(57)【要約】【課題】ライトバルブの小型化及びこれに伴う光照射密度の上昇により生ずる基板内散乱不要光を、ＴＦＴから遮断することを目的とする。【解決手段】各画素電極ＰＥは、入射した光を薄膜トランジスタＴＦＴによる駆動に応じて変調し且つ変調した光を出射する開口を有する。各薄膜トランジスタＴＦＴは、半導体薄膜ＳＬからなる活性層と、この活性層に上下から重なる多層の絶縁膜１〜５とを有する。この多層の絶縁膜１〜５は、半導体薄膜ＳＬに接して導光性のある内側絶縁膜２，３とこれに重なる外側絶縁膜１，４とを含む。内側絶縁膜２，３は、その導光性を抑えるため外側絶縁膜１，４に比べて屈折率が小さく設定されており、内側絶縁膜２，３を通って半導体薄膜ＳＬに導光される不要な光の量を抑制する。【選択図】図４
2005321670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状の画素を形成するための基板と、各画素を駆動するために該基板に形成された薄膜トランジスタとからなり、
各画素は、入射した光を該薄膜トランジスタによる駆動に応じて変調し且つ変調した光を出射する開口を有し、
各薄膜トランジスタは、半導体薄膜からなる活性層と、該活性層に上下から重なる多層の絶縁膜とを有する薄膜半導体装置において、
前記多層の絶縁膜は、該半導体薄膜に接する内側絶縁膜とこれに重なる外側絶縁膜とを含み、
前記内側絶縁膜は、該外側絶縁膜に比べて屈折率が小さく設定されていることを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項２】
前記多層の絶縁膜は、該半導体薄膜の上面に接する内側絶縁膜と該半導体薄膜の下面に接する内側絶縁膜とを含み、両方の内側絶縁膜がともに外側絶縁膜に比べて屈折率が小さく設定されていることを特徴とする請求項１記載の薄膜半導体装置。
【請求項３】
該半導体薄膜の上面に接する内側絶縁膜と該半導体薄膜の下面に接する内側絶縁膜は、同じ屈折率を有することを特徴とする請求項２記載の薄膜半導体装置。
【請求項４】
前記内側絶縁膜及び外側絶縁膜はともに透明酸化膜からなり且つ少なくとも片方はドーパントを含有しており、該ドーパントの濃度を制御して内側絶縁膜の屈折率を外側絶縁膜に比べて小さくしたことを特徴とする請求項１記載の薄膜半導体装置。
【請求項５】
前記ドーパントは、Ｐ，Ｂ，Ａｓ，Ｇｅ，Ａｌ及びＦから選択されることを特徴とする請求項４記載の薄膜半導体装置。
【請求項６】
マトリクス状の画素を形成するための基板と、各画素を駆動するために該基板に形成された薄膜トランジスタとからなり、
各画素は、入射した光を該薄膜トランジスタによる駆動に応じて変調し且つ変調した光を出射する開口を有し、
各薄膜トランジスタは、半導体薄膜からなる活性層と、該活性層に上下から重なる積層絶縁膜とを有する薄膜半導体装置において、
前記積層絶縁膜は、各画素の開口に対応する領域に延在しており且つこの部分に屈折率を調整するためのドーパントが注入されており、
前記ドーパントは該積層絶縁膜の垂直方向に濃度分布を有しており、これにより前記積層絶縁膜は該活性層を境にした界面近傍がもっとも屈折率が低いことを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項７】
マトリクス状の画素を形成するための基板と、各画素を駆動するために該基板に形成された薄膜トランジスタとからなり、
各画素は、入射した光を該薄膜トランジスタによる駆動に応じて変調し且つ変調した光を出射する開口領域と、これ以外の非開口領域とを有し、
各薄膜トランジスタは、半導体薄膜からなる活性層と、該活性層に上下から重なる積層絶縁膜とを有し、
各薄膜トランジスタは各画素の非開口領域に位置し、該積層絶縁膜は非開口領域と開口領域の両方に亘って延在している薄膜半導体装置において、
前記積層絶縁膜は屈折率に水平分布を有しており、該開口領域に位置する部分が該非開口領域に位置する部分に比べて屈折率が高いことを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項８】
前記積層絶縁膜は、屈折率を調整するためのドーパントが開口領域に位置する部分及び非開口領域に位置する部分の片方に注入されており、以って該開口領域に位置する部分が該非開口領域に位置する部分に比べて高い屈折率を有することを特徴とする請求項７記載の薄膜半導体装置。
【請求項９】
マトリクス状の画素電極及び各画素電極を駆動するための薄膜トランジスタが形成された一方の基板と、対向電極が形成された他方の基板と、所定の間隙を介して互いに接合した両基板に保持された液晶とからなり、画素電極と対向電極と両者の間に位置する液晶とで画素を構成し、
各画素は、入射した光を変調し且つ変調した光を出射する開口を有し、
