JP4886396B2

JP4886396B2 - 反射型液晶表示パネルに用いられる半導体基板の製造方法

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Publication number: JP4886396B2
Application number: JP2006183259A
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Inventors: 栄橋本
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Publication date: 2012-02-29
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Description

本発明は、反射型液晶表示パネル及びそれに用いる半導体基板の製造方法に関し、特に、画質のムラを抑制して高画質の表示画像を得るための反射型液晶表示パネル及びそれに用いる半導体基板の製造方法に関する。

近年、プロジェクションディスプレイの高精細化、高輝度化が進展するにつれて、透過型の液晶表示パネルに対して光の利用効率の高い反射型の液晶表示パネルの実用化が進んでいる。

図１２は、特許文献１に記載された従来の反射型液晶表示パネルの断面構造を示す図である。

図１２に示すように、従来の反射型液晶表示パネルでは、シリコン基板１１にゲート電極１３ａ、ソース１２ａ、ドレイン１２ｂからなるＭＯＳトランジスタが形成される。

そして、その上に層間絶縁膜１４、１５、１８、１９、中間配線１７ａ、データバスライン１７ｂ及び接続プラグ１６ａ、２０ａを形成し、層間絶縁膜１９の表面をＣＭＰ研磨した後、反射電極２１を形成する。

その後、反射電極２１の上にカバー膜２２としてＳｉＮ膜を形成する。

次に、カバー膜２２の上にＳＯＧを塗布して、反射電極２１間の隙間をＳＯＧ膜２３で埋め込む。

次いで、カバー膜２２をストッパとしてＳＯＧ膜２３をＣＭＰ研磨し、表面を平坦化して形成していた。

この製造方法によると、層間絶縁膜１５、１９をＣＭＰ研磨により平坦化し、かつ反射電極上のカバー膜を研磨ストップ層として、表面酸化防止膜を平坦化形成する。

このことにより最上層表面が平坦化された反射型液晶表示パネルを提供することができる。

最上層表面が平坦化された場合、対向電極とのギャップばらつきが抑制でき、シリコン基板側と対向電極間に注入形成される液晶層の厚みを均一化しやすい。
特開２００１-２４２４８５号公報

しかしながら、上記従来技術では、中間配線１７ａ、データバスライン１７ｂを金属配線層の成膜とエッチングにより形成する。

すなわち、層間絶縁膜１９を平坦化して形成する際に、画素領域の中間配線１７ａ、データバスライン１７ｂのパターン密度が駆動回路パターンとして同時に形成される画素以外の領域のパターン密度と必ずしも同等でない。

そのため、パターン疎密による層間絶縁膜１９の膜厚ムラが生じる。

図１３（ａ）は、密(高密度)パターン及び疎(低密度)パターン上に層間絶縁膜を成膜し、その後ＣＭＰ研磨により平坦化したときの膜厚分布を模式的に示した図である。

ＣＭＰでは、研磨初期には、凸部にのみ荷重がかかるが、一般に、研磨速度は単位面積あたりの荷重により変化する。

したがって、相対的に凸部の面積が小さいすなわち疎(低密度)パターン上の方が、凸部の面積の大きいすなわち密(高密度)パターン上よりも、単位面積あたりの荷重が相対的に高くなるため、研磨速度が速い。

そのため、図１３（ａ）に示すように、研磨後に層間絶縁膜の膜厚分布が生じるのである。

図１３（ｂ）は、実験により、ＣＭＰ研磨後の層間絶縁膜膜厚のパターン密度依存性を評価した結果を示すものである。

ここでは、図１３（ａ）に示したように段差６０００Åの上に、層間絶縁膜をプラズマＣＶＤ法で２１０００Å成膜して、その後、パターン密度５０％の凸パターン上が約９０００Åになるよう研磨した。

図１３から、パターン密度５０％前後では、パターン密度が１０％異なると、研磨後の層間絶縁膜の膜厚が約５００Å異なることがわかる。

均質でムラの少ない画質を得るための液晶層の厚みばらつき、すなわちシリコン基板側と対向電極とのギャップばらつきは、ギャップの絶対量の３％以下という指標がある。この指標に基づくと、ギャップの絶対値が２μｍとすると、ウエハの表面平坦度ばらつきは６００Å以下しか許容されないことになる。

