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JP4507395B2 - Method for manufacturing element substrate for electro-optical device - Google Patents

Method for manufacturing element substrate for electro-optical device Download PDF

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JP4507395B2 JP2000365714A JP2000365714A JP4507395B2 JP 4507395 B2 JP4507395 B2 JP 4507395B2 JP 2000365714 A JP2000365714 A JP 2000365714A JP 2000365714 A JP2000365714 A JP 2000365714A JP 4507395 B2 JP4507395 B2 JP 4507395B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、支持基板の一方の表面上に単結晶シリコン層を具備するSOI基板、該SOI基板を備えた素子基板、該素子基板を備えた電気光学装置及び電子機器、並びにSOI基板の製造方法、素子基板の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
絶縁基体上に単結晶シリコン薄膜を形成し、その単結晶シリコン薄膜を用いて半導体デバイスを形成する半導体技術はSOI(Silicon On Insulator)技術とよばれ、素子の高速化や低消費電力化、高集積化等の利点を有することから広く用いられている。
【0003】
このSOI技術の1つとして、単結晶シリコン基板の貼り合わせによるSOI基板の作製技術がある。図18に基づいて、従来のSOI基板の製造方法と構造について簡単に説明する。
【0004】
はじめに、図18(a)に示すように、支持基板1001の表面に、あらかじめ貼り合わせ側の表面を酸化して酸化シリコン膜1002を形成した単結晶シリコン基板1003を水素結合力を利用して貼り合わせ、熱処理によって貼り合わせ強度を高めた後、図18(b)に示すように、単結晶シリコン基板1003を研削や研磨、エッチング等により薄膜化して単結晶シリコン薄膜1004を形成することにより、支持基板1001の表面上に酸化シリコン膜1002、単結晶シリコン層1004が順次積層形成された構造のSOI基板が製造される。
【0005】
以上のSOI基板の製造方法によれば、単結晶シリコン基板1003を薄膜化するために結晶性に優れた単結晶シリコン薄膜1004を形成することができるので、高性能なデバイスを作製することができる。
【0006】
このような貼り合わせ法によるSOI基板は通常のバルク半導体基板(半導体集積回路)と同様に、さまざまなデバイスの作製に用いられているが、バルク基板と異なる特徴として、支持基板として様々な材料の基板を使用することが可能な点を挙げることができる。
【0007】
すなわち、支持基板として通常のシリコン基板はもちろんのこと、透明な(光透過性を有する)石英基板、あるいはガラス基板などを用いることができる。そのため、例えば、光透過性を有する基板上に単結晶シリコン薄膜を形成することによって、光透過性を必要とするデバイス、例えば透過型の液晶表示装置などにおいても、結晶性に優れた単結晶シリコン薄膜を用いて、高性能な液晶駆動用のMOSFET等のトランジスタ素子を形成することが可能となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
支持基板として石英基板やガラス基板を用いてSOI基板を製造し、その表面にトランジスタ素子を形成した場合、支持基板に含まれる不純物が酸化シリコン膜を透過して、トランジスタ素子側に拡散し、素子の特性を劣化させるという恐れがある。
【0009】
また、支持基板の種類に関係なく、SOI基板の製造工程において、支持基板と単結晶シリコン基板とを貼り合わせる際に、雰囲気中からNa+、K+、Cl-などの不純物が貼り合わせ面に吸着する場合があり、この場合には、得られるSOI基板は、支持基板と酸化シリコン膜との間に上記の不純物が挟持されたものとなる。
【0010】
このような構造のSOI基板を用いて、その表面にトランジスタ素子を形成した場合、支持基板と酸化シリコン膜との間に挟持された不純物が酸化シリコン膜を透過して、トランジスタ素子側に拡散し、素子の特性を劣化させるという恐れがある。
【0011】
従来、支持基板と単結晶シリコン基板とを貼り合わせる際に、雰囲気中から不純物が支持基板に吸着することを防止するために、防塵フィルターを用いるなどしているが、防塵フィルターを用いた場合においても、雰囲気中から不純物が貼り合わせ面に吸着することを完全には防止することができないのが現状である。
【0012】
そこで、本発明は、以上の問題を解決するためになされたもので、支持基板に含有された不純物、あるいは支持基板と単結晶シリコン基板との貼り合わせ面に吸着した不純物が単結晶シリコン層側に拡散することを完全に防止することができるSOI基板及びその製造方法を提供することを目的としている。
【0013】
また、支持基板に含有された不純物、あるいは支持基板と単結晶シリコン基板との貼り合わせ面に吸着した不純物によるトランジスタ素子への影響を完全に防止することができる素子基板及びその製造方法を提供することを目的としている。
【0014】
さらに、この素子基板を備え、トランジスタ素子の特性の劣化を防止することができ、性能の優れた電気光学装置、電子機器を提供することを目的としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者は、種々検討を行った結果、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜が支持基板に含有された不純物や支持基板と単結晶シリコン基板との貼り合わせ面に吸着した不純物を透過させないことを見出し、この点に着目して本発明を完成した。
【0016】
本発明のSOI基板は、支持基板の一方の表面上に単結晶シリコン層を具備するSOI基板であって、前記支持基板と前記単結晶シリコン層との間に、絶縁膜の単層又は積層構造からなる絶縁部が設けられ、該絶縁部が少なくとも窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を具備することを特徴とする。
【0017】
このように、支持基板と単結晶シリコン層との間に、少なくとも窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を具備する絶縁部を設ける構成とすることにより、支持基板に含有された不純物が窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を透過しないので、支持基板に含有された不純物が単結晶シリコン層側に拡散することを完全に防止することができる。
【0018】
なお、本発明のSOI基板において、絶縁部を構成する窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜以外の絶縁膜としては具体的には酸化シリコン膜を挙げることができる。
【0019】
以上の構造を有する本発明のSOI基板は、単結晶シリコン基板又は支持基板のいずれかの一方の表面に窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を形成する工程と、前記窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜の表面に酸化シリコン膜を形成する工程と、前記酸化シリコン膜の表面を貼り合わせ面として、前記単結晶シリコン基板と前記支持基板とを貼り合わせる工程と、前記支持基板と貼り合わせた前記単結晶シリコン基板を薄膜化して単結晶シリコン層を形成する工程とを有することを特徴とする本発明のSOI基板の製造方法によって製造することができる。
【0020】
また、このように、単結晶シリコン基板又は支持基板のいずれかの一方の表面に窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を形成し、さらにその表面に酸化シリコン膜を形成してから、酸化シリコン膜の表面を貼り合わせ面として、単結晶シリコン基板と支持基板とを貼り合わせることにより、単結晶シリコン基板と支持基板との密着性を向上させることができる。なお、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜、酸化シリコン膜の形成の順序はいずれが先であっても構わない。
【0021】
また、本発明のSOI基板の製造方法において、単結晶シリコン基板の表面に窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を形成することが望ましく、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を形成した単結晶シリコン基板と支持基板を貼り合わせることにより、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を支持基板と単結晶シリコン基板との貼り合わせ面よりも単結晶シリコン層側に位置させることができるので、支持基板に含有された不純物のみだけでなく、貼り合わせ面に吸着した不純物が単結晶シリコン層側に拡散することも完全に防止することができる。
【0022】
また、単結晶シリコン基板若しくは支持基板の表面上にCVD法などにより窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜、酸化シリコン膜を形成しても良いが、製造工程を簡略化するとともに、均一な膜厚の平坦な窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜、酸化シリコン膜を形成し、さらに、単結晶シリコン基板と窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜との密着性を向上させることができることから、単結晶シリコン基板の表面を熱酸化することにより、酸化シリコン膜を形成した後、酸化シリコン膜を形成した単結晶シリコン基板の表面を一酸化二窒素若しくは一酸化窒素にて窒化若しくは酸窒化することにより、酸化シリコン膜の単結晶シリコン基板側に窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を形成し、必要に応じてさらに、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を形成した単結晶シリコン基板の表面を再熱酸化することにより、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜の単結晶シリコン基板側に第2の酸化シリコン膜を形成することが望ましい。
【0023】
すなわち、この場合の本発明のSOI基板の製造方法は、単結晶シリコン基板の表面に酸化シリコン膜を形成する工程と、前記酸化シリコン膜の前記単結晶シリコン基板側に窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を形成する工程と、前記酸化シリコン膜の表面を貼り合わせ面として、前記単結晶シリコン基板と支持基板とを貼り合わせる工程と、前記支持基板と貼り合わせた前記単結晶シリコン基板を薄膜化する工程とを有することを特徴とする。
【0024】
また、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を形成した単結晶シリコン基板の表面に第2の酸化シリコン膜を形成する場合の本発明のSOI基板の製造方法は、単結晶シリコン基板の表面に第1の酸化シリコン膜を形成する工程と、前記第1の酸化シリコン膜の前記単結晶シリコン基板側に窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を形成する工程と、前記窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜の前記単結晶シリコン基板側に第2の酸化シリコン膜を形成する工程と、前記第1の酸化シリコン膜の表面を貼り合わせ面として、前記単結晶シリコン基板と支持基板とを貼り合わせる工程と、前記支持基板と貼り合わせた前記単結晶シリコン基板を薄膜化する工程とを有することを特徴とする。
【0025】
酸化シリコン膜、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜をこのように形成し、均一な膜厚の平坦な膜とすることにより、支持基板と単結晶シリコン基板との貼り合わせ面にボイドが発生することを防止することができるので、貼り合わせ強度を向上させることができるとともに、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜が貼り合わせのストレス緩和の効果を有するため、SOI基板を用いてトランジスタ素子などを形成する場合に、膜剥がれ等が生じることを防止できるので、製品の歩留まりを向上させることができる。
【0026】
また、上記の製造方法により、前記絶縁部が、前記窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜と、前記窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜の上面若しくは下面に形成された酸化シリコン膜との積層構造からなるSOI基板を提供することができ、このSOI基板は支持基板に含有された不純物、及び支持基板と単結晶シリコン基板との貼り合わせ面に吸着した不純物の単結晶シリコン層側への拡散を完全に防止することができるものであるとともに、支持基板と単結晶シリコン基板との貼り合わせ強度が高く、信頼性の高いものとなる。
【0027】
また、支持基板を石英基板やガラス基板などの光透過性を有する基板で構成することによって、SOI基板を透過型の液晶装置などの光を透過させるデバイスに適用することができる。また、この場合には、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜の存在によって光の透過率が低下することを防止するために、絶縁部を構成する窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜の膜厚を100nm以下に設定することが望ましい。
【0028】
以上の本発明のSOI基板を用いて素子基板を製造することができる。本発明の素子基板の製造方法は、本発明のSOI基板の製造方法により製造されたSOI基板を用い、該SOI基板の前記単結晶シリコン層によりトランジスタ素子を構成する半導体層を形成する工程を有することを特徴とする。
【0029】
また、この素子基板の製造方法により、本発明のSOI基板の単結晶シリコン層からなる半導体層を具備するトランジスタ素子を有することを特徴とする素子基板を提供することができる。
【0030】
本発明の素子基板は、支持基板に含有された不純物、及び支持基板と単結晶シリコン基板との貼り合わせ面に吸着した不純物がトランジスタ素子側へ拡散することを完全に防止することができるので、トランジスタ素子の特性の劣化を防止することができるものとなる。
【0031】
また、本発明の素子基板と、該素子基板のトランジスタ素子が形成された面と対向するように配置された他の基板と、これら2枚の基板の間に挟持された電気光学材料層とを具備することを特徴とする電気光学装置、及びこの本発明の電気光学装置を備えた電子機器を提供することができる。本発明の電気光学装置において、前記窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜の下面に酸化シリコン膜からなる絶縁膜を介して遮光膜が形成されていることが望ましい。
【0032】
本発明の素子基板を備えた電気光学装置及び電子機器は、トランジスタ素子の特性の劣化を防止することができ、性能の優れたものとなる。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。
【0034】
[SOI基板]
はじめに、図1に本発明に係る実施形態のSOI基板の断面構造を示し、このSOI基板200の構造について説明する。
【0035】
図1に示すように、本実施形態のSOI基板200は、シリコン、石英、ガラスなどからなる支持基板201と単結晶シリコン層202とを具備し、支持基板201と単結晶シリコン層202との間には複数の絶縁膜の積層構造からなる絶縁部205が形成されている。本実施形態において、絶縁部205は支持基板201側から第1の酸化シリコン膜203B、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204、第2の酸化シリコン膜203Aが順次積層されたものとなっている。
【0036】
次に、図2、図3に基づいて、本実施形態のSOI基板の製造方法として、上記構造を有するSOI基板200の製造方法について説明する。図2(a)〜(e)、図3(a)〜(c)は断面図を示している。なお、以下に記載の製造方法は一例であって、本発明は以下に記載のものに限定されるものではない。
【0037】
はじめに、図2(a)に示すように、例えば300〜900μm程度の膜厚を有する単結晶シリコン基板202Aを用意し、図2(b)に示すように、単結晶シリコン基板202Aの一方の表面をO2若しくはH2O雰囲気下、700〜1150℃で熱酸化することにより、単結晶シリコン基板202Aの一方の表面に例えば5〜400nm程度の膜厚を有する第1の酸化シリコン膜203Bを形成する。
【0038】
次に、図2(c)に示すように、第1の酸化シリコン膜203Bを形成した単結晶シリコン基板202Aの表面を一酸化二窒素若しくは一酸化窒素雰囲気下、800〜1150℃で窒化若しくは酸窒化することにより、第1の酸化シリコン膜203Bの単結晶シリコン基板202A側に窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204を形成する。
【0039】
支持基板201が石英基板、ガラス基板等の光透過性を有する基板からなり、SOI基板200が透過型の液晶装置など、光を透過させるデバイスに適用されるものである場合には、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204の存在によって、光の透過率が低下することを防止するために、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204の膜厚を100nm以下とすることが望ましい。
【0040】
次に、図2(d)に示すように、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204を形成した単結晶シリコン基板202Aの表面をO2若しくはH2O雰囲気下、700〜1150℃で熱酸化することにより、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204の単結晶シリコン基板202A側に、例えば5〜400nm程度の膜厚を有する第2の酸化シリコン膜203Aを形成する。以上のようにして、単結晶シリコン基板202A表面に、第1の酸化シリコン膜203B、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204、第2の酸化シリコン膜203Aからなる絶縁部205が形成される。
【0041】
次に、図2(e)に示すように、表面に絶縁部205を形成した単結晶シリコン基板202Aの絶縁部205側の表面に水素イオン(H+)を例えば加速電圧100keV、ドーズ量10×1016/cm2にて注入する。この処理によって、単結晶シリコン基板202A中に水素イオンの高濃度層206を形成する。
【0042】
次に、図3(a)に示すように、絶縁部205表面(第1の酸化シリコン膜203B表面)を貼り合わせ面として、単結晶シリコン基板202Aと、シリコン、石英、ガラスなどからなる支持基板201との貼り合わせを行う。貼り合わせ工程は、例えば300℃で2時間熱処理することによって2枚の基板を直接貼り合わせる方法を採用することができる。また、貼り合わせ強度をさらに高めるためには、さらに熱処理温度を上げて450℃程度にする必要があるが、石英などからなる支持基板201と単結晶シリコン基板202Aの熱膨張係数には大きな差があるため、このまま加熱すると単結晶シリコン層にクラックなどの欠陥が発生し、製造されるSOI基板200の品質が劣化する恐れがある。
【0043】
そこで、このようなクラックなどの欠陥の発生を抑制するためには、一度300℃にて貼り合わせのための熱処理を行った単結晶シリコン基板202AをウエットエッチングまたはCMP(化学的機械研磨)法によって100〜150μm程度まで薄くした後に、さらに高温の熱処理を行うことが望ましい。例えば80℃のKOH水溶液を用い、単結晶シリコン基板202Aの厚さが150μmなるようエッチングを行った後、支持基板201との貼り合わせを行い、さらに450℃にて再び熱処理し、貼り合わせ強度を高めることが望ましい。
【0044】
次に、図3(b)に示すように、貼り合わせた2枚の基板を熱処理することにより、支持基板201の表面上に薄膜の単結晶シリコン層202を残して大部分の単結晶シリコン基板202Aの剥離を行う。この基板の剥離現象は、単結晶シリコン基板202A中に導入された水素イオンによって、シリコンの結合が分断されるために生じるものである。すなわち、単結晶シリコン基板202Aにおいて、水素イオンの高濃度層206と水素イオンが注入されていない部分との境界近傍部分で、単結晶シリコン基板202Aを分断させることができる。
【0045】
単結晶シリコン基板202Aを剥離するための熱処理は例えば、貼り合わせた2枚の基板を毎分20℃の昇温速度にて600℃まで加熱することにより行うことができる。この熱処理によって、貼り合わされた単結晶シリコン基板202Aの大部分が支持基板201と分離され、支持基板201の表面上には例えば約200nm±5nm程度の膜厚を有する単結晶シリコン層202が形成される。なお、単結晶シリコン層202は、前に述べた単結晶シリコン基板202Aに対して行われる水素イオン注入の加速電圧を変えることによって50nm〜3000nmまで任意の膜厚で形成することが可能である。
【0046】
以上のようにして、図3(c)に示すように、SOI基板200が製造される。
【0047】
なお、単結晶シリコン基板202Aと支持基板201とを貼り合わせた後、単結晶シリコン基板202Aを薄膜化して単結晶シリコン層202を形成する方法は上述した水素イオンを用いる方法に限定されるものではなく、薄膜の単結晶シリコン層202は、単結晶シリコン基板と支持基板とを貼り合わせた後、単結晶シリコン基板の表面を研磨してその膜厚を3〜5μmとした後、さらにPACE(Plasma Assisted Chemical Etching)法によってその膜厚を0.05〜0.8μm程度までエッチングして仕上げる方法や、多孔質シリコン上に形成したエピタキシャルシリコン層を多孔質シリコン層の選択エッチングによって貼り合わせ支持基板上に転写するELTRAN(Epitaxial Layer Transfer)法によっても得ることができる。
【0048】
本実施形態のSOI基板の製造方法によれば、表面に窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204を形成した単結晶シリコン基板202Aと支持基板201とを貼り合わせることにより、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204を支持基板201と単結晶シリコン基板202Aとの貼り合わせ面よりも単結晶シリコン層202側に位置させることができるので、支持基板201に含有された不純物、及び支持基板201と単結晶シリコン基板202Aとの貼り合わせ面に吸着した不純物が単結晶シリコン層202側に拡散することを完全に防止することができる。
【0049】
また、CVD法などを用いて、第2の酸化シリコン膜203A、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204、第1の酸化シリコン膜203Bを、単結晶シリコン基板202Aの表面上に順次積層形成してもよい。ただし、この場合には、製造工程が複雑化するとともに、第2の酸化シリコン膜203A、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204、第1の酸化シリコン膜203Bの膜厚が不均一になる恐れがある。
