JPH04318524A - 液晶表示装置およびシリアルｍｉｍスイッチング素子とその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高画質を実現するアクテ
ィブマトリックス形液晶表示装置および液晶表示装置に
使用するシリアルＭＩＭスイッチング素子とその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイの画像表示方法には大
きく単純マトリックス方式とアクティブマトリックス方
式に分けられる。単純マトリックス方式は互いにその方
向が直角をなすように設けられた２組の帯状電極群間に
液晶をはさんだもので、これらの帯状電極にそれぞれ駆
動回路が接続される。この方式は構造が簡単なため低価
格のシステムが実現できるが、走査線を増やしていくと
時分割駆動のデューティーが低下し、クロストークによ
りコントラストが低くなってしまうという問題がある。 これに比較してアクティブマトリックス方式は各画素ご
とにスイッチを設け電圧を保持するもので、時分割駆動
をしても選択時の電圧を維持できるので表示容量を増や
すことができるため、高画質の液晶表示が実現できる。

【０００３】アクティブマトリックス方式で用いられる
スイッチング素子には薄膜ダイオードなどの２端子素子
や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）がある。一般に広く用い
られているＴＦＴ方式は製造工程が複雑であり歩留りを
上げることが難しいため、コストが高くなるという問題
がある。これに対して２端子素子は構造が簡単であり製
造工程を短くすることができるのでコストが低い。２端
子素子の中ではコストが有利であることからＭＩＭ（金
属−絶縁体−金属）素子が一般的に使用されている。

【０００４】図１は従来のＭＩＭ素子の断面を示す図で
ある。ガラス基板１上に金属配線２、絶縁体層３、金属
電極４が順次積層され、画素電極５は金属電極４に接続
される。ＭＩＭ素子は２、３、４の重なった部分である
。作製方法は以下の通りである。ガラス基板１上にスパ
ッタリング法によりタンタルを約３０００オングストロ
ーム形成後、フォトエッチングでパターニングして金属
配線２とする。次にこの金属配線２をクエン酸液中で陽
極酸化しおよそ６００オングストロームの絶縁体層３を
形成する。続いてクロムを約１５００オングストローム
スパッタリング法で形成、フォトエッチングによりパタ
ーニングして金属電極４とする。最後に透明導電膜であ
るＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）をスパッ
タリング法で約５００オングストローム形成し、フォト
エッチングによりパターニングして画素電極５を作製す
る。必要に応じてガラス基板上に絶縁性の下地層を設け
てもよい。ここでＭＩＭ素子の絶縁体層を陽極酸化法で
形成する理由は、陽極酸化膜は乾式成膜法や気相成長法
等で得られる膜より膜厚の均一性が非常に良く、ち密で
あり絶縁性に優れているため、ＭＩＭ素子を作製した場
合良い特性が安定して得られるからである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術では第１に、ＭＩＭ素子は金属と絶縁膜の界面
の状態が特性に関与するので、絶縁膜両面の２つの界面
に違いが有る場合極性差が生じるという課題がある。極
性差は画面のちらつきなどを起こし画質を低下させる。 この課題を解決するために、２個のＭＩＭ素子を結合さ
せた形をとり電流が流れる方向に対して対称の構造にし
たものが提案されているが、この構造の場合、絶縁膜を
陽極酸化で作製しようとすると素子の製造プロセスが増
えてしまいコストアップをしてしまう。また、絶縁膜を
乾式成膜法や気相成長法等で成膜する場合は、前に述べ
た通り均一な膜厚で成膜することがむずかしいのでＭＩ
Ｍ素子の特性が安定しないという問題が起こりやすい。

【０００６】第２に、素子が容量を持つので微細パター
ンによって高画質化しようとした場合、現状の素子の大
きさ（５ミクロン×５ミクロン）より面積を小さくしな
ければならない。素子の面積を小さくしなければ液晶と
の容量比が小さくなり十分なスイッチング特性が得られ
ない。ところが現在の構造のままでは顕著に特性が良く
なるほど面積を小さくすることが技術的にむずかしく、
大幅な高画質化は困難であるという課題がある。従来の
ＭＩＭ素子を用いた液晶表示装置ではコントラスト比が
摂氏５０度で約１００程度であるが、素子面積を小さく
することでコントラスト比を大幅に改善することができ
る。この課題の対策として各層を上下に積層するのでは
なく膜の側面を利用してＭＩＭ素子を作製し、素子の面
積を小さくすることが提案されている。しかしこの場合
、素子の面積は小さくすることはできるが極性差の課題
を解決することはできない。

