JPH0611736A

JPH0611736A - 液晶表示装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0611736A
Application number: JP16931592A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Takahara; 研一高原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-06-26
Filing date: 1992-06-26
Publication date: 1994-01-21

Abstract

(57)【要約】【構成】金属−絶縁膜−金属からなる非線形能動素子
を含む液晶表示装置及びその製造方法において、下部電
極側面にエッチバック法或いはリフロー法によって下部
電極上面の酸化膜より厚く、且つ誘電率の小さい絶縁膜
の側壁（ＳＷ）を、前記下部電極側面に形成する。【効果】上部電極の断線防止と、ＭＩＭ素子容量の低
減化を同時に可能にし、それによって液晶表示装置の大
容量化、高画質化及び高信頼性化を実現した。また、下
部電極テーパー部でのＭＩＭ素子の影響を低減する事に
よってＭＩＭ素子特性のばらつきを低減でき、表示の均
一性に優れた液晶表示装置を形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属−絶縁膜−金属か
らなる非線形能動素子を有する、液晶表示装置及びその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像表示装置として、ＣＲＴ（Ｃ
ａｔｈｏｄｅＲａｙＴｕｂｅ）に代わり、フラット
パネルディスプレイなどの液晶表示装置に対する注目が
高まってきている。この液晶表示装置の素子としては、
３端子の薄膜トランジスタ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒ
ａｎｓｉｓｔｅｒ：ＴＦＴ）や、２端子の薄膜ダイオ−
ド（ＴｈｉｎＦｉｌｍＤｉｏｄｅ：ＴＦＤ）などが
考えられているが、製造工程の簡便さや、歩留まりの高
さなどからＴＦＤに対する注目が高まっている。ＴＦＤ
の一つである、金属−絶縁膜−金属（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎ
ｓｕｒａｔｅｒ−Ｍｅｔａｌ）からなる非線形能動素子
（ＭＩＭ）に対する研究及び開発は以前から進められて
きた。図３に従来のＭＩＭ素子の構造の素子断面図を
示す。３０１は透明絶縁基板、３０２は下部電極、３０
３は下部電極３０２の酸化膜である絶縁膜、３０４は上
部電極、３０５は画素電極である。また、このようなＭ
ＩＭ素子を用いた液晶表示装置の等価回路図を、図４に
示す。４０１はセグメント電極、４０２はＭＩＭ素子の
容量ＣMIM、４０３はＭＩＭ素子の非線形抵抗ＲMIM、４
０４は液晶層の容量ＣLC、４０５は液晶層の抵抗ＲLC、
４０６はコモン電極である。また、近年の液晶ディス
プレー等の発達にともなって、非線形能動素子にも様々
な改良が成されている。例えば、特開昭６０−２４６６
８６では次のような構造及び製造方法が提案されてい
る。この構造を図５に示す製造工程ごとの素子断面図
で、簡単に説明する。まず、透明絶縁基板５０１上に金
属薄膜５０２を形成し、前記金属薄膜５０２表面を酸化
して酸化膜５０３を形成し、図５（ａ）とする。その後
絶縁膜５０４を形成、パターニングし、これをマスクと
して前記酸化膜５０３と前記金属薄膜５０２をパターニ
ングし、更に前記金属薄膜５０２を酸化して、前記金属
酸化膜５０２側面に、酸化膜５０５を形成する。この状
態が図５（ｂ）である。次いで、前記絶縁膜５０４を除
去し、上部電極５０６を形成、パターニングして図５
（c）となし、ＭＩＭ素子が完成する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液晶デ
ィスプレイの発達にともなって、ＭＩＭ素子にも大容量
化及び高画質化が望まれている状況において、前述の従
来の技術に示したようなＭＩＭ素子では、その要求を満
たすことは困難になってきた。例えば、前述の図３に示
した従来の技術に於ける構造では、下部電極には上部電
極の断線を考慮してテーパーが設けられているが、この
ためＭＩＭ素子面積は下部電極上面と同電極テーパー部
で規定され、ＭＩＭ素子容量が大きくなってしまう。図
４に示されている通り、印加される外部電圧はＭＩＭの
容量ＣMINと液晶の容量ＣLCとの容量の比により分割さ
れる。ここで、ＣMINが大きいとＭＩＭにかかる電圧が
小さくなり、従って外部電圧が有効にＭＩＭに印加され
ないことが分かる。すなはち、ＭＩＭ素子の容量が大き
いということは、液晶表示装置の大容量化にとって大き
な障害となっているわけである。また、ＭＩＭ素子の容
量が大きいとクロストークの原因にもなり、液晶表示装
置の高画質化も困難になる。従って、図３に示すような
構造では、大容量化やクロストークの低減が難しい。ま
た、下部電極と上部電極との重なり部分が合わせズレな
どでばらつくため、前述のＭＩＭの容量及び実効的なＭ
ＩＭ面積がばらつき、それによってＭＩＭ素子特性のば
らつきが大きくなるため、従来のＭＩＭ素子の構造では
表示の均一性を高めることが困難である。

