JPH02168236A - アクティブマトリックス基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液晶等を表示媒体として用いる表示パネルを構
成する１対の基板中の表示駆動用素子が組み込まれるア
クティブマトリックス基板であって、その面内にマトリ
ックス状に配列された画素電極にそれぞれ付随して、そ
の画素の表示駆動用素子としてＭＩＭ（金属・絶縁物・
金属）素子を組み込んでなるアクティブマトリックス基
板を製造する方法に関する。

〔従来の技術〕

液晶等を表示媒体として用いるいわゆるフラットデスプ
レイである表示パネルは、かなり以前から時計や電卓な
どの小形電子装置の表示装置として大蓋に使用されてい
るが、最近ではかかるいわば固定画像の表示用からテレ
ビ用等の大形の可変ないし可動画像の表示用に用途が伸
びており、かかる大形の表示パネルではそのパネル面内
に少なくとも数万個の画素がマトリックス配置され、ビ
デオ信号に応じてその画素の表示状態が高速で切り換え
られる。かかるマトリックス形の表示パネルでは、その
表示を切り換えるためにもちろん面内の多数の画素を垂
直水平両方向に高速走査をする必要があり、各画素に走
査後の１走査期間中その表示状態を安定に維持させて鮮
明な画像を得る上で、画素１ｔｐｌが設けられる側の）
ｉ、＋ｉをその各画素に付随して能動素子を組み込んだ
アクティブマトリックス基板とするのが有利である。

このアクティブマトリックス基板に組み込まれる能動素
子は、表示電圧に応じてスイッチング動作をして各画素
を表示駆動するもので、表示パネルの１対の基板間の数
μ程度のごく狭い間隙内に組み込めるようＷｉ膜構造と
する必要があり、薄膜トランジスタ等の３端子素子とＦ
ｉｌｌ１９ダイオード。

バリスタ、ＭＩＭ素子等の２＠子素子が知られているが
、後者の方が構造が簡単なので製作コストの点で有利な
利点があり、とくにＭＩＭ素子は最も構造が簡単でその
組み込みに要するスペースが少なくて済む特長がある０
本発明はこのＭＩＭ素子を組み込むアクティブマトリッ
クス基板に関するもので、その従来ｊＲｉＸｉをＴｈｅ
　ＯｐＬｉｍｉｚａ口ｏｎ　ｏｆＭｅｔａｌ−Ｉｎｓｕ
ｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ　Ｎｏｎ１ｉｎｅａｒ　Ｄｅｖ
ｉｃｅｓ　ｆｏｒＵｓｅｉｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄＬ
ｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ旧５ｐｌａｙｓ＋Ｄ、Ｒ，Ｂ
ａｒａｆｆ　ａｔ　ａｌ、Ｉ［！ｌ！Ｅ　Ｔｒａｎｓ、
、　ＨＤ−２８，ｐｐ、７３６゜Ｊｕｎｅ　１９８１の
記載に準じて第３図に示す。

第３図において、紙面内に多数個７トリツクス配列され
る薄い透明な導電膜からなる画素型（ｊｌｏは図示のよ
うにほぼ方形の輪郭をもら、図では左右方向に並ぶ複数
個の画素電極１０に対して共通に表示電圧ないし走査電
圧を乗せるための走査心Ｊ）２０が細長な形仕で設シナ
られる。この走在電Ｉ】２０はタンタル等の金属ｊ漠２
とその表面を陽Ｉｊ酸化した絶縁膜３とからなる複合）
１り構造のもので、突出部２１をもう、この突出部２１
に対応して画素電極ｌＯには凹部１０ａが設けられてい
る。Ｍｌ〜１素子３０はこの例では走査型１】の突出部
２１上に設けられ、それ川の上側金属膜４がその中央部
を突出部２１の絶縁ｊｌり３に接し１両端部を画素電極
ｌＯと！Ｘ電接触する類１■Ｉ状のパターンで設けられ
る。