したがって、仮に画素領域と画素以外の領域でパターン密度が１０％異なっていたとすると、１回の層間絶縁膜の平坦化で層間絶縁膜の膜厚段差が５００Å生じることとなる。

この場合、他の要素、例えばシリコン基板自体や、層間絶縁膜成膜の膜厚分布によるばらつきでのマージンがほとんどなくなることになる。

上記の回避策として、パターン密度差を画素領域と画素以外の領域で極力近づけるためにダミーパターンを配置してＣＭＰによる研磨量のばらつきを低減する方法は有効な手段である。

しかしながら、ダミーパターンを発生することによる設計負荷の増大を招いたり、チップをダイシングソーで分断するスクライブラインに金属配線層を配置することによる発塵などの新たな課題が発生する。

また、上記ＣＭＰ固有の問題を回避するために、ＣＭＰによる層間絶縁膜の平坦化を行わず、レジストエッチバック法による平坦化を実施する方法もある。

しかし、この方法では、配線の微細化に伴うフォトリソグラフィ工程での縮小投影露光の焦点深度の確保が困難になるなどの課題があり、大面積チップや画素の微細化には適していない。

そこで、本発明は、層間絶縁膜のＣＭＰでパターン密度差起因により発生する膜厚段差を低減することができる反射型液晶表示パネルの製造方法を提供するものである。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、トランジスタと、該トランジスタの上方に配置された金属配線層と、前記金属配線層の上方に配置された反射電極層と、を含む半導体基板を有する反射型液晶表示パネルの製造方法において、前記金属配線層は、ダマシン法によって形成されることを特徴とする。

また、本発明は、反射型液晶表示パネルに用いられる半導体基板の製造方法であって、前記半導体基板は、トランジスタと、該トランジスタの上方に配置された金属配線層と、前記金属配線層の上方に配置された反射電極層と、を有しており、前記金属配線層は、ダマシン法によって形成されることを特徴とする。

また、本発明は、反射型液晶表示パネルに用いられる半導体基板の製造方法であって、前記半導体基板に備えられたトランジスタ上に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜に接続孔を形成する工程と、前記第１の絶縁膜及び接続孔上に第２の絶縁膜を形成する工程と、少なくとも前記接続孔上の領域の前記第２の絶縁膜を除去する工程と、前記第２の絶縁膜上に金属材料を形成する工程と、前記領域以外の前記金属材料を除去して金属配線層を形成する工程と、前記金属配線上に少なくとも第３の絶縁膜を介して反射電極層とを形成する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、主に、液層駆動の回路を構成する下層側配線層(第１の金属配線層又は必要に応じて第２の金属配線層)をダマシン法で形成したことにより、ＣＭＰによる平坦化工程に起因する層間絶縁膜のばらつきを低減できる。

これにより、シリコン基板側と対向電極とのギャップばらつきを低減できるため、厚さの均一な液晶層を形成することができ、画質のムラを抑制して高画質の表示画像を得るための反射型液晶表示パネルを提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の実施の形態を説明する。

(第１の実施形態)
図１は、本発明の一実施形態としての反射型液晶表示パネルの製造方法によって製造された反射型液晶表示パネルの構造を示す断面図である。

図１に示すように、半導体基板としてのシリコン基板１００上にゲート電極１０１、ソース１０２及びドレイン１０３を備えるＭＯＳトランジスタ１０６が形成される。本実施の形態では、シリコン基板として単結晶のシリコン基板を用いている。

ソース１０２は、第１の接続孔１０５、第１の金属配線層１１１、第２の接続孔１１３及び第３の接続孔１１６を介して反射電極１１７と電気的に接続されている。

そのため、反射電極１１７は対向基板１２３側からの入射光１３０を反射するとともに、液晶層１２１に対して選択的に駆動電圧を印加することができる。

反射電極１１７は、反射率が可視光域で９０％以上と高く、一般にＬＳＩの金属配線材料として用いられている純アルミニウム、シリコン又は銅を数重量％以下添加したアルミニウムを用いている。

また、反射電極１１７の画素間領域１１９より侵入した入射光がＭＯＳトランジスタ部１０６に到達するのを防止するため、遮光層１１４が形成されている。

反射電極１１７上には平坦化層１１８と、液晶層１２１の配向性を揃えるための配向膜１２０とが形成され、その上に液晶層１２１、対向電極１２２、対向基板１２３が形成される。

次に、図２〜図５を用いて、図１に示した反射型液晶表示パネルの製造方法を示す。

図２に示すように、シリコン基板１００の上に、絶縁膜を介してゲート電極１０１を形成し、ゲート電極１０１の両側にイオン注入法等によりソース１０２及びドレイン１０３を形成する。

