(57)【要約】      （修正有）【課題】反射型液晶表示装置において、回路素子へ到達する入射光の量を低減するための技術を提供する。【解決手段】回路素子に電気的に接続された、第１金属層１１２の上に、開口部１２７及び第１スルーホール１２６を有するようにパターニングされた第１絶縁層１１３を形成し、第１絶縁層に、開口部１２７に埋め込まれた金属部１１４及び第１スルーホール１２６に埋め込まれた第１プラグ１１５を形成した後、第２絶縁層１１６を形成する。第２絶縁層１１６の上に、開口部を有するようにパターニングされた第２金属層１１７を形成し、第２金属層の上に第３絶縁層１１９を形成した後、第２金属層１１７の開口部を通り且つ第１プラグ１１５の上面を露出させる第２スルーホール１２０を、第２絶縁層１１６及び第３絶縁層１１９に形成し、第２スルーホール１２０に埋め込まれた第２プラグ１２１と、第２プラグに接続された反射電極１２２とを形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射型液晶表示装置の製造方法であって、
回路素子が形成された基板の上に、前記回路素子に電気的に接続された第１金属層を形成する工程と、
前記第１金属層の上に、開口部及び第１スルーホールを有するようにパターニングされた第１絶縁層を形成する工程と、
前記第１絶縁層の上に金属膜を成膜した後に前記第１絶縁層が露出するまで前記金属膜を平坦化することによって、前記開口部に埋め込まれた金属部及び前記第１スルーホールに埋め込まれた第１プラグを形成する工程と、
前記第１絶縁層の上に第２絶縁層を形成する工程と、
前記第２絶縁層の上に、開口部を有するようにパターニングされた第２金属層を形成する工程と、
前記第２金属層の上に第３絶縁層を形成する工程と、
前記第２金属層の開口部を通り且つ前記第１プラグの上面を露出させる第２スルーホールを前記第２絶縁層及び前記第３絶縁層に形成する工程と、
前記第２スルーホールに埋め込まれた第２プラグと、前記第２プラグに接続された反射電極とを形成する工程と、
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項２】
反射型液晶表示装置の製造方法であって、
回路素子が形成された基板の上に、前記回路素子に電気的に接続された第１金属層を形成する工程と、
前記第１金属層の上に、開口部を有するようにパターニングされた第１絶縁層を形成する工程と、
前記第１絶縁層の上に金属膜を成膜した後に前記第１絶縁層が露出するまで前記金属膜を平坦化することによって、前記開口部に埋め込まれた金属部を形成する工程と、
前記第１絶縁層の上に第２絶縁層を形成する工程と、
前記第２絶縁層の上に、開口部を有するようにパターニングされた第２金属層を形成する工程と、
前記第２金属層の上に第３絶縁層を形成する工程と、
前記第２金属層の開口部を通り且つ前記第１金属層の上面を露出させるスルーホールを前記第１絶縁層、前記第２絶縁層及び前記第３絶縁層に形成する工程と、
前記スルーホールに埋め込まれた第１プラグと、前記第１プラグに接続された反射電極とを形成する工程と、
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項３】
前記第２絶縁層の膜厚は前記第１絶縁層の膜厚よりも薄く形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記金属部は前記第１プラグを全周的に取り囲む壁状部材であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の製造方法。
【請求項５】
前記金属部は前記第１プラグを多重に取り囲む複数の柱状部材であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
反射型液晶表示装置であって、
回路素子が形成された基板の上に配置され、前記回路素子に電気的に接続された第１金属層と、
前記第１金属層の上に配置され、金属部と第１プラグとが埋め込まれた第１絶縁層と、
前記第１絶縁層の上に配置された第２絶縁層と、
前記第２絶縁層の上に配置され、開口部を有するようにパターニングされた第２金属層と、
前記第２金属層の上に配置された第３絶縁層と、
前記第２金属層の開口部を通り且つ前記第１プラグに接続するように前記第２絶縁層及び前記第３絶縁層に埋め込まれた第２プラグと、
前記第２プラグに接続された反射電極と
を備え、
前記金属部の上面の高さは前記第１プラグの上面の高さに一致する