金属！Ｉ２２と上側金属膜４との間に挟まれた１ｕ縁Ｍ
！Ｊ、３は数百人程度のごく薄い５酸化タンタルで、両
金属膜２および、４の間に電圧が掛かったとき、その導
電率が電圧の平方根の措数関数に比例するＰｏｏｌｓ−
Ｐｒｅｎｋｅｌ形コンダクタンス特性を呈し、ＭＩＭ素
子はこの絶縁膜３がもつ非線形電圧・電流特性を利用し
て、両方向性バリスタないし逆並列接続ダイオードと同
様なスイッチング機能を果たすことができ、絶縁膜３の
厚みを充分薄くすることにより、画素の駆動に必要なこ
の非線形特性をこれに持たせることができる。

第４図はかかるＭＩＭ素子を組み込んだアクティブマト
リックス基板の従来の製造工程を示すもので、第３図の
Ｘ−Ｘ矢視断面に相当する。同図（ａ）のアクティブマ
トリックス基板用の絶縁基ｖｊ、ｌはふつうは平坦なガ
ラス板であって、まずその上面に金属膜用にタンタル等
の金属２ａを被着する。

同図［有］）の工程では、この金属２ａを１回目のフォ
トエツチングによって第３図の走査を極２０とその突出
部２１のパターンをもつ金属膜２に形成する。同図（Ｃ
１は酸化工程であって、金属膜２のタンクルの表面を、
例えばくえん酸溶液中で陽）酸化することによって５酸
化タンタル等の絶縁膜３とする。

この絶縁膜のＪ″Ｌみをｎｉｌ述のように数百人程度と
ごく薄くすることにより、ＭＩＭ素子に特有の非線形電
圧・電流特性が得られる。

第４図（ｄ）の工程では金属膜２と絶縁膜３の複合膜を
覆うように上側金鴇膜４用にクロム等の金属を全面破着
し、２回目のフォトエツチングによってそれを第３図に
示すような短冊状のパターンの上側金属殻４を形成する
。最後の同図（ｅ）の工程では、透明な導電膜５を全面
破着し、その３回目のフォトエッチングにより画素型）
ＭＩＯを第３図のように凹部１０ａをもつ方形パターン
に形成する。なお、これら第４図（ｄ）および（ｅｌの
両工程は、順序を互いに逆にしても差し支えない。

〔発明が解決しようとする課題］ 上の従来のアクティブマトリックス基１反では、金属膜
２の表面を陽掻酸化して絶縁膜３で被覆する際の条件を
よく管理することにより、構造が簡単ご特性のよく揃っ
たＭ　Ｉ　Ｍ素子を組み込むことができるが、上述の説
明かられかるようにその製作に３回のフォトエ・ンチン
グ工程が必要なので、次に説明するように７オトエソチ
ングエ程ごとにフォトマスク合わせの誤差が累積して欠
陥が発生しやすく、歩留まりの低下によって表示パネル
がコスト高につく問題がある。

第３図かられかるように、走査電極３０の突出部３１お
よび上側金属膜４はいずれも金属であって表示光を透過
しないので、それだけ画素の表示の明るさが低下し、か
つそれらの周辺と画素電極１０との隙間からは画素の表
示の明暗と無関係な光が洩れるので、画像のコントラス
トが不鮮明になる原因となる。従って画質の向上には、
Ｍ　Ｉ　Ｍ素子３０とその周辺の大きさはできるだけ小
さくして表示に貢献しない面積を減らし、表示パネルの
いわゆる開口率を向上させて表示を明るくしかつ表示の
コントラストを上げる必要がある。このため、上述の３
回のフォトエッチング工程のいずれにも微細パターンの
フォトマスクが使用され、これにｊ５．ししてマスク合
わせにも高精度が要ニドされる。