次に、ＮＳＧ(Nondoped Silica Glass)、ＢＰＳＧ(Boron doped Phosphosilicate Glass)等の材料からなる第１の層間絶縁膜１０４を形成する。

成膜は、減圧ＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法等を用いて行い、平坦化は、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)法やレジストエッチバック法を用いて行う。

さらに、フォトリソグラフィとドライエッチングによって第１の接続孔１０５を開口する。

そして、開口した第１の接続孔１０５にＴｉ(チタン)、ＴｉＮ(窒化チタン)等を積層し、Ｗエッチバック又はＷ−ＣＭＰ工程により平坦化した。

次いで、図３に示すように、第２の層間絶縁膜１１０をプラズマＣＶＤ法等で形成し、次いで、後記するダマシン法で第１の金属配線層１１１を形成する。

具体的には、第２の層間絶縁膜１１０の一部すなわち、第１の金属配線層１１１の形成される領域をドライエッチングで除去する。その後、バリアシード層としてＴａ(タンタル)、ＴａＮ(窒化タンタル)を積層した後、電解メッキでＣｕ(銅)を成膜し、その後Ｃｕ−ＣＭＰで金属配線領域以外のＣｕを除去することで、第１の金属配線層１１１が形成される。

次いで、図４に示すように、第３の層間絶縁膜１１２をプラズマＣＶＤ法等で形成し、フォトリソグラフィとドライエッチングによって第２の接続孔１１３を開口する。そして、Ｔｉ(チタン)、ＴｉＮ(窒化チタン)等を開口した第１の接続孔１０５に積層し、Ｗエッチバックにより平坦化した。

さらに、スパッタ法等により、純アルミニウム、シリコン又は銅を数重量％以下添加したアルミニウム金属膜を成膜しフォトリソグラフィとドライエッチングにより遮光層１１４を形成する。

次いで、図５に示すようにプラズマＣＶＤ法と、必要に応じてＣＭＰ法やレジストエッチバック法による平坦化工程で第４の層間絶縁膜１１５を形成する。

次いで、フォトリソグラフィとドライエッチングによって第３の接続孔１１６を開口し、Ｔｉ(チタン)、ＴｉＮ(窒化チタン)等を開口した第１の接続孔１０５に積層し、Ｗエッチバック又はＷ−ＣＭＰ工程により平坦化した。

さらに、スパッタ法等により、純アルミニウム、シリコン又は銅を数重量％以下添加したアルミニウムを成膜しフォトリソグラフィとドライエッチングにより反射電極１１７を形成する。

さらに、プラズマＣＶＤ法と、必要に応じてＣＭＰ法やレジストエッチバック法による平坦化工程で平坦化層１１８を形成する。

次いで、図６に示すように液晶層１２１に配向性を持たせるための配向膜１２０を形成する。

そして、反射電極１１７と、別途作成したＩＴＯ(インジウム錫酸化膜)などの透明導電性材料からなる対向電極１２２が形成された対向基板１２３とをシール材を介して対向させる。そして、液晶注入口から液晶を注入して、液晶層１２１を形成する。

最後に、液晶注入口を封止することで図１に示した反射型液晶表示パネルが製造される。

次に、図７〜図１０を用いて、本発明の第１の実施形態における反射型液晶表示パネルのボンディングパッドの製造方法について説明する。

本実施形態では、反射型液晶表示パネルの表面平坦度を向上させるために、後記するダマシン法で第１の金属配線層を形成している。

第１の金属配線層として用いる材料としては、銅が広く用いられている。

しかしながら、一般に銅を用いて直接ワイヤボンディングすると密着不良などになってしまうことがある。

したがって、本実施形態では、ボンディングパッドの上層がアルミニウム系の材料になるようにした。

図７に示すように、第２の層間絶縁膜１１０をプラズマＣＶＤ法等で形成し、次いで、後記するダマシン法で第１の金属配線層１１１を形成する。

次いで、図８に示すように第３の層間絶縁膜１１２をプラズマＣＶＤ法等で形成し、フォトリソグラフィとドライエッチングによりボンディングパッド部を開口した。

次いで、開口したボンディングパッド部にＴｉ、ＴｉＮ等からなるバリアメタルとＷを積層し、Ｗエッチバックによって第３の層間絶縁膜１１２を平坦化する。

ボンディングパッド部は通常６０μｍ角以上のサイズであるため積層されたＷは、Ｗエッチバックによりほぼ完全に除去され、ボンディングパッド部には残存しない。

次いで、スパッタ法等により、純アルミニウム、シリコン又は銅を数重量％以下添加したアルミニウム金属膜を成膜する。そして、フォトリソグラフィとドライエッチングにより遮光層１１４の一部を第１の金属配線層１１１で形成したボンディングパッド上に積層する。