各薄膜トランジスタは、半導体薄膜からなる活性層と、該活性層に上下から重なる多層の絶縁膜とを有する液晶表示装置において、
前記多層の絶縁膜は、該半導体薄膜に接する内側絶縁膜とこれに重なる外側絶縁膜とを含み、
前記内側絶縁膜は、該外側絶縁膜に比べて屈折率が小さく設定されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】
マトリクス状の画素電極及び各画素電極を駆動するための薄膜トランジスタが形成された一方の基板と、対向電極が形成された他方の基板と、所定の間隙を介して互いに接合した両基板に保持された液晶とからなり、画素電極と対向電極と両者の間に位置する液晶とで画素を構成し、
各画素は、入射した光を変調し且つ変調した光を出射する開口を有し、
各薄膜トランジスタは、半導体薄膜からなる活性層と、該活性層に上下から重なる積層絶縁膜とを有する液晶表示装置において、
前記積層絶縁膜は、各画素の開口に対応する領域に延在しており且つこの部分に屈折率を調整するためのドーパントが注入されており、
前記ドーパントは該積層絶縁膜の垂直方向に濃度分布を有しており、これにより前記積層絶縁膜は該活性層を境にした界面近傍がもっとも屈折率が低いことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１１】
マトリクス状の画素電極及び各画素電極を駆動するための薄膜トランジスタが形成された一方の基板と、対向電極が形成された他方の基板と、所定の間隙を介して互いに接合した両基板に保持された液晶とからなり、画素電極と対向電極と両者の間に位置する液晶とで画素を構成し、
各画素は、入射した光を変調し且つ変調した光を出射する開口領域と、これ以外の非開口領域とを有し、
各薄膜トランジスタは、半導体薄膜からなる活性層と、該活性層に上下から重なる積層絶縁膜とを有し、
各薄膜トランジスタは各画素の非開口領域に位置し、該積層絶縁膜は非開口領域と開口領域の両方に亘って延在している液晶表示装置において、
前記積層絶縁膜は屈折率に水平分布を有しており、該開口領域に位置する部分が該非開口領域に位置する部分に比べて屈折率が高いことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１２】
光源と、表示パネルと、拡大投射光学系とを光軸に沿って順に配置した画像プロジェクタ装置において、
前記表示パネルは、マトリクス状の画素を形成するための基板と、各画素を駆動するために該基板に形成された薄膜トランジスタとからなり、
各画素は、該光源から入射した光を該薄膜トランジスタによる駆動に応じて変調し且つ変調した光を該拡大投射光学系に出射する開口を有し、
各薄膜トランジスタは、半導体薄膜からなる活性層と、該活性層に上下から重なる多層の絶縁膜とを有し、
前記多層の絶縁膜は、該半導体薄膜に接する内側絶縁膜とこれに重なる外側絶縁膜とを含み、
前記内側絶縁膜は、該外側絶縁膜に比べて屈折率が小さく設定されていることを特徴とする画像プロジェクタ装置。
【請求項１３】
光源と、表示パネルと、拡大投射光学系とを光軸に沿って順に配置した画像プロジェクタ装置において、
前記表示パネルは、マトリクス状の画素を形成するための基板と、各画素を駆動するために該基板に形成された薄膜トランジスタとからなり、
各画素は、該光源から入射した光を該薄膜トランジスタによる駆動に応じて変調し且つ変調した光を該拡大投射光学系に出射する開口を有し、
各薄膜トランジスタは、半導体薄膜からなる活性層と、該活性層に上下から重なる積層絶縁膜とを有し、
前記積層絶縁膜は、各画素の開口に対応する領域に延在しており且つこの部分に屈折率を調整するためのドーパントが注入されており、
前記ドーパントは該積層絶縁膜の垂直方向に濃度分布を有しており、これにより前記積層絶縁膜は該活性層を境にした界面近傍がもっとも屈折率が低いことを特徴とする画像プロジェクタ装置。
【請求項１４】
光源と、表示パネルと、拡大投射光学系とを光軸に沿って順に配置した画像プロジェクタ装置において、
前記表示パネルは、マトリクス状の画素を形成するための基板と、各画素を駆動するために該基板に形成された薄膜トランジスタとからなり、
各画素は、該光源から入射した光を該薄膜トランジスタによる駆動に応じて変調し且つ変調した光を該拡大投射光学系に出射する開口領域と、これ以外の非開口領域とを有し、
各薄膜トランジスタは、半導体薄膜からなる活性層と、該活性層に上下から重なる積層絶縁膜とを有し、
各薄膜トランジスタは各画素の非開口領域に位置し、該積層絶縁膜は非開口領域と開口領域の両方に亘って延在しており、