【0050】
しかしながら、本実施形態では、単結晶シリコン基板202A表面を熱酸化することにより第1の酸化シリコン膜203Bを形成した後、第1の酸化シリコン膜203Bを形成した単結晶シリコン基板202A表面を窒化若しくは酸窒化することにより、第1の酸化シリコン膜203Bの単結晶シリコン基板202A側に窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204を形成し、さらに窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204を形成した単結晶シリコン基板202A表面を熱酸化することにより、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204の単結晶シリコン基板202A側に第2の酸化シリコン膜203Aを形成する方法を採用したので、均一な膜厚を有する平坦な第1の酸化シリコン膜203B、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204、第2の酸化シリコン膜203Aを形成することができる。
【0051】
このように均一な膜厚を有するこれらの膜を形成することにより、支持基板201と単結晶シリコン基板202Aとの貼り合わせ面にボイドが発生することを防止することができ、貼り合わせ強度を向上させることができるとともに、SOI基板200を用いてトランジスタ素子などを形成する場合に、膜剥がれ等が生じることを防止できるので、製品の歩留まりを向上させることができる。
【0052】
また、この方法によれば、第1の酸化シリコン膜203B、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204、第2の酸化シリコン膜203Aを単結晶シリコン基板202Aと一体に形成することができるので、第1の酸化シリコン膜203B、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204、第2の酸化シリコン膜203A、単結晶シリコン層202の密着性が高いSOI基板200を製造することができる。
【0053】
また、本実施形態によれば、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204の表面に第1の酸化シリコン膜203Bを形成し、第1の酸化シリコン膜203Bの表面を貼り合わせ面としたので、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204の表面に第1の酸化シリコン膜203Bを形成せず、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204の表面を貼り合わせ面とする場合よりも支持基板201と単結晶シリコン基板202Aとの密着性を向上することができ、貼り合わせ強度を向上させることができる。
【0054】
なお、第1の酸化シリコン膜203B、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204、第2の酸化シリコン膜203Aを単結晶シリコン基板202Aと一体形成せずに、CVD法などを用いて形成しても平坦な膜を形成できる場合には、上記の製造方法で説明した以外の、第1の酸化シリコン膜203B、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204、第2の酸化シリコン膜203Aの形成方法及び単結晶シリコン基板202Aと支持基板201との貼り合わせのパターンを例示することができる。
【0055】
また、本実施形態においては、第2の酸化シリコン膜203Aは窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204の後に形成されているが、これは単結晶シリコン基板202A上に窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204を直接形成したときに格子欠陥が形成される場合のみである。特に、窒化酸化シリコン膜を形成するときには格子欠陥が形成されにくいので、第2の酸化シリコン膜203Aは形成されなくても良い。
【0056】
図4(a)〜(d)に基づいて、上記以外の第1の酸化シリコン膜203B、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204、第2の酸化シリコン膜203Aの形成方法及び貼り合わせのパターンについて簡単に説明する。図4(a)〜(d)は貼り合わせを行う支持基板201と単結晶シリコン基板202Aとを取り出して、その組み合わせを示したものである。
【0057】
図4(a)に示すように、CVD法により、単結晶シリコン基板202Aの表面上に第2の酸化シリコン膜203A、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204、第1の酸化シリコン膜203Bを順次形成した後、この単結晶シリコン基板202Aと支持基板201とを貼り合わせてもよい。
【0058】
また、第2の酸化シリコン膜203Aを単結晶シリコン基板202Aの表面を熱酸化することにより形成した後、CVD法により窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204、第1の酸化シリコン膜203Bを順次形成するなど、上記で説明した方法とCVD法とを組み合わせて形成しても良い。
【0059】
また、CVD法を用いて単結晶シリコン基板202Aの表面上に酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を形成する場合、図4(b)に示すように、単結晶シリコン基板202Aの表面上に第2の酸化シリコン膜203Aを設けずに、直接窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204を形成してもよい。
【0060】
このような構成としても、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204を支持基板201と単結晶シリコン基板202Aとの貼り合わせ面よりも単結晶シリコン層202側に位置させることができるので、支持基板201に含有された不純物、及び支持基板201と単結晶シリコン基板202Aとの貼り合わせ面に吸着した不純物が単結晶シリコン層202側に拡散することも完全に防止することができる。
【0061】
図4(a)、(b)においては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を単結晶シリコン基板202A側に形成してから貼り合わせを行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。以下に、図4(c)、(d)に基づいて、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を支持基板201側に形成してから貼り合わせを行う場合について説明する。
【0062】
図4(c)に示すように、CVD法により支持基板201の表面上に第1の酸化シリコン膜203B、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204、第2の酸化シリコン膜203Aを順次形成した後、この支持基板201と単結晶シリコン基板202Aとの貼り合わせを行ってもよい。
【0063】
この場合には、熱酸化又はCVD法により単結晶シリコン基板202Aの表面上にあらかじめ酸化シリコン膜203Cを形成しておくことが望ましく、このように支持基板201、単結晶シリコン基板202Aのいずれの基板についても貼り合わせ側の最表面を酸化シリコン膜にしておくことで、貼り合わせた後の2枚の基板の密着性を向上させることができる。
【0064】
また、支持基板201が石英基板又はガラス基板からなる場合には、支持基板201の主成分が酸化シリコンであるため、図4(d)に示すように、支持基板201の表面上に第1の酸化シリコン膜203Bを形成しなくても良く、CVD法を用いて支持基板201側に窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204、第2の酸化シリコン膜203Aを順次形成した後、この支持基板201と表面に酸化シリコン膜203Cを形成した単結晶シリコン基板202Aとを貼り合わせてもよい。
【0065】
なお、図4(c)、(d)に示した貼り合わせのパターンでは、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204が貼り合わせ面よりも支持基板201側に形成されるため、支持基板201に含有された不純物が単結晶シリコン層202側に拡散することを防止することはできるが、貼り合わせ面に吸着した不純物が単結晶シリコン層202側に拡散することを防止することができない。すなわち、図4(c)、(d)に示した貼り合わせのパターンは、支持基板201として、石英基板又はガラス基板などの不純物を含む基板を用いた場合に有効である。
【0066】
[素子基板]
次に、図5に基づいて、上記構造のSOI基板200を用いて製造された本発明に係る実施形態の素子基板210の構造について説明する。図5に示す素子基板210は、SOI基板200の単結晶シリコン層202を所定のパターンに形成した後、この単結晶シリコン層を用いてTFT(トランジスタ素子)を形成することにより製造されたものである。
【0067】
図5において、図1と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明は省略する。図5において符号220はTFTを示し、符号208はSOI基板200の単結晶シリコン層202から形成され、TFTを構成する半導体層を示している。また、図5において、支持基板201、第1の酸化シリコン膜203Bと窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204と第2の酸化シリコン膜203Aとからなる絶縁部205、及び単結晶シリコン層202から形成された半導体層208がSOI基板となっている。
【0068】
図5に示すように、絶縁部205の表面上には、半導体層208、ゲート絶縁膜209、ゲート電極211、ソース電極215、ドレイン電極216、層間絶縁膜212からなるTFT220が形成されている。
【0069】
より詳細には、半導体層208を形成した支持基板201の表面上にゲート絶縁膜209が形成され、ゲート絶縁膜209の表面上にゲート電極211が形成されている。さらに、ゲート電極211を形成した支持基板201の表面上には層間絶縁膜212が設けられている。
【0070】
層間絶縁膜212及びゲート絶縁膜209には、半導体層208に形成されたソース領域、ドレイン領域(いずれも図示せず)に各々通じるコンタクトホール217、218が形成されており、ソース電極215、ドレイン電極216が各々コンタクトホール217、218を介して半導体層208のソース領域、ドレイン領域に電気的に接続するように形成されている。
【0071】
本実施形態の素子基板210は、上記のSOI基板200を用いて形成されたものであるので、支持基板201に含有された不純物、及び支持基板201と単結晶シリコン基板202Aとの貼り合わせ面に吸着した不純物が半導体層208(TFT220)側へ拡散することを完全に防止することができるので、TFT220の特性の劣化を防止することができるものとなる。
【0072】
[電気光学装置]
次に、本発明に係る実施形態の電気光学装置の例として、プロジェクタ等の投射型表示装置に好適に用いられる、TFT(トランジスタ素子)をスイッチング素子として用いたアクティブマトリクス型の液晶装置を取り上げて説明する。
【0073】
なお、本実施形態の液晶装置は、本発明のSOI基板を用いて製造された素子基板を備えたものである。すなわち、本実施形態の電気光学装置を構成する素子基板の基本構造は、先に説明したように、支持基板に相当する基板本体の表面上に第1の酸化シリコン膜、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜、第2の酸化シリコン膜からなる絶縁部が設けられ、その表面上に単結晶シリコン層から形成された半導体層を具備するTFTが形成されたものとなっている。
【0074】
また、投射型表示装置では、通常、液晶装置を構成する2枚の基板のうち、素子基板と対向する側の基板側(液晶装置の表面)から光が入射するが、この光が素子基板の表面上に形成されたTFTのチャネル領域に入射して光リーク電流を生ずるのを防ぐためにTFTの光が入射する側に遮光層を設ける構造とするのが一般的である。
【0075】
しかしながら、TFTの光が入射する側に遮光層を設けても、液晶装置に入射した光が素子基板の裏面の界面で反射してTFTのチャネル部に戻り光として入射することがある。この戻り光は、液晶装置の表面から入射する光量に対する割合としては僅かであるが、プロジェクタなどの非常に強力な光源を用いる装置においては充分に光リーク電流を生じうる。すなわち、素子基板の裏面からの戻り光はTFTのスイッチング特性に影響を及ぼしデバイスの特性を劣化させる。
【0076】
そこで、本実施形態においては、このような戻り光によるTFTの特性の劣化を防止するために、支持基板に相当する基板本体の直上に各TFT(トランジスタ素子)に対応させて遮光膜を設け、さらに金属等からなる遮光膜とTFTを構成する半導体層とを電気的に絶縁するための第1層間絶縁膜を設け、その第1層間絶縁膜の表面上に、第1の酸化シリコン膜、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜、第2の酸化シリコン膜からなる絶縁部を設ける構成としている。
【0077】
(電気光学装置の構造)
はじめに、本発明に係る実施形態の電気光学装置の構造について、液晶装置を取り上げて説明する。
【0078】
図6は液晶装置の画素部(表示領域)を構成するマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路である。また、図7は、データ線、走査線、画素電極、遮光膜等が形成された素子基板の相隣接する複数の画素群を拡大して示す平面図である。また、図8は、図7のA−A’断面図である。
【0079】
図6〜図8において、符号30がTFT(トランジスタ素子)、符号1aが単結晶シリコン層から形成され、TFTを構成する半導体層を示している。また、図6〜図8において、図1、図5と同じ構成要素については同じ参照符号を付し、説明は省略する。尚、図6〜図8においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
【0080】
図6において、液晶装置の画素部を構成するマトリクス状に形成された複数の画素は、マトリクス状に複数形成された画素電極9aと画素電極9aを制御するためのTFT30とからなり、画像信号が供給されるデータ線6aが当該TFT30のソースに電気的に接続されている。データ線6aに書き込む画像信号S1、S2、…、Snは、この順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線6aに対して、グループ毎に供給するようにしても良い。また、TFT30のゲートに走査線3aが電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線3aにパルス的に走査信号G1、G2、…、Gmを、この順に線順次で印加するように構成されている。
【0081】
画素電極9aは、TFT30のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるTFT30を一定期間だけそのスイッチを閉じることにより、データ線6aから供給される画像信号S1、S2、…、Snを所定のタイミングで書き込む。画素電極9aを介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号S1、S2、…、Snは、後述する対向基板に形成された後述する対向電極との間で一定期間保持される。
【0082】
液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ノーマリーホワイトモードであれば、印加された電圧に応じて入射光がこの液晶部分を通過不可能とされ、ノーマリーブラックモードであれば、印加された電圧に応じて入射光がこの液晶部分を通過可能とされ、全体として液晶装置から画像信号に応じたコントラストを持つ光が出射される。
【0083】
ここで、保持された画像信号がリークすることを防止するために、画素電極9aと対向電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量70を付加する。例えば、画素電極9aの電圧は、データ線に電圧が印加された時間よりも3桁も長い時間だけ蓄積容量70により保持される。これにより、保持特性は更に改善され、コントラスト比の高い液晶装置を実現することができる。本実施形態では特に、このような蓄積容量70を形成するために、後述の如く走査線と同層、もしくは導電性の遮光膜を利用して低抵抗化された容量線3bを設けている。
【0084】
次に、図7に基づいて、素子基板の画素部(表示領域)内の平面構造について詳細に説明する。図7に示すように、液晶装置の素子基板上の画素部内には、マトリクス状に複数の透明な画素電極9a(点線部9a’により輪郭が示されている)が設けられており、画素電極9aの縦横の境界に各々沿ってデータ線6a、走査線3a及び容量線3bが設けられている。データ線6aは、コンタクトホール5を介して単結晶シリコン層の半導体層1aのうち後述のソース領域に電気的に接続されており、画素電極9aは、コンタクトホール8を介して半導体層1aのうち後述のドレイン領域に電気的に接続されている。また、半導体層1aのうちチャネル領域(図中右上りの斜線の領域)に対向するように走査線3aが配置されており、走査線3aはゲート電極として機能する。
【0085】
容量線3bは、走査線3aに沿ってほぼ直線状に伸びる本線部(即ち、平面的に見て、走査線3aに沿って形成された第1領域)と、データ線6aと交差する箇所からデータ線6aに沿って前段側(図中、上向き)に突出した突出部(即ち、平面的に見て、データ線6aに沿って延設された第2領域)とを有する。
【0086】
そして、図中右上がりの斜線で示した領域には、複数の第1遮光膜11aが設けられている。より具体的には、第1遮光膜11aは夫々、画素部において半導体層1aのチャネル領域を含むTFTを素子基板の後述する基板本体側から見て覆う位置に設けられており、更に、容量線3bの本線部に対向して走査線3aに沿って直線状に伸びる本線部と、データ線6aと交差する箇所からデータ線6aに沿って隣接する段側(即ち、図中下向き)に突出した突出部とを有する。第1遮光膜11aの各段(画素行)における下向きの突出部の先端は、データ線6a下において次段における容量線3bの上向きの突出部の先端と重ねられている。この重なった箇所には、第1遮光膜11aと容量線3bとを相互に電気的に接続するコンタクトホール13が設けられている。即ち、本実施形態では、第1遮光膜11aは、コンタクトホール13により前段あるいは後段の容量線3bに電気的に接続されている。
【0087】
次に、図8に基づいて、液晶装置の画素部内の断面構造について説明する。図8に示すように、液晶装置において、素子基板10と、これに対向配置される対向基板20との間に液晶層(電気光学材料層)50が挟持されている。
【0088】
素子基板10は、シリコン、石英、ガラスなどの光透過性基板からなる基板本体(支持基板)10Aとその液晶層50側表面上に形成された画素電極9a、画素スイッチング用TFT(トランジスタ素子)30、配向膜16を主体として構成されており、対向基板20は透明なガラスや石英などの光透過性基板からなる基板本体20Aとその液晶層50側表面上に形成された対向電極(共通電極)21と配向膜22とを主体として構成されている。
【0089】
素子基板10の基板本体10Aの液晶層50側表面上には、画素電極9aが設けられており、その液晶層50側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜16が設けられ、各画素電極9aに隣接する位置に、各画素電極9aをスイッチング制御する画素スイッチング用TFT30が設けられている。画素電極9aは、例えばITO(インジウム・ティン・オキサイド)などの透明導電性薄膜からなり、配向膜16は、例えばポリイミドなどの有機薄膜からなる。
【0090】
素子基板10の基板本体10Aの直上(液晶層50側表面上)には、各画素スイッチング用TFT30に対応する位置に、第1遮光膜11aが設けられている。第1遮光膜11aは、好ましくは不透明な高融点金属であるTi、Cr、W、Ta、Mo及びPdのうちの少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド等から構成されている。
【0091】
本実施形態においては、このように素子基板10に第1遮光膜11aが形成されているので、素子基板10側からの戻り光等が画素スイッチング用TFT30のチャネル領域1a’やLDD領域1b、1cに入射することを防ぐことができ、光電流の発生によりトランジスタ素子としての画素スイッチング用TFT30の特性が劣化することを防止することができる。
【0092】
また、第1遮光膜11aの表面上には基板本体10Aの表面上の全面に渡って、画素スイッチング用TFT30を構成する半導体層1aを第1遮光膜11aから電気的に絶縁するとともに、第1遮光膜11aが形成された基板本体10Aの表面を平坦化するために、NSG(ノンドープトシリケートガラス)、PSG(リンシリケートガラス)、BSG(ボロンシリケートガラス)、BPSG(ボロンリンシリケートガラス)などのシリケートガラス膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等からなる第1層間絶縁膜12が設けられ、第1層間絶縁膜12の表面上には、さらに、第1の酸化シリコン膜203B、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204、第2の酸化シリコン膜203Aからなる絶縁部205が設けられ、絶縁部205の表面上に画素スイッチング用TFT30が設けられている。TFT30は、絶縁部205の表面上に設けられ、単結晶シリコン層から形成された半導体層1aを具備するものとなっている。また、本実施形態においては、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204の存在によって、光の透過率が低下することを防止するために、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204の膜厚は100nm以下に設定されていることが望ましい。なお、絶縁部205の構造については、コンタクトホール13が開孔している点を除いて、上記のSOI基板200及び素子基板210の絶縁部205の構造と同一であるので、説明を省略する。
【0093】
他方、対向基板20の基板本体20Aの液晶層50側表面上には、その全面に渡って対向電極(共通電極)21が設けられており、その液晶層50側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜22が設けられている。対向電極21は、例えばITOなどの透明導電性薄膜からなり、配向膜22は、例えばポリイミドなどの有機薄膜からなる。
【0094】
また、基板本体20Aの液晶層50側表面上には、更に図8に示すように、各画素部の開口領域以外の領域に第2遮光膜23が設けられている。このように対向基板20側に第2遮光膜23を設けることにより、対向基板20側から入射光が画素スイッチング用TFT30の半導体層1aのチャネル領域1a’やLDD(Lightly Doped Drain)領域1b及び1cに侵入することを防止することができるとともに、コントラストを向上させることができる。
【0095】
このように構成され、画素電極9aと対向電極21とが対向するように配置された素子基板10と対向基板20との間には、両基板の周縁部間に形成されたシール材(図示略)により囲まれた空間に液晶(電気光学材料)が封入され、液晶層(電気光学材料層)50が形成されている。