ことを特徴とする反射型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は反射型液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射型液晶表示装置では、入射光が透明基板、対向電極及び液晶層を透過し、反射電極で反射する。反射電極と対向電極との間に電圧を印加すると、液晶層内の液晶分子の配向状態が変化し、反射光の強度が変化する。反射型液晶表示装置の絶縁層には一般的に酸化シリコンが用いられる。酸化シリコンは光の透過率が高いため、入射光の一部は画素間の反射電極の隙間から入り込み下層の半導体基板に侵入する。その結果、半導体基板において光電変換により電子正孔対が生成される。この電子または正孔が各反射電極の電圧を保持するための蓄積容量に達すると意図しない画素電極の電圧変化を招き、表示画像の品質を低下させる。
【０００３】
特許文献１では、メタル層上に形成された金属層をパターニングして金属製の凸部を形成し、その上に絶縁層とメタル層とを順に形成する。これにより、絶縁層に侵入した入射光を凸部により散乱させることができ、半導体基板への入射光の侵入が抑止される。しかしながら、近年の液晶表示装置では高解像度化と高輝度化とが進んでおり、１画素の寸法は縮小している。その結果として画素間の反射電極の隙間と表示に用いられる光の波長（４００ｎｍ〜８００ｎｍ）とは同程度になり、画素間の反射電極の間の狭いスリットを通り抜けた入射光の一部は回折して基板面とほぼ平行方向（横方向）に進む。このように回折された入射光は金属製の凸部によって散乱されることなく半導体基板に到達してしまう。そのため、金属製の凸部とその上のメタル層との間の絶縁層はできる限り薄い方が望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１９８７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された技術では、金属層に凸部を形成することによって入射光を散乱しているだけであり、凸部の上にある絶縁層の膜厚を薄くして通り抜ける入射光を低減することは検討されていない。その結果、回路素子へ到達する入射光の量を十分に低減できなかった。液晶表示装置は、高解像化と高輝度化が進行している。それに伴い、液晶表示装置の単位面積に入射する光量は増大する。上記従来方法では、画素寸法の縮小、高輝度化による入射光密度の増大に対して、充分な遮光性を保つことが困難である。そこで本発明は、反射型液晶表示装置において、回路素子へ到達する入射光の量を低減するための技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑みて、本発明の一側面に係る反射型液晶表示装置の製造方法は、回路素子が形成された基板の上に、前記回路素子に電気的に接続された第１金属層を形成する工程と、前記第１金属層の上に、開口部及び第１スルーホールを有するようにパターニングされた第１絶縁層を形成する工程と、前記第１絶縁層の上に金属膜を成膜した後に前記第１絶縁層が露出するまで前記金属膜を平坦化することによって、前記開口部に埋め込まれた金属部及び前記第１スルーホールに埋め込まれた第１プラグを形成する工程と、前記第１絶縁層の上に第２絶縁層を形成する工程と、前記第２絶縁層の上に、開口部を有するようにパターニングされた第２金属層を形成する工程と、前記第２金属層の上に第３絶縁層を形成する工程と、前記第２金属層の開口部を通り且つ前記第１プラグの上面を露出させる第２スルーホールを前記第２絶縁層及び前記第３絶縁層に形成する工程と、前記第２スルーホールに埋め込まれた第２プラグと、前記第２プラグに接続された反射電極とを形成する工程とを有する。
【０００７】
本発明の別の側面に係る反射型液晶表示装置の製造方法は、回路素子が形成された基板の上に、前記回路素子に電気的に接続された第１金属層を形成する工程と、前記第１金属層の上に、開口部を有するようにパターニングされた第１絶縁層を形成する工程と、前記第１絶縁層の上に金属膜を成膜した後に前記第１絶縁層が露出するまで前記金属膜を平坦化することによって、前記開口部に埋め込まれた金属部を形成する工程と、前記第１絶縁層の上に第２絶縁層を形成する工程と、前記第２絶縁層の上に、開口部を有するようにパターニングされた第２金属層を形成する工程と、前記第２金属層の上に第３絶縁層を形成する工程と、前記第２金属層の開口部を通り且つ前記第１金属層の上面を露出させるスルーホールを前記第１絶縁層、前記第２絶縁層及び前記第３絶縁層に形成する工程と、前記スルーホールに埋め込まれた第１プラグと、前記第１プラグに接続された反射電極とを形成する工程とを有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、反射型液晶表示装置において、回路素子へ到達する入射光の量を低減するための技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態の反射型液晶表示装置１００の例示の構造断面図。