前記積層絶縁膜は屈折率に水平分布を有しており、該開口領域に位置する部分が該非開口領域に位置する部分に比べて屈折率が高いことを特徴とする画像プロジェクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜半導体装置、これを基板に用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置及びこれをライトバルブに用いた画像プロジェクタ装置に関する。より詳しくは、基板に形成された薄膜トランジスタを外光から遮断もしくは遮蔽する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＣＤ、ＤＭＤ、ＬＣＯＳなどアクティブマトリクス型のライトバルブを用いたプロジェクタの開発が盛んである。今後、これらの画像プロジェクタ装置では、一層の高輝度化、高精細化、高画質化及び低価格化が進むと考えられている。高精細化は、パーソナルコンピュータ用モニタのＳＸＧＡ化対応、医療用機器のモニタのＱＸＧＡクラスへの応用、及び大画面デバイスとしてフルＨＤクラスのディスプレイなどに必要になると考えられている。又、データプロジェクタ、ホームプロジェクタ、リアプロジェクタなどにおいては、低コスト化の要求が一段と強まるものと予想される。この為ライトバルブの小型化が必然的に要求されることになる。これはとりもなおさず、パネル画素構造の微細化及び高精細化の要求となっている。
【０００３】
例えば、透過型液晶ディスプレイにおいては、ＸＧＡクラスのパネルサイズを例に挙げると、これまで１．３インチから０．９インチ、０．７インチ、０．５インチへと段階を追って縮小している。これに伴って、画素ピッチは２３μｍ、１８μｍ、１４μｍ、１１μｍと縮小してきている。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に限らずＬＣＯＳ及びＤＬＰやＤＭＤにおいても同様な傾向にある。
【特許文献１】特開２０００−２９８２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したライトバルブの高精細化及び微細化が進むと、従来通りの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の設計思想では対処しきれず様々な不具合が顕在化している。例えば、プロジェクタ用のパネルが小型になっても投影画面の明るさを一定に維持する為には、パネルに対する光照射密度を上げる必要がある。光強度が高くなると、駆動時にライトバルブの温度が上昇し正常な動作を妨げる恐れがある。又、光強度の上昇に伴い、パネル内で散乱及び反射する不要光が増加し、画面コントラストの低下をもたらす。更には、基板を水平拡散した不要光が薄膜トランジスタなど半導体素子の活性層に侵入し、デバイスの光リーク特性悪化をもたらしている。これらは直接的にディスプレイの画質に悪影響を与える為、小型化及び高精細化を進める上で解決すべき重要な課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明はＬＣＤプロジェクタなどに用いるアクティブマトリクス型ライトバルブにおいて、光リークを低減可能なＴＦＴ構造を提供することを目的とする。特に、ライトバルブの小型化及びこれに伴う光照射密度の上昇により生ずる基板内散乱不要光を、ＴＦＴから遮断することを目的とする。更に具体的には、ＴＦＴに対する基板内散乱不要光の侵入経路を取り除くことを目的とする。係る目的を達成する為に以下の手段を講じた。即ち、マトリクス状の画素を形成するための基板と、各画素を駆動するために該基板に形成された薄膜トランジスタとからなり、各画素は、入射した光を該薄膜トランジスタによる駆動に応じて変調し且つ変調した光を出射する開口を有し、各薄膜トランジスタは、半導体薄膜からなる活性層と、該活性層に上下から重なる多層の絶縁膜とを有する薄膜半導体装置において、前記多層の絶縁膜は、該半導体薄膜に接して導光性のある内側絶縁膜とこれに重なる外側絶縁膜とを含み、前記内側絶縁膜は、その導光性を抑えるため該外側絶縁膜に比べて屈折率が小さく設定されており、該内側絶縁膜を通って該半導体薄膜に導光される不要な光の量を抑制することを特徴とする。
好ましくは、前記多層の絶縁膜は、該半導体薄膜の上面に接して導光性を有する内側絶縁膜と該半導体薄膜の下面に接して導光性を有する内側絶縁膜とを含み、両方の内側絶縁膜がともに導光性を抑えるため外側絶縁膜に比べて屈折率が小さく設定されている。又、該半導体薄膜の上面に接する内側絶縁膜と該半導体薄膜の下面に接する内側絶縁膜は、同じ屈折率を有する。又、前記内側絶縁膜及び外側絶縁膜はともに透明酸化膜からなり且つ少なくとも片方はドーパントを含有しており、該ドーパントの濃度を制御して内側絶縁膜の屈折率を外側絶縁膜に比べて小さくする。前記ドーパントは、Ｐ，Ｂ，Ａｓ，Ｇｅ，Ａｌ及びＦから選択される。
【０００６】