しかし、アクティブマトリックス基板の製作に用いられ
る絶縁）ｉ、板やフォトマスクの寸法は半導体ウェハよ
りもかなり大きくて温度等のｆ重々の影響を受けやすく
、入念なマスク合わせをしても常に若干の誤差が発生す
るのは避は難いので、フォトエツチング工程を重ねるつ
どに誤差が累積して欠陥発生の原因となりやすい。また
、半導体チップの場合のように欠陥のあるチップを捨て
て良品チップだけを生かすことはできず、欠陥が出たア
クティブマトリックス基板はすべて不良品として廃棄す
るほかない。なお、上述のようにフォトエツチング工程
が３回の場合はもちろん２回のマスク合わせが必要で、
歩留まりを向上するにはこれを１回に減らすことが望ま
しい３ 本発明はかかる観点から、フォトエツチング回数を減少
できるアクティブマトリックス４　Ｊ＆の製造方法を（
）ることを目的とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

ごの目的は本発明によれば、絶縁基板上に金１膜を全面
被着した上でその表面を酸化して絶量濠膜を形成するこ
とにより金属膜と絶？（膜とを含む複合１ｉ２を形成す
る工程と、）複合ｊ模をフォトエツチングして所定のパ
ターンに形成する第１のフォトエツチング工程と、複合
１模のエツチングされた側面に妬出された金属１１りを
酸化して絶縁、ｉりを形成する側面酸化工程と、透明な
導電性膜を全面被着した上でフォトエツチングして画素
型）蛋を絶縁基板上に形成するとともにこの画素型Ｉ）
と連続した接続１模を複合；奏上に形成する第２のフォ
トエツチング工程とを含むアクティブマトリックス基板
の製造方法によって達成される。

なお、Ｍ　Ｉ　Ｍ素子は上記構成にいう複合）漠中の金
属膜および絶縁膜と接続ｊ漠とによって構成することが
でき、この場合は導電性：嘆である接続膜が従来の上側
金属：漠の役目をも果たすことになる。

しかし、この上側金属１模を金μｊ漠および絶縁Ｉ漠の
上に重ねて複合ｊ１りを構成する方が望ましい場合があ
り、実施例で述べるようにこの場合の接続膜は上側金属
膜を画素電極と接続する役目を果たすほか、絶縁股上の
不要な上側金属膜をエンチングにより除去する際のマス
クとしての役目をも兼ねることができ己。

また、上記構成にいう側面酸化工程により形成させる絶
縁ＢＨ２は、複合ｉｉり中のＭＩＭ！ｌ：子用の絶縁膜
よりもｊ′１めとし、あるいは素子用の１＠縁１（菜に
適しｌい種類の走縁ＩＩりとするのが望ましい。

〔作用］ 第３図かられかるように、従来構造ではＭｌ〜１素子用
の上側金属膜が素子を画素電極に接続するためにｔ１１
川されでいる。本発明はこのＭ　Ｉ　Ｍ素子と画素電極
との間の接続を画諾電極用の導電性；模二こよってでき
る点に管口したもので、上記構成にいうように第２のフ
ォトエツチングにより導電性１１りから画素電極を形成
する際に画素１翫と連続して接続膜を複合１ｉり上にま
で延長して形成することユニより、アクティフ゛マトリ
ックス基讐反の製造時のフォトエツチングを２回だけで
済ませるようＳこしたものである。前項でも述べたよう
に、この接続膜にＭ　Ｉ　Ｍ素子用の電（５膜ないし従
来の上側金属膜の役目を果たさせることができる。

このため本発明方法では、まず絶縁基板上に金属膜を全
面被着しその表面を酸化して絶縁膜を形成し、少なくと
も金属膜と絶縁膜とを、必要に応じて上側金属膜をも含
む複合膜を形成した上で、第１のフォトエツチングによ
りこの複合膜のパターンニングを済ませてしまう０次に
上述の第２のフォトエツチングにより導電性膜から画素
電極と接ａ　ＩＩ！を形成すれば済むのであるが、その
ままでは第１のフォトエツチング後の複合膜の側面に露
出している金属膜と接続膜とが短絡してしまうので、第
１および第２のフォトエツチング工程の中間に上記構成
にいう側面酸化工程を挟んで金属膜の露出面を酸化して
絶「膜を形成する。この工程では単に金属膜の露出面を
酸化させるだけで、フォトエツチングはもちろん不要で
ある。ただし、複合膜中に上側金属膜が含まれる場合は
、第２のフォトエツチング後に接続膜をマスクとしてそ
の接続膜下以外の部分をエツチングにより除去すること
が必要である。