【図２】第１実施形態の反射型液晶表示装置１００の断面の一部の鳥瞰図。
【図３】第１実施形態の反射型液晶表示装置１００の例示の製造方法の説明図。
【図４】第１実施形態の反射型液晶表示装置１００の変形例を説明する図。
【図５】第２実施形態の反射型液晶表示装置１００の例示の製造方法の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第１実施形態＞
添付の図面を参照しつつ、本発明に係る反射型液晶表示装置及びその製造方法の実施形態について説明する。図１を用いて本実施形態に係る反射型液晶表示装置１００の構造の一例を説明する。図１は反射型液晶表示装置１００の１画素分の構造を示す断面図である。図１に示す画素が複数個アレイ上に配置されることで、反射型液晶表示装置１００全体が形成される。反射型液晶表示装置１００は、画素基板１０１及び対向基板１０３並びに画素基板１０１と対向基板１０３とに挟まれた液晶１０２を備える。反射型液晶表示装置１００の外部からの入射光は対向基板１０３と液晶１０２とを透過した後、画素基板１０１内の反射電極１２２で反射する。対向基板１０３内の透明電極１２４と画素基板１０１内の反射電極１２２との間に電圧を印加すると液晶１０２の液晶分子の配向状態が変化し、反射光の強度が変化する。反射電極１２２は画素ごとに独立して電位を保持することができ、それによって画像が表示される。
【００１１】
引き続き図１を用いて、画素基板１０１の構造について詳細に説明する。ＭＯＳトランジスタや蓄積保持容量などの回路素子が形成されたシリコン基板１０４の上に、絶縁層１０７を挟んで配線層１０９が形成されている。図１には素子分離膜として機能するシリコン酸化膜１０５と多結晶シリコン電極１０６とが図示されており、回路素子の詳細な構成は図示されていない。多結晶シリコン電極１０６はＭＯＳトランジスタのゲート電極及び容量素子として機能する。配線層１０９と回路素子とは絶縁層１０７に形成されたプラグ１０８により接続されている。配線層１０９の上に絶縁層１１０を挟んで金属層１１２（第１金属層）が形成されており、金属層１１２と配線層１０９とはプラグ１１１により接続されている。金属層１１２の上には、絶縁層１１３（第１絶縁層）と絶縁層１１６（第２絶縁層）とを挟んで金属層１１７（第２金属層）が形成されている。絶縁層１１３には金属部１１４とプラグ１１５（第１プラグ）とが形成されている。金属部１１４の上面の高さとプラグ１１５の上面の高さとは一致する。金属層１１７の上に絶縁層１１９（第３絶縁層）を挟んで反射電極１２２が形成されている。絶縁層１１６及び絶縁層１１９にはプラグ１２１（第２プラグ）が形成されている。
【００１２】
金属層１１２と反射電極１２２とはプラグ１１５及びプラグ１２１を介して電気的に接続されている。すなわち、金属層１１２と反射電極１２２とを接続するプラグは積層構造を有する。金属層１１７には開口部１１８が形成されており、プラグ１２１は開口部１１８を通って反射電極１２２とプラグ１１５とを接続する。シリコン基板１０４に形成された回路素子と反射電極１２２とは、配線層１０９、金属層１１２、プラグ１０８、１１１、１１５、１２１を介して電気的に接続されている。金属部１１４と金属層１１７とは絶縁層１１６により絶縁されるため、隣接する画素の反射電極１２２同士は電気的に接続されない。
【００１３】
金属層１１２、１１７及び金属部１１４はいずれもアルミニウム、タングステン、銅、チタンなど光の透過率が低い金属を含んでおり遮光性を有する。金属層１１２、１１７は十分な遮光性が発揮される厚さで形成されており、例えば１００ｎｍ以上の厚さである。そのため、反射電極１２２の隙間から進入した入射光の一部は金属層１１７により遮光される。金属層１１７の開口部１１８から侵入した入射光は金属層１１２と金属部１１４により遮光される。これにより、シリコン基板１０４に形成された回路素子に入射光が到達するのを防止する。金属層１１２、１１７は、絶縁層との密着性を向上させるためやフォトリソグラフィのハレーションを抑制するために窒化チタンなどとの積層であってもよい。
【００１４】