【0096】
液晶層50は、例えば一種又は数種類のネマティック液晶を混合した液晶からなっており、画素電極9aからの電界が印加されていない状態で配向膜16及び22により所定の配向状態を採る。
【0097】
また、シール材は、素子基板10及び対向基板20をそれらの周縁部で貼り合わせるための、例えば光硬化性接着剤や熱硬化性接着剤等の接着剤からなり、その内部には両基板間の距離を所定値とするためのグラスファイバー、ガラスビーズ等のスペーサが混入されている。
【0098】
また、本実施形態では、ゲート絶縁膜2を走査線3aに対向する位置から延設して誘電体膜として用い、半導体膜1aを延設して第1蓄積容量電極1fとし、更にこれらに対向する容量線3bの一部を第2蓄積容量電極とすることにより、蓄積容量70が構成されている。
【0099】
より詳細には、半導体層1aの高濃度ドレイン領域1eが、データ線6a及び走査線3aの下に延設されて、同じくデータ線6a及び走査線3aに沿って伸びる容量線3b部分に絶縁膜2を介して対向配置されて、第1蓄積容量電極(半導体層)1fとされている。特に蓄積容量70の誘電体としての絶縁膜2は、高温酸化により単結晶シリコン層上に形成されるTFT30のゲート絶縁膜2に他ならないので、薄く且つ高耐圧の絶縁膜とすることができ、蓄積容量70は比較的小面積で大容量の蓄積容量として構成できる。
【0100】
更に、蓄積容量70においては、図7及び図8から分かるように、第1遮光膜11aを、第2蓄積容量電極としての容量線3bの反対側において第1蓄積容量電極1fに第1層間絶縁膜12を介して第3蓄積容量電極として対向配置させることにより(図8の図示右側の蓄積容量70参照)、蓄積容量が更に付与されるように構成されている。即ち、本実施形態では、第1蓄積容量電極1fを挟んで両側に蓄積容量が付与されるダブル蓄積容量構造が構築されており、蓄積容量がより増加する。このような構造とすることにより、本実施形態の液晶装置が持つ、表示画像におけるフリッカや焼き付きを防止する機能を向上させることができる。
【0101】
これらの結果、データ線6a下の領域及び走査線3aに沿って液晶のディスクリネーションが発生する領域(即ち、容量線3bが形成された領域)という開口領域を外れたスペースを有効に利用して、画素電極9aの蓄積容量を増やすことが出来る。
【0102】
また、本実施形態では、第1遮光膜11a(及びこれに電気的に接続された容量線3b)は定電位源に電気的に接続されており、第1遮光膜11a及び容量線3bは、定電位とされている。従って、第1遮光膜11aに対向配置される画素スイッチング用TFT30に対し第1遮光膜11aの電位変動が悪影響を及ぼすことはない。また、容量線3bは、蓄積容量70の第2蓄積容量電極として良好に機能し得る。
【0103】
また、図7及び図8に示したように、本実施形態では、素子基板10に第1遮光膜11aを設けるのに加えて、コンタクトホール13を介して第1遮光膜11aは、前段あるいは後段の容量線3bに電気的に接続するように構成されている。このような構成とした場合には、各第1遮光膜11aが、自段の容量線に電気的に接続される場合と比較して、画素部の開口領域の縁に沿って、データ線6aに重ねて容量線3b及び第1遮光膜11aが形成される領域の他の領域に対する段差が少なくて済む。このように画素部の開口領域の縁に沿った段差が少ないと、当該段差に応じて引き起こされる液晶のディスクリネーション(配向不良)を低減できるので、画素部の開口領域を広げることが可能となる。
【0104】
また、第1遮光膜11aは、前述のように直線状に伸びる本線部から突出した突出部にコンタクトホール13が開孔されている。ここで、コンタクトホール13の開孔箇所としては、縁に近い程、ストレスが縁から発散されやすくなる等の理由により、クラックが発生しにくい。従って、どれだけ突出部の先端に近づけてコンタクトホール13を開孔するかに応じて(好ましくは、マージンぎりぎりまで先端に近づけるかに応じて)、製造工程中に第1遮光膜11aにかかる応力が緩和されて、より効果的にクラックを防止し得、歩留まりを向上させることが可能となる。
【0105】
また、容量線3bと走査線3aとは、同一のポリシリコン膜からなり、蓄積容量70の誘電体膜とTFT30のゲート絶縁膜2とは、同一の高温酸化膜からなり、第1蓄積容量電極1fと、TFT30のチャネル形成領域1aおよびソース領域1d、ドレイン領域1e等とは、同一の半導体層1aからなっている。このため、素子基板10の基板本体10Aの表面上に形成される積層構造を簡略化でき、更に、後述の液晶装置の製造方法において、同一の薄膜形成工程で容量線3b及び走査線3aを同時に形成でき、蓄積容量70の誘電体膜及びゲート絶縁膜2を同時に形成することができる。
【0106】
容量線3bと第1遮光膜11aとは、第1層間絶縁膜12に開孔されたコンタクトホール13を介して確実に且つ高い信頼性を持って、両者は電気的に接続されているが、このようなコンタクトホール13は、画素毎に開孔されていても良いし、複数の画素からなる画素グループ毎に開孔されていても良い。
【0107】
このような画素毎或いは画素グループ毎に設けられるコンタクトホール13は、対向基板20側から見てデータ線6aの下に開孔されている。このため、コンタクトホール13は、画素部の開口領域から外れており、しかもTFT30や第1蓄積容量電極1fが形成されていない第1層間絶縁膜12の部分に設けられているので、画素部の有効利用を図りつつ、コンタクトホール13の形成によるTFT30や他の配線等の不良化を防ぐことができる。
【0108】
また、図3において、画素スイッチング用TFT30は、LDD(Lightly Doped Drain)構造を有しており、走査線3a、走査線3aからの電界によりチャネルが形成される半導体層1aのチャネル領域1a’、走査線3aと半導体層1aとを絶縁するゲート絶縁膜2、データ線6a、半導体層1aの低濃度ソース領域(ソース側LDD領域)1b及び低濃度ドレイン領域(ドレイン側LDD領域)1c、半導体層1aの高濃度ソース領域1d並びに高濃度ドレイン領域1eを備えている。
【0109】
高濃度ドレイン領域1eには、複数の画素電極9aのうちの対応する一つが接続されている。ソース領域1b及び1d並びにドレイン領域1c及び1eは後述するように、半導体層1aに対し、N型又はP型のチャネルを形成するかに応じて所定濃度のN型用又はP型用のドーパントをドープすることにより形成されている。N型チャネルのTFTは、動作速度が速いという利点があり、画素のスイッチング素子である画素スイッチング用TFT30として用いられることが多い。
【0110】
データ線6aは、Al等の金属膜や金属シリサイド等の合金膜などの遮光性の薄膜から構成されている。また、走査線3a、ゲート絶縁膜2及び第1層間絶縁膜12の上には、高濃度ソース領域1dへ通じるコンタクトホール5及び高濃度ドレイン領域1eへ通じるコンタクトホール8が各々形成された第2層間絶縁膜4が形成されている。このソース領域1bへのコンタクトホール5を介して、データ線6aは高濃度ソース領域1dに電気的に接続されている。
【0111】
更に、データ線6a及び第2層間絶縁膜4の上には、高濃度ドレイン領域1eへのコンタクトホール8が形成された第3層間絶縁膜7が形成されている。この高濃度ドレイン領域1eへのコンタクトホール8を介して、画素電極9aは高濃度ドレイン領域1eに電気的に接続されている。前述の画素電極9aは、このように構成された第3層間絶縁膜7の上面に設けられている。尚、画素電極9aと高濃度ドレイン領域1eとは、データ線6aと同一のAl膜や走査線3bと同一のポリシリコン膜を中継して電気的に接続するようにしてもよい。
【0112】
画素スイッチング用TFT30は、好ましくは上述のようにLDD構造を持つが、低濃度ソース領域1b及び低濃度ドレイン領域1cに不純物イオンの打ち込みを行わないオフセット構造を有していてもよいし、ゲート電極(走査線3a)をマスクとして高濃度で不純物イオンを打ち込み、自己整合的に高濃度ソース及びドレイン領域を形成するセルフアライン型のTFTであってもよい。
【0113】
また、画素スイッチング用TFT30のゲート電極(走査線3a)をソース−ドレイン領域1b及び1e間に1個のみ配置したシングルゲート構造としたが、これらの間に2個以上のゲート電極を配置してもよい。この際、各々のゲート電極には同一の信号が印加されるようにする。このようにダブルゲート或いはトリプルゲート以上でTFTを構成すれば、チャネルとソース−ドレイン領域接合部のリーク電流を防止でき、オフ時の電流を低減することができる。これらのゲート電極の少なくとも1個をLDD構造或いはオフセット構造にすれば、更にオフ電流を低減でき、安定したスイッチング素子を得ることができる。
【0114】
ここで、一般には、半導体層1aのチャネル領域1a’、低濃度ソース領域1b及び低濃度ドレイン領域1c等を構成する単結晶シリコン層は、光が入射するとシリコンが有する光電変換効果により光電流が発生してしまい画素スイッチング用TFT30のトランジスタ特性が劣化するが、本実施形態では、走査線3aを上側から覆うようにデータ線6aがAl等の遮光性の金属薄膜から形成されているので、少なくとも半導体層1aのチャネル領域1a’及びLDD領域1b、1cへの入射光の入射を防止することが出来る。
【0115】
また、前述のように、画素スイッチング用TFT30の下側(基板本体10A側)には、第1遮光膜11aが設けられているので、少なくとも半導体層1aのチャネル領域1a’及びLDD領域1b、1cへの戻り光の入射を防止することが出来る。
【0116】
尚、本実施形態においては、相隣接する前段あるいは後段の画素に設けられた容量線3bと第1遮光膜11aとを接続しているため、最上段あるいは最下段の画素に対して第1遮光膜11aに定電位を供給するための容量線3bが必要となる。そこで、容量線3bの数を垂直画素数に対して1本余分に設けておくようにすると良い。
【0117】
(電気光学装置の製造方法)
次に、上記構造を有する液晶装置の製造方法について説明する。
はじめに、図9〜図14に基づいて、本発明に係る実施形態の素子基板の製造方法として、素子基板10の製造方法について説明する。なお、図9〜図14は各工程における素子基板の一部分を、図8と同様に、図7のA−A’断面に対応させて示す工程図である。また、図10〜図14においては、図面を簡略化するために、絶縁部205の図示を省略している。
【0118】
はじめに、シリコン基板、石英基板、ガラス基板等の基板本体(支持基板)10Aを用意する。ここで、好ましくはN2(窒素)等の不活性ガス雰囲気下、約850〜1300℃、より好ましくは1000℃の高温でアニール処理し、後に実施される高温プロセスにおいて基板本体10Aに生じる歪みが少なくなるように前処理しておく。即ち、製造プロセスにおいて処理される最高温に合わせて、事前に基板本体10Aを同じ温度かそれ以上の温度で熱処理しておく。
【0119】
このように処理された基板本体10Aの全面に、図9(a)に示すように、Ti、Cr、W、Ta、Mo及びPd等の金属や金属シリサイド等の金属合金膜を、スパッタリング法などにより、100〜500nm程度の膜厚、好ましくは約200nmの膜厚の遮光層11を形成する。
【0120】
次に、図9(b)に示すように、フォトリソグラフィにより第1遮光膜11aのパターン(図7参照)に対応するフォトレジスト207を形成する。
【0121】
次に、図9(c)に示すように、フォトレジスト207を介して遮光層11に対しエッチングを行うことにより、図7に示したようなパターンの第1遮光膜11aを形成する。
【0122】
次に、図9(d)に示すように、第1遮光膜11aの上に、例えば、常圧又は減圧CVD法等によりTEOS(テトラ・エチル・オルソ・シリケート)ガス、TEB(テトラ・エチル・ボートレート)ガス、TMOP(テトラ・メチル・オキシ・フォスレート)ガス等を用いて、NSG、PSG、BSG、BPSGなどのシリケートガラス膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等からなる第1層間絶縁膜12を形成する。この第1層間絶縁膜12の膜厚は、例えば、約400〜1000nm、より好ましくは800nm程度とする。
【0123】
次に、図9(e)に示すように、第1層間絶縁膜12の表面全体を、CMP(化学的機械研磨)法などにより研磨して平坦化する。
【0124】
次に、図9(f)に示すように、表面が平坦化された第1層間絶縁膜12を形成した図9(e)に示す基板本体10Aと、表面に第1の酸化シリコン膜203B、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204、第2の酸化シリコン膜203Aからなる絶縁部205を形成した単結晶シリコン基板202Aとの貼り合わせを行う。次いで、図9(g)に示すように、基板本体10Aの表面上に薄膜の単結晶シリコン層202を残して大部分の単結晶シリコン基板202Aの剥離を行う。
【0125】
なお、単結晶シリコン基板202Aの表面に絶縁部205を形成する方法、表面に絶縁部205を形成した単結晶シリコン基板202Aと基板本体10Aとの貼り合わせ方法、及び単結晶シリコン基板202Aの剥離方法については、上記のSOI基板200の製造方法において詳細に説明したので、説明を省略する。
【0126】
次に、図9(h)に示すように、単結晶シリコン層202をフォトリソグラフィ工程、エッチング工程等を経て所定のパターンに形成することにより、図7に示した如き所定パターンの半導体層1aを形成する。即ち、特にデータ線6a下で容量線3bが形成される領域及び走査線3aに沿って容量線3bが形成される領域には、画素スイッチング用TFT30を構成する半導体層1aから延設された第1蓄積容量電極1fを形成する。
【0127】
次に、図9(i)に示すように、画素スイッチング用TFT30を構成する半導体層1aと共に第1蓄積容量電極1fを約850〜1300℃の温度、好ましくは約1000℃の温度で72分程度熱酸化することにより、約60nmの比較的薄い厚さの熱酸化シリコン膜を形成し、画素スイッチング用TFT30のゲート絶縁膜2と共に容量形成用のゲート絶縁膜2を形成する。この結果、半導体層1a及び第1蓄積容量電極1fの厚さは、約30〜170nmの厚さ、ゲート絶縁膜2の厚さは、約60nmの厚さとなる。
【0128】
次に、図10(a)に示すように、Nチャネルの半導体層1aに対応する位置にレジスト膜301を形成し、Pチャネルの半導体層1aにPなどのV族元素のドーパント302を低濃度で(例えば、Pイオンを70keVの加速電圧、2×1011/cm2のドーズ量にて)ドープする。
【0129】
次に、図10(b)に示すように、図示を省略するPチャネルの半導体層1aに対応する位置にレジスト膜を形成し、Nチャネルの半導体層1aにBなどのIII族元素のドーパント303を低濃度で(例えば、Bイオンを35keVの加速電圧、1×1012/cm2のドーズ量にて)ドープする。
【0130】
次に、図10(c)に示すように、Pチャネル、Nチャネル毎に各半導体層1aのチャネル領域1a’の端部を除く基板10の表面にレジスト膜305を形成し、Pチャネルについて、図10(a)に示した工程の約1〜10倍のドーズ量のPなどのV族元素のドーパント306、Nチャネルについて図10(b)に示した工程の約1〜10倍のドーズ量のBなどのIII族元素のドーパント306をドープする。
【0131】
次に、図10(d)に示すように、半導体層1aを延設してなる第1蓄積容量電極1fを低抵抗化するため、基板本体10Aの表面の走査線3a(ゲート電極)に対応する部分にレジスト膜307(走査線3aよりも幅が広い)を形成し、これをマスクとしてその上からPなどのV族元素のドーパント308を低濃度で(例えば、Pイオンを70keVの加速電圧、3×1014/cm2のドーズ量にて)ドープする。
【0132】
次に、図11(a)に示すように、第1層間絶縁膜12及び絶縁部205(図示略)に第1遮光膜11aに至るコンタクトホール13を反応性エッチング、反応性イオンビームエッチング等のドライエッチングにより或いはウエットエッチングにより形成する。この際、反応性エッチング、反応性イオンビームエッチングのような異方性エッチングにより、コンタクトホール13等を開孔した方が、開孔形状をマスク形状とほぼ同じにできるという利点がある。但し、ドライエッチングとウエットエッチングとを組み合わせて開孔すれば、これらのコンタクトホール13等をテーパ状にできるので、配線接続時の断線を防止できるという利点が得られる。
【0133】
次に、図11(b)に示すように、減圧CVD法等によりポリシリコン層3を350nm程度の厚さで堆積した後、リン(P)を熱拡散し、ポリシリコン膜3を導電化する。又は、Pイオンをポリシリコン膜3の成膜と同時に導入したドープトシリコン膜を用いてもよい。これにより、ポリシリコン層3の導電性を高めることができる。
【0134】
次に、図11(c)に示すように、レジストマスクを用いたフォトリソグラフィ工程、エッチング工程等により、図7に示した如き所定パターンの走査線3aと共に容量線3bを形成する。尚、この後、基板本体10Aの裏面に残存するポリシリコンを基板本体10Aの表面をレジスト膜で覆ってエッチングにより除去する。
【0135】
次に、図11(d)に示すように、半導体層1aにPチャネルのLDD領域を形成するために、Nチャネルの半導体層1aに対応する位置をレジスト膜309で覆い、走査線3a(ゲート電極)を拡散マスクとして、まずBなどのIII族元素のドーパント310を低濃度で(例えば、BF2イオンを90keVの加速電圧、3×1013/cm2のドーズ量にて)ドープし、Pチャネルの低濃度ソース領域1b及び低濃度ドレイン領域1cを形成する。
【0136】
続いて、図11(e)に示すように、半導体層1aにPチャネルの高濃度ソース領域1d及び高濃度ドレイン領域1eを形成するために、Nチャネルの半導体層1aに対応する位置をレジスト膜309で覆った状態で、かつ、図示はしていないが走査線3aよりも幅の広いマスクでレジスト層をPチャネルに対応する走査線3a上に形成した状態、同じくBなどのIII族元素のドーパント311を高濃度で(例えば、BF2イオンを90keVの加速電圧、2×1015/cm2のドーズ量にて)ドープする。
【0137】
次に、図12(a)に示すように、半導体層1aにNチャネルのLDD領域を形成するために、Pチャネルの半導体層1aに対応する位置をレジスト膜(図示せず)で覆い、走査線3a(ゲート電極)を拡散マスクとして、PなどのV族元素のドーパント60を低濃度で(例えば、Pイオンを70keVの加速電圧、6×1012/cm2のドーズ量にて)ドープし、Nチャネルの低濃度ソース領域1b及び低濃度ドレイン領域1cを形成する。
【0138】
続いて、図12(b)に示すように、半導体層1aにNチャネルの高濃度ソース領域1d及び高濃度ドレイン領域1eを形成するために、走査線3aよりも幅の広いマスクでレジスト62をNチャネルに対応する走査線3a上に形成した後、同じくPなどのV族元素のドーパント61を高濃度で(例えば、Pイオンを70keVの加速電圧、4×1015/cm2のドーズ量にて)ドープする。
【0139】
次に、図12(c)に示すように、画素スイッチング用TFT30における走査線3aと共に容量線3b及び走査線3aを覆うように、例えば、常圧又は減圧CVD法やTEOSガス等を用いて、NSG、PSG、BSG、BPSGなどのシリケートガラス膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等からなる第2層間絶縁膜4を形成する。第2層間絶縁膜4の膜厚は、約500〜1500nmが好ましく、更に800nmがより好ましい。
【0140】
この後、高濃度ソース領域1d及び高濃度ドレイン領域1eを活性化するために約850℃のアニール処理を20分程度行う。
【0141】
次に、図12(d)に示すように、データ線31に対するコンタクトホール5を、反応性エッチング、反応性イオンビームエッチング等のドライエッチングにより或いはウエットエッチングにより形成する。また、走査線3aや容量線3bを図示しない配線と接続するためのコンタクトホールも、コンタクトホール5と同一の工程により第2層間絶縁膜4に開孔する。
【0142】
次に、図13(a)に示すように、第2層間絶縁膜4の上に、スパッタ処理等により、遮光性のAl等の低抵抗金属や金属シリサイド等を金属膜6として、約100〜700nmの厚さ、好ましくは約350nmに堆積し、更に図13(b)に示すように、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程等により、データ線6aを形成する。
【0143】
次に、図13(c)に示すように、データ線6a上を覆うように、例えば、常圧又は減圧CVD法やTEOSガス等を用いて、NSG、PSG、BSG、BPSGなどのシリケートガラス膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等からなる第3層間絶縁膜7を形成する。第3層間絶縁膜7の膜厚は、約500〜1500nmが好ましく、更に800nmがより好ましい。
【0144】
次に、図14(a)に示すように、画素スイッチング用TFT30において、画素電極9aと高濃度ドレイン領域1eとを電気的に接続するためのコンタクトホール8を、反応性エッチング、反応性イオンビームエッチング等のドライエッチングにより形成する。
【0145】
次に、図14(b)に示すように、第3層間絶縁膜7の上に、スパッタ処理等により、ITO等の透明導電性薄膜9を、約50〜200nmの厚さに堆積し、更に図14(c)に示すように、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程等により、画素電極9aを形成する。尚、本実施形態の液晶装置が反射型液晶装置である場合には、Al等の反射率の高い不透明な材料から画素電極9aを形成してもよい。
【0146】
続いて、画素電極9aの上にポリイミド系の配向膜の塗布液を塗布した後、所定のプレティルト角を持つように、且つ所定方向にラビング処理を施すこと等により、配向膜16(図8参照)が形成される。
【0147】
以上のようにして、素子基板10が製造される。
【0148】
本実施形態の素子基板の製造方法によれば、表面に窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204を形成した単結晶シリコン基板202Aと基板本体10Aとを貼り合わせることにより、窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜204を基板本体10Aと単結晶シリコン基板202Aとの貼り合わせ面よりも半導体層1a(TFT30)側に位置させることができるので、基板本体10Aに含有された不純物、及び基板本体10Aと単結晶シリコン基板202Aとの貼り合わせ面に吸着した不純物が半導体層1a(TFT30)側に拡散することを完全に防止することができる。
【0149】
また、本実施形態の素子基板の製造方法により製造された素子基板10は、基板本体10Aに含有された不純物、及び基板本体10Aと単結晶シリコン基板202Aとの貼り合わせ面に吸着した不純物が半導体層1a(TFT30)側へ拡散することを完全に防止することができるので、TFT30の特性の劣化を防止することができるものとなる。
【0150】
次に、対向基板20の製造方法及び素子基板10と対向基板20とから液晶装置を製造する方法について説明する。
【0151】
図8に示した対向基板20については、基板本体20Aとしてガラス基板等の光透過性基板を用意し、基板本体20Aの表面上に、第2遮光膜23及び後述する周辺見切りとしての第2遮光膜を形成する。第2遮光膜23及び後述する周辺見切りとしての第2遮光膜は、例えばCr、Ni、Alなどの金属材料をスパッタリングした後、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程を経て形成される。尚、これらの第2遮光膜は、上記の金属材料の他、カーボンやTiなどをフォトレジストに分散させた樹脂ブラックなどの材料から形成してもよい。
【0152】
その後、基板本体20Aの表面上の全面にスパッタリング法などにより、ITO等の透明導電性薄膜を、約50〜200nmの厚さに堆積することにより、対向電極21を形成する。更に、対向電極21の表面上の全面にポリイミドなどの配向膜の塗布液を塗布した後、所定のプレティルト角を持つように、且つ所定方向にラビング処理を施すこと等により、配向膜22(図3参照)を形成する。以上のようにして、対向基板20が製造される。
【0153】