〔実施例〕

以下、図を参照しながら本発明の詳細な説明する。第１
図は本発明方法により製造されるアクティブマトリック
ス基板をその土な工程ごとの状態で例示するもので、そ
の完成状態が第２図に平面図で示されており、第１図の
左側の列が第２図のＸ−Ｘ矢視断面に相当し、第１図の
右側の列が第２図のＹ−Ｙ矢視断面に相当する。なお、
これらの図中で前に説明した第３図および第４図と共通
な部分には同じ符号が付されている。以下、第１図の説
明に入る前に理解を容易にするため、まず第２図を参照
してアクティブマトリックス基板の構造を簡単に説明す
る。

第２図のように、画素電極ｌＯがほぼ方形に、走査型１
ｊ２０が細長にそれぞれ形成されるのは従来の第３図の
場合と同じであるが、この実施例では走査電極２０の突
出部２■は画素型ＰｉｌＯの相互間の隙１ｉｉを利用で
きる位置に設けられており、ＭＩＭ素子３０はこの突出
部２１に作り込まれる。また、この実施例では走査電極
２０とその突出部２１とは同じ複合膜で形成されており
、複合膜には金！ｉ！ｌ漠２と絶縁！！ｌ　３のほかに
上側金属膜が含まれるものとする。

接続膜１１は画素型ＩＭＩＯと連続してそれから突出す
る延長部として形成され、その先端部が走査電極の突出
部２１上を覆うように設けられ、この例では突出部を形
成している複合膜の上側台！　膜と導電接触される。

なお、図からもわかるように、走査電極を金属ＩＱ　２
と絶縁膜３とを含む複合膜で形成する場合には、それに
突出部２１を設けるかわりに画素電極ｌＯから接続膜１
１を図の下方に向けて延長させ、走査ｔｔｆｆｉ２０上
にＭＩＭ素子３０を作り込むことも可能である。また逆
に、この例のようにＭＩＭ素子２ｏを突出部２１に作り
込む場合は、走査電極２ｏを複合膜で形成する必然性が
あるわけではない。

第１図（ａ）の複合ＩＩ！形成工程では、前述のように
ふつうはガラス仮であるアクティブマトリックス基板用
の絶縁基板１の上面に、まず金属膜２用にタンタル等の
金属２ａをスパッタ法等で例えば４０００人程度０厚み
に全面被着する。ついで、例えばくえん酸の０．０５％
の水溶液中で４０Ｖ程度の電圧を掛けてこの金属２ａの
表面を陽極酸化して、５酸化タンタル等の絶縁膜３ａを
例えば４００人程０の厚みで形成する。さらにこの実施
例では、上側金属膜４用にクロム等の金属４ａをスパッ
タ法等により例えば１０００人程度Ｏ４みに全面被着す
る。

第１図（ｂ）は第１のフォトエツチング工程後の状態を
示す。これにはドライエツチングを用いるのがよ（、そ
の際の反応ガスには上側金属膜２用のクロム等の金属２
ａに対しては４塩化炭素と酸素の混合ガスを１絶縁膜３
用の５酸化タンタル３ａおよび金［１１１２用のタンタ
ル２ａに対しては４ふっ化炭素と酸素との混合ガスをそ
れぞれ用い、反応ガスを切り換えながらフォトレジスト
膜をマスクとしてこれらの３層膜を同しドライエンチン
グ装胃内の１工程でエツチングする。この第１のフォト
エッチング工程により、金属膜２．絶縁Ｍ　３および上
側金属ＩＩＩ　４からなるこの例では３層構成の複合膜
が、第２図の走査電極２０とその突出部２１のパターン
で形成される。なお、この複合膜の幅は例えば５〜１０
ＩＩ歳とされる。