図２は図１に示した反射型液晶表示装置１００の断面の一部を拡大して鳥瞰図で示した図である。図２では見易さのために絶縁層１１０、１１３、１１６、１１９を省略する。図２に示されるように、金属部１１４はプラグ１１５を全周的に取り囲む壁状部材として形成されている。
【００１５】
図３を用いて本実施形態に係る反射型液晶表示装置１００の製造方法の一例を説明する。図３（ａ）に示されるように、ｐ型のシリコン基板１０４に対してイオン注入と熱拡散とを行ってウェル領域を形成する。次に、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）法によって、シリコン基板１０４のうちの回路素子領域以外の領域を熱酸化して約８８０ｎｍのシリコン酸化膜１０５を形成する。シリコン酸化膜１０５は素子分離膜として機能する。シリコン基板１０４にＭＯＳトランジスタのしきい値制御のためのイオンを注入した後、チャンネルとゲート電極とを分離するための５５ｍｎの酸化膜を形成する。次に、ＭＯＳトランジスタのゲート電極と蓄積保持容量の電極（不図示）として機能する３３０ｎｍの厚さの多結晶シリコン電極１０６を形成する。さらに、シリコン基板１０４に対するイオン注入によりライトドープドレイン領域、ソース領域及びドレイン領域を形成する。
【００１６】
続いて、図３（ｂ）に示されるように、例えばプラズマＣＶＤ法などを用いて酸化シリコン膜を成膜し、化学機械研磨（ＣＭＰ）による平坦化を行って、９９０ｎｍの絶縁層１０７を形成する。この絶縁層１０７にホールを開口し、例えばタングステンを埋め込んでプラグ１０８を形成する。次に絶縁層１０７の上に例えばスパッタリング法を用いて配線層１０９を形成する。配線層１０９の上に酸化シリコン膜を成膜し、ＣＭＰによる平坦化を行って絶縁層１１０を形成する。絶縁層１１０にスルーホールを開口し、例えばタングステンを埋め込んでプラグ１１１を形成する。
【００１７】
続いて、図３（ｃ）に示されるように、例えば酸化チタン、チタン、アルミニウムから成る積層膜である金属層１１２をスパッタリング法で８００ｎｍの厚さに成膜し、パターニングする。続いて、図３（ｄ）に示されるように、例えばプラズマＣＶＤ法などを用いて、金属層１１２の上に酸化シリコン膜を成膜し、例えばＣＭＰによる平坦化を行って絶縁層１１３を形成する。金属層１１２と金属層１１７との間に生じる寄生容量の影響を軽減させるために、絶縁層１１３の厚さは例えば４００ｎｍ以上とし、本実施形態では１０００ｎｍとする。絶縁層１１３に対してリゾグラフィ法とエッチングとを用いてパターニングを行って、スルーホール１２６（第１スルーホール）及び開口部１２７を形成する。その上に金属膜であるタングステン膜を成膜し、ＣＭＰによって絶縁層１１３の上面が露出するまでタングステン層を平坦化する。それにより、絶縁層１１３には、開口部１２７に埋め込まれた金属部１１４とスルーホール１２６に埋め込まれたプラグ１１５とが形成される。
【００１８】
続いて、図３（ｅ）に示されるように、絶縁層１１３の上に酸化シリコン膜を成膜して絶縁層１１６を形成する。絶縁層１１６の厚さは、金属層１１２と金属層１１７との間に印加される電圧の大きさにより定まる下限値と、遮光性を確保するための上限値とにより決定され、例えば１００ｎｍとする。反射型液晶表示装置１００で用いられる光の波長は４００ｎｍから８００ｎｍ程度であるため、１００ｎｍの膜厚の絶縁層１１６であれば入射光の侵入を十分に抑制できる。このように、絶縁層１１６の膜厚は絶縁層１１３の膜厚よりも薄く形成されている。
【００１９】
続いて、図３（ｆ）に示されるように、例えば酸化チタン、チタンから成る金属層１１７を形成し、開口部１１８を有するようにパターニングする。続いて、図３（ｇ）に示されるように、金属層１１７の上に酸化シリコン膜を成膜し、ＣＭＰによる平坦化を行って、例えば３５０ｎｍの絶縁層１１９を形成する。積層している絶縁層１１６及び絶縁層１１９に対してフォトリソグラフィとエッチングとを用いて、プラグ１１１の上面を露出させるスルーホール１２０（第２スルーホール）を形成する。スルーホール１２０は金属層１１７の開口部１１８を通る。
【００２０】
続いて、図３（ｈ）に示すように、スルーホール１２０に例えばタングステンを埋め込んでプラグ１２１を形成する。次に、スパッタリング、フォトリソグラフィ、エッチングにより反射電極１２２を形成する。以上により、画素基板１０１が製造される。その後、透明基板１２５の全面にＩＴＯ（IndiumTinOxide）などを蒸着させて透明電極１２４を形成することによって対向基板１０３を製造し、画素基板１０１に対向する位置に例えば６μｍの間隔でスペーサーにより固定する。最後に画素基板１０１と対向基板１０３との周囲をシール材で封止し、画素基板１０１と対向基板１０３の間に液晶１０２を注入する。以上により、図１に示した反射型液晶表示装置１００が製造される。