最後に、上述のようにして製造された素子基板10と対向基板20とを、配向膜16及び22が互いに対向するようにシール材により貼り合わせ、真空吸引法などの方法により、両基板間の空間に、例えば複数種類のネマティック液晶を混合してなる液晶を吸引して、所定の厚みを有する液晶層50を形成することにより、上記構造の液晶装置が製造される。
【0154】
(液晶装置の全体構成)
上記のように構成された本実施形態の液晶装置の全体構成を図15及び図16を参照して説明する。尚、図15は、素子基板10を対向基板20側から見た平面図であり、図16は、対向基板20を含めて示す図15のH−H’断面図である。
【0155】
図15において、素子基板10の表面上には、シール材52がその縁に沿って設けられており、図16に示すように、図15に示したシール材52とほぼ同じ輪郭を持つ対向基板20が当該シール材52により素子基板10に固着されている。
【0156】
図15に示すように、対向基板20の表面上にはシール材52の内側に並行させて、例えば第2遮光膜23と同じ或いは異なる材料から成る周辺見切りとしての第2遮光膜53が設けられている。
【0157】
また、素子基板10において、シール材52の外側の領域には、データ線駆動回路101及び実装端子102が素子基板10の一辺に沿って設けられており、走査線駆動回路104が、この一辺に隣接する2辺に沿って設けられている。走査線3aに供給される走査信号遅延が問題にならない場合には、走査線駆動回路104は片側だけでも良いことは言うまでもない。
【0158】
また、データ線駆動回路101を表示領域(画素部)の辺に沿って両側に配列してもよい。例えば奇数列のデータ線6aは表示領域の一方の辺に沿って配設されたデータ線駆動回路から画像信号を供給し、偶数列のデータ線6aは表示領域の反対側の辺に沿って配設されたデータ線駆動回路から画像信号を供給するようにしてもよい。この様にデータ線6aを櫛歯状に駆動するようにすれば、データ線駆動回路の占有面積を拡張することができるため、複雑な回路を構成することが可能となる。
【0159】
更に素子基板10の残る一辺には、表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路104間をつなぐための複数の配線105が設けられており、更に、周辺見切りとしての第2遮光膜53の下に隠れてプリチャージ回路を設けてもよい。また、素子基板10と対向基板20間のコーナー部の少なくとも1箇所においては、素子基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための導通材106が設けられている。
【0160】
また、素子基板10の表面上には更に、製造途中や出荷時の液晶装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路等を形成してもよい。また、データ線駆動回路101及び走査線駆動回路104を素子基板10の表面上に設ける代わりに、例えばTAB(テープオートメイテッドボンディング基板)上に実装された駆動用LSIに、素子基板10の周辺領域に設けられた異方性導電フィルムを介して電気的及び機械的に接続するようにしてもよい。
【0161】
また、対向基板20の光が入射する側及び素子基板10の光が出射する側には各々、例えば、TN(ツイステッドネマティック)モード、STN(スーパーTN)モード、D−STN(デュアルスキャン−STN)モード等の動作モードや、ノーマリーホワイトモード/ノーマリーブラックモードの別に応じて、偏光フィルム、位相差フィルム、偏光手段などが所定の方向で配置される。
【0162】
本実施形態の液晶装置がカラー液晶プロジェクタ(投射型表示装置)に適用される場合には、3枚の液晶装置がRGB用のライトバルブとして各々用いられ、各パネルには各々RGB色分解用のダイクロイックミラーを介して分解された各色の光が投射光として各々入射されることになる。従って、その場合には上記実施形態で示したように、対向基板20に、カラーフィルタは設けられていない。
【0163】
しかしながら、対向基板20の基板本体20Aの液晶層50側表面上において、第2遮光膜23の形成されていない画素電極9aに対向する所定領域にRGBのカラーフィルタをその保護膜と共に形成してもよい。このような構成とすれば、液晶プロジェクタ以外の直視型や反射型のカラー液晶テレビなどのカラー液晶装置に、上記実施形態の液晶装置を適用することができる。
【0164】
更に、対向基板20の表面上に1画素に1個対応するようにマイクロレンズを形成してもよい。このようにすれば、入射光の集光効率を向上することで、明るい液晶装置が実現できる。更にまた、対向基板20の表面上に、何層もの屈折率の相違する干渉層を堆積することで、光の干渉を利用して、RGB色を作り出すダイクロイックフィルタを形成してもよい。このダイクロイックフィルタ付き対向基板によれば、より明るいカラー液晶装置が実現できる。
【0165】
なお、本実施形態における液晶装置では、入射光を対向基板20側から入射させることとしたが、素子基板10に第1遮光膜11aを設ける構成としているので、素子基板10側から入射光を入射させ、対向基板20側から出射するようにしても良い。即ち、このように液晶装置を液晶プロジェクタに取り付けても、半導体層1aのチャネル領域1a’及びLDD領域1b、1cに光が入射することを防ぐことが出来、高画質の画像を表示することが可能である。
【0166】
また、本実施形態の液晶装置は、本実施形態の素子基板の製造方法により製造された素子基板10を備えたものであるので、基板本体10Aに含有された不純物、及び基板本体10Aと単結晶シリコン基板202Aとの貼り合わせ面に吸着した不純物が半導体層1a(TFT30)側へ拡散することを完全に防止することができるので、TFT(トランジスタ素子)30の特性の劣化を防止することができ、性能の優れたものとなる。
【0167】
(電子機器)
上記の実施形態の液晶装置(電気光学装置)を用いた電子機器の一例として、投射型表示装置の構成について、図17を参照して説明する。
【0168】
図17において、投射型表示装置1100は、上記の実施形態の液晶装置を3個用意し、夫々RGB用の液晶装置962R、962G及び962Bとして用いた投射型液晶装置の光学系の概略構成図を示す。
【0169】
本例の投射型表示装置の光学系には、光源装置920と、均一照明光学系923が採用されている。そして、投射型表示装置は、この均一照明光学系923から出射される光束Wを赤(R)、緑(G)、青(B)に分離する色分離手段としての色分離光学系924と、各色光束R、G、Bを変調する変調手段としての3つのライトバルブ925R、925G、925Bと、変調された後の色光束を再合成する色合成手段としての色合成プリズム910と、合成された光束を投射面100の表面に拡大投射する投射手段としての投射レンズユニット906を備えている。また、青色光束Bを対応するライトバルブ925Bに導く導光系927をも備えている。
【0170】
均一照明光学系923は、2つのレンズ板921、922と反射ミラー931を備えており、反射ミラー931を挟んで2つのレンズ板921、922が直交する状態に配置されている。均一照明光学系923の2つのレンズ板921、922は、それぞれマトリクス状に配置された複数の矩形レンズを備えている。光源装置920から出射された光束は、第1のレンズ板921の矩形レンズによって複数の部分光束に分割される。そして、これらの部分光束は、第2のレンズ板922の矩形レンズによって3つのライトバルブ925R、925G、925B付近で重畳される。従って、均一照明光学系923を用いることにより、光源装置920が出射光束の断面内で不均一な照度分布を有している場合でも、3つのライトバルブ925R、925G、925Bを均一な照明光で照明することが可能となる。
【0171】
各色分離光学系924は、青緑反射ダイクロイックミラー941と、緑反射ダイクロイックミラー942と、反射ミラー943から構成される。まず、青緑反射ダイクロイックミラー941において、光束Wに含まれている青色光束Bおよび緑色光束Gが直角に反射され、緑反射ダイクロイックミラー942の側に向かう。赤色光束Rはこのミラー941を通過して、後方の反射ミラー943で直角に反射されて、赤色光束Rの出射部944からプリズムユニット910の側に出射される。
【0172】
次に、緑反射ダイクロイックミラー942において、青緑反射ダイクロイックミラー941において反射された青色、緑色光束B、Gのうち、緑色光束Gのみが直角に反射されて、緑色光束Gの出射部945から色合成光学系の側に出射される。
【0173】
緑反射ダイクロイックミラー942を通過した青色光束Bは、青色光束Bの出射部946から導光系927の側に出射される。本例では、均一照明光学素子の光束Wの出射部から、色分離光学系924における各色光束の出射部944、945、946までの距離がほぼ等しくなるように設定されている。
【0174】
色分離光学系924の赤色、緑色光束R、Gの出射部944、945の出射側には、それぞれ集光レンズ951、952が配置されている。したがって、各出射部から出射した赤色、緑色光束R、Gは、これらの集光レンズ951、952に入射して平行化される。
【0175】
このように平行化された赤色、緑色光束R、Gは、ライトバルブ925R、925Gに入射して変調され、各色光に対応した画像情報が付加される。すなわち、これらの液晶装置は、図示を省略している駆動手段によって画像情報に応じてスイッチング制御されて、これにより、ここを通過する各色光の変調が行われる。一方、青色光束Bは、導光系927を介して対応するライトバルブ925Bに導かれ、ここにおいて、同様に画像情報に応じて変調が施される。尚、本例のライトバルブ925R、925G、925Bは、それぞれさらに入射側偏光手段960R、960G、960Bと、出射側偏光手段961R、961G、961Bと、これらの間に配置された液晶装置962R、962G、962Bとからなる液晶ライトバルブである。
【0176】
導光系927は、青色光束Bの出射部946の出射側に配置した集光レンズ954と、入射側反射ミラー971と、出射側反射ミラー972と、これらの反射ミラーの間に配置した中間レンズ973と、ライトバルブ925Bの手前側に配置した集光レンズ953とから構成されている。集光レンズ946から出射された青色光束Bは、導光系927を介して液晶装置962Bに導かれて変調される。各色光束の光路長、すなわち、光束Wの出射部から各液晶装置962R、962G、962Bまでの距離は青色光束Bが最も長くなり、したがって、青色光束の光量損失が最も多くなる。しかし、導光系927を介在させることにより、光量損失を抑制することができる。
【0177】
各ライトバルブ925R、925G、925Bを通って変調された各色光束R、G、Bは、色合成プリズム910に入射され、ここで合成される。そして、この色合成プリズム910によって合成された光が投射レンズユニット906を介して所定の位置にある投射面100の表面に拡大投射されるようになっている。
【0178】
上記構造を有する投射型表示装置1100は、上記の実施形態の液晶装置を備えたものであるので、TFT(トランジスタ素子)の特性の劣化を防止することができ、性能の優れたものとなる。
【0179】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、支持基板と単結晶シリコン層との間に少なくとも窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を具備する絶縁部を設ける構成としたので、支持基板に含有された不純物が単結晶シリコン層側に拡散することを完全に防止することができるSOI基板を提供することができる。
【0180】
また、単結晶シリコン基板側に窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を形成してから、単結晶シリコン基板と支持基板とを貼り合わせることによって、支持基板に含有された不純物、及び支持基板と単結晶シリコン基板との貼り合わせ面に吸着した不純物が単結晶シリコン層側に拡散することを完全に防止することができるSOI基板の製造方法を提供することができる。
【0181】
また、本発明のSOI基板を用いて素子基板を製造することができ、本発明の素子基板は、支持基板に含有された不純物、あるいは支持基板と単結晶シリコン基板との貼り合わせ面に吸着した不純物によるトランジスタ素子への影響を防止し、トランジスタ素子の特性の劣化を防止することができるものとなる。
【0182】
また、本発明の素子基板を備えることにより、トランジスタ素子の特性の劣化を防止することができ、性能の優れた電気光学装置及び電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明に係る実施形態のSOI基板の構造を示す断面図である。
【図2】 図2(a)〜(e)は、本発明に係る実施形態のSOI基板の製造方法を示す工程図である。
【図3】 図3(a)〜(c)は、本発明に係る実施形態のSOI基板の製造方法を示す工程図である。
【図4】 図4(a)〜(d)は、本発明に係る実施形態のSOI基板の製造方法において、支持基板と単結晶シリコン基板の貼り合わせのパターンを示す図である。
【図5】 図5は、本発明に係る実施形態の素子基板の構造を示す断面図である。
【図6】 図6は、本発明に係る実施形態の電気光学装置において、画素部を構成する各種素子、配線等の等価回路図である。
【図7】 図7は、本発明に係る実施形態の電気光学装置において、素子基板の相隣接する複数の画素群の平面図である。
【図8】 図8は、図7のA−A’断面図である。
【図9】 図9(a)〜(i)は、本発明に係る実施形態の素子基板の製造方法を示す工程図である。
【図10】 図10(a)〜(d)は、本発明に係る実施形態の素子基板の製造方法を示す工程図である。
【図11】 図11(a)〜(e)は、本発明に係る実施形態の素子基板の製造方法を示す工程図である。
【図12】 図12(a)〜(d)は、本発明に係る実施形態の素子基板の製造方法を示す工程図である。
【図13】 図13(a)〜(c)は、本発明に係る実施形態の素子基板の製造方法を示す工程図である。
【図14】 図14(a)〜(c)は、本発明に係る実施形態の素子基板の製造方法を示す工程図である。
【図15】 図15は、本発明に係る実施形態の電気光学装置の素子基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板側から見た平面図である。
【図16】 図16は、図15のH−H’断面図である。
【図17】 図17は、本発明に係る実施形態の電気光学装置を用いた電子機器の一例である投射型表示装置の構成図である。
【図18】 図18(a)、(b)は、従来のSOI基板の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
200…SOI基板
201…支持基板
202…単結晶シリコン層
202A…単結晶シリコン基板
203B…第1の酸化シリコン膜
203A…第2の酸化シリコン膜
204…窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜
205…絶縁部
210…素子基板
220…TFT(トランジスタ素子)
208…半導体層
1a…半導体層
1a’…チャネル領域
1b…低濃度ソース領域(ソース側LDD領域)
1c…低濃度ドレイン領域(ドレイン側LDD領域)
1d…高濃度ソース領域
1e…高濃度ドレイン領域
10…素子基板
10A…基板本体(支持基板)
20…対向基板
20A…基板本体
11a…第1遮光膜
12…第1層間絶縁膜
30…画素スイッチング用TFT(トランジスタ素子)
50…液晶層(電気光学材料層)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an SOI substrate including a single crystal silicon layer on one surface of a support substrate, an element substrate including the SOI substrate, an electro-optical device and an electronic apparatus including the element substrate, and a method for manufacturing the SOI substrate The present invention relates to a method for manufacturing an element substrate.
[0002]
[Prior art]
A semiconductor technology in which a single crystal silicon thin film is formed on an insulating substrate and a semiconductor device is formed using the single crystal silicon thin film is called SOI (Silicon On Insulator) technology. It is widely used because it has advantages such as integration.
[0003]
As one of the SOI techniques, there is a technique for manufacturing an SOI substrate by bonding a single crystal silicon substrate. A conventional SOI substrate manufacturing method and structure will be briefly described with reference to FIG.
[0004]
First, as illustrated in FIG. 18A, a single crystal silicon substrate 1003 in which a silicon oxide film 1002 is formed by previously oxidizing a surface on a bonding side is bonded to a surface of a support substrate 1001 using a hydrogen bonding force. Then, after increasing the bonding strength by heat treatment, the single crystal silicon substrate 1003 is thinned by grinding, polishing, etching or the like to form a single crystal silicon thin film 1004 as shown in FIG. An SOI substrate having a structure in which a silicon oxide film 1002 and a single crystal silicon layer 1004 are sequentially stacked on the surface of the substrate 1001 is manufactured.
[0005]
According to the above method for manufacturing an SOI substrate, since the single crystal silicon thin film 1004 having excellent crystallinity can be formed to reduce the thickness of the single crystal silicon substrate 1003, a high-performance device can be manufactured. .
[0006]
An SOI substrate based on such a bonding method is used for manufacturing various devices in the same way as an ordinary bulk semiconductor substrate (semiconductor integrated circuit). However, as a feature different from a bulk substrate, various materials can be used as a supporting substrate. The point which can use a board | substrate can be mentioned.
[0007]
That is, as a supporting substrate, a normal silicon substrate, a transparent (light transmissive) quartz substrate, a glass substrate, or the like can be used. Therefore, for example, by forming a single crystal silicon thin film on a light-transmitting substrate, single crystal silicon having excellent crystallinity even in a device requiring light transmittance, such as a transmissive liquid crystal display device Using a thin film, a transistor element such as a high-performance liquid crystal driving MOSFET can be formed.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
When an SOI substrate is manufactured using a quartz substrate or a glass substrate as a support substrate and a transistor element is formed on the surface, impurities contained in the support substrate permeate the silicon oxide film and diffuse to the transistor element side. There is a risk of deteriorating the characteristics of the.
[0009]
In addition, regardless of the type of the support substrate, when the support substrate and the single crystal silicon substrate are bonded together in the manufacturing process of the SOI substrate, Na from the atmosphere. + , K + , Cl - In this case, the obtained SOI substrate is obtained by sandwiching the impurity between the supporting substrate and the silicon oxide film.
[0010]
When a transistor element is formed on the surface of an SOI substrate having such a structure, impurities sandwiched between the support substrate and the silicon oxide film permeate the silicon oxide film and diffuse to the transistor element side. There is a risk of deteriorating the characteristics of the element.