第１図（Ｃ）の工程では、前工程でエツチングされた複
合膜の側面に露出する金属膜２の表面を酸化して側面絶
縁ｇ３ｂとする。これには、例えば前と同様にくえん酸
水溶液中での陽捲酸化法を用いることでよいが、電圧を
例えば８０Ｖ程度にまで上げて、この側面絶縁膜３ｂを
絶縁Ｍ３よりも厚＜　１０００人程度０する。この酸化
工程中、金属１１２２の上面の絶縁膜３は上側金属ｌ！
４で覆われているので、その厚みはもちろん変化せず、
また上側金１７１１１２４を設けない場合でも、前の第
１のフォトエツチング工程用のフォトレジスト膜を絶縁
膜３の上に残したままで側面酸化をすることにより、絶
縁膜３の厚みを当初のままに保つことができる。

第１図（ｄ）の第２のフォトエツチング工程では、画素
電奢五ｌＯおよび接Ｍｌ漠ｌｌ用の透明な導電性１模と
してＩＴＯ（インジュウム・錫酸化物）等を例えばスパ
ッタ法により３０００人程度０厚みに全面破着した上で
、それを塩化第２鉄と塩酸の水Ｃ３液を用いて化学エツ
チングすることにより、画素電ｆ！ｉｌＯと接続膜１１
を第２図に示すパターンで形成する。

接続膜１１は前述のように画素電極と連続するその延長
部であって、この例では複合Ｉ１１の上側金属膜４と導
電接触して、金属膜２．絶縁Ｉｔ！　３および上側金属
膜４で構成されるＭＩＭ素子３０を画素電極ＩＯと接続
する。上側金属膜４がない場合は、ＭＩＭ素子３０は金
属膜２．絶縁膜３および接ｖｔ膜１１で構成され、接ａ
　ＩＩ！Ｉ　１　ｔによって画素電極１０と接続される
。いずれの場合も接Ｖｔ膜１１が複合膜の側面を覆うが
、金属１！　２は側面絶縁膜３ｂによって接続膜ＩＩか
ら絶縁される。

上側金属膜４がない場合はこれで全工程がおわるが、上
側金属膜４がある場合には同図（ｄ）の右側のＹ−Ｙ矢
視断面かられかるように、Ｉ＃続護膜１１下側部以外の
複合ＩＩＩの表面上に上側金属膜４が残っているので、
第１図（ｅ）の工程で接続膜１１をマスクとするドライ
エツチングによって上側金属１ｒｆｆ　４の余分な部分
を除去して全工程を終える。

以上の実施例かられかるように、本発明方法ではアクテ
ィブマトリックス基板の製造時のフォトエツチング工程
を第１図ル）および（ｄ）の２回だけで済ませることが
できる。同１ｆｆｌ　（Ｃ）および（ｅ）の工程はいず
れもその前の工程でパターンニ、ングされた部分をマス
クとして行なうことができる。本発明方法によりアクテ
ィブマトリックス基板に組み込まれるＭ　Ｉ　Ｍ素子３
０では、絶縁膜３によってその非線形特性が決定される
ようにするのが望ましく、側面絶縁膜３ｂを絶縁膜３と
同様に陽極酸化により形成する場合でもその膜質が劣る
ので利用しない方がよい、これらの絶縁膜３および側面
絶縁！ｉｌ　３　ｂの厚みや特性は、陽掻酸化時のくえ
ん酸水溶液等の虚度、使用電圧、酸化時間等の条件を変
えるごとにより適宜に制′４Ｂすることができる。