本発明は又、マトリクス状の画素を形成するための基板と、各画素を駆動するために該基板に形成された薄膜トランジスタとからなり、各画素は、入射した光を該薄膜トランジスタによる駆動に応じて変調し且つ変調した光を出射する開口を有し、各薄膜トランジスタは、半導体薄膜からなる活性層と、該活性層に上下から重なる積層絶縁膜とを有する薄膜半導体装置において、前記積層絶縁膜は、各画素の開口に対応する領域に延在しており且つこの部分に屈折率を調整するためのドーパントが注入されており、前記ドーパントは該積層絶縁膜の垂直方向に濃度分布を有しており、これにより前記積層絶縁膜は該活性層を境にした界面近傍がもっとも屈折率が低く、以って各開口から該積層絶縁膜を通って該半導体薄膜に導かれる不要な光の量を抑制することを特徴とする。
【０００７】
本発明は更に、マトリクス状の画素を形成するための基板と、各画素を駆動するために該基板に形成された薄膜トランジスタとからなり、各画素は、入射した光を該薄膜トランジスタによる駆動に応じて変調し且つ変調した光を出射する開口領域と、これ以外の非開口領域とを有し、各薄膜トランジスタは、半導体薄膜からなる活性層と、該活性層に上下から重なる積層絶縁膜とを有し、各薄膜トランジスタは各画素の非開口領域に位置し、該積層絶縁膜は非開口領域と開口領域の両方に亘って延在している薄膜半導体装置において、前記積層絶縁膜は屈折率に水平分布を有しており、該開口領域に位置する部分が該非開口領域に位置する部分に比べて屈折率が高く、以って開口領域に入射した光が非開口領域に拡散することを抑制することを特徴とする。
好ましくは、前記積層絶縁膜は、屈折率を調整するためのドーパントが開口領域に位置する部分及び非開口領域に位置する部分の片方に注入されており、以って該開口領域に位置する部分が該非開口領域に位置する部分に比べて高い屈折率を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は基板内不要光の侵入経路として、薄膜トランジスタの活性層を上下から挟む多層の層間絶縁膜に着目したものである。一般に、層間絶縁膜は別々の異なる材料を重ねた積層構造を有し、界面における全反射を伴った導光効果（本明細書ではこれを光ファイバ効果と呼ぶ場合がある）を呈し、ＴＦＴに対する不要光の侵入経路となり得る。そこで本発明は、ＴＦＴに接する内側層間絶縁膜の屈折率を、更にその外側の層間絶縁膜の屈折率より低くなる様に構成することにより、光ファイバ効果を取り除いている。これにより、基板の水平方向に拡散した不要光が、ＴＦＴに伝搬しない様図っている。例えば積層の層間絶縁膜にＰ，Ｂ，Ａｓ，Ｇｅ，Ａｌ，Ｆなどのドーパントを選択的に注入することで、各層間絶縁膜の屈折率を制御し、以ってＴＦＴ活性層に対する導光経路を取り除き、光リークを低減するものである。係る基本的な発明概念は画素をマトリクス配置した二次元構造に適用される。マトリクス状に配列した画素アレイに含まれる積層絶縁膜の垂直方向屈折率分布及び水平方向屈折率分布を制御することで、ＴＦＴに対する光リークを低減している。本発明をプロジェクタに応用した場合、光ファイバ効果によるＴＦＴへの不要光の伝搬が減少し、不要光あるいは迷光によるＴＦＴの光リーク故障が激減する。この結果、小型化に対応しつつ高精細、高画質及び高輝度のプロジェクタを実現できる。入射光量が増加しても、光リーク低減可能であり、コントラストの増加、フリッカの防止が、達成できる。更に光リークに起因する画素の輝点欠陥を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は画像プロジェクタ装置の光学系の模式図である。図示する様に、画像プロジェクタ装置は、光源ランプ１０１、第１フライアイレンズ１０２、第２フライアイレンズ１０３、ＰＳ分離合成素子１０４、コンデンサレンズ１０５、ＲＧＢ色分離フィルタ１０６（Ｂ反射）及び１０７（Ｇ反射／Ｒ透過）、ミラー１０８、フィールドレンズ１０９、リレーレンズ１１０及び１１１、ダイクロイックプリズム１１２、ライトバルブ１１４、投射レンズ１１６より構成され、スクリーン１１７に拡大像を投影する。本実施形態では、ライトバルブ１１４は前後を偏光板１１３，１１５で挟まれた液晶表示パネルで構成されている。
【００１０】
図２は、図１に示した表示パネルの主要部を示す模式的な断面図である。表示パネルは基本的に薄膜半導体装置であり、マトリクス状の画素を形成する為の基板Ｂと、各画素を駆動する為に基板Ｂに形成された薄膜トランジスタＴＦＴとからなる。各画素は画素電極ＰＥにより形成されるものであって、入射した光を薄膜トランジスタＴＦＴによる駆動に応じて変調し且つ変調した光を出射する開口を有する。画素電極ＰＥはＩＴＯなどの透明導電膜からなり、ほぼ全域が開口を構成している。薄膜トランジスタＴＦＴは、ポリシリコンなどの半導体薄膜ＳＬからなる活性層と、活性層に上下から重なる多層の絶縁膜１〜５とを有する。
【００１１】