[0011]
Conventionally, when attaching a support substrate and a single crystal silicon substrate, a dustproof filter has been used to prevent impurities from adsorbing to the support substrate from the atmosphere. However, the present situation is that it is impossible to completely prevent impurities from adsorbing to the bonding surface from the atmosphere.
[0012]
Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and impurities contained in the support substrate, or impurities adsorbed on the bonding surface of the support substrate and the single crystal silicon substrate, are on the single crystal silicon layer side. It is an object of the present invention to provide an SOI substrate and a method for manufacturing the same that can be completely prevented from diffusing.
[0013]
Also provided are an element substrate and a method for manufacturing the element substrate that can completely prevent the transistor element from being affected by impurities contained in the support substrate or impurities adsorbed on the bonding surface of the support substrate and the single crystal silicon substrate. The purpose is that.
[0014]
Further, it is an object of the present invention to provide an electro-optical device and an electronic apparatus which are provided with this element substrate and can prevent deterioration of characteristics of the transistor element and have excellent performance.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present inventor has made various studies, and as a result, the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film is contained in the support substrate and the bonded surface between the support substrate and the single crystal silicon substrate. The inventors have found that the adsorbed impurities are not permeated, and have focused on this point to complete the present invention.
[0016]
The SOI substrate of the present invention is an SOI substrate having a single crystal silicon layer on one surface of a support substrate, and a single layer or a laminated structure of an insulating film between the support substrate and the single crystal silicon layer. An insulating portion is provided, and the insulating portion includes at least a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film.
[0017]
In this manner, by providing the insulating portion including at least a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film between the supporting substrate and the single crystal silicon layer, impurities contained in the supporting substrate can be converted into a silicon nitride film or Since the silicon nitride oxide film is not transmitted, it is possible to completely prevent the impurities contained in the supporting substrate from diffusing to the single crystal silicon layer side.
[0018]
Note that in the SOI substrate of the present invention, as the insulating film other than the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film constituting the insulating portion, a silicon oxide film can be specifically mentioned.
[0019]
The SOI substrate of the present invention having the above structure includes a step of forming a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film on one surface of a single crystal silicon substrate or a support substrate, and the silicon nitride film or silicon nitride oxide film. Forming a silicon oxide film on the surface, bonding the single crystal silicon substrate and the support substrate with the surface of the silicon oxide film as a bonding surface, and the single crystal bonded to the support substrate And a process for forming a single crystal silicon layer by thinning the silicon substrate.
[0020]
Further, in this way, after forming a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film on one surface of either the single crystal silicon substrate or the support substrate, and further forming a silicon oxide film on the surface, the silicon oxide film Adhesion between the single crystal silicon substrate and the support substrate can be improved by bonding the single crystal silicon substrate and the support substrate with the surface as a bonding surface. Note that any of the silicon nitride film, the silicon nitride oxide film, and the silicon oxide film may be formed first.
[0021]
In the method for manufacturing an SOI substrate of the present invention, it is desirable to form a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film on the surface of the single crystal silicon substrate, and a single crystal silicon substrate on which a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film is formed; By attaching the support substrate, the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film can be positioned closer to the single crystal silicon layer side than the bonding surface of the support substrate and the single crystal silicon substrate. It is possible to completely prevent not only the impurities but also the impurities adsorbed on the bonding surface from diffusing to the single crystal silicon layer side.
[0022]
In addition, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, or a silicon oxide film may be formed on the surface of the single crystal silicon substrate or the support substrate by a CVD method or the like, but the manufacturing process is simplified and the film thickness is uniform. A flat silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, or a silicon oxide film can be formed, and further, the adhesion between the single crystal silicon substrate and the silicon nitride film or silicon nitride oxide film can be improved. After forming the silicon oxide film by thermally oxidizing the surface, the surface of the single crystal silicon substrate on which the silicon oxide film is formed is nitrided or oxynitrided with dinitrogen monoxide or nitric oxide, thereby forming the silicon oxide film A silicon nitride film or silicon nitride oxide film is formed on the single crystal silicon substrate side, and if necessary, Then, the surface of the single crystal silicon substrate on which the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film is formed is re-thermally oxidized to form a second silicon oxide film on the single crystal silicon substrate side of the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film. It is desirable to do.
[0023]
That is, the SOI substrate manufacturing method of the present invention in this case includes a step of forming a silicon oxide film on the surface of a single crystal silicon substrate, and a silicon nitride film or a silicon nitride oxide oxide on the single crystal silicon substrate side of the silicon oxide film. Forming a film; using the surface of the silicon oxide film as a bonding surface; bonding the single crystal silicon substrate and the support substrate; and thinning the single crystal silicon substrate bonded to the support substrate. And a process.
[0024]
In addition, the method for manufacturing an SOI substrate of the present invention in the case where the second silicon oxide film is formed on the surface of the single crystal silicon substrate on which the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film is formed has the first crystal structure on the surface of the single crystal silicon substrate. Forming a silicon oxide film, forming a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film on the single crystal silicon substrate side of the first silicon oxide film, and forming the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film A step of forming a second silicon oxide film on the single crystal silicon substrate side, a step of bonding the single crystal silicon substrate and a support substrate with the surface of the first silicon oxide film as a bonding surface, and the support And a step of thinning the single crystal silicon substrate bonded to the substrate.
[0025]
By forming a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon nitride oxide film in this way and forming a flat film with a uniform thickness, voids are generated on the bonding surface of the support substrate and the single crystal silicon substrate. Since the bonding strength can be improved and the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film has an effect of reducing the stress of bonding, a transistor element or the like is formed using an SOI substrate. In this case, it is possible to prevent film peeling or the like from occurring, so that the yield of products can be improved.
[0026]
In addition, according to the manufacturing method, the insulating portion has a stacked structure of the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film and the silicon oxide film formed on the upper surface or the lower surface of the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film. An SOI substrate can be provided, and this SOI substrate completely diffuses impurities contained in the support substrate and impurities adsorbed on the bonding surface of the support substrate and the single crystal silicon substrate to the single crystal silicon layer side. In addition to being able to prevent, the bonding strength between the support substrate and the single crystal silicon substrate is high and the reliability becomes high.
[0027]
In addition, when the support substrate is formed of a light-transmitting substrate such as a quartz substrate or a glass substrate, the SOI substrate can be applied to a device that transmits light, such as a transmissive liquid crystal device. In this case, the thickness of the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film constituting the insulating portion is set to 100 nm in order to prevent the light transmittance from being lowered due to the presence of the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film. It is desirable to set the following.
[0028]
An element substrate can be manufactured using the above SOI substrate of the present invention. The element substrate manufacturing method of the present invention includes a step of using a SOI substrate manufactured by the SOI substrate manufacturing method of the present invention and forming a semiconductor layer constituting a transistor element by the single crystal silicon layer of the SOI substrate. It is characterized by that.
[0029]
Further, this element substrate manufacturing method can provide an element substrate having a transistor element including a semiconductor layer made of a single crystal silicon layer of an SOI substrate of the present invention.
[0030]
The element substrate of the present invention can completely prevent the impurities contained in the support substrate and the impurities adsorbed on the bonding surface of the support substrate and the single crystal silicon substrate from diffusing to the transistor element side. It is possible to prevent the deterioration of the characteristics of the transistor element.
[0031]
The element substrate of the present invention, another substrate disposed so as to face the surface of the element substrate on which the transistor element is formed, and an electro-optic material layer sandwiched between the two substrates An electro-optical device including the electronic optical device including the electro-optical device according to the invention can be provided. In the electro-optical device according to the aspect of the invention, it is preferable that a light shielding film is formed on the lower surface of the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film via an insulating film made of a silicon oxide film.
[0032]
The electro-optical device and the electronic apparatus provided with the element substrate of the present invention can prevent deterioration of the characteristics of the transistor element and have excellent performance.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail.
[0034]
[SOI substrate]
First, FIG. 1 shows a cross-sectional structure of an SOI substrate according to an embodiment of the present invention, and the structure of this SOI substrate 200 will be described.
[0035]
As shown in FIG. 1, the SOI substrate 200 of the present embodiment includes a support substrate 201 made of silicon, quartz, glass, or the like and a single crystal silicon layer 202, and between the support substrate 201 and the single crystal silicon layer 202. Is formed with an insulating portion 205 having a laminated structure of a plurality of insulating films. In this embodiment, the insulating portion 205 is formed by sequentially laminating a first silicon oxide film 203B, a silicon nitride film or silicon nitride oxide film 204, and a second silicon oxide film 203A from the support substrate 201 side.
[0036]
Next, as a method for manufacturing the SOI substrate according to this embodiment, a method for manufacturing the SOI substrate 200 having the above structure will be described with reference to FIGS. 2A to 2E and 3A to 3C are cross-sectional views. In addition, the manufacturing method described below is an example, and the present invention is not limited to the following.
[0037]
First, as shown in FIG. 2A, a single crystal silicon substrate 202A having a film thickness of, for example, about 300 to 900 μm is prepared, and as shown in FIG. 2B, one surface of the single crystal silicon substrate 202A is prepared. O 2 Or H 2 By performing thermal oxidation at 700 to 1150 ° C. in an O atmosphere, a first silicon oxide film 203B having a thickness of, for example, about 5 to 400 nm is formed on one surface of the single crystal silicon substrate 202A.
[0038]
Next, as shown in FIG. 2C, the surface of the single crystal silicon substrate 202A on which the first silicon oxide film 203B is formed is nitrided or oxidized at 800 to 1150 ° C. in a dinitrogen monoxide or nitrogen monoxide atmosphere. By nitriding, a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film 204 is formed on the single crystal silicon substrate 202A side of the first silicon oxide film 203B.
[0039]
When the support substrate 201 is made of a light-transmitting substrate such as a quartz substrate or a glass substrate, and the SOI substrate 200 is applied to a device that transmits light, such as a transmissive liquid crystal device, a silicon nitride film Alternatively, the thickness of the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film 204 is preferably 100 nm or less in order to prevent the light transmittance from being lowered due to the presence of the silicon nitride oxide film 204.
[0040]
Next, as shown in FIG. 2D, the surface of the single crystal silicon substrate 202A on which the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film 204 is formed is O 2 Or H 2 By performing thermal oxidation at 700 to 1150 ° C. in an O atmosphere, a second silicon oxide film 203A having a thickness of, for example, about 5 to 400 nm is formed on the single crystal silicon substrate 202A side of the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film 204. Form. As described above, the insulating portion 205 including the first silicon oxide film 203B, the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film 204, and the second silicon oxide film 203A is formed on the surface of the single crystal silicon substrate 202A.
[0041]
Next, as shown in FIG. 2E, the surface of the single crystal silicon substrate 202A having the insulating portion 205 formed on the surface thereof on the insulating portion 205 side has hydrogen ions (H + ), For example, with an acceleration voltage of 100 keV and a dose of 10 × 10 16 / Cm 2 Inject. By this treatment, a high concentration layer 206 of hydrogen ions is formed in the single crystal silicon substrate 202A.
[0042]
Next, as shown in FIG. 3A, the surface of the insulating portion 205 (the surface of the first silicon oxide film 203B) is used as a bonding surface, and a single crystal silicon substrate 202A and a support substrate made of silicon, quartz, glass, or the like. Bonding with 201 is performed. For the bonding step, for example, a method of directly bonding two substrates by heat treatment at 300 ° C. for 2 hours can be employed. In order to further increase the bonding strength, it is necessary to further increase the heat treatment temperature to about 450 ° C., but there is a large difference in the thermal expansion coefficient between the support substrate 201 made of quartz and the single crystal silicon substrate 202A. Therefore, if heated as it is, defects such as cracks are generated in the single crystal silicon layer, and the quality of the manufactured SOI substrate 200 may be deteriorated.
[0043]
Therefore, in order to suppress the occurrence of defects such as cracks, the single crystal silicon substrate 202A once subjected to heat treatment for bonding at 300 ° C. is subjected to wet etching or CMP (chemical mechanical polishing). It is desirable to perform heat treatment at a higher temperature after thinning to about 100 to 150 μm. For example, using an aqueous KOH solution at 80 ° C., etching is performed so that the thickness of the single crystal silicon substrate 202A is 150 μm, and then bonding to the support substrate 201 is performed, and heat treatment is performed again at 450 ° C. to increase the bonding strength. It is desirable to increase.
[0044]
Next, as shown in FIG. 3B, most of the single crystal silicon substrates are formed by heat-treating the two bonded substrates, leaving a thin single crystal silicon layer 202 on the surface of the support substrate 201. 202A is peeled off. This substrate peeling phenomenon occurs because silicon bonds are broken by hydrogen ions introduced into the single crystal silicon substrate 202A. That is, in the single crystal silicon substrate 202A, the single crystal silicon substrate 202A can be divided at a portion near the boundary between the high concentration layer 206 of hydrogen ions and the portion where hydrogen ions are not implanted.
[0045]
The heat treatment for peeling the single crystal silicon substrate 202A can be performed, for example, by heating the two bonded substrates to 600 ° C. at a temperature increase rate of 20 ° C. per minute. By this heat treatment, most of the bonded single crystal silicon substrate 202A is separated from the support substrate 201, and a single crystal silicon layer 202 having a thickness of about 200 nm ± 5 nm is formed on the surface of the support substrate 201, for example. The Note that the single crystal silicon layer 202 can be formed to have an arbitrary thickness from 50 nm to 3000 nm by changing the acceleration voltage of hydrogen ion implantation performed on the single crystal silicon substrate 202A described above.
[0046]
As described above, the SOI substrate 200 is manufactured as shown in FIG.
[0047]
Note that the method for forming the single crystal silicon layer 202 by thinning the single crystal silicon substrate 202A after bonding the single crystal silicon substrate 202A and the support substrate 201 is not limited to the above-described method using hydrogen ions. The thin single crystal silicon layer 202 is formed by bonding the single crystal silicon substrate and the support substrate, polishing the surface of the single crystal silicon substrate to a thickness of 3 to 5 μm, and then further adding PACE (Plasma). On the supporting substrate, the epitaxial silicon layer formed on the porous silicon layer is bonded by selective etching of the porous silicon layer by etching the film thickness to about 0.05 to 0.8 μm by the Assisted Chemical Etching method. Transcribed into ELTRAN (Epitaxial Layer T It can also be obtained by Ansfer) method.
[0048]
According to the method for manufacturing an SOI substrate of this embodiment, a single crystal silicon substrate 202A having a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film 204 formed on the surface is bonded to a support substrate 201, whereby a silicon nitride film or a silicon nitride oxide is bonded. Since the film 204 can be positioned closer to the single crystal silicon layer 202 than the bonding surface of the support substrate 201 and the single crystal silicon substrate 202A, impurities contained in the support substrate 201, and the support substrate 201 and the single crystal silicon It is possible to completely prevent the impurities adsorbed on the bonding surface with the substrate 202A from diffusing to the single crystal silicon layer 202 side.
[0049]
Further, a second silicon oxide film 203A, a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film 204, and a first silicon oxide film 203B are sequentially stacked on the surface of the single crystal silicon substrate 202A by using a CVD method or the like. Also good. However, in this case, the manufacturing process is complicated, and the thickness of the second silicon oxide film 203A, the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film 204, and the first silicon oxide film 203B may be nonuniform. is there.
[0050]
However, in this embodiment, after the surface of the single crystal silicon substrate 202A is thermally oxidized to form the first silicon oxide film 203B, the surface of the single crystal silicon substrate 202A on which the first silicon oxide film 203B is formed is nitrided or By oxynitriding, a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film 204 is formed on the single crystal silicon substrate 202A side of the first silicon oxide film 203B, and a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film 204 is further formed. Since the method of forming the second silicon oxide film 203A on the single crystal silicon substrate 202A side of the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film 204 by thermally oxidizing the surface of the substrate 202A is adopted, a flat film having a uniform film thickness is adopted. First silicon oxide film 203B, silicon nitride film Ku can be formed a silicon nitride oxide film 204, the second silicon oxide film 203A.
[0051]
By forming these films having a uniform thickness in this manner, voids can be prevented from being generated on the bonding surface between the support substrate 201 and the single crystal silicon substrate 202A, and the bonding strength can be improved. In addition, when a transistor element or the like is formed using the SOI substrate 200, film peeling or the like can be prevented, so that the yield of products can be improved.
[0052]
Further, according to this method, the first silicon oxide film 203B, the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film 204, and the second silicon oxide film 203A can be formed integrally with the single crystal silicon substrate 202A. The SOI substrate 200 in which the first silicon oxide film 203B, the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film 204, the second silicon oxide film 203A, and the single crystal silicon layer 202 have high adhesion can be manufactured.
[0053]
In addition, according to the present embodiment, the first silicon oxide film 203B is formed on the surface of the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film 204, and the surface of the first silicon oxide film 203B is used as the bonding surface. The first silicon oxide film 203B is not formed on the surface of the silicon film or the silicon nitride oxide film 204, and the supporting substrate 201 and the single crystal silicon are used rather than the case where the surface of the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film 204 is used as a bonding surface. Adhesion with the substrate 202A can be improved, and the bonding strength can be improved.
[0054]
Note that the first silicon oxide film 203B, the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film 204, and the second silicon oxide film 203A may be formed by a CVD method or the like without being integrally formed with the single crystal silicon substrate 202A. In the case where a flat film can be formed, a method for forming the first silicon oxide film 203B, the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film 204, and the second silicon oxide film 203A other than those described in the above manufacturing method and A pattern of bonding between the crystalline silicon substrate 202A and the support substrate 201 can be illustrated.
[0055]
In this embodiment, the second silicon oxide film 203A is formed after the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film 204. This is because the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film is formed on the single crystal silicon substrate 202A. This is only when lattice defects are formed when 204 is formed directly. In particular, when a silicon nitride oxide film is formed, lattice defects are hardly formed, and thus the second silicon oxide film 203A may not be formed.
[0056]
Based on FIGS. 4A to 4D, a method for forming the first silicon oxide film 203B, the silicon nitride film or silicon nitride oxide film 204, and the second silicon oxide film 203A other than the above, and a bonding pattern are described. Briefly described. 4A to 4D show a combination of the supporting substrate 201 and the single crystal silicon substrate 202A to be bonded together.
[0057]
As shown in FIG. 4A, a second silicon oxide film 203A, a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film 204, and a first silicon oxide film 203B are sequentially formed on the surface of the single crystal silicon substrate 202A by a CVD method. After the formation, the single crystal silicon substrate 202A and the support substrate 201 may be bonded to each other.
[0058]
Further, after the second silicon oxide film 203A is formed by thermally oxidizing the surface of the single crystal silicon substrate 202A, a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film 204 and a first silicon oxide film 203B are sequentially formed by a CVD method. For example, the method described above and the CVD method may be combined.
[0059]
When a silicon oxide film and a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film are formed on the surface of the single crystal silicon substrate 202A using a CVD method, as shown in FIG. 4B, the surface of the single crystal silicon substrate 202A is formed. A silicon nitride film or a silicon nitride oxide film 204 may be formed directly without providing the second silicon oxide film 203A thereon.
[0060]
Even with such a structure, the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film 204 can be positioned closer to the single crystal silicon layer 202 than the bonding surface of the support substrate 201 and the single crystal silicon substrate 202A. It is also possible to completely prevent the impurities contained in and the impurities adsorbed on the bonding surface of the supporting substrate 201 and the single crystal silicon substrate 202A from diffusing to the single crystal silicon layer 202 side.