次いで、図９に示すように、プラズマＣＶＤ法と、必要に応じてＣＭＰ法やレジストエッチバック法による平坦化工程で第４の層間絶縁膜１１５を形成する。そして、フォトリソグラフィとドライエッチングによりボンディングパッド部を再び開口した。

次いで、開口したボンディングパッド部にＴｉ、ＴｉＮ等からなるバリアメタルとＷを積層し、Ｗエッチバックによって平坦化する。

図８と同様に、ボンディングパッド部は通常６０μｍ角以上のサイズであるため、積層されたＷは、Ｗエッチバックによりほぼ完全に除去され、ボンディングパッド部には残存しない。

次いで、スパッタ法等により、純アルミニウム、シリコン又は銅を数重量％以下添加したアルミニウム金属膜を成膜する。そして、フォトリソグラフィとドライエッチングにより反射電極１１７の一部を遮光層１１４の一部で形成したボンディングパッド上に積層する。

さらに、図１０に示すように、プラズマＣＶＤ法と、必要に応じてＣＭＰ法やレジストエッチバック法による平坦化工程で平坦化層１１８を形成する。そして、フォトリソグラフィとドライエッチングによりボンディングパッド部を再び開口した。

この工程により形成された、ボンディングパッド部は、最上表面が純アルミニウム、シリコン又は銅を数重量％以下添加したアルミニウム金属膜で構成される。そのため、従来のアルミ系配線材料を用いたデバイスと同様、ワイヤボンディングが容易で、かつ、そのために特別に工程を増やす必要もない。

ダマシン法では、Ｃｕ等の金属膜をＣＭＰにより配線領域以外を除去するが、層間絶縁膜に対する研磨速度は、金属配線層に対して十分低い。また、層間絶縁膜の研磨量も概ね５００〜２０００Å以下と小さいことから、膜厚ばらつきへの影響は小さい。

また、第１の金属配線層はダマシン法で形成されるが、遮光層及び反射電極のうち少なくとも反射電極は、反射率の高いアルミ系材料で形成する。そのため、この層を電極パッドに適用することにより、ダマシン法で用いた材料に依らず、ワイヤボンディングを容易にとることが可能である。

なお、遮光層及び反射電極の上層側に形成される層間絶縁膜は、ＣＭＰによる平坦化処理をしても良い。これは、回路形成で用いる配線層の厚さが概ね４０００〜８０００Å程度であるのに対し、遮光層、反射電極に機能的に必要な膜厚は５００〜２０００Å程度と薄いため、平坦化に必要な研磨量を低減できる。その結果、研磨後の層間絶縁膜のばらつきへの影響が軽微であるためである。

(第２の実施形態)
第１の実施形態では、回路駆動させる配線層として第１の金属配線層のみについて説明したが、金属配線層を２層形成する場合も同様である。

ここでは、図１１を用いて第１の実施形態との差異のみ説明する。

第１の実施形態と同様、第１の金属配線層１１１を形成後、第２の層間絶縁膜２００を形成する。

そして、後記するデュアルダマシン法で、銅で第２の接続孔２０１と第２の金属配線層２０２を一体化形成する。

ボンディングパッド部の構成については、それぞれ第１の実施形態の図４〜図６及び図７〜１０に説明したものと同様なので省略する。

ダマシン法とは金属膜の形成方法の一種である。あらかじめ下地となる絶縁膜に溝パターンを形成した後、絶縁膜の全面に導電性膜を形成し、形成された導電性膜の表面を研磨するなどして、溝部分に埋め込まれた配線層を形成する技術のことをいう。

ダマシン法には、シングルダマシン法とデュアルダマシン法の二種類がある。

シングルダマシン法は、下地の絶縁膜中に埋め込まれた配線層のみをダマシン法で形成するものである。

デュアルダマシン法は、下地の絶縁膜中に埋め込まれた配線層を形成すると同時に、コンタクトホールやスルーホール（又は、ビアホール）の金属層もダマシン法で形成するものである。デュアルダマシン法では、まず、あらかじめ下地の絶縁膜中にコンタクトホールやスルーホールと配線層用の溝パターンを形成する。その後、全面に金属などの導電性膜を形成し、形成された導電性膜の表面を研磨するなどして、溝部分に埋め込まれた配線層とコンタクトホールやスルーホールなどを形成するものである。