引続き図２を参照して薄膜半導体装置の具体的な構成を説明する。基板Ｂは石英もしくはガラスなどの透明板材料からなり、その表面は二層の層間絶縁膜１，２で覆われている。本実施形態では層間絶縁膜１，２はＳｉＯ２からなり、バッファ層として機能する。層間絶縁膜１，２の間にＷＳｉなどからなる遮光層７が形成されている。層間絶縁膜２の上にはポリシリコンからなる半導体薄膜ＳＬが形成されている。その上にはゲート絶縁膜９を介してゲート電極１０が形成されており、いわゆるＴＦＴを構成している。ゲート絶縁膜９は例えば熱酸化膜からなり、ゲート電極１０は例えばポリシリコンにリンをドープして低抵抗化した電極材料である。基板ＢにはＴＦＴに加え補助容量ＣＳも形成されている。補助容量ＣＳは半導体薄膜ＳＬを一方の電極とし、熱酸化膜９ａを介してその上に重ねられたリンドープポリシリコン１０ａを他方の電極とする。ＴＦＴ及びＣＳは層間絶縁膜３により被覆されており、その上にソース電極１１及びドレイン電極１２が金属アルミニウムなどで形成されている。ソース電極１１は信号配線に接続されている。ソース電極１１及びドレイン電極１２は層間絶縁膜４により被覆されており、その上に金属チタンなどからなるブラックマスク１３が形成されている。ブラックマスク１３は層間絶縁膜５により被覆されており、その上に前述した画素電極ＰＥが形成されている。画素電極ＰＥはブラックマスク１３を介してドレイン電極１２に電気接続している。層間絶縁膜３，４，５はＳｉＯ２などの透明酸化膜で形成されている。最上層の層間絶縁膜５は平坦化層として機能し、ＴＦＴやＣＳの凹凸を埋め平坦化された表面に画素電極ＰＥが形成される。
【００１２】
図３は、液晶表示パネルの全体構成を示す模式的な部分断面図である。図示する様に、液晶表示パネルは、マトリクス状の画素電極ＰＥ及び各画素電極ＰＥを駆動する為の薄膜トランジスタＴＦＴが形成された一方の基板Ｂと、対向電極２１が形成された他方の基板２０と、所定の間隙を介して互いに接合した両基板Ｂ，２０に保持された液晶３０とからなり、画素電極ＰＥと対向電極２１と両者の間に位置する液晶３０とで画素を構成している。図２を参照して詳細に説明した様に、一方の基板Ｂは薄膜半導体装置となっており、ＴＦＴやＣＳが集積形成されている。これに対向する基板２０は石英、ガラス、ネオセラムなどからなり透明である。この対向基板２０の内表面に形成された対向電極２１もＩＴＯなどの透明導電膜からなる。
【００１３】
図３は代表的な導光路（１）〜（４）を描いてある。このうち導光路（１）が本来のものであり、プロジェクタの光源から対向基板２０を介して入射した光がパネルの画素で変調され、基板Ｂ側から出射されていく。その他の導光路（２）、（３）及び（４）は表示に寄与しない光を導くものであり、迷光の発生原因となりうる。導光路（２）は入射した光が直接ブラックマスク１３で反射される場合である。導光路（３）は入射した光がアルミニウム電極１１の端部で反射され、層間絶縁膜２，３を伝搬して水平方向に拡散する場合を表わしている。導光路（４）は、基板Ｂの裏面で一部反射した光が遮光膜７で遮断される場合を表わしている。
【００１４】
４つの導光路のうち、ＴＦＴの光リークの原因としては、導光路（２）及び（４）が従来主たるものであった。今ではこれらの迷光はＴＦＴを金属などの遮光層７，１３で上下から挟むことにより対応可能である。しかしながら、プロジェクタ光学系の高輝度化の更なる進展あるいはパネル画素ピッチ小型化に伴う光密度の上昇を考えると、今後益々導光路（３）を介して層間絶縁膜内を水平方向に伝搬する光によるＴＦＴのリーク欠陥が増加し、従来以上に顕在化した課題になると予想される。尚、図３では代表的な導光路（１）〜（４）を示したが、実際の系では更に各層界面での表面ラフネスによる反射ばらつきや基板ガラスの端面その他の光学系などから侵入する不要光が様々な角度でＴＦＴに入射し、リーク欠陥の原因となることが予想される。係る迷光の影響はプロジェクタの高輝度化に伴い益々強くなると予想される。
【００１５】
一般的にＴＦＴ構造に含まれる層間絶縁膜としては、特に透過型ＬＣＤの場合、透明性や絶縁性などを考慮して、半導体プロセスで使用されたＳｉＯ２系の絶縁膜が多用されている。中でも、熱フローや平坦性などを考慮して、ＰＳＧ（ＳｉＯ２からなるシリカガラス（ＳＧ）にリン（Ｐ）をドープしたもの）やＢＰＳＧ（シリカガラスＳＧにボロンＢ及びリンＰをドープしたもの）が多く用いられてきている。この点につき、具体的な構成例を図３によって説明する。図示する様に、ＴＦＴ基板Ｂには層間絶縁膜１〜５が積層されている。一番下の層間絶縁膜１は石英基板Ｂの表面などからの汚染を防止する為に形成されたものであり、バッファ層と呼ばれている。バッファ層としてはドーパントを含有したものより、ＳｉＯ２を用いる例が多い。製造プロセス上、バッファ層にドーパントを注入すると、水分などの吸着の影響あるいはドーパントの析出によるＴＦＴ活性層の汚染などの恐れがある。層間絶縁膜１の上に遮光層７を形成し、その上に層間絶縁膜２を形成する。