[0061]
4A and 4B, the case where bonding is performed after a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon nitride oxide film is formed on the single crystal silicon substrate 202A side has been described. It is not limited to. Hereinafter, a case where bonding is performed after a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon nitride oxide film is formed on the supporting substrate 201 side will be described with reference to FIGS.
[0062]
As shown in FIG. 4C, after the first silicon oxide film 203B, the silicon nitride film or silicon nitride oxide film 204, and the second silicon oxide film 203A are sequentially formed on the surface of the support substrate 201 by the CVD method. The support substrate 201 and the single crystal silicon substrate 202A may be bonded together.
[0063]
In this case, it is desirable to previously form a silicon oxide film 203C on the surface of the single crystal silicon substrate 202A by thermal oxidation or a CVD method. Thus, any one of the support substrate 201 and the single crystal silicon substrate 202A is formed. With regard to the above, by making the outermost surface on the bonding side a silicon oxide film, the adhesion between the two substrates after bonding can be improved.
[0064]
In the case where the support substrate 201 is made of a quartz substrate or a glass substrate, the main component of the support substrate 201 is silicon oxide. Therefore, as shown in FIG. The silicon oxide film 203B may not be formed. After the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film 204 and the second silicon oxide film 203A are sequentially formed on the support substrate 201 side by using a CVD method, the support substrate 201 and A single crystal silicon substrate 202A over which a silicon oxide film 203C is formed may be attached.
[0065]
Note that in the bonding pattern illustrated in FIGS. 4C and 4D, the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film 204 is formed on the supporting substrate 201 side with respect to the bonding surface; Although it is possible to prevent the formed impurities from diffusing to the single crystal silicon layer 202 side, it is not possible to prevent the impurities adsorbed on the bonding surface from diffusing to the single crystal silicon layer 202 side. That is, the bonding pattern shown in FIGS. 4C and 4D is effective when a substrate containing impurities such as a quartz substrate or a glass substrate is used as the support substrate 201.
[0066]
[Element substrate]
Next, the structure of the element substrate 210 according to the embodiment of the present invention manufactured using the SOI substrate 200 having the above structure will be described with reference to FIG. An element substrate 210 shown in FIG. 5 is manufactured by forming a single crystal silicon layer 202 of an SOI substrate 200 in a predetermined pattern and then forming a TFT (transistor element) using the single crystal silicon layer. is there.
[0067]
5, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 5, reference numeral 220 denotes a TFT, and reference numeral 208 denotes a semiconductor layer formed from the single crystal silicon layer 202 of the SOI substrate 200 and constituting the TFT. Further, in FIG. 5, a support substrate 201, an insulating portion 205 including a first silicon oxide film 203 B and a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film 204 and a second silicon oxide film 203 A, and a single crystal silicon layer 202 are formed. The formed semiconductor layer 208 is an SOI substrate.
[0068]
As shown in FIG. 5, a TFT 220 including a semiconductor layer 208, a gate insulating film 209, a gate electrode 211, a source electrode 215, a drain electrode 216, and an interlayer insulating film 212 is formed on the surface of the insulating portion 205.
[0069]
More specifically, a gate insulating film 209 is formed on the surface of the support substrate 201 on which the semiconductor layer 208 is formed, and a gate electrode 211 is formed on the surface of the gate insulating film 209. Further, an interlayer insulating film 212 is provided on the surface of the support substrate 201 on which the gate electrode 211 is formed.
[0070]
Contact holes 217 and 218 are formed in the interlayer insulating film 212 and the gate insulating film 209, respectively, which lead to a source region and a drain region (both not shown) formed in the semiconductor layer 208. An electrode 216 is formed so as to be electrically connected to a source region and a drain region of the semiconductor layer 208 through contact holes 217 and 218, respectively.
[0071]
Since the element substrate 210 of the present embodiment is formed using the SOI substrate 200 described above, impurities contained in the support substrate 201 and a bonding surface between the support substrate 201 and the single crystal silicon substrate 202A are formed. Since it is possible to completely prevent the adsorbed impurities from diffusing to the semiconductor layer 208 (TFT 220) side, deterioration of the characteristics of the TFT 220 can be prevented.
[0072]
[Electro-optical device]
Next, as an example of an electro-optical device according to an embodiment of the present invention, an active matrix liquid crystal device using a TFT (transistor element) as a switching element, which is preferably used in a projection display device such as a projector, is taken up. explain.
[0073]
Note that the liquid crystal device of this embodiment includes an element substrate manufactured using the SOI substrate of the present invention. That is, the basic structure of the element substrate constituting the electro-optical device according to the present embodiment is the first silicon oxide film, silicon nitride film, or oxynitride film on the surface of the substrate body corresponding to the support substrate, as described above. An insulating portion formed of a silicon film and a second silicon oxide film is provided, and a TFT including a semiconductor layer formed of a single crystal silicon layer is formed on the insulating portion.
[0074]
In a projection display device, light is usually incident from the substrate side (the surface of the liquid crystal device) that faces the element substrate, out of the two substrates that constitute the liquid crystal device. In order to prevent light leakage current from entering the channel region of the TFT formed on the surface, a structure in which a light shielding layer is provided on the side on which the TFT light is incident is generally used.
[0075]
However, even if a light-shielding layer is provided on the side on which the TFT light is incident, the light incident on the liquid crystal device may be reflected at the interface on the back surface of the element substrate and enter the channel portion of the TFT as incident light. This return light is a small percentage of the amount of light incident from the surface of the liquid crystal device, but in a device using a very powerful light source such as a projector, a light leakage current can be sufficiently generated. That is, the return light from the back surface of the element substrate affects the switching characteristics of the TFT and degrades the characteristics of the device.
[0076]
Therefore, in this embodiment, in order to prevent the deterioration of the TFT characteristics due to such return light, a light shielding film is provided in correspondence with each TFT (transistor element) immediately above the substrate body corresponding to the support substrate, Further, a first interlayer insulating film for electrically insulating a light shielding film made of metal or the like and a semiconductor layer constituting the TFT is provided. On the surface of the first interlayer insulating film, a first silicon oxide film, nitride An insulating portion formed of a silicon film, a silicon nitride oxide film, or a second silicon oxide film is provided.
[0077]
(Structure of electro-optical device)
First, the structure of an electro-optical device according to an embodiment of the present invention will be described by taking up a liquid crystal device.
[0078]
FIG. 6 is an equivalent circuit of various elements, wirings, and the like in a plurality of pixels formed in a matrix that constitutes a pixel portion (display region) of the liquid crystal device. FIG. 7 is an enlarged plan view showing a plurality of pixel groups adjacent to each other on the element substrate on which data lines, scanning lines, pixel electrodes, light shielding films, and the like are formed. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
[0079]
6 to 8, reference numeral 30 denotes a TFT (transistor element), and reference numeral 1a denotes a semiconductor layer formed of a single crystal silicon layer and constituting the TFT. Moreover, in FIGS. 6-8, the same referential mark is attached | subjected about the same component as FIG. 1, FIG. 5, and description is abbreviate | omitted. 6 to 8, the scales are different for each layer and each member so that each layer and each member can be recognized on the drawings.
[0080]
In FIG. 6, a plurality of pixels formed in a matrix that forms a pixel portion of the liquid crystal device includes a plurality of pixel electrodes 9 a formed in a matrix and TFTs 30 for controlling the pixel electrodes 9 a, and an image signal is The supplied data line 6 a is electrically connected to the source of the TFT 30. The image signals S1, S2,..., Sn to be written to the data line 6a may be supplied line-sequentially in this order, or may be supplied for each group to a plurality of adjacent data lines 6a. . Further, the scanning line 3a is electrically connected to the gate of the TFT 30, and the scanning signals G1, G2,..., Gm are applied to the scanning line 3a in a pulse-sequential manner in this order at a predetermined timing. It is configured.
[0081]
The pixel electrode 9a is electrically connected to the drain of the TFT 30, and the image signal S1, S2,..., Sn supplied from the data line 6a is obtained by closing the switch of the TFT 30 as a switching element for a certain period. Write at a predetermined timing. Image signals S1, S2,..., Sn written to the liquid crystal via the pixel electrode 9a are held for a certain period with a counter electrode described later formed on a counter substrate described later.
[0082]
The liquid crystal modulates light by changing the orientation and order of the molecular assembly according to the applied voltage level, thereby enabling gradation display. In the normally white mode, incident light cannot pass through the liquid crystal part according to the applied voltage. In the normally black mode, incident light passes through the liquid crystal part according to the applied voltage. Light that has a contrast corresponding to the image signal is emitted from the liquid crystal device as a whole.
[0083]
Here, in order to prevent the held image signal from leaking, a storage capacitor 70 is added in parallel with the liquid crystal capacitor formed between the pixel electrode 9a and the counter electrode. For example, the voltage of the pixel electrode 9a is held by the storage capacitor 70 for a time that is three orders of magnitude longer than the time when the voltage is applied to the data line. Thereby, the holding characteristics are further improved, and a liquid crystal device having a high contrast ratio can be realized. In the present embodiment, in particular, in order to form such a storage capacitor 70, a capacitor line 3b having a low resistance using the same layer as the scanning line or a conductive light-shielding film is provided as will be described later.
[0084]
Next, a planar structure in the pixel portion (display area) of the element substrate will be described in detail with reference to FIG. As shown in FIG. 7, a plurality of transparent pixel electrodes 9a (outlined by dotted line portions 9a ') are provided in a matrix in the pixel portion on the element substrate of the liquid crystal device. A data line 6a, a scanning line 3a, and a capacitor line 3b are provided along the vertical and horizontal boundaries of 9a. The data line 6a is electrically connected to a source region to be described later in the semiconductor layer 1a of the single crystal silicon layer through the contact hole 5, and the pixel electrode 9a is connected to the source layer in the semiconductor layer 1a through the contact hole 8. It is electrically connected to a drain region described later. Further, the scanning line 3a is arranged so as to face the channel region (the hatched region in the upper right in the drawing) of the semiconductor layer 1a, and the scanning line 3a functions as a gate electrode.
[0085]
The capacitance line 3b is formed from a main line portion (that is, a first region formed along the scanning line 3a in a plan view) extending substantially linearly along the scanning line 3a and a portion intersecting the data line 6a. And a protruding portion (that is, a second region extending along the data line 6 a when viewed in a plan view) that protrudes forward (upward in the drawing) along the data line 6 a.
[0086]
A plurality of first light-shielding films 11a are provided in a region indicated by oblique lines rising to the right in the drawing. More specifically, each of the first light-shielding films 11a is provided at a position where the TFT including the channel region of the semiconductor layer 1a is covered in the pixel portion as viewed from the substrate body side to be described later of the element substrate. A main line portion extending linearly along the scanning line 3a opposite to the main line portion 3b, and protruding from the portion intersecting the data line 6a to the adjacent step side (that is, downward in the figure) along the data line 6a And a protrusion. The tip of the downward projecting portion in each stage (pixel row) of the first light shielding film 11a overlaps the tip of the upward projecting portion of the capacitor line 3b in the next stage under the data line 6a. A contact hole 13 for electrically connecting the first light shielding film 11a and the capacitor line 3b to each other is provided at the overlapping portion. In other words, in the present embodiment, the first light shielding film 11a is electrically connected to the upstream or downstream capacitor line 3b through the contact hole 13.
[0087]
Next, a cross-sectional structure in the pixel portion of the liquid crystal device will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8, in the liquid crystal device, a liquid crystal layer (electro-optic material layer) 50 is sandwiched between an element substrate 10 and a counter substrate 20 disposed to face the element substrate 10.
[0088]
The element substrate 10 includes a substrate body (supporting substrate) 10A made of a light-transmitting substrate such as silicon, quartz, and glass, a pixel electrode 9a formed on the surface of the liquid crystal layer 50, and a pixel switching TFT (transistor element) 30. The counter substrate 20 is composed mainly of an alignment film 16, and the counter substrate 20 is a substrate body 20 A made of a transparent substrate such as transparent glass or quartz, and a counter electrode (common electrode) formed on the liquid crystal layer 50 side surface. 21 and the alignment film 22 are mainly constituted.
[0089]
A pixel electrode 9a is provided on the surface of the substrate body 10A of the element substrate 10 on the liquid crystal layer 50 side. On the liquid crystal layer 50 side, an alignment film 16 subjected to a predetermined alignment process such as a rubbing process is provided. A pixel switching TFT 30 for switching control of each pixel electrode 9a is provided at a position adjacent to each pixel electrode 9a. The pixel electrode 9a is made of a transparent conductive thin film such as ITO (indium tin oxide), and the alignment film 16 is made of an organic thin film such as polyimide.
[0090]
A first light shielding film 11 a is provided immediately above the substrate body 10 </ b> A of the element substrate 10 (on the surface on the liquid crystal layer 50 side) at a position corresponding to each pixel switching TFT 30. The first light shielding film 11a is preferably made of a simple metal, an alloy, a metal silicide, or the like containing at least one of Ti, Cr, W, Ta, Mo, and Pd, which are preferably opaque high melting point metals.
[0091]
In the present embodiment, since the first light shielding film 11a is formed on the element substrate 10 in this way, return light or the like from the element substrate 10 side is caused by the channel region 1a ′ or the LDD regions 1b, 1c of the pixel switching TFT 30. Can be prevented, and the characteristics of the pixel switching TFT 30 as a transistor element can be prevented from deteriorating due to generation of a photocurrent.
[0092]
In addition, the semiconductor layer 1a constituting the pixel switching TFT 30 is electrically insulated from the first light shielding film 11a over the entire surface of the substrate body 10A on the surface of the first light shielding film 11a. In order to flatten the surface of the substrate body 10A on which the light-shielding film 11a is formed, NSG (non-doped silicate glass), PSG (phosphorus silicate glass), BSG (boron silicate glass), BPSG (boron phosphorus silicate glass), etc. A first interlayer insulating film 12 made of a silicate glass film, a silicon nitride film, a silicon oxide film or the like is provided. On the surface of the first interlayer insulating film 12, a first silicon oxide film 203B, a silicon nitride film or An insulating portion 205 made of the silicon nitride oxide film 204 and the second silicon oxide film 203A is provided, and the insulating portion 20 Pixel switching TFT30 is provided on the surface. The TFT 30 is provided on the surface of the insulating portion 205 and includes a semiconductor layer 1a formed of a single crystal silicon layer. In this embodiment, the thickness of the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film 204 is 100 nm or less in order to prevent the light transmittance from being lowered due to the presence of the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film 204. It is desirable to be set to. The structure of the insulating portion 205 is the same as the structure of the insulating portion 205 of the SOI substrate 200 and the element substrate 210 except that the contact hole 13 is opened, and thus the description thereof is omitted.
[0093]
On the other hand, a counter electrode (common electrode) 21 is provided over the entire surface of the substrate body 20A of the counter substrate 20 on the liquid crystal layer 50 side, and a predetermined rubbing process or the like is provided on the liquid crystal layer 50 side. An alignment film 22 having been subjected to the alignment process is provided. The counter electrode 21 is made of a transparent conductive thin film such as ITO, and the alignment film 22 is made of an organic thin film such as polyimide.
[0094]
Further, as shown in FIG. 8, a second light-shielding film 23 is provided on the surface of the substrate body 20A on the liquid crystal layer 50 side in a region other than the opening region of each pixel portion. By providing the second light-shielding film 23 on the counter substrate 20 side in this way, incident light from the counter substrate 20 side causes the channel region 1a ′ of the semiconductor layer 1a of the pixel switching TFT 30 and the LDD (Lightly Doped Drain) regions 1b and 1c. Intrusion into the image can be prevented and contrast can be improved.
[0095]
Between the element substrate 10 and the counter substrate 20 that are configured in this manner and are arranged so that the pixel electrode 9a and the counter electrode 21 face each other, a sealant (not shown) formed between the peripheral portions of both substrates. The liquid crystal (electro-optical material) is enclosed in the space surrounded by () to form a liquid crystal layer (electro-optical material layer) 50.
[0096]
The liquid crystal layer 50 is made of, for example, a liquid crystal in which one or several types of nematic liquid crystals are mixed, and takes a predetermined alignment state by the alignment films 16 and 22 in a state where an electric field from the pixel electrode 9a is not applied.
[0097]
Further, the sealing material is made of an adhesive such as a photo-curing adhesive or a thermosetting adhesive for bonding the element substrate 10 and the counter substrate 20 at their peripheral portions, and the inside thereof is between the two substrates. A spacer such as glass fiber or glass bead is mixed in to set the distance to a predetermined value.
[0098]
In the present embodiment, the gate insulating film 2 is extended from a position facing the scanning line 3a and used as a dielectric film, the semiconductor film 1a is extended to form the first storage capacitor electrode 1f, and further opposed thereto. The storage capacitor 70 is configured by using a part of the capacitor line 3b to be a second storage capacitor electrode.
[0099]
More specifically, the high-concentration drain region 1e of the semiconductor layer 1a extends below the data line 6a and the scanning line 3a, and an insulating film is formed on the capacitor line 3b that extends along the data line 6a and the scanning line 3a. The first storage capacitor electrode (semiconductor layer) 1f is disposed so as to be opposed to each other. In particular, since the insulating film 2 as a dielectric of the storage capacitor 70 is nothing but the gate insulating film 2 of the TFT 30 formed on the single crystal silicon layer by high-temperature oxidation, it can be a thin and high withstand voltage insulating film. The storage capacitor 70 can be configured as a large storage capacitor with a relatively small area.
[0100]
Further, in the storage capacitor 70, as can be seen from FIGS. 7 and 8, the first light shielding film 11a is connected to the first storage capacitor electrode 1f on the opposite side of the capacitor line 3b as the second storage capacitor electrode. A storage capacitor is further provided by arranging it as a third storage capacitor electrode through the film 12 (see the storage capacitor 70 on the right side of FIG. 8). That is, in the present embodiment, a double storage capacitor structure in which storage capacitors are provided on both sides across the first storage capacitor electrode 1f is constructed, and the storage capacitor is further increased. By adopting such a structure, it is possible to improve a function of the liquid crystal device of the present embodiment that prevents flicker and burn-in in a display image.
[0101]
As a result, the space outside the opening area, that is, the area under the data line 6a and the area where the liquid crystal disclination occurs along the scanning line 3a (that is, the area where the capacitor line 3b is formed) is effectively used. Thus, the storage capacity of the pixel electrode 9a can be increased.
[0102]
In the present embodiment, the first light shielding film 11a (and the capacitor line 3b electrically connected thereto) is electrically connected to a constant potential source, and the first light shielding film 11a and the capacitor line 3b are Constant potential. Therefore, the potential fluctuation of the first light shielding film 11a does not adversely affect the pixel switching TFT 30 disposed opposite to the first light shielding film 11a. Further, the capacitor line 3 b can function well as the second storage capacitor electrode of the storage capacitor 70.
[0103]
Further, as shown in FIGS. 7 and 8, in the present embodiment, in addition to providing the first light shielding film 11a on the element substrate 10, the first light shielding film 11a is provided at the front stage or the rear stage via the contact hole 13. The capacitor line 3b is electrically connected. In the case of such a configuration, the data lines 6a are arranged along the edge of the opening region of the pixel portion as compared with the case where each first light shielding film 11a is electrically connected to the capacitor line of its own stage. There are few steps with respect to the other region where the capacitor line 3b and the first light shielding film 11a are formed. In this way, when there are few steps along the edge of the opening area of the pixel portion, the liquid crystal disclination (alignment failure) caused by the step can be reduced, so that the opening area of the pixel portion can be widened. Become.