本発明は、プロジェクションディスプレイなどに利用される反射型液晶表示パネルに利用可能である。

本発明の一実施形態としての反射型液晶表示パネルの製造方法によって製造された反射型液晶表示パネルの構造を示す断面図である。本発明の一実施形態としての反射型液晶表示パネルの製造方法を示す断面図である。本発明の一実施形態としての反射型液晶表示パネルの製造方法を示す断面図である。本発明の一実施形態としての反射型液晶表示パネルの製造方法を示す断面図である。本発明の一実施形態としての反射型液晶表示パネルの製造方法を示す断面図である。本発明の一実施形態としての反射型液晶表示パネルの製造方法を示す断面図である。本発明の第１の実施形態における反射型液晶表示パネルのボンディングパッドの製造方法を示す断面図である。本発明の第１の実施形態における反射型液晶表示パネルのボンディングパッドの製造方法を示す断面図である。本発明の第１の実施形態における反射型液晶表示パネルのボンディングパッドの製造方法を示す断面図である。本発明の第１の実施形態における反射型液晶表示パネルのボンディングパッドの製造方法を示す断面図である。本発明の一実施形態としての反射型液晶表示パネルの製造方法によって製造された反射型液晶表示パネルを示す断面図である。従来の反射型液晶表示パネルの断面構造を示す図である。従来の反射型液晶表示パネルにおける課題を詳細に説明するための図である。

符号の説明

１００シリコン基板
１０１ゲート電極
１０２ソース
１０３ドレイン
１０４第１の層間絶縁膜
１０５第１の接続孔
１０６ＭＯＳトランジスタ
１１０第２の層間絶縁膜
１１１第１の金属配線層
１１２第３の層間絶縁膜
１１３第２の接続孔
１１４遮光層
１１５第４の層間絶縁膜
１１６第３の接続孔
１１７反射電極
１１８平坦化層
１１９画素間領域
１２０配向膜
１２１液晶層
１２２対向電極
１２３対向基板
１３０入射光
２００第２の実施形態における第２の層間絶縁膜
２０１第２の実施形態における第２の接続孔
２０２第２の実施形態における第３の金属配線層

Claims

反射型液晶表示パネルに用いられる半導体基板の製造方法であって、
前記半導体基板に備えられたトランジスタ上に形成された第１の絶縁膜の前記トランジスタのソース及びドレインの一方の上に形成された接続孔と、前記第１の絶縁膜と、の上に第２の絶縁膜を形成し、前記接続孔上の第１の領域、及び、前記第１の領域とは別の第２の領域の前記第２の絶縁膜を除去する工程と、
前記第１の領域、前記第２の領域、及び、前記第２の絶縁膜を覆うように形成された、銅からなる金属材料のうち、前記第１の領域と前記第２の領域以外の前記金属材料を除去して、前記第１の領域に設けられた第１の金属配線と、前記第２の領域に設けられた第２の金属配線と、を形成する工程と、
前記第１の金属配線と前記第２の金属配線とを覆うように形成された第３の絶縁膜のうち、前記第１の金属配線の少なくとも一部上の第３の領域、及び、前記第２の金属配線の一部上の第４の領域の前記第３の絶縁膜を除去する工程と、
純アルミニウム、又は、純アルミニウムにシリコン又は銅を数重量％添加した第１のアルミニウム金属膜を、前記第３の絶縁膜上及び前記第４の領域の前記第２の金属配線上に形成する工程と、
前記第１のアルミニウム金属膜と前記第３の絶縁膜とを覆うように形成された第４の絶縁膜のうち、前記第３の領域上の第５の領域、及び、前記第４の領域の前記第１のアルミニウム金属膜の一部上の第６の領域の前記第４の絶縁膜を除去する工程と、
純アルミニウム、又は、純アルミニウムにシリコン又は銅を数重量％添加した第２のアルミニウム金属膜を、前記第６の領域の前記第１のアルミニウム金属膜上及び前記第５の領域に形成する工程と、
前記第２のアルミニウム金属膜を覆うように形成された第５の絶縁膜のうち、前記第６の領域の前記第２のアルミニウム金属膜の一部上の前記第５の絶縁膜を除去してボンディングパッド部を開口する工程と、
を有することを特徴とする半導体基板の製造方法。
前記半導体基板は、単結晶半導体基板を有し、前記トランジスタは前記単結晶半導体基板に設けられたＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示パネルの製造方法。