【００２１】
本実施形態の製造方法では、金属部１１４とプラグ１１５とが同一工程で形成されるため、工程の簡略化が可能になる。さらに、金属部１１４と金属層１１７との間隔は絶縁層１１６の膜厚により定まる。絶縁層１１６をプラズマＣＶＤ法などの成膜によって形成することにより、フォトリソグラフィやＣＭＰやエッチングによって形成するよりも、簡便で制御性よく絶縁層１１６を形成できる。絶縁層１１６の膜厚を薄く形成することにより、遮光効果を高めることが可能になる。その結果、本実施形態に係る反射型液晶表示装置１００は高解像、高輝度で使用した場合の画像の品質低下が軽減される。
【００２２】
金属部１１４の形状や配置は金属層１１７の開口部１１８からの入射光を遮光できればどのようなものであってもかまわない。図４を用いて金属部１１４の変形例を説明する。図４（ａ）〜（ｄ）において、１点破線４０１は金属層１１２の輪郭を表し、破線４０２は金属層１１７の輪郭を表す。すなわち、破線４０２の内側が開口部１１８に対応する。いずれの図も反射型液晶表示装置１００を上面から見た場合の金属部の配置を示す。図４（ａ）は上述の金属部１１４の配置を示し、金属部１１４はプラグ１１５を全周的に取り囲んだ壁状部材である。金属部１１４は開口部１１８の外側に配置されている。図４（ｂ）に示す金属部４０３は開口部１１８の外周の直下に配置されている。図４（ｃ）に示す金属部４０４のように、複数（図では二つ）の壁状部材でプラグ１１５を多重に取り囲んでもよい。また、図４（ｄ）に示すように、金属部４０５はプラグ１１５を取り囲む複数の柱状部材であってもよい。この場合には、複数の列の柱状部材で多重にプラグ１１５を取り囲んでもよく、さらに各列でピッチをずらして柱状部材を配置してもよい。
【００２３】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、反射電極１２２と金属層１１２とを接続するプラグはプラグ１１５及びプラグ１２１の積層構造を有していた。本実施形態では反射電極１２２と金属層１１２とを接続するプラグが単層構造となる場合を説明する。本実施形態の反射型液晶表示装置の構造は、プラグ１１５及びプラグ１２１が一体として形成される点以外は第１実施形態の反射型液晶表示装置１００の構造と同様である。
【００２４】
図５を用いて本実施形態に係る反射型液晶表示装置の製造方法を説明する。絶縁層１１３を形成するまでの手順は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。図５（ａ）に示されるように、絶縁層１１３に対してリゾグラフィ法とエッチングとを用いてパターニングを行って、開口部１２７を形成する。第１実施形態とは異なりスルーホールはこの時点では形成しない。その上にタングステン膜を成膜し、ＣＭＰによって絶縁層１１３の上面が露出するまでタングステン層を平坦化する。それにより、絶縁層１１３には、開口部１２７に埋め込まれた金属部１１４が形成される。
【００２５】
続いて、図５（ｂ）に示されるように、絶縁層１１３の上に酸化シリコン膜を成膜して絶縁層１１６を形成する。絶縁層１１６の厚さは第１実施形態と同様に例えば１００ｎｍとする。続いて、図５（ｃ）に示されるように、例えば酸化チタン、チタンから成る金属層１１７を形成し、開口部１１８を有するようにパターニングする。続いて、図５（ｄ）に示されるように、金属層１１７の上に酸化シリコン膜を成膜し、ＣＭＰによる平坦化を行って、例えば３５０ｎｍの絶縁層１１９を形成する。積層している絶縁層１１３、絶縁層１１６及び絶縁層１１９に対してフォトリソグラフィとエッチングとを用いて、金属層１１２の上面を露出させるスルーホール５０１を形成する。スルーホール５０１は金属層１１７の開口部１１８を通る。次に、スルーホール５０１に例えばタングステンを埋め込んでプラグを形成する。これ以降の手順は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００２６】
本実施形態の製造方法では、スルーホール５０１を形成するためには金属層１１２の上面を露出させればよいため、アライメントが容易になる。また、第１実施形態と同様に、簡便で制御性よく絶縁層１１６を形成できる。本実施形態でも第１実施形態で説明した変形例を適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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