層間絶縁膜２もバッファ層として機能する。更に層間絶縁膜２の上に半導体薄膜ＳＬを形成し、ＴＦＴやＣＳを作り込む。作り込んだＴＦＴ及びＣＳを層間絶縁膜３で被覆する。この層間絶縁膜３としてはＰＳＧ膜を用いる。Ｐのドープ量は例えば数重量％である。ここで半導体薄膜ＳＬに注入された不純物などの活性化や平坦化の為、１０００℃前後のアニールを行なう。層間絶縁膜３にコンタクトを形成し、その上に金属アルミニウムなどからなるソース電極１１やドレイン電極１２を形成する。これを層間絶縁膜４で被覆し、その上にブラックマスク層１３を形成する。層間絶縁膜４としてはＰＳＧ膜やＳｉＯ２膜を用いる。最後にブラックマスク層１３を層間絶縁膜５で被覆し、その上にＩＴＯなどからなる画素電極ＰＥを形成する。この時、層間絶縁膜５の表面をＣＭＰなどにより平坦化することもある。層間絶縁膜５としてはＡＰ−ＣＶＤあるいはＰ−ＣＶＤで形成されたＳｉＯ２が多用されている。この様にＴＦＴの活性層に直接的もしくは間接的に接触する層間絶縁膜１〜５は、ＮＳＧ（ドーパントを含有していないシリカガラスＳＧ）、ＰＳＧ、ＢＰＳＧが多いが、これは、ＣＶＤ法などで簡単に成膜でき且つＬＳＩ製造で実績があるからである。
【００１６】
例えば層間絶縁膜１及び２（バッファ層）として不純物を含有していないＳｉＯ２（ＮＳＧ）を用いる。次にＴＦＴを被覆する層間絶縁膜３として、Ｐ２Ｏ５換算で数重量％のドーパントを含有したＰＳＧを形成する。ＰＳＧはＮＳＧに比べて屈折率が高いことが知られている。更に、ＴＦＴの半導体薄膜ＳＬにイオン注入した不純物の活性化の為１０００℃程度のアニールを施すと、ＰＳＧからなる層間絶縁膜３は緻密化され、更に屈折率が上昇する。この緻密化された層間絶縁膜３の上に別の層間絶縁膜４を形成する。基本的にこの層間絶縁膜４は層間絶縁膜３と同じ組成のＰＳＧからなるが、アニールが加わっていないので緻密化されていない。従って、層間絶縁膜４の屈折率は層間絶縁膜３の屈折率よりは低い。従って、これらの屈折率分布は、あたかも層間絶縁膜３をコア層としてその上下を低屈折率の層間絶縁膜４，２で挟みクラッド層とした光ファイバと同じ構成になってしまう。依って、導光路（３）で示した様に、金属アルミニウム電極１１などの端部で反射した迷光がこの光ファイバ効果で水平拡散し、ＴＦＴの活性層に侵入する量が増えてくる。この光ファイバ効果による迷光の水平拡散は、ＴＦＴの活性層に接する層間絶縁膜３よりもその外側に位置する層間絶縁膜４の屈折率が低い為、層間絶縁膜３と層間絶縁膜４との間で全反射が生じることによる。この様な導光路（３）を通した迷光の水平拡散は、二次元的に見ても、アクティブマトリクスを形成している十数μｍピッチで形成されている画素の至る所で発生し、水平拡散してＴＦＴに侵入し光リークの原因となっている。
【００１７】
図４は、本発明に係る薄膜半導体装置の第１実施形態を示す模式的な断面図である。理解を容易にする為、図２に示した参考例に係る薄膜半導体装置と対応する部分には同じ参照番号を付してある。図示する様に、薄膜トランジスタＴＦＴは、半導体薄膜ＳＬからなる活性層と、この活性層に上下から重なる多層の絶縁膜１〜４とを有する。多層の絶縁膜は、半導体薄膜ＳＬに接して導光性のある内側絶縁膜２，３と、これに重なる外側絶縁膜１，４とを含む。内側絶縁膜２，３は、その導光性を抑える為外側絶縁膜１，４に比べて屈折率が小さく設定されており、内側絶縁膜２，３を通って半導体薄膜ＳＬに導光される不要な光の量を抑制している。
【００１８】
本実施形態では層間絶縁膜１〜４はいずれもＰＳＧからなり、リン濃度を調整することで、所望の垂直方向屈折率分布を得ている。各層間絶縁膜１〜４の組成、膜厚及び屈折率を以下の表１にまとめておく。なお、一般的にＰＳＧ濃度は以下のように表される。
［Ｐ２Ｏ５］ｍｏｌ％＝６０１０・Ｗ／（６２００−８１．９・Ｗ）［Ｗ］：ｗｔ％
例えば、４ｗｔ％＝４．０９ｍｏｌ％である。
又、２ｗｔ％＝１．９９ｍｏｌ％になる。
【表１】
2005321670.tif 000003
【００１９】
本実施形態はＴＦＴを取り囲む層間絶縁膜１〜４をＰＳＧ膜とし、そのリン濃度は内側の層間絶縁膜２，３が、外側の層間絶縁膜１，４に比べて低く、その結果屈折率が小さくなる様にしたものである。これらのＰＳＧ膜は、ＡＰ−ＣＶＤでＳｉＨ４及びＰＨ３ガスを用いて容易に成膜できる。両原料ガスの組成を変えることで、ＰＳＧのリン濃度を所望の値に制御できる。本実施形態では、ＴＦＴ基板Ｂは石英であり、最上層の絶縁膜５はＳｉＯ２としている。この様にすれば、ＴＦＴを含んだ導光路は形成されず、図３の導光路（３）で生じたファイバ効果はなくなる。本実施形態では単にＰＳＧの濃度を制御して光ファイバ効果を除いている。より実用的には、層間絶縁膜２，３はＰＳＧよりもＳｉＯ２の方が好ましい。なぜなら、この方が屈折率差が大きく、ファイバ効果抑止には好都合だからである。