[0104]
Further, in the first light shielding film 11a, the contact hole 13 is opened at the protruding portion protruding from the main line portion extending linearly as described above. Here, as the location of the contact hole 13 is closer to the edge, cracks are less likely to occur due to the fact that stress is more easily released from the edge. Therefore, the stress applied to the first light-shielding film 11a during the manufacturing process depends on how close to the tip of the protruding portion the contact hole 13 is opened (preferably, depending on how close the tip is to the tip of the margin). Is mitigated, cracks can be prevented more effectively, and the yield can be improved.
[0105]
The capacitor line 3b and the scanning line 3a are made of the same polysilicon film, the dielectric film of the storage capacitor 70 and the gate insulating film 2 of the TFT 30 are made of the same high-temperature oxide film, and the first storage capacitor electrode 1f and the channel formation region 1a, the source region 1d, the drain region 1e, and the like of the TFT 30 are made of the same semiconductor layer 1a. For this reason, the laminated structure formed on the surface of the substrate body 10A of the element substrate 10 can be simplified. Further, in the manufacturing method of the liquid crystal device described later, the capacitor line 3b and the scanning line 3a are simultaneously formed in the same thin film forming step. The dielectric film of the storage capacitor 70 and the gate insulating film 2 can be formed at the same time.
[0106]
The capacitor line 3b and the first light-shielding film 11a are electrically connected to each other reliably and with high reliability through the contact hole 13 opened in the first interlayer insulating film 12, Such a contact hole 13 may be opened for each pixel, or may be opened for each pixel group including a plurality of pixels.
[0107]
The contact hole 13 provided for each pixel or each pixel group is opened under the data line 6a when viewed from the counter substrate 20 side. For this reason, the contact hole 13 is out of the opening region of the pixel portion, and is provided in the portion of the first interlayer insulating film 12 where the TFT 30 and the first storage capacitor electrode 1f are not formed. Defects of the TFT 30 and other wirings due to the formation of the contact hole 13 can be prevented while effectively utilizing.
[0108]
In FIG. 3, the pixel switching TFT 30 has an LDD (Lightly Doped Drain) structure, and a channel region 1a ′ of a semiconductor layer 1a in which a channel is formed by an electric field from the scanning line 3a and the scanning line 3a. Gate insulating film 2 that insulates scan line 3a from semiconductor layer 1a, data line 6a, low concentration source region (source side LDD region) 1b and low concentration drain region (drain side LDD region) 1c of semiconductor layer 1a, semiconductor layer 1a of high concentration source region 1d and high concentration drain region 1e.
[0109]
A corresponding one of the plurality of pixel electrodes 9a is connected to the high concentration drain region 1e. As will be described later, the source regions 1b and 1d and the drain regions 1c and 1e are doped with an N-type or P-type dopant having a predetermined concentration depending on whether an N-type or P-type channel is formed in the semiconductor layer 1a. It is formed by doping. N-channel TFTs have the advantage of high operating speed and are often used as pixel switching TFTs 30 that are pixel switching elements.
[0110]
The data line 6a is composed of a light-shielding thin film such as a metal film such as Al or an alloy film such as metal silicide. A second contact hole 5 leading to the high concentration source region 1d and a contact hole 8 leading to the high concentration drain region 1e are formed on the scanning line 3a, the gate insulating film 2 and the first interlayer insulating film 12, respectively. An interlayer insulating film 4 is formed. The data line 6a is electrically connected to the high concentration source region 1d through the contact hole 5 to the source region 1b.
[0111]
Furthermore, on the data line 6a and the second interlayer insulating film 4, a third interlayer insulating film 7 in which a contact hole 8 to the high concentration drain region 1e is formed is formed. The pixel electrode 9a is electrically connected to the high concentration drain region 1e through the contact hole 8 to the high concentration drain region 1e. The above-described pixel electrode 9a is provided on the upper surface of the third interlayer insulating film 7 thus configured. The pixel electrode 9a and the high-concentration drain region 1e may be electrically connected by relaying the same Al film as the data line 6a or the same polysilicon film as the scanning line 3b.
[0112]
The pixel switching TFT 30 preferably has an LDD structure as described above, but may have an offset structure in which impurity ions are not implanted into the low concentration source region 1b and the low concentration drain region 1c. It may be a self-aligned TFT in which impurity ions are implanted at a high concentration using the (scanning line 3a) as a mask and high concentration source and drain regions are formed in a self-aligning manner.
[0113]
In addition, although a single gate structure in which only one gate electrode (scanning line 3a) of the pixel switching TFT 30 is arranged between the source-drain regions 1b and 1e is used, two or more gate electrodes are arranged between them. Also good. At this time, the same signal is applied to each gate electrode. If the TFT is configured with a double gate or a triple gate or more in this way, leakage current at the junction between the channel and the source-drain region can be prevented, and the current at the time of off can be reduced. If at least one of these gate electrodes has an LDD structure or an offset structure, the off-current can be further reduced and a stable switching element can be obtained.
[0114]
Here, in general, the single crystal silicon layer constituting the channel region 1a ′, the low concentration source region 1b, the low concentration drain region 1c, and the like of the semiconductor layer 1a has a photoelectric current due to the photoelectric conversion effect of silicon when light enters. However, in this embodiment, since the data line 6a is formed from a light-shielding metal thin film such as Al so as to cover the scanning line 3a from above, at least, the transistor characteristics of the pixel switching TFT 30 are deteriorated. Incident light can be prevented from entering the channel region 1a ′ and the LDD regions 1b and 1c of the semiconductor layer 1a.
[0115]
Further, as described above, since the first light shielding film 11a is provided below the pixel switching TFT 30 (on the substrate body 10A side), at least the channel region 1a ′ and the LDD regions 1b, 1c of the semiconductor layer 1a. It is possible to prevent the return light from entering.
[0116]
In the present embodiment, since the capacitor line 3b provided in the adjacent upstream or downstream pixel is connected to the first light shielding film 11a, the first light shielding is applied to the uppermost or lowermost pixel. The capacitor line 3b for supplying a constant potential to the film 11a is required. Therefore, it is preferable to provide one extra capacity line 3b with respect to the number of vertical pixels.
[0117]
(Method for manufacturing electro-optical device)
Next, a method for manufacturing a liquid crystal device having the above structure will be described.
First, a method for manufacturing the element substrate 10 will be described as a method for manufacturing the element substrate according to the embodiment of the present invention with reference to FIGS. 9 to 14 are process diagrams showing a part of the element substrate in each process in correspondence with the AA ′ cross section of FIG. 7, as in FIG. 10 to 14, the illustration of the insulating portion 205 is omitted to simplify the drawings.
[0118]
First, a substrate body (supporting substrate) 10A such as a silicon substrate, a quartz substrate, or a glass substrate is prepared. Where preferably N 2 In an inert gas atmosphere such as (nitrogen), annealing is performed at a high temperature of about 850 to 1300 ° C., more preferably 1000 ° C., and pre-processing is performed so as to reduce distortion generated in the substrate body 10A in a high-temperature process performed later. Keep it. That is, the substrate main body 10A is heat-treated in advance at the same temperature or higher in accordance with the maximum temperature processed in the manufacturing process.
[0119]
As shown in FIG. 9A, a metal alloy film such as a metal such as Ti, Cr, W, Ta, Mo and Pd or a metal silicide is sputtered on the entire surface of the substrate body 10A thus processed. Thus, the light shielding layer 11 having a thickness of about 100 to 500 nm, preferably about 200 nm is formed.
[0120]
Next, as shown in FIG. 9B, a photoresist 207 corresponding to the pattern of the first light-shielding film 11a (see FIG. 7) is formed by photolithography.
[0121]
Next, as shown in FIG. 9C, the light shielding layer 11 is etched through the photoresist 207 to form the first light shielding film 11a having the pattern as shown in FIG.
[0122]
Next, as shown in FIG. 9D, on the first light shielding film 11a, TEOS (tetraethylorthosilicate) gas, TEB (tetraethylethyl First interlayer insulating film made of silicate glass film such as NSG, PSG, BSG, BPSG, silicon nitride film, silicon oxide film, etc. using boat rate) gas, TMOP (tetra-methyl-oxy-phosphate) gas, etc. 12 is formed. The film thickness of the first interlayer insulating film 12 is, for example, about 400 to 1000 nm, more preferably about 800 nm.
[0123]
Next, as shown in FIG. 9E, the entire surface of the first interlayer insulating film 12 is polished and planarized by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like.
[0124]
Next, as shown in FIG. 9F, the substrate body 10A shown in FIG. 9E in which the first interlayer insulating film 12 having a flattened surface is formed, and the first silicon oxide film 203B on the surface. Bonding is performed with the single crystal silicon substrate 202A over which the insulating portion 205 including the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film 204 and the second silicon oxide film 203A is formed. Next, as shown in FIG. 9G, most of the single crystal silicon substrate 202A is peeled off, leaving the thin single crystal silicon layer 202 on the surface of the substrate body 10A.
[0125]
Note that a method of forming the insulating portion 205 on the surface of the single crystal silicon substrate 202A, a method of bonding the single crystal silicon substrate 202A having the insulating portion 205 formed on the surface and the substrate body 10A, and a method of peeling the single crystal silicon substrate 202A Since the above has been described in detail in the method for manufacturing the SOI substrate 200, the description thereof will be omitted.
[0126]
Next, as shown in FIG. 9H, the single crystal silicon layer 202 is formed in a predetermined pattern through a photolithography process, an etching process, etc., so that the semiconductor layer 1a having a predetermined pattern as shown in FIG. Form. That is, in particular, in a region where the capacitor line 3b is formed under the data line 6a and a region where the capacitor line 3b is formed along the scanning line 3a, the first layer extending from the semiconductor layer 1a constituting the pixel switching TFT 30 is provided. One storage capacitor electrode 1f is formed.
[0127]
Next, as shown in FIG. 9I, the first storage capacitor electrode 1f together with the semiconductor layer 1a constituting the pixel switching TFT 30 is placed at a temperature of about 850 to 1300 ° C., preferably about 1000 ° C. for about 72 minutes. By thermal oxidation, a relatively thin thermal silicon oxide film having a thickness of about 60 nm is formed, and the gate insulating film 2 for forming a capacitor is formed together with the gate insulating film 2 of the pixel switching TFT 30. As a result, the thickness of the semiconductor layer 1a and the first storage capacitor electrode 1f is about 30 to 170 nm, and the thickness of the gate insulating film 2 is about 60 nm.
[0128]
Next, as shown in FIG. 10A, a resist film 301 is formed at a position corresponding to the N-channel semiconductor layer 1a, and a dopant 302 of a V-group element such as P is added to the P-channel semiconductor layer 1a at a low concentration. (For example, P ions are accelerated by 70 keV, 2 × 10 11 / Cm 2 Dope).
[0129]
Next, as shown in FIG. 10B, a resist film is formed at a position corresponding to a P-channel semiconductor layer 1a (not shown), and a group 303 element dopant 303 such as B is formed on the N-channel semiconductor layer 1a. At a low concentration (for example, an acceleration voltage of 35 keV for B ions, 1 × 10 12 / Cm 2 Dope).
[0130]
Next, as shown in FIG. 10C, a resist film 305 is formed on the surface of the substrate 10 excluding the end of the channel region 1a ′ of each semiconductor layer 1a for each P channel and N channel. About 1 to 10 times the dose shown in FIG. 10A, the dose of about 1 to 10 times that of the step shown in FIG. A dopant 306 of a group III element such as B is doped.
[0131]
Next, as shown in FIG. 10D, in order to reduce the resistance of the first storage capacitor electrode 1f formed by extending the semiconductor layer 1a, it corresponds to the scanning line 3a (gate electrode) on the surface of the substrate body 10A. A resist film 307 (wider than the scanning line 3a) is formed on the portion to be formed, and this is used as a mask to form a V group element dopant 308 such as P at a low concentration (for example, P ions at an acceleration voltage of 70 keV). 3 × 10 14 / Cm 2 Dope).
[0132]
Next, as shown in FIG. 11A, the contact hole 13 reaching the first light shielding film 11a is formed in the first interlayer insulating film 12 and the insulating portion 205 (not shown) by reactive etching, reactive ion beam etching, or the like. It is formed by dry etching or wet etching. At this time, opening the contact hole 13 or the like by anisotropic etching such as reactive etching or reactive ion beam etching has an advantage that the opening shape can be made substantially the same as the mask shape. However, if a hole is formed by combining dry etching and wet etching, these contact holes 13 and the like can be tapered, so that an advantage of preventing disconnection at the time of wiring connection can be obtained.
[0133]
Next, as shown in FIG. 11B, after depositing a polysilicon layer 3 with a thickness of about 350 nm by a low pressure CVD method or the like, phosphorus (P) is thermally diffused to make the polysilicon film 3 conductive. . Alternatively, a doped silicon film in which P ions are introduced simultaneously with the formation of the polysilicon film 3 may be used. Thereby, the conductivity of the polysilicon layer 3 can be increased.
[0134]
Next, as shown in FIG. 11C, the capacitor line 3b is formed together with the scanning line 3a having a predetermined pattern as shown in FIG. 7 by a photolithography process, an etching process, etc. using a resist mask. Thereafter, the polysilicon remaining on the back surface of the substrate body 10A is removed by etching with the surface of the substrate body 10A covered with a resist film.
[0135]
Next, as shown in FIG. 11D, in order to form a P-channel LDD region in the semiconductor layer 1a, the position corresponding to the N-channel semiconductor layer 1a is covered with a resist film 309, and the scanning line 3a (gate First, a dopant 310 of a group III element such as B is used at a low concentration (for example, BF 2 Ions are accelerated at 90 keV, 3 × 10 13 / Cm 2 The lightly doped source region 1b and the lightly doped drain region 1c of the P channel are formed.
[0136]
Subsequently, as shown in FIG. 11E, in order to form a P-channel high concentration source region 1d and a high concentration drain region 1e in the semiconductor layer 1a, a position corresponding to the N-channel semiconductor layer 1a is formed in a resist film. 309 and a state in which a resist layer is formed on the scanning line 3a corresponding to the P channel with a mask wider than the scanning line 3a (not shown), but also of a group III element such as B High concentration of dopant 311 (eg, BF 2 Ions are accelerated at 90 keV, 2 × 10 15 / Cm 2 Dope).
[0137]
Next, as shown in FIG. 12A, in order to form an N-channel LDD region in the semiconductor layer 1a, a position corresponding to the P-channel semiconductor layer 1a is covered with a resist film (not shown) and scanned. Using the line 3a (gate electrode) as a diffusion mask, a dopant 60 of a group V element such as P is used at a low concentration (for example, P ions are accelerated by 70 keV, 6 × 10 6 12 / Cm 2 N-channel lightly doped source region 1b and lightly doped drain region 1c are formed.
[0138]
Subsequently, as shown in FIG. 12B, in order to form the N channel high concentration source region 1d and the high concentration drain region 1e in the semiconductor layer 1a, a resist 62 is formed with a mask wider than the scanning line 3a. After forming on the scanning line 3a corresponding to the N channel, the dopant 61 of a V group element such as P is also used at a high concentration (for example, P ions are accelerated at a voltage of 70 keV, 4 × 10 4 15 / Cm 2 Dope).
[0139]
Next, as shown in FIG. 12C, for example, using a normal pressure or reduced pressure CVD method or TEOS gas so as to cover the capacitor line 3 b and the scan line 3 a together with the scan line 3 a in the pixel switching TFT 30, A second interlayer insulating film 4 made of a silicate glass film such as NSG, PSG, BSG, or BPSG, a silicon nitride film, or a silicon oxide film is formed. The film thickness of the second interlayer insulating film 4 is preferably about 500 to 1500 nm, and more preferably 800 nm.
[0140]
Thereafter, an annealing process at about 850 ° C. is performed for about 20 minutes in order to activate the high concentration source region 1d and the high concentration drain region 1e.
[0141]
Next, as shown in FIG. 12D, the contact hole 5 for the data line 31 is formed by dry etching such as reactive etching or reactive ion beam etching or by wet etching. Further, contact holes for connecting the scanning lines 3 a and the capacitor lines 3 b to wirings (not shown) are also formed in the second interlayer insulating film 4 by the same process as the contact holes 5.
[0142]
Next, as shown in FIG. 13A, a light-shielding low-resistance metal such as Al, metal silicide, or the like is formed on the second interlayer insulating film 4 as a metal film 6 by sputtering or the like. The film is deposited to a thickness of 700 nm, preferably about 350 nm. Further, as shown in FIG. 13B, the data line 6a is formed by a photolithography process, an etching process, or the like.
[0143]
Next, as shown in FIG. 13C, a silicate glass film such as NSG, PSG, BSG, or BPSG is used to cover the data line 6a by using, for example, normal pressure or low pressure CVD or TEOS gas. Then, a third interlayer insulating film 7 made of a silicon nitride film, a silicon oxide film or the like is formed. The film thickness of the third interlayer insulating film 7 is preferably about 500 to 1500 nm, and more preferably 800 nm.
[0144]
Next, as shown in FIG. 14A, in the pixel switching TFT 30, the contact hole 8 for electrically connecting the pixel electrode 9a and the high concentration drain region 1e is formed by reactive etching, reactive ion beam. It is formed by dry etching such as etching.
[0145]
Next, as shown in FIG. 14B, a transparent conductive thin film 9 such as ITO is deposited on the third interlayer insulating film 7 to a thickness of about 50 to 200 nm by sputtering or the like. As shown in FIG. 14C, the pixel electrode 9a is formed by a photolithography process, an etching process, or the like. In the case where the liquid crystal device of the present embodiment is a reflective liquid crystal device, the pixel electrode 9a may be formed from an opaque material having a high reflectance such as Al.
[0146]
Subsequently, after a polyimide alignment film coating solution is applied onto the pixel electrode 9a, the alignment film 16 (see FIG. 8) is formed by performing a rubbing process in a predetermined direction so as to have a predetermined pretilt angle. ) Is formed.
[0147]
The element substrate 10 is manufactured as described above.
[0148]
According to the element substrate manufacturing method of the present embodiment, a silicon nitride film or silicon nitride oxide is obtained by bonding a single crystal silicon substrate 202A having a silicon nitride film or silicon nitride oxide film 204 formed on the surface thereof and the substrate body 10A. Since the film 204 can be positioned closer to the semiconductor layer 1a (TFT 30) than the bonding surface of the substrate body 10A and the single crystal silicon substrate 202A, impurities contained in the substrate body 10A, and the substrate body 10A and the single crystal It is possible to completely prevent the impurities adsorbed on the bonding surface with the silicon substrate 202A from diffusing to the semiconductor layer 1a (TFT 30) side.
[0149]
In addition, the element substrate 10 manufactured by the element substrate manufacturing method of the present embodiment has impurities contained in the substrate body 10A and impurities adsorbed on the bonding surface of the substrate body 10A and the single crystal silicon substrate 202A as a semiconductor. Since the diffusion to the layer 1a (TFT 30) side can be completely prevented, the deterioration of the characteristics of the TFT 30 can be prevented.
[0150]
Next, a method for manufacturing the counter substrate 20 and a method for manufacturing a liquid crystal device from the element substrate 10 and the counter substrate 20 will be described.
[0151]
For the counter substrate 20 shown in FIG. 8, a light transmissive substrate such as a glass substrate is prepared as the substrate body 20A, and the second light shielding film 23 and a second light shielding as a peripheral parting described later are formed on the surface of the substrate body 20A. A film is formed. The second light-shielding film 23 and the second light-shielding film as a peripheral parting described later are formed through a photolithography process and an etching process after sputtering a metal material such as Cr, Ni, and Al. These second light-shielding films may be formed of a material such as resin black in which carbon, Ti, or the like is dispersed in a photoresist in addition to the above metal material.