本発明は以上説明した実施例に限らず種々の態様で実施
をすることができる８例えば、金ｒＬＡｌｌｆｆ　２川
にはチタン、アルミ等を、上側金属膜４にはモリブデン
、タンタル、チタン、アルミ等を１画素電１！ｉＬｏお
よび接続膜１１用の透明導電性膜には第２酸化錫等をそ
れぞれ利用できる。また、これらの膜の被着には、上述
のスパッタ法のほか真空蒸着法を採用することができる
。

〔発明の効果］ 以上の説明かられかるように不発明方法においては、ア
クティブマトリックスｆ仮用の絶１３　Ｊｊ板上に金属
１模を全面被着した上でその表面を酸化して絶縁膜を形
成することにより金属膜と絶縁膜とを含む複合ｊ模を形
成する工程と、複合膜をフォトエツチングして所定のパ
ターンに形成する第１のフォトエツチング工程と、複合
膜の工、チングされた側面に露出された金属膜を酸化し
て絶縁咬合形成する側面酸化工程と、透明な導電性膜を
全面破着した上でフォトエツチングして画素電１ｍを絶
縁基板上に形成するとともにこの画素電極と連続した接
続膜を複合膜上に形成する第２のフォトエッチング工程
とを経て、マトリックス状に配列された画！ｇ電極にそ
れぞれ付随してその画素の表示駆動用にＭＩＭ素子を組
み込んでなるアクティブマトリックス基板を製造するこ
とにより、製造に要するフォトエツチング回数を従来の
３回から２回に減少させて製造工程を合理化するととも
に、マスク、合わせの回数を従来の２回から１回にして
マスク合わせの誤差にもとづ（欠陥発生率を大幅に減少
させ、アクティブマトリックス基板の製作歩留まりを上
げてその経済性を顕著に高めることができる。

最近のように表示パネルの大画面化が要求されて組み込
み画素数が増加するとともに、その実用性がアクティブ
マトリックス基板の製造時の欠陥発生率によって制約さ
れる傾向があり、本発明の実施によりこの問題を克服し
て大形表示パネルの実用化を推進することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図が本発明に関し、第１図は本発明に
よる製造方法の実施例を主な製造工程ごとの状態で示す
アクティブマトリックス基板の要部拡大断面図、第２図
はその完成状態の一部拡大平面図である。第３図以降は
従来技術に関し、第３図はアクティブマトリックス基板
の１画素分の平面図、第４図は従来の製造方法を主な工
程ごとの状態で示すアクティブマトリックス基板の要部
拡大断面図である０図において、 １ニアクチイブマトリツクス基板用絶縁基板、２：金属
膜、２ａ：金属ないしタンタル、３：絶縁膜、３ａ：パ
ターンユング前の絶縁膜、３ｂ：側面絶縁膜、４：上側
金属膜、４ａ：金属、５：透明導電性膜、ｌＯ：画素！
極、１０ａ：凹部、１１：接続膜、２０：走査電極、２
１：走査電極の突出部、３０：ＭＩＭ素子、である。 ｋΔ」的１ １ａ３図 第２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マトリックス状に配列された画素電極にそれぞれ付随し
   てその画素の表示駆動用にＭＩＭ素子を組み込んでなる
   アクティブマトリックス基板を製造する方法であって、
   アクティブマトリックス基板用の絶縁基板上に金属膜を
   全面被着した上でその表面を酸化して絶縁膜を形成する
   ことにより金属膜と絶縁膜とを含む複合膜を形成する工
   程と、複合膜をフォトエッチングして所定のパターンに
   形成する第１のフォトエッチング工程と、複合膜のエッ
   チングされた側面に露出された金属膜を酸化して絶縁膜
   を形成する側面酸化工程と、透明な導電性膜を全面被着
   した上でフォトエッチングして画素電極を絶縁基板上に
   形成するとともにこの画素電極と連続した接続膜を複合
   膜上に形成する第２のフォトエッチング工程とを含むア
   クティブマトリックス基板の製造方法。