【０００７】そして第３にＭＩＭ素子を構成する薄膜が
段差を持つ場合あるいは上下方向に曲がりを持つ場合に
、その曲がり部分が切れてしまうという断線が素子部周
辺で起こる危険がある。この断線は致命的な欠陥であり
生産性向上のためには無くすことが不可欠であるが、素
子部に曲がり部分がある以上完全に無くすることはむず
かしい。そこで本発明の目的は、極性差がなく、かつ素
子の面積を任意に小さくすることができ、さらに断線が
起こらない構造の２端子スイッチング素子を提供し、高
画質、高品質、低コストの液晶表示装置を実現すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置は
それぞれにアクティブ素子が接続された複数の画素を有
する基板を用いたアクティブマトリックス形液晶パネル
であって、アクティブ素子に金属−絶縁体−金属−絶縁
体−金属（シリアルＭＩＭ）スイッチング素子が利用さ
れており、かつシリアルＭＩＭスイッチング素子の各界
面が、基板上に形成された各金属膜の側面を使用してい
ることを特徴としている。また本発明のシリアルＭＩＭ
スイッチング素子は、素子の各界面が基板上に形成され
た各金属膜の側面を使用していることを特徴としており
、本発明のシリアルＭＩＭスイッチング素子の製造方法
は、素子の製造プロセスにおいて金属膜に穴をあけたあ
と金属膜の穴側面を陽極酸化することによって、二つの
陽極酸化絶縁膜を同時に形成するプロセスを含むことを
特徴としている。図２は本発明の液晶表示装置に利用す
るシリアルＭＩＭ素子の代表的な例の断面図である。 シリアルＭＩＭ素子は金属配線１０、２つの絶縁膜１１
、１２、中間金属電極１３および金属電極１４の各部か
らなり、２つの絶縁膜１１、１２は金属配線１０および
金属電極１４の陽極酸化膜であり一度の陽極酸化で同時
に作製される。このように本発明で使用するシリアルＭ
ＩＭ素子は界面が電流方向に対称構造であり、かつ各金
属膜の側面を利用している構造を持つ。

【０００９】

【作用】図２に示すシリアルＭＩＭ素子は、電流方向に
対称構造にし極性差をなくすることと、膜の側面を利用
して素子の面積を小さくし素子容量を小さくするという
二つの特性上の効果を同時に実現するものであり、かつ
構造上断線が起こらないため、断線による不良を防ぐも
のでもある。また絶縁膜を陽極酸化で作製しているので
、ち密で膜厚が均一であり、欠陥がなく特性の安定した
素子が得られる。

【００１０】

【実施例】 （実施例１）　図３は、本発明のシリアルＭＩＭスイッ
チング素子の製造プロセス中における表面形状および断
面形状の変化を示している。この図をもとに実施例の説
明を行う。バリウムホウケイ酸ガラス基板上にＤＣマグ
ネトロンスパッタ法により五酸化タンタル膜とタンタル
膜をそれぞれ１０００オングストローム、３０００オン
グストローム連続で作製した（図３ａ、ｆ）。次にレジ
ストを所定の形状に塗布した後にフレオンと酸素の混合
ガスドライエッチングによってタンタル膜に穴をあけた
（図３ｂ、ｇ）。その基板をクエン酸液中で陽極酸化し
タンタル膜の側面にタンタル酸化物を形成（図３ｃ、ｈ
）、洗浄・乾燥後真空蒸着法でクロム膜を２０００オン
グストローム成膜した（図３ｄ、ｉ）。最後に、レジス
トを剥離した後に再び今度は素子形状にレジストを塗布
し、ドライエッチングでタンタルおよびタンタル酸化物
をエッチングしシリアルＭＩＭスイッチング素子を得た
（図３ｅ、ｊ）。また、この素子を用いてアクティブマ
トリックス型液晶表示装置を作製した。

【００１１】ここで得られた素子の電流−電圧特性を図
４に、従来のＭＩＭ素子の電流−電圧特性を図５に示す
。図４、図５の両方とも実線がプラス、点線がマイナス
の極性における電流−電圧特性をあらわしている。従来
のものは図４からわかる通り印加電圧の極性によって特
性に違いがある。それに対して本発明のシリアルＭＩＭ
スイッチング素子は従来問題となっていた極性差がない
ことがわかる。したがって画面のちらつき等によって画
質が低下することを抑制することができ、高品質の液晶
表示装置を実現することができる。さらに今回得られた
素子は、素子面積が９平方ミクロンと小さく、フォトリ
ソグラフィーで平面的に作製された素子の面積である約
２０平方ミクロンに対しておよそ半分になっている。 これによって素子の静電容量も大幅に小さくなりスイッ
チング特性が非常に良くなったため、コントラスト比が
摂氏５０度で２００以上と高画質の液晶表示装置を実現
することができた。なお、本発明では素子面積は０．１
平方ミクロン程度まで任意に小さくすることができる。 一方、素子構造の点からも、上下方向に曲がりを持たな
いため液晶表示装置の断線欠陥を無くすることができる
ので、液晶表示装置の高品質化がなされ、同時に断線欠
陥を無くすることによって生産時の歩留りが向上するた
め製造コスト低減もできる。なお本実施例においては両
端の電極材料としてタンタルを用いているが、配線抵抗
を小さくする目的で両端の電極材料に窒素がドーピング
されたタンタル、タンタルとモリブデンの合金あるいは
タンタルとタングステンの合金を用いても同様の効果が
得られる。また、中間金属電極材料は特に限定されるも
のではなく導電材料であればよい。