【００２０】
又層間絶縁膜３をＳｉＯ２膜とし、層間絶縁膜２をＰＳＧとした場合でも、そのリン濃度が１重量％未満程度であれば所望の効果が得られる。必ずしも、ＴＦＴ活性層を挟む上下の絶縁膜２，３の屈折率は厳密に同じである必要はない。ＴＦＴ構造は多層膜から出来上がっているものであって、内側の絶縁膜と外側の絶縁膜との間の屈折率差が重要である。この屈折率差を設けることで、光ファイバ効果を抑制し、ＴＦＴに対する迷光の侵入を防ぐことができる。但し、層間絶縁膜３と層間絶縁膜２の屈折率差は、実際上少ない方が好ましい。
【００２１】
層間絶縁膜の材質としてＰＳＧやＳｉＯ２（ＮＳＧ）などの例を挙げたが、屈折率の差が光ファイバ効果が得られない様な構成になっておれば、絶縁膜の材質はこれに限るものではない。例えば、絶縁膜としてＢＰＳＧやＡｓＳＧなどを用いても構わない。因みに、図５は屈折率とドーパント濃度との関係を示すグラフである。シリカガラスＳＧに対するドーパントとしてＰ２Ｏ５、ＧｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３及びＴｉＯ２を用いた場合、ドープ量に比例してシリカガラスの屈折率は上昇する。逆にドーパントとしてＦあるいはＢ２Ｏ３を用いると、屈折率を低下させる方向に作用する。ここでシリカガラスの屈折率は、各種ドーパントの濃度に対する依存性を示しているが、実際にはこれに加え成膜方法やアニールなどの熱履歴などにより、屈折率は変動し得ることに注意しなければならない。しかしながら、同一成膜方法及び同一熱履歴の元では、ドープトＳｉＯ２の屈折率のドーパント濃度依存性は図５に示すグラフの傾向を維持する。従って、この傾向を利用することで、多層の層間絶縁膜の垂直方向屈折率分布を中間で低くし上下で高く制御することが可能である。光ファイバーの場合コアー／クラッド層の屈折率差△ｎは、０．０１の程度であるが、高精細高密度のＬＣＤにおいては、画素幅は１０μｍ程度であり、非常に短い距離であること、また入射光量が２０００万ｌｘ以上であるため、屈折率差が０．００１の程度であっても光リーク低減には十分効果がある。
【００２２】
ＳｉＯ２の成膜方法としては、ＡＰ−ＣＶＤ法やＰ−ＣＶＤ法が適当である。共に、１００℃〜５００℃程度で成膜され、原料ガスとしてはＳｉＨ４、ＧｅＨ４、ＢＨ３、ＰＨ３などを用いることができる。これらの無機原料気体に代えて、有機原料気体としてテトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシゲルマニウム、テトラメトキシゲルマニウム、トリエチルメボレート、トリメチルボレート、トリエチルフォスフェート、トリメチルフォスフェートなどを用いることができる。
【００２３】
図６は本発明の第２実施形態を表わしており、図４に示した第１実施形態と対応する部分には対応する参照番号を付してある。本実施形態は最下層の層間絶縁膜０及び上層の絶縁膜４をＰＳＧで形成する一方、中間の絶縁膜１〜３をＳｉＯ２で形成している。各絶縁膜の組成、膜厚及び屈折率を以下の表２に示す。屈折率分布は図６に示す様に、積層絶縁膜の中間で低く上下の両側で高くなっており、光ファイバ効果が現われない光学構成である。
【表２】
2005321670.tif 000004
【００２４】
図７は本発明の第３実施形態を示す模式的な部分断面図である。理解を容易にする為、先の実施形態と対応する部分には対応する参照番号を付してある。本実施形態は、層間絶縁膜２及び３がＳｉＯ２で形成され、層間絶縁膜４がＰＳＧで形成されている。各絶縁膜の組成、膜厚及び屈折率を以下の表３に示す。
【表３】
2005321670.tif 000005
【００２５】
本実施形態は半導体薄膜ＳＬの上面に接する層間絶縁膜３に比べ、その外側の層間絶縁膜４の屈折率が高くなっている。この様に、上下の少なくとも片方で光ファイバ効果を取り除くことにより、ＴＦＴの光リーク欠陥を抑制することが可能である。
【００２６】
シリカガラスに対するドーパントの導入は、ＣＶＤの他イオン注入法も利用できる。積層絶縁膜に対してドーパントをイオン注入することで、所望の屈折率分布を得ることができる。図８はその具体的な方法を示す模式的な平面図である。図示する様に、各画素の開口を残してレジストを形成する。レジストはＴＦＴやこれに接続した信号線１１を被覆している。又、基板に形成されたブラックマスク１３も被覆している。このレジストをマスクとして画素の開口のみにドーパントをイオン注入し、所望の屈折率分布を積層絶縁膜内に作り込むことが可能である。
【００２７】