【０００４】一方、図５に示されたＭＩＭ素子の構造で
は、下部電極テーパー部での酸化膜を厚くして、ＭＩＭ
素子容量の低減を図っているが、上部電極の断線を考慮
するとやはり下部電極のテーパー角を略垂直とすること
は出来ず、また前記テーパー部の酸化膜は、素子と同じ
材料の酸化膜であるため、テーパー部での容量を大幅に
低減することは困難である。。また、微細化を考えた場
合、配線抵抗も考慮して下部電極の高アスペクト比が必
要になるが、図３及び図５に示された様な前述の従来の
技術では、テーパー部でのＭＩＭ素子面積が更に大きく
なってしまう。その場合、下部電極テーパー部の角度の
制御が難しく、図３に示した従来の技術は勿論、図５に
示したＭＩＭ素子構造に於いても、素子容量低減の効果
は小さくなってしまう。また、テーパーの加工精度のば
らつきによりＭＩＭ素子面積およびＭＩＭ素子容量がば
らつくため、ＭＩＭ素子特性のばらつきも大きくなり、
これを用いた液晶表示装置の表示の均一性を得ることは
困難である。

【０００５】本発明はこの様な従来の技術の問題点を解
決するもので、その目的とするところは、容量が小さく
且つばらつきの小さい非線形能動素子を有する、大容量
化、高画質化が可能で表示均一性の良い、液晶表示装置
及びその製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属−絶縁膜
−金属（ＭＩＭ）からなる非線形能動素子を有する液晶
表示装置及びその製造方法において、下部電極のテーパ
ー角が略垂直で、また下部電極側面の絶縁膜が下部電極
上面の酸化膜より厚く、且つ誘電率も小さいことを特徴
とする。また、前記下部電極側面の絶縁膜は、気相成長
法により形成された後、エッチバック法に依って形成さ
れていることを特徴とする。或いは、下部電極側面の絶
縁膜は、リフロー法を用いた不純物を含む絶縁膜により
形成されていることを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明の液晶表示装置の構造に依れば、金属−
絶縁膜−金属からなる非線形能動素子は、下部電極のテ
ーパー角を略垂直とし、前記下部電極側面に、前記下部
電極上面の酸化膜よりも厚く且つ比誘電率の小さい絶縁
膜によって形成された側壁を有することによって、下部
電極テーパー部でのＭＩＭ素子容量を大幅に低減するこ
とが出来、従って液晶表示装置の大容量化が可能にな
る。また、当該テーパーの加工精度のばらつきによるＭ
ＩＭ素子特性およびＭＩＭ素子容量のばらつきを押さえ
ることが出来る。さらに、アライメントズレが起こって
もＭＩＭ素子面積は下部電極上面の面積で規定されるた
め、素子特性のばらつきが殆ど無く、表示均一性に優れ
た液晶表示装置を形成することが可能になる。しかも下
部電極側面の即壁によって、上部電極の断線をなくすこ
とが出来、信頼性の高いＭＩＭ素子及び液晶表示装置を
形成することが可能になる。