【００１２】（実施例２）バリウムホウケイ酸ガラス基
板上にＤＣマグネトロンスパッタ法によって酸化アルミ
ニウム膜とアルミニウム膜をそれぞれ１０００オングス
トローム、３０００オングストローム連続で作製した。 次にレジストを所定の形状に塗布した後に塩酸と硝酸の
混合液によるウェットエッチングによってアルミニウム
膜に穴をあけた。その基板を酒石酸液中で陽極酸化しア
ルミニウム膜の側面にアルミニウム酸化物を形成、洗浄
・乾燥後真空蒸着法でクロム膜を２０００オングストロ
ーム成膜した。最後に、レジストを剥離した後に再び今
度は素子形状にレジストを塗布しアルゴンガスのイオン
ビームエッチングでアルミニウムおよびアルミニウム酸
化物をエッチングしシリアルＭＩＭスイッチング素子を
得た。また、この素子を用いてアクティブマトリックス
型液晶表示装置を作製した。ここで得られた素子の特性
もやはり実施例１と同じ様に極性差がなく、液晶表示装
置のコントラスト比も摂氏５０度において２００以上と
良いものであった。断線による欠陥もなかった。

【００１３】

【発明の効果】以上述べたように本発明の液晶表示装置
は、それぞれにアクティブ素子が接続された複数の画素
を有する基板を用いたアクティブマトリックス形液晶パ
ネルであって、アクティブ素子にシリアルＭＩＭスイッ
チング素子が利用されており、かつシリアルＭＩＭスイ
ッチング素子の各界面が基板上に形成された各金属膜の
側面を使用しているので、スイッチング素子の電流−電
圧特性の極性差に起因する画質の低下がなく、スイッチ
ング素子面積を任意に小さくすることによって素子の静
電容量を期待通り小さくできるためスイッチング特性が
良くコントラスト比が高い高画質の表示が可能であり、
かつスイッチング素子の構造上断線が発生しないので生
産時の歩留りが向上し製造コストを低減することができ
るという効果がある。また本発明のシリアルＭＩＭスイ
ッチング素子は、素子の各界面が基板上に形成された各
金属膜の側面を使用しているので、電流−電圧特性に極
性差がない上に素子面積を任意に小さくして静電容量を
小さくすることができ、さらに上下方向に曲がりを持た
ない構造であるため断線しにくいという効果を有する。 そして本発明のシリアルＭＩＭスイッチング素子の製造
方法は、素子の製造プロセスにおいて金属膜に穴をあけ
たあと金属膜の穴側面を陽極酸化することによって、二
つの陽極酸化絶縁膜を同時に形成するプロセスを含むの
で、これまでシリアルＭＩＭスイッチング素子をつくる
場合従来のＭＩＭ素子の製造プロセスより工程が増える
という問題を解決し、従来のＭＩＭ素子の製造プロセス
と同じ工程数でシリアルＭＩＭスイッチング素子を作製
することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＭＩＭ素子の断面図である。

【図２】本発明のシリアルＭＩＭスイッチング素子の断
面図である。

【図３】本発明のシリアルＭＩＭスイッチング素子の製
造方法を説明する平面図および断面図である。

【図４】本発明のシリアルＭＩＭスイッチング素子の電
流−電圧特性を示す図である。

【図５】従来のＭＩＭ素子の電流−電圧特性を示す図で
ある。

【符号の説明】

１　　　　ガラス基板 ２　　　　金属配線電極 ３　　　　絶縁体層 ４　　　　金属電極 ５　　　　画素電極 １０　　　　金属配線電極 １１　　　　絶縁体層 １２　　　　絶縁体層 １３　　　　中間金属電極 １４　　　　金属電極 ２１　　　　タンタル膜 ２２　　　　五酸化タンタル膜 ２３　　　　レジスト ２４　　　　陽極酸化タンタル酸化物層２５　　　　ク
ロム膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　それぞれにアクティブ素子が接続され
   た複数の画素を有する基板を用いたアクティブマトリッ
   クス形液晶パネルであって、アクティブ素子に金属−絶
   縁体−金属−絶縁体−金属（シリアルＭＩＭ）スイッチ
   ング素子が利用されており、かつシリアルＭＩＭスイッ
   チング素子の各界面が、基板上に形成された各金属膜の
   側面を使用していることを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の液晶表示装置に使用さ
   れていることを特徴とするシリアルＭＩＭスイッチング
   素子。
3. 【請求項３】　　シリアルＭＩＭスイッチング素子の製
   造プロセスにおいて金属膜に穴をあけた後金属膜の穴側
   面を陽極酸化することによって、二つの陽極酸化絶縁膜
   を同時に形成するプロセスを含むことを特徴とするシリ
   アルＭＩＭスイッチング素子の製造方法。
4. 【請求項４】　　以下の１から５の工程を含む請求項３
   記載のシリアルＭＩＭスイッチング素子の製造方法。シ
   リアルＭＩＭスイッチング素子の １．両端電極膜の成膜工程 ２．両端電極膜の穴あけ工程 ３．両端電極膜の穴側面陽極酸化工程 ４．中間電極の形成工程 ５．素子形成のエッチング工程