図９は、上述したイオン注入法を示す模式的な部分断面図である。本実施形態ではドーパントとしてＦを用い、ブラックマスク１３を形成した後の段階で層間絶縁膜２，３，４の積層にＦを打ち込んでいる。本例ではＦの平均飛翔距離Ｒｐをバッファ層２と層間絶縁膜３の界面に設定して、Ｆイオンを注入している。そのドープ量は１０１５／ｃｍ２程度である。レジストをマスクとして開口のみにＦをイオン注入している。従ってＴＦＴにはダメージを加えることがない。イオン注入と同時にチャージアップを防ぐ目的でエレクトロンシャワーなどを併用してもよい。ＦをＳｉＯ２からなる層間絶縁膜２，３，４に打ち込んだ場合、屈折率が下がる。その際Ｒｐをバッファ層２と層間絶縁膜３の界面に設定することで、この部分のＦ濃度がピークとなる。逆に垂直方向の屈折率分布はこの界面で極小となる。これにより、光ファイバ効果は抑制される。
【００２８】
以上の様に本実施形態では各画素をあらかじめレジストで開口領域とこれ以外の非開口領域とに分けておく。ＴＦＴは半導体薄膜ＳＬからなる活性層と、この活性層に上下から重なる積層絶縁膜２，３，４とを有する。ＴＦＴは各画素の非開口領域に位置し、積層絶縁膜２，３，４は非開口領域と開口領域の両方に亘って延在している。特徴事項として、積層絶縁膜２，３，４は開口領域に延在する部分に屈折率を調整する為のドーパントが注入されている。このドーパントＦは積層絶縁膜２，３，４の垂直方向に濃度分布を有しており、これにより積層絶縁膜２，３，４は活性層を境にした界面近傍が最も屈折率が低く、以って各開口から積層絶縁膜２，３，４を通って半導体薄膜ＳＬに導かれる不要な光の量を抑制している。
【００２９】
図１０は同じくイオン注入を用いた屈折率制御方法を表わしているが、図８及び図９に示した先の例と異なり、屈折率に水平方向分布を付けることを目的としている。このイオンインプランテーションは、基板に信号線１１を形成した後の段階で行なわれる。図示する様に、列方向の信号線１１及び行方向のゲート線１０，補助容量線１０ａを被覆する様に、レジストが形成されている。このレジストはＴＦＴも被覆している。各画素の中央に露出した開口が残される。
【００３０】
図１１は、イオン注入工程を模式的に表わしたものであり、ドーパントとしてＰを用いている。レジストを介してドーパントＰを層間絶縁膜２，３，４にイオン注入することで、水平方向に屈折率分布を付けている。すなわち積層絶縁膜２〜４の屈折率は開口領域で高く、非開口領域で低くなっている。これにより、開口領域と非開口領域の界面に入射した光は大部分が全反射して、非開口領域には侵入しない。これにより、非開口領域下のＴＦＴを有効に遮光できる。尚、ＰイオンのＲｐはバッファ層２と層間絶縁膜３の界面に設定されている。但し、本発明はこれに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】画像プロジェクタ装置の光学系を示す模式図である。
【図２】薄膜半導体装置の参考例を示す部分断面図である。
【図３】液晶表示装置の参考例を示す部分断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態を示す部分断面図である。
【図５】屈折率とドーパント濃度との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態を示す部分断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態を示す部分断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態を示す平面図である。
【図９】本発明の他の実施形態を示す部分断面図である。
【図１０】本発明の別の実施形態を示す平面図である。
【図１１】本発明の別の実施形態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１・・・バッファ層、２・・・層間絶縁膜、３・・・層間絶縁膜、４・・・層間絶縁膜、５・・・層間絶縁膜、７・・・遮光膜、１１・・・ソース電極（信号線）、１２・・・ドレイン電極、１３・・・ブラックマスク、２０・・・対向基板、２１・・・対向電極、３０・・・液晶、ＴＦＴ・・・薄膜トランジスタ、ＣＳ・・・補助容量、ＳＬ・・・半導体薄膜、ＰＥ・・・画素電極
【図１】
2005321670.tif 000006
【図２】
2005321670.tif 000007
【図３】
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【図４】
2005321670.tif 000009
【図５】
2005321670.tif 000010
【図６】
2005321670.tif 000011
【図７】
2005321670.tif 000012
【図８】
2005321670.tif 000013
【図９】
2005321670.tif 000014
【図１０】
2005321670.tif 000015
【図１１】
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