【０００８】

【実施例】

（実施例１）本発明の液晶表示装置の実施例の一例を、
図１に示した製造工程毎の素子断面図に依って詳しく説
明してゆく。まず図１（ａ）に示すように、透明絶縁基
板１０１上に金属薄膜を１０００Å〜１００００Å程度
の厚さで形成し、パターニングを行ってＭＩＭ素子の下
部電極１０２となした後、絶縁薄膜１０３を２０００Å
〜１００００Å程度の厚さで積層する。前記透明絶縁基
板１０１には石英基板やアルカリガラスなどが用いられ
る。また、前記下部電極１０２には、タンタルやアルミ
ニウム等がスパッタ法や蒸着法等により形成される。本
実施例においては、タンタル薄膜をスパッタ法により約
５０００Å程度堆積した後、テーパーが略垂直となるよ
うにエッチングを行い、下部電極１０２とした。また、
前記絶縁薄膜１０３には二酸化硅素膜や窒化硅素膜等
が、常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、
ＥＣＲプラズマＣＶＤ法、スパッタ法などにより形成さ
れ、用いられる。本実施例においては、二酸化硅素膜を
常圧気相成長法において約５０００Å程度積層した絶縁
膜を使用した。その後、エッチバック法を用いて、前記
絶縁膜１０３のエッチングを行い、前記下部電極１０２
側面に図１（ｂ）に示すような側壁（サイドウォール）
１０４を形成した後、前記下部電極１０２の酸化膜１０
５を５００Å〜２０００Å程度の厚さで形成する。前記
エッチバック法に用いられるガスとしては、ＣＨＦ３や
Ｃ２Ｈ６或いは、ヘリウムや酸素等が単体或いは混合さ
れ用いられる。また、本実施例では、前記酸化膜１０５
の形成に陽極酸化法を用い、約６００Å程度の酸化タン
タルを形成したが、この他に熱酸化法やプラズマ酸化法
等を用いることが出来る。その後、図１（ｃ）に示すよ
うに、金属薄膜を積層し、所望の形状にパターニングし
て上部電極１０６となし、ついで画素電極１０７を積
層、パターニングして金属−絶縁膜−金属からなる非線
形能動素子を有する液晶表示装置が完成する。前記上部
電極１０６としては、タンタルやクロミウム或いはアル
ミニウム等の金属が用いられる。本実施例において下部
電極の側壁に用いた二酸化硅素膜は、その比誘電率が
３．５程度であり、酸化タンタルの比誘電率２８に比べ
て非常に小さくなっているのに加えて、下部電極のテー
パーを０度にする事によって、下部電極側面の絶縁膜の
膜厚も厚くする事ができるため、ＭＩＭ素子の容量を非
常に小さくすることが出来る。しかも、前記側壁によっ
て上部電極の断線を防ぐことが出来る。更に、前記下部
電極の膜厚を、厚くする事によって配線抵抗を低減させ
る事ができると共に、前記下部電極側面の絶縁膜の膜厚
を更に厚くする事もできる。

【０００９】（実施例２）本発明の液晶表示装置の実施
例の別の一例を、図２に示した製造工程毎の素子断面図
に依って詳しく説明してゆく。まず図２（ａ）に示すよ
うに、透明絶縁基板２０１上に下部電極となる金属薄膜
２０２と不純物を含む絶縁薄膜２０３を順次積層し、前
記絶縁薄膜２０３と前記下部電極となる金属薄膜２０２
とを一括でパターニングする。前記下部電極となる金属
薄膜２０２は、前記実施例１で示したのと同様の方法に
より形成された同様の金属薄膜が用いられる。また、前
記不純物を含む絶縁薄膜２０３には、スピンオングラス
（ＳＯＧ）やボロンリンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）
等が用いられる。前記下部電極となる金属薄膜の厚さは
前記実施例１に示したのと同様の膜厚で形成される。ま
た、前記不純物を含む絶縁膜２０３は３０００Å〜１０
０００Å程度の膜厚で形成されるが、本実施例では５０
００Å程度の膜厚で形成した。ついで熱処理を行い、前
記不純物を含む絶縁膜２０３をリフローさせた後、前記
下部電極２０２上面に開孔部２０４を形成し、前記下部
電極２０２の酸化膜２０５を形成して、図２（ｂ）とな
す。前記下部電極の酸化膜２０５の形成方法としては、
前記実施例１で示したのと同様の方法がある。その後、
金属薄膜を積層パターニングして、上部電極２０６を形
成し、画素電極２０７を積層パターニングして、図２
（ｃ）となし、金属−絶縁膜−金属からなる能動素子を
有する液晶表示装置が完成する。本実施例において不純
物を含む絶縁膜としてスピンオングラスを用い、これを
リフローさせたところ、この側壁のテーパー角が約４５
〜６０°程度になり、これに依ってＭＩＭ素子の容量の
低減と、上部電極の断線低減をはかることが出来た。