[0152]
Thereafter, a counter electrode 21 is formed by depositing a transparent conductive thin film such as ITO on the entire surface of the substrate main body 20A to a thickness of about 50 to 200 nm by sputtering or the like. Further, after an alignment film coating solution such as polyimide is applied to the entire surface of the counter electrode 21, the alignment film 22 (see FIG. 5) is applied by rubbing in a predetermined direction so as to have a predetermined pretilt angle. 3). The counter substrate 20 is manufactured as described above.
[0153]
Finally, the element substrate 10 and the counter substrate 20 manufactured as described above are bonded to each other with a sealing material so that the alignment films 16 and 22 face each other, and a method such as a vacuum suction method is used. A liquid crystal device having the above-described structure is manufactured by sucking, for example, liquid crystal formed by mixing a plurality of types of nematic liquid crystals into the space to form a liquid crystal layer 50 having a predetermined thickness.
[0154]
(Overall configuration of liquid crystal device)
The overall configuration of the liquid crystal device of the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. 15 and 16. 15 is a plan view of the element substrate 10 viewed from the counter substrate 20 side, and FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line HH ′ of FIG. 15 including the counter substrate 20.
[0155]
In FIG. 15, a sealing material 52 is provided on the surface of the element substrate 10 along the edge thereof. As shown in FIG. 16, the counter substrate has substantially the same outline as the sealing material 52 shown in FIG. 20 is fixed to the element substrate 10 by the sealing material 52.
[0156]
As shown in FIG. 15, on the surface of the counter substrate 20, a second light shielding film 53 as a peripheral parting made of the same or different material as the second light shielding film 23 is provided in parallel with the inside of the sealing material 52. ing.
[0157]
In the element substrate 10, a data line driving circuit 101 and a mounting terminal 102 are provided along one side of the element substrate 10 in a region outside the sealing material 52, and the scanning line driving circuit 104 is provided on this one side. It is provided along two adjacent sides. Needless to say, when the delay of the scanning signal supplied to the scanning line 3a is not a problem, the scanning line driving circuit 104 may be provided on only one side.
[0158]
In addition, the data line driving circuit 101 may be arranged on both sides along the side of the display region (pixel portion). For example, the odd-numbered data lines 6a are supplied with image signals from the data line driving circuit arranged along one side of the display area, and the even-numbered data lines 6a are arranged along the opposite side of the display area. An image signal may be supplied from the provided data line driving circuit. If the data lines 6a are driven in a comb-like shape in this way, the area occupied by the data line driving circuit can be expanded, so that a complicated circuit can be configured.
[0159]
Further, a plurality of wirings 105 are provided on the remaining side of the element substrate 10 to connect between the scanning line driving circuits 104 provided on both sides of the display area. Further, the second light shielding film 53 as a part of the periphery is provided. A precharge circuit may be provided hidden underneath. In addition, at least one corner portion between the element substrate 10 and the counter substrate 20 is provided with a conductive material 106 for electrical conduction between the element substrate 10 and the counter substrate 20.
[0160]
Further, on the surface of the element substrate 10, an inspection circuit for inspecting the quality, defects, etc. of the liquid crystal device during the manufacturing or at the time of shipment may be formed. Further, instead of providing the data line driving circuit 101 and the scanning line driving circuit 104 on the surface of the element substrate 10, for example, a peripheral area of the element substrate 10 is mounted on a driving LSI mounted on a TAB (tape automated bonding substrate). You may make it connect electrically and mechanically through the anisotropic conductive film provided in this.
[0161]
Further, for example, the TN (twisted nematic) mode, the STN (super TN) mode, and the D-STN (dual scan-STN) are respectively provided on the side on which the light of the counter substrate 20 enters and the side on which the light of the element substrate 10 exits. A polarizing film, a retardation film, a polarizing means, and the like are arranged in a predetermined direction according to an operation mode such as a mode, and a normally white mode / normally black mode.
[0162]
When the liquid crystal device of this embodiment is applied to a color liquid crystal projector (projection display device), three liquid crystal devices are used as RGB light valves, and each panel is for RGB color separation. Each color light separated through the dichroic mirror is incident as projection light. Therefore, in that case, as shown in the above embodiment, the counter substrate 20 is not provided with a color filter.
[0163]
However, even if an RGB color filter is formed together with the protective film in a predetermined region facing the pixel electrode 9a on which the second light shielding film 23 is not formed on the surface of the counter substrate 20 on the liquid crystal layer 50 side of the substrate body 20A. Good. With such a configuration, the liquid crystal device of the above embodiment can be applied to a color liquid crystal device such as a direct-view type or a reflective type color liquid crystal television other than the liquid crystal projector.
[0164]
Furthermore, a micro lens may be formed on the surface of the counter substrate 20 so as to correspond to one pixel. In this way, a bright liquid crystal device can be realized by improving the collection efficiency of incident light. Furthermore, a dichroic filter that creates RGB colors using light interference may be formed by depositing multiple layers of interference layers having different refractive indexes on the surface of the counter substrate 20. According to this counter substrate with a dichroic filter, a brighter color liquid crystal device can be realized.
[0165]
In the liquid crystal device according to the present embodiment, incident light is incident from the counter substrate 20 side. However, since the first light shielding film 11a is provided on the element substrate 10, incident light is incident from the element substrate 10 side. Then, the light may be emitted from the counter substrate 20 side. That is, even when the liquid crystal device is attached to the liquid crystal projector in this way, it is possible to prevent light from entering the channel region 1a ′ and the LDD regions 1b and 1c of the semiconductor layer 1a and display a high-quality image. Is possible.
[0166]
Further, since the liquid crystal device of the present embodiment includes the element substrate 10 manufactured by the element substrate manufacturing method of the present embodiment, impurities contained in the substrate body 10A, and the substrate body 10A and the single crystal Impurities adsorbed on the bonding surface with the silicon substrate 202A can be completely prevented from diffusing to the semiconductor layer 1a (TFT 30) side, so that deterioration of the characteristics of the TFT (transistor element) 30 can be prevented. , The performance will be excellent.
[0167]
(Electronics)
As an example of an electronic apparatus using the liquid crystal device (electro-optical device) of the above embodiment, a configuration of a projection display device will be described with reference to FIG.
[0168]
In FIG. 17, a projection type display device 1100 is provided with three liquid crystal devices of the above-described embodiment, and is a schematic configuration diagram of an optical system of a projection type liquid crystal device used as RGB liquid crystal devices 962R, 962G, and 962B, respectively. Show.
[0169]
A light source device 920 and a uniform illumination optical system 923 are employed in the optical system of the projection display device of this example. The projection display device includes a color separation optical system 924 as color separation means for separating the light beam W emitted from the uniform illumination optical system 923 into red (R), green (G), and blue (B); The three light valves 925R, 925G, and 925B as modulation means for modulating the color light beams R, G, and B, and the color synthesis prism 910 as color synthesis means for recombining the modulated color light beams are combined. A projection lens unit 906 is provided as projection means for enlarging and projecting the light beam onto the surface of the projection surface 100. Further, a light guide system 927 for guiding the blue light beam B to the corresponding light valve 925B is also provided.
[0170]
The uniform illumination optical system 923 includes two lens plates 921 and 922 and a reflection mirror 931, and the two lens plates 921 and 922 are arranged to be orthogonal to each other with the reflection mirror 931 interposed therebetween. The two lens plates 921 and 922 of the uniform illumination optical system 923 each include a plurality of rectangular lenses arranged in a matrix. The light beam emitted from the light source device 920 is divided into a plurality of partial light beams by the rectangular lens of the first lens plate 921. These partial light beams are superimposed in the vicinity of the three light valves 925R, 925G, and 925B by the rectangular lens of the second lens plate 922. Therefore, by using the uniform illumination optical system 923, even when the light source device 920 has a non-uniform illuminance distribution within the cross section of the emitted light beam, the three light valves 925R, 925G, and 925B can be uniformly illuminated. It can be illuminated.
[0171]
Each color separation optical system 924 includes a blue-green reflecting dichroic mirror 941, a green reflecting dichroic mirror 942, and a reflecting mirror 943. First, in the blue-green reflecting dichroic mirror 941, the blue light beam B and the green light beam G included in the light beam W are reflected at right angles and travel toward the green reflecting dichroic mirror 942. The red light beam R passes through the mirror 941, is reflected at a right angle by the rear reflecting mirror 943, and is emitted from the emission unit 944 of the red light beam R to the prism unit 910 side.
[0172]
Next, in the green reflection dichroic mirror 942, only the green light beam G out of the blue and green light beams B and G reflected by the blue-green reflection dichroic mirror 941 is reflected at right angles, and the green light beam G is emitted from the emitting portion 945. The light is emitted to the side of the combining optical system.
[0173]
The blue light beam B that has passed through the green reflecting dichroic mirror 942 is emitted from the emission part 946 of the blue light beam B to the light guide system 927 side. In this example, the distances from the light beam W emission part of the uniform illumination optical element to the color light emission parts 944, 945, and 946 in the color separation optical system 924 are set to be substantially equal.
[0174]
Condensing lenses 951 and 952 are disposed on the emission side of the emission portions 944 and 945 for the red and green light beams R and G of the color separation optical system 924, respectively. Therefore, the red and green light beams R and G emitted from the respective emission portions are incident on these condenser lenses 951 and 952 and are collimated.
[0175]
The collimated red and green light beams R and G are incident on the light valves 925R and 925G and modulated, and image information corresponding to each color light is added. That is, these liquid crystal devices are subjected to switching control according to image information by a driving unit (not shown), thereby modulating each color light passing therethrough. On the other hand, the blue light beam B is guided to the corresponding light valve 925B via the light guide system 927, where it is similarly modulated according to the image information. The light valves 925R, 925G, and 925B in this example further include incident-side polarization means 960R, 960G, and 960B, emission-side polarization means 961R, 961G, and 961B, and liquid crystal devices 962R and 962G disposed therebetween. , 962B.
[0176]
The light guide system 927 includes a condensing lens 954 arranged on the emission side of the emission part 946 of the blue light beam B, an incident-side reflection mirror 971, an emission-side reflection mirror 972, and an intermediate lens arranged between these reflection mirrors. 973 and a condenser lens 953 disposed on the front side of the light valve 925B. The blue light beam B emitted from the condenser lens 946 is guided to the liquid crystal device 962B via the light guide system 927 and modulated. The optical path length of each color light beam, that is, the distance from the emission part of the light beam W to each liquid crystal device 962R, 962G, 962B is the longest for the blue light beam B, and therefore, the light amount loss of the blue light beam is the largest. However, the light loss can be suppressed by interposing the light guide system 927.
[0177]
The color light beams R, G, and B modulated through the light valves 925R, 925G, and 925B are incident on the color synthesis prism 910 and synthesized there. Then, the light synthesized by the color synthesis prism 910 is enlarged and projected onto the surface of the projection surface 100 at a predetermined position via the projection lens unit 906.
[0178]
Since the projection display device 1100 having the above-described structure includes the liquid crystal device according to the above-described embodiment, it is possible to prevent deterioration of characteristics of the TFT (transistor element) and to have excellent performance.
[0179]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the insulating portion including at least the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film is provided between the support substrate and the single crystal silicon layer, it is contained in the support substrate. An SOI substrate capable of completely preventing impurities from diffusing to the single crystal silicon layer side can be provided.
[0180]
In addition, by forming a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film on the single crystal silicon substrate side, the single crystal silicon substrate and the support substrate are bonded to each other, whereby impurities contained in the support substrate, and the support substrate and the single crystal It is possible to provide an SOI substrate manufacturing method capable of completely preventing impurities adsorbed on a bonding surface with a silicon substrate from diffusing to the single crystal silicon layer side.
[0181]
In addition, an element substrate can be manufactured using the SOI substrate of the present invention, and the element substrate of the present invention is adsorbed on the impurities contained in the support substrate or the bonding surface of the support substrate and the single crystal silicon substrate. The influence of the impurities on the transistor element can be prevented, and the deterioration of the characteristics of the transistor element can be prevented.
[0182]
In addition, by including the element substrate of the present invention, it is possible to prevent deterioration of characteristics of the transistor element, and it is possible to provide an electro-optical device and an electronic apparatus with excellent performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of an SOI substrate according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A to 2E are process diagrams showing a method for manufacturing an SOI substrate according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 3A to 3C are process diagrams showing a method for manufacturing an SOI substrate according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 4A to 4D are diagrams showing a bonding pattern of a support substrate and a single crystal silicon substrate in an SOI substrate manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a structure of an element substrate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of various elements, wirings, and the like constituting the pixel unit in the electro-optical device according to the embodiment of the invention.
FIG. 7 is a plan view of a plurality of pixel groups adjacent to each other in the element substrate in the electro-optical device according to the embodiment of the invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG.
FIGS. 9A to 9I are process diagrams showing a method for manufacturing an element substrate according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 10A to 10D are process diagrams showing a method for manufacturing an element substrate according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 11A to 11E are process diagrams showing a method for manufacturing an element substrate according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 12A to 12D are process diagrams showing a method for manufacturing an element substrate according to an embodiment of the present invention.
13A to 13C are process diagrams showing a method for manufacturing an element substrate according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 14A to 14C are process diagrams showing a method for manufacturing an element substrate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a plan view of an element substrate of an electro-optical device according to an embodiment of the present invention, as viewed from the counter substrate side, together with each component formed thereon.
FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line HH ′ of FIG.
FIG. 17 is a configuration diagram of a projection display device that is an example of an electronic apparatus using the electro-optical device according to the embodiment of the invention.
18A and 18B are process diagrams showing a conventional method for manufacturing an SOI substrate.
[Explanation of symbols]
200 ... SOI substrate
201 ... support substrate
202 ... single crystal silicon layer
202A ... single crystal silicon substrate
203B ... first silicon oxide film
203A ... Second silicon oxide film
204... Silicon nitride film or silicon nitride oxide film
205 ... Insulating part
210: Element substrate
220 ... TFT (transistor element)
208 ... Semiconductor layer
1a ... Semiconductor layer
1a '... channel region
1b: low concentration source region (source side LDD region)
1c: Low concentration drain region (drain side LDD region)
1d ... High concentration source region
1e ... High concentration drain region
10: Element substrate
10A ... Substrate body (support substrate)
20 ... Counter substrate
20A ... Board body
11a ... 1st light shielding film
12 ... 1st interlayer insulation film
30 ... TFT for pixel switching (transistor element)
50 ... Liquid crystal layer (electro-optic material layer)

Claims (2)

単結晶シリコン基板の表面を熱酸化することにより、前記単結晶シリコン基板の表面に酸化シリコン膜を形成する工程と、
前記酸化シリコン膜を形成した前記単結晶シリコン基板の表面を一酸化二窒素若しくは一酸化窒素にて窒化若しくは酸窒化することにより、前記酸化シリコン膜の前記単結晶シリコン基板側に窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を形成する工程と、
支持基板の表面において後で形成するトランジスタ素子に対応する位置に遮光膜を形成する工程と、
前記遮光膜を含む前記支持基板の表面に第2の酸化シリコン膜を形成する工程と、
前記第2の酸化シリコン膜の表面を平坦化する工程と、
前記単結晶シリコン基板に形成された前記酸化シリコン膜の表面と前記支持基板に形成されて平坦化された前記第2の酸化シリコン膜の表面との界面を貼り合わせ面として、前記単結晶シリコン基板と支持基板とを貼り合わせる工程と、
前記支持基板と貼り合わせた前記単結晶シリコン基板を薄膜化する工程と、
薄膜化された前記単結晶シリコン基板からなる単結晶シリコン層によりトランジスタ素子を構成する半導体層を形成する工程と、
を有することを特徴とする電気光学装置用素子基板の製造方法。
Forming a silicon oxide film on the surface of the single crystal silicon substrate by thermally oxidizing the surface of the single crystal silicon substrate;
The surface of the single crystal silicon substrate on which the silicon oxide film is formed is nitrided or oxynitrided with dinitrogen monoxide or nitric oxide, so that a silicon nitride film or nitride is formed on the single crystal silicon substrate side of the silicon oxide film. Forming a silicon oxide film;
Forming a light shielding film at a position corresponding to a transistor element to be formed later on the surface of the support substrate;
Forming a second silicon oxide film on the surface of the support substrate including the light shielding film;
Planarizing the surface of the second silicon oxide film;
Using the interface between the surface of the silicon oxide film formed on the single crystal silicon substrate and the surface of the second silicon oxide film formed on the support substrate and planarized as a bonding surface, the single crystal silicon substrate And a step of bonding the support substrate and
Thinning the single crystal silicon substrate bonded to the support substrate ;
Forming a semiconductor layer constituting a transistor element by a single crystal silicon layer comprising the thin single crystal silicon substrate;
A method for manufacturing an element substrate for an electro-optical device.
単結晶シリコン基板の表面を熱酸化することにより、前記単結晶シリコン基板の表面に第1の酸化シリコン膜を形成する工程と、
前記第1の酸化シリコン膜を形成した前記単結晶シリコン基板の表面を一酸化二窒素若しくは一酸化窒素にて窒化若しくは酸窒化することにより、前記第1の酸化シリコン膜の前記単結晶シリコン基板側に窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を形成する工程と、
前記窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜を形成した前記単結晶シリコン基板の表面を熱酸化することにより、前記窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜の前記単結晶シリコン基板側に第2の酸化シリコン膜を形成する工程と、
支持基板の表面において後で形成するトランジスタ素子に対応する位置に遮光膜を形成する工程と、
前記遮光膜を含む前記支持基板の表面に第3の酸化シリコン膜を形成する工程と、
前記第3の酸化シリコン膜の表面を平坦化する工程と、
前記単結晶シリコン基板に形成された前記第1の酸化シリコン膜の表面と前記支持基板に形成されて平坦化された前記第3の酸化シリコン膜の表面との界面を貼り合わせ面として、前記単結晶シリコン基板と支持基板とを貼り合わせる工程と、
前記支持基板と貼り合わせた前記単結晶シリコン基板を薄膜化する工程と、
薄膜化された前記単結晶シリコン基板からなる単結晶シリコン層によりトランジスタ素子を構成する半導体層を形成する工程と、
を有することを特徴とする電気光学装置用素子基板の製造方法。
Forming a first silicon oxide film on the surface of the single crystal silicon substrate by thermally oxidizing the surface of the single crystal silicon substrate;
The surface of the single crystal silicon substrate on which the first silicon oxide film is formed is nitrided or oxynitrided with dinitrogen monoxide or nitric oxide, whereby the first silicon oxide film is on the single crystal silicon substrate side. Forming a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film on the substrate;
By thermally oxidizing the surface of the single crystal silicon substrate on which the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film is formed, a second silicon oxide film is formed on the single crystal silicon substrate side of the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film. Forming, and
Forming a light shielding film at a position corresponding to a transistor element to be formed later on the surface of the support substrate;
Forming a third silicon oxide film on the surface of the support substrate including the light shielding film;
Planarizing the surface of the third silicon oxide film;
The interface between the surface of the first silicon oxide film formed on the single crystal silicon substrate and the surface of the third silicon oxide film formed flat on the support substrate is used as a bonding surface. Bonding the crystalline silicon substrate and the support substrate;
Thinning the single crystal silicon substrate bonded to the support substrate ;
Forming a semiconductor layer constituting a transistor element by a single crystal silicon layer comprising the thin single crystal silicon substrate;
A method for manufacturing an element substrate for an electro-optical device.
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