光学装置の製造方法であって、
    基板の上方に、アルミニウムで構成される第1金属膜及び窒化チタンで構成される第2金属膜を順に堆積する工程と、
    前記第2金属膜及び前記第1金属膜を順にエッチングし、下部容量電極を形成する工程と、
    前記下部容量電極を覆う絶縁膜を堆積する工程と、
    前記絶縁膜に前記基板の法線方向の異方性エッチングを施し、前記第1金属膜の側壁を覆うとともに前記第2金属膜の側壁の少なくとも一部を露出させる第1保護絶縁膜を形成する工程と、
    前記第2金属膜上と、前記第1保護絶縁膜から露出された前記第2金属膜の側壁と、に亘って誘電体膜を堆積する工程と、
    導電膜を堆積する工程と、
    前記導電膜をエッチングし、前記第2金属膜上の前記誘電体膜と、前記第1保護絶縁膜から露出された前記第2金属膜の側壁に設けられた前記誘電体膜上と、に亘って上部容量電極を形成する工程と、
    を備えることを特徴とする電気光学装置の製造方法。
  7. 前記第1保護絶縁膜を形成する工程は、
    前記絶縁膜に化学的機械的研磨処理を施す工程と、
    前記第1金属膜の側壁を覆うとともに前記第2金属膜の側壁の少なくとも一部を露出させるように、前記絶縁膜に前記法線方向の異方性エッチングを施す工程と、
    を含むことを特徴とする請求項6に記載の電気光学装置の製造方法。
  8. 前記下部容量電極を形成する工程では、
    前記基板に沿った方向を第1方向とした場合に、前記第1方向と前記第2金属膜の側壁とがなす角度が、前記第1方向と前記第1金属膜の側壁とがなす角度よりも大きくなるように前記第2金属膜及び前記第1金属膜を順にエッチングすることを特徴とする請求項6または7に記載の電気光学装置の製造方法。
  9. 前記第1金属膜及び第2金属膜を順に堆積する工程では、
    第2金属膜の膜厚が、前記第1金属膜の膜厚と同じ、または前記第1金属膜の膜厚よりも大きくなるように、前記第1金属膜及び前記第2金属膜を順に堆積することを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1項に記載の電気光学装置の製造方法。
  10. 前記第1保護絶縁膜を形成する工程と前記誘電体膜を堆積する工程との間に、平面視で前記上部容量電極に重なっていない部分の前記下部容量電極を覆う第2保護絶縁膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項6乃至9のいずれか1項に記載の電気光学装置の製造方法。
  11. 前記上部容量電極を形成する工程以降に、前記上部容量電極から張り出した誘電体膜を除去する工程を含むことを特徴とする請求項6乃至10のいずれか1項に記載の電気光学装置の製造方法。
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