【００１０】

【発明の効果】本発明の液晶表示装置の構造及びその製
造方法に依れば、以下の数多くの効果が得られる。

【００１１】１）．下部電極のテーパーを略垂直とし、
下部電極側面に即壁を設けることによって、ＭＩＭ素子
の容量を低減することが出来、かつ上部電極の断線を低
減することが出来る。

【００１２】２）．下部電極側面の絶縁膜の比誘電率
を、下部電極上面の絶縁膜の比誘電率よりも小さくする
ことに依って、ＭＩＭ素子の容量のさらなる低減がはか
れる。

【００１３】３）．従来のＭＩＭ素子に比べて、ＭＩＭ
素子の容量を低減することが出来るため、それによって
液晶表示装置の大容量化がはかれる。

【００１４】４）．ＭＩＭ素子の容量を低減することに
依って、クロストークを低減することが出来る。

【００１５】５）．実効的なＭＩＭ素子は、下部電極上
面の面積或いは、下部電極上面の開孔部の面積に依って
決定されるため、下部電極のテーパーの加工精度に依ら
ず、均一なＭＩＭ素子が形成できる。

【００１６】以上述べたように、本発明の液晶表示装置
の構造及び製造方法に依れば、微細化が可能で、低消費
電力化、高信頼性化が可能なＭＩＭ素子からなる液晶表
示装置が形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に示した液晶表示装置の製造
工程ごとの素子断面図。

【図２】本発明の実施例２に示した液晶表示装置の製造
工程ごとの素子断面図。

【図３】従来の技術における液晶表示装置の素子断面
図。

【図４】ＭＩＭ素子を用いた液晶表示装置の等価回路
図。

【図５】従来の技術における液晶表示装置の製造工程ご
との素子断面図。

【符号の説明】

１０１，２０２，３０１，５０１・・・透明絶縁基板１０２，２０２，３０２，５０２・・・下部電極１０３，５０４・・・絶縁膜２０３・・・不純物を含む絶縁膜１０４・・・エッチバック法により形成された側壁１０５，２０４，３０３，５０３，５０５・・・下部電
極の酸化膜１０６，２０６，３０４，５０６・・・上部電極１０７，２０７，３０５・・・画素電極４０１・・・セグメント電極４０２・・・ＭＩＭ素子の容量４０３・・・ＭＩＭ素子の抵抗４０４・・・液晶層の容量４０５・・・液晶層の抵抗４０６・・・コモン電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属−絶縁膜−金属からなる非線形能動
素子を有する、液晶表示装置において、下部電極のテー
パー角が略垂直で、且つ下部金属電極側面に、その平均
膜厚が同電極上面の酸化膜の膜厚より厚い絶縁膜を有す
る事を特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記請求項１に記載の液晶表示装置にお
いて、前記下部電極側面の絶縁膜の比誘電率が、前記下
部電極上面の絶縁膜の比誘電率よりも小さいことを特徴
とする液晶表示装置。
【請求項３】下部電極を形成する工程と、絶縁膜を形
成する工程と、上部電極を形成する工程と、画素電極を
形成する工程とを含む、金属−絶縁膜−金属からなる非
線形能動素子を有する、アクティブマトリクス型液晶表
示装置の製造方法において、下部電極形成後全面に絶縁
膜を形成する工程と、前記絶縁膜をエッチバックする工
程と、前記下部電極の酸化膜を形成する工程と、上部電
極を形成する工程と、画素電極を形成する工程とを含む
ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項４】下部電極を形成する工程と、絶縁膜を形
成する工程と、上部電極を形成する工程と、画素電極を
形成する工程とを含む、金属−絶縁膜−金属からなる非
線形能動素子を有する、アクティブマトリクス型液晶表
示装置の製造方法において、下部電極となる金属薄膜を
形成する工程と、前記金属薄膜上に不純物を含む絶縁膜
を積層する工程と、前記不純物を含む絶縁膜と前記金属
薄膜を一括してパターニングする工程と、熱処理を行い
前記不純物を含む絶縁膜をリフローさせる工程と、前記
金属薄膜上面に開口部を形成する工程と、前記下部電極
の酸化膜を形成する工程と、上部電極を形成する工程
と、画素電極を形成する工程とを含むことを特徴とする
液晶表示装置の製造方法。